使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及电子封装【技术领域】，特别涉及一种使用柔性基板结构实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法，该结构包括第一印制电路板、第二印制电路板、第一器件、第二器件、焊球及塑封层。第二器件安装在第二印制电路板的上方；第一印制电路板固定在第二印制电路板的上方，且第二器件设置在凹槽中；第一器件固定在第一印制电路板的上方；塑封层覆盖在第一印制电路板、第二印制电路板及第一器件的外侧；焊球设置在第二印制电路板的底部。本发明提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法，能够减少信号的不连续和阻抗失配，从而大幅的提高信号的传输速率，支持更高的带宽，并且柔性基板结构互连密度更高。
【专利说明】使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子封装【技术领域】，特别涉及一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]BGA (Ball Grid Array，球栅阵列结构印制电路板)在信号互连上是个阻抗不连续点，BGA的大小以及形貌都影响高频传输的信号完整性。越大的BGA造成的不连续越严重，在高频下传输损耗增加，回波损耗也增大，制约了高频信号的传输，尤其是射频信号的传输。随着BGA间距的减小，一方面增加了焊接的危险，造成短路，二是BGA之间的串扰也增加，影响信号完整性。BGA焊球之间的间距都是标准的，而且根据不同的应用标准，BGA焊球的属性定义都是固定的，所以使用BGA进行三维封装体内信号的屏蔽很难实现。所以BGA对芯片的屏蔽一般都是结合开腔进行的，参考美国专利US20020096767，这样的开腔比单纯的BGA屏蔽效果要好，但是由于BGA存在，从BGA处耦合进去的一定电磁波的是可能的，因此BGA的信号不连续、信号的串扰以及信号的衰减问题仍然难以解决。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高屏蔽性能、提高信号传输速率、提高互连密度的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构，包括第一印制电路板、第二印制电路板、第一器件、第二器件、焊球及塑封层。所述第一印制电路板为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板。所述第一印制电路板的下部开有凹槽。所述第二器件安装在所述第二印制电路板的上方；所述第一印制电路板固定在所述第二印制电路板的上方，且所述第二器件设置在所述凹槽中。所述第一器件固定在所述第一印制电路板的上方；所述塑封层覆盖在所述第一印制电路板、第二印制电路板及所述第一器件的外侧。所述焊球设置在所述第二印制电路板的底部。
[0005]进一步地，所述第二印制电路板为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板。
[0006]进一步地，所述刚柔结合性印制电路板的柔性部分设置在刚性部分的上部、下部或中间位置。
[0007]进一步地，所述凹槽为方形形状。
[0008]本发明还提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，包括选取或制造第一印制电路板及第二印制电路板，所述第一印制电路板为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板；在所述第一印制电路板的下部开设凹槽。将第二器件安装在所述第二印制电路板上。采用焊料、各向异性导电胶、各项异性导电焊膏或各向异性导电胶与各项异性导电焊膏的混合物，将所述第一印制电路板与所述第二印制电路板进行垂直互连，互连后所述第二器件位于所述凹槽中。将第一器件安装在所述第一印制电路板上。对所述第一印制电路板及所述第一器件的外部进行灌封。在所述第二印制电路板的下部的引脚位置植球，用于对外互连。
[0009]进一步地，所述第二印制电路板为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板。
[0010]进一步地，所述焊料为各项异性导电胶、有铅焊料、无铅焊料或金锡焊料。
[0011]进一步地，安装所述第一器件及所述第二器件时，采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding 工艺或 Flip-Chip 工艺。
[0012]本发明提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法，设置在上层的第一印制电路板采用柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板代替传统的BAG，能够减少信号的串扰、不连续和阻抗失配，从而大幅的提高信号的传输速率，支持更高的带宽；并且柔性基板结构支持更高的互连密度。同时，在第一印制电路板的下部开有凹槽，形成屏蔽腔，将内部的第二器件设置在凹槽中，提高了柔性基板结构的屏蔽性能，降低了信号的衰减幅度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例一提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构示意图；
[0014]图2为本发明实施例二提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例一
[0016]参见图1，本实施例提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构，包括第一印制电路板1、第二印制电路板2、第一器件3(如射频元器件)、第二器件4(如射频元器件)、焊球5及塑封层6。第一印制电路板I为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板，其中，刚柔结合性印制电路板中的柔性部分设置在刚性部分的上部、下部或中间位置(本实施例中，选用刚柔结合性印制电路板，且柔性部分设置在刚性部分的正上方，柔性部分的长度大于刚性部分的长度)。刚柔结合性印制电路板中的刚性部分具有一定的厚度，允许后续在刚性部分上开设凹槽不会使整个第一印制电路板I翘曲，并满足凹槽内元器件的安装。第一印制电路板I的柔性部分和\或刚性部分制造有电学信号互连的焊盘。第一印制电路板I的下部开有凹槽(具体的，凹槽设置在第一印制电路板I中刚性部分的下部；本实施例中，凹槽为方形形状，具有较大的容纳空间；凹槽一方面为第二器件提供安装空间，另一方面形成屏蔽腔)。第二器件4安装在第二印制电路板2的上方。第一印制电路板I固定在第二印制电路板2的上方，具体为:第二器件4设置在凹槽中，第一印制电路板I中的刚性部分直接与第二印制电路板2的上端互连，第一印制电路板I中的柔性部分的两端向下弯折后分别与第二印制电路板2的上端互连。第一器件3固定在第一印制电路板I柔性部分的上方；塑封层6覆盖在第一印制电路板1、第二印制电路板2及第一器件3的外侧；焊球5设置在第二印制电路板2的底部。本实施例中，第二印制电路板2为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板；第二印制电路板2的上下表面制造有互连线和焊盘。需要说明的是，在实际应用中，本实施例提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构可以在数量上延伸或堆叠，其实质仍不脱离本实施例提供的方案。[0017]本实施例还提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，包括以下步骤:参见图1，
[0018]步骤10:选取或制造第一印制电路板I及第二印制电路板2，第一印制电路板I为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板；本实施例中，第一印制电路板I选用刚柔结合性印制电路板，且柔性部分设置在刚性部分的正上方，柔性部分的长度大于刚性部分的长度；第一印制电路板I的柔性部分和\或刚性部分制造有电学信号互连的焊盘。第一印制电路板I刚性部分的下部开设凹槽(本实施例中，凹槽为方形形状，且凹槽的数量与第二器件的数量一致)。第二印制电路板2为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板，第二印制电路板2的上下表面制造有互连线和焊盘。需要说明的是，刚柔结合性印制电路板的制造工艺属于电子封装领域的公知技术。
[0019]步骤20:将第二器件4安装在第二印制电路板2上，安装过程中，采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding 工艺或 Flip-Chip 工艺。
[0020]步骤30:采用焊料(包括有铅焊料、无铅焊料或金锡焊料)、各向异性导电胶、各项异性导电焊膏或各向异性导电胶与各项异性导电焊膏的混合物，将第一印制电路板I与第二印制电路板2进行垂直互连，互连后第二器件4位于凹槽中(每个凹槽中设置一个第二器件)。本实施例中，采用焊料将第一印制电路板I中的刚性部分与第二印制电路板2的上端互连；采用各项异性导电胶将第一印制电路板中的柔性部分的两端向下弯折后分别与第二印制电路板2的上端互连。
[0021]步骤40:将第一器件3安装在第一印制电路板I上，安装过程中，采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding 工艺或 Flip-Chip 工艺。
[0022]步骤50:对第一印制电路板I及第一器件3的外部进行灌封，灌封材料选用环氧树脂或有机娃。
[0023]步骤60:在第二印制电路板2的下部的引脚位置植球，用于对外互连；植球过程中采用“锡膏加锡球”或“助焊膏加锡球”的方式。
[0024]实施例二
[0025]参见图2，本实施例提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构，包括第一印制电路板1、第二印制电路板2、第一器件3 (如射频元器件)、第二器件4 (如射频元器件)、焊球5及塑封层6。第一印制电路板I为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板，其中，刚柔结合性印制电路板中的柔性部分设置在刚性部分的上部、下部或中间位置(本实施例中，选用刚柔结合性印制电路板，且柔性部分设置在刚性部分的正下方，柔性部分的长度等于刚性部分的长度)。刚柔结合性印制电路板中的刚性部分具有一定的厚度，允许后续在刚性部分上开设凹槽不会使整个第一印制电路板翘曲，并满足凹槽内元器件的安装；第一印制电路板I的柔性部分和\或刚性部分制造有电学信号互连的焊盘。第一印制电路板I的下部开有凹槽(具体的，凹槽设置在第一印制电路板I中柔性部分的下部；本实施例中，凹槽为方形形状，具有较大的容纳空间；凹槽一方面为第二器件提供安装空间，另一方面形成屏蔽腔)。第二器件4安装在第二印制电路板2的上方。第一印制电路板I固定在第二印制电路板2的上方，具体为:第二器件4设置在凹槽中，第一印制电路板I中的柔性部分直接与第二印制电路板2的上端互连。第一器件3固定在第一印制电路板I柔性部分的上方；塑封层6覆盖在第一印制电路板1、第二印制电路板2及第一器件3的外侧；焊球5设置在第二印制电路板2的底部。本实施例中，第二印制电路板2为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板；第二印制电路板2的上下表面制造有互连线和焊盘。需要说明的是，在实际应用中，本实施例提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构可以在数量上延伸或堆叠，其实质仍不脱离本实施例提供的方案。
[0026]本实施例还提供了一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，包括以下步骤:参见图2，
[0027]步骤100:选取或制造第一印制电路板I及第二印制电路板2，第一印制电路板I为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板。本实施例中，第一印制电路板I选用刚柔结合性印制电路板，且柔性部分设置在刚性部分的正下方，柔性部分的长度等于刚性部分的长度；第一印制电路板I的柔性部分和\或刚性部分制造有电学信号互连的焊盘。第一印制电路板I刚性部分的下部开设凹槽(本实施例中，凹槽为方形形状，且凹槽的数量与第二器件的数量一致)。第二印制电路板2为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板；第二印制电路板2的上下表面制造有互连线和焊盘。需要说明的是，刚柔结合性印制电路板的制造工艺属于电子封装领域的公知技术。
[0028]步骤200:将第二器件4安装在第二印制电路板2上，安装过程中，
[0029]采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding工艺或Flip-Chip工艺。
[0030]步骤300:采用焊料(包括有铅焊料、无铅焊料或金锡焊料)、各向异性导电胶、各项异性导电焊膏或各向异性导电胶与各项异性导电焊膏的混合物，将第一印制电路板I的柔性部分与第二印制电路板2的上部垂直互连，互连后第二器件4位于凹槽中(每个凹槽中设置一个第二器件)。
[0031]步骤400:将第一器件3安装在第一印制电路板I上，安装过程中，
[0032]采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding工艺或Flip-Chip工艺。
[0033]步骤500:对第一印制电路板I及第一器件3的外部进行灌封，灌封材料选用环氧树脂或有机娃。
[0034]步骤600:在第二印制电路板2的下部的引脚位置植球，用于对外互连；植球过程中采用“锡膏加锡球”或“助焊膏加锡球”的方式。
[0035]本发明实施例提供的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构及其制造方法，设置在上层的第一印制电路板I采用柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板代替传统的BAG，能够减少信号的不连续和阻抗失配，从而大幅的提高信号的传输速率，支持更高的带宽；并且柔性基板结构支持更高的互连密度。同时，在第一印制电路板I的下部开有凹槽，形成屏蔽腔，将内部的第二器件4设置在凹槽中，提高了柔性基板结构的屏蔽性能，降低了信号的衰减幅度。
[0036]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连结构，其特征在于，包括第一印制电路板、第二印制电路板、第一器件、第二器件、焊球及塑封层； 所述第一印制电路板为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板； 所述第一印制电路板的下部开有凹槽； 所述第二器件安装在所述第二印制电路板的上方；所述第一印制电路板固定在所述第二印制电路板的上方，且所述第二器件设置在所述凹槽中； 所述第一器件固定在所述第一印制电路板的上方；所述塑封层覆盖在所述第一印制电路板、第二印制电路板及所述第一器件的外侧； 所述焊球设置在所述第二印制电路板的底部。
2.根据权利要求1所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连结构，其特征在于，所述第二印制电路板为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板。
3.根据权利要求1所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连结构，其特征在于，所述刚柔结合性印制电路板的柔性部分设置在刚性部分的上部、下部或中间位置。
4.根据权利要求1所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连结构，其特征在于，所述凹槽为方形形状。
5.一种使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，其特征在于，包括: 选取或制造第一印制电路板及第二印制电路板，所述第一印制电路板为柔性印制电路板或刚柔结合性印制电路板；在所述第一印制电路板的下部开设凹槽； 将第二器件安装在所述第二印制电路板上； 采用焊料、各向异性导电胶、各项异性导电焊膏或各向异性导电胶与各项异性导电焊膏的混合物，将所述第一印制电路板与所述第二印制电路板进行垂直互连，互连后所述第二器件位于所述凹槽中； 将第一器件安装在所述第一印制电路板上； 对所述第一印制电路板及所述第一器件的外部进行灌封； 在所述第二印制电路板的下部的引脚位置植球，用于对外互连。
6.根据权利要求5所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，其特征在于，所述第二印制电路板为刚性印制电路板、柔性印制电路板或IC载板。
7.根据权利要求5所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，其特征在于，所述焊料为各项异性导电胶、有铅焊料、无铅焊料或金锡焊料。
8.根据权利要求5所述的使用柔性基板实现三维层间垂直互连的结构的制造方法，其特征在于，安装所述第一器件及所述第二器件时，采用普通的SMT工艺、Wire-Bonding工艺或 Flip-Chip 工艺。
【文档编号】H01L23/498GK103681594SQ201310701370
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】刘丰满, 曹立强 申请人:中国科学院微电子研究所