本发明专利技术提供一种以硅片为基板的埋置微波多芯片多层互连封装结构及制作方法。其特征在于利用低成本的硅片作为芯片埋置基板，以引线键合植球技术制备金凸点，实现微波芯片间的短距离互连，以低介电常数的液态或胶状聚合物作为介质层，通过光刻、电镀、化学机械抛光等圆片级加工工艺相结合实现金属／有机聚合物的多层互连结构，以及有源器件和无源器件的系统集成。整个封装结构具有较高的封装集成度和较低的高频传输损耗。该结构在提高封装密度和集成度，降低封装成本的同时可以有效地集成多种功能器件单元，减小各元器件间的互连损耗，提高整个模块的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用多层互连技术实现的微波多芯片组件(Microwave Multi Chip Module,縮写为MMCM)硅基埋置型封装结构，属于微波器件封 装领域。
技术介绍
多芯片组件(MuW Chip Module,縮写为MCM)，是指将多个裸露或/和封 装的集成电路芯片以及单个或多个无源元器件，如电阻、电容、电感等，集 成到一个多层高密度基板上形成一个系统或功能模块的一种技术。MCM采用的是将裸芯片直接安装和连接到衬底基板上，芯片之间互连距 离短，降低了互连线上电感和阻抗，因而能在提高组装密度的同时，降低信 号的传输延迟时间，提高信号的传输速度，这有利于实现电子整机向功能化 集成方向发展。相对于传统的单芯片封装，MCM省去了单个IC芯片的封装 材料和工艺，而且组装电路的体积尺寸、焊点数量、1/0数等均可大为减小， 不仅节约了原材料，简化了制造工艺，而且极大地縮小了体积，减小了重量。 因此，MCM有利于实现电子设备的多功能、高速度、小型化和轻量化。微波 多芯片组件(Microwave Multi Chip Module,縮写为MMCM)则是一种应用 于高频领域的多芯片模块，通常包括若干个单片微波集成电路芯片 (Microwave Monolithic Integrated Circuit,縮写为MMIC)和多个无源元器件， 集成在一块基板上形成一个多功能系统或功能模块。由于MMCM提高了封装 密度和系统的功能，降低了封装成本，被广泛的运用于无线通信和雷达接受/ 发射组件当中，是高频系统级封装的发展主流。在MMCM中通常采用的芯片互连方式有:引线键合、载带自动焊、倒扣焊。 其中，引线键合是最成熟的一种互连方式，工艺成本低，操作简单，但是焊 丝长度、拱高和跨距、焊点位置和键合一致性和重复性等参数均对微波传输具有很大影响。载带自动焊技术自动化程度高、引线距离短、采用了扁平矩 形截面引线代替传统的圆形引线，使线间寄生电容和寄生电感大为减少，但 是每块芯片都需要根据要求设计专门的载带，生产成本和设备成本高，且不 适用于多层布线[邱颖霞.微波多芯片组件中的微连接.电子工艺技术,2005(26): 319-322;谢顺坤.当代多芯片组装技术.半导体光电，1996(17): 218-223]。倒扣焊技术互连距离短，减少了电阻和电感的干扰，有利于提高信 号的传输速度和完整性。倒装焊技术的缺点是: — 方面需要在芯片焊盘(PAD)上进行复杂的预处理，引入了更多的工艺步骤； 另一方面倒扣焊中MMIC芯片是正面朝下放置，背面不利于添加散热器，对于 大功率微波器件而言，散热不畅会产生过高的温度而影响MMIC芯片的性能； 再者采用倒装结构后，芯片正面和基板之间距离很近，MMIC芯片的电磁场和 基板电磁场有可能会发生相互干扰，从而影响芯片的性能。
技术实现思路
基于上述原有互连方式的缺点，本专利技术提供一种硅基埋置型微波多芯片 组件的多层互连封装结构及其制作方法。所提供的多层互连封装结构以带有 埋置腔体和接地屏蔽层的硅晶片作为基板，以引线键合机劈刀回压技术制备 的金凸点来实现层间互连，縮短了互连距离，以低介电常数有机聚合物作为 介质层材料，利用电镀和化学机械抛光相结合的方法制作出金属层和介质层 交替出现的多层互连结构，实现圆片级封装，有效地提高了封装密度和生产 效率，降低了成本。本专利技术所采取的技术方案是首先利用湿法(KOH或TMAH)腐蚀在硅 基板上形成埋置腔体，用于埋置微波芯片，此方法的技术优势有三点， 一是 降低成本，湿法腐蚀成本远远低于干法刻蚀；二是将芯片埋入硅基板内 使微波芯片的上表面与硅基板的上表面持平，利于后续圆片级工艺的实施，适用于批量生产；三是硅的热传导系数高且与MMIC芯片的热膨胀系数相匹配，有利于芯片的散热和热可靠性的提高。然后，在带有埋置腔体的硅基板上制 备接地屏蔽层，此方法将芯片有效地电磁隔离起来，解决了微波芯片在硅基 板应用中，损耗大的缺陷。第三步是微波芯片埋置、粘接以及金凸点的制备， 微波芯片是通过导电胶固定在硅基板的埋置腔内，使微波芯片背面良好接地。在芯片输入输出端的焊盘上通过引线键合机，植入金凸点，其尾丝通常保留5 微米到40微米，随后利用劈刀头回压焊技术将带有尾丝的金凸点压焊成具有 一定高度的圆柱状金凸点，来替代金丝连接，从而大大縮短了芯片间互连距 离，最大程度上减少了互连寄生效应，降低了损耗。随后第四步是在整个硅 晶片上涂覆液态或胶状聚合物，例如聚酰亚胺(PI)，苯并环丁稀 (Benzocyclobutene，简称BCB)等，经过固化后烘等工艺形成介质层。然后 利用化学机械抛光使芯片上的金凸点显露出来以实现芯片与外界信号的层间 垂直互连。随后利用光刻电镀等圆片级工艺形成层内无源器件与有源器件的 平面互连。重复金凸点层间互连、介质层制备和平面互连工艺步骤，可以实 现多层互连结构。在多层互连结构的最上层还可以制作微型天线或者通过表 面贴装工艺(SMT)集成一些分立元器件，实现模块的功能化。 本专利技术的具体工艺步骤如下(1) 首先利用热氧化的方法，在硅基板的正反面制备氧化硅层；(2) 以氧化硅为掩膜在硅基板的正面进行湿法腐蚀，形成具有一定深度的 埋置微波芯片用腔体；腔体的个数和大小、深度依所需埋置的微波芯 片而定；(3) 将硅基板正面用光刻胶保护，利用湿法腐蚀去除硅片背面的氧化硅层， 利于芯片散热；(4) 在硅基板正面溅射一层TiW/Au金属层，其中TiW层为粘附层，Au层 为种子层；(5) 利用喷胶机在Au层上喷涂光刻胶，经前烘，曝光，显影，形成所需 图形；(6) 电镀一定厚度的Au层，然后去除光刻胶，分别利用反镀和湿法腐蚀 的方法去除种子层金属和粘附层_金属，形成所需的接地屏蔽层图形和植球对准标记；；(7) 将芯片埋置在含有地层金属的硅基腔体内，利用导电胶粘接；(8) 利用引线键合机在芯片和地层上制备金凸点，并利用劈刀回压，将金 凸点压制为圆柱状；(9) 涂覆低介电常数的介质层，静置使其平坦化，后烘；(10) 利用机械抛光技术使金凸点显露，并控制介质层的厚度，实现层间 垂直互连；(11) 在介质层上溅射种子层金属，经涂胶、曝光、显影，形成所需布线 图形；(12) 电镀一定厚度的Au层，形成布线层然后去除光刻胶和种子层金属， 实现层内器件间的平面互连；(13) 至此完成一层介质层/金属互连结构，重复8—11步骤可以实现多层 互连结构。本专利技术的实际效果在圆片工艺的基础上实现了微波器件的硅基多芯片封 装，提高了微波器件封装的性能和可靠性，减低了封装的成本。采用引线键 合制备金凸点的方式实现芯片间的互连，有效的縮短了互连长度，降低了寄 生电感和电容，减少了信号传输延迟和能耗，且降低了互连电阻和封装尺寸; 采用在硅基板上制备地屏蔽层的方式，解决了微波芯片在硅基板应用中，损 耗大的缺陷。同时，硅基板与微波芯片热膨胀系数匹配，散热性能好，有效 的提高了封装结构的热可靠性。附图说明图1是含KOH腐蚀腔体阵列的硅基板正面俯视图。 图2是含腔体阵列和地层阵列的硅基板俯视图。图3是芯片埋置后，经过金凸点制备，介质层涂覆，以及芯片互连后的 封装结构俯视图。图4是采用湿法腐蚀制备硅基板和引线键合制备金凸点，实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅基埋置型微波多芯组件的多层互连封装结构，其特征在于所述的多层互连封装结构以带有埋置腔体和接地屏蔽层的硅晶片作为基板，以金凸点实现层间互连，金属层和介质层交替出现的多层互连结构，实现圆片级封装。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿菲，丁晓云，罗乐，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[]
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