一种植入阻尼器的芯片封装结构及其封装方法与流程

本发明涉及一种植入阻尼器的芯片封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术：

随着半导体技术的发展，电子感应器件封装工艺技术在汽车电控系统应用得到广泛应用，越来越多的应用于汽车的安全控制系统、发动机控制系统、车身稳定系统和底盘控制系统。随着汽车行业的飞速发展，人们越来越多的要求驾乘的安全性和舒适度，汽车电子感应器件有着广阔的市场需求，对设置于其中的传感芯片的封装的稳定性和侦测信息的准确性提出了更高的要求。传统胶水贴装传感芯片受限于胶水特性，无法达到相应的缓冲和减震效果；同时，传统胶水无法吸收外界环境中干扰信号，限制了传感芯片正常的工作，使其不能得到稳定的信号输出，汽车控制系统的可靠性和准确性，缩短了汽车电子感应器件的使用寿命，降低了汽车驾乘人员的安全感和舒适度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种植入阻尼器的芯片封装结构及其封装方法，从而提高汽车电子感应器件中的传感芯片侦测的准确性和响应稳定性。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供了一种植入阻尼器的芯片封装结构，其包括基板，所述基板的上方设置控制芯片、阻尼器、传感芯片、信号处理芯片，所述控制芯片通过粘结剂ⅲ占据基板的左侧，并通过金属引线ⅱ与基板直接键合；

所述基板的右侧设置阻尼器、传感芯片、信号处理芯片，所述阻尼器和传感芯片设置于基板的另一侧的下半部分，基板的另一侧的下半部分设有基板通孔，所述阻尼器的底部设有阻尼器开口，阻尼器通过粘结剂ⅰ固定于基板，所述阻尼器开口与基板通孔对准；

所述传感芯片通过粘结剂ⅱ固定于阻尼器的上方，且与控制芯片通过金属引线ⅰ完成电气连通，控制芯片再通过金属引线ⅱ将电信号传导至基板；

所述基板的另一侧的上半部分固定信号处理芯片，并通过金属引线ⅲ与控制芯片完成电气连通；

所述基板的上方设置金属盖，所述控制芯片、阻尼器、传感芯片、信号处理芯片扣合在其内部。

可选地，所述基板通孔呈矩形，为阻尼器底座面积的60%~80%。

可选地，所述控制芯片呈长条形。

可选地，所述阻尼器呈方形、菱形、圆形、三角形或心形。

可选地，所述金属盖与传感芯片的顶部之间空间的预留高度h范围为150~200微米。

可选地，所述基板的下方设置焊球。

本发明还提供了一种植入阻尼器的芯片封装结构的封装方法，其实施步骤如下：

步骤一、基板进料检查；

步骤二、基板预烘烤；

步骤三、阻尼器贴装：使用自动芯片贴装机器，将阻尼器从卷带/料盘/蓝膜上通过橡胶吸嘴吸取贴装到基板上，要求阻尼器贴装位置在+/-25微米之内，贴片旋转角度需小于1.5度，使用粘结剂ⅰ将阻尼器固定在基板上，粘结剂ⅰ的涂抹厚度要求控制在40±20微米，贴片倾斜率需低于25.4微米；

步骤四、阻尼器烘烤：使用高温固化烘箱对粘结剂ⅰ进行烘烤，阻尼器烘烤程序，温度为120~160度，恒温时间1小时，通过高温固化实现阻尼器与基板的牢固结合；高温固化后需剪切力测试阻尼器与基板的结合强度，剪切力需大于0.5公斤；

步骤五、控制芯片贴装：使用自动芯片贴装机器，利用橡胶吸头将控制芯片从切割好的晶圆上吸取，再通过吸头的压力控制作用将控制芯片通过粘结剂ⅲ贴装到基板上；要求控制芯片贴装位置控制在贴装区域+/-25微米之内，贴片旋转角度需小于1.5度，粘结剂ⅲ的厚度控制在15~40微米；

步骤六、控制芯片烘烤：使用高温固化烘箱对粘结剂ⅲ进行烘烤，控制芯片烘烤程序，温度为150~180度，恒温时间1小时，通过高温固化实现控制芯片与基板的牢固结合；高温固化后需剪切力测试控制芯片与基板的结合强度，剪切力需大于4公斤；

步骤七、传感芯片贴装：使用粘结剂ⅱ通过设备压力作用将传感芯片黏贴到阻尼器上；

在阻尼器的贴装位置正下方基板上预留有一个基板通孔，基板通孔的尺寸根据阻尼器底座尺寸设计，在贴片平台上设计一个凸台，凸台尺寸为通孔尺寸的60%~80%，凸台的高度根据基板厚度加阻尼器开口深度设计；在贴装传感芯片时，凸台通过基板通孔支撑住阻尼器；

步骤八、传感芯片烘烤：使用高温固化烘箱对粘结剂ⅱ进行烘烤，传感芯片烘烤程序，温度为150~180度，恒温时间1小时，通过高温固化实现传感芯片与阻尼器结合；高温固化后需剪切力测试传感芯片与阻尼器的结合强度，剪切力需大于0.5公斤；

步骤九、信号处理芯片贴装和烘烤；

步骤十、等离子体清洗工序：使用纯氩气或氩-氢混合气体，对产品进行等离子体清洗；

步骤十一、键合：通过打金/银/铜线方式将各类芯片与基板的引脚实现直接或间接连接，所述凸台再次支撑阻尼器，使传感芯片与控制芯片通过金属引线ⅰ键合，信号处理芯片与控制芯片通过金属引线ⅲ键合，控制芯片与基板通过金属引线ⅱ直接键合，从而实现基板与传感芯片、控制芯片和信号处理芯片的导通；金属引线与芯片金属垫的结合共金面需大于结合面的75%，芯片结合面的结合强度需大于16克，金属引线与基板结合面的结合强度需大于2.4克；

步骤十二、键合线加固；

步骤十三、凝胶固化；

步骤十四、金属盖贴装；

步骤十五、金属盖固化；

步骤十六、激光打码；

步骤十七、植球；

步骤十八、颗粒切割分离。

进一步地，在步骤三中，所述粘结剂ⅰ的模量系数为0.5kgf/mm²。

进一步地，在步骤七中，所述凸台尺寸为基板通孔15尺寸的60%~80%。

进一步地，在步骤十中，所述氩-氢混合气体的混合比率为96%氩气加4%氢气。

有益效果

本发明提供了一种植入阻尼器的芯片封装结构及其封装方法，其基板上植入阻尼器，将传感芯片贴装到阻尼器上，通过阻尼器的减震作用吸收不同环境下的振动的干扰，确保传感芯片能接受到真实的信号，从而提高传感芯片侦测信息的准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构的示意图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3为本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构的封装方法的工艺流程的示意图；

图4为图3中凸台应用的示意图；

其中，

基板10

基板通孔15

控制芯片40

阻尼器20

加阻尼器开口22

传感芯片30

金属引线ⅰ35

粘结剂ⅰ25

粘结剂ⅱ33

粘结剂ⅲ43

信号处理芯片50

金属引线ⅱ45

金属引线ⅲ53

凸台60

贴片平台70

金属盖90。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。为了易于说明，可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括使用或操作中设备的不同定向。装置可以以其他方式定向（旋转90度或处于其他定向），本文所使用的空间相对描述可因此进行类似的解释。

本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构的封装方法，如图3所示，其工艺流程如下：

步骤一、基板进料检查；

步骤二、基板预烘烤；

步骤三、阻尼器贴装；

步骤四、阻尼器烘烤；

步骤五、控制芯片贴装；

步骤六、控制芯片烘烤；

步骤七、传感芯片贴装；

步骤八、传感芯片烘烤；

步骤九、信号处理芯片贴装和烘烤；

步骤十、等离子体清洗；

步骤十一、键合；

步骤十二、键合线加固；

步骤十三、凝胶固化；

步骤十四、金属盖贴装；

步骤十五、金属盖固化；

步骤十六、激光打码；

步骤十七、植球；

步骤十八、颗粒切割分离。

实施例

本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构，如图1和图2所示，基板10的上方设置控制芯片40、阻尼器20、传感芯片30、信号处理芯片50。控制芯片40呈长条形，其通过粘结剂ⅲ43占据基板10的左侧，在控制芯片40的左侧，通过金属引线ⅱ45与基板10直接键合。基板10的另一侧设置阻尼器20、传感芯片30、信号处理芯片50。

其中，阻尼器20和传感芯片30设置于基板10的另一侧的下半部分，基板10的另一侧的下半部分设有基板通孔15。一般地，基板通孔15呈矩形，为阻尼器20底座面积的60%~80%。阻尼器20的材质可以是硅胶、橡胶、金属、石墨等，阻尼器20的阻尼作用是通过具有弹性的材料的减震作用吸收不同环境下的振动，提高传感芯片响应稳定性和准确性。阻尼器20可以根据环境和条件不同设计不同的材质和尺寸以到达最佳的系统设计效果。阻尼器20的外形可以通过模具设计成相应的形状，如阻尼器20可以是方形、菱形、圆形、三角形、心形等，根据实际需要确定。例如，最终的封装体客户设计为圆形，可以根据封装体的尺寸设计相应尺寸的圆形阻尼器贴到封装体内。阻尼器20的底部设有阻尼器开口22，阻尼器20通过粘结剂ⅰ25固定于基板10，阻尼器开口22与基板通孔15对准，如图2所示。在汽车电子感应器件中的传感芯片30使用的阻尼器20为有机硅材质，为了保证传感芯片30能精确的黏贴到阻尼器20之上，在贴片时需要在贴片治具上设计一个凸台60（见本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构的封装方法的步骤七和步骤十一），在贴片过程中支撑阻尼器20。

粘结剂ⅰ25为低模量的高温固化胶水，一般为芯片贴装胶水，如模量系数为0.5kgf/mm2，其具有高形变下抗破坏性能，以保证在冷热交变时或在受外力冲击时能适应位移变量而无损，其固化温度范围125~175度。

传感芯片30通过粘结剂ⅱ33固定于阻尼器20的上方。在控制芯片40的右下侧，传感芯片30与控制芯片40通过金属引线ⅰ35完成电气连通，控制芯片40再通过金属引线ⅱ45将电信号传导至基板10。

信号处理芯片50通过粘结剂（图中未示出）设置于基板10的另一侧的上半部分，在控制芯片40的右上侧，信号处理芯片50与控制芯片40通过金属引线ⅲ53完成电气连通。

金属盖90扣合在基板10的上方，将控制芯片40、阻尼器20、传感芯片30、信号处理芯片50扣合在其内部。金属盖90与传感芯片30的顶部之间空间的预留高度h范围为150~200微米。

基板10的下方设置焊球13，焊球13以阵列分布，实现与pcb(印刷电路板)、模座等连接。

实施例

本发明一种植入阻尼器的芯片封装结构的封装方法，其实施步骤：

步骤一、基板进料检查。检查基板10的尺寸是否符合公差范围（长度、宽度、厚度，金手指等）和外观是否符合要求。

步骤二、基板预烘烤。高温固化烘箱(visionoven)，基板10预固化程序，温度为125度，恒温时间1小时，通过预烘烤除去基板10的水分。

步骤三、阻尼器贴装。在阻尼器20贴装工序，使用自动芯片贴装机器（hitachidb830），将阻尼器20从卷带/料盘/蓝膜上通过橡胶吸嘴吸取贴装到基板10上，要求阻尼器20贴装位置在+/-25um之内，贴片旋转角度需小于1.5度。使用较低模量（0.5kgf/mm²）的粘结剂ⅰ25将阻尼器20固定在基板10上，粘结剂ⅰ25的涂抹厚度要求控制在40±20um，贴片倾斜率需低于25.4um（胶水最高点减胶水最低点）。

步骤四、阻尼器烘烤。在dac（芯片贴装胶膜固化）工序，使用高温固化烘箱(visionoven)对粘结剂ⅰ25进行烘烤，阻尼器20烘烤程序，温度为120~160度，恒温时间1小时，通过高温固化实现阻尼器20与基板10的牢固结合。高温固化后需剪切力测试阻尼器20与基板10的结合强度，剪切力需大于0.5公斤。

步骤五、控制芯片贴装。在da（芯片贴装）工序，使用自动芯片贴装机器，利用橡胶吸头将控制芯片40从切割好的晶圆上吸取，再通过吸头的压力控制作用将控制芯片40通过粘结剂ⅲ43贴装到基板10上，粘结剂ⅲ43可以应用环氧树脂胶水或固态胶膜，使用固态胶膜时，设备作业轨道需加热。要求控制芯片40贴装位置控制在贴装区域+/-25um之内，贴片旋转角度需小于1.5度，粘结剂ⅲ43的厚度控制在15~40um。

步骤六、控制芯片烘烤。使用高温固化烘箱(visionoven)对粘结剂ⅲ43进行烘烤，控制芯片40烘烤程序，温度为150~180度，恒温时间1小时，通过高温固化实现控制芯片40与基板10的牢固结合。高温固化后需剪切力测试控制芯片40与基板10的结合强度，剪切力需大于4公斤。

步骤七、传感芯片贴装。在传感芯片da（芯片贴装）工序，使用粘结剂ⅱ33通过设备压力作用将传感芯片30黏贴到阻尼器20上，一般地，粘结剂ⅱ33为贴片用胶膜。

技术要求：由于阻力器20为较软的材质制成，要保证传感芯片30完全粘贴在阻尼器20，在阻尼器20的贴装位置正下方基板10上设计预留一个方形基板通孔15，基板通孔15的尺寸根据阻尼器底座尺寸设计(一般为阻尼器底座面积的一半，如果通孔尺寸过大，黏贴阻尼器的胶水会到被挤压到基板通孔里)，在贴片平台上设计一个方形的凸台60，凸台60尺寸为通孔尺寸的60%~80%，凸台60的高度根据基板10厚度加阻尼器开口22深度设计。在贴装传感芯片30时，凸台60通过基板通孔15支撑住阻尼器20，如图4所示，以保证贴片过程中不会因阻尼器受力变形和位移影响传感芯片的贴装效果，其它要求需满足技术规格。

步骤八、传感芯片烘烤。使用高温固化烘箱(visionoven)对粘结剂ⅱ33进行烘烤，传感芯片30烘烤程序，温度为150~180度，恒温时间1小时，通过高温固化实现传感芯片30与阻尼器20结合。高温固化后需剪切力测试传感芯片30与阻尼器20的结合强度，剪切力需大于0.5公斤。

步骤九、信号处理芯片50贴装和烘烤。

信号处理芯片50贴装，信号处理芯片50为普通感应芯片(信号放大器用于信号放大处理)使用一般的粘结剂粘贴，要求信号处理芯片50贴装位置控制在贴装区域+/-50um之内，贴片旋转角度需小于1.5度，粘结剂的厚度控制在15~40um。信号处理芯片50烘烤条件与传感芯片条件相同。

步骤十、plasma（等离子体清洗）工序：使用纯氩气或氩-氢混合气体（混合比率96%氩气加4%氢气），对产品进行等离子体清洗，目的是去除芯片铝垫和基板10金属引脚表面异物有利于金属引线键合；

步骤十一、键合。在wb（打线）工序，通过打金/银/铜线方式将各类芯片与基板10的引脚实现直接或间接连接。传感芯片30与控制芯片40通过金属引线ⅰ35键合，信号处理芯片50与控制芯片40通过金属引线ⅲ53键合，控制芯片40与基板10通过金属引线ⅱ45直接键合，从而实现基板10与传感芯片30、控制芯片40和信号处理芯片50的导通。

技术要求：金属引线的线弧高度需小于最终产品芯片到产品表面高度，为了保证打线品质同样需要凸台60设计支撑阻尼器20，金属引线与芯片金属垫的结合共金面需大于结合面的75%，芯片结合面的结合强度需大于16克，金属引线与基板10结合面的结合强度需大于2.4克，其它要求需满足技术规格。

步骤十二、键合线加固。利用喷胶工艺，将粘稠度为1000~2000cps(厘泊)胶水喷射到键合线上（凝胶只需要喷到芯片键合区域）实现对键合线的加固与保护。胶体不得有气泡和空洞。

步骤十三、凝胶固化。使用高温固化烘箱(visionoven)对胶水/胶膜进行烘烤，控制芯片烘烤程序，温度为150~180度，恒温时间1小时，通过高温固化实现键合线与芯片上的铝垫牢固结合，在复杂的环境下不会出现键合线与芯片铝垫分层和脱离，还有键合线之间不会短路。

步骤十四、金属盖贴装。利用金属盖贴装工艺先在基板10上画胶，再将金属盖90贴装到基板10上，从而将所有芯片包裹在金属盖90下面。要求金属盖90贴装位置控制在+/-50um之内，贴装旋转角度需小于1度。

步骤十五、金属盖固化。使用高温固化烘箱(visionoven)对胶水进行烘烤，温度为120~160度，恒温时间30小时，通过高温固化实现金属盖90与基板10牢固结合，高温固化后需剪切力测试金属盖90与基板10的结合强度，剪切力需大于5公斤。

步骤十六、激光打码。利用激光束在金属盖上打出产品信息字符。

步骤十七、植球。在基板10背面植上锡球

步骤十八、颗粒切割分离。利用切割设备将整条的基板10切割成小的单颗ic。

本发明在封装基板10结构底部受压介质通道位置上通过较低模量的胶水，植入阻尼器20通过高温固化胶水使阻尼器20与基板10牢固结合，阻尼作用是通过具有弹性的材料的减震作用吸收不同环境下的振动，提高传感芯片响应稳定性和准确性。阻尼器20作用明显的优于传统的使用胶水粘贴传感芯片器芯片，传统胶水贴片受限于胶水特性，无法达到相应的缓冲和减震效果，阻尼器20可以根据环境和条件不同设计不同的材质和尺寸以到达最佳的系统设计效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。如阻尼器20除了可以贴在基板10、框架上还可以贴装在其他芯片上，实现多层芯片重叠贴装，保护下层芯片，实现对下层芯片的缓冲和减震效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。