[发明专利]三维多芯片封装模块和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维多芯片封装模块和制作方法，更确切地说本发明是将多个芯片利用叠装的方式封装于一种带腔体结构设计的印制电路板(PCB)上，实现多芯片立体(3D-MCM)封装。属于微电子封装领域。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，电子器件封装的作用越来越重要，电子技术的发展趋势是重量更轻、体积更小、功能更强，封装也向着高密度、轻量化、多功能、适于表面安装的方向发展。多芯片封装、三维立体封装就是应运而生的先进封装技术。

多芯片封装(MCM)是将多个芯片放置在一个封装内的基板上，它比其他方法能得到更高的封装密度。基板多芯片组件(MCM-L)是一种基于印制电路板的多芯片封装技术，多个芯片贴装在封装基板的一面或两面，封装基板上的走线实现芯片之间的互连。

在多芯片封装(MCM)X、Y平面二维封装的基础上发展出了三维多芯片封装(3D-MCM)。它是将芯片沿Z轴叠层在一起，更大限度地提高封装密度、缩小封装尺寸。本发明就是在这种需求背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三维多芯片封装模块的互连结构和制作方法。

本发明为一种三维多芯片(3D-MCM)封装模块。以多层印制电路板(PCB)作为封装基板，利用印制电路板(PCB)制作过程中的多层布线和层压技术，在封装基板内部形成一个有图形布线的腔体，用于放置芯片和形成芯片的电气连接。在与腔体同侧的封装基板表面采用植球的方式制作回型焊球阵列作为引脚输出。在封装基板的另一表面进行BGA芯片的贴装，从而形成三维多芯片封装模块。

本发明的具体工艺步骤如下：

1.采用植球工艺制作回型球栅阵列输出引脚

a.  在封装基板的回型阵列引脚焊点图形上均匀的涂覆无铅助焊膏；

b.将无铅锡球放置于已涂好助焊膏的焊点图形上；

c.  已植好球的封装基板按照高温回流曲线进行回流固化；回流固化曲线峰值为290℃；

2.采用表面贴装工艺(SMT)在基板正面贴装球栅阵列(BGA)芯片；

a.  完成步骤1后，在封装基板的另一表面上用丝网印刷技术印刷铅锡焊膏；

b.  用SMT贴片机将球栅阵列(BGA)芯片贴装在已涂好铅锡焊膏的焊点图形上；

c.  贴装好球栅阵列(BGA)芯片的封装基板再次按照低温回流曲线进行回流固化；

d.在已完成贴装的球栅阵列(BGA)芯片底部用填充底料进行底部填充，加热固化；

所述的铅锡焊膏中铅锡的为37/63铅锡焊料(质量百分比)；

所述的低温回流曲线峰值为260℃；

所述的加热固化条件是，固化温度130℃，固化时间1小时；

3.采用引线键合(WB)互连工艺组装腔体内的裸芯片

a.  完成步骤2后，用低温固化胶把裸芯片固化在腔体内的贴装位置上，低温加热固化；

b.  已固化的芯片用引线键合工艺将芯片上的焊点与腔体内的电路走线相连接，实现芯片与其他电路之间的电气互连；

c.用包封胶填充在腔体内，充满整个腔体，并将键合引线一同包封住，包封胶为室温固化胶，室温下24小时自行固化。用于保护已完成引线键合的芯片；

所述的低温加热固化条件是，固化温度为100℃，固化时间30分钟；经过上述工艺完成的三维多芯片封装模块具有以下特征：

1.封装基板具有腔体结构，腔体内贴装芯片，从而和封装基板表面贴装的芯片形成三维叠装的互连封装结构。

2.模块的结构互连是传统的引线键合技术和新型的倒装芯片技术以及印刷电路板立体走线相结合而形成的。

3.封装基板凹陷腔体是在多层印制电路板(PCB)制作中形成的，腔体内有电路图形走线，走线形成腔体内所贴装芯片与其他芯片之间的互连。

4. 在封装基板上形成焊点阵列作为整个封装结构的输入输出引脚。其焊点阵列是采用锡球种植再回流固化的方式得到的。

本发明的技术优势有以下几点：

1.  在封装基板上设计凹陷腔体结构，将芯片放置在腔体中，使芯片完全凹陷于基板内部，这样就充分利用了封装基板的立体空间，便于在腔体外围以BGA的形式实现引脚输出，从而大大减少了封装面积，提高了封装密度。