[發(fā)明專利]三維封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710196174.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN106960827A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃子宵;黃衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 袁鷹
• 主分類號(hào): H01L23/31
• 分類號(hào): H01L23/31;H01L25/07;H01L21/56;B81C1/00
• 代理公司: 北京匯信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11335
• 代理人: 孫民興,王維新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于芯片封裝領(lǐng)域，尤其適用于微機(jī)電芯片封裝模塊的三維封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)

集成電路（IC）芯片是20世紀(jì)50年代后期至60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型半導(dǎo)體器件。它是經(jīng)過(guò)氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的晶體管、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片表面上，然后將硅片表面電路與外部建立電連接并封裝起來(lái)。

集成電路封裝，是把集成電路裝配為芯片最終產(chǎn)品的過(guò)程，就是把Foundry生產(chǎn)出來(lái)的集成電路裸片（Die）放在一塊起到承載作用的基板上，把管腳引出來(lái)，然后固定包封成為一個(gè)整體。圖1為一種封裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)銅引腳將芯片電路引到外部，銅引腳與芯片表面電路用引線鍵合連接。

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微電子機(jī)械系統(tǒng)、微機(jī)電、微機(jī)械等，是在微電子技術(shù)（半導(dǎo)體制造技術(shù)）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機(jī)械加工等技術(shù)制作的高科技電子機(jī)械器件，它是在芯片內(nèi)形成機(jī)械機(jī)構(gòu)、輸出對(duì)外界感應(yīng)信號(hào)的微型傳感器產(chǎn)品，其核心部分即為微機(jī)電（MEMS）芯片。與集成電路芯片一樣，微機(jī)電（MEMS）芯片也需要封裝。如圖2所示，為MEMS壓力傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)目前正在廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴產(chǎn)品及智能產(chǎn)品等領(lǐng)域。當(dāng)前世界集成電路（IC）技術(shù)發(fā)展最顯著的趨勢(shì)就是以微機(jī)電(MEMS)應(yīng)用為主題的各種產(chǎn)品即將進(jìn)入成長(zhǎng)爆發(fā)期，各種應(yīng)用方向的市場(chǎng)需求十分強(qiáng)勁。但當(dāng)前國(guó)際上針對(duì)MEMS傳感芯片與IC芯片集成的方案仍然停留在將MEMS芯片與IC芯片集成在一個(gè)塑封體內(nèi)，這樣的模塊集成度很低，而且不能將最常用的壓力傳感芯片集成在其中。迄今為止，國(guó)際上未有一家公司推出具有普適性的針對(duì)MEMS傳感模塊的集成封裝方案，微機(jī)電產(chǎn)品的應(yīng)用因此受限重重而停滯不前。

MEMS傳感器憑借其體積小、成本低以及可與其他智能芯片集成在一起的巨大優(yōu)勢(shì)，將成為傳感器的主要生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用形式。消費(fèi)電子、汽車電子、醫(yī)療服務(wù)是MEMS傳感器的主要應(yīng)用市場(chǎng)，今后MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴(kuò)大，包括正在興起的可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、以及和人們生活息息相關(guān)的智能家居和智能城市都是潛力很大的應(yīng)用領(lǐng)域。而這些新興領(lǐng)域需要的主要核心架構(gòu)是將低功耗MCU、eNVM、Analog & PM IC，及無(wú)線與連接芯片加以整合，再連接各種傳感器芯片，因此提供芯片與傳感器集成整合的解決方案與制程實(shí)現(xiàn)將意義重大，發(fā)展空間很大。

從技術(shù)的角度分析，引線鍵合仍然是最通用最經(jīng)濟(jì)的芯片連接方式。雖然圓片級(jí)封裝（WLP）及硅穿孔（TSV）已被考慮引入到MEMS的封裝中，但是其高昂的成本、較差的集成可行性、較低的良率與可靠性使得其應(yīng)用停滯不前。事實(shí)證明，成熟穩(wěn)健的引線鍵合技術(shù)才是MEMS傳感集成可行的連接方式。

當(dāng)前國(guó)際上針對(duì)MEMS傳感芯片與IC芯片集成的方案仍然停留在將MEMS芯片與IC芯片集成在一個(gè)塑封體內(nèi)，這樣的模塊集成度很低，而且不能將最常用的壓力傳感芯片集成在其中。如圖3、圖4所示的封裝結(jié)構(gòu)為慣性九軸傳感器集成模塊目前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（集成了ASIC/MCU芯片、陀螺儀芯片、加速度傳感器芯片以及磁傳感器芯片），也是目前國(guó)際上最先進(jìn)的MEMS集成產(chǎn)品了，采用了芯片三維堆疊的方式，但其集成度仍低且不能集成壓力傳感器。該集成產(chǎn)品模塊的特點(diǎn)是：集成度較低（集成了3個(gè)MEMS芯片及1個(gè)IC芯片）；不能集成壓力傳感器；只限于慣性傳感應(yīng)用，沒(méi)有普適性；工藝難于實(shí)現(xiàn)，良率較低（小于95%甚至更低）。

目前市場(chǎng)迫切需要推出具有高集成度的MEMS傳感模塊，也即MEMS芯片與ASIC／MCU芯片或其他芯片的高度集成的封裝模塊，需要將多個(gè)集成電路芯片與多個(gè)微機(jī)電芯片混合封裝在一個(gè)模塊中。尤其是物聯(lián)網(wǎng)及可穿戴裝置需要的核心構(gòu)架，即將低功耗的MCU、eNVM、Analog&PM芯片、無(wú)線RF與連接芯片以及各類MEMS傳感器芯片加以整合，開發(fā)出集成傳感模塊的新的產(chǎn)品構(gòu)架與集成工藝，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。市場(chǎng)需要的是采用傳統(tǒng)方式的三維封裝就可實(shí)現(xiàn)模塊集成，其成本低但產(chǎn)品附加值極高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種三維封裝模塊及封裝方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中微機(jī)電芯片與集成電路芯片集成度低、工藝難于實(shí)現(xiàn)、良率較低的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：