芯片连接结构和电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种芯片与电路板连接时的芯片连接结构，还涉及一种具有这种芯片连接结构的电子设备。


背景技术：

2.传统模组/封装类产品中，如图1所示，芯片与pcb电路板导电线路连接结构为键合金丝1(铜丝、银丝、铝丝)连接芯片2到pcb电路板3指定位置的导电线路。受限于金丝1本身的物理性能，在导电线路连接的过程中金丝1必须存在一定的弧度和高度(80－100μm)，且使得导电线路连接的总长度不大于8mm，否则金丝1可能断裂导致不能建立可靠的连接。因此，不利于实现模组/封装类产品厚度减小或者增大导电线路连接的长度的需求。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对芯片与电路板之间的连接结构不利于实现模组/封装类产品厚度减小的问题，提出一种芯片连接结构。还提出一种具有这种芯片连接结构的电子设备。
4.一种芯片连接结构，包括芯片，包括配合面，所述配合面设有电极；电路板，所述电路板具有相背设置的第一表面和第二表面，及贯穿所述第一表面和所述第二表面的通孔，所述电路板设置有导电线路，所述第二表面朝向所述配合面，其中所述通孔中填有由导电材料软化或熔融后固化而成的导电块，所述导电块与所述导电线路和所述芯片的电极分别固定且电连接。
5.与传统技术中采用金丝连接芯片的电极相比，上述的芯片连接结构中，导电块位于电路板中，电路板本身能够实现轻薄化，其尺寸小于传统技术中金丝必须存在的高度。另外，上述的芯片连接结构中，导电块与电极之间的连接长度不受约束，可以远大于传统技术中金丝与芯片的连接长度。因此，上述的芯片连接结构不但利于实现模组/封装类产品厚度减小，也利于增加与芯片与导电线路之间的电连接长度。
6.在其中一个实施例中，所述导电线路于所述第一表面、所述第二表面和所述通孔的内壁中的至少一处设有焊盘，所述导电块与所述焊盘连接。导电块将电极与焊盘电性连通，从而使电极与电路板的导电线路之间建立电连接，实现芯片与电路板之间的连接。
7.在其中一个实施例中，第一表面、所述第二表面和所述通孔的内壁中上的焊盘分别定义为第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，其中所述第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘中的至少一个覆盖有导电镀层。导电镀层起到保护第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘，避免它们氧化的目的。
8.在其中一个实施例中，所述导电块突出于所述第一表面且形成抵贴所述第一表面的倒刺部，所述倒刺部贴附于所述第一焊盘。导电块勾住第一表面且贴附于第一表面上的第一焊盘，能够避免导电块在芯片的带动下与第一表面上的第一焊盘脱离连接。
9.在其中一个实施例中，垂直于所述配合面的方向上，所述电路板的尺寸小于65μm。电路板的尺寸可以降低至65μm，远小于金丝必须存在的高度80－100μm，芯片连接结构利于
实现模组/封装类产品厚度减小。
10.在其中一个实施例中，所述芯片的配合面与所述电路板的第二表面固定在一起。使芯片的配合面与电路板的第二表面固定在一起，实现芯片与电路板的预定位，从而利于后续导电块的形成。
11.在其中一个实施例中，所述芯片的配合面与所述电路板的第二表面通过胶水粘结。胶水实现芯片与电路板的预定位，且在导电块形成后继续使芯片与电路板保持可靠地的固定。
12.在其中一个实施例中，所述导电块的材料为金、银或铜。导电块的材料为金、银或铜，可在200℃以下温度范围内作业，能够有效避免对芯片造成损伤。
13.一种电子设备，包括所述的芯片连接结构。电子设备的芯片连接结构中，导电块与电极之间的连接长度不受约束，可以远大于传统技术中金丝与芯片的连接长度，电子设备的厚度相对较小，电子设备能够实现轻薄化设计。
14.在其中一个实施例中，所述芯片的数量为至少两个，至少两个所述芯片通过所述导电线路互联。每个芯片都采用前述的连接结构连接至电路板，实现多个芯片互通且高度较低。
15.在其中一个实施例中，所述电路板为柔性电路板，所述电路板弯折并形成叠层，同时形成芯片叠层。在实现多个芯片互联的同时，电路板横向尺寸较小，节约了设备的横向空间。
16.在其中一个实施例中，所述电子设备还包括线路板，所述线路板与所述电路板的导电线路连接。在实现与线路板连接的同时，芯片连接处高度较低，利于电子设备实现轻薄化设计。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为传统技术中芯片与pcb电路板导电线路连接结构的示意图。
20.图2为本实用新型一实施例的芯片连接结构中芯片与电路板尚未连接时的结构示意图。
21.图3为本实用新型一实施例的芯片连接结构中芯片与电路板连接时的结构示意图。
22.图4为本实用新型又一实施例的芯片连接结构中芯片与电路板连接时的结构示意图。
23.图5为本实用新型再一实施例的芯片连接结构中芯片与电路板连接时的结构示意图。
24.图6为本实用新型一实施例的电子设备的局部结构示意图。
25.图7为本实用新型另一实施例的电子设备的局部结构示意图。
26.图中各元件标记如下：
27.1、金丝；2、芯片；3、电路板；10、芯片；110、配合面；120、电极；101、第一芯片；102、第二芯片；20、电路板；201、导电线路；210、第一表面；211、第一焊盘；220、第二表面；221、第二焊盘；230、通孔；231、第三焊盘；240、导电镀层；40、导电球；410、倒刺部；420、嵌入部；50、胶水。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.本实用新型的实施例提出一种芯片连接结构，可应用于电子设备中。下面结合附
图详细描述本实用新型实施例的芯片连接结构。
35.如图2和图3所示，芯片连接结构包括设置在一起且电性互联的芯片10和电路板20。其中，如图2所示，示意了本实用新型一实施例的芯片连接结构中芯片10与电路板20尚未连接时的结构示意图。如图3所示，示意了本实用新型一实施例的芯片连接结构中芯片10与电路板20连接时的结构。
36.芯片10包括配合面110，配合面110设有电极120。电极120用于与电路板20电连接。芯片10的类型具体不限制，如可以是中央处理单元芯片、图形处理单元芯片。
37.电路板20设置在芯片10的配合面110上。电路板20具有相背设置的第一表面210和第二表面220，其中贯穿第一表面210和第二表面220设有通孔230。通孔230的形状为圆孔，但不局限于此，如也可以为方形孔等。电路板20与芯片10连接时，电路板20的第二表面220朝向配合面110。电路板20中具有导电线路201。导电线路201的另一端用以连接其他的元器件，如其他的电路板、接线柱等。第一表面210上具有与导电线路201连接的第一焊盘211，可用以焊接元器件。第二表面220上具有与导电线路201连接的第二焊盘221，可用以焊接元器件。另外，如图4所示，通孔230的内壁上设有第三焊盘231。
38.电路板20可以为fpc(柔性电路板)或硬质印刷导电线路板。电路板20为fpc时，电路板20具有一定的变形能力，使得芯片10与电路板20连接后，芯片10能够在预定范围内运动。如芯片10为感光芯片，其能够在预定范围内运动以补偿镜头抖动造成的图像模糊，继而实现防抖功能。也就是说，本实施例的芯片连接结构能够于防抖摄像模组中感光芯片与电路板的连接。
39.为了电连接芯片10的电极120与导电线路201，通孔230中设有由导电材料软化后固化而成的导电块40，即通过导电块40将芯片10的电极120与第一焊盘211、第二焊盘221及第三焊盘231电性连通，从而使芯片10的电极120与电路板20的导电线路之间建立电连接，实现芯片10与电路板20之间的电连接。
40.另外，第二焊盘221与电极120也可以是处于电连接状态。这样电极120与导电线路201也通过第二焊盘221连接，更加可靠。
41.如图3所示，当将电路板20与芯片10进行连接时，将电路板20放置到芯片10上，电路板20的第二表面220面对芯片10的配合面110，通孔230正对芯片10的电极120，最后通过一些工艺手段在通孔230内形成导电块40。
42.导电块40可采用如下的方式形成。具体实施时，可以提前将导电材料加热，使其呈熔融状态，然后将熔融状态的导电材料注入通孔230内，固化后形成导电块40。由于导电材料已经提前转换为熔融状态，熔融状态的导电材料在通孔230内快速冷却固化，此过程中导电材料的温度仅为瞬时高温，故芯片10基本不会因为高温作业而产生损伤。导电块40形成后与芯片10的电极120固定在一起，且与电极120之间形成稳定的电连接关系；同时导电块40与第一焊盘211、第二焊盘221及第三焊盘231也分别固定在一起，且形成稳定的电连接关系。例如，可采用wire bonding(引线键合)的方式，其中金线先熔融成金球，再挤入通孔230，然后金球与电极120会互相渗透并固定在一起。
43.导电块40具体还可采用如下的方式形成。先加热导电材料，使其软化，并利用挤压的方式将导电材料挤入通孔230内，待导电材料冷却固化后即形成导电块40。较佳地，导电块40的材料为金、银或铜等具有一定结构强度且易于导电的材料，利用上述工艺可在200℃
以下温度范围内作业，能够有效避免对芯片10造成损伤。
44.与传统技术中采用金丝连接芯片10的电极120相比，上述的芯片连接结构中，导电块40位于电路板20中，电路板20本身能够实现轻薄化，其尺寸小于传统技术中金丝必须存在的高度。具体而言，电路板20的尺寸可以降低至65μm，远小于金丝必须存在的高度80－100μm。另外，上述的芯片连接结构中，导电块40与电极120之间的连接长度不受金丝尺寸的约束，可以远大于传统技术中金丝与芯片10的连接长度8mm。因此，上述的芯片连接结构不但利于实现模组/封装类产品厚度减小，也利于增加与芯片10与导电线路201之间的电连接长度。
45.一较佳的实施方式中，导电块40采用wire bonding(引线键合)的方式在通孔230内形成。与传统技术中直接在电路板表面采用wire bonding方式将芯片与电路板连接相比，本实施例中，是在通孔230中采用wire bonding工艺植球，有效地利用了电路板20自身的厚度尺寸，利于实现模组/封装类产品厚度减小。
46.需要说明的是，上述实施例中，第一表面210、第二表面220和通孔230的内壁上分别设有焊盘。在其他的实施例中，也可以是第一表面210、第二表面220和通孔230中的任意一个或任意两个设置焊盘。例如，仅第一表面210上设有第一焊盘211，此时导电块40通过第一焊盘211与导电线路201连接。又例如，第一表面210上设有第一焊盘211，通孔230的内壁设有第三焊盘231，此时导电块40既通过第一焊盘211与导电线路201连接，也通过第三焊盘231与导电线路201连接。
47.如图3所示，为了保证稳定的连接效果，导电块40突出于第一表面210，且形成抵贴第一表面210的倒刺部410。具体实施时，倒刺部410以通孔230的中心线x为中心向四周延伸。这样，导电块40包括位于第一表面210上方的倒刺部410、位于通孔230中的嵌入部420，其中嵌入部420呈柱形，倒刺部410自嵌入部420沿嵌入部420的轴向延伸。沿通孔230的径向(也是嵌入部420的径向)，倒刺部410的横截面积s1大于嵌入部420的横截面积s2。倒刺部410可通过向通孔230内注入过量的导电材料后在第一表面210堆积而成。倒刺部410还可通过挤压方式向通孔230内挤入软化的导电材料时通过模具塑形而成。当导电材料固化形成导电块40后，结合图3和图2所示，导电块40勾住第一表面210且贴附于第一表面210上的第一焊盘211，能够避免导电块40在芯片10的带动下与第一表面210上的第一焊盘211脱离连接。此外，形成倒刺部410时温度较高，而导电块40突出于第一表面210，也使得芯片10距离倒刺部410较远，芯片10远离高温区域，能够有效避免对芯片10造成损伤。
48.本实施例中，导电块40突出于第一表面210，此时电路板20的尺寸指：在垂直于配合面110的方向上，倒刺部410的顶点距离电极120的尺寸。此时，在垂直于配合面110的方向上，电路板20的尺寸小于65μm，远小于金丝必须保留的高度尺寸80－100μm。
49.结合和图2和图4所示，为了更好地连接电路板20中的导电线路201与芯片10上的电极120，各焊盘上还设有导电镀层240。具体地，以第一表面210、第二表面220和通孔230的内壁上分别设有焊盘为例，第一焊盘211、第二焊盘221及第三焊盘231上分别覆盖有导电镀层240。导电镀层240起到保护第一焊盘211、第二焊盘221及第三焊盘231、避免它们氧化的目的。导电镀层240的导电材料的成分可以是金、银、镍钯金等，可以通过电镀、蒸镀等方式形成。
50.可以理解地，也可以择一地在第一焊盘211、第二焊盘221及第三焊盘231导电镀层
240。
51.在一实施方式中，第一表面210设有第一焊盘211，第二表面220设有第二焊盘221，通孔230的内壁设有第三焊盘231。此时，第三焊盘231上的导电镀层240将第一焊盘211和第二焊盘221连接一起，能够避免第一焊盘211和第二焊盘221翘起或脱落，从而保证导电块40与第一焊盘211和第二焊盘221的连接效果，保证芯片20与电路板20之间的连接效果。
52.为了方便导电块40将芯片10与电路板20连接。如图5所示，芯片10的配合面110与电路板20的第二表面220固定在一起。结合图3所示，当电路板20放置到芯片10上后，在植入导电块40之前，使芯片10的配合面110与电路板20的第二表面220固定在一起，实现芯片10与电路板20的预定位，从而利于后续导电块40的形成。
53.具体实施时，芯片10的配合面110与电路板20的第二表面220通过胶水50粘结，胶水50实现芯片10与电路板20的预定位，且在导电块40形成后继续使芯片10与电路板20保持可靠地的固定。
54.本实用新型的一实施例还提出一种电子设备，该电子设备包括上文中所述的根据本实用新型实施例的芯片连接结构。电子设备的类型不作具体限制。电子设备可以是包括传感器模组、cmp(chip multiprocessors，处理器)模组、摄像模组、其他芯片封装结构。
55.如图6所示，同时结合参考图2至图5，本实用新型的一实施例提出的电子设备，包括电路板20，电路板20上的芯片10包括第一芯片101和第二芯片102，其中第一芯片101和第二芯片102均通过上文中的芯片连接结构布置在电路板20的第二表面220上。由此，实现两个芯片互联的同时，也利于降低电子设备的厚度，电子设备能够实现轻薄化设计。
56.具体实施时，可在电路板20的第一表面210设置两处通孔230。第一芯片101通过第一个的通孔230中的一导电块40与电路板20中的导电线路201连接。第二芯片102通过第二个的通孔230中的一导电块40与电路板20中的导电线路201连接。
57.第一芯片101和第二芯片102可以是类型相同的芯片，也可以是类型不同的芯片。如第一芯片101和第二芯片102均为中央处理单元芯片或图形处理单元芯片；或第一芯片101和第二芯片102中的一个为中央处理单元芯片，另一个为图形处理单元芯片。
58.另外，需要说明，第一芯片101和第二芯片102也可以布置在电路板20的不同表面上。
59.图6示意了设置2个芯片时的情形。需要说明，芯片的数量也可以大于2个，即至少两个的芯片均设于电路板20且通过上述的芯片连接结构实现互联。
60.在上述实施方式的基础上，一个较佳的实施方式中，电路板20为柔性电路板，电路板20弯折并形成叠层，使得形成芯片叠层。如如图7所示意的，电路板20弯折后，4个芯片10层叠在一起，其中上下相邻2个芯片10背靠背的设置。这种方式，在实现多个芯片互联的同时，电路板20横向尺寸较小，节约了设备的横向空间。
61.另外，本实施例的电子设备，在实现两个芯片互联时，也可以是其中一个芯片的电极通过上述的导电块40与电路板连接，连接高度较低；另一个芯片采用传统的wire bonding工艺连接到该电路板。该电路板在电子设备中时，连接高度较低的芯片，可以放置在有其他元件干涉的位置，而另一个芯片则置于无其他元件干涉的位置。
62.本实用新型的另一实施例提出一种电子设备，包括上述的芯片连接结构、线路板，线路板与上述的芯片连接结构的电路板中的导电线路连接，从而实现与芯片的连接。在实
现与线路板连接的同时，芯片连接处高度较低，利于电子设备实现轻薄化设计。该线路板上可安装其他的元器件。该线路板可以硬质电路板或柔性电路板。
63.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。