多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构及其封装方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构及其封装方法，所述电表模块结构包括：一层或多层用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接的基板；堆叠或平面布局于所述基板上的功能芯片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；以及，用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊形成的微凸点。本发明专利技术将电表模块中所用的各个不同尺寸、型号的功能芯片裸片，通过集成电路后道封装的一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度、低损耗的小型电子系统及产品，可克服现有系统集成技术产品尺寸大、走线难度大、重复开发成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子芯片封装
，特别是涉及一种。
技术介绍
随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、高密度、低成本等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多，性能越来越强，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中系统级封装技术就是这些技术的典型代表。系统级封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直或者平面方向叠放两个以上芯片的封装技术。·传统的电子产品，如电表模块，是将封装好的各个功能子电路(芯片)通过相应的逻辑连接起来，通常是购买已封装完成的各功能芯片产品，采用PCB电路板集成方式，重新开发一套PCB电路系统，将各子功能芯片进行再次集成和调试，构成符合要求的系统和产品。这样需要外接大量的布局布线来完成这一连接，从而会占据电路板上大量的空间、增加走线难度，同时由于电路板上的线路尺寸和过孔尺寸也过大，不仅使整个产品的面积和体积也会跟着加大,还增加了产品的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，可解决现有模块结构产品中因大量连接各功能子电路之间的逻辑布线造成的产品体积大、成本高的问题。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构，包括一层或多层用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接的基板；堆叠或平面布局于所述基板上的功能芯片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；以及，用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊形成的微凸点。优选的，所述电表模块结构包括二层以上的基板，其中在所述基板上设置有实现基板上下表面之间垂直电气连接的通孔；上下层基板之间通过基板上的垂直通孔实现基板之间的垂直电气连接。优选的，所述电表模块结构还包括覆盖于所述基板上表面的塑封胶；其中，所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线和/或微凸点为准；所述塑封胶由有机聚合物材料制成。优选的，所述电表模块结构还包括形成于最下层基板下表面焊盘结构上的BGA焊球阵列。优选的，所述基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃为基体；所述焊盘结构由铜、镍、金或上述材料的合金制成。优选的，所述功能芯片包括微控制器(MCU,Micro Controller Unit)芯片、485芯片、计量芯片、嵌入式安全控制模块(ESAM, Embedded Secure Access Module)、存储器、逻辑电路和/或时钟芯片。依据本专利技术的另一优选实施例，还公开了一种电表模块结构的封装方法，包括将第一层功能芯片固定到基板上预留的指定位置，并建立所述功能芯片与基板的电气连接；在上层功能芯片的上方固定一层新的功能芯片，建立该新的功能芯片与所述基板的电气连接；重复上述功能芯片的堆叠过程，实现多层级功能芯片的三维封装过程。优选的，所述第一层功能芯片与基板的固定及电气连接方式具体为用贴片机将所述第一层功能芯片表贴于基板上，高温固化后使所述功能芯片稳固连接到所述基板上；用弓I线键合机建立所述功能芯片的焊盘与基板上表面焊盘结构的连接。优选的，所述上下层功能芯片之间的固定及电气连接方式具体为在下层功能芯片的上表面用点胶或涂敷方式形成一层聚合物，在聚合物上放置上层功能芯片，待所述聚合物固化后，用弓I线键合机建立所述上层功能芯片的焊盘与基板上表面焊盘结构的连接。 优选的，所述第一层功能芯片与基板之间，以及，所述上层功能芯片与下层功能芯片之间的固定及电气连接方式具体为将所述功能芯片固定在载板上，通过载板通孔，用倒装焊形成的载板焊球形成上下层功能芯片之间或第一层功能芯片与基板之间的固定及电气连接；其中所述功能芯片通过芯片焊球或聚合物固定在载板上，所述功能芯片与载板之间通过芯片焊球或键合于载板焊盘与芯片焊盘之间的引线建立电气连接。优选的，还包括在封装有多层功能芯片的基板上再堆叠一层或多层用同样方法封装的基板，并通过设置于基板上的垂直通孔建立上下层基板之间的电气连接。优选的，还包括用点胶或者涂敷方式在基板上表面形成一层塑封胶，并加温固化；所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线以及基板上表面的裸露焊盘为准。优选的，还包括在所述基板下表面焊盘结构上通过C4工艺回流形成BGA焊球阵列。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术优选实施例将电表模块中所用的各个不同尺寸、型号的功能芯片裸片，通过集成电路后道封装的一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度、低损耗的小型电子系统及产品，可克服现有系统集成技术将各个已封装成成品芯片的功能子电路通过PCB电路板集成等方式，按照相应的电气逻辑再次连接构成系统的方法所造成的产品尺寸大、走线难度大、重复开发成本高等问题。另外，各个芯片间的电气互连长度变短，还有利于提高信号处理的速度，从而提高产品的性能。在本专利技术进一步的优选实施例中，还在各功能芯片、键合引线和基板裸露焊盘上包覆有塑封胶，为功能芯片和键合引线提供机械保护及热保护，保证功能芯片间或功能芯片与基板间不会因震动等原因造成连接故障，可进一步提高产品的可靠性。在本专利技术进一步的优选实施例中，还包括形成于底层基板下表面焊盘结构上的球栅阵列结构(BGA，Ball Grid Array)焊球阵列，作为本专利技术电表模块与其他产品或模块连接的端口，可进一步扩展产品的应用范围。在本专利技术进一步的优选实施例中，基板的焊盘结构采用铜、镍或金等导电性能良好的金属，可方便形成焊球阵列并提高芯片间的电气连接性能。附图说明 图1-1是本专利技术多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构第一实施例的结构示意图；图1-2是本专利技术电表模块结构的封装方法第一实施例的流程图；图2是本专利技术多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构第二实施例的结构示意图；图3是本专利技术多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构第三实施例的结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。第一实施例在本优选实施例中，堆叠于基板上的多层功能芯片之间采用聚合物进行固定和隔离，功能芯片与基板之间通过键合弓丨线建立电气连接。参照图1-1，示出了多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构第一实施例的结构示意图，包括基板11 :用于承载组成电表模块结构的多个功能芯片，并提供功能芯片间的电气互连；基板11可以化合物为基体制成，也可以陶瓷、硅或玻璃为基体制成；基板下表面焊盘结构12 :用于形成基板下表面焊球阵列；优选采用铜、镍、金及其合金等金属组成；基板下表面BGA焊球阵列13 :用于本专利技术电表模块结构与其他产品或模块(如电表模块的下一级母板)连接的端口；基板上表面焊盘结构14 :用于基板上表面功能芯片的键合引线焊盘；键合引线15 :用于连接功能芯片16上的引出焊盘和基板11上分布于功能芯片16四周的基板上表面焊盘14 ;为提高电气性能，优选采用金属金或者铜；功能芯片16-1 16-3 :用于实现本专利技术电表模块的功能，包括MCU芯片、485芯片、计量芯片、ESAM、存储器、逻辑电路、时钟芯片等功能芯片；其中，第二层级功能芯片16-2位于第一层级功能芯片16-1之上；第三层级功能芯片16-3位于第二层级功能芯片16-2之上；聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多芯片系统级封装技术实现的电表模块结构，其特征在于，包括：一层或多层用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接的基板；堆叠或平面布局于所述基板上的功能芯片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；以及，用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊形成的微凸点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璟，谢伟东，李天石，田漪婷，
申请(专利权)人：北京天中磊智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：