CN107742622A - 一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构，包括衬底介质基板、设置在衬底介质基板上的微带线、衬底介质基板上的接地金属化孔阵列、毫米波单片集成电路和硅基板；接地金属化孔阵列上设置接地平面金属，毫米波单片集成电路设置在硅基板和接地平面金属之间；毫米波单片集成电路敏感位置的上方硅基板中开有腔体；微带线通过平面传输线与毫米波单片集成电路连接。本发明和传统金丝键合相比，显著缩小芯片之间的互连尺寸，有利于保持射频及高速数字信号传输的信号完整性。

Description

一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构。
背景技术
随着电子信息系统朝着小型化、高性能、多功能方向不断发展，系统级封装(System on Package,SoP)给电子信息系统提供了一种小型化的集成方案，SoP已在计算机、手机、传感器、车载雷达等军事和民用领域得到十分广泛的研究和应用。然而，目前的SoP中涉及射频芯片的互连大都是采用的金丝键合完成的，金丝的存在不利于整个系统的进一步集成和小型化，且高频处金丝互连影响芯片的工作性能，通过金丝互连的芯片上方空间得不到很好的利用，无法实现三维集成。
目前，国外在这方面的研究有很多，从DAPRA的PolyStrata硅基微同轴到NorthropGrumman的异质集成，从IMEC的3D e-Cube到英飞凌BGT系列芯片等。上述这些方案中均没有采用传统的金丝键合方式，取而代之的是各类新型互连转换结构。
然而，基于传统工艺实现砷化镓芯片的三维集成系统级封装互连仍未见报道；因此，需要进一步设计新型的微波三维集成系统级封装互连技术，以期实现现有商用砷化镓芯片在SoP中的应用和拓展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构。
实现本发明目的的技术方案为：一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构，包括衬底介质基板、设置在衬底介质基板上的微带线、衬底介质基板上的接地金属化孔阵列、毫米波单片集成电路和硅基板；接地金属化孔阵列上设置接地平面金属，毫米波单片集成电路设置在硅基板和接地平面金属之间；毫米波单片集成电路敏感位置的上方硅基板中开有腔体；微带线通过平面传输线与毫米波单片集成电路连接。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明的微波三维集成系统级封装互连结构和传统金丝键合相比，显著缩小芯片之间的互连尺寸，有利于保持射频及高速数字信号传输的信号完整性；(2)砷化镓芯片倒装的硅基板具有无源集成能力，可以有效集成RLC，进一步提高系统级封装的集成度，且硅基板采用半导体工艺加工，能够保证很高的加工精度；另一方面，砷化镓芯片倒装的硅基板最上层是纯平空间，可以利用来放置数字控制芯片，方便实现系统级封装的三维集成。
附图说明
图1为本发明采用共面波导结构的新型微波三维集成系统级封装互连的三维示意图。
图2为本发明采用微带线结构的新型微波三维集成系统级封装互连的三维示意图。
具体实施方式
结合图1，一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构，包括衬底介质基板1、设置在衬底介质基板上的微带线2、衬底介质基板上的接地金属化孔阵列3、毫米波单片集成电路4和硅基板5；
接地金属化孔阵列3上设置接地平面金属8，毫米波单片集成电路4设置在硅基板5和接地平面金属8之间；毫米波单片集成电路4敏感位置的上方硅基板中开腔；微带线2通过平面传输线与毫米波单片集成电路4连接。
进一步的，平面传输线为共面波导传输线6或微带传输线9。
进一步的，砷化镓芯片4敏感位置的上方硅基板中开腔为埋腔7或者贯穿式非金属化槽，所述埋腔7上方不贯通。
进一步的，毫米波单片集成电路为砷化镓单片集成电路或氮化镓单片集成电路。
进一步的，该互连结构适用于Ku及以下波段。
进一步的，互连结构还包括焊料球10、硅基板中用于微带传输线接地的硅通孔11和硅基板顶面的参考地平面12，焊料球10用于连接硅基板5和接地平面金属8。
下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
如图1所示，一种微波三维集成系统级封装互连结构包括衬底介质基板1，衬底介质基板上的微带线2，衬底介质基板上接地金属化孔阵列3，砷化镓芯片4，硅基板5，硅基板上共面波导传输线6，砷化镓芯片敏感位置的上方硅基板中所开埋腔7，衬底介质上表面金属化孔阵列接地平面金属8；敏感位置是指部分内部线条或者有源区。
砷化镓芯片4设置在硅基板5和接地平面金属8之间，所述埋腔7上方不贯通，微带线2通过共面波导传输线6与砷化镓芯片4连接。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为砷化镓芯片敏感位置的上方开有贯穿式非金属化槽。
实施例3
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，互连结构还包括焊料球10、硅基板中用于微带传输线接地的硅通孔11和硅基板顶面微带传输线的参考地平面12，焊料球10用于连接硅基板5和接地平面金属8。
砷化镓芯片4通过倒装和硅基板上微带传输线9互连，然后整个垂直互连结构再通过焊料球10倒装到衬底介质基板上，通过衬底介质基板上的微带线2和系统其他器件进行互连。
制作过程为：将砷化镓芯片4倒装到硅基板5上，在硅基板5上制作不同砷化镓芯片互连的微带传输线9，其中制作微带传输线9时需特别注意需将硅基板5另外一面的地通过硅通孔阵列连接到微带线同一面。然后，在硅基板制作传输线的一面植上焊料球10，再将整体倒装键合到衬底介质基板1上，和系统其他器件进行互连。

Claims (8)

1.一种新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，包括衬底介质基板(1)、设置在衬底介质基板上的微带线(2)、衬底介质基板上的接地金属化孔阵列(3)、毫米波单片集成电路(4)和硅基板(5)；接地金属化孔阵列(3)上设置接地平面金属(8)，毫米波单片集成电路(4)设置在硅基板(5)和接地平面金属(8)之间；毫米波单片集成电路(4)敏感位置的上方硅基板中开有腔体；微带线(2)通过平面传输线与毫米波单片集成电路(4)连接。
2.根据权利要求1所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，平面传输线为共面波导传输线(6)或微带传输线(9)。
3.根据权利要求2所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，砷化镓芯片(4)敏感位置的上方硅基板中开腔为埋腔(7)或者贯穿式非金属化槽，所述埋腔(7)上方不贯通。
4.根据权利要求2或3所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，毫米波单片集成电路为砷化镓单片集成电路或氮化镓单片集成电路。
5.根据权利要求4所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，该互连结构适用于Ku及以下波段。
6.根据权利要求2或3所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，互连结构还包括焊料球(10)、硅基板中用于微带传输线接地的硅通孔(11)和硅基板顶面的参考地平面(12)，焊料球(10)用于连接硅基板(5)和接地平面金属(8)。
7.根据权利要求6所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，毫米波单片集成电路为砷化镓单片集成电路或氮化镓单片集成电路。
8.根据权利要求7所述新型的微波三维集成系统级封装互连结构，其特征在于，该互连结构适用于Ku及以下波段。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109546278A (zh) * 2018-10-25 2019-03-29 西安电子科技大学 一种基于硅通孔的三维耦合器及其制备方法
CN111834344A (zh) * 2020-06-11 2020-10-27 西安电子科技大学 低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法
CN112701092A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 北京国联万众半导体科技有限公司 毫米波单片集成电路封装结构及其封装方法
CN114976564A (zh) * 2022-05-24 2022-08-30 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种空气复合介质微带线的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0936616A (ja) * 1995-07-13 1997-02-07 Mitsubishi Electric Corp マイクロ波回路装置
US6498551B1 (en) * 2001-08-20 2002-12-24 Xytrans, Inc. Millimeter wave module (MMW) for microwave monolithic integrated circuit (MMIC)
CN204144240U (zh) * 2014-09-01 2015-02-04 无锡华测电子系统有限公司 一种Ka波段T/R组件封装结构
CN106783847A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 中国电子科技集团公司第五十五研究所 针对射频微系统器件的三维键合堆叠互连集成制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0936616A (ja) * 1995-07-13 1997-02-07 Mitsubishi Electric Corp マイクロ波回路装置
US6498551B1 (en) * 2001-08-20 2002-12-24 Xytrans, Inc. Millimeter wave module (MMW) for microwave monolithic integrated circuit (MMIC)
CN204144240U (zh) * 2014-09-01 2015-02-04 无锡华测电子系统有限公司 一种Ka波段T/R组件封装结构
CN106783847A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 中国电子科技集团公司第五十五研究所 针对射频微系统器件的三维键合堆叠互连集成制造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109546278A (zh) * 2018-10-25 2019-03-29 西安电子科技大学 一种基于硅通孔的三维耦合器及其制备方法
CN109546278B (zh) * 2018-10-25 2021-05-28 西安电子科技大学 一种基于硅通孔的三维耦合器及其制备方法
CN111834344A (zh) * 2020-06-11 2020-10-27 西安电子科技大学 低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法
CN111834344B (zh) * 2020-06-11 2021-12-21 西安电子科技大学 低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法
CN112701092A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 北京国联万众半导体科技有限公司 毫米波单片集成电路封装结构及其封装方法
CN114976564A (zh) * 2022-05-24 2022-08-30 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种空气复合介质微带线的制造方法
CN114976564B (zh) * 2022-05-24 2023-12-01 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种空气复合介质微带线的制造方法

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