堆疊式集成芯片的封裝結構及封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種堆疊式集成芯片的封裝結構及封裝方法。該結構包括：基板；無源器件，設置于所述基板上；下層芯片，設置于所述基板上；上層芯片，通過作為連接面的下側表面設置于所述下層芯片上，且該下側表面的預定部位形成有用于連接所述無源器件中的第一類無源器件的焊盤；塑封件，結合于所述基板上，用于包覆直接或間接地貼裝于基板上的所有芯片和無源器件。如果根據(jù)本發(fā)明，由于將封裝體內(nèi)的一部分無源器件倒置為通過導電性膠黏劑直接連接于上層芯片，而另外一部分無源器件則仍然按照現(xiàn)有技術的方式正向設置于基板上，從而可以使上層芯片和下層芯片在低壓下的工作穩(wěn)定性達到整體上較高的水平，由此實現(xiàn)了電子設備既省電又穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
【專利說明】堆疊式集成芯片的封裝結構及封裝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種堆疊式集成芯片的封裝結構及封裝方法，尤其涉及一種通過改變封裝體內(nèi)一部分無源器件在基板上的布置方式而實現(xiàn)了電子設備工作的低功耗穩(wěn)定性的堆疊式集成芯片的封裝結構及封裝方法。
【背景技術】
[0002]電子產(chǎn)品作為人們的日常工具，已經(jīng)成為現(xiàn)代人無法離開的用品。尤其是移動中使用的手機、平板電腦、掌上電腦、視頻播放器等的省電是選擇產(chǎn)品的用戶非常關心的問題。
[0003]為了使這些電子產(chǎn)品更省電，則需要使電子產(chǎn)品中的各種集成電路的操作電壓越來越低，而低操作電壓將對電壓的穩(wěn)定性提出更高的要求。為了穩(wěn)定地供應操作電壓，最常用的方法是在集成電路中使用無源器件。
[0004]無源器件是指在電路或者集成電路中即使在沒有外加電源的情況下也可以顯示自身的電學特性的電子元件，比如可以是電容、電感、或電阻等。
[0005]在電子產(chǎn)品中將大量地使用這些無源器件和作為集成電路的載體的芯片，而為了固定和保護芯片，通常用封裝件把配合執(zhí)行特定功能的多個芯片和無源器件封裝起來，并在芯片表面設置一些端口，起到溝通芯片內(nèi)部和外部的作用。
[0006]圖1為表示根據(jù)現(xiàn)有技術的堆疊式集成芯片的封裝結構的圖。
[0007]從圖中可知根據(jù)現(xiàn)有技術的堆疊式集成芯片的封裝結構包括基板10 ;無源器件20，貼裝于所述基板10上；下層芯片30，通過凸塊60連接于所述基板10上；上層芯片40，設置于下層芯片30上，并通過互連通孔50與下層芯片30連接；以及塑封件80，結合于所述基板10上，用于包覆直接或間接地貼裝于所述基板10上的所有芯片30、40和無源器件20。
[0008]其中，由于無源器件20在電子產(chǎn)品中起到穩(wěn)壓等作用，其對于電子產(chǎn)品的集成電路封裝體內(nèi)部的各個電路元件的正常工作都要起到作用，因此通常被設置于與各電路元件都有直接或間接性聯(lián)系的基板10上。從圖1中可見，無源器件20均為通過導電性焊料700直接連接于基板10上。
[0009]因此，所述無源器件20與芯片30和40、尤其是與上層芯片40之間的聯(lián)系較為薄弱，這將導致上層芯片(例如存儲器芯片)40的工作電壓不穩(wěn)定，從而影響整個上層芯片40、封裝體乃至電子設備的功能。
[0010]然而，以目前的現(xiàn)狀，卻還沒有提出能夠有效地解決這種問題的有效技術方案，因此也只能滿足于使電子產(chǎn)品在較小的操作電壓下(有利于省電)較為不穩(wěn)定地工作，或者在較為穩(wěn)定的工作狀態(tài)下以較高的操作電壓(不利于省電)工作。總之，尚未出現(xiàn)一種能夠兩全其美而兼得省電和穩(wěn)定的優(yōu)點的芯片封裝方法，尤其沒有找到將無源器件有效地封裝于封裝體內(nèi)的方法。正是在這種現(xiàn)有技術的背景下，根據(jù)需求提出了本發(fā)明。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種改變了現(xiàn)有技術中的芯片封裝體中所有無源器件均以直接連接于基板的方式對層疊結構的芯片起到穩(wěn)壓作用的構造，具體則是用部分無源器件直接調(diào)節(jié)和控制上層芯片而使上下層芯片的穩(wěn)定性達到一個整體上較高的水平的堆疊式集成芯片的封裝結構。
[0012]而且，本發(fā)明的目的還在于提供一種實現(xiàn)這種堆疊式集成芯片的封裝結構的具體方法步驟。
[0013]為了解決如上所述的技術問題，本發(fā)明提供一種堆疊式集成芯片的封裝結構，可包括:基板；無源器件，設置于所述基板上；下層芯片，設置于所述基板上；上層芯片，通過作為連接面的下側表面設置于所述下層芯片上，且該下側表面的預定部位形成有用于連接所述無源器件中的第一類無源器件的焊盤；塑封件，結合于所述基板上，用于包覆直接或間接地貼裝于所述基板上的所有芯片和無源器件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，其中，所述無源器件可包括:第一類無源器件，一端通過非導電性膠黏劑被連接在所述基板上，而作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑與上層芯片的焊盤直接連接；第二類無源器件，連接端通過導電性焊料設置于所述基板上。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，其中，貼裝于基板后的所述第一類無源器件的上端高度可以與下層芯片的上表面高度一致。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，其中，所述焊盤可通過連接線與上層芯片上的電源信號端口連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，優(yōu)選地，所述導電性膠黏劑可以是各向異性的導電性膠黏劑。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，其中，還可以包括貫通所述下層芯片和上層芯片的互連通孔。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，優(yōu)選地，所述互連通孔中可填充銅材料。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，其中，所述無源器件可以是電容、電感或者電阻。
[0021]而且，為了實現(xiàn)所述堆疊式集成芯片的封裝結構，本發(fā)明還提供一種堆疊式集成芯片的封裝方法，可包括如下步驟:利用導電性焊料在基板上設置多個第二類無源器件；在基板上設置下層芯片；在所述基板上的下層芯片周圍設置多個第一類無源器件；在所述第一類無源器件上涂覆導電性膠黏劑；在上層芯片的連接面的預定部位上形成用于連接第一類無源器件的焊盤；在涂覆有所述導電性膠黏劑的所述第一類無源器件上貼裝連接面上形成有所述焊盤的上層芯片；用塑封件進行塑封而完成封裝。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，其中，所述第一類無源器件的一端通過非導電性膠黏劑被連接在所述基板上，而作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑與上層芯片的焊盤直接連接，而所述第二類無源器件的連接端通過導電性焊料設置于所述基板上。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，其中，貼裝于基板后的所述第一類無源器件的上端高度可以與下層芯片的上表面高度一致。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，其中，所述焊盤可通過連接線與上層芯片上的電源信號端口連接。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，優(yōu)選地，所述導電性膠黏劑可以是各向異性的導電性膠黏劑。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，其中，還可以包括形成貫通所述下層芯片和上層芯片的互連通孔的步驟。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，優(yōu)選地，所述互連通孔中可填充銅材料。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，其中，所述無源器件可以是電容、電感或者電阻。
[0029]如果根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，則由于將封裝體內(nèi)的一部分無源器件倒置為通過導電性膠黏劑直接連接于上層芯片，而另外一部分無源器件則仍然按照現(xiàn)有技術的方式正向設置于基板上，從而可以使上層芯片和下層芯片在低壓下的工作穩(wěn)定性達到整體上較高的水平，從而實現(xiàn)了電子設備既省電又穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
[0030]如果根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝方法，則可以實現(xiàn)上述根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構，從而可以使上層芯片和下層芯片在低壓下的工作穩(wěn)定性達到整體上較高的水平，由此實現(xiàn)電子設備既省電又穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為表示根據(jù)現(xiàn)有技術的堆 疊式集成芯片的封裝結構的圖。
[0032]圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構的圖。
[0033]圖3為根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片中的上層芯片的電路面(即，連接面)的俯視圖。
[0034]圖4為根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片中的上層芯片及其表面的剖視圖，即，沿著圖3的A-A線剖切而圖示的剖視圖。
[0035]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構的具體實現(xiàn)方法。
[0036]符號說明:
[0037]10:基板20:無源器件
[0038]201:第一類無源器件202:第二類無源器件
[0039]30:下層芯片40:上層芯片
[0040]401:上層芯片表層襯底材料402:焊盤
[0041]403:焊點404:連接線
[0042]50:互連通孔60:凸塊
[0043]700:導電性焊料701:非導電性膠黏劑
[0044]702:導電性膠黏劑80:塑封件
[0045]90:焊球U:電源信號輸入端
【具體實施方式】[0046]以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。然而以下實施方式是為了能夠?qū)⒈景l(fā)明的技術思想有效地傳遞給本發(fā)明所屬【技術領域】中具有普通知識的人員而作為示例提供的，而不是為了對本發(fā)明加以限定。通過以下提供的實施方式，將使本領域技術人員充分理解本發(fā)明技術思想的同時，還將使他們充分認識到可以在不脫離本發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)對本發(fā)明進行各種變形和實施，那些變形自然也應該屬于本發(fā)明的范圍。
[0047]在附圖中，同一附圖標記表示同一構成要素，且同一構成要素均以同一附圖標記表示。只是為了更為明確的表達，圖中的一些要素可能得到夸張或簡略的表示。
[0048]圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構的圖。
[0049]從圖中可知，根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構中主要包括:基板10 ;多個無源器件201、202，設置于所述基板10上；下層芯片30，隔著凸塊60設置于所述基板10上；一個以上的上層芯片40，通過作為連接面的下側表面設置于所述下層芯片30上，且該下側表面的預定部位形成有用于連接所述無源器件201、202中的第一類無源器件201的焊盤402 ;塑封件80，結合于所述基板10上，用于包覆直接或間接地貼裝于所述基板10上的所有芯片30、40和無源器件201、202。
[0050]其中，所述無源器件包括:多個第一類無源器件201，為上層芯片40所使用，一端通過非導電性膠黏劑701被連接在所述基板10上，而作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑702與上層芯片40的焊盤402直接連接；多個第二類無源器件202，為下層芯片30所使用，連接端通過導電性焊料700設置于所述基板10上。
[0051]如圖2所示，多個第二類無源器件202在下方通過導電性焊料700固定于基板10上，關于所述導電性焊料700，已經(jīng)有諸如金硅合金、鉛錫合金等公知材料。通過所述導電性焊料700和通常由半導體材料構成的基板10以及凸塊60，使所述第二類無源器件202與下層芯片30間接地電連接，再通過互連通孔50與上層材料建立聯(lián)系。這樣的間接性連接可使第二類無源器件202對聯(lián)系較為薄弱的上層芯片40的控制和調(diào)節(jié)作用受到限制，且不夠穩(wěn)定。
[0052]因此在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中除了設置如上所述的通過焊料700穩(wěn)固地連接于基板10上的第二類無源器件202，而且還專門設置第一類無源器件201。如圖2所示，這種第一類無源器件201除了在一端通過非導電性膠黏劑701固定于基板10，而且在作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑702直接電連接于上層芯片40，從而可以對上層芯片40直接進行控制和調(diào)節(jié)。
[0053]此時，根據(jù)本發(fā)明封裝結構的上層芯片40與根據(jù)現(xiàn)有技術封裝結構的上層芯片40在布置上有所不同，即，根據(jù)現(xiàn)有技術時上層芯片40可以全部正向設置(B卩，使電路面所在的連接面朝上)于下層芯片30上方，并通過貫穿整個上下層芯片30并延伸至所述連接面上的焊點403的互連通孔50來建立電連接，然而在根據(jù)本發(fā)明時，將上層芯片40 (尤其是多個上層芯片40中位于最下方的一個上層芯片40)倒置而使連接面朝下，以便用形成于所述連接面上的焊盤402抵接涂覆于第一類無源器件201上的導電性膠黏劑702。
[0054]在此，所述第一類無源器件201具體可以是存儲器芯片，而所述第二類無源器件202具體可以是處理器芯片，然而本發(fā)明并不局限于此，只要是配合執(zhí)行相關任務的特定芯片均可應用于本發(fā)明中。
[0055]優(yōu)選地，所述導電性膠黏劑702為各向異性的導電性膠黏劑702，比起向各個方向均可導電的各向同性導電膠黏劑而言，這種各向異性導電性膠黏劑可以沿一個預定方向?qū)щ?，從而便于專門控制相關的元件，而不對其他元件產(chǎn)生干擾，其積極作用在集成度較高時體現(xiàn)得更充分。
[0056]圖3為根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片中的上層芯片的電路面(即，連接面)的俯視圖。
[0057]在層疊結構的集成電路中，電源信號輸入端(U)等端口通常被設置于最上層芯片40上，以便減少電路布線的干擾，而為了提高供應給電路的操作電壓的穩(wěn)定性，無源器件的布置應盡量靠近芯片的電源信號輸入端(U)。通過如上所述的構成，無源器件直接連接于上層芯片40表面，比起通過基板10迂回連接的情形，與芯片的電源信號輸入端(U)的距離大為減小，可顯著提高無源器件的工作穩(wěn)定性。
[0058]如圖3所示，兩排整齊的焊點403即為圖2所示互連通孔50延伸的終點，從圖中可知，用于連接無源器件的焊盤402通過連接線404與焊點403連接。因此，與焊盤402直接電連接的第一類無源器件201與堆疊的上層芯片40的電壓端口(即，電源信號輸入端U)之間的距離得到大量的縮短，無需通過基板，通過布置于上層芯片40表面的短距離連接線404即可對上層芯片40的電壓起到控制作用，從而可以提高電壓控制的穩(wěn)定性。圖4為根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片中的上層芯片及其表面的剖視圖，即，沿著圖3的A-A線剖切而圖示的剖視圖。
[0059]從圖中可進一步得知焊盤402、焊點403從上層芯片40表面突出，互連通孔50被埋設于芯片內(nèi)部且在末端與焊點403連接，由先進的集成電路封裝材料(圖中的上層芯片表層襯底材料401，例如可以是聚酰亞胺樹脂)填充焊盤402和焊點403突出而贏得的所余空間(圖3中的大片連接區(qū)域)，而連接線404被貼著表面埋設于其中。在此，聚酰亞胺起到保護連接線并露出焊盤的作用。當設置多個上層芯片40時，上層芯片40之間通過焊點403連接并固定。
[0060]另外，圖5表示根據(jù)本發(fā)明的堆疊式集成芯片的封裝結構的具體實現(xiàn)方法。
[0061]首先，如圖5的(a)所示，準備一個基板10，例如可以是半導體基板10。然后通過微焊等方式在基板10上貼裝第二類無源器件202，此時，第二類無源器件202被正向設置。
[0062]然后，如圖5的(b)所示，將下層芯片30貼裝于設置于基板10上的凸塊60上，所述凸塊60的一部分被植設到基板10內(nèi)部，從而起到聯(lián)系封裝體內(nèi)部與外部的橋梁作用，比起直接將下層芯片30安置于基板10上的情形，更有利于確保內(nèi)外部的良性電連接。下層芯片30中還形成有上下貫通的互連通孔50，該互連通孔50的材料可以是銅之類的良導體。
[0063]接著，如圖5的(C)所示，將第一類無源器件201貼裝于基板10上，將其布置于下層芯片30的周圍。而且與第二類無源器件202不同，所述第一類無源器件201被倒置，即，使連接端(作為電連接用的一端)朝上，以便迎接即將貼設的上層芯片40連接面(形成有電路面，是作為電連接用的一面)上的焊盤402。為此，將第一類無源器件201的連接端的高度設置為與下層芯片30的上表面基本一致。
[0064]然后，如圖5的(d)所示，在貼裝后的第一類無源器件201的上端涂覆薄層的導電性膠黏劑702，該導電性膠黏劑702優(yōu)選為各向異性材料。根據(jù)本發(fā)明時，也可以構成為涂覆所述導電性膠黏劑702之后第一類無源器件201稍微高出下層芯片30的上表面一點，這樣對集成度不會有太大的減弱，卻可以避免上下層芯片30之間抵接而產(chǎn)生的相互推力導致的所述導電性膠黏劑702的疲勞甚至脫落。而所述第一類無源器件201與基板10之間的連接為通過涂覆非導電性膠黏劑701而實現(xiàn)。從而將第一類無源器件201構成為更多地專用于控制上層芯片40的器件。
[0065]隨后，如圖5的(e)所示，將上層芯片40貼裝于下層芯片30周圍的第一類無源器件201上，上層芯片40上也形成有預先設置的上下貫穿的互連通孔50，并且與下層芯片30中的互連通孔50精確對齊，以建立電連接。
[0066]最后，如圖5的(f )所示，用塑封件80包覆以上的所有芯片30、40和器件201、202，并在基板10的底部形成多個焊球90。所述焊球90為該封裝體與電子設備中執(zhí)行其他特定功能的其他集成電路芯片或封裝體連接的端口，而被包覆在塑封件80內(nèi)部的所有芯片30、40和器件201、202將作為一個整體有效而穩(wěn)定地配合起來執(zhí)行任務。
[0067]在以上的說明中，所述第一類無源器件201和第二類無源器件202分別可以是電容、電感或者電阻。
[0068]并且，形成于上層芯片40上的用于連接所述第一類無源器件201的所述焊盤402通過連接線404與上層芯片40上的電源信號輸入端(U)等端口連接。
[0069]另外，在本發(fā)明的附圖中圖示了具有兩個上層芯片40的情形，其中，只要上層芯片中用于連接第一類無源器件201的一個上層芯片40的連接面朝下即可，至于還設置多少個上層芯片40以及那些其余的多個上層芯片40朝向如何均可以自由選擇，那些也都在本發(fā)明的技術思想涵蓋范圍以內(nèi)。
[0070]以上，已對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了圖示和說明，然而本發(fā)明還可以有許多其他變形實施例，因此不能局限于所述優(yōu)選實施例而解釋本發(fā)明的權利范圍，本發(fā)明的權利范圍只能由權利要求書來準確界定。
【權利要求】
1.一種堆疊式集成芯片的封裝結構，其特征在于，包括: 基板； 無源器件，設置于所述基板上； 下層芯片，設置于所述基板上； 上層芯片，通過作為連接面的下側表面設置于所述下層芯片上，且該下側表面的預定部位形成有用于連接所述無源器件中的第一類無源器件的焊盤； 塑封件，結合于所述基板上，用于包覆直接或間接地貼裝于所述基板上的所有芯片和無源器件。
2.如權利要求1所述的堆疊式集成芯片的封裝結構，其特征在于，所述無源器件包括: 第一類無源器件，一端通過非導電性膠黏劑被連接在所述基板上，而作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑與上層芯片的焊盤直接連接； 第二類無源器件，連接端通過導電性焊料設置于所述基板上。
3.如權利要求2所述的堆疊式集成芯片的封裝結構，其特征在于，所述焊盤通過連接線與上層芯片上的電源信號端口連接。
4.如權利要求2所述的堆疊式集成芯片的封裝結構，其特征在于，所述導電性膠黏劑為各向異性的導電性膠黏劑。
5.如權利要求1所述的堆疊式集成芯片的封裝結構，其特征在于，所述無源器件為電容、電感或者電阻。
6.一種堆疊式集成芯片的封裝方法，其特征在于，包括如下步驟: 利用導電性焊料在基板上設置多個第二類無源器件； 在基板上設置下層芯片； 在所述基板上的下層芯片周圍設置多個第一類無源器件； 在所述第一類無源器件上涂覆導電性膠黏劑； 在上層芯片的連接面的預定部位上形成用于連接第一類無源器件的焊盤； 在涂覆有所述導電性膠黏劑的所述第一類無源器件上貼裝連接面上形成有所述焊盤的上層芯片； 用塑封件進行塑封而完成封裝。
7.如權利要求6所述的堆疊式集成芯片的封裝方法，其特征在于，所述第一類無源器件的一端通過非導電性膠黏劑被連接在所述基板上，而作為連接端的另一端通過導電性膠黏劑與上層芯片的焊盤直接連接，而所述第二類無源器件的連接端通過導電性焊料設置于所述基板上。
8.如權利要求7所述的堆疊式集成芯片的封裝方法，其特征在于，所述焊盤通過連接線與上層芯片上的電源信號端口連接。
9.如權利要求7所述的堆疊式集成芯片的封裝方法，其特征在于，所述導電性膠黏劑為各向異性的導電性膠黏劑。
10.如權利要求6所述的堆疊式集成芯片的封裝方法，其特征在于，所述無源器件為電容、電感或者電阻。
【文檔編號】H01L25/16GK103456705SQ201310367230
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權日:2013年8月21日
【發(fā)明者】杜茂華 申請人:三星半導體(中國)研究開發(fā)有限公司, 三星電子株式會社