[實(shí)用新型]一種硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820060293.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN207861877U
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳雪平;王志宇;張勛;朱丹丹;田鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州臻鐳微波技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本實(shí)用新型公開了一種硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)。本實(shí)用新型中的系統(tǒng)包括第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層、第四硅襯底層、射頻功放芯片、射頻低噪放芯片、射頻濾波器和射頻開關(guān)，硅襯底層均為高阻硅晶圓，射頻芯片和器件為采用不同襯底材料不同工藝制成；其中，把射頻芯片和器件微組裝在第一硅襯底層、第三硅襯底層內(nèi)預(yù)先蝕刻好的腔體中，且第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層和第四硅襯底層做低溫晶圓級(jí)鍵合堆疊在一起，并通過硅通孔垂直互連，形成三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)。本實(shí)用新型將異構(gòu)射頻芯片和器件進(jìn)行三維集成，從而減小射頻系統(tǒng)的體積，提高射頻系統(tǒng)的封裝密度，降低互連線的傳輸損耗，增強(qiáng)射頻系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前傳統(tǒng)多芯片模塊封裝技術(shù)（Multi Chip Module，MCM）是高密度電子封裝技術(shù)中代表性技術(shù)，它可以方便的實(shí)現(xiàn)有源/無源電路、基帶/射頻電路的集成，在電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。由于MCM只能通過襯底來實(shí)現(xiàn)立體化的高密度互連，互連線條的特征尺寸受工藝制約只能做到數(shù)十微米到數(shù)百微米，芯片采取水平化的排布方式，其在互連占用面積、信號(hào)傳輸長度與延遲將隨著芯片數(shù)量和I/O引腳數(shù)的增加而迅速變大，難以滿足未來射頻微系統(tǒng)/電子模塊在高密度、高速互連、具有緊湊外觀、集成多種類型器件的技術(shù)需求。

隨著電子產(chǎn)品不斷向小型化、輕重量和多功能方向的推進(jìn)，三維封裝集成技術(shù)發(fā)展迅速。三維集成微系統(tǒng)采用硅通孔（TSV）技術(shù)，把RF前端、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳感、控制甚至能量源等多種功能垂直堆疊在一起，以達(dá)到縮小尺寸、提高密度、改善層間互聯(lián)、提高系統(tǒng)功能的目的。具有硅通孔結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板作為2.5D/3D封裝集成的核心結(jié)構(gòu)，通過硅通孔提供垂直互連大大縮短了連線長度，同時(shí)其熱膨脹系數(shù)與芯片較好匹配，并兼容多層金屬布線工藝和圓片級(jí)工藝，可實(shí)現(xiàn)無源器件、MEMS、腔體、微流道、多芯片的高性能異構(gòu)集成。

硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)，把不同襯底材料不同工藝的射頻芯片和器件進(jìn)行三維集成封裝，可以縮小微系統(tǒng)尺寸，提高封裝密度，減輕整體重量，增強(qiáng)微系統(tǒng)可靠性。硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)的制造方法，采用硅通孔技術(shù)、硅轉(zhuǎn)接板技術(shù)、微組裝技術(shù)和晶圓級(jí)鍵合技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)的批量生產(chǎn)，獲得更好的性能一致性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有多芯片模塊封裝技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出了一種硅基三維異構(gòu)集成的射頻微系統(tǒng)，把不同襯底材料不同工藝的射頻芯片和器件進(jìn)行三維集成封裝，縮小射頻微系統(tǒng)尺寸，提高封裝密度，減輕整體重量。

本實(shí)用新型包括第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層、第四硅襯底層、射頻功放芯片、射頻低噪放芯片、射頻濾波器和射頻開關(guān)；第一硅襯底層和第三硅襯底層的正面，第二硅襯底層和第四硅襯底層的背面，均蝕刻有腔體；第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層和第四硅襯底層，均設(shè)有硅通孔；第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層和第四硅襯底層，正面和背面均設(shè)有互連線；射頻功放芯片、射頻濾波器和射頻開關(guān)位于第一硅襯底層的腔體中，射頻低噪放芯片和射頻濾波器位于第三硅襯底層的腔體中，所述射頻功放芯片、射頻低噪放芯片、射頻濾波器和射頻開關(guān)通過引線與硅襯底層上的互連線連接；第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層和第四硅襯底層堆疊連接進(jìn)行三維集成；第一硅襯底層的背面設(shè)有焊接金屬球，以便在應(yīng)用過程中與其它基板連接。

優(yōu)選地，所述第一硅襯底層、第二硅襯底層、第三硅襯底層和第四硅襯底層為高阻硅襯底，電阻率大于1000Ω·cm。

優(yōu)選地，所述射頻功放芯片為氮化鎵芯片、射頻低噪放芯片為砷化鎵芯片、射頻濾波器為體聲波器件和射頻開關(guān)為砷化鎵芯片。

優(yōu)選地，所述硅襯底層中的硅通孔用于實(shí)現(xiàn)三維集成結(jié)構(gòu)中的垂直互連；所述射頻功放芯片底部的硅通孔用于散熱和接地，所述射頻低噪放芯片和射頻開關(guān)底部的硅通孔用于接地。

優(yōu)選地，所述硅襯底層上的互連線為銅或金布線。