CN102156900A - 用于半导体芯片、多芯片模块和衍生产品的远程真实性检验的无线通信装置 - Google Patents

用于半导体芯片、多芯片模块和衍生产品的远程真实性检验的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于半导体芯片、多芯片模块和衍生产品的远程真实性检验的无线通信装置。本发明提供一种无线标签，其包含全部形成于柔性薄膜衬底上的无线收发器、存储器和天线。所述无线标签被插入微电子装置的封装材料中，以实施跟踪和验证功能。在一些实施例中，无线通信装置存储所述微电子装置和/或并入有所述微电子装置的衍生系统产品的身份或其它识别信息。所述无线标签可嵌入所述微电子装置的封装中。在一个实施例中，所述无线标签嵌入收纳一个或一个以上集成电路的多芯片封装模块的封装中。以此方式，所述无线通信装置可用于跟踪和验证所述集成电路以及并入有所述集成电路的衍生系统产品。

Description

用于半导体芯片、多芯片模块和衍生产品的远程真实性检验的无线通信装置
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2010年1月14日申请的第61/295,159号美国临时专利申请案以及2010年3月23日申请的第61/316,822号美国临时专利申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。 
本申请案与其同一发明人在2010年7月21日申请的标题为“用以跟踪并验证半导体芯片、多芯片封装模块及其衍生系统产品的系统和方法(System and Method To TrackAnd Authenticate Semiconductor Chips，Multi-Chip Package Modules，And Their DerivativeSystem Products)”的共同待决且共同转让的第12/841,021号美国专利申请案有关，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。 
本申请案与同时申请且共同转让的标题为“用以将无线通信装置嵌入到半导体封装中的系统和方法(System and Method To Embed A Wireless Communication Device IntoSemiconductor Packages)”的第xx/xxx,xxx号美国专利申请案(代理人案号RFM-P011-2D)、标题为“用以将无线通信装置嵌入到半导体封装中的系统和方法(System and Method To Embed A Wireless Communication Device Into SemiconductorPackages)”的第xx/xxx,xxx号美国专利申请案(代理人案号RFM-P011-3D)，以及标题为“用以将无线通信装置嵌入到包含芯片级封装和3D半导体封装的半导体封装中的系统和方法(System and Method To Embed A Wireless Communication Device IntoSemiconductor Packages，including Chip-Scale Packages and 3D SemiconductorPackages)”的第xx/xxx,xxx号美国专利申请案(代理人案号RFM-P011-4D)有关，所有这些申请案均为同一发明人所有，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。 
技术领域
本发明涉及无线通信装置，且明确地说，本发明涉及嵌入到半导体封装中的无线通信装置。
背景技术
消费型电子产品可使用用以存储产品身份或其它产品信息的电子跟踪装置或电子标签来标记，以允许在制造过程中或在供应和经销链中跟踪所述产品。当电子标签在通 信射程内时，电子读取器(通信器)以电子学方式读取所述标签。
射频识别(RFID)技术是一种电子跟踪技术，其通常用以跟踪产品及其移动。RFID标签包含无线收发器装置和天线，以使得当将读取器带到标签的通信射程内时，能够在RFID标签与RFID读取器之间进行射频(RF)通信。RFID收发器装置包括用于存储身份或产品信息的存储元件，以及用以接收传入信号、产生响应信号且发射响应信号的电路。
当将RFID标签粘附于电子产品时，RFID标签通常容易受到窜改。举例来说，如果仅将RFID标签放置于底盘上或甚至放置于电子产品的内部印刷电路板上，那么可移除RFID标签以阻止对所述产品的跟踪。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种用于跟踪身份或识别信息的无线标签包含：柔性薄膜衬底；天线结构，其形成于所述柔性薄膜衬底上；以及无线元件，其包含形成于一个或一个以上集成电路芯片上的无线收发器和存储器电路。所述一个或一个以上集成电路芯片粘附到所述柔性衬底且电连接到所述天线结构，且所述存储器电路上至少存储有身份或识别信息。所述无线收发器与所述天线结构联合操作，以使得能够经由无线通信来存取存储在所述存储器电路中的所述信息。
根据本发明的另一方面，描述用于将无线标签嵌入各种类型的半导体封装中的方法。
在一个实施例中，本发明提供一种用于为多芯片封装(MCP)模块或形成于所述MCP模块的多芯片封装(MCP)基座上的一个或一个以上集成电路提供身份跟踪和验证的方法，所述方法包括：提供无线标签，其包括无线元件，所述无线元件包含形成于一个或一个以上集成电路上的无线收发器和存储器电路，其中所述无线元件粘附到上面形成有天线的柔性衬底，且所述无线元件电连接到所述天线，且所述存储器电路上至少存储有身份或识别信息，且其中所述无线收发器与所述天线结构联合操作，以使得能够经由无线通信来存取存储在所述存储器电路中的所述信息；将所述无线标签粘附到所述MCP模块的所述MCP基座；以及用封入所述MCP模块中的所述无线标签和所述一个或一个以上集成电路来完成所述MCP模块。
附图说明
图1(a)和图1(b)是根据本发明一个实施例的无线通信装置(也称为“无线标签”)的横截面图和透视图。
图2说明根据本发明实施例的可用于将无线标签嵌入到半导体封装中的不同嵌入方法。
图3(a)和图3(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到塑料包封半导体封装中的两种方法。
图4(a)和图4(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖子密封的半导体封装中的两种方法。
图5(a)和图5(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到包封半导体封装的包封材料中的两种方法。
图6(a)和图6(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖子密封的半导体封装的填充物绝缘体材料中的两种方法。
图7是根据本发明一个实施例的并入有无线标签的MCP基座的示意图。
图8(a)到图8(d)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖子密封的半导体封装中的方法。
图9说明根据本发明一个实施例的用于将无线标签嵌入到芯片级封装上的方法。
图10(a)和图10(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到穿硅通孔(TSV)3D半导体封装上的两种方法。
图11(a)和图11(b)是根据本发明一个实施例的使用配置为两个集成电路芯片的无线元件来实施的无线标签的俯视图和横截面图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，一种无线通信装置包含无线收发器、存储器和天线，所述无线收发器、存储器和天线全部形成于柔性薄膜衬底上，将所述无线通信装置插入微电子装置的封装材料中以实施对微电子装置和/或并入有此微电子装置的衍生电子系统的跟踪和验证功能。在一些实施例中，所述无线通信装置存储微电子装置和/或并入有所述微电子装置的衍生系统产品的身份或其它识别信息。以此方式，同一无线通信装置可用以跟踪和验证微电子装置以及并入有所述微电子装置的衍生系统产品。更具体地说，当无线通信装置进入无线读取器的通信范围内时，所述读取器可存取存储在无线通信装置的存储器中的信息。举例来说，可存取存储在存储器中的信息以便读出或更改所存储的信息。
本发明的无线通信装置可容易适于在多种半导体封装类型中使用，以允许以低成本和简单的制造步骤来实施跟踪和验证功能。此外，通过将无线通信装置嵌入微电子装置 的封装中，保护了无线通信装置免于被篡改，从而进一步确保微电子装置和/或其衍生系统产品的真实性。
在本发明的实施例中，微电子装置包含含有单个集成电路芯片或多个集成电路芯片的半导体封装。所述半导体封装可由各种材料形成，包含塑料、陶瓷和其它半导体封装材料。收纳两个或两个以上集成电路(芯片)的半导体封装有时称为多芯片封装(MCP)或MCP模块或者多芯片模块(MCM)。其中可嵌入本发明的无线通信装置的半导体封装的实例包含塑料球栅阵列(PBGA)封装、陶瓷球栅阵列(CBGA)封装、焊盘栅格阵列(LGA)封装、塑料方型扁平封装(PQFP)、低型面方型扁平封装(LQFP)和其它半导体封装。在本描述中，术语“半导体封装”指代单芯片封装或多芯片封装(MCP)。
无线通信装置
在本发明的实施例中，也称为“无线标签”的无线通信装置是预先形成或制造为用于嵌入到半导体封装中的独立元件。
图1(a)和图1(b)是根据本发明一个实施例的无线通信装置(“无线标签”)的横截面图和透视图。参看图1(a)和图1(b)，无线标签10包含无线收发器和存储器，共同称为无线元件12，无线元件12是作为单个集成电路芯片而形成。在本描述中，无线元件指代无线收发器电路与存储器电路的组合，且可作为一个或一个以上集成电路芯片而形成，如下文将更详细描述。无线元件12和金属天线结构14形成于柔性薄膜衬底16(“柔性衬底”)上。在本实施例中，无线元件12是附接到天线结构14的倒装芯片。在一个实施例中，无线天线12是使用回熔的焊料凸块粘附到天线结构。
在一些实施例中，柔性衬底16由聚合物膜形成。此聚合物膜的实例包含(但不限于)聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、卡普顿(Kapton)、聚酰亚胺或玛拉柔性聚合物膜。
在一些实施例中，金属天线结构14是使用单层金属膜来形成，或使用具有作为隔离物的夹层电介质膜和用以桥接不同金属层的互连通孔的多层金属结构来形成。金属膜和电介质膜可使用溅镀沉积、蒸发镀覆、电镀、层压或印刷或者其它沉积方法来形成。在一个实施例中，通过将金属膜沉积到借助光致抗蚀剂(或等效材料)预先形成的图案中来形成天线结构。在另一实施例中，通过在衬底上沉积金属层且使用光致抗蚀剂图案化或遮蔽所述金属层来形成天线结构。接着可使用蚀刻技术来处理经遮蔽的金属层，所述蚀刻技术包含湿式金属蚀刻或干式金属蚀刻或两者的组合。在一些实施例中，在金属天线结构14上形成钝化电介质层18以保护所制造的天线结构。然而，钝化电介质层18是任选的，且在本发明的其它实施例中可省略。上述金属天线制造方法仅是说明性的，且既定不是限制性的。可使用其它用于形成金属天线的制造方法。
在本实施例中，借助于如图1(a)和图1(b)所示的倒装芯片附接将无线标签10的无线元件12粘附到金属天线结构14的接触垫。倒装芯片附接可使用多种技术来完成，包含各向异性导电粘合剂(ACA)、导电墨水、导电膏、金凸块、焊料凸块或由低熔点金属或合金形成的其它凸块。在一些实施例中，可应用底层填充物和/或滴胶封装材料以进一步增强无线元件与天线接触垫之间的导电接点处的机械接合完整性。在其它实施例中，可使用其它用于将无线元件12粘附到天线结构14的方法。倒装芯片附接的使用仅是说明性的，且既定不是限制性的。
如此形成后，实现独立的无线标签10，其可嵌入到半导体封装中以实现跟踪和验证功能。可将预先形成的无线标签插入到塑料半导体封装的塑料模制材料中或插入到用盖密封的半导体封装的封装腔中。为了将无线标签并入到半导体封装中，无线标签通常不大于且不厚于半导体封装的尺寸。
在上述实施例中，单个集成电路(无线元件12)在单个集成电路上收纳无线收发器和存储器两者。在其它实施例中，无线收发器和存储器电路可作为两个或两个以上集成电路(芯片)而形成，所有所述集成电路在衬底上互连以形成无线标签。无线标签的无线收发器和存储器的确切集成程度对于本发明的实践来说并不关键。在本描述中，术语“无线元件”指代形成于一个或一个以上集成电路(即，一个或一个以上芯片)中的无线收发器电路和存储器电路的组合。
图11(a)和图11(b)是根据本发明一个实施例的使用配置为两个集成电路芯片的无线元件来实施的无线标签的俯视图和横截面图。参看图11(a)和图11(b)，无线标签200包含形成为两个集成电路芯片的无源元件212，以及形成于柔性薄膜衬底216(“柔性衬底”)上的金属天线结构214。在本实施例中，无线元件212包含无线收发器集成电路211和存储器集成电路215。无线收发器IC 211和存储器IC 215通过形成于柔性衬底216上的金属互连件213而互连。在一些实施例中，金属互连件213和金属天线214可使用相同的金属沉积方法来形成，包含蒸发镀覆方法、溅镀沉积方法、电解沉积方法、电化学沉积方法或通过薄金属箔层压。在本实施例中，无线收发器IC 211是附接到天线结构214的倒装芯片，且存储器IC 215是附接到金属互连件213的倒装芯片，如图11(b)的横截面中所示。此外，在本实施例中，使用焊料凸块218来实现倒装芯片附接。在其它实施例中，可使用各向异性导电粘合剂(ACA)来实现倒装芯片附接。在一些实施例中，可使用底部填充物材料来紧固焊料凸块接点。底部填充物材料可为聚合物材料、具有无机填充物的聚合复合物或环氧树脂中的一者。
此外，在上述实施例中，形成无线元件的集成电路是附接到柔性衬底的倒装芯片。 在其它实施例中，无线元件的集成电路可通过其它接合和电连接技术(包含线接合)连接到柔性衬底、天线和金属互连件(如果存在)。在一些实施例中，使用裸片附接将无线元件的集成电路附接到衬底，且接着将集成电路线接合到天线和金属互连件(如果存在)。在一些实施例中，可应用滴胶封装材料或合适的聚合物(例如环氧树脂或硅酮)来保护线接合。
在本发明的实施例中，无线通信装置至少将微电子装置的身份或识别信息存储在无线标签的无线元件的存储器中。在其它实施例中，无线通信装置至少将并入有微电子装置的衍生系统产品的身份或识别信息存储在无线标签的无线元件的存储器中。在本描述中，微电子装置的“身份”或“识别信息”包含微电子装置的识别号、零件号、型号、型号名称、商标名称、制造商、标志设计以及生产和/或经销历史。此外，身份或识别信息可包含用以响应于来自无线读取器或其它系统的询问而产生身份代码的软件代码或算法。在本发明的实施例中，识别信息的数据格式包含随机或序列数字编号或字符、标志标记、图形符号、2D图形码或这些格式的任何多元排列。也可使用当前已知或有待开发的其它编码或算法方法。在替代实施例中，通过使用加密或软件密钥或者目前已知或有待开发的其它可行安全保护方法来保护存储在无线元件中的身份或识别信息。
而且，在本实施例中，无线通信装置能够使用当前已知或有待开发的无线通信技术中的一者或一者以上来进行无线通信。举例来说，在一个实施例中，无线通信装置通过射频(RF)通信(例如基于RFID(射频识别)技术)或无线局域网通信技术(例如Wi-Fi技术)来实施无线通信。在另一实施例中，无线通信装置使用蓝牙无线电技术。蓝牙无线电技术是用于数据和话音的短程无线通信的开放规范，其在2.4千兆赫(GHz)下的无许可的工业、科学、医疗(ISM)频带中操作。总数据速率可为1兆位/秒(Mb/s)。在又一实施例中，无线通信装置使用紫蜂(ZigBee)通信技术。紫蜂是利用低成本、低功率、无线网状联网协议的无线控制技术，其在控制和监视应用中尤其有用。在又一实施例中，无线通信装置使用WiMAX通信。
用于将无线标签嵌入半导体封装中的方法
根据本发明的另一方面，描述用于将无线标签嵌入各种类型的半导体封装中的方法。图2说明根据本发明实施例的可用以将无线标签嵌入到半导体封装中的不同嵌入方法。参看图2，首先提供经预先形成的无线标签。所述无线标签包含全部形成于衬底上的无线收发器、存储器和天线。统称为“无线元件”的无线收发器和存储器可形成于一个或一个以上集成电路上。
在一些实施例中，无线标签形成于柔性衬底上且如上文参看图1(a)和图1(b) 以及图11(a)和图11(b)所描述而构造。在其它实施例中，除了在薄刚性衬底上形成无线收发器、存储器和天线以外，可以与上文所述相同的方式构造无线标签。举例来说，所述薄刚性衬底可由包含玻璃或陶瓷的氧化物材料形成。所述薄刚性衬底还可使用例如具有玻璃纤维的FR4等复合材料形成。在一些实施例中，所述薄刚性衬底具有小于1密尔到几密尔的厚度。
在如此提供无线标签的情况下，接着可取决于封装类型和其它要求，使用各种嵌入方法中的一种将无线标签嵌入到半导体封装中。
在一个实施例中，将无线标签粘附到收纳于半导体封装中的集成电路(“IC芯片”)的顶部表面(方法21)。所述半导体封装可为包封IC芯片的塑料封装或将IC芯片收纳于封装腔中的陶瓷封装。
在另一实施例中，将无线标签嵌入塑料半导体封装的塑料模制化合物中(方法22)。
在又一实施例中，将无线标签嵌入用以填充用盖密封的半导体封装的封装腔的填充物绝缘体材料中(方法23)。
在另一实施例中，半导体封装是包含多层互连衬底的多芯片封装(MCP)。因此，将无线标签粘附到MCP封装的多层互连衬底(方法24)。
在另一实施例中，将无线标签粘附到用盖密封的半导体封装的封装盖的内侧(方法25)。
在又一实施例中，将无线标签粘附且包封到芯片级封装(CSP)上(方法26)。
在另一实施例中，将无线标签粘附到穿硅通孔(TSV)三维(3D)半导体封装(方法27)。
下文将更详细地描述图2所示的嵌入方法。虽然图2说明各种嵌入方法，但图2仅是说明性的，且既定不是限制性的。用于各种封装类型的其它嵌入方法是可能的。
将无线标签粘附到IC芯片的顶部表面
在本发明的实施例中，通过粘附到收纳于半导体封装中的集成电路芯片(IC芯片)的暴露顶部表面来将无线标签嵌入半导体封装中。无线标签完全封入且包含于半导体封装的封装材料内。在这些实施例中，形成于柔性衬底上的无线标签是优选的。
图3(a)和图3(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到塑料包封半导体封装中的两种方法。更具体地说，可以两个定向中的一者将无线标签粘附到IC芯片表面：无线元件向上(图3(a))或无线元件向下(图3(b))。首先，如图3(a)所示，在收纳IC芯片32的塑料包封半导体封装30中，以无线元件向上定向将无线标签10粘附到IC芯片32的暴露顶部表面。也就是说，无线标签10的无线元件12背对IC芯片 32，且通过柔性衬底16将无线标签10粘附到IC芯片32。其次，如图3(b)所示，以无线元件向下定向将无线标签10粘附到IC芯片32的暴露顶部表面。也就是说，无线标签10的无线元件12面朝IC芯片32，且通过无线元件12将无线标签10粘附到IC芯片32。对于粘附定向中的任一者，半导体封装30的线接合34在无线标签粘附之前应电绝缘和/或机械紧固。在将无线标签粘附到IC芯片32之后，可通过使用例如环氧树脂或适当塑料等包封剂36包封封装结构来完成半导体封装30。以此方式，无线标签10与IC芯片32一起包封于包封剂材料36中。图4(a)和图4(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖密封的半导体封装中的两种方法。在图4(a)和图4(b)所示的实施例中，IC芯片42收纳于用盖密封的半导体封装40的封装腔中，且通过倒装芯片附接而粘附到封装焊接垫。因此，IC芯片42的面向封装盖47的表面“顶部表面”现在是IC芯片的背面。在一些情况下，半导体封装40可使用底部填充物材料43，其施加于IC芯片42的焊料接点或凸块接点与封装焊接垫之间。底部填充物材料43的使用是任选的。
对于倒装芯片附接的半导体封装40，可以无线元件向上定向将无线标签10粘附到IC芯片42的背面，其中无线标签10的柔性衬底粘附到IC芯片42的背面，如图4(a)所示。或者，可以无线元件向下定向将无线标签10粘附到IC芯片42的背面，其中无线标签10的无线元件粘附到IC芯片42的背面，如图4(b)所示。
在一些实施例中，在将无线标签粘附到IC芯片42的背面之后，可在盖密封过程之前用保护层45包封无线标签10。保护层45可选自滴胶封装材料、热界面材料2(TIM2)、环氧树脂和硅酮包封剂材料中的一者。在本发明的实施例中，封装盖47可为塑料盖、陶瓷盖、金属盖、玻璃盖或其它类型的封装盖。
在本发明的实施例中，使用环氧树脂粘合或其它等效粘合材料将无线标签粘附到IC芯片。在一些实施例中，可使用例如基于环氧树脂的粘合剂、基于聚酰亚胺的粘合剂、基于硅酮的粘合剂或滴胶封装材料等非导电聚合物粘合剂将无线标签粘附到IC芯片。
在上述实施例中，半导体封装30、40展示为仅收纳单个IC芯片。在其它实施例中，还可将嵌入方法应用于收纳两个或两个以上集成电路的半导体封装，例如多芯片封装(MCP)。在所述情况下，可将无线标签粘附到多芯片封装的选定IC芯片的顶部表面。选定IC芯片可通过线接合或通过倒装芯片附接而电连接到封装引线框。此外，可使用无线元件向上或无线元件向下定向将无线标签粘附到选定IC芯片的顶部表面。
此外，在上述实施例中，将用盖密封的半导体封装40说明为具有附接有倒装芯片的集成电路。在其它实施例中，可以类似于包封封装30的方式，在集成电路面向上的 情况下且使用线接合作为到封装引线框的互连件来形成用盖密封的半导体封装。在所述情况下，可使用无线元件向上或无线元件向下定向将无线标签粘附到选定IC芯片的顶部表面。此外，对于粘附定向中的任一者，半导体封装的线接合在无线标签粘附之前应电绝缘和/或机械紧固。
在一些实施例中，用盖密封的半导体封装的线接合涂覆有保护聚合物以确保与无线标签的电绝缘。在一个实施例中，线接合涂覆有选自环氧树脂、聚酰亚胺、硅酮和滴胶封装材料的材料。
将无线标签嵌入模制化合物中
在本发明的实施例中，将预先形成的无线标签嵌入包封半导体封装的模制化合物中。以此方式，无线标签完全封入且包含于半导体封装的包封剂材料的内。在这些实施例中，可使用形成于柔性衬底或薄刚性衬底上的无线标签。
图5(a)和图5(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到包封半导体封装的包封材料中的两种方法。更具体地说，可以两个定向中的一者将无线标签嵌入半导体封装的包封剂中：无线元件向上(图5(a))或无线元件向下(图5(b))。参看图5(a)和图5(b)，包封半导体封装50收纳IC芯片52。在一个实施例中，使用塑料包封剂56来包封半导体封装50，塑料包封剂56也称为使用模制工艺形成的塑料模制化合物。在一个实施例中，在模制工艺完成之前将无线标签10插入半导体封装中。举例来说，可进行模制工艺直到模制化合物的第一部分56a形成为止，接着将无线标签10放置于第一部分56a上，且模制工艺继续完成模制化合物的最终部分56b。可在无线元件面向上(图5(a))的情况下或在无线元件面向下(图5(b))的情况下插入无线标签10。以此方式，无线标签10完全隐藏地并入到半导体封装50中且从封装的外部完全不可见。在一个实施例中，将无线标签10放置在模制化合物的第一部分56a上，且使用粘合剂粘附到第一部分56a。以此方式，将无线标签10机械紧固到模制化合物，之后模制工艺继续。
在上述实施例中，将半导体封装50展示为仅收纳单个IC芯片。在其它实施例中，所述嵌入方法也可应用于收纳两个或两个以上集成电路的半导体封装，例如多芯片封装(MCP)。在此情况下，以与图5(a)和图5(b)所示相同的方式将无线标签嵌入用于包封MCP的模制化合物中。此外，可使用无线元件向上或无线元件向下定向来嵌入无线标签。
将无线标签嵌入填充物绝缘体材料中
在本发明的实施例中，将预先形成的无线标签嵌入用盖密封的半导体封装的填充物 绝缘体材料中。以此方式，无线标签被完全封入且包含在半导体封装的填充物材料内。在这些实施例中，可使用形成于柔性衬底或薄刚性衬底上的无线标签。
图6(a)和图6(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖密封的半导体封装的填充物绝缘体材料中的两种方法。更具体地说，可以两个定向中的一者将无线标签嵌入半导体封装的填充物绝缘体材料中：无线元件向上(图6(a))或无线元件向下(图6(b))。参看图6(a)和图6(b)，用盖密封的半导体封装60使用倒装芯片附接将IC芯片62收纳在封装腔中。在一个实施例中，用填充物绝缘体材料66填充半导体封装60的腔。在一些实施例中，填充物绝缘体材料66为选自滴胶封装材料、热界面材料2(TIM2)、硅酮凝胶或其它合适包封剂的材料。
在一个实施例中，在腔填充过程完成之前，将无线标签10插入到半导体封装中。举例来说，可进行腔填充过程，直到封装腔中形成填充物材料的第一部分66a为止，接着将无线标签10放置在填充物材料的第一部分上，且腔填充过程继续完成填充物材料的最终部分66b。可在无线元件面向上(图6(a))或无线元件面向下(图6(b))的情况下插入无线标签10。以此方式，将无线标签10完全封闭地并入半导体封装60中。在一些实施例中，封装腔可不完全以填充物材料填充。在一个实施例中，将无线标签10放置于填充物材料的第一部分66a上，且使用粘合剂粘附到第一部分66a。以此方式，在填充过程继续之前，以机械方式将无线标签10紧固到填充物材料。
将无线标签粘附在MCP衬底上
在本发明的实施例中，通过将无线标签粘附到MCP基座来将无线标签嵌入收纳两个或两个以上IC芯片的多芯片封装(MCP)中。
在本描述中，“多芯片封装”或“MCP”指代一种封装配置，其含有收纳于半导体封装(最经常是标准单芯片封装)中的两个或两个以上集成电路(IC)芯片或裸片，使得MCP看似好像所述MCP的所有IC芯片均集成且封装为单个裸片。为了更详细描述MCP，在一些MCP封装中，IC芯片电连接到多层互连衬底，所述衬底上形成有位于IC芯片之间的互连件。多层互连衬底可形成为层压物(例如印刷电路板)，或使用陶瓷或硅或玻璃来形成。IC芯片可通过线接合或通过倒装芯片接合或焊料凸块或金凸块或到多层互连衬底上预先形成的接合垫的导电粘合剂接合而连接到多层互连衬底。在其它情况下，用通过线接合和互连件形成的裸片间连接将IC芯片附接到裸片焊盘。可通过用于个别IC芯片的单独裸片垫将IC芯片附接到单个裸片焊盘或附接到“拼合垫”裸片焊盘。在本描述中，裸片焊盘和上面附接IC芯片的多层互连衬底统称为“MCP基座”。
MCP可由包封剂保护或未被包封。当被包封时，包封剂可为聚合物模制化合物或等 效聚合物。MCP可使用陶瓷封装体、塑料封装体或金属封装体来形成。在本描述中，“MCP”封装体指代其中形成MCP基座、与互连件相关联的引线框或接合垫和外部引线(球体或引脚)的外壳。
当MCP基座是多层互连衬底时，裸片电连接到形成于MCP基座中的金属互连件，所述金属互连件实现高密度裸片到裸片布线。IC芯片可通过线接合或通过倒装芯片接合或焊料凸块或金凸块或到MCP基座上预先形成的接合垫的导电粘合剂接合而电连接到MCP基座。在一些情况下，对于极为简单的MCP配置，可使用接合电线而不是使用多层互连衬底在MCP封装体内实施裸片到裸片布线。
MCP如同所有芯片均集成到单个裸片中且如此封装那样操作，因为相同的形状因子和占据面积得以保持以促进后续的板组装操作。MCP还可并入有钝化组件的使用。MCP的完成形式常被称为“MCP或MCM模块”且可呈多种封装形式，例如塑料方型扁平封装(PQFP)或塑料球栅阵列(BGA)多芯片封装，或陶瓷BGA封装或板上芯片(COB)多芯片封装或者其它适当的半导体封装形式。在本描述中，“MCP”或“MCP模块”或“MCM模块”指代收纳MCP基座且包含形成于其上的两个或两个以上集成电路芯片的经包封或未包封IC封装，其中集成电路芯片可电互连或可不电互连。
图7是根据本发明一个实施例的并入有无线标签的MCP基座的示意图。参看图7，MCP基座70包含形成于其上的多个IC芯片，例如IC芯片72。将包含粘附到天线结构的无线元件(天线结构和无线元件全部形成于柔性衬底上)的无线标签10插入MCP模块中或粘附到MCP基座。在一个实施例中，如上所述将无线标签10插入MCP模块的用以包封MCP基座的包封材料中。用于MCP的包封材料可包含塑料模制化合物或填充物材料，例如热界面材料2(TIM2)。以不干扰形成于MCP基座上或MCP模块的引线框上的任何互连的方式插入或粘附无线标签10。
在另一实施例中，如图7所示，在包封过程(如果存在)之前，将无线标签10粘附到MCP基座70。在一些实施例中，使用例如环氧树脂粘合或等效粘合工艺等粘合方法将无线标签粘附到MCP基座70。接着，通过包封或通过用盖密封来完成MCP半导体封装。以此方式，无线标签完全包含于MCP模块内。
在一个实施例中，无线标签10至少存储MCP模块或MCP模块的指定集成电路或MCP模块的一个或一个以上集成电路的身份或识别信息。以此方式，无线标签10可用以跟踪和验证MCP模块或MCP模块中的一个或一个以上集成电路以及并入有MCP的衍生系统。
可通过无线读取器来存取存储在无线标签10中的信息。或者，可通过形成于MCP 基座70上的收发器(未图示)无线地存取存储在无线标签10中的信息。MCP模块的指定IC芯片72可接着通过收发器来存取检索到的信息，且IC芯片72可使用MCP模块的通信功能通过有线或无线网络来传送检索到的信息。
在上述实施例中，将MCP模块展示为并入有混合信号处理器芯片。上述实施例仅是说明性的，且既定不是限制性的。事实上，MCP模块可包含执行任何功能的任何类型的集成电路芯片。举例来说，在其它实施例中，MCP模块可配置为电子模块、配置为电光模块、电机械模块或电化学模块，或其任何组合。典型的MCP模块用以并入有微处理器芯片组、图形芯片组、无线通信芯片组、化学传感器模块、气体传感器模块、图像传感器模块或功率调节模块。
将无线标签粘附到封装盖内侧
在本发明的实施例中，通过粘附到用盖密封的半导体封装的封装盖的内侧表面而将预先形成的无线标签嵌入半导体封装中。以此方式，无线标签完全封入且包含于用盖密封的半导体封装的封装腔内。在这些实施例中，可使用形成于柔性衬底或薄刚性衬底上的无线标签。
图8(a)到图8(d)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到用盖密封的半导体封装中的方法。参看图8(a)到图8(d)，用盖密封的半导体封装80使用倒装芯片附接将IC芯片82收纳在封装腔中。半导体封装80的腔可用填充物绝缘体材料86填充，如图8(a)和图8(c)所示。或者，所述腔可保持不填充，如图8(b)和图8(d)所示。在一些实施例中，填充物绝缘体材料86是选自滴胶封装材料、热界面材料2(TIM2)、硅酮凝胶或其它合适包封剂的材料。
根据本发明的实施例，首先将无线标签10粘附到用盖密封的半导体封装的封装盖87。在一个实施例中，通过将无线标签的无线元件粘附到封装盖87而将无线标签10粘附到封装盖87，如图8(a)和图8(b)所示。或者，可通过将无线标签的柔性或刚性衬底粘附到封装盖87而将无线标签10粘附到封装盖87，如图8(c)和图8(d)所示。这导致无线元件向上定向(图8(a)和图8(b))或无线元件向下定向(图8(c)和图8(d))。在将无线标签10粘附到封装盖87之后，可接着施加封装盖87以密封半导体封装80的腔。封装盖可由各种材料制成，包含塑料、陶瓷、玻璃、金属或有待开发的其它合适材料。使用例如环氧树脂粘合或等效粘合工艺等粘合方法将无线标签10粘附到封装盖。
在使用填充物材料86来填充封装腔的情况下，仅应用填充物材料86以部分填充封装腔，以便留下空间来容纳粘附到封装盖的无线标签，如图8(a)和图8(c)所示。
将无线标签粘附到芯片级封装
在本发明的实施例中，将预先形成的无线标签粘附且包封到芯片级封装上。在一些实施例中，无线标签可以超薄形状因子制造，例如厚度小于0.25mm。在其它实施例中，无线标签可具有小于0.1mm厚的厚度。如此形成的无线标签可嵌入到芯片级封装，而不会显著更改芯片级封装的物理尺寸。在这些实施例中，可使用形成于柔性衬底或薄刚性衬底上的无线标签。
在本描述中，“芯片级封装”(CSP)指代非常接近于IC芯片的大小的半导体封装。举例来说，所述封装具有不大于IC芯片面积的1.2倍的面积，且是单裸片、可直接表面安装的封装。在一些情况下，芯片级封装包含制造有内建薄膜插入物的裸IC芯片，所述插入物含有用于外部连接的倒装芯片凸块或表面安装焊料凸块。
图9说明根据本发明一个实施例的用于将无线标签嵌入到芯片级封装上的方法。参看图9，芯片级封装90包含IC芯片92，IC芯片92覆盖有含有导电凸块99的内建薄膜插入物98。无线标签10至少粘附到芯片级封装90的IC芯片92的背面。在一个实施例中，在将无线标签10粘附到芯片级封装90之后，可用包封剂91的薄层覆盖无线标签10。包封剂91可带颜色以便伪装无线标签粘附。如此构造后，粘附到芯片级封装90且由包封剂91覆盖的无线标签10与IC芯片92形成单片芯片级封装单元。芯片级封装90的厚度稍微增加，但所述厚度增加不在芯片级封装的临界尺寸中，且在大多数应用中可容许芯片级封装的此厚度增加。
在一些实施例中，无线标签10形成于柔性衬底上，且衬底经延伸且折叠到IC芯片92的侧面上。以此方式，可使用经延伸天线结构来增加无线标签的可达范围。
或者，在另一实施例中，首先将无线标签10包封于例如塑料模制化合物等包封剂中。在一些实施例中，经包封无线标签的总厚度小于0.25mm，且可小于0.1mm。接着将经包封无线标签粘附到芯片级封装90的IC芯片92的背面以形成单个封装单元。可以无线元件向上或无线元件向下的定向将经包封无线标签粘附到CSP。同样，芯片级封装的厚度稍微增加，但在大多数应用中可容许此厚度增加。
将无线标签粘附到TSV 3D半导体封装
在本发明的实施例中，将预先形成的超薄无线标签粘附到穿硅通孔(TSV)三维(3D)半导体封装。在一些实施例中，无线标签是超薄且可弯曲的。无线标签可具有小于0.25mm的总厚度。在一些实施例中，超薄无线标签具有不大于0.1mm的厚度。在本描述中，TSV三维(3D)半导体封装指代其中IC芯片在垂直方向上堆叠且通过TSV通孔102电连接在一起的封装，与MCP模块中的并排放置成对比。TSV 3D半导体封装堆叠形成于 薄膜插入物上，所述薄膜插入物含有用于外部连接的倒装芯片凸块或表面安装焊料凸块或金凸块。更具体地说，倒装芯片凸块、焊料凸块或金凸块形成TSV 3D半导体封装的封装引线。
本发明的嵌入方法允许将无线标签嵌入TSV 3D半导体封装中而不明显更改TSV3D半导体封装的形状因子和性能。在其它实施例中，也可将超薄无线标签应用于其它类型的3D半导体封装。在这些实施例中，可使用形成于柔性衬底或薄刚性衬底上的无线标签。
图10(a)和图10(b)说明根据本发明实施例的将无线标签嵌入到TSV 3D半导体封装上的两种方法。首先参看图10(a)，将无线标签10至少粘附到TSV 3D半导体封装100的顶部表面。接着用包封剂101包封无线标签10以保护且隐藏无线标签。如此形成的包含粘附到其的无线标签的TSV 3D半导体封装充当单片封装。包封剂101可为塑料模制化合物或其它合适的包封剂材料。包封剂101也可带颜色以更好地隐藏无线标签粘附。在一个实施例中，所包封的无线标签层的总厚度可小于0.25mm或小于0.1mm。
在一个实施例中，衬底106是柔性衬底，且包含形成于其上的天线结构104的所述衬底被延伸且折叠到3D半导体封装100的侧面上。以此方式，可使用经延伸天线结构来增加无线标签的可达范围。在柔性衬底106延伸到TSV 3D半导体封装100的侧面的情况下，包封剂101也延伸以覆盖TSV 3D半导体封装100的所有侧面，以便隐藏和保护无线标签10。在其它实施例中，当无线标签10由刚性衬底形成时，无线标签将被安置于3D半导体封装100的单个表面上且将不弯曲到其它侧面上。
在上述实施例中，无线标签10粘附到TSV 3D半导体封装的顶部表面。在其它实施例中，无线标签10可粘附到3D半导体封装的侧表面，如图10(b)所示。此外，形成于柔性衬底上的天线结构104也可延伸到TSV 3D半导体封装的其它侧表面。最终，包封剂101可覆盖3D半导体封装100的所有表面，但包封剂对于包含例如焊料凸块或金凸块等封装引线的表面来说不是必要的。
提供以上详细描述是为了说明本发明的具体实施例，且所述描述既定不是限制性的。在本发明范围内的许多修改和变化是可能的。本发明由所附权利要求书界定。

Claims (14)

1.一种用于跟踪身份或识别信息的无线标签，其包括：
柔性薄膜衬底；
天线结构，其形成于所述柔性薄膜衬底上；以及
无线元件，其包含形成于一个或一个以上集成电路芯片上的无线收发器和存储器电路，所述无线元件粘附到所述柔性衬底且电连接到所述天线结构，所述存储器电路上至少存储有身份或识别信息，
其中所述无线收发器与所述天线结构联合操作，以使得能够经由无线通信来存取存储在所述存储器电路中的所述信息。
2.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述柔性薄膜衬底由聚合物膜形成。
3.根据权利要求2所述的无线标签，其中所述柔性薄膜衬底由选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、卡普顿、聚酰亚胺或玛拉柔性聚合物膜的材料形成。
4.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述天线结构包括形成于所述柔性薄膜衬底上的单层金属膜。
5.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述天线结构包括形成于所述柔性薄膜衬底上的具有夹层电介质膜的多层金属结构。
6.根据权利要求1所述的无线标签，其进一步包括形成于所述天线结构上的钝化层。
7.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述无线元件的所述一个或一个以上集成电路芯片通过倒装芯片附接而粘附到所述柔性衬底。
8.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述无线元件的所述一个或一个以上集成电路芯片使用裸片附接而粘附到所述柔性衬底，所述一个或一个以上集成电路通过线接合而电连接到所述天线结构且彼此电连接。
9.根据权利要求8所述的无线标签，其中所述用于使所述一个或一个以上集成电路电连接到所述天线结构且彼此电连接的线接合覆盖有选自聚合物材料、环氧树脂、硅酮材料和滴胶封装材料中的一者的保护层。
10.根据权利要求1所述的无线标签，其中所述无线收发器包括射频(RF)收发器。
11.一种用于为多芯片封装(MCP)模块或形成于所述MCP模块的多芯片封装(MCP)基座上的一个或一个以上集成电路提供身份跟踪和验证的方法，所述方法包括：
提供无线标签，其包括无线元件，所述无线元件包含形成于一个或一个以上集成电路上的无线收发器和存储器电路，所述无线元件粘附到上面形成有天线的柔性衬底，所述无线元件电连接到所述天线，所述存储器电路上至少存储有身份或识别信息，其中所述无线收发器与所述天线结构联合操作，以使得能够经由无线通信来存取存储在所述存储器电路中的所述信息；
将所述无线标签粘附到所述MCP模块的所述MCP基座；以及
用封入所述MCP模块中的所述无线标签和所述一个或一个以上集成电路来完成所述MCP模块。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述无线标签粘附到所述MCP模块的所述MCP基座包括使用粘合剂将所述无线标签粘附到所述MCP模块的所述MCP基座。
13.一种多芯片封装(MCP)模块，其包含形成于所述MCP模块的MCP基座上的一个或一个以上集成电路，所述MCP模块包括：
无线标签，其包括无线元件，所述无线元件包含形成于一个或一个以上集成电路上的无线收发器和存储器电路，所述无线元件粘附到上面形成有天线的柔性衬底，所述无线元件电连接到所述天线，所述存储器电路上至少存储有身份或识别信息，其中所述无线收发器与所述天线结构联合操作，以使得能够经由无线通信来存取存储在所述存储器电路中的所述信息，
其中所述无线标签粘附到所述MCP模块的所述MCP基座。
14.根据权利要求13所述的MCP模块，其中所述无线标签使用粘合剂粘附到所述MCP模块的所述MCP基座。
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