[发明专利]基于埋置式基板的三维多芯片封装模块及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用埋置式基板实现的三维多芯片封装的结构及方法，更确切地说，本发明涉及一种基于H型埋置式基板实现三维封装的多芯片模块结构及方法，属于微电子封装领域。

背景技术

多芯片组件(MCM)封装是将多个芯片封装在一个基板上，完成一定的电路功能。在多芯片组件XY二维封装的基础上向Z方向发展出现了三维多芯片组件(3D-MCM)。它是将芯片沿Z轴叠层在一起，更大限度地提高封装密度，缩小封装尺寸。三维封装具有尺寸和体积小、组装效率更高、延迟进一步缩短、噪声进一步减小、功耗减小、速度更快以及带宽加大等优点。

3D封装主要有三种类型：埋置型、有源基板型和叠层型。基于埋置式有机基板的三维多芯片组件(3D-MCM)叠层封装是指在有机多层基板内埋置R、C等无源元件及IC，然后再将裸芯片或多芯片组件(MCM)在垂直于芯片表面的方向通过堆叠，并利用线焊、垂直通孔互连和倒装焊等形式形成的多芯片的三维封装。埋置型3D封装不仅能使电子设备性能和功能提高，利于轻薄短小化，而且由于钎焊连接部位减少，可提高可靠性并有效降低封装成本。

3D-MCM技术是现代微组装技术发展的重要方向，是微电子技术领域的一项关键技术。由于宇航、卫星、计算机及通信等领域对提高组装密度、减轻重量、减小体积、高性能和高可靠性等方面的迫切需求，3D-MCM近年来得到迅猛发展和广泛应用。

伴随轻薄短小、高性能便携电子设备的急速增加，将电子元器件埋置于基板内部的所谓后SMT(post-SMT)封装技术得到了飞速发展。埋置式结构可以进一步缩短元件间的布线长度，因此特别适用于高速、高频IC的封装。如Xu et.al报道了一种用于无线传感网的埋置式3D-MCM结构(Warpage Studyof a 3D-MCM on an Embedded Substrate with Multiple Interconnection Method，IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies.2010，Vol.33，No.3，pp.571-581)，该三维结构采用的是下表面有凹陷腔体的基板(形象地称为∏型基板)。该∏型封装基板结构适于在其下表面凹陷腔体埋置小尺寸裸芯片(以引线键合方式互连)，而在其上表面用倒装焊方法焊接大尺寸的BGA(球栅阵列)引出方式的封装芯片。而对于都是引线键合互连方式的两个裸芯片的封装则不适合。另外，∏型基板下表面的凹陷腔体的存在会引起基板结构镜面不对称，并加剧基板上下层热胀冷缩失配，从而容易引起基板的翘曲问题。这将对大尺寸芯片热机械可靠性形成潜在的危害。

为了能够弥补∏型基板上述的不足和缺陷，本发明提出一种基板的上、下两个双表面都有凹陷腔体的H型基板，这种基板适于埋置两种尺寸相异、均为引线键合互连方式的裸芯片。更重要的是，相比于只有一个凹陷腔体的“∏”型封装基板，H型封装基板的上下表面都有凹陷腔体，增强了基板的结构镜面对称效果，避免了基板翘曲，可提高三维封装结构可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于埋置式基板的三维多芯片模块的互连结构和制作方法。

本发明为提供的一种埋置式三维多芯片组件(3D-MCM)封装模块。根据芯片尺寸差异较大的实际情况，提出基于H型埋置式基板的三维封装结构。采用层压、开槽等工艺技术获得“H”型埋置式高密度多层有机基板；采用“COB(基板直接贴装)+引线键合+埋置”方法贴装和互连功能芯片，其中大尺寸的芯片埋置于基板上方(芯片焊盘与基板上表面焊盘通过引线键合方式跨接)，小尺寸的芯片深埋置于基板下方(芯片焊盘与沟槽底部焊盘通过引线键合方式互连)。分别采用滴封胶(glob-top)或围坝塑封包封方式保护引线键合后芯片。3D-MCM底部采用植球的方式制作周边式球栅阵列(BGA)作为引脚输出。利用植球工艺形成与SMT兼容的BGA器件输出端子。从而形成埋置式三维多芯片模块。

本发明所提供的基于埋置式基板实现三维立体高密度封装的多芯片模块结构，其特征在于：

①在上、下两个表面封装基板具有H型结构，在封装基板中间形成两个有电路图形布线的尺寸不同的凹陷腔体，腔体内贴装尺寸不同的芯片；在与小尺寸腔体同侧的封装基板表面有周边式球栅阵列作为引脚输出，从而形成埋置式三维多芯片封装模块(3D-MCM)；