專利名稱：利用pcb基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多芯片組件的三維封裝方法，更確切地說是利用印制線路 板(Printed Circuit Board, PCB)基板實現(xiàn)多芯片組件高密度封裝方法，屬于
電子器件封裝領域。
背景技術：
隨著微電子技術的飛速發(fā)展，電子元器件封裝的開始向高密度、輕量化、 多功能等方向發(fā)展。多芯片三維封裝成為這一先進封裝的趨勢，多芯片組件封 裝(Multi-Chip Module, MCM)是將多個類型如IC、 MEMS等芯片放置在一個封裝 體內，從而得到更高的封裝密度。其中，疊層多芯片組件(MCM-L)是一種基于PCB 基板的多芯片封裝技術，利用多層的PCB基板布線實現(xiàn)多個芯片之間的互連。
微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems, MEM)技術是將整個系
統(tǒng)集成在單個芯片上實現(xiàn)各種物理、化學和生物的傳感器和執(zhí)行器。其中部分 傳感器是測量三個方向(X、 Y、 Z)的物理量變化，如三軸加速度計、三軸磁傳 感器等。除了在芯片上進行集成系統(tǒng)(System On Chip, SOC)直接測量三個方 向的物理量外，還可以將傳感器設計為單方向測量的芯片，通過進行三維的封 裝將系統(tǒng)集成在一起(System in Package, SIP )。 二維平面的芯片表貼技術(SMT) 已經非常成熟，但是三維芯片封裝尤其是將芯片進行豎直貼片封裝仍是新的挑 戰(zhàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種三維多芯片組件的封裝方法，可以 實現(xiàn)一個或多個芯片在垂直方向的互連。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種利用PCB基板進行垂直互連的多芯 片組件封裝方法。本發(fā)明以多層PCB板作為封裝基板，利用PCB板制作過程中 的多層布線、層壓和鉆孔技術在封裝基板的側壁形成有圖形布線的腔體或平面，用于放置一個或多個垂直方向的芯片，實現(xiàn)與平面表貼芯片的互連，最終形成 多芯片組件封裝模塊。
本發(fā)明的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方法，其特征在于: 包括以下步驟
1) 在疊層PCB基板側壁形成一個或多個有電路圖形布線的側壁腔體，且側
壁腔體內具有用于貼裝芯片的布線的側壁焊盤；在疊層pcb基板的上表面形成一
個平面或形成具有一個或多個表面腔體的平面，在所述平面上或腔體內具有用
于表貼芯片的電路布線，所述疊層PCB基板的側面與上表面相垂直；
2) 在疊層PCB基板的側壁或側壁腔體內垂直貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)
氧樹脂膠水進行保護；
3) 在疊層PCB基板的上表面的平面或腔體內貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)
氧樹脂膠水進行保護。
還包括在PCB板底部的金屬化焊盤處進行SMT表貼，或在PCB板底部移植 無鉛焊.球的步驟。
所述芯片為ic或MEMS芯片。
本發(fā)明所采用的疊層PCB基板的制備過程為每層PCB板層布線后，對用 于隔離焊盤的PCB板進行預打孔，將PCB板層壓在一起，在側壁需要金屬化的 位置打孔，孔徑小于預打孔的孔徑，將孔內金屬化形成金屬化焊盤。
在所述步驟2)中，可利用倒裝焊實現(xiàn)芯片的倒裝式垂直表貼，具體步驟為 (a)將疊層PCB基板垂直放置，使疊層PCB基板側壁腔體水平以方便芯片
的表貼；
(b) 在側壁腔體內側壁焊盤圖形上均勻涂覆無鉛助焊劑；
(c) 將長有凸點的芯片倒裝焊在已涂好助焊劑的焊盤上；
(d) 將表貼好芯片的PCB基板按照高溫回流曲線進行回流固化；回流固化 曲線峰值溫度比凸點金屬的熔點高30°C。
(e) 在已表貼回流后的芯片底部填充底充料，加熱固化；
(f) 在側壁腔體內填充包封膠，加熱固化后，用于保護完成倒裝焊的芯片。 在所述步驟2)中，可釆用引線鍵合式完成芯片的垂直表貼，具體步驟為
6(a) 將PCB基板垂直放置，使PCB基板側壁腔體水平以方便芯片的表貼；
(b) 在側壁或側壁腔體內放置貼片膠，貼片膠可以是導電膠或者導熱膠；
(c) 在側壁或側壁腔體內表貼芯片，將貼片膠高溫固化；
(d) 將PCB基板加熱，采用引線鍵合的方式實現(xiàn)芯片與PCB板之間的電氣
連接；
(e)在側壁或側壁腔體內填充包封膠，加熱固化后，用于保護完成引線鍵 合的芯片。
在所述步驟3)中，可利用倒裝焊實現(xiàn)多個芯片的倒裝式貼裝，具體步驟為
(a) 將PCB基板水平放置，以便于表面的多個芯片的表貼；
(b) 在PCB基板表面焊盤圖形上均勻涂覆無鉛助焊劑；
(c) 將長有凸點的芯片倒裝焊在已涂好助焊劑的焊盤上；
(d) 將表貼好芯片的PCB基板按照高溫回流曲線進行回流固化；回流固化 曲線峰值溫度比凸點金屬的熔點高30°C;
(e) 在已表貼回流后的芯片底部填充底充料，加熱固化；
(f) 在PCB基板表面釆用圍堰填充的方式對芯片進行包封，加熱固化，用 于保護完成倒裝焊的芯片。
在所述步驟3)中，可利用引線鍵合式完成芯片的表貼，具體步驟為.-
(a) 將PCB基板水平放置，以便于表面的多個芯片的表貼；
(b) 在表面或表面腔體內放置貼片膠，貼片膠可以是導電膠或者導熱膠；
(c) 在表面或表面腔體內表貼芯片，將貼片膠高溫固化；
(d) 將PCB基板加熱，采用引線鍵合的方式實現(xiàn)芯片與PCB板之間的電氣連接。
(f)在PCB基板表面采用圍堰填充的方式對芯片進行包封，加熱固化后， 用于保護完成倒裝焊的芯片。 本發(fā)明所達到的有益效果
本發(fā)明是基于疊層PCB基板將IC或MEMS等芯片進行垂直貼片實現(xiàn)多芯片組 件封裝，能夠使芯片測量垂直方向上的物理量。


圖1為本發(fā)明的疊層PCB基板的結構示意圖； 圖2A-2E為本發(fā)明第 一實施例的制作流程示意圖； 圖3A-3D為本發(fā)明第二實施例的制作流程示意圖。
具體實施例方式
為使對本發(fā)明的目的、封裝結構及其特征有進一步的了解，配合附圖詳細 說明如下
圖1為本發(fā)明的疊層PCB基板的結抅示意在疊層PCB基板側邊形成一個或多個有電路圖形布線的腔體，且側壁腔體 12內具有用于貼裝芯片的布線的側壁焊盤16;在疊層PCB基板的上表面形成一 個平面或形成具有一個或多個表面腔體11的平面，在所述平面上或腔體內具有 用于表貼芯片的電路布線13,疊層PCB基板的側面與上表面相垂直，PCB板層壓 在一起，并通過通孔14形成電氣連接，底部具有底部焊盤15。
圖2A-2E為本發(fā)明第一實施例的制作流程示意圖3A-3D為本發(fā)明第二實施例的制作流程示意圖。
第一實施例
在圖2A中，首先將疊層PCB基板垂直放置并固定好，使側壁上表面朝上， 便于芯片表貼，側壁腔體12內焊盤圖形上均勻涂覆無鉛助焊劑，將IC或MEMS 芯片倒裝在側壁焊盤16上，將表貼好芯片的PCB基板按照高溫回流曲線進行回 流固化，回流固化曲線峰值溫度比凸點22金屬的熔點高30°C。此時，惻壁芯片 21與疊層PCB板形成良好的電氣互連。
在圖2B中，在已倒裝焊好的惻壁芯片下填充底充膠24，以提高模塊的長期 可靠性。在側壁腔體12里注入環(huán)氧樹脂23膠水，以保護垂直互連的芯片。
在圖2C中，疊層PCB板水平放置，在表面焊盤處均勻涂覆無鉛助焊劑，將 一個或多個表面芯片25倒裝在基板表面，將表貼好芯片的疊基板按照高溫回流 曲線進行回流固化。表面芯片與側壁芯片形成電氣互連后組成系統(tǒng)模塊。
在圖2D中，在平面芯片下填充底充膠24提高芯片的可靠性，將整個模塊
釆用環(huán)氧樹脂23膠水進行封裝。
在圖2E中，將組裝好模塊倒置固定好，在底部焊盤上均勻涂覆助焊劑，移
8植無鉛焊球26并回流，在底部形成焊球排列，便于器件的下一級組裝。
第二實施例
本實施例是將IC或MEMS芯片采用引線鍵合的方式互連形成多芯片組件模塊。
在圖3A中，將疊層PCB基板垂直放置并固定好，使側壁腔體上表面朝上， 在側壁腔體內放置貼片膠32,將垂直芯片上表面朝上表貼在側壁腔體12內，加 熱固化貼片膠將芯片固定，利用引線31采用引線鍵合的方式將芯片上的焊盤與 側壁腔體12內金屬化的焊盤16互連，形成良好的電氣連接。
在圖3B中，為保護引線鍵合和提高模塊的長期可靠性，在側壁腔體里注入 環(huán)氧樹脂23膠水并固化。
在圖3C中，將疊層PCB板水平放置，在疊層PCB上表面放置貼片膠32，將 一個或多個表面芯片25表貼在基板表面，加熱固化貼片膠32將芯片固定，采 用引線鍵合的方式將芯片上的焊盤與上表面腔體上金屬化的焊盤互連，多個芯 片與疊層基板形成電氣互連。
在圖3D中，釆用環(huán)氧樹脂23膠水保護上表面表貼的表面芯片25和引線31。
本發(fā)明按照一個典型實施例進行了說明，應當理解，上述實施例不以任何 形式限定本發(fā)明，凡釆用權利要求范圍內的多芯片組件封裝方法均落在本發(fā)明 專利的保護范圍之內。
權利要求
1.一種利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方法，其特征在于包括以下步驟1)在疊層PCB基板側壁形成一個或多個有電路圖形布線的側壁腔體，且側壁腔體內具有用于貼裝芯片的布線的側壁焊盤；在疊層PCB基板的上表面形成一個平面或形成具有一個或多個表面腔體的平面，在所述平面上或腔體內具有用于表貼芯片的電路布線，所述疊層PCB基板的側面與上表面相垂直；2)在疊層PCB基板的側壁或側壁腔體內垂直貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)氧樹脂膠水進行保護；3)在疊層PCB基板的上表面的平面或腔體內貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)氧樹脂膠水進行保護。
2. 根據(jù)權利要求1所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方 法，其特征在于還包括在PCB板底部的金屬化焊盤處進行SMT表貼或在PCB板底部移植無鉛焊球的步驟。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封 裝方法，其特征在于所述疊層PCB基板的制備過程為每層PCB板層布線后， 對用于隔離焊盤的PCB板進行預打孔，將PCB板層壓在一起，在側壁需要金屬 化的位置打孔，孔徑小于預打孔的孔徑，將孔內金屬化形成金屬化焊盤。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封 裝方法，其特征在于在所述步驟2)中，利用倒裝焊實現(xiàn)芯片的倒裝式垂直表 貼，具體步驟為(a) 將疊層PCB基板垂直放置，使疊層PCB基板側壁腔體水平以方便芯片的表貼；(b) 在側壁腔體內側壁焊盤圖形上均勻涂覆無鉛助焊劑；(c) 將長有凸點的芯片倒裝焊在已涂好助焊劑的焊盤上；(d) 將表貼好芯片的PCB基板按照高溫回流曲線進行回流固化；(e) 在已表貼回流后的芯片底部填充底充料，加熱固化；(f)在側壁腔體內填充包封膠，加熱固化。
5，根據(jù)權利要求4所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方 法，其特征在于在步驟(d)中，回流固化曲線峰值溫度比凸點金屬的熔點高30。C。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封 裝方法，其特征在于在所述步驟2)中，采用引線鍵合式完成芯片的垂直表貼， 具體步驟為(a) 將PCB基板垂直放置，使PCB基板側壁腔體水平以方便芯片的表貼；(b) 在側壁或側壁腔體內放置貼片膠，貼片膠可以是導電膠或者導熱膠；(c) 在側壁或側壁腔體內表貼芯片，將貼片膠高溫固化；(d) 將PCB基板加熱，采用引線鍵合的方式實現(xiàn)芯片與PCB板之間的電氣連接；(e)在側壁或側壁腔體內填充包封膠，加熱固化。
7. 根據(jù)權利要求1或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封 裝方法，其特征在于在所述步驟3)中，利用倒裝焊實現(xiàn)多個芯片的倒裝式貼 裝，具體步驟為(a) 將PCB基板水平放置，以便于表面的多個芯片的表貼；(b) 在PCB基板表面焊盤圖形上均勻涂覆無鉛助焊劑；(c) 將長有凸點的芯片倒裝焊在已涂好助焊劑的焊盤上；(d) 將表貼好芯片的PCB基板按照高溫回流曲線進行回流固化；(e) 在已表貼回流后的芯片底部填充底充料，加熱固化；(f) 在PCB基板表面采用圍堰填充的方式對芯片進行包封，加熱固化，用于保護完成倒裝焊的芯片。
8. 根據(jù)權利要求7所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方法，其特征在于在所述步驟(d)中，回流固化曲線峰值溫度比凸點金屬的熔點 高30。C。
9. 根據(jù)權利要求l或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封 裝方法，其特征在于在所述步驟3)中，利用引線鍵合式完成芯片的表貼，具體步驟為(a) 將PCB基板水平放置，以便于表面的多個芯片的表貼；(b) 在表面或表面腔體內放置貼片膠，貼片膠可以是導電膠或者導熱膠；(c) 在表面或表面腔體內表貼芯片，將貼片膠高溫固化；(d) 將PCB基板加熱，釆用引線鍵合的方式實現(xiàn)芯片與PCB板之間的電氣連接；(f)在PCB基板表面采用圍堰填充的方式對芯片進行包封，加熱固化后，用于保護完成倒裝焊的芯片。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件 封裝方法，其特征在于所述芯片為IC或MEMS芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用PCB基板進行垂直互連的多芯片組件封裝方法，其特征在于包括以下步驟1)在疊層PCB基板側壁形成一個或多個有電路圖形布線的側壁腔體，且側壁腔體內具有側壁焊盤；在疊層PCB基板的上表面形成一個平面或形成具有一個或多個表面腔體的平面，在所述平面上或腔體內具有用于表貼芯片的電路布線；2)在疊層PCB基板的側壁或側壁腔體內垂直貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)氧樹脂膠水進行保護；3)在疊層PCB基板的上表面的平面或腔體內貼裝芯片，將貼裝好的芯片用環(huán)氧樹脂膠水進行保護。本發(fā)明是基于疊層PCB基板將IC或MEMS等芯片進行垂直貼片實現(xiàn)多芯片組件封裝，能夠使芯片測量垂直方向上的物理量。
文檔編號B81C3/00GK101587847SQ200910033190
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者朱大鵬, 段志偉, 陳利軍 申請人:美新半導體(無錫)有限公司