一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，涉及微波微電子封裝領(lǐng)域。自下而上包括底層硅片、MMIC芯片、頂層硅片、ASIC芯片；底層硅片上腐蝕有芯片安裝槽，并在表面電鍍第一金屬層，MMIC芯片通過導(dǎo)電膠層粘結(jié)在芯片安裝槽底部，在MMIC芯片的上表面與底層硅片的上表面上依次生長(zhǎng)有密封保護(hù)層、第二金屬層、第一阻焊層，頂層硅片底部與底層硅片的芯片安裝槽對(duì)應(yīng)位置腐蝕有底部凹槽，底層硅片和頂層硅片對(duì)應(yīng)位置均刻蝕有焊球凸點(diǎn)電極，頂層硅片的第三阻焊層刻蝕有金屬電極，ASIC芯片焊接在頂層硅片的金屬電極上。通過采用硅腔結(jié)構(gòu)和苯并環(huán)丁烯二次布線，以圓片級(jí)方式完成三維微波多芯片組件的工藝生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】
一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及微波微電子封裝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微波毫米波技術(shù)的發(fā)展，小型化、集成化和多功能成為射頻微波組件的發(fā)展 方向。小型化、集成化的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1)開發(fā)多功能芯片，能夠?qū)ǖ?噪聲放大器、驅(qū)動(dòng)放大器、混頻器、濾波器、開關(guān)、數(shù)控衰減器、數(shù)控移相器等微波功能單元 集成在一個(gè)微波單片集成電路(MMIC)上，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，但該方式不能實(shí)現(xiàn)不同材 質(zhì)芯片的功能集成。（2)采用三維系統(tǒng)集成方案，將組件中的大規(guī)模集成電路(ASIC)和不同 材質(zhì)的MMIC等放置在不同層，然后采用垂直互聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)三維微波多芯片組件。
[0003] 目前的三維微波多芯片組件技術(shù)是先將MMIC和ASIC等芯片和其他片式元件高密 度組裝在LTCC多層基板或薄膜多層微波互聯(lián)基板上，形成2D多芯片模塊，再采用毛紐扣或 絕緣子等互聯(lián)技術(shù)，在Z軸方向上將不同功能的多芯片模塊層疊互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多層垂直互聯(lián)結(jié) 構(gòu)，形成三維微波多芯片組件。這種三維微波多芯片組件存在以下劣勢(shì)：
[0004] (1)需要對(duì)大量毛紐扣進(jìn)行精確的定位和互聯(lián)，給裝配帶來(lái)了很大的難度。
[0005] (2)需要裝配到金屬盒體中，采用錫封或激光封焊的方式達(dá)到密封效果，這種封帽 方式對(duì)焊縫的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)非常敏感，封帽難度大。
[0006] (3)目前的三維微波多芯片組件需要對(duì)每個(gè)組件個(gè)體進(jìn)行單獨(dú)裝配，生產(chǎn)效率低 下，不適合批量化生產(chǎn)。
[0007] (4)目前的三維微波多芯片組件采用金屬隔墻解決高增益放大鏈路和多通道組件 的電磁兼容問題，技術(shù)難度大，增加組件體積。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，采用 帶凹槽的硅基蓋板和金屬凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)微腔結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ξ⒉ㄐ酒M(jìn)行單獨(dú)的電磁屏蔽;采用 硅腔結(jié)構(gòu)和苯并環(huán)丁烯二次布線，以圓片級(jí)方式完成三維微波多芯片組件的工藝生產(chǎn)，在 解決組件裝配難度和密封問題的基礎(chǔ)上，提高了生產(chǎn)效率。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種新型三維微波多芯 片組件結(jié)構(gòu)，自下而上包括底層硅片、MMIC芯片、頂層硅片、ASIC芯片;所述底層硅片上腐蝕 有芯片安裝槽，并在表面電鍍第一金屬層，MMIC芯片通過導(dǎo)電膠層粘結(jié)在芯片安裝槽底部， 且MMIC芯片的上表面與底層硅片的上表面在同一平面，在MMIC芯片的上表面與底層硅片的 上表面上依次生長(zhǎng)有密封保護(hù)層、第二金屬層、第一阻焊層，所述頂層硅片底部與底層硅片 的芯片安裝槽對(duì)應(yīng)位置腐蝕有底部凹槽，所述頂層硅片下表面依次生長(zhǎng)有第三金屬層、第 二阻焊層;頂層硅片上表面依次生長(zhǎng)有第四金屬層、第三阻焊層;所述頂層硅片內(nèi)刻蝕有連 通第四金屬層和第三金屬層的硅通孔，所述底層硅片和頂層硅片對(duì)應(yīng)位置均刻蝕有焊球凸 點(diǎn)電極，并通過焊料將底層硅片和頂層硅片對(duì)應(yīng)位置的焊球凸點(diǎn)電極焊接連接;所述頂層 硅片的第三阻焊層刻蝕有金屬電極，ASIC芯片焊接在頂層硅片的金屬電極上。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述芯片安裝槽的腐蝕深度為?οομπι，所述頂層硅片底 部凹槽的腐蝕深度為250μπι。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述密封保護(hù)層、第一阻焊層、第二阻焊層和第三阻焊 層的材質(zhì)均為苯并環(huán)丁烯或聚酰亞胺。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述密封保護(hù)層的厚度為20~30μπι，所述第一阻焊層、第 二阻焊層和第三阻焊層的厚度均為5μπι。
[0013] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本實(shí)用新型通過采用硅腔結(jié)構(gòu)和苯 并環(huán)丁烯二次布線工藝，以圓片級(jí)方式完成三維微波多芯片組件的工藝生產(chǎn)，在解決組件 裝配難度和密封問題的基礎(chǔ)上，提高了生產(chǎn)效率。通過采用帶凹槽的硅基蓋板和金屬凸點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)微腔結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ξ⒉ㄐ酒M(jìn)行單獨(dú)的電磁屏蔽，解決多芯片組件中高增益鏈路及通 道間的電磁兼容難題。此結(jié)構(gòu)可采用半導(dǎo)體工藝和全自動(dòng)微組裝工藝進(jìn)行生產(chǎn)，提高復(fù)雜 組件的生產(chǎn)效率和成品率。同時(shí)，將控制芯片和微波芯片采用三維堆疊的方式進(jìn)行集成，提 高系統(tǒng)集成度，降低組件體積。
【附圖說(shuō)明】

[0014] 圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型底層娃片上的電路布局不意圖；
[0016]圖3是頂層硅片結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0017] 其中，1底層硅片，2 MMIC芯片，3焊球凸點(diǎn)電極，4頂層硅片，5硅通孔，6 ASIC芯片， 7第一阻焊層，8第二金屬層，9密封保護(hù)層，10導(dǎo)電膠層，11第一金屬層，12第三金屬層，13第 二阻焊層，14第四金屬層，15第三阻焊層，16底部凹槽，17金屬電極。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019] 如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，自下而上包括 底層硅片1、MMIC芯片2、頂層硅片4、ASIC芯片6;所述底層硅片1上腐蝕有芯片安裝槽，并在 表面電鍍第一金屬層11，MMIC芯片2通過導(dǎo)電膠層10粘結(jié)在芯片安裝槽底部，且MMIC芯片2 的上表面與底層硅片1的上表面在同一平面，在MMIC芯片2的上表面與底層硅片1的上表面 上依次生長(zhǎng)有密封保護(hù)層9、第二金屬層8、第一阻焊層7,所述頂層硅片4底部與底層硅片1 的芯片安裝槽對(duì)應(yīng)位置腐蝕有底部凹槽16,所述頂層硅片4下表面依次生長(zhǎng)有第三金屬層 12、第二阻焊層13;頂層硅片4上表面依次生長(zhǎng)有第四金屬層14、第三阻焊層15;所述頂層硅 片4內(nèi)刻蝕有連通第四金屬層14和第三金屬層12的硅通孔5,所述底層硅片1和頂層硅片4對(duì) 應(yīng)位置均刻蝕有焊球凸點(diǎn)電極3,并通過焊料將底層硅片1和頂層硅片4對(duì)應(yīng)位置的焊球凸 點(diǎn)電極3焊接連接;所述頂層硅片4的第三阻焊層15刻蝕有金屬電極17，ASIC芯片6焊接在頂 層娃片4的金屬電極17上。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述芯片安裝槽的腐蝕深度為100μπι，所述頂層硅片4底部 凹槽16的腐蝕深度為250μπι。
[0021] 進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述密封保護(hù)層9、第一阻焊層7、第二阻焊層13和第三阻 焊層15的材質(zhì)均為苯并環(huán)丁烯或聚酰亞胺。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述密封保護(hù)層9的厚度為20~30μπι，所述第一阻焊層7、第 二阻焊層13和第三阻焊層15的厚度均為5μπι。
[0023] 如圖1所示，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)主要由兩層硅片、苯并環(huán)丁烯介質(zhì)和焊球凸點(diǎn)電極 構(gòu)成，其中，底層硅片1采用MEMS體硅工藝加工芯片安裝槽，槽深100μπι，為微波毫米波MMIC 芯片2提供支撐;頂層硅片4在微波毫米波芯片2上方對(duì)應(yīng)位置腐蝕底部凹槽，槽深250μπι，同 時(shí)加工硅通孔5,表面局部金屬化，通過焊球凸點(diǎn)電極3和苯并環(huán)丁烯頂層的金屬化圖形進(jìn) 行焊接，實(shí)現(xiàn)垂直互聯(lián)和電磁屏蔽，頂層硅片4上方為BGA封裝或晶圓級(jí)封裝的ASIC芯片6。
[0024] 如圖2所示，本實(shí)用新型底層硅片上的電路布局示意圖，微波單片集成電路通過導(dǎo) 電膠10粘結(jié)到底層硅片1基板上，粘結(jié)后微波毫米波單片集成電路上表面和底層硅片1基板 上表面齊平;然后涂覆苯并環(huán)丁烯，厚度為20~30μπι，對(duì)裸芯片形成密封保護(hù)，通過在苯并環(huán) 丁烯上刻蝕出通孔，暴露出微波毫米波單片集成電路的I/O端口，通過金屬化形成表面金屬 化層完成二次布線;再涂覆一層苯并環(huán)丁烯來(lái)實(shí)現(xiàn)阻焊，通過刻蝕暴露出焊球凸點(diǎn)的電極。
[0025] 如圖3所示，頂層硅片基蓋板在對(duì)應(yīng)微波毫米波芯片2的上方采用MEMS體硅工藝腐 蝕底部凹槽16,以消除蓋板對(duì)底層微波芯片性能的影響；在腐蝕凹槽之后刻蝕TSV通孔，然 后正反面進(jìn)行金屬化處理，形成金屬化圖形。完成硅基片的加工后，對(duì)硅基片正反兩個(gè)面分 別進(jìn)行二次布線處理，其中頂層首先涂覆一層苯并環(huán)丁烯或聚酰亞胺，介質(zhì)厚度為5μπι，然 后通過刻蝕介質(zhì)層，金屬化后形成二次布線圖形;底層首先涂覆一層苯并環(huán)丁烯或聚酰亞 胺，介質(zhì)厚度為5wii，刻蝕出焊球凸點(diǎn)電極，在焊球凸點(diǎn)電極上進(jìn)行植球回流，形成焊球凸 點(diǎn)，凸點(diǎn)焊料為PbSn。
[0026] 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的底層硅片為微波芯片的支撐層，頂層硅片為蓋板，頂層蓋板和 PbSn焊球構(gòu)成微型腔體結(jié)構(gòu)，對(duì)微波毫米波芯片形成電磁屏蔽，同時(shí)為頂層的控制芯片提 供支撐及和底層硅片的互聯(lián)。工序包含MEMS體硅工藝、微組裝工藝和半導(dǎo)體光刻工藝等主 要流程，工藝流程和常規(guī)半導(dǎo)體工藝相兼容，采用全自動(dòng)設(shè)備完成晶圓級(jí)裝配后進(jìn)行分片， 完成批量的組件生產(chǎn)。主要工藝流程設(shè)計(jì)如下：
[0027] 1、底層硅片的制作工藝步驟：
[0029] 2、頂層硅片的制作工藝步驟：
[0031] 3、底層硅片與頂層硅片組裝的制作工藝步驟：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，其特征在于：自下而上包括底層硅片（1)、MMIC 芯片（2)、頂層硅片(4)、ASIC芯片(6);所述底層硅片（1)上腐蝕有芯片安裝槽，并在表面電 鍍第一金屬層（11)，MMIC芯片（2)通過導(dǎo)電膠層（10)粘結(jié)在芯片安裝槽底部，且MMIC芯片 (2)的上表面與底層硅片（1)的上表面在同一平面，在MMIC芯片（2)的上表面與底層硅片（1) 的上表面上依次生長(zhǎng)有密封保護(hù)層(9)、第二金屬層(8)、第一阻焊層(7)，所述頂層硅片(4) 底部與底層硅片（1)的芯片安裝槽對(duì)應(yīng)位置腐蝕有底部凹槽(16)，所述頂層硅片(4)下表面 依次生長(zhǎng)有第三金屬層（12)、第二阻焊層（13);頂層硅片(4)上表面依次生長(zhǎng)有第四金屬層 (14)、第三阻焊層（15);所述頂層硅片(4)內(nèi)刻蝕有連通第四金屬層（14)和第三金屬層（12) 的硅通孔(5)，所述底層硅片（1)和頂層硅片(4)對(duì)應(yīng)位置均刻蝕有焊球凸點(diǎn)電極(3)，并通 過焊料將底層硅片（1)和頂層硅片(4)對(duì)應(yīng)位置的焊球凸點(diǎn)電極(3)焊接連接;所述頂層硅 片(4)的第三阻焊層（15)刻蝕有金屬電極（17)，ASIC芯片(6)焊接在頂層硅片(4)的金屬電 極（17)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述芯片安 裝槽的腐蝕深度為100μπι，所述頂層硅片(4)底部凹槽(16)的腐蝕深度為250μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述密封保 護(hù)層(9)、第一阻焊層(7)、第二阻焊層（13)和第三阻焊層（15)的材質(zhì)均為苯并環(huán)丁烯或聚 酰亞胺。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型三維微波多芯片組件結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述密封保 護(hù)層(9)的厚度為20~30μπι，所述第一阻焊層(7)、第二阻焊層（13)和第三阻焊層（15)的厚度 均為5μηι。
【文檔編號(hào)】H01L25/16GK205723525SQ201620673060
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】趙永志, 王紹東, 王志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所