一种基于硅转接板的全硅三维封装结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，其包括硅封装基板、硅封帽及若干微电子芯片；所述硅封装基板设置有若干个自由柱，自由柱顶端通过周围空隙与基板分离，自由柱底端通过绝缘材料与硅封装基板实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面及下端面分别覆盖绝缘层，自由柱顶部自由端的表面和底部固定端的表面均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；所述硅封帽为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽通过金属键合或有机物粘结层叠于硅封装基板的上端面或下端面；所述硅封装基板的上端面、硅封帽壳体凹坑内至少包含一颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装或正装形式安置在硅封装基板的上端面。

A full silicon 3D packaging structure based on silicon transfer board

The utility model provides a whole silicon three-dimensional packaging structure based on a silicon switch board, which includes a silicon package substrate, a silicon seal cap and a number of microelectronic chips. The silicon packaging substrate is provided with a number of free columns, the top of the free column is separated from the substrate through the surrounding gap, and the bottom end of the free column is packed with the silicon substrate through the insulating material. The upper and lower ends of the silicon substrate are covered with insulation. The surface of the free end of the free column at the top of the free column and the surface of the bottom of the bottom are all in contact with the metal layer and the silicon substrate. The silicon sealing cap is a shell with a certain thickness, and the bottom end of the shell is set with a pit; the silicon is a concave hole. The sealing cap is laminated by metal bonding or organic matter to the upper end face or lower end face of the silicon packaging substrate, and at least one microelectronic chip is included in the upper end of the silicon package substrate and the pits of the silicon sealing cap shell, and the microelectronic chip is placed on the upper end face of the silicon package base plate in the form of inversion or positive loading.

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅转接板的全硅三维封装结构
本技术涉及一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，属于微电子封装

技术介绍
微电子封装可以划分为气密性封装和非密封装，气密性封装是指完全能够防止污染物(液体和固体等)的侵入和腐蚀的封装。高性能集成电路IC和分立器件的气密封装多采用金属管壳、陶瓷、玻璃封装等，封装体内部为空腔结构，充有高纯氮气或其它惰性气体。工业级和商业级器件通常采用塑封工艺，没有空腔，芯片是被聚合材料整个包裹住，多属于非气密封装。塑封非气密封装器件散热较差，根据应用领域不同一般分为商业级和工业级，商业级额定工作环境温度为0-70℃，工业级额定工作环境温度为-40-85℃。金属管壳封装属于半密封的封装形式，金属壳体在一定程度上能够隔离电磁信号，避免电磁干扰，抗电磁干扰性能好；陶瓷管壳封装气密性好，化学性能稳定，导热率及热膨胀系数较高且与芯片接近，但是其缺点是陶瓷管壳衬底制造工艺复杂，陶瓷封装衬底特征线宽与微电子特征线宽仍存在较大差距，生产效率低等。TSV硅转接板技术(ThroughSiliconVia,TSV)是通过MEMS工艺和集成电路IC制造工艺实现具有与集成电路IC特征线宽布线能力的高密度硅封装衬底的技术，具有尺寸小、布线密度高、适用于构建2.5D/3D封装等优点，可以有效缩小封装尺寸，提高封装密度、封装集成度、减小传输延时，提高电学性能，其制备得到的衬底是一种新型的高密度封装衬底。GeorgeXereas(Xereas,George,Chodavarapu,VamsyP.Wafer-LevelVacuum-EncapsulatedLaméModeResonatorWithf-QProductof2.23×10(13),Hz[J].ElectronDeviceLetters,IEEE,2015,36(10):1079-1081.)采用硅基气密性封装，利用硅空腔存放MEMS芯片，硅基板则是利用ISPD填充Si-TSV，再利用Si-TSV引出传输端口从而达到气密性封装。JosephE.E.Zekry(ZekryJEE,TezcanDS,ChermanV,etal.Design,fabricationandtestingofwafer-levelthinfilmvacuumpackagesforMEMSbasedonnanoporousaluminamembranes[J].Sensors&ActuatorsAPhysical,2013,189(2):218-232.)等利用铜TSV转接板与安置MEMS芯片的玻璃基板通过BCB键合堆叠达到气密性封装。就TSV互连实现技术途径而言，其主要有使用W-TSV、Cu-TSV、Au-TSV，Cu-TSV等进行互连，TSV与硅衬底之间存在热膨胀系数失配，这会引入热应力问题，进而对性能与可靠性造成风险。为了解决热应力及附带的可靠性问题，已公开的文献主要通过TSV结构设计与尺寸参数优化、材料选择等方式降低TSV电互连热应力，如Marella(Marella,SravanK.,S.V.Kumar,andS.S.Sapatnekar."Aholisticanalysisofcircuittimingvariationsin3D-ICswiththermalandTSV-inducedstressconsiderations."IEEE/ACMInternationalConferenceonComputer-AidedDesign,DigestofTechnicalPapers2012:317-324.),Jung,Moongon(Jung,Moongon,D.Z.Pan,andS.K.Lim."Chip/packageco-analysisofthermo-mechanicalstressandreliabilityinTSV-based3DICs."DesignAutomationConference(DAC),201249thACM/EDAC/IEEEIEEE,2012:317-326.),QWChen(QWChen,YYYan,YTDing,etal.“Fabricationandelectricalcharacteristicsofanovelinterposerwithpolymerlinerandsiliconpillarswithultra-low-resistivityasthrough-silicon-vias(TSVs)for2.5D/3Dapplications.”[J].MicrosystemTechnologies,2015,21(10):2207-2214.),Chen(Chen,Qianwen,C.Huang,andZ.Wang."Developmentofultra-lowcapacitancethrough-silicon-vias(TSVs)withair-gapliner."Proceedings-ElectronicComponentsandTechnologyConference2013:1433-1438.),Steller,W(StellerW,MeineckeC,Gottfried,K,WoldtG,W,WolfM.J,LangK.D.,"SIMEIT-project:Highprecisioninertialsensorintegrationonamodular3D-Interposerplatform."ElectronicComponentsandTechnologyConference(ECTC),2014IEEE64th,Pages:1218–1225)等，其中，QWChen公开了一种内部填充有机物的环形TSV互连技术方案，Chen及Steller,W等提出了一种空气隔离的CuTSV互连设计技术方案，这些方法在一定程度上可以缓解热膨胀系数失配造成的热应力及可靠性问题。但是，即使是空气隔离的CuTSV设计，CuTSV互连和衬底及周围介质材料仍然存在热膨胀系数失配，并且不能满足气密性要求，而且其制作工艺较为复杂。因此，提出一种可以解决传统气密性封装技术在衬底布线密度、封装密度与集成度、热应力失配等方面的不足与缺陷，进而实现小尺寸、高密度、高集成度的全硅三维封装结构已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本技术的目的在于提供一种基于硅转接板的全硅三维封装结构。为达到上述目的，本技术提供一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，其包括硅封装基板100、硅封帽306及若干微电子芯片；其中，所述硅封装基板100设置有若干个自由柱101，自由柱101顶端通过周围空隙与基板100分离，自由柱101底端通过绝缘材料与硅封装基板100实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面106及下端面108分别覆盖绝缘层103，自由柱顶部自由端的表面105和底部固定端的表面107均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；所述硅封帽306为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽306通过金属键合或有机物粘结层叠于硅封装基板的上端面106或下端面108；所述硅封装基板100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，其包括硅封装基板(100)、硅封帽(306)及若干微电子芯片；其特征在于，所述硅封装基板(100)设置有若干个自由柱(101)，自由柱(101)顶端通过周围空隙与硅封装基板(100)分离，自由柱(101)底端通过绝缘材料与硅封装基板(100)实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面(106)及下端面(108)分别覆盖绝缘层(103)，自由柱顶部自由端的表面(105)和底部固定端的表面(107)均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；所述硅封帽(306)为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽(306)通过金属键合或有机物粘结层叠于硅封装基板的上端面(106)或下端面(108)；所述硅封装基板(100)的上端面、硅封帽(306)壳体凹坑内至少包含一颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装或正装形式安置在硅封装基板(100)的上端面。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，其包括硅封装基板(100)、硅封帽(306)及若干微电子芯片；其特征在于，所述硅封装基板(100)设置有若干个自由柱(101)，自由柱(101)顶端通过周围空隙与硅封装基板(100)分离，自由柱(101)底端通过绝缘材料与硅封装基板(100)实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面(106)及下端面(108)分别覆盖绝缘层(103)，自由柱顶部自由端的表面(105)和底部固定端的表面(107)均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；所述硅封帽(306)为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽(306)通过金属键合或有机物粘结层叠于硅封装基板的上端面(106)或下端面(108)；所述硅封装基板(100)的上端面、硅封帽(306)壳体凹坑内至少包含一颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装或正装形式安置在硅封装基板(100)的上端面。2.根据权利要求1所述的基于硅转接板的全硅三维封装结构，其特征在于，倒装微电子芯片通过微焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：马盛林，罗荣峰，吴天准，赵赛赛，杨汉高，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，厦门大学，
类型：新型
国别省市：广东,44