一种芯片的封装方法及封装结构技术

本发明专利技术公开了一种芯片的封装方法及封装结构，其中该封装方法包括：在转接基板的上表面上预留出与待封装芯片的内部管脚相对应的凸点；在该待封装芯片的内部管脚上植入第一金属球；PCB基板设置有焊盘，在转接基板的下表面上植入第二金属球，焊盘与第二金属球相对应；在转接基板与PCB基板之间还设置有压力导电膜；接着，将待封装芯片置于转接基板的上表面上，将PCB基板置于转接基板的下方，对该待封装芯片施加机械压力，实现封装。本发明专利技术通过对封装方法的整体工艺流程、相应封装结构中的各个细微结构设置等进行改进，能够有效解决回流焊接封装中存在的翘曲的问题，避免焊接故障的出现，减少对温度的敏感性，且封装芯片可拆卸、更换。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片的封装方法及封装结构
本专利技术属于微纳米电子
，更具体地，涉及一种芯片的封装方法及封装结构，尤其适用于多引脚芯片的封装。
技术介绍
封装技术是一种利用绝缘材料将集成电路打包的技术。芯片封装是芯片与其他电路连接必不可少的。随着半导体技术的发展，芯片晶体管集成规模的增加，芯片封装的I/O引脚也增加到几百根，甚至达到几千根。芯片封装的结构和方法将决定芯片使用过程中对环境的稳定性以及与其他电路连接的好坏，影响到芯片的性能。比如所有手机、电脑的CPU和存储器芯片都是利用封装技术连接到主板上，不合适的封装结构可能会导致CPU发热时封装连接点的断裂，对温度耐性差；特别是对于存储器，随着集成电路上可容纳的元器件的数目的增加，存储器的容量也会遵循摩尔定律，约每隔18-24个月便会增加一倍，存储器引脚数量的增加情况反映芯片引脚的增加情况。计算机中的存储器封装时，大容量的存储器I/O接口密度大，封装结构方法不恰当时，PCB基板精确度达不到要求，则不能保证正确的电气连接。因此，对于多引脚芯片的封装结构方法的研究有重要现实意义。目前主要的芯片封装技术包括DIP、QFP/PFP、QFN、PGA、BGA、SFF、TCP等等。其中适用于对高密度、多引脚芯片的封装主要有BGA封装和TCP封装。BGA是将待封装芯片植球焊接到转接基板上，再将转接基板植球焊接到PCB基板上，这种封装在回流焊接的过程中，较大的塑料封装容易产生翘曲，严重可能导致连接断接。转接基板和PCB基板热膨胀系数(CTE)不匹配，会导致在使用过程中对温度敏感、焊点疲劳、失效，中国专利技术专利“一种芯片倒装BGA封装方法”(公开号103441085A，公开日2013.12.11)中所述的一种倒装BGA封装方法可以有效封装多引脚芯片，但仍然存在芯片、转接基板、PCB基板CTE不匹配和封装翘曲等问题，并且芯片难以拆卸，返修困难。TCP封装是利用各向异性导电膜连接芯片与PCB基板，各向异性导电膜在膜厚方向具有导电性、在膜面方向具有绝缘性，热压后上下电极相连。这种封装适用于芯片引脚与PCB基板焊盘完全对应，当芯片引脚密度大于PCB基板的精确度时，此方法不合适。中国专利技术专利“芯片封装的导电垫结构”(公开号100342532，公开日2007.10.10)中所述的一种利用各向异性导电膜封装的结构，通过各向异性的条状凸助之间的高低差实现导电，这种封装结构加工困难，当PCB精确度达不到要求时，仍然难以封装高密度多引脚芯片。上述两种封装方法在使用过程芯片难拆卸，返修困难。因此，目前迫切地需要一种能够封装高密度多引脚芯片的方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种多引脚芯片封装方法，其中通过对封装方法的整体工艺流程、相应封装结构中的各个细微结构设置等进行改进，设置具有特定上表面和下表面结构的转接基板，与待封装芯片及PCB基板相配合，可采用施加机械压力的方式实现电气连接，与现有技术相比能够有效解决回流焊接封装中存在的翘曲的问题，避免焊接故障的出现，减少对温度的敏感性，且封装芯片可拆卸、更换。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预准备步骤：在转接基板的上表面上预留出凸点，所述凸点与待封装芯片的内部管脚相对应；在该待封装芯片的内部管脚上植入第一金属球，用于使所述转接基板上的所述凸点、以及与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚两者通过所述第一金属球相连；PCB基板设置有焊盘，在所述转接基板的下表面上植入第二金属球，所述焊盘与所述第二金属球相对应；在所述转接基板与所述PCB基板之间还设置有压力导电膜，该压力导电膜用于连接所述转接基板上的第二金属球与所述PCB基板上的焊盘，从而使所述转接基板和所述PCB基板实现电气连接；(2)组合封装步骤：将所述待封装芯片置于所述转接基板的上表面上，将所述PCB基板置于所述转接基板的下方；接着，对该待封装芯片施加机械压力，提供所述待封装芯片与所述转接基板之间、所述转接基板与所述压力导电膜之间的作用力，实现封装；优选的，所述压力导电膜还可用各向异性导电膜替换。作为本专利技术的进一步优选，在所述步骤(1)中，所述转接基板的四周还设置有导框，该导框用于固定所述待封装芯片与所述转接基板两者的相对位置，使所述转接基板上的所述凸点、以及与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚两者一一对齐。作为本专利技术的进一步优选，所述待封装芯片为存储芯片、数字电路芯片、模拟电路芯片、MEMS芯片、微波射频芯片、A/D芯片或D/A芯片；优选的，所述待封装芯片其引脚数量不低于1000根，优选的，该待封装芯片的芯片大小不低于3英寸；所述存储芯片优选为以下任意一种：DRAM、SRAM、NORFlash、NANDFlash、相变存储器、阻变存储器、磁存储器、3DNAND、3DXpoint、以及3DRRAM。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述施加机械压力是利用重力传动、弹簧片传动或液压传动的方式。作为本专利技术的进一步优选，所述转接基板为陶瓷基板、炭纤维基板或有机基板。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，在所述转接基板的下表面上植入所述第二金属球，具体是利用BGA封装技术，在该转接基板的下表面上植入锡球，接着加热将该锡球融化，并通过氮气气流将融化的锡球吹出劈刀状，冷却后即完成了所述第二金属球的植入；优选的，当所述待封装芯片的内部管脚表面层为Al时，是先在该表面层上镀上NiPdAu或者NiAu，再植入所述第一金属球。作为本专利技术的进一步优选，所述压力导电膜内含纵向金属丝、且压力下导通，横向绝缘且不导电；优选的，该压力导电膜正常工作时，其纵向电阻率为1.5～10.0μΩ·cm，频带宽度超过GHz；所述各向异性导电膜能承载2000mA级的电流，且电阻小于200Ω，更优选小于50Ω。作为本专利技术的进一步优选，所述转接基板上的凸点与所述待封装芯片的内部管脚一一对应，该转接基板上的凸点与该待封装芯片的内部管脚通过所述第一金属球一一对应相连；所述转接基板上的所述第二金属球与所述PCB基板上的所述焊盘一一对应。作为本专利技术的进一步优选，所述PCB基板上还设置有选择控制电路，该电路由多路模拟开关组成，这多路模拟开关的输出端或输入端与该PCB基板上的各个焊盘分别电连接，这多路模拟开关的输入端或输出端则与测试仪器相连，该测试仪器用于提供测试信号或进行检测；在该电路的一端上还设置有地址总线，该地址总线用于与单片机微控器相连，以该单片机微控器作为主控计算机选择地址。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种芯片的封装结构，其特征在于，自上而下包括待封装芯片、转接基板、压力导电膜和PCB基板，其中，所述转接基板的上表面上预留有凸点，所述凸点与所述待封装芯片的内部管脚相对应；在该待封装芯片的内部管脚上植入有第一金属球，所述第一金属球用于将所述转接基板上的所述凸点与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚相连接；所述PCB基板上设置有焊盘，在所述转接基板的下表面上植入有第二金属球，所述焊盘与所述第二金属球相对应；所述压力导电膜设置在所述转接基板与所述PCB基板之间，该压力导电膜用于连接所述转接基板上的第二金属球与所述PCB基板上的焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预准备步骤：在转接基板的上表面上预留出凸点，所述凸点与待封装芯片的内部管脚相对应；在该待封装芯片的内部管脚上植入第一金属球，用于使所述转接基板上的所述凸点、以及与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚两者通过所述第一金属球相连；PCB基板设置有焊盘，在所述转接基板的下表面上植入第二金属球，所述焊盘与所述第二金属球相对应；在所述转接基板与所述PCB基板之间还设置有压力导电膜，该压力导电膜用于连接所述转接基板上的第二金属球与所述PCB基板上的焊盘，从而使所述转接基板和所述PCB基板实现电气连接；(2)组合封装步骤：将所述待封装芯片置于所述转接基板的上表面上，将所述PCB基板置于所述转接基板的下方；接着，对该待封装芯片施加机械压力，提供所述待封装芯片与所述转接基板之间、所述转接基板与所述压力导电膜之间的作用力，实现封装；优选的，所述压力导电膜还可用各向异性导电膜替换。

【技术特征摘要】
1.一种芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预准备步骤：在转接基板的上表面上预留出凸点，所述凸点与待封装芯片的内部管脚相对应；在该待封装芯片的内部管脚上植入第一金属球，用于使所述转接基板上的所述凸点、以及与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚两者通过所述第一金属球相连；PCB基板设置有焊盘，在所述转接基板的下表面上植入第二金属球，所述焊盘与所述第二金属球相对应；在所述转接基板与所述PCB基板之间还设置有压力导电膜，该压力导电膜用于连接所述转接基板上的第二金属球与所述PCB基板上的焊盘，从而使所述转接基板和所述PCB基板实现电气连接；(2)组合封装步骤：将所述待封装芯片置于所述转接基板的上表面上，将所述PCB基板置于所述转接基板的下方；接着，对该待封装芯片施加机械压力，提供所述待封装芯片与所述转接基板之间、所述转接基板与所述压力导电膜之间的作用力，实现封装；优选的，所述压力导电膜还可用各向异性导电膜替换。2.如权利要求1所述芯片的封装方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述转接基板的四周还设置有导框，该导框用于固定所述待封装芯片与所述转接基板两者的相对位置，使所述转接基板上的所述凸点、以及与该凸点相对应的所述待封装芯片的内部管脚两者一一对齐。3.如权利要求1所述芯片的封装方法，其特征在于，所述待封装芯片为存储芯片、数字电路芯片、模拟电路芯片、MEMS芯片、微波射频芯片、A/D芯片或D/A芯片；优选的，所述待封装芯片其引脚数量不低于1000根，优选的，该待封装芯片的芯片大小不低于3英寸；所述存储芯片优选为以下任意一种：DRAM、SRAM、NORFlash、NANDFlash、相变存储器、阻变存储器、磁存储器、3DNAND、3DXpoint、以及3DRRAM。4.如权利要求1所述芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述施加机械压力是利用重力传动、弹簧片传动或液压传动的方式。5.如权利要求1所述芯片的封装方法，其特征在于，所述转接基板为陶瓷基板、炭纤维基板或有机基板。6.如权利要求1所述芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在所述转接基板的下表面上植入所述第二金属球，具体是利用BG...

【专利技术属性】
技术研发人员：童浩，戴一帆，缪向水，程晓敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42