[实用新型]在载板芯片上倒装芯片和贴装无源元件的封装结构

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种系统级封装结构。属电子封装技术领域。 

(二)背景技术

系统级封装(SiP，System in Package)是指将多个具有不同功能的有源与无源元件，以及诸如微机电系统(MEMS)、光学(Optics)元件等其它元件组合在同一封装中，成为可提供多种功能的单颗标准封装的组件，形成一个系统或子系统。系统级封装产品内大多集成多个芯片、无源元件等，通过引线键合或倒装芯片的方式将芯片的焊盘与基板上的焊盘连接起来，再通过基板上的电路线连接其它芯片、阻容或其它元器件，从而实现整个系统的电气连接。 

由于市场对系统级封装产品的集成度要求越来越高，产品的外形尺寸也越来越小，并且芯片功能也越来越复杂。很多系统级封装产品为了缩小外形尺寸、降低成本、增加产品功能和提高产品的竞争力，大多会在封装体内采用芯片堆叠技术，将多颗芯片进行三维空间上的堆叠，加上磨片工艺的成熟，芯片可以磨得很薄(通常在80um以内)，这样可以充分利用产品的有效集成空间，集成更多的元件。通常，复杂的系统级封装产品中常使用载板芯片，以引线键合的方式实现复杂的芯片堆叠结构的各芯片、芯 片与其它元件的电气连接。然而当空间尺寸有限的封装产品要求集成的芯片、无源器件等数量过多时，即使采用芯片堆叠方法解决了平面布局面积的不足，由于堆叠后还需要引线键合，而引线键合的弧高较高，这样就使得总体高度超出了封装产品的高度规格，使得封装方案会无法实现；或者即使芯片堆叠后引线键合高度在封装产品的高度规格之内，但是封装产品面积内的非芯片区域仍不足以布局数量较多的无源元件、晶振等元器件，封装方案会无法实现。 

倒装芯片工艺是业内常用的工艺，一般倒装芯片工艺将芯片倒置于基板上，其所占用的封装面积要比引线键合方式小很多；在相同的封装体积内，采用倒装芯片工艺可以缩小芯片所占用的空间，而芯片所占用的空间原本是在封装体中占有大部分比例，这样就可以大大增加封装产品的集成度，为实现复杂的系统级封装提供更大的可行性。 

可以尝试在载板芯片上倒装芯片和贴装无源元件的方法解决上述封装高度不足或封装面积不足等封装方案尺寸不足等弊端，但是通过目前已有的载板芯片，封装工艺无法实现，主要原因如下：系统级封装中常采用载板芯片，目的是通过其实现芯片的焊盘转移，从而将原本无法引线键合或引线键合较为困难的封装产品变得可行。载板芯片采用晶圆工艺制作，其表面焊盘与一般芯片的焊盘制作工艺相同，材质均为铝金属，如图1(a)、图1(b)所示，芯片上表面为钝化层，在布局有焊盘的位置钝化层有开口，这样就使得芯片内部与外界隔离。封装工艺中铝金属利于引线键合，为成熟工艺，但是其不利于倒装芯片焊接，原因如下： 

用于采用倒装工艺的芯片与一般的芯片有所不同，需要对其做再布线(Redistribution，RDL)工艺和制作金属凸块(Bumping)工艺。再布线工艺是改变芯片原始的焊盘布局，将分布在芯片四周一个面或多个面靠近边缘的焊盘转移至芯片表面区域，并且使焊盘均匀整的分布。通过金属凸块工艺在再分布后的焊盘上制作金属凸块；金属凸块的材质业内通常采用锡或金或铜，或者其合金，再布线和制作金属凸块的芯片焊盘布局如图2(a)、图2(b)所示。上述金属凸块材质与铝的可钎焊性差，即无法将载板芯片的铝焊盘与倒装芯片的金属凸块实现焊接。 

解决上述载板芯片铝焊盘与倒装芯片金属凸块钎焊性不佳的方法是，将载板芯片的铝焊盘进行表面处理，视倒装芯片金属凸块的材质可选表面取镀锡或铜或金。这样，可通过倒装芯片工艺实现载板芯片与倒装芯片的焊接。但是这会给产品整个封装工艺流程带来弊端，具体原因如下：