专利名称：三维集成高密度多芯片组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多芯片组件(简称MCM)，进一步来说，涉及三维集成高密度多芯片组件(简称3D-MCM)。
背景技术：
原有多芯片组件的集成技术中，在多层陶瓷基片表面采用二维平面集成技术(简称2D集成技术)，将半导体芯片、其他片式元器件直接装贴在多层陶瓷基片表面上，或采用三维平面垂直集成技术(简称3D集成技术)，在2D集成技术的基础上，将2个以上的芯片按一定的顺序和粘片工艺水平垂直堆叠，再采用键合丝(金丝或硅铝丝)进行引线键合，完成整个电气连接，最后在特定的气氛中将管基和管帽进行密封而成。原有技术存在的主要问题是:①对于二维平面集成技术，半导体芯片、其他片式元器件以最大面方向贴装到陶瓷基片上，芯片与基片的引线键合从一个焊点到另一个焊点之间需要一定的跨度，再加上基片上还需要根据具体电路的要求制作必要的厚膜或薄膜电阻、厚膜或薄膜电容、厚膜或薄膜电感等，因此，基片表面的芯片贴装数量有限，芯片集成效率受基片面积的影响，芯片集成度难以提高；②对于三维水平垂直集成技术，受半导体芯片面积的限制，水平堆叠的芯片数量不可能太多，一般在5层以内，且各层芯片与多层陶瓷基片表面的键合区进行键合时，一方面需要更多的键合区，另一方面每一层芯片表面焊点与多层陶瓷基片表面键合区的焊点之间进行内引线键合时，需要一定的跨度，其跨度从底芯片到顶层芯片逐步加大，因而，要占用较大的基片面积，从而限制集成度的进一步提升。经检索，涉及多芯片组件的专利申请件有20件，但没有涉及三维集成的多芯片组件申请件、更没有涉及三维集成高密度的多芯片组件的申请件。
发明内容本实用新型的目的是提供三维集成高密度多芯片组件，将半导体芯片、其他片式元器件的最大面与多层陶瓷基片表面进行垂直集成，从而增加多层陶瓷基片表面单位面积上可集成的芯片数、其他片式元器件数量，达到提升多芯片组件集成密度的目的。为实现上述目标，设计人提供的三维集成高密度多芯片组件，具有原有多芯片组件的管壳基座、管脚、多层陶瓷基片、片式元件、半导体芯片1、半导体芯片2、阻带、导带/键合区以及用三维平面方式垂直贴装的芯片；与原有组件不同的是，在多层陶瓷基片上垂直集成有一个以上的小多层陶瓷基片，该小多层陶瓷基片的正反面集成有一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；所有对外进行电气连接的引脚从该小多层陶瓷基片的一个端面或两面引出；每根引线的键合区和底座多层陶瓷基片表面相应的键合区域形成金球。上述多层陶瓷基片由多层陶瓷烧结而成，在每一层中均有金属化通孔、导带，内层有裕量较大的阻带，表层有经激光调阻后的阻带。上述金球是采用金丝球键合的方法或丝网印刷后再流焊的方法形成的。[0008]本实用新型有以下特点:①采用三维竖向垂直集成，可将一个以上半导体芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多层陶瓷基片上，实现高密度三维集成，大大提高多芯片组件的集成度；②由于可集成更多的半导体芯片、其他片式元器件，从而可集成更多的功能，达到子系统或系统集成(简称SiP，即系统级封装)；③可大大减少整机应用系统使用电子元器件的数量，从而大大减小整机的体积，提高应用系统的可靠性；④由于采用高密度集成，大大缩短引线长度，可进一步提高多芯片组件的工作频率和可靠性；⑤与原有技术相组合，结合芯片的面积大小、发热情况，可实现灵活的集成方式，发热量较大的芯片采用水平垂直集成，便于散热，发热量不大的芯片采用竖向垂直集成，便于提升集成度。本实用新型广泛应用于航天、航空、船舶、精密仪器、通讯、工业控制等领域，特别适用于装备系统小型化、高可靠的领域，具有广阔的市场前景和应用空间。
图1为本实用新型的三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片结构示意图。图中，I为管壳底座，2为管脚，3为多层陶瓷基片，4为片式元件，5为半导体芯片I，6为半导体芯片II，7为阻带，8为导带/键合区，9为用三维平面方式垂直贴装的芯片，10为小多层陶瓷基片，11为内引线，12为金球。多层陶瓷基片中的虚线表示基片为多层，至少二层。
具体实施方式
实施例:三维竖向垂直集成的多层陶瓷基片，其结构如图1所示，具有管壳底座1、管脚2、多层陶瓷基片3、片式元件4、半导体芯片I 5、半导体芯片II 6、阻带7、导带/键合区8以及用三维平面方式垂直贴装的芯片9 ;与原有组件不同的是，在多层陶瓷基片3上垂直集成有一个以上的小多层陶瓷基片10，该小多层陶瓷基片10的正反面集成有一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；所有对外进行电气连接的引脚从该小多层陶瓷基片的端面引出；端面键合区、底座多层陶瓷基片表面相应的键合区采用金丝球键合的方法或丝网印刷后再流焊的方法形成的金球，小多层陶瓷基片与底座多层陶瓷基片采用金球12进行键合。多层陶瓷基片3由多层陶瓷烧结而成，在每一层含有金属化通孔、导带，内层含有裕量较大的阻带，表层含有经激光调阻后的阻带。
权利要求1.三维集成高密度多芯片组件，它具有管壳底座(I)、管脚(2)、多层陶瓷基片(3)、片式元件(4)、半导体芯片I (5)、半导体芯片II (6)、阻带(7)和导带/键合区(8)以及用三维平面方式垂直贴装的芯片(9);其特征在于在多层陶瓷基片(3)上垂直集成有一个以上的小多层陶瓷基片(10)，该小多层陶瓷基片(10)的正反面集成有一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；所有对外进行电气连接的引脚从该小多层陶瓷基片(10)的一个端面或两面引出；在端面键合区、底座多层陶瓷基片表面相应的键合区形成金球，小多层陶瓷基片与底座多层陶瓷基片采用金球(12)进行键合。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于所述多层陶瓷基片(3)由多层陶瓷烧结而成，在每一层中均有金属化通孔、导带，内层有阻带，表层有经激光调阻后的阻带。
3.如权利要求1所述的组件，其特征在于所述金球(12)是采用金丝球键合的方法或丝网印刷后再流焊的方法形成的。
专利摘要本实用新型公开了三维集成高密度多芯片组件，它具有管壳底座、管脚、水平和竖向共烧陶瓷基片、片式元器件、半导体芯片Ⅰ、半导体芯片Ⅱ、阻带、导带/键合区；在多层陶瓷基片上垂直集成有一个以上的小多层陶瓷基片，该小多层陶瓷基片的正反面集成有一个以上半导体芯片或片式元器件，并完成半导体芯片的引线键合；电气互连引脚从该小多层陶瓷基片的端面或两面引出；在端面键合区、底座多层陶瓷基片表面相应的键合区形成金球，并金球进行键合。本实用新型采用三维竖向垂直集成，可将一个以上半导体芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多层陶瓷基片上，实现高密度三维集成，提高多芯片组件的集成度和提高应用系统的可靠性。
文档编号H01L23/31GK202948920SQ20122063763
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者杨成刚, 苏贵东 申请人:贵州振华风光半导体有限公司