一种高密度芯片焊接结构的制作方法

本实用新型涉及芯片生产技术领域，尤其涉及一种高密度芯片焊接结构。

背景技术：

现有的芯片如二极管、三极管等，在进行封装时，通常采用导电胶、非导电胶等树脂类材料，进行芯片的粘接，以实现固定的功能。

导电胶主要是利用银胶中树脂材料的粘性，来完成芯片的粘接，通过树脂类材料中的银粉导电，来完成芯片引脚的导通功能，同时又因其工艺制程简单，仅需点胶、烘烤即能完成封装，因而被广泛应用在封装工艺上。

但是，导电胶(以下简称银胶)封装方式存在以下缺陷：树脂材料与芯片cte(指热膨胀系数)不匹配，导致粘接后芯片容易与焊料分层、银粉不能100％填充，导电和散热不佳等问题，限制了其自身的发展。

对于散热性、导电性和cte要求严格的芯片产品，现有的办法是通过使用焊膏来解决(比如解决cte不匹配导致的分层问题、导电和散热不佳的问题)。

但是，现有的焊膏方式存在以下缺陷：

(1)需通过钢网印刷锡膏来实现芯片产品加工，钢网制作需要成本；

(2)加工时焊料厚度、平整性和对位精度上有一定的限制；

(3)芯片产品在进行重复焊接加工时，会存在二次融锡问题，从而影响芯片产品的可靠性。

由此可见，上述锡膏及银胶两种焊料，均受限于加工方法及设备，其能够做到的芯片最小尺寸，只能达到0.2mm及以上，且焊点之间的间距也比较大。

针对高密度、对平整性要求高的芯片产品，以上两种焊料都受到了极大的限制。为了解决以上的这些问题，我们发明了一种高密度芯片焊接结构。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于解决现有的银胶焊料存在树脂材料与芯片热膨胀系数不匹配，导致粘接后芯片容易与焊料分层、银粉不能100％填充，导电和散热不佳等问题，现有的焊膏焊料存在需要钢网印刷、钢网成本高，焊料厚度、平整性和对位精度有一定的限制，芯片进行重复焊接加工时，存在二次融锡问题，从而影响芯片产品的可靠性的问题。其具体解决方案如下：

一种高密度芯片焊接结构，包括金属载体，位于金属载体上的金属连接区，安装于金属连接区上的多个芯片，所述金属载体为一体化的金属材料或者在绝缘基材表面附着一层金属导体的载体，所述金属连接区包括多个金属焊盘或者多条电路走线和多个金属焊盘或者阻焊层，所述金属焊盘上设有焊料层，焊料层上设有助焊层，所述电路走线位于阻焊层之下，电路走线的端点与金属焊盘电连接，金属焊盘通过焊料层的焊料及高温与芯片的焊盘或者电极焊接。

可选地，所述一体化的金属材料包括金属基材和金属导体，当完成芯片焊接后，通过物理方式，将金属基材与金属导体进行剥离或者将绝缘基材与金属导体进行剥离。

进一步地，每个所述芯片的尺寸、厚度、焊盘大小各不相同，芯片的尺寸≥0.15*0.15mm，芯片的厚度≥0.08mm，芯片的焊盘尺寸≥20*20μm。

进一步地，所述金属焊盘的尺寸≥20*20μm，金属焊盘高度≥20μm，每个金属焊盘的高度相等或者不相等。

进一步地，所述焊料层的焊料厚度范围为3-5μm，焊料厚度的精度为±1μm。

进一步地，所述电路走线的最小宽度≥20μm，电路走线的高度≥20μm。

进一步地，所述助焊层采用固体或者膏状或者液体状材料之任一种。

进一步地，所述焊料为锡或者铟或者锡铜合金之任一种。

进一步地，所述金属焊盘为铜或者镍之任一种。

本方案一种高密度芯片焊接结构，按照以下步骤进行高密度芯片焊接：

步骤1，取一块金属载体，在金属载体表面附着一层光感材料；

步骤2，通过曝光显影的方式，生成金属连接区，金属连接区中设有多个金属焊盘的图形或者多条电路走线和多个金属焊盘的图形；

步骤3，通过电镀方式，完成多个金属焊盘的加工；

步骤4，在金属载体表面附着一层光感材料或者阻焊材料；

步骤5，通过曝光显影的方式，生成多个金属焊料的图形；

步骤6，通过电镀或者化镀方式，完成多个金属焊料的加工，然后，通过化学方法去掉多余的光感材料或者保留曝光显影后剩余的阻焊材料；

步骤7，在金属载体表面涂布助焊剂；

步骤8，将多个芯片通过正装或者倒装的形式贴装到金属载体表面；

步骤9，通过高温加热的方式，使芯片和金属载体之间通过金属焊盘、金属焊料形成imc合金后，完成芯片的固定、焊接和电路互联；

步骤10，芯片焊接完成后，通过物理方式，将金属基材或者绝缘基材与金属导体进行剥离。

当同一块金属载体上出现有不同高度的金属焊盘时，先按上述步骤1至步骤6进行，然后再增加以下步骤：

步骤6a，在金属载体表面附着一层光感材料；

步骤6b，通过曝光显影的方式，生成多个较高金属焊盘的图形；

步骤6c，通过电镀方式，完成多个较高金属焊盘的加工；

步骤6d，在金属载体表面附着一层光感材料；

步骤6e，通过曝光显影的方式，生成多个较高金属焊料的图形；

步骤6f，通过电镀或者化镀方式，完成多个较高金属焊料的加工，然后，通过化学方法去掉多余的光感材料；

转接上述步骤7至步骤10进行。

其中，涂布方式为点涂或者喷涂或者印刷或者浸润之任一种。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型解决了现有的银胶焊料存在树脂材料与芯片热膨胀系数不匹配，导致粘接后芯片容易与焊料分层、银粉不能100％填充，导电和散热不佳等问题，现有的焊膏焊料存在需要钢网印刷、钢网成本高，焊料厚度、平整性和对位精度有一定的限制，芯片进行重复焊接加工时，存在二次融锡问题，从而影响芯片产品的可靠性的问题。采用本方案具有以下优点：

(1)能够实现超薄焊料的加工，将焊料厚度精度控制在±1μm以内；

(2)贴片焊接后芯片的平整性良好，高度极差可控制在5μm以内；

(3)可实现高密度芯片的倒装或正装互联，焊盘尺寸可以做到20μm*20μm，焊点之间的最小间距可做到20μm左右；

(4)在电路走线及金属焊盘上涂布阻焊材料，不仅保证了焊点(指焊接后的焊盘)之间不会短路，而且还提高了高密度芯片的对位精度；

(5)本方案还可形成高低不一的金属焊盘，适用于多个芯片厚度不同的特殊焊接需求，并保证了高密度芯片的平整性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例1的结构图；

图2为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例1未加工金属焊料和芯片的结构图；

图3为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例2的结构图；

图4为图3中a区的放大结构图；

图5为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例2未加工金属焊料和芯片的结构图；

图6为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例3的结构图；

图7为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例3未安装芯片的结构图；

图8为本实用新型一种高密度芯片焊接结构实施例4的结构图。

附图标记说明：

1-金属载体，2-芯片，3-金属焊盘，4-焊料层，5-助焊层，6-金属基材，7-金属导体，8-电路走线，9-阻焊层，21-较薄芯片，31-较高金属焊盘，40-金属焊料，41-较高金属焊料，61-绝缘基材。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1:

如图1至2所示，一种高密度芯片焊接结构，包括金属载体1，位于金属载体1上的金属连接区，安装于金属连接区上的多个芯片2，金属载体1为一体化的金属材料或者在绝缘基材61表面附着一层金属导体7的载体(如图8中所示)，金属连接区包括多个金属焊盘3，金属焊盘3上设有焊料层4，焊料层4上设有助焊层5，金属焊盘3通过焊料层4的焊料及高温与芯片2的焊盘或者电极焊接。

优选地，本实施例的金属载体1为一体化的金属材料，其包括金属基材6和金属导体7，当完成芯片2焊接后，可通过物理方式，将金属基材6与金属导体7进行剥离。

进一步地，每个芯片2的尺寸、厚度、焊盘大小各不相同，芯片2的尺寸≥0.15*0.15mm，芯片2的厚度≥0.08mm，芯片2的焊盘尺寸≥20*20μm。

进一步地，焊料层4的焊料厚度为3-5μm，焊料厚度的精度为±1μm，焊料为锡或者铟或者锡铜合金之任一种。

金属焊盘3为铜或者镍之任一种，金属焊盘3的尺寸≥20*20μm，金属焊盘3高度≥20μm，本实施例的每个金属焊盘3的高度相等。

实施例2:

如图3至5所示，与实施例1所不同的是，金属连接区还包括多条电路走线8，电路走线8的端点与金属焊盘3电连接，电路走线8的最小宽度≥20μm，电路走线8的高度≥20μm，其余内容与实施例1完全相同，不再赘述。

实施例3:

如图6至7所示，与实施例2所不同的是，在电路走线8或者金属焊盘3的外缘上面设有阻焊层9，阻焊层9具有有效防止高密度芯片2的焊点短路，及提高高密度芯片2的对位精度两个作用。其余内容与实施例2完全相同，不再赘述。

实施例4:

如图8所示，与实施例1所不同的是，在本实施例的金属载体1是在绝缘基材61表面附着一层金属导体7的载体，金属载体1上有厚、薄不同的多个芯片2，且每个金属焊盘的高度不相等，此时，在金属焊盘3(指较低的金属焊盘)上将叠加设置较高金属焊盘31，在较高金属焊盘31上设置较高金属焊料41，较高金属焊料41与金属焊料40(指设置于较低的金属焊盘3上的金属焊料)的厚度可以相同或者不相同，根据具体芯片2的厚、薄来决定。较薄芯片21安装于较高金属焊盘31及较高金属焊料41上面。当完成芯片2焊接后，可通过物理方式，将绝缘基材61与金属导体7进行剥离。其余内容与实施例1完全相同，不再赘述。

本方案一种高密度芯片焊接结构，按照以下步骤进行高密度芯片焊接：

步骤1，取一块金属载体1，在金属载体1表面附着一层光感材料；

步骤2，通过曝光显影的方式，生成金属连接区，金属连接区中设有多个金属焊盘3的图形或者多条电路走线8和多个金属焊盘3的图形；

步骤3，通过电镀方式，完成多个金属焊盘3的加工；

步骤4，在金属载体1表面附着一层光感材料或者阻焊材料；

步骤5，通过曝光显影的方式，生成多个金属焊料40的图形；

步骤6，通过电镀或者化镀方式，完成多个金属焊料40的加工，然后，通过化学方法去掉多余的光感材料或者保留曝光显影后剩余的阻焊材料(形成阻焊层9)；

步骤7，在金属载体1表面涂布助焊剂(形成助焊层5)；

步骤8，将多个芯片2通过正装或者倒装的形式贴装到金属载体1表面；

步骤9，通过高温加热的方式，使芯片2和金属载体1之间通过金属焊盘3、金属焊料40形成imc(也叫介面合金共化物)合金后，完成芯片2的固定、焊接和电路互联；

步骤10，芯片焊接完成后，通过物理方式，将金属基材或者绝缘基材与金属导体进行剥离。

当同一块金属载体1上出现有不同高度的金属焊盘3时，先按上述步骤1至步骤6进行，然后再增加以下步骤：

步骤6a，在金属载体1表面附着一层光感材料；

步骤6b，通过曝光显影的方式，生成多个较高金属焊盘31的图形；

步骤6c，通过电镀方式，完成多个较高金属焊盘31的加工；

步骤6d，在金属载体1表面附着一层光感材料；

步骤6e，通过曝光显影的方式，生成多个较高金属焊料41的图形；

步骤6f，通过电镀或者化镀方式，完成多个较高金属焊料41的加工，然后，通过化学方法去掉多余的光感材料；

转接上述步骤7至步骤10进行。

进一步地，上述助焊剂采用固体或者膏状或者液体状之任一种，涂布方式为点涂或者喷涂或者印刷(指整板印刷)或者浸润之任一种，其中浸润、喷涂和整板印刷涂布，是针对金属载体1表面进行无差别涂覆。步骤4中的阻焊材料也是光感材料的一种，同样可进行曝光显影等操作。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型解决了现有的银胶焊料存在树脂材料与芯片热膨胀系数不匹配，导致粘接后芯片容易与焊料分层、银粉不能100％填充，导电和散热不佳等问题，现有的焊膏焊料存在需要钢网印刷、钢网成本高，焊料厚度、平整性和对位精度有一定的限制，芯片进行重复焊接加工时，存在二次融锡问题，从而影响芯片产品的可靠性的问题。采用本方案具有以下优点：

(1)能够实现超薄焊料的加工，将焊料厚度精度控制在±1μm以内；

(2)贴片焊接后芯片2的平整性良好，高度极差可控制在5μm以内；

(3)可实现高密度芯片2的倒装或正装互联，焊盘尺寸可以做到20μm*20μm，焊点之间的最小间距可做到20μm左右；

(4)在电路走线8及金属焊盘3上涂布阻焊材料，不仅保证了焊点(指焊接后的焊盘)之间不会短路，而且还提高了高密度芯片2的对位精度；

(5)本方案还可形成高低不一的金属焊盘，适用于多个芯片2厚度不同的特殊焊接需求，并保证了高密度芯片2的平整性。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。