超薄芯片的封装结构、柔性集成封装方法与流程

1.本发明涉及封装技术领域，具体的，本发明涉及超薄芯片的封装结构、柔性集成封装方法。


背景技术：

2.随着计算机、通信及网络技术的高速发展，集成电路的技术日新月异，不断向高速化、高集成化、高密度化和高性能化的方向发展，因此，也带动了以集成电路(ic)为基础的电子产品的迅猛发展。目前，便携式产品一方面向着短、小、轻、薄化的方向发展，另一方面向着系统集成化和功能齐全化方向发展，促进了ic封装技术的不断革新。
3.自集成电路器件的封装，从单个组件的开发进入到多个组件的集成之后，随着产品效能的提升以及轻薄和低耗需求的带动下，迈向封装整合的新阶段，特别是将不同种芯片二维或三维组装在一起的多芯片叠层封装和多芯片组件，已经成为封装技术的发展趋势。实现这些封装技术除了先进的封装基板之外，还需要实现芯片的超薄化。芯片的超薄化除了具有减小芯片封装体积的优点之外，还能提高芯片的热扩散效率、电气性能和机械性能。当芯片减薄到一定程度时，其物理特性也会随之变化，50微米以下的超薄芯片就具有一定的弯曲能力，而15微米以下的超薄芯片甚至可红外透光。
4.目前，针对超薄芯片的互连技术以及封装形态，都还有待进一步研究，现有的互连技术较为成熟的只有引线键合方式，且打印互连技术还尚未成熟，而现有的封装形态还没有实现超薄芯片的柔性集成封装。


技术实现要素：

5.在本发明的第一方面，本发明提出了一种超薄芯片的封装结构。
6.根据本发明的实施例，所述封装结构包括：柔性线路板，所述柔性线路板的一侧表面上设置有贴合区；至少一个超薄芯片，所述至少一个超薄芯片设置在所述贴合区内；布线层，所述布线层设置在所述贴合区以外；感光显影型覆盖膜，所述感光显影型覆盖膜设置在所述超薄芯片和所述布线层远离所述柔性线路板的表面；连接电极，所述连接电极通过所述感光显影型覆盖膜上的盲孔将所述超薄芯片与所述布线层电连接。
7.发明人经过研究发现，本发明实施例的超薄芯片的封装结构，采用柔性线路板作为封装基板，并通过感光显影型覆盖膜实现单颗或多颗超薄芯片的柔性集成封装，且采用多层次布线，如此，封装结构的厚度在100微米以下，表现形态上具有可柔、可弯折的特点，从而实现超薄芯片的柔性集成封装，及封装结构的整体柔性化。
8.另外，根据本发明上述实施例的封装结构，还可以具有如下附加的技术特征：
9.根据本发明的实施例，所述超薄芯片远离所述贴合区的表面设置有pad，所述连接电极的一端与所述布线层直接接触，所述连接电极的另一端与所述pad直接接触。
10.根据本发明的实施例，所述封装结构进一步包括：保护层，所述保护层设置在所述连接电极和所述感光显影型覆盖膜远离所述柔性线路板的表面。
11.根据本发明的实施例，所述封装结构进一步包括：所述保护层设置有新设焊盘，所述新设焊盘从所述保护层表面延伸至所述连接电极表露于所述感光显影型覆盖膜的表面；金属层，所述金属层设置在所述新设焊盘上，且设置在所述连接电极远离所述布线层的表面。
12.根据本发明的实施例，多个所述超薄芯片是非堆叠方式设置在所述贴合区内。
13.在本发明的第二方面，本发明提出了一种超薄芯片的柔性集成封装方法。
14.根据本发明的实施例，所述柔性集成封装方法包括：提供柔性线路板，所述柔性线路板的一侧表面上的贴合区以外形成有布线层；将至少一个超薄芯片贴附在所述贴合区内；在所述超薄芯片和所述布线层远离所述柔性线路板的表面上，形成感光显影型覆盖膜；在所述感光显影型覆盖膜远离所述超薄芯片和所述布线层的表面，形成盲孔；在所述感光显影型覆盖膜远离所述柔性线路板的表面上，形成电极材料层；对所述电极材料层进行图案化处理，形成将所述超薄芯片与所述布线层电连接的连接电极。
15.发明人经过研究发现，采用本发明实施例的柔性封装方法，利用柔性线路板加工技术以及芯片集成电路制作技术相结合，将超薄芯片贴在柔性线路基板上进行加工制作，可以实现单颗或多颗的超薄芯片的柔性集成封装，从而可以集成封装出柔性化的产品。
16.另外，根据本发明上述实施例的柔性集成方法，还可以具有如下附加的技术特征：
17.根据本发明的实施例，所述超薄芯片正装于所述贴片区内。
18.根据本发明的实施例，所述柔性集成方法进一步包括：在所述连接电极和所述感光显影型覆盖膜远离所述柔性线路板的表面上，形成保护层。
19.根据本发明的实施例，所述柔性集成方法进一步包括：在所述保护层远离所述连接电极的表面，形成新设焊盘。
20.根据本发明的实施例，所述柔性集成方法进一步包括：在所述新设焊盘上形成金属层。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：
23.图1是本发明一个实施例的超薄芯片的封装结构的截面结构示意图；
24.图2是本发明另一个实施例的超薄芯片的封装结构的截面结构示意图；
25.图3是本发明一个实施例的超薄芯片的柔性集成封装方法流程示意图；
26.图4是本发明一个实施例的封装方法的各个步骤的产品截面结构示意图。
27.附图标记
28.100 柔性线路板
29.200 超薄芯片
30.201 pad
31.300 布线层
32.400 感光显影型覆盖膜
33.501 盲孔
34.500 连接电极
35.510 电极材料层
36.600 保护层
37.601 新设焊盘
38.700 金属层
39.800 保护膜
具体实施方式
40.下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
41.在本发明的一个方面，本发明提出了一种超薄芯片的封装结构。
42.根据本发明的实施例，参考图1，封装结构包括柔性线路板100、至少一个超薄芯片200、布线层300、感光显影型覆盖膜400和连接电极500；其中，柔性线路板100的一侧表面上限定有贴合区a；至少一个超薄芯片200设置在贴合区a内；布线层300设置在贴合区a以外；感光显影型覆盖膜400设置在超薄芯片200和布线层300远离柔性线路板100的表面；而连接电极500通过感光显影型覆盖膜400上的盲孔501将超薄芯片200与布线层300电连接。
43.本发明的发明人在研究过程中发现，现阶段可采用堆叠方式将多个超薄芯片封装，但是，先互连后减薄的封装方式，需要在制作好线路的柔性线路板上挖槽置球进行互连，由于芯片上焊盘(pad)之间的间距狭小(一般pad边到pad边距离在10～20微米，特殊芯片的间距可能会更小)，从而对贴片精度要求非常高，会有贴片后短路的风险，且柔性封装后再进行减薄，会有厚度不均和由于应力作用芯片破裂的问题，加工风险高且难度大。
44.所以，发明人选择在柔性线路板100的上表面水平地排布多个超薄芯片200，并且，在柔性线路板100表面及超薄芯片200表面覆盖一层感光柔性材料，通过曝光显影的方式将部分的芯片表面的焊盘(pad)裸露出来，然后再在超薄芯片200表面的柔性材料上形成连接电极500，使超薄芯片200与布线层300进行互连。如此，整个工艺流程的加工难度降低，也不用承担芯片减薄破裂的风险，其加工可行性更高，成本相对会减小。
45.其中，柔性线路板(fpc)凭借其独特的优势迎合了电子产品轻、薄、短、小的发展趋势，在电子信息产业领域扮演了重要的基石角色。柔性线路板又被称为软性线路板或绕性线路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好、配线空间限制较少等优点，完全符合电子产品的发展趋势，是满足电子产品小型化的有效解决方法。并且，fpc可以自由弯曲、卷绕、折叠，并能承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，可依照空间布局要求任意组装，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元件器装配和导线连接一体化的效果。而本发明正是基于柔性线路板100的特性，将柔性线路板制作工艺及芯片集成电路制作工艺相结合，把同一型号超薄芯片或不同型号的超薄芯片200贴在特殊设计的柔性线路板100上，然后进行柔性封装处理，再通过曝光显影的方式将芯片部分的表面裸露出来，然后再在芯片表面的柔性材料上进行电路布线，可使超薄芯片之间、超薄芯片与柔性线路板上布线层进行互连，从而可以实现单颗芯片或多个芯片的柔性封装。
46.在本发明的一些具体示例中，封装结构可以包括多个超薄芯片200，且多个超薄芯片200是非堆叠方式设置在贴合区a内，如此，在柔性线路板100的上表面水平排布多个超薄芯片200，可使功能更复杂的集成封装结构的厚度仍在100微米以下。
47.目前已知的针对超薄芯片的互连方式，一般有引线键合和打印互连两种方式，引线键合(wire bonding)是指使用金属丝(金线、铝线等)，利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。但是，引线键合对于超薄芯片的打线，容易出现芯片碎裂或推拉力小的问题，而打印互连是目前新兴的技术，3d打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。不过，由于超薄芯片与基板存在高度落差，导致3d打印在芯片与基材段差处无法进行操作，容易出现打印断线或打印堆积短路的问题。
48.在本发明的一些实施例中，参考图2，超薄芯片200远离贴合区a的表面设置有焊盘(pad)201，且连接电极500的一端可以与布线层300直接接触，而连接电极500的另一端可以与超薄芯片的pad 201直接接触。如此，不仅超薄芯片正装于贴合区a内，且通过不同层次设置的连接电极500，将不同层设置的超薄芯片的pad 201与布线层300电连接，从而实现集成电路的设计。并且，本发明的超薄芯片与基板的互连方式采用的是埋盲孔导通技术，将覆盖pic后的超薄芯片pad或fpc基板上相关pad裸露后，形成盲孔，然后利用溅射电镀技术，将盲孔与盲孔之间金属化，然后进行光刻蚀刻出设计好的线路，这样，超薄芯片上pad就与柔性基板上pad进行互连了。
49.根据本发明的实施例，参考图2，封装结构可以进一步包括保护层600，保护层600可以设置在连接电极500和感光显影型覆盖膜400远离柔性线路板100的表面，如此，可使封装结构获得更好的物理性能和电气性能，即能够有效提升封装结构的柔韧性，防止连接电极500在封装过程中被刮伤，且防湿防潮。在本发明的一些实施例中，参考图2，封装结构还可以进一步包括金属层700，金属层700设置在保护层600的新设焊盘601上，且设置在连接电极500远离布线层300的表面，如此，金属层700作为整个封装结构的焊盘，可使封装结构获得更好的电气性能。
50.根据本发明的实施例，参考图2，封装结构可以进一步包括保护膜800，该保护膜800可以设置在感光显影型覆盖膜400与柔性线路板100之间，如此，在封装过程中可以保护布线层300。
51.综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种超薄芯片的封装结构，采用柔性线路板作为封装基板，并通过感光显影型覆盖膜实现单颗或多颗超薄芯片的柔性集成封装，且采用多层次布线，如此，封装结构的厚度在100微米以下，表现形态上具有可柔、可弯折的特点，从而实现超薄芯片的柔性集成封装，及封装结构的整体柔性化。
52.在本发明的另一个方面，本发明提出了一种超薄芯片的柔性集成封装方法。根据本发明的实施例，参考图3，柔性集成封装方法包括：
53.s100：提供柔性线路板。
54.在该步骤中，提供柔性线路板100，且柔性线路板100的一侧表面上的贴合区a以外形成有布线层300。根据本发明的实施例，形成布线层300的具体方法，本领域技术人员可根
据布线层实际的材料和截面形状进行相应地选择，具体例如先在柔性线路板上溅射电镀上一整层的材料层再光刻出图案化的布线层，在此不再赘述。
55.s200：将至少一个超薄芯片贴附在贴合区内。
56.在该步骤中，将至少一个超薄芯片200贴附在贴合区a内，具体的，可以选用贴合精度高的贴片机(贴合精度控制在
±
10微米)将至少一个超薄芯片200正装于贴合区a。如此，参考图4的(a)，可在柔性线路板100的贴合区a安装至少一个超薄芯片200。
57.s300：在超薄芯片和布线层远离柔性线路板的表面上，形成感光显影型覆盖膜。其中，感光显影型覆盖膜(photo-imageable coverlay，缩写为pic)，可以将超薄芯片200包裹在感光显影型覆盖膜400中，且通常情况下，感光显影型覆盖膜使用前需冷冻保藏，所以在贴合前要回温4小时，而且，贴合时一般采用真空贴膜机，主要避免感光显影型覆盖膜膜与基材的局部粘合导致气泡的问题。
58.在该步骤中，参考图4的(b)，在超薄芯片200和布线层300远离柔性线路板100的表面上，形成一整层的感光显影型覆盖膜400。
59.s400：在感光显影型覆盖膜远离超薄芯片和布线层的表面，形成盲孔。
60.在该步骤中，参考图4的(c)，在感光显影型覆盖膜400远离超薄芯片200或布线层300的表面，形成盲孔501。根据本发明的实施例，可以先使用uv曝光机进行曝光，再利用显影液进行显影，将部分的感光显影型覆盖膜400去除，最后烘烤使感光显影型覆盖膜400固化。
61.需要注意的是，曝光能量不能太高，因为曝光能量太高会产生光散射的问题，感光显影型覆盖膜的解析度就会越低，但是，曝光能量过低，也容易发生侧蚀的问题，一般建议按感光显影型覆盖膜材料本身的规格来设定；而显影的步骤尤为关键，需要确认显影不净的问题，如显影不净，表面有感光显影型覆盖膜残留，会导致后续互连工艺出现问题；而烘烤不能过度或不够，过度可能会造成线路深度氧化问题，不够可能会造成后续制作过程中渗镀的问题。
62.s500：在感光显影型覆盖膜远离柔性线路板的表面上，形成电极材料层。
63.在该步骤中，参考图4的(d)，在感光显影型覆盖膜400远离柔性线路板100的表面上，形成厚度为5～10微米的电极材料层510。根据本发明的实施例，可以采用溅射电镀和光刻的方式，形成电极材料层510，本领域技术人员可根据电极材料层的具体材料种类进行相应地选择，在此不再赘述。
64.s600：对电极材料层进行图案化处理，形成连接电极。
65.在该步骤中，参考图4的(e)，继续对电极材料层510进行图案化处理，形成将超薄芯片200与布线层300电连接的连接电极500。如此，图案化处理后的连接电极500，一端可以与超薄芯片200的焊盘201直接接触，另一端可以与布线层300上的焊盘直接接触。
66.在本发明的一些实施例中，在步骤s600之后，该柔性封装方法还可以包括：
67.s700：在连接电极和感光显影型覆盖膜远离柔性线路板的表面上，形成保护层。
68.在该步骤中，可以在连接电极500和感光显影型覆盖膜400远离柔性线路板100的表面上，形成保护层600。
69.s800：在保护层远离连接电极的表面，形成新设焊盘。
70.在该步骤中，可以继续在保护层600远离连接电极500的表面，形成新设焊盘601，
用于形成与外电路电连接的金属层700。
71.s900：在新设焊盘中形成金属层。
72.在该步骤中，参考图4的(f)，可以在新设焊盘601中最后形成金属层700，如此，可获得电气性能和物理性能都更好的封装结构。并且，该步骤获得的产品结构，可参考图2。
73.综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种柔性封装方法，利用柔性线路板加工技术以及芯片集成电路制作技术相结合，将超薄芯片贴在柔性线路基板上进行加工制作，可以实现单颗或多颗的超薄芯片的柔性集成封装，从而可以集成封装出柔性化的产品。
74.在本发明的描述中，需要理解的是，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
76.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。