[发明专利]硅基集成微系统三维堆叠结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波和微电子封装技术领域，特别是涉及一种硅基集成微系统三维堆叠结构及其制作方法。

背景技术

随着微波毫米波技术的发展，小型化、集成化和多功能成为射频微波组件的发展方向。小型化、集成化的发展主要体现在以下两个方面：（1）、开发多功能芯片，能够将包括低噪声放大器、驱动放大器、混频器、滤波器、开关、数控衰减器、数控移相器等微波功能单元集成在一个微波单片集成电路（MMIC）上，来实现系统的小型化。（2）、采用三维系统集成方案，将微波组件中的集成电路进行分层放置，然后采用垂直互联的方式实现三维微波多芯片组件。

2015年，黄学娇等人提出了“一种LTCC基板堆叠的微波电路三维封装结构”，该技术公开了一种LTCC基板堆叠的三维封装电路结构，包括上层LTCC基板、下层LTCC基板和中间的金属铝框架，该技术结构简单，精度较低，同时三维互连采用引线键合，适用频率较低。

2016年，吉勇等人提出了“一种高效可重构三维封装结构”，该技术由若干个二维基元结构通过金属焊料上下互连组成。该技术采用填充材料实现IC芯片的封装，并通过并采用侧边TSV转接方法，由二维基元结构堆叠形成三维封装结构。该技术实现了控制芯片的高密度封装，但不适合微波毫米波电路的三维集成。

2016年，王新潮等人发明了“双向集成芯片重布线埋入式POP封装结构及其制作方法”，该技术针对埋入式无源器件的需求，提供一种双向集成芯片重布线埋入式POP封装结构及其制作方法，它能够多层双向埋入元器件，有效地节约了基板空间提高了封装工艺的集成度，但未将有源芯片进行埋置，由于电磁兼容结构设计不充分，不适合用于微波毫米波电路集成。

2016年，祁飞等人发表了“基于MEMS技术的三维集成射频收发微系统”，该技术采用MEMS体硅封装工艺实现了对微波收发系统的小型化封装，该技术采用硅通孔技术实现信号的上下互连，但是由于受到晶圆级键合对圆片厚度的限制，不能进行更加灵活的三维系统集成。

目前的三维堆叠结构主要针对控制芯片的堆叠及转接板结构的堆叠，采用MEMS体硅工艺封装微波毫米波电路并进行三维堆叠则未见提及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种硅基集成微系统三维堆叠结构及其制作方法，实现多芯片微波组件三维集成的工艺技术方案，大大提高了硅基MEMS集成微系统产品的集成度及设计灵活度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种硅基集成微系统三维堆叠结构，其特征在于：包括第一层微波电路、第二层微波电路和控制电路；第一层微波电路、第二层微波电路和控制电路均进行封装形成第一层微波电路封装体、第二层微波电路封装体和控制电路封装体，第二层微波电路封装体和控制电路封装体的底面设有焊球，第二层微波电路封装体通过焊球堆叠在第一微波电路封装体上，控制电路封装体通过焊球堆叠在第二层微波电路封装体上。

优选地，所述第一层微波电路封装体包括第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板、第四硅基板和第一层微波单片集成电路；第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板自下而上依次堆叠，硅基板上开设有通孔，第四硅基板上表面设有第一可焊金属层和第一阻焊层，第一层微波单片集成电路通过导电胶粘结在硅基板的腔体中。

优选地，所述第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板之间采用晶圆级键合工艺进行键合，第一层微波单片集成电路通过键合金丝和硅基板连接。

优选地，所述第二层微波电路封装体包括第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板、第八硅基板和第二层微波单片集成电路；第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板自下而上依次堆叠，硅基板上开设有通孔，第八硅基板上表面和第五硅基板下表面均设有第二可焊金属层和第二阻焊层，第二层微波单片集成电路通过导电胶粘结在硅基板的腔体中。

优选地，所述第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板之间采用晶圆级键合工艺进行键合，第二层微波单片集成电路通过键合金丝和硅基板连接。

一种硅基集成微系统三维堆叠结构的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、将第一层微波电路进行微型化封装，在封装体的表面制备第一可焊金属层及第一阻焊层；

2）、将第二层微波电路进行微型化封装，在封装体的表面制备第二可焊金属层及第二阻焊层；

3）、将控制电路进行封装；

4）、针对步骤1）和步骤2）完成的硅基封装体进行切割、植球工艺；