CN117936418A - 一种存储芯片3d堆叠封装结构及其封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片封装技术领域，具体为一种存储芯片3D堆叠封装结构及其封装工艺，包括操作框，所述操作框顶部内壁一端处开设有长槽，所述操作框顶部内壁位于长槽一侧处设置有开设有菱形槽，且长槽与菱形槽内部相连通，所述操作框一侧内壁处设置有气缸，且气缸的输出端设置有推杆，所述推杆一端固定连接有顶板。本发明先利用气缸将取料框移动至芯片处进行取料，而后利用夹装机构二实现对芯片多方位的自动扶正及自动夹装，减少芯片偏移而影响后续堆叠；再利用限位机构与夹装机构配合运行，利用限位机构调整夹板及芯片的夹装高度，减少因芯片与基板面差距存在过大而导致芯片贴片时的偏移或脱离基板凹槽的情况，进一步提高芯片堆叠封装效率。

Description

一种存储芯片3D堆叠封装结构及其封装工艺

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，具体为一种存储芯片3D堆叠封装结构及其封装工艺。

背景技术

芯片封装是将多组裸芯片叠加连接在一起，其中芯片叠加的方式有四种，分别为：金字塔型堆叠、悬臂型堆叠、并排型堆叠及硅通孔TSV型堆叠。

在芯片堆叠封装过程中，芯片位置的安装及排布尤为重要，但因常规的芯片体积小、质量较轻，存在夹取、拿捏不便，因而导致在对芯片贴片时，极易出现芯片与基板表面的安装凹槽之间存在偏移，从而影响芯片的贴片效果，且降低封装效率。

针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的就在于先利用气缸将取料框移动至芯片处进行取料，而后利用夹装机构二实现对芯片多方位的自动扶正及自动夹装，减少芯片偏移而影响后续堆叠；再利用限位机构与夹装机构配合运行，利用限位机构调整夹板及芯片的夹装高度，减少因芯片与基板面差距存在过大而导致芯片贴片时的偏移或脱离基板凹槽的情况，进一步提高芯片堆叠封装效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种存储芯片D堆叠封装结构，包括操作框，所述操作框顶部内壁一端处开设有长槽，所述操作框顶部内壁位于长槽一侧处设置有开设有菱形槽，且长槽与菱形槽内部相连通，所述操作框一侧内壁处设置有气缸，且气缸的输出端设置有推杆，所述推杆一端固定连接有顶板，且顶板顶面中段处设置有滑槽，所述顶板底部活动取料框，且取料框顶部中心处固定安装有圆轴一，所述圆轴一贯穿经过滑槽内部中心处，且其顶端延伸至长槽内部，所述操作框底部内壁与取料框错位处开设有卡位槽，所述取料框内部位于底层处设置有夹装机构；

其中，所述夹装机构包括两组滑杆，两组所述滑杆中段分别通过安装块固定安装在取料框前后内壁的底部处，两组所述滑杆两端处共同滑动连接有抵板，每组所述抵板内部位于前后端处均竖直贯穿设置有夹板，且夹板底部延伸至取料框外部，两组所述夹板远离对方的一侧面位于前后端均固定安装有固定块，所述取料框内部靠近底部两端分别贯穿设置有齿条，两组所述齿条相对于取料框中心轴线呈镜像对称，且齿条前后端均贯穿至取料框外部，所述齿条靠近抵板的一侧面位于前后端处均固定安装有楔形抵块，两组所述楔形抵块与同侧的两组固定块错位设置。

进一步的，所述夹装机构还包括两组限位齿盘，两组所述限位齿盘分别通过转轴转动连接在取料框内部位于两侧处，两组所述限位齿盘分别与相邻的齿条啮合，两组所述转轴顶部延伸至取料框外部并固定安装有传动轮，两组所述传动轮之间共同套接有传动带，其中一组所述转轴中段处并位于取料框上端面处设置有电机一。

进一步的，两列所述夹板远离对方的一侧面并位于底部位置均固定安装有凹形框，同侧的两个所述凹形框内部共同贯穿设置有长杆，且长杆前后端分别延伸至凹形框外部并固定安装有横杆。

进一步的，同侧的两组所述横杆相对于长杆的中心轴线呈镜像对称，同侧两组所述横杆对立面呈斜切面设置，且横杆的斜切面端延伸并超出抵板外壁。

进一步的，同排的两组所述夹板顶部共同设置有滑框，前后两组所述滑框之间共同固定安装有连杆，且连杆顶部中心设置有限位机构，所述限位机构包括电机二，且电机二固定安装在取料框顶部内壁中心处，所述电机二底部输出端固定安装有活动筒，且活动筒前端面中心处固定安装有圆轴二。

进一步的，所述活动筒底部套接设置有插筒，且插筒贯穿经过设置在取料框内部位于中上端处所固定安装的横板中心处，所述插筒外部位于横板上端处设置有重力弹簧圈，且插筒底部与连杆固定连接，所述插筒内壁呈圆周分布开设有若干组斜槽，相邻两组所述斜槽之间共同连通设置有竖槽，所述圆轴二滑动连接在其中一组斜槽与竖槽的交接处。

一种存储芯片3D堆叠封装的封装工艺，该工艺具体包括以下步骤：

步骤一：预先将减薄与切削的芯片表面清理干净，清除其表面的非金属物质及氧化物；

步骤二：再将基板卡接在卡位槽内部，基板表面设置有多个基板凹槽，且基板凹槽内部预先涂覆有粘合物，利用夹装机构将若干芯片依次夹持并移动至基板表面，再配合限位机构升降迫使芯片准确地插入对应的基板凹槽中，若干组芯片呈前后、左右排布在基板表面，且芯片与芯片之间存在一定的间隙；

步骤三：再利用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装基板进行互连，实现固相焊接过程，然后对每组芯片表面安装导电连接件，且相邻两组芯片之间利用导电连接件连接；

步骤四：最后将封装料浇注在芯片及基板表面，封装硬化后形成塑封体，并对完整的塑封体进行测试，测试成功后再安装在电器元件表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置气缸、取料框及夹装机构，先利用气缸将取料框推动芯片堆叠层进行取料，而后利用两组限位齿盘旋转而迫使两组齿条及连带的两组楔形抵块移动并分别抵压对应的固定块、抵板移动，左右两组抵板相互靠近并向芯片的前后端移动，直至前后两排夹板共同抵压芯片前后端面，实现对单层芯片的扶正及夹持；与此同时，长杆随夹板同步移动并带动两侧的横杆向芯片侧面移动，利用横杆内侧的斜切面与芯片突出的侧边相对运动，实现芯片侧边扶正；通过夹装机构二实现对芯片多方位的自动扶正及自动夹装，并减少芯片偏移而影响后续贴片。

2.本发明通过设置限位机构，其与夹装机构配合运行，电机二驱动活动筒逆时针转动，圆轴二沿斜槽内部运动，迫使插筒、取料框及芯片向下沉降，重力弹簧圈压缩，促使芯片向对应的基板凹槽处移动，缩短夹装芯片与基板凹槽的距离，而后将芯片松开并稳定插接至对应基板凹槽内，圆轴二转动至斜槽与竖槽的交接处，活动筒停止转动，插筒在向上复位，如此反复操作，迫使插筒及取料框间歇沉降与自动复位，以便适应基板表面；减少因芯片与基板面差距存在过大而导致芯片贴片时偏移及脱离基板凹槽的情况，进一步提高芯片堆叠封装效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明操作框的平面示意图；

图3为本发明操作框的底部剖视图；

图4为本发明顶板与取料框结合的俯视图；

图5为本发明取料框的立体结构示意图；

图6为本发明取料框底部示意图；

图7为本发明夹装机构与限位机构结构的立体示意图；

图8为本发明限位机构的局部透视图。

图中：1、操作框；101、长槽；102、菱形槽；2、气缸；201、推杆；3、顶板；301、滑槽；4、取料框；401、圆轴一；5、卡位槽；6、夹装机构；61、滑杆；62、抵板；63、夹板；631、凹形框；632、长杆；633、横杆；64、固定块；65、齿条；66、楔形抵块；67、限位齿盘；68、转轴；69、传动轮；610、传动带；611、电机一；7、滑框；8、连杆；9、限位机构；91、电机二；92、活动筒；93、圆轴二；94、插筒；95、横板；96、重力弹簧圈；97、斜槽；98、竖槽。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1－图8所示，一种存储芯片3D堆叠封装结构，包括操作框1，操作框1顶部内壁一端处开设有长槽101，操作框1顶部内壁位于长槽101一侧处设置有开设有菱形槽102，且长槽101与菱形槽102内部相连通，操作框1一侧内壁处设置有气缸2，且气缸2的输出端设置有推杆201，推杆201一端固定连接有顶板3，且顶板3顶面中段处设置有滑槽301，顶板3底部活动取料框4，且取料框4顶部中心处固定安装有圆轴一401，圆轴一401贯穿经过滑槽301内部中心处，且其顶端延伸至长槽101内部，操作框1底部内壁与取料框4错位处开设有卡位槽5，取料框4内部位于底层处设置有夹装机构6；预先将基板卡接在卡位槽5处，基板表面与操作框1底部内壁齐平，启动气缸2，其利用推杆201驱动顶板3、取料框4向一侧移动，直至取料框4覆盖在芯片组的顶端裸芯片外部，再利用夹装机构6将若干芯片夹持并移动至基板表面，芯片均匀排布后；

单组芯片夹紧后，利用气缸2牵引顶板3、取料框4及芯片方向运动，圆轴一401先是沿着长槽101移动，移动至长槽101与菱形槽102交界处，先将第一组芯片堆叠在对应的基板表面，第一芯片堆叠后，再将取料框4移动至芯片组处，通过上述取料方式再重新夹装一组芯片，并利用气缸2再次牵引取料框4移动，圆轴一401沿菱形槽102移动，直至移动至菱形槽102前端节点处，以实现将芯片堆叠在基板表面的前后及左右的位置。

实施例二：

请参阅图5和图6所示，夹装机构6包括两组滑杆61，两组滑杆61中段分别通过安装块固定安装在取料框4前后内壁的底部处，两组滑杆61两端处共同滑动连接有抵板62，每组抵板62内部位于前后端处均竖直贯穿设置有夹板63，且夹板63底部延伸至取料框4外部，同排的两组夹板63顶部共同设置有滑框7，前后两组滑框7之间共同固定安装有连杆8，两排夹板63移动时，其顶部沿滑框7内部移动，两组夹板63远离对方的一侧面位于前后端均固定安装有固定块64，取料框4内部靠近底部两端分别贯穿设置有齿条65，两组齿条65相对于取料框4中心轴线呈镜像对称，且齿条65前后端均贯穿至取料框4外部，齿条65靠近抵板62的一侧面位于前后端处均固定安装有楔形抵块66，两组楔形抵块66与同侧的两组固定块64错位设置；夹装机构6还包括两组限位齿盘67，两组限位齿盘67分别通过转轴68转动连接在取料框4内部位于两侧处，两组限位齿盘67分别与相邻的齿条65啮合，两组转轴68顶部延伸至取料框4外部并固定安装有传动轮69，两组传动轮69之间共同套接有传动带610，其中一组转轴68中段处并位于取料框4上端面处设置有电机一611；

具体的芯片夹装过程包括：先启动电机一611，其利用转轴68驱动同侧的传动轮69及限位齿盘67转动，并在传动轮69作用下驱动另一组转轴68、限位齿盘67顺时针转动，两组限位齿盘67分别与同侧的齿条65啮合，以实现两组齿条65左右相对运动，并带动两组楔形抵块66移动并分别抵压对应的固定块64、抵板62移动，左右两组抵板62相互靠近并向芯片的前后端移动，直至前后两排夹板63共同抵压芯片前后端面，以此实现对单层芯片的扶正及夹持，提高芯片的夹装效率。

两列夹板63远离对方的一侧面并位于底部位置均固定安装有凹形框631，同侧的两个凹形框631内部共同贯穿设置有长杆632，且长杆632前后端分别延伸至凹形框631外部并固定安装有横杆633；同侧的两组横杆633相对于长杆632的中心轴线呈镜像对称，同侧两组横杆633对立面呈斜切面设置，且横杆633的斜切面端延伸并超出抵板62外壁；伴随着前后两排抵板62及夹板63相互靠近，长杆632随夹板63同步移动并带动两侧的横杆633向芯片侧面移动，利用横杆633内侧的斜切面与芯片突出的侧边相对运动，以此将芯片扶正，而前后两排横杆633同时相对运动，以实现对夹装芯片侧面的共同扶正，进一步提高对芯片的夹装效率，有利于减少后续芯片堆叠时的偏移。

实施例三：

请参阅图6－图7所示，芯片侧面及前后端均自动扶正且夹装后，再次启动气缸2，将取料框4及夹装的单层芯片共同移动至卡位槽5顶端处，此时，芯片的夹装高度与基板表面存在间隔，为确保芯片卡入对应基板凹槽内，利用限位机构9而调整的芯片高度，迫使夹装的芯片沉降至封装基板表面即可，以保持芯片稳定叠加在封装基板表面；

连杆8顶部中心设置有限位机构9，限位机构9包括电机二91，且电机二91固定安装在取料框4顶部内壁中心处，电机二91底部输出端固定安装有活动筒92，且活动筒92前端面中心处固定安装有圆轴二93，活动筒92底部套接设置有插筒94，且插筒94贯穿经过设置在取料框4内部位于中上端处所固定安装的横板95中心处，插筒94外部位于横板95上端处设置有重力弹簧圈96，且插筒94底部与连杆8固定连接，插筒94内壁呈圆周分布开设有若干组斜槽97，相邻两组斜槽97之间共同连通设置有竖槽98，圆轴二93滑动连接在其中一组斜槽97与竖槽98的交接处；

夹装芯片放置在基板表面时，启动电机二91，其驱动活动筒92逆时针转动，且圆轴二93做圆周运动的同时又沿斜槽97内部运动，斜槽97内壁受抵而迫使插筒94向下沉降，重力弹簧圈96压缩，且取料框4及其内部夹持的芯片同步沉降，促使芯片向对应的基板凹槽处移动，缩短夹装芯片与基板凹槽的距离，而后将芯片松开并稳定插接至对应基板凹槽内，而伴随着圆轴二93的持续转动，且圆轴二93转动至斜槽97与竖槽98的交接处，而后活动筒92停止转动，且插筒94在重力弹簧圈96的回弹力作用下向上复位，且圆轴二93与竖槽98相对运动，如此反复操作，迫使插筒94及取料框4间歇沉降与自动复位，以便适应基板表面；减少因芯片与基板面差距存在过大而导致芯片贴片时偏移及脱离基板凹槽的情况，进一步提高芯片堆叠封装效率。

作为本发明的一种实施例，还公开一种存储芯片3D堆叠封装的封装工艺，该工艺具体包括以下步骤：

步骤一：预先将减薄与切削的芯片表面清理干净，清除其表面的非金属物质及氧化物；

步骤二：再将基板卡接在卡位槽5内部，基板表面设置有多个基板凹槽，且基板凹槽内部预先涂覆有粘合物，利用夹装机构6将若干芯片依次夹持并移动至基板表面，再配合限位机构9升降迫使芯片准确地插入对应的基板凹槽中，若干组芯片呈前后、左右排布在基板表面，且芯片与芯片之间存在一定的间隙；

步骤三：再利用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装基板进行互连，实现固相焊接过程，然后对每组芯片表面安装导电连接件，且相邻两组芯片之间利用导电连接件连接；

步骤四：最后将封装料浇注在芯片及基板表面，封装硬化后形成塑封体，并对完整的塑封体进行测试，测试成功后再安装在电器元件表面。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种存储芯片3D堆叠封装结构，包括操作框(1)，其特征在于：所述操作框(1)顶部内壁一端处开设有长槽(101)，所述操作框(1)顶部内壁位于长槽(101)一侧处设置有开设有菱形槽(102)，且长槽(101)与菱形槽(102)内部相连通，所述操作框(1)一侧内壁处设置有气缸(2)，且气缸(2)的输出端设置有推杆(201)，所述推杆(201)一端固定连接有顶板(3)，且顶板(3)顶面中段处设置有滑槽(301)，所述顶板(3)底部活动取料框(4)，且取料框(4)顶部中心处固定安装有圆轴一(401)，所述圆轴一(401)贯穿经过滑槽(301)内部中心处，且其顶端延伸至长槽(101)内部，所述操作框(1)底部内壁与取料框(4)错位处开设有卡位槽(5)，所述取料框(4)内部位于底层处设置有夹装机构(6)；

其中，所述夹装机构(6)包括两组滑杆(61)，两组所述滑杆(61)中段分别通过安装块固定安装在取料框(4)前后内壁的底部处，两组所述滑杆(61)两端处共同滑动连接有抵板(62)，每组所述抵板(62)内部位于前后端处均竖直贯穿设置有夹板(63)，且夹板(63)底部延伸至取料框(4)外部，两组所述夹板(63)远离对方的一侧面位于前后端均固定安装有固定块(64)，所述取料框(4)内部靠近底部两端分别贯穿设置有齿条(65)，两组所述齿条(65)相对于取料框(4)中心轴线呈镜像对称，且齿条(65)前后端均贯穿至取料框(4)外部，所述齿条(65)靠近抵板(62)的一侧面位于前后端处均固定安装有楔形抵块(66)，两组所述楔形抵块(66)与同侧的两组固定块(64)错位设置。

2.根据权利要求1所述的一种存储芯片3D堆叠封装结构，其特征在于，所述夹装机构(6)还包括两组限位齿盘(67)，两组所述限位齿盘(67)分别通过转轴(68)转动连接在取料框(4)内部位于两侧处，两组所述限位齿盘(67)分别与相邻的齿条(65)啮合，两组所述转轴(68)顶部延伸至取料框(4)外部并固定安装有传动轮(69)，两组所述传动轮(69)之间共同套接有传动带(610)，其中一组所述转轴(68)中段处并位于取料框(4)上端面处设置有电机一(611)。

3.根据权利要求1所述的一种存储芯片3D堆叠封装结构，其特征在于，两列所述夹板(63)远离对方的一侧面并位于底部位置均固定安装有凹形框(631)，同侧的两个所述凹形框(631)内部共同贯穿设置有长杆(632)，且长杆(632)前后端分别延伸至凹形框(631)外部并固定安装有横杆(633)。

4.根据权利要求3所述的一种存储芯片3D堆叠封装结构，其特征在于，同侧的两组所述横杆(633)相对于长杆(632)的中心轴线呈镜像对称，同侧两组所述横杆(633)对立面呈斜切面设置，且横杆(633)的斜切面端延伸并超出抵板(62)外壁。

5.根据权利要求1所述的一种存储芯片3D堆叠封装结构，其特征在于，同排的两组所述夹板(63)顶部共同设置有滑框(7)，前后两组所述滑框(7)之间共同固定安装有连杆(8)，且连杆(8)顶部中心设置有限位机构(9)，所述限位机构(9)包括电机二(91)，且电机二(91)固定安装在取料框(4)顶部内壁中心处，所述电机二(91)底部输出端固定安装有活动筒(92)，且活动筒(92)前端面中心处固定安装有圆轴二(93)。

6.根据权利要求5所述的一种存储芯片3D堆叠封装结构，其特征在于，所述活动筒(92)底部套接设置有插筒(94)，且插筒(94)贯穿经过设置在取料框(4)内部位于中上端处所固定安装的横板(95)中心处，所述插筒(94)外部位于横板(95)上端处设置有重力弹簧圈(96)，且插筒(94)底部与连杆(8)固定连接，所述插筒(94)内壁呈圆周分布开设有若干组斜槽(97)，相邻两组所述斜槽(97)之间共同连通设置有竖槽(98)，所述圆轴二(93)滑动连接在其中一组斜槽(97)与竖槽(98)的交接处。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种存储芯片3D堆叠封装的封装工艺，其特征在于，该工艺具体包括以下步骤：

步骤一：预先将减薄与切削的芯片表面清理干净，清除其表面的非金属物质及氧化物；

步骤二：再将基板卡接在卡位槽(5)内部，基板表面设置有多个基板凹槽，且基板凹槽内部预先涂覆有粘合物，利用夹装机构(6)将若干芯片依次夹持并移动至基板表面，再配合限位机构(9)升降迫使芯片准确地插入对应的基板凹槽中，若干组芯片呈前后、左右排布在基板表面，且芯片与芯片之间存在一定的间隙；

步骤三：再利用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装基板进行互连，实现固相焊接过程，然后对每组芯片表面安装导电连接件，且相邻两组芯片之间利用导电连接件连接；

步骤四：最后将封装料浇注在芯片及基板表面，封装硬化后形成塑封体，并对完整的塑封体进行测试，测试成功后再安装在电器元件表面。