[发明专利]一种基于环氧树脂类粘合剂的芯片封装方法

说明书

技术领域

本发明属于电子元器件封装技术领域，涉及芯片的封装方法。

背景技术

电子元器件的封装从早期的真空电子管的简单玻璃外壳封装演变到今天的极为复杂的高级系统，现在已发展成为新一代集成电路的核心技术之一。由于半导体工业遵循的摩尔定律，集成电路的复杂性越来越大，工作速度越来越高，同时芯片的尺寸也越来越小，这些都对封装技术提出了更高的要求。在集成电路以及MEMS技术领域，封装成本都将占到器件总成本的50％到80％，应此寻找一套完整的可靠的封装方案对于集成电路，MEMS系统等都是非常重要的。

许多器件正常工作都需要将芯片封装在一个真空的环境，芯片通过一定的方式和封装衬底连接。芯片封装完成后，芯片上存在的应力永远是一个需要考虑的问题，这对于一些精密器件尤其重要，理想的封装衬底材料应该和芯片具有相同的热机械性质。然而考虑到封装成本，许多陶瓷或金属材料的封装衬底与硅基芯片的热膨胀并不匹配，所以常用的解决办法是在芯片和封装衬底之间加入一些粘结剂材料，既可以固定芯片又可以使得芯片耐受一定的热、机械应力。

环氧树脂类粘结剂是电子封装领域常用的一种芯片粘结剂，通常添加在环氧树脂中添加一些改性剂来改变树脂的一些理化参数以满足不同粘结需求，如导电性、绝热性和导热性等。通常采用热固化的方式将芯片和封装衬底粘结，然而由于固化后温度下降至室温，粘结剂体积会发生收缩，使得芯片上产生不少应力；再者，如果粘结剂和芯片接触不完全会使得粘结剂中存在一定的气泡，在温度变化时候，粘结剂体积变化不均匀也会使得芯片产生较大的应力。上述情况都使得芯片在耐受外部振动和冲击时候芯片的稳定性极大减弱，芯片可能出现翘曲、变形、甚至撕裂，这些都将对器件性能造成极大的影响甚至失效。

发明内容

本发明供一种基于环氧树脂类粘合剂的芯片封装方法，该方法在不对芯片和封装衬底结构作改变的基础上，通过外部激励和粘结剂，使得芯片和封装衬底获得良好的接触和较低的残余应力，在承受振动和冲击时候表现出较低的机械应力。

一种基于环氧树脂类粘合剂的芯片封装方法，如图1、2所示，包括以下步骤：

步骤1：在经过抛光、清洗的封装衬底上的芯片安装位置涂覆环氧树脂类粘合剂，在粘合剂上放上需要封装的芯片，并且横向来回移动芯片数次，使封装基底和芯片与粘合剂之间保持较大的接触面积，形成片级封装结构，然后将片级封装结构固定在振动台。

步骤2：调节振动台的振动频率和振动幅值、控制振动时间，在片级封装结构的平面法线方向对片级封装结构进行接触振动处理，以尽量去除环氧树脂类粘合剂与封装基底或芯片之间可能存在的气泡，并尽可能扩大装基底和芯片与粘合剂之间的接触面积。

步骤3：振动接触处理完成后，芯片在封装衬底上的位置应该和目标安装位置没有明显差异，如果芯片在封装衬底上的位置和目标安装位置存在明显差异，应将芯片移动至目标安装位置。

步骤4：根据环氧树脂类粘合剂的具体类型选择适当温度进行热固化处理；具体过程为：首先将经步骤3处理后的片级封装结构升温至环氧树脂类粘合剂的热固化温度，然后进行保温热固化处理，最后降温至室温；在整个热固化处理过程中对封装结构进行封装结构的平面法线方向的去应力振动处理。

上述技术方案中，应当说明的是：1)本发明适用于尺寸范围在(0.5～2)×10¹mm的芯片封装；2)步骤2中所述接触振动处理具体工艺为：振动类型为简谐振动，振动频率为1.5～1.8KHz，振动2倍幅值为1.5mm，振动时间为5min；3)步骤4中所述去应力振动处理具体工艺为：振动类型为简谐振动，振动频率为250～350Hz，振动2倍幅值为1.0mm；4)本发明中所述环氧树脂类粘合剂可以是各种高温或中温热固化环氧树脂类粘合剂，所述芯片可以是各种硅基或锗基芯片，所述封装衬底可以是氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷以及低热膨胀系数的可阀合金等。

本发明提供的基于环氧树脂类粘合剂的芯片封装方法，在不改变芯片和封装衬底的结构条件下，通过外部振动处理(包括接触振动处理和去应力振动处理)，使得芯片和封装衬底与粘结剂保持良好的接触，并且芯片获得较低的残余应力，芯片封装完成后在承受一定程度的外部激励和冲击时候呈现出较低的机械应力。和传统未加振动处理的环氧树脂热固化粘结的封装结构相比，本发明使得片级封装结构中粘结材料未粘结区域和空洞明显减小，热固化后粘结剂均匀性良好，芯片和粘结剂之间残余应力保持在较低的水平。本发明适用于高精度芯片(或器件)的封装，能够直接提高高精度芯片(或器件)封装结构的稳定性和可靠性。