CN103869330A - 一种一体化卫星导航芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化卫星导航芯片产品及其制造方法，所述一体化芯片包括：一层或多层用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接的基板；位于最上层基板上表面用于实现所述功能芯片与基板之间电气连接的微凸点焊盘，平面布局于所述基板上的基带、射频、Flash存储、EEPROM、ARM处理器等功能芯片的裸片及元器件；基板的背面通过C4工艺回流形成BGA焊球阵列。本发明将多个实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片及元器件，通过一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度、低损耗的小型电子产品，实现北斗、GPS双模卫星导航接收与处理功能的同时，克服现有卫星导航产品模块尺寸大、走线难度大、成本高等问题。

Description

一种一体化卫星导航芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别涉及一种利用多芯片封装技术来实现一款高密度高集成的北斗&GPS双模卫星导航一体化芯片的结构及其制作方法。 
背景技术
北斗卫星导航系统是拥有我国自主知识产权的全球卫星导航系统。随着北斗卫星导航系统的逐步建设完善，以北斗为核心的卫星导航、精确授时以及位置服务产业正在国民经济生活中发挥越来越重要的作用，成为至关重要的新兴产业，发展前景十分广阔。 
高性能卫星导航终端和芯片是卫星导航系统的核心，也是整个导航服务产业链的基础。目前国内北斗卫星导航的终端应用开发都具有偏向性，有的以研制射频芯片为核心，有的以基带处理芯片为研究核心，很少能提供自主的射频与基带处理芯片一体化解决方案，从而导致射频芯片与基带处理芯片核心算法衔接不到位，也极大地降低了模块开发的性能。传统的卫星导航模块，是将封装好的基带、射频等功能芯片最后通过相应的逻辑连接起来，或通过复杂的电路实现射频、基带功能，需要多颗芯片以及外接大量的PCB布局布线来完成这一连接，从而会占据电路板上大量的面积，也增加走线难度。由于PCB电路板上的线路尺寸和过孔尺寸较大，使整个系统的面积和体积也会跟着加大。由于这种传统的方法，尽管在整体组装中简单，但是模块存在尺寸大、功耗高、开发成本高等问题，同时也使得技术方案的保密性较差，在一定程度上制约了北斗卫星导航产业的高速发展。 
而本专利的提出正是基于传统方法的带来的种种问题，将实现北斗卫星导航功能的裸芯片，通过一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度，低损耗，低成本的小型一体化导航芯片。芯片封装制造采用倒装焊工艺，可以省去繁复的传统引线键合工艺，实现批量化生产。 
发明内容
(一)要解决的技术问题 
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种射频、基带一体化的北斗卫星导航芯片封装结构和方法，该结构基于平面MCP倒装焊工艺技术，将系统中的多种不同芯片的裸片通过倒装焊的方式封装在一个基板中，同时实现北斗和GPS双模卫星信号的接收与处理功能，并完成内部逻辑连接和扇出接口。 
(二)技术方案 
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下： 
一种一体化卫星导航芯片产品的结构，其特征在于，包括：一层或多层用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的基板；位于顶层基板上表面实现各个芯片与基板电学连接的倒装焊微凸点；置于最上层基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种裸芯片及元器件；覆盖于多种不同芯片和引线上的塑封胶；以及形成于基板背面的BGA焊球阵列。 
进一步地说，所述用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的基板，为双层化合物印制线路板，其表面及内部设置有下列微结构：(1)金属焊盘；(2)倒装焊微凸点；(3)微导线；(4)通孔结构等，基板尺寸形状及上述微结构需根据多种功能芯片/元器件的电学连接关系进行专门设计制造。 
更进一步地说，所述置于基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同裸芯片，是指从晶圆厂完成流片、划片工艺后未经封装的裸芯片，其上表面具有供电气连接的金属焊盘，所述裸芯片带有金属焊盘的上表面向下放置，裸芯片与基板连接方式为倒装焊。 
更进一步地说，所述置于基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航 功能的多种裸芯片，包括：基带芯片，射频芯片，存储芯片，并且按照一定的逻辑关系进行互联，实现北斗&GPS双模卫星信号的接收与处理功能。且所述存储芯片包括Flash存储芯片和EEPROM芯片，用于存储程序及卫星数据。 
更进一步地说，所述倒装焊微凸点，其尺寸大小、间距等与裸芯片上的对应焊盘大小及间距一致，可一一对应实现重合放置；微凸点材料可以为金、铜、镍、锡铅合金等。 
再进一步地说，所述覆盖于芯片和引线上的塑封胶，其高度和面积以包覆所有的芯片和引线以及基板表面的裸露焊盘为准，所述塑封胶由有机聚合材料制成。 
本发明还提供了一种一体化卫星导航芯片的制造方法，其包括以下步骤： 
设计并制作出用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的多层印刷电路基板； 
通过贴片机将多种实现北斗&GPS卫星导航功能裸芯片上表面向下，倒装表贴于基板上预留指定位置，芯片焊盘与基板上的微凸点对应重合； 
将贴装芯片后的基板高温固化，使芯片和基板之间形成稳固连接； 
采用点胶或者涂敷等方式在基板上表面形成一层塑封胶，并加温固化； 
在基板的背面通过C4工艺回流形成BGA焊球阵列； 
对整个模块切片，并做相应的性能检测。 
(三)有益效果 
本发明与常见的卫星导航模块相比有以下优点： 
首先，本发明摆脱了传统卫星导航模块采用多颗分立芯片进行组装开发尺寸大的缺点，将裸芯片集成，整个模块的面积和体积都大大减小。 
第二，本方法将模块中的各个芯片间的走线距离变短，更利于提高信号处理的速度，降低功耗，提高模块的性能。 
第三，采用倒装焊工艺，避免了繁复的引线键合工艺，可以有效提高组装效率，适用于大规模生产，且相对传统方法可降低成本。 
第四，本方案采用一体化芯片实现之前由多颗芯片组装的北斗&GPS双模卫星的功能，降低用户二次开发的难度的同时也提高了产品的保密性。 
附图说明
图1a至图1d是根据本发明具体实施卫星导航一体化芯片的封装结构的流程横截面示意图，其中： 
101-以化合物为基体的基板，用于承载实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同裸片； 
102-上表面微凸点结构，一般由铜、镍、金等金属组成，用于表面裸片与基板的电学连接； 
103-下表面焊盘结构，一般由铜、镍金等金属组成，用于形成背面焊球阵列； 
104-第一功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片中的任意一种； 
105-第二功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片中除第一功能芯片外的另外任意一种； 
106-塑封胶，一般为有机聚合物材料； 
107-背面焊球阵列BGA。 
图2是根据本发明完成北斗&GPS双模卫星导航一体化芯片的封装结构的最终表面芯片分布顶视示意图，其中： 
201-用于承载实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同裸片的基板。 
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 
图1a至图1d是根据本发明完成卫星导航一体化芯片的具体实施流程横截面示意图。 
步骤1，设计并制作出如图1a所示的用于实现多芯片间逻辑连接和支 撑作用的两层印刷电路基板101，制作工艺采用常规的基板工艺即可，在该基板上除了有两层用于实现导航一体化芯片功能电气连接的重新分布层，还有位于上表面的用于表面裸片的微凸点结构102，一般由铜，镍，金等金属组成。 
步骤2，如图1b所示，将构成一体化卫星导航芯片的多种芯片中的任意一个功能芯片104和构成一体化卫星导航芯片的多种芯片中除第一功能芯片外的另外任意一种功能芯片105贴装在基板的制定位置，贴装方法采用表面贴装机，分别包括预热、涂胶、对准、放置、高温固化等步骤，其他芯片也按照此方法贴装固定在基板101上制定位置。 
步骤3，如图1c所示，采用点胶或者涂敷等方式在基板上表面形成一层塑封胶106，并加温固化。其塑封胶的成分一般为有机聚合物，高度以覆盖住所有裸芯片和引线为准； 
步骤4，如图1d所示，在基板的背面通过C4工艺回流形成BGA焊球阵列107； 
步骤5，对整个模块切片，并做相应的性能检测。 
图2是根据本发明完成射频、基带一体化卫星导航芯片的封装结构的最终表面芯片分布顶视示意图，201为承载裸片及实现其互联关系的基板。 
图2-1和图2-2分别给出了一体化卫星导航芯片两种不同的实现方式。图2-1中给出了采用一颗双通道射频芯片、基带芯片、Flash存储芯片、EEPROM、ARM处理器五种裸芯片实现北斗&GPS双模卫星导航功能的方案，其采用一颗双通道射频芯片实现北斗&GPS卫星信号的双通道并行接收；图2-2采用基带芯片、Flash存储芯片、EEPROM、ARM处理器及两颗单通道射频芯片这六颗裸片实现北斗&GPS双模卫星导航功能的另一方案，其采用两颗单通道射频芯片实现北斗&GPS卫星信号的双通道并行接收功能。两种不同的方式都能实现北斗和GPS双模卫星信号的接收和处理功能。 
裸片的分布位置可根据基板的具体布局布线和裸片的大小功能、尺寸等因素来调节，不受示意图位置的限制。 
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。 

Claims (8)

1.一种一体化卫星导航芯片产品的结构，其特征在于，包括：
一层或多层用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的基板；
位于顶层基板上表面实现各个芯片与基板电学连接的倒装焊微凸点；
置于最上层基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种裸芯片及元器件；
覆盖于多种不同芯片和引线上的塑封胶；
以及形成于基板背面的BGA焊球阵列。
2.根据权利要求1所述的一体化芯片产品，其特征在于，所述用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的基板，为双层化合物印制线路板，其表面及内部设置有下列微结构：(1)金属焊盘；(2)倒装焊微凸点；(3)微导线；(4)通孔结构等，基板尺寸形状及上述微结构需根据多种功能芯片/元器件的电学连接关系进行专门设计制造。
3.根据权利要求1所述的一体化芯片产品，其特征在于，所述置于基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同裸片，是指从晶圆厂完成流片、划片工艺后未经封装的裸芯片，其上表面具有供电气连接的金属焊盘，所述裸芯片带有金属焊盘的上表面向下放置，裸芯片与基板的连接方式为倒装焊。
4.根据权利要求1所述的一体化芯片产品，其特征在于，所述置于基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种裸芯片，包括：基带芯片，射频芯片，存储芯片，以及ARM处理器芯片，并且按照一定的逻辑关系进行互联，实现北斗&GPS双模卫星信号的接收与处理功能。
5.根据权利要求4所述的存储芯片，其特征在于，包括FLASH存储芯片和EEPROM芯片，用于存储程序及卫星数据。
6.根据权利要求1所述的一体化芯片产品，其特征在于，所述实现倒装焊微凸点，其尺寸大小、间距等与芯片上的对应焊盘大小及间距一致，可一一对应实现重合放置；微凸点材料可以为金、铜、镍、锡铅合金等。
7.根据权利要求1所述的一体化芯片产品，其特征在于，所述覆盖于芯片和引线上的塑封胶，其高度和面积以包覆所有的芯片和引线以及基板表面的裸露焊盘为准，所述塑封胶由有机聚合材料制成。
8.一种一体化卫星导航芯片的制造方法，其特征在于，包括：
设计并制作出用于实现多芯片间逻辑连接和支撑作用的两层印刷电路基板；
通过贴片机将多种功能裸芯片上表面向下，倒装表贴于基板上预留指定位置，芯片焊盘与基板上的微凸点对应重合；
将贴装芯片后的基板高温固化，使芯片/元器件和基板之间形成稳固连接；
采用点胶或者涂敷等方式在基板上表面形成一层塑封胶，并加温固化；
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