雙面芯片及其封裝形式的構(gòu)想

1、1雙面芯片及其封裝形式的構(gòu)想蔣黎劍（桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣西桂林541004）摘要:隨著市場的需要以及新技術(shù)的推動，電子元器件日趨小型化、系統(tǒng)化，更輕更薄的電子產(chǎn)品更加地迎合市場。這使得BGA、FC、CSP以及MCM等多芯片集中封裝的技術(shù)孕育而生，進(jìn)一步推動了電子產(chǎn)品的小型化進(jìn)程。出于同樣的目的，試想，我們能否在同一晶圓的兩面都制作上微芯片，然后再進(jìn)行相應(yīng)的封裝，如此便在原本只能封裝一塊芯片的基板面積上同時(shí)封裝上兩片芯片。這樣

2、，我們對基板的使用率提高了一倍，對晶圓的利用率也提高了一倍！這篇文章便對這個(gè)構(gòu)想做簡單的陳述。關(guān)鍵詞：雙面芯片；硅通孔技術(shù)（TSV）；多封裝技術(shù)混使用中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：由于商業(yè)利益的驅(qū)動，加上更高精密高可靠性的制造設(shè)備的出現(xiàn)，如今的芯片設(shè)計(jì)和制造工藝已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)無法想象的地步。目前Intel已經(jīng)實(shí)現(xiàn)30納米的特征尺寸量產(chǎn)。這使得芯片的集成度越來越高，同時(shí)使得芯片在完成同樣電路功能時(shí)的芯片尺寸越來越小。同時(shí)，由于后道封裝技術(shù)的不斷

3、發(fā)展，與芯片制造技術(shù)相輔相成，最終不斷推動電子產(chǎn)品的小型化和智能化。最新的封裝技術(shù)主流趨于將多枚芯片同時(shí)封裝在一個(gè)殼體中的多芯片封裝技術(shù)（典型的如：MCM、WLP技術(shù)）。這樣能夠大大提升基板的利用率，減小整體封裝尺寸。出于同樣的目的，本文針對晶圓的充分利用以及后道封裝工藝提出了另一個(gè)大膽構(gòu)想。1、雙面芯片的構(gòu)想目前的主流芯片制造技術(shù)，只是在晶圓的一面進(jìn)行芯片的形成加工，而晶圓的另一面則制作相應(yīng)的保護(hù)物質(zhì)。試想，我們能否在晶圓的另一面也制

4、作出微芯片呢？能在晶圓的兩面都制作出微芯片，這就意味著對晶圓的利用率提高了一倍!若這一技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，包括其后道的封裝工序，將一起進(jìn)一步促進(jìn)芯片產(chǎn)品以及電子產(chǎn)品的小型化！針對這一設(shè)想，下面我們討論為了實(shí)現(xiàn)雙面芯片可能遇到的挑戰(zhàn)。1.1成品率的問題由于需在晶圓的雙面都得制造出微芯片，如何保證晶圓兩面上芯片的成品率便成了一個(gè)很大的問題。以怎樣的工藝流程去實(shí)現(xiàn)雙面芯片構(gòu)想也是一個(gè)問題。如果我們先制作好一面芯片后再去制造另一面的芯片，那如何保證在

5、第二面芯片制作過程中不對已經(jīng)制作好的第一面晶圓上的芯片構(gòu)成結(jié)構(gòu)上的傷害。若我們希望通過現(xiàn)有的工藝，同時(shí)在晶圓的兩面制作出微芯片，我們也同樣會遇到棘手的問題。首先，我們?nèi)绾伪ＷC在各道CVD工序中雙面的芯片都能得到很好的沉積。1.2封裝的散熱問題過去，我們的各種封裝形式只是針對單面晶圓的芯片，而對于雙面芯片如何進(jìn)行良好的封裝則是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。單面晶圓的芯片在芯片焊盤區(qū)我們可以采用諸如引線鍵合、載帶自動焊、倒裝焊等技術(shù)，而另一面的晶圓則作為

6、散熱面通過散熱通道散發(fā)熱量以此來提升芯片的性能。而雙面芯片的構(gòu)想對此便引來了一個(gè)非常棘手的問題。相對與單面芯片，雙面芯片意味著其功耗、發(fā)熱量將提高近1倍，而散熱能力則反而有所下降。我們?nèi)绾伪ＷC在這樣的情況下，雙面芯片的可靠性，便成了一件非常重要的工作。2.雙面芯片封裝形式的設(shè)想32.2倒裝焊與引線鍵合相結(jié)合的封裝形式引線鍵合（WB）工藝是將半導(dǎo)體芯焊區(qū)月微電子封裝的IO引線或基板上的技術(shù)布線焊區(qū)用金屬細(xì)絲連接起來的工藝技術(shù)。它也是最早發(fā)

7、展起來的已經(jīng)非常成熟的一種封裝焊接技術(shù)。倒裝焊的技術(shù)是在芯片的焊區(qū)形成微凸點(diǎn)，直接倒放在基板上，與基板實(shí)現(xiàn)最小芯片尺寸的互聯(lián)。這里我們采用芯片倒裝焊工藝與引線鍵合工藝相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)我們的雙面芯片的封裝構(gòu)想。2.2.1流程簡述（1）在底面芯片上制作出微凸點(diǎn)（2）在基板焊盤上印刷焊膏（3）對芯片進(jìn)行第一次焊接，使得底面的芯片首先與基板形成互聯(lián)（4）再對上層的芯片進(jìn)行引線鍵合（5）進(jìn)行外腔殼的封裝最終形成的封裝效果如圖5所示圖5.雙面芯片倒

8、裝焊與引線鍵合結(jié)合封裝形式2.2.2工藝延伸以BGA為封裝模式的封裝有很多中形式，常見的PBGA(塑封BGA)、CBGA（陶瓷BGA）、CCBGA（陶瓷焊柱陣列）、TBGA（載帶BGA）、MBGA（金屬BGA）、FCBGA（倒裝芯片BGA）、EBGA（帶散熱器BGA）。雙面芯片的BGA形式封裝都可以結(jié)合已有的BGA封裝技術(shù)，在改進(jìn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合雙面芯片的特點(diǎn)進(jìn)行可靠性的封裝。2.3CSP封裝形式芯片尺寸封裝（CSP），是基于BGA基礎(chǔ)上

9、發(fā)展起來的，是接近LSI芯片尺寸的封裝產(chǎn)品。這種封裝形式具有體積小、可容納引腳數(shù)多、電性能好以及散熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)發(fā)展成熟了多種CSP封裝工藝技術(shù)。我們也可以基于已成熟的CSP封裝設(shè)計(jì)，在此技術(shù)上，做好對上層芯片的封裝設(shè)計(jì)工作，就能很好的提高芯片的封裝效率。關(guān)于具體的封裝設(shè)計(jì)構(gòu)想在這里便不再詳細(xì)說明了。3.總結(jié)本文提出了在晶圓的雙面制作上芯片的構(gòu)想，并且對雙面芯片的封裝設(shè)計(jì)提出了三個(gè)構(gòu)思方案。雙面芯片的構(gòu)想，主要為能夠提高晶圓

10、利用率，以及封裝效率，使器件小型化。這一構(gòu)思只是簡要的闡述，至于工藝技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，則需要長足的努力和研究。參考文獻(xiàn)：[1]MargareteZoberbierStefanLutterMarcHennemeyerDr.Ing.BarbaraNeubertRalphZoberbier[A]300mmLithographyBondingTechnologiesfTSVApplicationsinImageSensMemyProducts21.