[發明專利]一種三維堆疊硅片層間紅外通信結構

無效

• 申請號: 201210056933.3
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102624446A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉勝;汪學方;方靖;呂植成
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B10/02
• 分類號: H04B10/02;H01L25/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于MEMS芯片間通信技術領域，具體涉及一種三維堆疊硅片層間紅外通信實現方法，可應用于三維堆疊芯片間通信。

技術背景

隨著芯片的集成化程度不斷提高，封裝從二維轉向三維空間的封裝。在三維封裝中，目前的方法有裸片堆疊封裝、封裝堆疊以及TSV垂直互聯堆疊。

裸片堆疊封裝、封裝堆疊通信通常依靠引線鍵合通信，功耗大，信號傳輸距離長，而且隨著芯片集成密度的增加，引線鍵合通信的方式最終難以滿足要求。

TSV互聯技術中，挑戰來自多方面。核心的挑戰來自通孔制作，填充。通孔填充材料常用的是金屬Cu，W。金屬Cu與硅的熱膨脹系數相差較大，填充通孔之后會帶來一系列問題如熱應力循環，可靠性值得懷疑。TSV技術還存在減薄，鍵合等一系列技術問題。金屬W與Si的熱膨脹系數接近，可以用于TSV通孔填充，但是價格昂貴，成本較高。

紅外通信技術是目前世界范圍內廣泛使用的一種無線通信技術，它主要通過數據電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉換來實現數據的無線傳輸。短紅外波長介于750nm～3000nm之間，用于通信的短紅外波長為850～900nm。硅對于短紅外是透明的，亦即短紅外是可以透過硅片的。紅外通信的功耗低，傳輸距離在1m以內，足以滿足芯片間通信要求。目前紅外通信的應用主要在筆記本電腦、臺式電腦和手持電腦、打印機、鍵盤鼠標等計算機外圍設備，以及電話機、移動電、尋呼機、數碼相機、計算器、游戲機、機頂盒、手表、工業設備和醫療設備、網絡接入設備(如調制解調器)等方面。紅外通訊技術已被全球范圍內的眾多軟硬件廠商所支持和采用。

發明內容

針對上述引線鍵合通信(如裸片堆疊、封裝堆疊)以及TSV垂直互聯通信的缺點，本發明提出了用紅外線作為信息載體的一種三維堆疊硅片間通信結構。

本發明提供的一種三維堆疊硅片層間紅外通信結構，其特征在于，該通信結構包括上層芯片和下層芯片；

上層芯片的一端有紅外發射裝置，另一端有第一紅外反射裝置，第一紅外反射裝置材料與上層芯片材料一致，且與上層芯片成45°角，第一紅外反射裝置表面鍍有高反射率的薄膜，其反射面全覆蓋紅外發射裝置發射出的紅外信號范圍，紅外發射裝置底部有球柵陣列與上層芯片通信；

下層芯片上的一端有紅外接收裝置，另一端鍵合有第二紅外反射裝置，第二紅外反射裝置材料與下層芯片材料一致，且與下層芯片成45°角，第二紅外反射裝置表面鍍有高反射率的薄膜；

上層芯片、下層芯片鍵合在一起，鍵合后第一紅外反射裝置和第二紅外反射裝置的反射面呈90°角，且位于通信結構的同一端；

第一紅外反射裝置接收紅外發射裝置發射的紅外信號，其反射信號透過上層芯片、下層芯片到達第二紅外反射裝置，再由第二紅外反射裝置反射至紅外接收裝置。

在上述技術方案，上層芯片和下層芯片上均可以帶有濕法腐蝕的凹槽結構，上層芯片和下層芯片的凹槽結構在鍵合后形成一個空腔，第二紅外反射裝置和紅外接收裝置位于該空腔中。

本發明與以往的堆疊芯片間通信結構相比有以下優點：

1、裸片堆疊、封裝堆疊、TSV垂直互聯通信都依靠導線實現芯片間通信，信號的連通、斷開會造成熱應力，電流過大時可能發生電遷移失效，本發明中芯片間通信沒有導線連接，不存在信號傳輸時的熱應力和電遷移失效問題。

2、紅外通信技術成熟，而TSV技術仍在研究之中，一系列的技術難題如通孔制作及填充，減薄，鍵合等沒有很好地解決。相比之下紅外通信技術成本要低于TSV，在現有技術條件下容易實現。

3、裸片堆疊封裝、封裝堆疊通信通常依靠引線鍵合通信，功耗大，信號傳輸距離長，本發明采用紅外通信，比長距離的引線通信功耗小。

附圖說明

圖1-a為實例一主視圖。

圖1-b為實例一俯視圖。

圖1-c為實例一上層芯片及其紅外發射裝置、紅外反射裝置。

圖1-d為實例一下層芯片及其紅外接收裝置、紅外反射裝置。

圖2-a為實例二主視圖。

圖2-b為實例二俯視圖。

圖2-c為實例二上層芯片及其紅外發射裝置、紅外反射裝置。

圖2-d為實例二下層芯片及其紅外接收裝置、紅外反射裝置。

圖中代號說明：

1實例一上層芯片，2實例一下層芯片，3實例二上層芯片，4實例二下層芯片，5紅外發射裝置，6第一次紅外反射裝置，7第二次紅外反射裝置，8紅外接收裝置，9紅外線，10實例一鍵合層，11實例二鍵合層

具體實施方式