CN103869331A - 一种卫星导航三维芯片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航三维芯片及其制造方法，所述三维芯片包括：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；堆叠或平面布局于所述基板上的射频、基带、存储器芯片的裸片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；用于实现所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊微凸点；以及底层基板下表面的BGA焊球阵列。本发明将多种实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片，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，形成一个高性能、高密度、低损耗的小型电子产品，可克服现有卫星导航产品模块尺寸大、开发难度大、功耗成本高等问题。

Description

一种卫星导航三维芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种采用三维多芯片组件技术(3D-MCM)来实现的一款北斗&GPS双模卫星导航三维接收芯片及其制造方法。

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。同时由于目前多采用封装好的射频、基带分立芯片进行二次开发，实现北斗卫星导航功能，导致模块的尺寸、功耗、开发成本都很高，在一定程度上制约了北斗卫星导航产业的高速发展。

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三维芯片，该结构基于三维封装技术，将实现北斗卫星导航功能的多种不同芯片的裸片及元器件封装在一颗一体化芯片中，并完成内部逻辑连接和扇出接口。通过将芯片及元器件进行三维堆叠，可以进一步提高组装密度，降低产品的重量和体积。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种卫星导航三维芯片产品的结构，其特征在于，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；堆叠或平面布局于所述基板上的实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片的裸片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线和倒装焊形成的微凸点；以及分布于底层基板下表面的BGA焊球阵列。

进一步地说，所述一层或多层基板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。

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，其上表面具有供电学连接的金属焊盘，与基板连接技术可以为引线键合和倒装焊。

进一步地说，所述置于基板上的用于实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片的裸片，裸片种类包括：基带芯片、射频芯片和存储芯片，并按照特定逻辑关系连接实现北斗&GPS双模卫星导航接收功能。

进一步地说，还包括覆盖于所述基板上表面的塑封胶；其中，所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线和微凸点为准；所述塑封胶由有机聚合物材料制成。

进一步地说，所述基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃为基体；所述焊盘结构由铜、镍、金或上述材料的合金制成。

再进一步地说，所述基带芯片为多模卫星导航基带处理器，其内部集成了多系统并行捕获引擎、多系统兼容的相关器引擎及ARM处理器内核。

本发明还提供了一种卫星导航三维芯片的制造方法，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；

通过贴片机将第一层级芯片表贴于基板上预留指定位置，采用倒装焊工艺的裸片，其焊盘需要与顶层基板上表面的微凸点严格对准重合；

将贴装芯片后的基板高温固化，使芯片和基本之间形成稳固连接；

通过引线键合机，将第一层级芯片的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置；

采用点胶或者涂敷等方式在第一层级芯片上表面形成一层聚合物；

在聚合物上方放置第二层级芯片；

同样经过上述固化、引出信号线等步骤，形成第二层级芯片的互连；

重复上诉步骤可实现多层级芯片的系统级堆叠；

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

本发明与现有技术相比有以下优点：

首先，本发明将射频、基带等裸芯片高度集成，形成一体化芯片解决方案，实现北斗卫星导航功能，摆脱了传统卫星导航模块由多颗芯片组装实现时体积大、成本高的缺点，使整个芯片的成本和体积都大大减小，并降低了用户二次开发的难度，也提高了产品的保密性。

第二，本方案将一体化接收芯片中的各个裸芯片间的走线距离变短，更利于提高信号处理的速度，降低系统功耗，提高芯片的性能。

第三，方案采用三维集成技术，通过将裸芯片多层堆叠充分利用了竖直方向的空间，可以使得封装尺寸与重量更小。

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双模卫星导航功能，降低用户二次开发难度的同时也提高了产品的保密性。

附图说明

图1-1是三维芯片内部裸芯片实施例一；

图1-2是三维芯片内部裸芯片实施例二；

图2是本发明三维芯片封装方法的流程图；

图3-1至图3-7是本发明三维芯片的制造流程截面图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1-1是本发明所披露的卫星导航三维芯片的内部裸片功能框图实施例一。两颗单通道射频芯片分别接收北斗与GPS卫星信号，基带芯片用于卫星数据信息的处理，Flash存储芯片用于相关程序与数据信息的存储。

图1-2是本发明所披露的卫星导航三维芯片的内部裸片功能框图另一实施例。双通道射频芯片用于同时接收北斗和GPS卫星信号，基带芯片用于卫星数据信息的处理，Flash存储芯片用于相关程序与数据信息的存储。

参照图2，示出了本发明第一实施例三维芯片封装方法的流程，具体包括：

步骤S101：将第一层功能芯片固定到基板上预留的指定位置；

在本优选实施例中，用贴片机将第一层级芯片表贴于基板上预留的指定位置，然后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；

步骤S102：建立所述功能芯片与基板的电气连接；

本优选实施例中，通过引线键合机，将第一层级功能芯片的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置，实现第一层级功能芯片与基板的电气连接；

步骤S103：在上层功能芯片的上方固定一层新的功能芯片，建立该新的功能芯片与所述基板的电气连接；

首先，采用点胶或者涂敷等方式在当前的上层功能芯片上表面(如第一层级功能芯片上表面)形成一层聚合物；然后，在聚合物上方放置一层新的功能芯片(如第二层级功能芯片)；经固化后，通过引线键合机，将新的功能芯片(如第二层级功能芯片)的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置，实现该层级功能芯片与基板的电气连接；

步骤S104：重复执行步骤S103，实现多层级功能芯片的三维封装过程。

考虑到本优选实施例电子产品的基板上有三层功能芯片，上述重复过程只需执行一次即可。

图3-1至图3-7给出了三维芯片制造流程的截面图。

参照图1-1，示出了具有三维芯片布局结构的电子产品第一实施例的结构示意图，包括：

基板11：用于承载组成卫星导航三维芯片的多个功能芯片，并提供功能芯片间的电气互连；基板11可以以化合物为基体制成，也可以以陶瓷、硅或玻璃为基体制成；

基板下表面焊盘结构12：用于形成基板下表面焊球阵列，优选采用铜、镍、金及其合金等金属组成；

基板下表面BGA焊球阵列13：用于本发明卫星导航三维芯片与其他产品连接的端口；

基板上表面焊盘结构14：用于基板上表面功能芯片的键合引线焊盘或者倒装焊微凸点；

键合引线15：用于连接功能芯片16上的引出焊盘和基板11上分布于功能芯片16四周的基板上表面焊盘14；为提高电气性能，优选采用金属金或者铜；

功能芯片16-1～16-3：用于实现本发明三维芯片的功能，包括射频、基带、存储、微处理器等功能芯片；其中，第二层级功能芯片16-2位于第一层级功能芯片16-1之上；第三层级功能芯片16-3位于第二层级功能芯片16-2之上；

聚合物17：位于第一层级功能芯片16-1和第二层级功能芯片16-2的上表面，用于固定和隔离上一层级功能芯片；

塑封胶10：覆盖于功能芯片16-1～16-3和键合引线15之上，其高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线以及基板上表面的裸露焊盘为准；塑封胶10优选采用有机聚合物材料。

需要说明的是，本优选实施例中都仅设置有一层基板，在实际实施过程中，布局有多层功能芯片的基板上面还可以堆叠一层或多层基板(每层基板上都可以堆叠一层或多层功能芯片)，基板堆叠层次可以达到5层；其中，上下层基板之间通过垂直通孔建立电气连接。

对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

对本发明公开的一种卫星导航三维芯片，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；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 (7)

1.一种卫星导航三维芯片，其特征在于，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；

堆叠或平面布局于所述基板上的实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片的裸片或封装片；

位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；

用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊形成的微凸点；

以及分布于底层基板下表面的BGA焊球阵列。

2.根据权利要求1所述的三维芯片产品，其特征在于，所述一层或多层基板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所述的三维芯片产品，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，裸片种类包括：基带芯片、射频芯片和存储芯片，并按照特定逻辑关系连接实现北斗&GPS双模卫星导航接收和处理功能。

4.根据权利要求1所述的三维芯片产品，其特征在于，还包括覆盖于所述基板上表面的塑封胶；其中，所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线或微凸点为准；所述塑封胶由有机聚合物材料制成。

5.根据权利要求1所述的三维芯片产品，其特征在于：

所述基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃为基体；

所述焊盘结构由铜、镍、金或上述材料的合金制成。

6.根据权利要求3所述的基带芯片，其特征在于，所述基带芯片为多模卫星导航基带处理器，其内部集成了多系统并行捕获引擎、多系统兼容的相关器引擎及ARM处理器内核。

7.一种卫星导航三维芯片的制造方法，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多层印刷电路基板；

通过贴片机将第一层级芯片表贴于基板上预留指定位置，采用倒装焊工艺的裸片，其焊盘需要与顶层基板上表面的微凸点严格对准重合；

将贴装芯片后的基板高温固化，使芯片和基本之间形成稳固连接；

通过引线键合机，将第一层级芯片的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置；

采用点胶或者涂敷等方式在第一层级芯片上表面形成一层聚合物；

在聚合物上方放置第二层级芯片；

同样经过上述固化、引出信号线等步骤，形成第二层级芯片的互连；

重复上诉步骤可实现多层级芯片的系统级堆叠；

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。

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