[發明專利]用于微電子系統級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法

無效

• 申請號: 201010005521.8
• 申請日: 2010-01-16
• 公開（公告）號: CN101764069A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 李軍輝;王瑞山;王福亮;隆志力;韓雷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L21/50
• 分類號: H01L21/50;H01L21/607
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種用于微電子系統級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層 鍵合的方法。

背景技術

微電子封裝對集成電路(IC)產品的體積、性能、可靠性質量、成 本等都有重要影響，IC成本的40％是用于封裝的，而IC失效率中超 過25％的失效因素源自封裝，影響著電子產品整機高性能微小型化發 展的大趨勢。隨著IC向系統集成方向發展，近年來采用系統級封裝 (SiP)技術思路解決IC系統集成快速進入市場，系統級封裝(SiP)是 在原來置放一片裸晶的標準封裝“內部”堆疊多片不同功能和不同工 藝的裸晶在一起，借助金屬線鍵合的互連，構成一個IC系統。

目前，SiP的形式可說是千變萬化，就芯片的排列方式而言，SiP 可能是2D平面或是利用3D堆疊，或是多芯片封裝以有效縮減封裝面 積，或是二者結合，這些3D封裝類型中，發展最快的是疊層裸芯片 封裝。疊層裸芯片封裝有兩種疊層方式：一種是金字塔式，從底層向 上裸芯片尺寸越來越??；另一種是懸梁式，疊層的裸芯片尺寸一樣大。

懸梁式疊層需要在懸梁上實現I/O互連鍵合，懸臂鍵合因鍵合過 程懸臂端芯片下面處于無支撐狀態，當懸臂鍵合施加壓力、超聲時， 懸臂端受到壓力和超聲的瞬間沖擊，影響懸梁鍵合能量的有效施加， 降低鍵合強度，實驗測試表明懸臂鍵合點的鍵合強度比常規鍵合強度 降低20％，甚至導致芯片破脆、芯片裂紋，其鍵合可靠性受到嚴重影 響，需要探索新的工藝技術實現高強度、高可靠懸臂鍵合，是SiP系 統集成封裝發展迫切需要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種減小鍵合過程沖擊，使得 多形態能量在鍵合界面平穩響應，從而有效地提供懸臂鍵合的鍵合強 度和SiP封裝可靠性的用于微電子系統級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層 鍵合的方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的用于微電子系統級封裝的 堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法，底層芯片粘接在基板上，上層芯片 通過銀膠或合金工藝粘接在底層芯片，疊加的上層芯片形成懸臂，上 層芯片的I/O焊盤通過微小引線與基板的引腳連接，實現IC封裝互 連，在鍵合過程中通過施加高頻超聲能和鍵合壓力將互連焊球焊接到 芯片焊盤上，超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀傳遞能量，在所 述的焊盤底層與所述的上層芯片之間設置一層柔性聚合物。

采用上述技術方案的用于微電子系統級封裝的堆疊芯片懸臂柔 性層鍵合的方法，針對SiP懸臂鍵合過程的壓力/超聲沖擊和非穩定 狀態，采用增加柔性層封裝，即在IC芯片的鍵合點鍵合層下制作一 層柔性聚合物，減小鍵合過程沖擊，使得多形態能量在鍵合界面平穩 響應，從而有效地提供懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝可靠性，推動 SiP系統集成封裝技術的發展。本發明的優點和積極效果：采用懸臂 柔性層鍵合，提高懸臂鍵合強度和鍵合質量。柔性鍵合對普通鍵合也 有積極作用，可使鍵合過程的能量平穩傳遞，具有普遍的應用價值。

綜上所述，本發明是一種減小鍵合過程沖擊，使得多形態能量在 鍵合界面平穩響應，從而有效地提高懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝 可靠性的用于微電子系統級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法。

附圖說明

圖1是堆疊芯片懸臂柔性層鍵合示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。

參見圖1，2×4mm的芯片形成SiP系統集成封裝，如圖1，2×4mm 的芯片疊加集成IC，底層芯片2粘接在基板1上，上層芯片3通過銀 膠或合金工藝粘接在底層芯片2，疊加的上層芯片3形成懸臂，上層 芯片的I/O焊盤4通過微小引線8如金線、銅線或鋁線與基板的引腳 連接，實現IC封裝互連，其連接是通過超聲鍵合，在鍵合過程中通 過施加高頻超聲能5和鍵合壓力6將互連焊球焊接到芯片焊盤4上， 超聲能5和鍵合壓力6是通過微小焊接劈刀9傳遞能量，在焊盤4底 層和上層芯片3之間制作一層柔性聚合物7，柔性聚合物7使得鍵合 的沖擊減小，使得鍵合過程的超聲能平穩傳遞，提高懸臂鍵合強度和 連接質量。

從圖1可以看出鍵合載荷的施加引起懸臂芯片產生沖擊，從而導 致鍵合界面能量傳遞不連續，影響瞬間超聲能的傳遞和轉化，降低鍵 合強度和焊接可靠性。本發明通過在焊盤4底層和上層芯片3之間制 作一層柔性聚合物7，柔性聚合物7使得鍵合的沖擊減小，使得鍵合 過程的超聲能平穩傳遞，從而提高懸臂鍵合強度和連接質量。