[发明专利]射频微系统封装模块及其制造方法

说明书

本发明提供一种射频微系统封装模块及其制造方法，涉及包括无线通讯射频前端模块等高密度微系统芯片封装应用领域，所述射频微系统封装模块，包括：一个含有第一半导体器件层的第一晶片，一个堆叠于所述第一晶片之上并被之包含的含有第二半导体器件层的第二晶片，一个将第一晶片和第二晶片实现电学耦合的第一组晶片间互连线，以及置于第一晶片上包围第二晶片的第一介质填充片体，本发明通过晶片垂直堆叠和电学互连，缩小了该射频微系统封装模块的封装尺度，并提高其电学性能。

技术领域

本发明提供一个射频微系统封装模块及其制造方法，尤其涉及一种应用于无线射频前端的射频微系统封装模块及其制造方法。

背景技术

当今，高密度、高性能、低功耗、低成本的多半导体晶片及器件微系统封装，已经成为现代集成电路芯片产品的系统设计与加工制造的核心，尤其是针对移动通讯终端、便携电子、物联网终端应用的需要。

以广泛应用于无线通讯智能终端，如智能手机的射频前端模块为例。装置于各类无线通信终端系统的射频前端模块，是实现整个无线通讯智能终端最前端的射频信号接收与发射功能的核心系统，通常是由射频开关、滤波器、功率放大器、逻辑控制器和电源管理器等多个有源器件(也称半导体晶片，通常包含有不同种类的半导体晶体管)，以及多个无源器件(如电阻、电容等被动器件以及射频滤波器)组成，通过将这些有源器件和无源器件的晶片(dies)，粘接在一个电路板并通过焊线(wire bonding)或倒装芯片(flip chip)等手段，实现系统封装并实现微系统集成。

由于其各自基本功能和技术要求的巨大差别，这些有源器件和无源器件往往分别采用不同材料和尺寸的衬底晶圆，以及截然不同的晶圆工艺来加工完成。例如，射频开关可以选用硅基SOI衬底CMOS晶体管，凭借氧化硅底部绝缘层及其上的超薄硅半导体层，来实现良好的插入损失和信号绝缘性能；此外，接触式或电容式MEMS开关，也是可能的射频开关技术方案。相比之下，射频功率放大器则通常采用砷化镓或氮化镓等化合物半导体衬底晶圆，利用他们的高耐压、低导通电阻的特种晶体管(如HBT或p-HEMT晶体管)，来实现所需的高性能信号放大功能。此外，包括射频滤波器在内的各种射频无源器件，则通常采用具有较高绝缘性能的特种硅或介质衬底晶圆，加工制造成晶片上集成的电容、电阻以及射频震荡器件，包括体声波和面声波震荡MEMS器件。同时，作为系统的控制中枢的射频前端控制器和电源管理器，出于成本和速度等因素的考虑，通常是采用体硅衬底晶圆加工成的CMOS逻辑和混合信号以及高压CMOS晶片。

传统的射频前端模块设计和系统封装加工制造，通常是借助一个或多个介质基板(即常说的印刷电路板)，完成上述各个晶片的系统集成，也就是采用晶片级(die level)系统封装加工与测试的模式来完成；相比之下，晶片级系统封装加工与测试加工效率较低、成本较昂贵。同时，基于焊线的晶片间互连线往往过长、信号保真和抗干扰性差、一致性欠佳，同时不利于降低功耗，也约束封装后整个模块尺寸缩小空间。

此外，由于现代射频前端系统中的SOI射频开关及其片上射频信号传输线器件，为了消除衬底对场效应MOS和波导互连件的耦合效应以及谐波畸变影响，往往需要采用基于高阻值或陷阱丰富(Trap rich)硅衬底的特种SOI晶圆来加工。然而，制备高阻值或陷阱丰富的特种SOI晶圆，自身的加工复杂、成本昂贵，从而进一步增加了射频前端模块成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种射频微系统封装模块及其制造方法，提供了一个既能够在晶圆片上实现多个异质晶片的高效率、低成本和高一致性系统集成和互连，也能同步消除SOI衬底耦合效应以及谐波畸变影响的圆片级系统封装和测试技术方案。

为了克服目前存在的问题，本发明提供一个射频微系统封装模块，包括：一种射频微系统封装模块，包括：

第一晶片，具有相对的第一晶片正面和第一晶片背面，作为所述射频微系统封装模块的基板，包含第一半导体器件层、构置于第一半导体器件层上的第一射频晶体管以及构置于第一射频晶体管和第一晶片背面间的第一晶体管底部介质层；