CN108807195A - 柔性集成封装系统的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种柔性集成封装系统的制造方法。该方法包括：采用光刻技术在柔性基板上，生成多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口；将待集成的多个具有不同功能的芯片转印到柔性基板上；通过键合线连接多个具有不同功能的芯片和多条可延展导线；将获取到的柔性封装体与柔性基板连接，形成柔性集成封装系统。其中，柔性基板设置有非贯通的多个第一孔洞，柔性基板和柔性封装体的材料为柔性材料。本公开实施例所提供的柔性集成封装系统的制造方法，采用先集成后封装的制造流程，制造工艺简单，所制造的柔性集成封装系统的集成度和传输效率高、功耗低，且系统的柔性高、散热性能好，用途广泛。

Description

柔性集成封装系统的制造方法

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种柔性集成封装系统的制造方法。

背景技术

SIP(System in a Package，系统级封装)是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。SIP封装技术将不同的功能的芯片封装在一个腔体内，减小了封装体积，有效地提升了电路的集成度，被视为“超越摩尔定律”的封装技术。

随着科技的不断进步，柔性电子器件由于与生物体皮肤的贴合程度较常规电子器件好，能更准确的获取人体的生理信息，在个人、医疗等领域应用广泛，越来越受到关注。但相关技术中，所制造的柔性电子器件存在集成度低、散热性能差等问题，越来越难以满足实际使用需求。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种柔性集成封装系统的制造方法。

根据本公开的一方面，提供了一种柔性集成封装系统的制造方法，所述方法包括：

采用光刻技术在柔性基板上，生成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口；

将待集成的多个具有不同功能的芯片转印到所述柔性基板上；

通过键合线连接所述多个具有不同功能的芯片和所述多条可延展导线；

将获取到的柔性封装体与所述柔性基板连接，形成所述柔性集成封装系统，

其中，所述柔性基板设置有非贯通的多个第一孔洞，所述柔性基板和所述柔性封装体的材料为柔性材料。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

采用微纳米加工工艺，在所述柔性封装体的外表面生成仿生结构层，所述仿生结构层的结构包括瓦片状结构和/或鱼鳞状结构。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

采用微纳米加工工艺制造所述柔性封装体，以使所述柔性封装体具有非贯通多个第二孔洞。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述柔性基板和所述柔性封装体的厚度小于或等于25μm，所述多个第一孔洞和所述多个第二孔洞的直径为10nm～100nm。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，采用光刻技术在所述柔性基板上，生成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口，包括：

在所述柔性基板上生成导电膜层；

采用光刻技术，对所述导电膜层刻蚀处理，形成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，将待集成的多个具有不同功能的芯片转印至所述柔性基板之前，所述方法还包括：

在所述柔性基板上生成粘结层，以使转印的所述多个具有不同功能的芯片通过所述粘结层粘附固定在所述柔性基板上。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，将待集成的多个具有不同功能的芯片转印至所述柔性基板之前，所述方法还包括：

对所述多个具有不同功能的芯片进行减薄处理，以使减薄处理后的芯片的厚度小于或等于15μm。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述多条可延展导线的材料为金、银和铜中的任一种，所述多条可延展导线的形状为蛇形和/或S形。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述键合线为金线，所述键合线的直径小于或等于30μm，所述键合线的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度，

其中，所述第二弧度大于所述第一弧度。

本公开实施例所提供的柔性集成封装系统的制造方法，采用先集成后封装的制造流程，制造工艺简单，所制造的柔性集成封装系统的集成度和传输效率高、功耗低，且系统的柔性高、散热性能好，用途广泛。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图；

图2示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法中步骤S11的流程图；

图3示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图；

图4示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图；

图5示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图；

图6示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图；

图7a、图7b示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的应用场景的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括步骤S11至步骤S14。

在步骤S11中，采用光刻技术在柔性基板上，生成多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口。其中，柔性基板设置有非贯通的多个第一孔洞。

在本实施例中，光刻技术是集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。可以采用微纳米加工工艺等进行加工，获得具有第一孔洞的柔性基板。第一孔洞的形状可以是圆形、椭圆形等任意形状。多个第一孔洞的尺寸形状可以相同，也可以不同。柔性基板上的多个第一孔洞可以是统一直径的圆形孔洞，如10nm、40nm、70nm和100nm。柔性基板上的多个第一孔洞也可以是直径为10nm～100nm的、大小不一的圆形孔洞。可以根据散热需要、柔性集成封装系统的尺寸、柔性基板所用的材料等对第一孔洞的尺寸和数量进行设置，本公开对此步骤限制。本领域技术人员可以根据实际需要对生成多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口的方式进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，还可以直接将所需的多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口通过转印、直接粘贴的方式安装在柔性基板上，本公开对此不作限制。多个端口用于系统的信号的输入和/或输出。

在一种可能的实现方式中，多条可延展导线的材料为金、银和铜中的任一种，多条可延展导线的形状为蛇形和/或S形。

在该实现方式中，多条可延展导线的材料还可以是铝等具备良好的柔性和延展性的金属材料，本公开对此不作限制。多条可延展导线的形状还可以是“之”字形等易于延展的、具有自相似(多条可延展导线形状的部分近乎或确实相似)形状，以在保证柔性集成封装系统的多个具有不同功能的芯片之间的连接的同时，保证柔性集成封装系统具有良好的柔性，以便于将其安装于生物体体表或植入生物体中。

图2示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法中步骤S11的流程图。在一种可能的实现方式中，如图2所示，步骤S11可以包括步骤S111和步骤S112。

在步骤S111中，在柔性基板上生成导电膜层。

在该实现方式中，导电膜层的厚度可以根据所需的可延展导线和端口的厚度进行设置，本公开对此不作限制。可以采用电子束蒸发、磁控溅射等金属薄膜生长方法在柔性基板上生成导电膜层，本公开对此不作限制。

在步骤S112中，采用光刻技术，对导电膜层刻蚀处理，形成多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口。

在该实现方式中，可以预先根据所需的多条可延展导线、多个端口的位置、尺寸等确定多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口的具体图形。可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀等刻蚀工艺，对导电膜层进行刻蚀处理，形成多条可延展导线和与多条可延展导线连接的多个端口，本公开对此不作限制。

在步骤S12中，将待集成的多个具有不同功能的芯片转印到柔性基板上。

在本实施例中，多个具有不同功能的芯片可以微控制单元(MicrocontrollerUnit，简称MCU)、存储器、寄存器等用于实现系统功能的芯片，该系统还可以包括用于实现系统功能的电阻、电容等无源元件，本公开对此不作限制。多个具有不同功能的芯片可以满足系统的功能需求，构成柔性集成封装。可以采用印章转印法、溶液转印法等转印方法将多个具有不同功能的芯片转印到柔性基板上，本公开对此不作限制。

在步骤S13中，通过键合线连接多个具有不同功能的芯片和多条可延展导线。

在本实施例中，可以采用热压键合、超声键合和热超声键合等引线键合工艺，通过键合线实现多个具有不同功能的芯片之间、多个具有不同功能的芯片与对应的多条可延展导线之间的连接。多个具有不同功能的芯片可以上下堆叠和/或左右平铺在柔性基板上。当多个具有不同功能的芯片均平铺在柔性基板上时，通过键合线将芯片与柔性基板上对应的可延展导线连接，以通过键合线和可延展导线实现多个具有不同功能的芯片之间的互联。当多个具有不同功能的芯片部分平铺、部分堆叠在柔性基板上时，通过键合线将堆叠在一起的多个具有不同功能的芯片互联，以及通过键合线将堆叠的多个具有不同功能的芯片中最底层的芯片与对应的可延展导线连接，以通过键合线和可延展导线实现所有芯片之间的互联。

在一种可能的实现方式中，键合线为金线，键合线的直径小于或等于30μm，键合线的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度。其中，第二弧度大于第一弧度。

在该实现方式中，可以根据芯片的尺寸、芯片与对应的可延展导线之间的距离、键合线的强度等对第一弧度和第二弧度进行设置，确保芯片之间具有被拉伸、弯曲的空间，以在保证芯片之间的互联的同时，增强柔性集成封装系统的柔性。例如，第一弧度可以是30°，第二弧度可以是90°。本领域技术人员可以根据实际需要对第一弧度和第二弧度进行设置，本公开对此不作限制。键合线的材料还可以是铝等金属材料。

在步骤S14中，将获取到的柔性封装体与柔性基板连接，形成柔性集成封装系统。柔性基板和柔性封装体的材料为柔性材料。

在本实施例中，柔性集成封装系统可以用于采集生物体的脑电信号、心电信号等生理信号，还可以用于采集温度、湿度等环境数据。可以根据所需采集的信号或数据的需要，选择所需的多个具有不同功能的芯片，以实现其对信号或数据的采集，本公开对此不作限制。

在本实施例中，柔性基板和柔性封装体的所用的柔性材料可以是聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、橡胶等柔性材料，柔性基板和柔性封装体所用的材料可以相同，也可以不同，本公开对此不作限制。为增强柔性封装体与柔性基板连接的稳定性，柔性封装体可以与柔性基板具有相同的弹性模量。

本公开实施例所提供的柔性集成封装系统的制造方法，采用先集成后封装的制造流程，制造工艺简单，所制造的柔性集成封装系统的集成度和传输效率高、功耗低，且系统的柔性高、散热性能好，用途广泛。

图3示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图。如图3所示，该方法还包括步骤S15。

在步骤S15中，采用微纳米加工工艺，在柔性封装体的外表面生成仿生结构层，仿生结构层的结构可以包括瓦片状结构和/或鱼鳞状结构。

在本实施例中，仿生结构层的结构还可以是片状结构、对称结构等能够通过气体、且不能通过液体的结构，以防止水等液体通过柔性封装体进入芯片，同时有利于柔性集成封装系统的散热。仿生结构层的材料可以是金属，以有效地屏蔽静电干扰，保护内部芯片不受损坏。步骤S15需在步骤S14之前执行，可以根据实际需要对执行步骤S15的时间进行设置，本公开对此不作限制。还可以直接将获取到的仿生结构层固定在柔性封装体的外表面。本领域技术人员可以根据实际需要对仿生结构层的生成或安装方式进行设置，本公开对此不作限制。

图4示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图。如图4所示，该方法还包括步骤S16。

在步骤S16中，采用微纳米加工工艺制造柔性封装体，以使柔性封装体具有非贯通多个第二孔洞。

在本实施例中，柔性封装体所具有的多个第二孔洞有利于系统的散热，同时避免水等液体进入柔性集成封装系统内部，对内部芯片造成损害。步骤S16需在步骤S14之前执行，可以根据实际需要对执行步骤S16的时间进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，多个第二孔洞的尺寸形状可以相同，也可以不同。柔性基板上的多个第二孔洞可以是统一直径的圆形孔洞，如10nm、40nm、70nm和100nm。柔性基板上的多个第二孔洞也可以是直径为10nm～100nm的、大小不一的圆形孔洞。可以根据散热需要、柔性集成封装系统的尺寸、柔性封装体所用的材料等对第二孔洞的尺寸和数量进行设置，本公开对此步骤限制。

在一种可能的实现方式中，柔性基板和柔性封装体的厚度小于或等于25μm，多个第一孔洞和多个第二孔洞的直径为10nm～100nm。

其中，可以根据芯片的厚度等对应柔性基板和柔性封装体的厚度进行设置，以在提高所制造的柔性集成封装系统的柔性的同时，为内部芯片提供足够的机械强度，保护内部芯片。多个第一孔洞和多个第二孔洞的直径为10nm～100nm，可以在增强系统散热的同时，避免水等液体进入柔性集成封装系统内部，对内部芯片造成损害。本领域技术人员可以根据实际需要对性基板和柔性封装体的厚度、多个第一孔洞和多个第二孔洞的直径进行设置，本公开对此不作限制。

在本实施例中，由于柔性基板和柔性封装体的材料为柔性材料，多个第一孔洞和多个第二孔洞的尺寸能够随着所处环境温度的升高而增大，可以增强系统的散热效率。

图5示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图。如图5所示，该方法还包括步骤S17。

在步骤S17中，在柔性基板上生成粘结层，以使转印的多个具有不同功能的芯片通过粘结层粘附固定在柔性基板上。

在本实施例中，粘结层可以是使用具有粘附性的材料在柔性基板上生成的薄膜，还可以是涂覆在柔性基板上的粘结剂等，本公开对此不作限制。步骤S17需在步骤S12之前执行，可以根据实际需要对执行步骤S17的时间进行设置，本公开对此不作限制。

图6示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的流程图。如图6所示，该方法还包括步骤S18。

在步骤S18中，对多个具有不同功能的芯片进行减薄处理，以使减薄处理后的芯片的厚度小于或等于15μm。

在本实施例中，在待集成的芯片的厚度大于15μm时，可以采用机械研磨的方式对芯片进行减薄处理。可以根据芯片的功能、尺寸、所制造的柔性集成封装系统柔性需求对芯片的厚度进行设置，以使在减薄芯片厚度增加系统柔性的同时，保证芯片的机械强度，本公开对此不作限制。步骤S18需在步骤S12之前执行，可以根据实际需要对执行步骤S18的时间进行设置，本公开对此不作限制。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了上述柔性芯片系统的制造方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各步骤，只要符合本公开的技术方案即可。

以下结合“制造某柔性集成封装系统”作为一个示例性应用场景，给出根据本公开实施例的应用示例，以便于理解柔性集成封装系统的制造方法的流程。本领域技术人员应理解，以下应用示例仅仅是出于便于理解本公开实施例的目的，不应视为对本公开实施例的限制。

图7a、图7b示出根据本公开一实施例的柔性集成封装系统的制造方法的应用场景的示意图。如图7a、图7b所示，采用掩膜的方式在柔性基板1上，生成多条可延展导线5和与多条可延展导线5连接的多个端口6。在柔性基板1上生成粘结层2。将待集成的多个具有不同功能的芯片3转印到柔性基板1上，并通过粘结层2与柔性基板2粘结固定在一起。将多个具有不同功能的芯片3、多条可延展导线5通过键合线4连接。将获取到的柔性封装体7与柔性基板1连接，形成柔性集成封装系统。

这样，采用先集成后封装的制造流程，制造柔性集成封装系统的制造工艺简单，所制造的柔性集成封装系统的集成度和传输效率高、功耗低，且系统的柔性高、散热性能好，用途广泛。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种柔性集成封装系统的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

采用光刻技术在柔性基板上，生成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口；

将待集成的多个具有不同功能的芯片转印到所述柔性基板上；

通过键合线连接所述多个具有不同功能的芯片和所述多条可延展导线；

将获取到的柔性封装体与所述柔性基板连接，形成所述柔性集成封装系统，

其中，所述柔性基板设置有非贯通的多个第一孔洞，所述柔性基板和所述柔性封装体的材料为柔性材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用微纳米加工工艺，在所述柔性封装体的外表面生成仿生结构层，所述仿生结构层的结构包括瓦片状结构和/或鱼鳞状结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用微纳米加工工艺制造所述柔性封装体，以使所述柔性封装体具有非贯通多个第二孔洞。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述柔性基板和所述柔性封装体的厚度小于或等于25μm，所述多个第一孔洞和所述多个第二孔洞的直径为10nm～100nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用光刻技术在所述柔性基板上，生成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口，包括：

在所述柔性基板上生成导电膜层；

采用光刻技术，对所述导电膜层刻蚀处理，形成多条可延展导线和与所述多条可延展导线连接的多个端口。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将待集成的多个具有不同功能的芯片转印至所述柔性基板之前，所述方法还包括：

在所述柔性基板上生成粘结层，以使转印的所述多个具有不同功能的芯片通过所述粘结层粘附固定在所述柔性基板上。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将待集成的多个具有不同功能的芯片转印至所述柔性基板之前，所述方法还包括：

对所述多个具有不同功能的芯片进行减薄处理，以使减薄处理后的芯片的厚度小于或等于15μm。

8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述多条可延展导线的材料为金、银和铜中的任一种，所述多条可延展导线的形状为蛇形和/或S形。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述键合线为金线，所述键合线的直径小于或等于30μm，所述键合线的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度，

其中，所述第二弧度大于所述第一弧度。