專利名稱：一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法。
背景技術(shù)：
微電子封裝對集成電路(IC)產(chǎn)品的體積、性能、可靠性質(zhì)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(chǎn)品整機高性能微小型化發(fā)展的大趨勢。隨著IC向系統(tǒng)集成方向發(fā)展，近年來采用系統(tǒng)級封裝(SiP)技術(shù)思路解決IC系統(tǒng)集成快速進入市場，系統(tǒng)級封裝(SiP)是在原來置放一片裸晶的標準封裝"內(nèi)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(gòu)成一個IC系統(tǒng)。
目前，SiP的形式可說是千變?nèi)f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(jié)合，這些3D封裝類型中，發(fā)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小；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(xiàn)I/0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(tài)，當懸臂鍵合施加壓力、超聲時，懸臂端受到壓力和超聲振動的沖擊，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(guī)鍵合強度降低30%，特別是壓力和超聲振動沖擊還會導致芯片破脆、芯片裂紋，其鍵合可靠性受到嚴重影響，如何在堆疊芯片懸臂鍵合上，有效施加、吸收外場能量，實現(xiàn)高強度、高可靠鍵合;需要探索新的工藝技術(shù)實現(xiàn)高強度、高可靠懸臂鍵合，是SiP系統(tǒng)集成封裝發(fā)展迫切需要解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種減小鍵合過程壓力/超聲振動沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界面平穩(wěn)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(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法，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/0焊盤通過微小引線與基板的引腳連接，實現(xiàn)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(shù)方案的用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法，針對SiP懸臂鍵合過程的壓力/超聲沖擊和非穩(wěn)定狀態(tài)，采用柔性封裝，即在IC芯片的鍵合點鍵合層下制作一層柔性聚合物，減小鍵合過程壓力/超聲振動沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界面平穩(wěn)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(tǒng)集成封裝技術(shù)的發(fā)展。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果采用柔性懸臂鍵合，能夠有效地降低懸臂超聲鍵合的振動沖
擊，提高懸臂鍵合強度和鍵合質(zhì)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(wěn)傳遞，具有普遍的應用價值。
綜上所述，本發(fā)明是一種減小鍵合過程壓力/超聲振動沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界
面平穩(wěn)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(tǒng)級封
裝的柔性懸臂鍵合的方法。


圖l是柔性懸臂鍵合示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
參見圖l， 2X4mm的芯片形成SiP系統(tǒng)集成封裝，如圖l， 2X4mm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/0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(xiàn)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使得鍵合的振動沖擊明顯減小，使得鍵合過程的超聲能平穩(wěn)傳遞，提高懸臂鍵合強度和連接質(zhì)量。
從圖l可以看出鍵合載荷的施加引起懸臂芯片產(chǎn)生沖擊振動，從激光多普勒測振儀測試結(jié)果可知，芯片振動產(chǎn)生沖擊振動，從而導致鍵合界面能量傳遞不連續(xù)，影響瞬間超聲能的傳遞和轉(zhuǎn)化，降低鍵合強度和焊接可靠性。本發(fā)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使得鍵合的振動沖擊明顯減小，使得鍵合過程的超聲能平穩(wěn)傳遞，提高懸臂鍵合強度和連接質(zhì)量。
對于2X4mm的芯片，交叉疊加的懸臂鍵合，采用柔性懸臂鍵合，較好地實現(xiàn)懸臂鍵合，明顯減小鍵合過程的振動沖擊，通過剪切強度測試，其剪切鍵合強度的到了明顯提高，未出現(xiàn)芯片損壞，提高了焊接可靠性。
權(quán)利要求
1.一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法，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(3)的I/O焊盤(4)通過微小引線(8)與基板的引腳連接，實現(xiàn)IC封裝互連，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，超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀(9)傳遞能量，其特征是在所述的焊盤(4)底層與所述的上層芯片(3)之間設置一層柔性聚合物(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的柔性懸臂鍵合的方法，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(3)的I/O焊盤(4)通過微小引線(8)與基板的引腳連接，實現(xiàn)IC封裝互連，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，超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀(9)傳遞能量，在所述的焊盤(4)底層與所述的上層芯片(3)之間設置一層柔性聚合物(7)。本發(fā)明減小鍵合過程壓力/超聲振動沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界面平穩(wěn)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。
文檔編號H01L21/02GK101645406SQ20091030685
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者李軍輝, 王瑞山, 雷 韓 申請人:中南大學