一种多层堆叠微系统结构技术方案

本发明专利技术公开了一种多层堆叠微系统结构；包括硅片，所述硅片的中间内部固定镶嵌焊接有功能芯片，所述硅片的上部焊接有上盖硅片，所述上盖硅片的上表面贴装功率数字芯片，所述上盖硅片的上部还焊接安装有第一散热金属壳体，所述硅片的下部焊接有转接板，所述转接板的下部贴装有功率射频芯片，所述转接板的下部贴装连接有PCB板，所述PCB板的下表面固定贴装有第二散热金属壳体；本发明专利技术利用转接板工艺在模组的中间布置功能芯片，然后在功能芯片的两面布置功率数字芯片和功率射频芯片，在功率数字芯片和功率射频芯片的上面和下面各设置散热装置，使功率芯片的热能够及时散到终端上，避免模组温度升高。

【技术实现步骤摘要】
一种多层堆叠微系统结构
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种多层堆叠微系统结构。
技术介绍
毫米波射频技术在半导体行业发展迅速，其在高速数据通信、汽车雷达、机载导弹跟踪系统以及空间光谱检测和成像等领域都得到广泛应用，成为新兴产业。新的应用对产品的电气性能、紧凑结构和系统可靠性提出了新的要求，对于无线发射和接收系统，目前还不能集成到同一颗芯片上（SOC），因此需要把不同的芯片包括射频单元、滤波器、功率放大器等集成到一个独立的系统中实现发射和接收信号的功能。但是射频芯片和大功耗数字芯片都属于功率芯片，功率较高，需要专门的散热结构把芯片的热及时传导出去，如果模组结构中的功率芯片处于多层材质的包围中，热量的散失途径受阻，整个模组的内部就会工作温度过高，影响模组的寿命，因此需要在模组靠近射频芯片的最近的位置设置不同的散热装置，以便能及时把芯片的热量散出，给模组所有芯片健康的工作环境，然而市面上各种的半导体仍存在各种各样的问题。如授权公告号为CN110010491A所公开的一种多层堆叠射频微系统立方体结构的制作工艺，其虽然实现了通过键合工艺使射频模块多层堆叠，形成一个带有焊盘结构的立方体结构，该立方体可以方便射频模块的竖立安装，并能较简单的接水冷管道出入口，适应现场需求，但是并未解决现有半导体芯片的功率较高，需要专门的散热结构把芯片的热及时传导出去，如果模组结构中的功率芯片处于多层材质的包围中，热量的散失途径受阻，整个模组的内部就会工作温度过高，影响模组的寿命的问题，为此我们提出一种多层堆叠微系统结构。r>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层堆叠微系统结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多层堆叠微系统结构，包括硅片，所述硅片的中间内部固定镶嵌焊接有功能芯片，所述硅片的上部焊接有上盖硅片，所述上盖硅片的上表面贴装功率数字芯片，所述上盖硅片的上部还焊接安装有第一散热金属壳体，所述硅片的下部焊接有转接板，所述转接板的下部贴装有功率射频芯片，所述转接板的下部贴装连接有PCB板，所述PCB板上设有镶铜，所述PCB板的下表面固定贴装有第二散热金属壳体，所述硅片、所述上盖硅片和所述转接板的内部均镶嵌有TSV金属柱。优选的，多层堆叠微系统结构的制备步骤如下：S1、在所述硅片表面制作TSV盲孔，沉积钝化层，然后沉积种子层，电镀TSV金属，抛光硅片表面金属，得到带有所述TSV金属柱的所述硅片；S2、在所述TSV金属柱端面制作RDL和焊盘，然后对所述硅片的背面进行减薄使所述TSV金属柱底部露出沉积钝化层，抛光使所述TSV金属柱的端部露出；S3、在所述硅片表面刻蚀空腔，然后把所述功能芯片通过焊接或者胶粘的方式嵌入空腔中，在所述功能芯片和空腔之间的空隙填充胶体，然后在所述硅片表面制作RDL使所述TSV金属柱和所述功能芯片的所述焊盘互联；S4、重复S1-S3制作带有所述TSV金属柱的所述上盖硅片，利用晶圆键合工艺使所述硅片跟所述上盖硅片键合成第一模组，在第一模组的背面设置焊锡球，最后在模组的正面贴装所述功率数字芯片；S5、重复S1-S3制作带有所述TSV金属柱的所述转接板，在转接板表面设置铜核锡球，然后在所述铜核锡球表面贴装所述功率射频芯片得到第二模组；S6、通过芯片键合工艺把第一模组和第二模组焊接在一起得到第三模组，在第三模组顶部设置所述第一散热金属壳体，所述功率数字芯片和所述第一散热金属壳体通过导热硅脂连接，形成第四模组；S7、把第四模组通过表面贴装工艺贴在嵌有所述镶铜的所述PCB板上，在所述PCB板的背面贴装所述第二散热金属壳体，得到最终多层堆叠结构。优选的，所述TSV金属柱的端面均焊接有所述焊盘，所述焊盘均为焊锡盘。优选的，所述S1中的TSV盲孔是通过光刻或者刻蚀工艺在所述硅片表面制作TSV孔，所述TSV孔的孔直径范围在1um-1000um，深度在10um-1000um。优选的，所述S1中的硅片的加工过程如下：在所述硅片上方沉积氧化硅或者氮化硅绝缘层，或者直接热氧化，通过物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作沉积种子层。优选的，所述绝缘层厚度范围在10nm-100um之间，所述沉积种子层厚度范围在1nm-100um，所述沉积种子层至少设有一层，所述沉积种子层选用的金属材质是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡和镍中的一种。优选的，所述S1中的TSV盲孔在进行电镀填充的时候温度在200-500度，CMP工艺使所述硅片表面铜去除，使所述硅片表面只剩下填铜。优选的，所述S2中通过光刻电镀工艺在TSV开口端制作RDL和所述焊盘，以载片做支撑减薄硅片背面，减薄厚度在100nm-700um，减薄是直接在所述硅片背部做减薄处理，使TSV背面露头，对其背面进行钝化层覆盖，然后CMP使TSV金属露出。优选的，所述S3中用光刻或者干法刻蚀工艺在所述硅片背面刻蚀凹槽，所述凹槽宽度在1um-1000um，深度在10um-1000um。优选的，所述第一模组、所述第二模组和所述第三模组之间通过晶圆键合工艺进行固定连接，所述第一散热金属壳体和所述第二散热金属壳体均采用铜铝散热金属壳体，所述第一散热金属壳体和所述第二散热金属壳体上均设有散热翅。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用转接板工艺在模组的中间布置功能芯片，然后在功能芯片的两面布置功率数字芯片和功率射频芯片，在功率数字芯片和功率射频芯片的上面和下面各设置散热装置，使功率芯片的热能够及时散到终端上，避免模组温度升高。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的硅片开设有TSV盲孔的结构示意图；图3为本专利技术的硅片镶嵌TSV金属柱的结构示意图；图4为本专利技术的硅片镶嵌功能芯片的结构示意图；图5为本专利技术的转接板开设有TSV盲孔的结构示意图；图6为本专利技术的转接板镶嵌TSV金属柱和铜核锡球的结构示意图。图中：1、硅片；2、上盖硅片；3、功率数字芯片；4、第一散热金属壳体；5、转接板；6、PCB板；7、镶铜；8、第二散热金属壳体；9、TSV金属柱；10、焊锡球；11、铜核锡球；12、TSV盲孔；13、焊盘；14、功能芯片；15、胶体；16、功率射频芯片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-图6，本专利技术提供一种技术方案：一种多层堆叠微系统结构，包括硅片1，所述硅片1的中间内部固定镶嵌焊接有功能芯片14，所述硅片1的上部焊接有上盖硅片2，所述上盖硅片2的上表面贴装功率数字芯片3，所述上盖硅片2的上部还焊接安装有第一散热金属壳体4，所述硅片1的下部焊接有转接板5，所述转接板5的下部贴装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层堆叠微系统结构，包括硅片（1），其特征在于：所述硅片（1）的中间内部固定镶嵌焊接有功能芯片（14），所述硅片（1）的上部焊接有上盖硅片（2），所述上盖硅片（2）的上表面贴装功率数字芯片（3），所述上盖硅片（2）的上部还焊接安装有第一散热金属壳体（4），所述硅片（1）的下部焊接有转接板（5），所述转接板（5）的下部贴装有功率射频芯片（16），所述转接板（5）的下部贴装连接有PCB板（6），所述PCB板（6）上设有镶铜（7），所述PCB板（6）的下表面固定贴装有第二散热金属壳体（8），所述硅片（1）、所述上盖硅片（2）和所述转接板（5）的内部均镶嵌有TSV金属柱（9）。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层堆叠微系统结构，包括硅片（1），其特征在于：所述硅片（1）的中间内部固定镶嵌焊接有功能芯片（14），所述硅片（1）的上部焊接有上盖硅片（2），所述上盖硅片（2）的上表面贴装功率数字芯片（3），所述上盖硅片（2）的上部还焊接安装有第一散热金属壳体（4），所述硅片（1）的下部焊接有转接板（5），所述转接板（5）的下部贴装有功率射频芯片（16），所述转接板（5）的下部贴装连接有PCB板（6），所述PCB板（6）上设有镶铜（7），所述PCB板（6）的下表面固定贴装有第二散热金属壳体（8），所述硅片（1）、所述上盖硅片（2）和所述转接板（5）的内部均镶嵌有TSV金属柱（9）。


2.根据权利要求1所述的一种多层堆叠微系统结构，其特征在于：多层堆叠微系统结构的制备步骤如下：
S1、在所述硅片（1）表面制作TSV盲孔（12），沉积钝化层，然后沉积种子层，电镀TSV金属，抛光硅片表面金属，得到带有所述TSV金属柱（9）的所述硅片（1）；
S2、在所述TSV金属柱（9）端面制作RDL和焊盘（13），然后对所述硅片（1）的背面进行减薄使所述TSV金属柱（9）底部露出沉积钝化层，抛光使所述TSV金属柱（9）的端部露出；
S3、在所述硅片（1）表面刻蚀空腔，然后把所述功能芯片（14）通过焊接或者胶粘的方式嵌入空腔中，在所述功能芯片（14）和空腔之间的空隙填充胶体（15），然后在所述硅片（1）表面制作RDL使所述TSV金属柱（9）和所述功能芯片（14）的所述焊盘（13）互联；
S4、重复S1-S3制作带有所述TSV金属柱（9）的所述上盖硅片（2），利用晶圆键合工艺使所述硅片（1）跟所述上盖硅片（2）键合成第一模组，在第一模组的背面设置焊锡球（10），最后在模组的正面贴装所述功率数字芯片（3）；
S5、重复S1-S3制作带有所述TSV金属柱（9）的所述转接板（5），在转接板（5）表面设置铜核锡球（11），然后在所述铜核锡球（11）表面贴装所述功率射频芯片（16）得到第二模组；
S6、通过芯片键合工艺把第一模组和第二模组焊接在一起得到第三模组，在第三模组顶部设置所述第一散热金属壳体（4），所述功率数字芯片（3）和所述第一散热金属壳体（4）通过导热硅脂连接，形成第四模组；
S7、把第四模组通过表面贴装工艺贴在嵌有所述镶铜（7）的所述PCB板（6）上，在所述PCB板（6）的背面贴装所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯光建，黄雷，高群，
申请(专利权)人：浙江集迈科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33