一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片及其制造方法，所述三維芯片包括：一層或多層用于支撐功能芯片以及實(shí)現(xiàn)功能芯片間電氣連接的基板；堆疊或平面布局于所述基板上的射頻、基帶、存儲(chǔ)器芯片的裸片；位于上下層功能芯片之間，用于固定和隔離上下層功能芯片的聚合物或載板；用于實(shí)現(xiàn)所述功能芯片與基板之間電氣連接的鍵合引線或倒裝焊微凸點(diǎn)；以及底層基板下表面的BGA焊球陣列。本發(fā)明將多種實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航的功能芯片，通過一系列的基板工藝和微組裝工藝集成在一個(gè)封裝體內(nèi)，形成一個(gè)高性能、高密度、低損耗的小型電子產(chǎn)品，可克服現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品模塊尺寸大、開發(fā)難度大、功耗成本高等問題。
【專利說明】一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種采用三維多芯片組件技術(shù)(3D-MCM)來實(shí)現(xiàn)的一款北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航三維接收芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步建設(shè)完善，以北斗為核心的衛(wèi)星導(dǎo)航、精確授時(shí)以及位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)正在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮越來越重要的作用，成為至關(guān)重要的新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。
[0003]高性能衛(wèi)星導(dǎo)航終端和芯片是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，也是整個(gè)導(dǎo)航服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的終端應(yīng)用開發(fā)都具有偏向性，有的以研制射頻芯片為核心，有的以基帶處理芯片為研究核心，很少能提供自主的射頻與基帶處理芯片一體化解決方案，從而導(dǎo)致射頻芯片與基帶處理芯片核心算法銜接不到位，也極大地降低了模塊開發(fā)的性能。同時(shí)由于目前多采用封裝好的射頻、基帶分立芯片進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航功能，導(dǎo)致模塊的尺寸、功耗、開發(fā)成本都很高，在一定程度上制約了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此， 本發(fā)明的主要目的在于提供一種射頻、基帶一體化的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片，該結(jié)構(gòu)基于三維封裝技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航功能的多種不同芯片的裸片及元器件封裝在一顆一體化芯片中，并完成內(nèi)部邏輯連接和扇出接口。通過將芯片及元器件進(jìn)行三維堆疊，可以進(jìn)一步提高組裝密度，降低產(chǎn)品的重量和體積。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:一層或多層用于支撐功能芯片以及實(shí)現(xiàn)功能芯片間電氣連接的基板；堆疊或平面布局于所述基板上的實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航的功能芯片的裸片；位于上下層功能芯片之間，用于固定和隔離上下層功能芯片的聚合物或載板；用于實(shí)現(xiàn)所述功能芯片之間以及所述功能芯片與基板之間電氣連接的鍵合引線和倒裝焊形成的微凸點(diǎn)；以及分布于底層基板下表面的BGA焊球陣列。
[0009]進(jìn)一步地說，所述一層或多層基板表面及內(nèi)部設(shè)置有下列微結(jié)構(gòu):(I)金屬焊盤；
(2)倒裝焊微凸點(diǎn)；(3)微導(dǎo)線；(4)通孔結(jié)構(gòu)等，基板尺寸形狀及上述微結(jié)構(gòu)需根據(jù)多種功能芯片/元器件的電學(xué)連接關(guān)系進(jìn)行專門設(shè)計(jì)制造。
[0010]進(jìn)一步地說，所述置于基板上的用于實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航功能的多種不同裸片，是指從晶圓廠完成流片、劃片工藝后未經(jīng)封裝的裸芯片，其上表面具有供電學(xué)連接的金屬焊盤，與基板連接技術(shù)可以為引線鍵合和倒裝焊。
[0011]進(jìn)一步地說，所述置于基板上的用于實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航的功能芯片的裸片，裸片種類包括:基帶芯片、射頻芯片和存儲(chǔ)芯片，并按照特定邏輯關(guān)系連接實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航接收功能。
[0012]進(jìn)一步地說，還包括覆蓋于所述基板上表面的塑封膠；其中，所述塑封膠的高度和面積以包覆所有的功能芯片、鍵合引線和微凸點(diǎn)為準(zhǔn)；所述塑封膠由有機(jī)聚合物材料制成。
[0013]進(jìn)一步地說，所述基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃為基體；所述焊盤結(jié)構(gòu)由銅、鎳、金或上述材料的合金制成。
[0014]再進(jìn)一步地說，所述基帶芯片為多模衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理器，其內(nèi)部集成了多系統(tǒng)并行捕獲引擎、多系統(tǒng)兼容的相關(guān)器引擎及ARM處理器內(nèi)核。
[0015]本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片的制造方法，其包括以下步驟:
[0016]設(shè)計(jì)并制作出用于實(shí)現(xiàn)多芯片間邏輯連接和支撐作用的多層印刷電路基板；
[0017]通過貼片機(jī)將第一層級(jí)芯片表貼于基板上預(yù)留指定位置，采用倒裝焊工藝的裸片，其焊盤需要與頂層基板上表面的微凸點(diǎn)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)重合；
[0018]將貼裝芯片后的基板高溫固化，使芯片和基本之間形成穩(wěn)固連接；
[0019]通過引線鍵合機(jī)，將第一層級(jí)芯片的焊盤用信號(hào)線引出到基板上相應(yīng)的引線焊盤位置；
[0020]采用點(diǎn)膠或者涂敷等方式在第一層級(jí)芯片上表面形成一層聚合物；
[0021]在聚合物上方放置第二層級(jí)芯片；
[0022]同樣經(jīng)過上述固化、引出信號(hào)線等步驟，形成第二層級(jí)芯片的互連；
[0023]重復(fù)上訴步驟可實(shí)現(xiàn)多層級(jí)芯片的系統(tǒng)級(jí)堆疊；
[0024]采用點(diǎn)膠或者涂敷等方式在基板上表面形成一層塑封膠，并加溫固化；
[0025]在基板的背面通過C4工藝回流形成BGA焊球陣列；
[0026]對(duì)整個(gè)模塊切片，并做相應(yīng)的性能檢測(cè)。
[0027](三)有益效果
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]首先，本發(fā)明將射頻、基帶等裸芯片高度集成，形成一體化芯片解決方案，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航功能，擺脫了傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊由多顆芯片組裝實(shí)現(xiàn)時(shí)體積大、成本高的缺點(diǎn)，使整個(gè)芯片的成本和體積都大大減小，并降低了用戶二次開發(fā)的難度，也提高了產(chǎn)品的保密性。
[0030]第二，本方案將一體化接收芯片中的各個(gè)裸芯片間的走線距離變短，更利于提高信號(hào)處理的速度，降低系統(tǒng)功耗，提高芯片的性能。
[0031]第三，方案采用三維集成技術(shù)，通過將裸芯片多層堆疊充分利用了豎直方向的空間，可以使得封裝尺寸與重量更小。
[0032]第四，本方案采用一體化芯片實(shí)現(xiàn)之前由多顆芯片組裝的北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航功能，降低用戶二次開發(fā)難度的同時(shí)也提高了產(chǎn)品的保密性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1-1是三維芯片內(nèi)部裸芯片實(shí)施例一；
[0034]圖1-2是三維芯片內(nèi)部裸芯片實(shí)施例二 ；
[0035]圖2是本發(fā)明三維芯片封裝方法的流程圖；[0036]圖3-1至圖3-7是本發(fā)明三維芯片的制造流程截面圖；
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0038]圖1-1是本發(fā)明所披露的衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片的內(nèi)部裸片功能框圖實(shí)施例一。兩顆單通道射頻芯片分別接收北斗與GPS衛(wèi)星信號(hào)，基帶芯片用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的處理，F(xiàn)lash存儲(chǔ)芯片用于相關(guān)程序與數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。
[0039]圖1-2是本發(fā)明所披露的衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片的內(nèi)部裸片功能框圖另一實(shí)施例。雙通道射頻芯片用于同時(shí)接收北斗和GPS衛(wèi)星信號(hào)，基帶芯片用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息的處理，F(xiàn)lash存儲(chǔ)芯片用于相關(guān)程序與數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。
[0040]參照?qǐng)D2，示出了本發(fā)明第一實(shí)施例三維芯片封裝方法的流程，具體包括:
[0041]步驟SlOl:將第一層功能芯片固定到基板上預(yù)留的指定位置；
[0042]在本優(yōu)選實(shí)施例中，用貼片機(jī)將第一層級(jí)芯片表貼于基板上預(yù)留的指定位置，然后將貼裝芯片后的基板高溫固化，使芯片和基板之間形成穩(wěn)固連接；
[0043]步驟S102:建立所述功能芯片與基板的電氣連接；
[0044]本優(yōu)選實(shí)施例中，通過引線鍵合機(jī)，將第一層級(jí)功能芯片的焊盤用信號(hào)線引出到基板上相應(yīng)的引線焊盤位置，實(shí)現(xiàn)第一層級(jí)功能芯片與基板的電氣連接；
[0045]步驟S103:在上層功能芯片的上方固定一層新的功能芯片，建立該新的功能芯片與所述基板的電氣連接；
[0046]首先，采用點(diǎn)膠或者涂敷等方式在當(dāng)前的上層功能芯片上表面(如第一層級(jí)功能芯片上表面)形成一層聚合物；然后，在聚合物上方放置一層新的功能芯片(如第二層級(jí)功能芯片)；經(jīng)固化后，通過引線鍵合機(jī)，將新的功能芯片(如第二層級(jí)功能芯片)的焊盤用信號(hào)線引出到基板上相應(yīng)的引線焊盤位置，實(shí)現(xiàn)該層級(jí)功能芯片與基板的電氣連接；
[0047]步驟S104:重復(fù)執(zhí)行步驟S103，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)功能芯片的三維封裝過程。
[0048]考慮到本優(yōu)選實(shí)施例電子產(chǎn)品的基板上有三層功能芯片，上述重復(fù)過程只需執(zhí)行一次即可。
[0049]圖3-1至圖3-7給出了三維芯片制造流程的截面圖。
[0050]參照?qǐng)D1-1，示出了具有三維芯片布局結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
[0051]基板11:用于承載組成衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片的多個(gè)功能芯片，并提供功能芯片間的電氣互連；基板11可以以化合物為基體制成，也可以以陶瓷、硅或玻璃為基體制成；
[0052]基板下表面焊盤結(jié)構(gòu)12:用于形成基板下表面焊球陣列，優(yōu)選采用銅、鎳、金及其合金等金屬組成；
[0053]基板下表面BGA焊球陣列13:用于本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片與其他產(chǎn)品連接的端Π ；
[0054]基板上表面焊盤結(jié)構(gòu)14:用于基板上表面功能芯片的鍵合引線焊盤或者倒裝焊微凸點(diǎn)；
[0055]鍵合引線15:用于連接功能芯片16上的引出焊盤和基板11上分布于功能芯片16四周的基板上表面焊盤14 ;為提高電氣性能，優(yōu)選采用金屬金或者銅；
[0056]功能芯片16-1?16-3:用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明三維芯片的功能，包括射頻、基帶、存儲(chǔ)、微處理器等功能芯片；其中，第二層級(jí)功能芯片16-2位于第一層級(jí)功能芯片16-1之上；第三層級(jí)功能芯片16-3位于第二層級(jí)功能芯片16-2之上；
[0057]聚合物17:位于第一層級(jí)功能芯片16-1和第二層級(jí)功能芯片16-2的上表面，用于固定和隔離上一層級(jí)功能芯片；
[0058]塑封膠10:覆蓋于功能芯片16-1?16-3和鍵合引線15之上，其高度和面積以包覆所有的功能芯片、鍵合引線以及基板上表面的裸露焊盤為準(zhǔn)；塑封膠10優(yōu)選采用有機(jī)聚合物材料。
[0059]需要說明的是，本優(yōu)選實(shí)施例中都僅設(shè)置有一層基板，在實(shí)際實(shí)施過程中，布局有多層功能芯片的基板上面還可以堆疊一層或多層基板(每層基板上都可以堆疊一層或多層功能芯片)，基板堆疊層次可以達(dá)到5層；其中，上下層基板之間通過垂直通孔建立電氣連接。
[0060]對(duì)于前述的各方法實(shí)施例，為了描述簡(jiǎn)單，故將其都表述為一系列的動(dòng)作組合，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或同時(shí)執(zhí)行；其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，上述方法實(shí)施例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的動(dòng)作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。
[0061]對(duì)本發(fā)明公開的一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片，文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片，其特征在于，包括: 一層或多層用于支撐功能芯片以及實(shí)現(xiàn)功能芯片間電氣連接的基板； 堆疊或平面布局于所述基板上的實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航的功能芯片的裸片或封裝片； 位于上下層功能芯片之間，用于固定和隔離上下層功能芯片的聚合物或載板； 用于實(shí)現(xiàn)所述功能芯片之間以及所述功能芯片與基板之間電氣連接的鍵合引線或倒裝焊形成的微凸點(diǎn)； 以及分布于底層基板下表面的BGA焊球陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維芯片產(chǎn)品，其特征在于，所述一層或多層基板表面及內(nèi)部設(shè)置有下列微結(jié)構(gòu):(I)金屬焊盤；(2)倒裝焊微凸點(diǎn)；(3)微導(dǎo)線；(4)通孔結(jié)構(gòu)等，基板尺寸形狀及上述微結(jié)構(gòu)需根據(jù)多種功能芯片/元器件的電學(xué)連接關(guān)系進(jìn)行專門設(shè)計(jì)制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維芯片產(chǎn)品，其特征在于，所述置于基板上的用于實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航功能的多種不同裸片，裸片種類包括:基帶芯片、射頻芯片和存儲(chǔ)芯片，并按照特定邏輯關(guān)系連接實(shí)現(xiàn)北斗&GPS雙模衛(wèi)星導(dǎo)航接收和處理功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維芯片產(chǎn)品，其特征在于，還包括覆蓋于所述基板上表面的塑封膠；其中，所述塑封膠的高度和面積以包覆所有的功能芯片、鍵合引線或微凸點(diǎn)為準(zhǔn)；所述塑封膠由有機(jī)聚合物材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維芯片產(chǎn)品，其特征在于: 所述基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃為基體； 所述焊盤結(jié)構(gòu)由銅、鎳、金或上述材料的合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基帶芯片，其特征在于，所述基帶芯片為多模衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理器，其內(nèi)部集成了多系統(tǒng)并行捕獲引擎、多系統(tǒng)兼容的相關(guān)器引擎及ARM處理器內(nèi)核。
7.—種衛(wèi)星導(dǎo)航三維芯片的制造方法，其特征在于，包括: 設(shè)計(jì)并制作出用于實(shí)現(xiàn)多芯片間邏輯連接和支撐作用的多層印刷電路基板； 通過貼片機(jī)將第一層級(jí)芯片表貼于基板上預(yù)留指定位置，采用倒裝焊工藝的裸片，其焊盤需要與頂層基板上表面的微凸點(diǎn)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)重合； 將貼裝芯片后的基板高溫固化，使芯片和基本之間形成穩(wěn)固連接； 通過引線鍵合機(jī)，將第一層級(jí)芯片的焊盤用信號(hào)線引出到基板上相應(yīng)的引線焊盤位置； 采用點(diǎn)膠或者涂敷等方式在第一層級(jí)芯片上表面形成一層聚合物； 在聚合物上方放置第二層級(jí)芯片； 同樣經(jīng)過上述固化、引出信號(hào)線等步驟，形成第二層級(jí)芯片的互連； 重復(fù)上訴步驟可實(shí)現(xiàn)多層級(jí)芯片的系統(tǒng)級(jí)堆疊； 采用點(diǎn)膠或者涂敷等方式在基板上表面形成一層塑封膠，并加溫固化； 在基板的背面通過C4工藝回流形成BGA焊球陣列； 對(duì)整個(gè)模塊切片，并做相應(yīng)的性能檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01S19/33GK103869331SQ201210548629
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】謝偉東, 潘小山 申請(qǐng)人:北京天中磊智能科技有限公司