三维集成高密度厚薄膜多芯片组件的集成方法技术

本发明专利技术公开了三维集成高密度厚薄膜多芯片组件的集成方法，方法是先用薄膜混合集成方式，在另一小多层陶瓷基片的正反面集成一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；之后将所有对外进行电气连接的引脚从多层陶瓷基片的一个端面或两面引出；接着在每根引线的键合区及底座多层陶瓷基片表面相应的键合区采用金丝球键合或印刷浆料再流焊的方法形成金球；最后，用共晶焊接、合金焊或浆料粘接方式将集小多层陶瓷基片垂直集成在底座多层陶瓷基片上。本发明专利技术采用三维竖向垂直集成，可将一个以上半导体芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多层陶瓷基片上，实现高密度三维集成，提高多芯片组件的集成度和提高应用系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多芯片组件(简称MCM)，具体而言，涉及陶瓷厚薄膜多芯片组件(简称MCM-C/D )，进一步来说，涉及三维集成高密度陶瓷厚薄膜多芯片组件(简称3D-MCM-C/D )。
技术介绍
原有多芯片组件的集成技术中，在多层陶瓷厚膜基片(简称LTCC)表面采用二维平面集成技术(简称2D集成技术)，将半导体芯片、其他片式元器件直接装贴在多层陶瓷基片表面上，或采用三维平面垂直集成技术(简称3D集成技术)，在2D集成技术的基础上，将2个以上的芯片按一定的顺序和粘片工艺水平垂直堆叠，再采用键合丝(金丝或硅铝丝)进行引线键合，完成整个电气连接，最后在特定的气氛中将管基和管帽进行密封而成。原有技术存在的主要问题是①对于二维平面集成技术，半导体芯片、其他片式元器件以最大面方向贴装到陶瓷基片上，芯片与基片的引线键合从一个焊点到另一个焊点之间需要一定的跨度，再加上基片上还需要根据具体电路的要求制作必要的薄膜电阻、薄膜电容、或薄膜电感等，因此，基片表面的芯片贴装数量有限，芯片集成效率受基片面积的影响，芯片集成度难以提高；②对于三维水平垂直集成技术，受半导体芯片面积的限制，水平堆叠的芯片数量不可能太多，一般在5层以内，且各层芯片与多层陶瓷基片表面的键合区进行键合时，一方面需要更多的键合区，另一方面每一层芯片表面焊点与多层陶瓷基片表面键合区的焊点之间进行内引线键合时，需要一定的跨度，其跨度从底芯片到顶层芯片逐步加大，因而，要占用较大的基片面积，从而限制集成度的进一步提升；③由于表面采用厚膜丝网印刷，阻带、导带间的间距较大，通常大于100微米，造成集成密度难以进上步提升。经检索，涉及多芯片组件的专利申请件有20件，但没有涉及三维集成的多芯片组件申请件、更没有涉及三维集成高 密度的厚薄膜多芯片组件的申请件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供三维集成高密度多芯片组件的集成方法，采用三维竖向垂直集成技术，将半导体芯片、其他片式元器件的最大面与多层陶瓷基片表面进行垂直集成，从而增加多层陶瓷基片表面单位面积上可集成的芯片数、其他片式元器件数量，同时，在LTCC表面采取薄膜混合集成的方式，达到提升陶瓷厚薄膜多芯片组件集成密度的目的。为实现上述目的，专利技术人提供的三维集成高密度厚薄膜多芯片组件集成方法是先按多层陶瓷厚膜基片常规工艺制作所需多层陶瓷厚膜基片，将所有对外进行电气连接的引脚制作在小多层陶瓷基片的同一端的端面或者两面；接着陶瓷厚膜基片(即LTCC基片)表面进行化学机械抛光(简称CMP)处理，减小LTCC表面粗糙度到O.1微米以内，在其表面采取高真空溅射或蒸发的方式，成型所需的薄膜导带-阻带网络；然后在每根引脚的键合区和底座多层陶瓷基片表面相应的键合区形成金球；再采用薄膜混合集成的方式进行半导体芯片或片式元器件的集成，在小多层陶瓷基片的正反面集成一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；最后，采用共晶焊接、合金焊或浆料粘接的方式将集成后的小多层陶瓷基片垂直集成在底座多层陶瓷基片上。上述多层陶瓷基片由多层陶瓷烧结而成，在每一层中均含有金属化通孔、导带，内层有厚膜阻带，表层含有薄膜导带、薄膜键合区、经激光调阻后的薄膜阻带。上述金球是采用金丝球键合的方法或丝网印刷后再流焊的方法形成的。上述多层厚膜陶瓷基片的粗糙度是通过化学机械抛光的方法进行处理的。上述薄膜混合集成方式的薄膜是通过对陶瓷厚膜基片表面进行化学机械抛光后，在其表面采取高真空溅射或蒸发的方式，再经过薄膜光刻的方式形成的。上述薄膜导带-阻带网络，是通过薄膜光刻、选择性腐蚀的方式形成的。专利技术人指出同时在多层陶瓷基片的两面引出引线，适用于对外进行电气连接的引脚过多的情况。专利技术人指出上述片式元器件是不包括半导体芯片的其它片式元器件。本专利技术有以下特点①采用三维竖向垂直集成，可将一个以上半导体芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多层陶瓷基片上，实现高密度三维集成，大大提高多芯片组件的集成度在陶瓷基片采取薄膜混合集成技术，进一步提高集成度；③由于可集成更多的半导体芯片、其他片式元器件，从而可集成更多的功能，达到子系统或系统集成(简称SiP，即系统级封装)可大大减少整机应用系统使用电子元器件的数量，从而大大减小整机的体积，提高应用系统的可靠性由于采用高密度集成，大大缩短引线长度，可进一步提高多芯片组件的工作频率和可靠性；⑥与原有技术相组合，结合芯片的面积大小、发热情况，可实现灵活的集成方式，发热量较大的芯片采用水平垂直集成，便于散热，发热量不大的芯片采用竖向垂直集成，便于提升集成度。本专利技术广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、通讯、工业控制等领域，特别适用于装备系统小型化、高可靠的领域，具有广阔的市场前景和应用空间。 附图说明图1为专利技术前的一种集成技术示意图，图2为专利技术前的另一种集成技术示意图，图3为本专利技术的三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片的方法示意图。图中，I为管壳底座，2为管脚，3为多层陶瓷基片，4为片式元器件，5为半导体芯片I，6为半导体芯片Π，7为阻带，8为导带/键合区，9为用三维平面方式垂直贴装的芯片，10为小多层陶瓷基片，11为内引线，12为金球，13为半导体芯片III。多层陶瓷基片中的虚线表示基片为多层，至少二层。具体实施例方式实施例贵州振华风光半导体有限公司按照本专利技术方法生产三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片，其结构如图3所示，具体的生产流程为( I)生瓷带制备配制玻璃陶瓷浆料，将玻璃陶瓷浆料在流延机上沿衬底薄膜流延成薄片，制成生瓷带，经烘干、卷带，备用；(2)裁片根据产品基片的具体尺寸按要求进行裁片；(3)冲孔各层间通过通孔及导带进行互连。采用机械冲孔方式，制成LTCC各层的互联通路；(4)填孔及导带印刷在LTCC陶瓷片上通过丝网印刷的方法，将金属浆料填充到过孔内，按规定图形印刷出导带图形；(5)阻带印刷在LTCC陶瓷片上通过丝网印刷的方法，将电阻浆料按规定图形印刷出阻带图形；(6)叠片将各层陶瓷片按照设计顺序进行精确叠放。为使得陶瓷片相互紧密粘连，需把流延时预置的衬底薄膜揭除；(7)等静压将已经精确叠放的多层陶瓷在机械高压下进行贴合，实现紧密接触；(8)切割将静压之后的陶瓷片，按照模块边界进行切割分离；(9)烧结陶瓷片切割分离后，在烧结炉中进行排胶和烧结，使瓷材硬化结构稳定;(10)表面化学机械抛光，表面 粗糙度控制在O.1微米以内；(11)在磁控溅射台或电子束蒸发台中分别溅射铬-硅电阻、镍-铬电阻薄膜、金薄膜；(12)采用光刻、选择性腐蚀的方式，完成导带、阻带薄膜网络的制作；( 13)使用激光调阻机对不符合规格的阻带进行激光修调，使电阻阻值符合产品设计要求；(14)检测对调阻后的多层陶瓷基片(包括粘贴在底座的底座多层陶瓷基片、用于三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片)进行外观检验和电气测试；(15)在底座多层陶瓷基片表面竖向垂直集成键合区域上，采用金丝球焊机进行金球制作；(16)在竖向多层陶瓷基片端面键合区域上，采用金丝球焊机进行金球制作；(17)按常规薄膜混合集成电路组装工艺，在三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片上进行半导体芯片、其他贴片元器件的组装；(18)在专用夹具上对已组装半导体芯片或其他贴片元器件的三维竖向垂直集成多层陶瓷基片进行内引线键合(金丝或硅铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维集成高密度多芯片组件的集成方法，其特征是：先按多层陶瓷厚膜基片常规工艺制作所需多层陶瓷厚膜基片，将所有对外进行电气连接的引脚制作在小多层陶瓷基片的同一端的端面或者两面；接着陶瓷厚膜基片表面进行化学机械抛光处理，减小LTCC表面粗糙度到0.1微米以内，在其表面采取高真空溅射或蒸发的方式，成型所需的薄膜导带?阻带网络；然后在每根引脚的键合区和底座多层陶瓷基片表面相应的键合区形成金球；再采用薄膜混合集成的方式进行半导体芯片或片式元器件的集成，在小多层陶瓷基片的正反面集成一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；最后，采用共晶焊接、合金焊或浆料粘接的方式将集成后的小多层陶瓷基片垂直集成在底座多层陶瓷基片上。

【技术特征摘要】
1.三维集成高密度多芯片组件的集成方法，其特征是先按多层陶瓷厚膜基片常规工艺制作所需多层陶瓷厚膜基片，将所有对外进行电气连接的引脚制作在小多层陶瓷基片的同一端的端面或者两面；接着陶瓷厚膜基片表面进行化学机械抛光处理，减小LTCC表面粗糙度到0.1微米以内，在其表面采取高真空溅射或蒸发的方式，成型所需的薄膜导带-阻带网络；然后在每根引脚的键合区和底座多层陶瓷基片表面相应的键合区形成金球；再采用薄膜混合集成的方式进行半导体芯片或片式元器件的集成，在小多层陶瓷基片的正反面集成一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；最后，采用共晶焊接、合金焊或浆料粘接的方式将集成后的小多层陶瓷基片垂直集成在底座多层陶瓷基片上。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成刚，苏贵东，
申请(专利权)人：贵州振华风光半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：