一种可重构三维微系统封装结构及封装方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可重构三维微系统封装结构及封装方法，通过将可重构三维微系统封装结构的内部分为若干个相互电信号连通的二维子系统模块，并分别在二维子系统模块内设置包括有侧面互连部、面内通孔互连部和面内垂直互连部的测试互连结构，相邻的二维子系统模块通过各自的测试互连结构相连接实现电信号连接；且二维子系统模块可通过该测试互连结构进行独立测试和筛选，成为已知好的二维子系统模块，提高了三维微系统架构自由度和各子模块可测性，可避免子系统模块早期失效导致整个三维微系统无法使用，简单一体化设计不能兼顾通用性和特殊应用、高成本长周期微系统开发不匹配应用需求演进等问题，体现综合电子微系统的三维可重构要求。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构三维微系统封装结构及封装方法
本专利技术属于微电子封装领域，尤其涉及一种可重构三维微系统封装结构及封装方法。
技术介绍
基于对未来信息化模式、信息化电子装备发展趋势和微纳电子技术发展趋势的判断，集成微系统技术的迅速发展，催生了将信号感知、信号传输、信号处理、信令执行和赋能功能与架构、算法相结合的微系统技术。以膜集成电路基板(如HTCC、LTCC、薄膜等)、金属基高导热集成电路基板为载体，多种芯片三维封装集成是实现高可靠微系统的重要技术途径之一。但是由于微系统需求产品功能组合多样、升级迅速、可靠性高等特点，这就必须提高三维微系统架构自由度和各子模块可测性，避免子系统模块早期失效导致整个综合电子微系统无法使用，简单一体化设计不能兼顾通用性和特殊应用、高成本长周期微系统开发不匹配应用需求演进等问题。美国专利局公开的US2013/0171752A1中，提出了一种基于圆片的三维封装模块制造方法，该方法第一层子模块采用芯片与印制线板间的组装或芯片直接通过半导体工艺形成再分布线路层、模塑成型，然后在第一层子模块上依次第二层子模块组装、模塑成型，最后通过侧面互连从而实现三维封装叠层的小型化和集成化。但是该方法一方面基于圆片的半导体工艺，制备工艺复杂且成本高昂，受制于半导体封测限制无法进行模块级全参数电测试和可靠性筛选，较难满足三维微系统架构自由度和各子模块可测性要求；另外，三维叠层间采用有机或硅材料，而非金属基高导热材料，较难满足数字、模拟与射频混合微系统的隔离屏蔽和大功率散热要求。
技术实现思路
r>本专利技术要解决的技术问题是提供一种可重构三维微系统封装结构及封装方法，以解决现有三维微系统架构中的子模块无法独立测试，子系统模块早期失效导致整个三维微系统无法使用的问题。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：本专利技术的一种可重构三维微系统封装结构，包括：至少两个二维子系统模块、三维封装层，所述二维子系统模块依次堆叠且电信号互通；所述三维封装层设于堆叠的所述二维子系统模块上，用于封装堆叠的所述二维子系统模块，所述三维封装层的外表面设有表面金属化导体布线层；所述二维子系统模块包括芯片载体、转接板、至少两个芯片、与所述芯片一一对应的测试互连结构、二维封装层；所述转接板设于所述芯片载体上；所述芯片均设于所述转接板上，并通过所述转接板形成电信号连接；所述测试互连结构均设于所述芯片载体上并与所述表面金属化导体布线层电信号连接，且每一所述测试互连结构均与相对应的所述芯片电信号连接，用于测试相对应的所述芯片；相互堆叠的所述测试互连结构电信号连接，用于实现相互堆叠的所述二维子系统模块之间的电信号互通；所述二维封装层设于所述芯片载体上，用于封装所述芯片载体、转接板、芯片和测试互连结构；所述测试互连结构包括侧面互连部、面内通孔互连部、面内垂直互连部；所述芯片载体上开有与所述面内垂直互连部相对应的第一通孔，所述面内垂直互连部设于所述容置通孔内；所述二维封装层内开有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述面内通孔互连部设于所述第二通孔内；所述二维封装层内还开有与所述第二通孔和所述三维封装层相连通的第三通孔，所述侧面互连部设于所述第三通孔内；所述芯片、所述转接板、所述面内垂直互连部、所述面内通孔互连部、所述侧面互连部和所述表面金属化导体布线层依次电信号连接。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，所述面内垂直互连部包括信号传输金属通柱和绝缘介质；所述绝缘介质环设于所述信号传输金属通柱的周侧，且所述绝缘介质的外侧面连接于所述第一通孔的内壁面；所述信号传输金属通柱分别与所述转接板和所述面内通孔互连部电信号连接。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，所述二维子系统模块还包括与所述面内垂直互连部相对应的键合线，所述键合线的两端分别连接所述转接板和所述面内垂直互连部，用于实现所述转接板和所述面内垂直互连部之间的电信号连接。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，所述芯片载体为金属基芯片载体。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，所述二维子系统模块还包括与所述面内垂直互连部相对应的引脚，所述引脚电信号连接于所述面内垂直互连部的下端面；所述二维子系统模块叠构时，上方的所述二维子系统模块的引脚与下方的所述二维子系统模块的侧面互连部电信号连接，以实现上下两个所述二维子系统模块的电信号互通。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，所述二维子系统模块还包括热沉和与所述芯片一一对应的散热片；所述热沉嵌设于所述二维封装层；所述散热片的一端设置于相对应的所述芯片上，且所述散热片的另一端与所述热沉相连。本专利技术的可重构三维微系统封装结构，叠构的两个所述二维子系统模块之间还设有隔片；所述隔片的上表面贴合于上方的所述二维子系统模块的芯片载体；所述隔片的下表面贴合于所述二维子系统模块的热沉。本专利技术的一种可重构三维微系统封装结构的封装方法，用于生产上述任意一项所述的可重构三维微系统封装结构，具体步骤如下：S1：提供一所述芯片载体，在所述芯片载体上开设至少两个所需的所述第一通孔，并在所述第一通孔内设置所述面内垂直互连部；在所述芯片载体表面使用薄膜沉积设备和图形电镀设备进行金属化层制备；S2：提供一转接板，所述转接板表面使用薄膜沉积设备和图形电镀设备进行金属化层制备并分别与所述芯片构成相对应的子系统功能电路单元；并在所述转接板上，使用低温钎焊工艺或粘接工艺安装所述芯片；S3：在所述芯片载体上，使用低温钎焊工艺或粘接工艺安装所述转接板，并使用球焊或楔焊的引线键合工艺完成所述转接板和所述面内垂直互连部之间的电信号连接；S4：使用真空灌封工艺及设备对所述芯片载体上的组装体进行所述二维封装层的成型；使用深紫外激光加工设备在所述二维封装层上分别加工所述第二通孔和所述第三通孔；使用薄膜沉积设备和图形电镀设备在所述第二通孔和所述第三通孔内分别形成所述面内通孔互连部和所述面内垂直互连部；再对所述二维封装层的顶面和侧面进行抛光和喷砂处理；S5：通过所述面内垂直互连结进行全参数电测试以及高低温筛选等试验，得到所述二维子系统模块。S6：重复步骤S1至步骤S5，得到若干所需的所述二维子系统模块；并进行封装体与封装贴间对位贴装，且对位贴装的所述二维子系统模块中，上方的所述二维子系统模块的面内垂直互连部与下方的所述二维子系统模块的侧面互连部电信号连接；S7：使用真空灌封工艺及设备对步骤S6中的多个所述子系统模块的组装体进行二次低应力三维封装层成型；然后，对所述三维封装层的顶面和侧面进行抛光和喷砂处理；使用化学镀和电镀形成所述三维封装层的所述表面金属化导体布线层；然后，通过深紫外加工工艺及设备对所述表面金属化导体布线层进行激光雕刻，形成所需的电连接通路；S8：通过下方的所述二维子系统模块的面内垂直互连部进行全参数电测试以及高低温筛选等试验，得到所需的可重构三维微系统封装结构。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1、本专利技术一实施例通过将可重构三维微系统封装结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构三维微系统封装结构，其特征在于，包括：/n至少两个二维子系统模块、三维封装层，所述二维子系统模块依次堆叠且电信号互通；所述三维封装层设于堆叠的所述二维子系统模块上，用于封装堆叠的所述二维子系统模块，所述三维封装层的外表面设有表面金属化导体布线层；/n所述二维子系统模块包括芯片载体、转接板、至少两个芯片、与所述芯片一一对应的测试互连结构、二维封装层；/n所述转接板设于所述芯片载体上；所述芯片均设于所述转接板上，并通过所述转接板形成电信号连接；所述测试互连结构均设于所述芯片载体上并与所述表面金属化导体布线层电信号连接，且每一所述测试互连结构均与相对应的所述芯片电信号连接，用于测试相对应的所述芯片；相互堆叠的所述测试互连结构电信号连接，用于实现相互堆叠的所述二维子系统模块之间的电信号互通；所述二维封装层设于所述芯片载体上，用于封装所述芯片载体、转接板、芯片和测试互连结构；/n所述测试互连结构包括侧面互连部、面内通孔互连部、面内垂直互连部；所述芯片载体上开有与所述面内垂直互连部相对应的第一通孔，所述面内垂直互连部设于所述容置通孔内；所述二维封装层内开有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述面内通孔互连部设于所述第二通孔内；所述二维封装层内还开有与所述第二通孔和所述三维封装层相连通的第三通孔，所述侧面互连部设于所述第三通孔内；所述芯片、所述转接板、所述面内垂直互连部、所述面内通孔互连部、所述侧面互连部和所述表面金属化导体布线层依次电信号连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可重构三维微系统封装结构，其特征在于，包括：
至少两个二维子系统模块、三维封装层，所述二维子系统模块依次堆叠且电信号互通；所述三维封装层设于堆叠的所述二维子系统模块上，用于封装堆叠的所述二维子系统模块，所述三维封装层的外表面设有表面金属化导体布线层；
所述二维子系统模块包括芯片载体、转接板、至少两个芯片、与所述芯片一一对应的测试互连结构、二维封装层；
所述转接板设于所述芯片载体上；所述芯片均设于所述转接板上，并通过所述转接板形成电信号连接；所述测试互连结构均设于所述芯片载体上并与所述表面金属化导体布线层电信号连接，且每一所述测试互连结构均与相对应的所述芯片电信号连接，用于测试相对应的所述芯片；相互堆叠的所述测试互连结构电信号连接，用于实现相互堆叠的所述二维子系统模块之间的电信号互通；所述二维封装层设于所述芯片载体上，用于封装所述芯片载体、转接板、芯片和测试互连结构；
所述测试互连结构包括侧面互连部、面内通孔互连部、面内垂直互连部；所述芯片载体上开有与所述面内垂直互连部相对应的第一通孔，所述面内垂直互连部设于所述容置通孔内；所述二维封装层内开有与所述第一通孔连通的第二通孔，所述面内通孔互连部设于所述第二通孔内；所述二维封装层内还开有与所述第二通孔和所述三维封装层相连通的第三通孔，所述侧面互连部设于所述第三通孔内；所述芯片、所述转接板、所述面内垂直互连部、所述面内通孔互连部、所述侧面互连部和所述表面金属化导体布线层依次电信号连接。


2.如权利要求1所述的可重构三维微系统封装结构，其特征在于，所述面内垂直互连部包括信号传输金属通柱和绝缘介质；所述绝缘介质环设于所述信号传输金属通柱的周侧，且所述绝缘介质的外侧面连接于所述第一通孔的内壁面；所述信号传输金属通柱分别与所述转接板和所述面内通孔互连部电信号连接。


3.如权利要求1所述的可重构三维微系统封装结构，其特征在于，所述二维子系统模块还包括与所述面内垂直互连部相对应的键合线，所述键合线的两端分别连接所述转接板和所述面内垂直互连部，用于实现所述转接板和所述面内垂直互连部之间的电信号连接。


4.如权利要求1所述的可重构三维微系统封装结构，其特征在于，所述芯片载体为金属基芯片载体。


5.如权利要求1所述的可重构三维微系统封装结构，其特征在于，所述二维子系统模块还包括与所述面内垂直互连部相对应的引脚，所述引脚电信号连接于所述面内垂直互连部的下端面；所述二维子系统模块叠构时，上方的所述二维子系统模块的引脚与下方的所述二维子系统模块的侧面互连部电信号连接，以实现上下两个所述二维子系统模块的电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈靖，丁蕾，刘凯，任卫朋，李虎，王立春，赵涛，宋晓东，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31