无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构，其特征是将不同元件按功能要求组合成若干个功率放大模块物理架构，集成在一块共同的可拆卸大载片上，通过把功率放大模块中的各元件先整体塑封，塑封后载片需要拆掉，将元件输入输出电极露出并且在塑封体表面形成多层互连金属电路以及外引脚焊盘和焊球形成模块外引脚，从而构成若干个完整的线性功率放大模块，最后切割分离成单个完整功能的功率放大模块。本实用新型专利技术不仅有利于减少互连部分与射频通路的耦合，减少接地电极互连的电感，而且更高的布线密度可以大大减少互连电路层数，从而能够缩短接地电极散热的路径，达到优化模块性能和高散热性的目的。

Multi chip linear power amplifier structure without substrate and high heat dissipation

The utility model discloses a substrate with high heat dissipation of the multi chip linear power amplifier structure, which is characterized by the functional requirements of different components combined into a plurality of power amplifier module physical architecture, integrated on a common removable large slide, the power amplifier module of each element in the first overall plastic after loading, plastic tablets need to be removed, the components of input and output electrodes exposed and multilayer interconnect metal circuit and external pin pad and a solder ball is formed in the plastic body is formed on the surface of the outer pin module, thereby forming a plurality of complete linear power amplifier module, finally cut into a single power amplifier module complete function. The utility model not only helps to reduce the coupling interconnect part and a radio frequency channel, reduce the inductance of grounding electrode interconnection, and higher wiring density can greatly reduce the interconnect layers, so as to shorten the path of the ground electrode cooling, to optimize the module performance and high heat to.

【技术实现步骤摘要】
无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构
本技术涉及线性功率放大器的结构，具体的一种无基板高散热性的多芯片功率放大模块。
技术介绍
射频发射前端模块是射频终端器件实现信号传输的关键元器件。当前随着全球无线通信用户的快速增长及用户对无线通信的更高端的体验需求，市场对无线通信的带宽的需求快速增长。为了解决这种市场需求，全球开放出来的专用无线通信频段越来越多并且越来越拥挤。频段利用率高的调制解调方式，例如：3G的宽带码分多址(WidebandCodeDivisionMultipleAccess,WCDMA),带码分多址(CodeDivisionMultipleAccess,CDMA),时分同步码分多址(TimeDivisionSynchronousCodeDivisionMultipleAccess,TD-SCDMA),以及逐渐取代3G技术成为市场主流的4G技术的Longtermevolution,LTE包括成对频谱模式(Frequencydomainduplexing,FDD)及非成对频谱模式(Timedomainduplexing,TDD)。这些频段利用率高的各种调制解调方式都对无线通信终端提出更高的要求，例如：高质量的语音通话，减少数据通信中的错误，快速的语音数据传输的切换，等等。对于射频发射前端的主力元器件射频功率放大器及其模块来说，就意味着在新的频段利用率高的调制解调方式下，功率放大器必须具有较高的线性度来保障射频信号能够放大传输并且能够尽量少信号失真。一般功率放大器的高线性度意味着降低其输出功率来减少输出晶体管器件的非线性谐波的产生。功率放大器是无线通信连接中的一个核心元件，并且是以独立的模块的形式出现在无线通信系统之中。现有的功率放大器一般采用多元件集成在一个基板上形成一个模块(MCM)，其模块中可能包含不局限于以下的多个元件：功率放大器芯片，功率模式控制电路通常是CMOS工艺，输出匹配电路可以采用无源分立元件或半导体无源器件，射频开关通常是采用GaAspHEMT工艺或是SOI技术。各个芯片与基板的连接方式基本有两种，一种是通过飞线技术连接芯片上的焊盘和基板上的焊盘节点，另一种是倒装芯片技术通过芯片上的金属凸点和基板上的节点直接通过焊锡或是铜柱对接。然而由于功率放大芯片本身的发热量大，器件的散热性将直接影响到线性度和放大效率，所以散热能力往往是功率放大器设计时需要重点考虑的因素。同时，随着芯片的尺寸向更小的方向发展，互连部分与射频电路之间的耦合对器件性能的影响也变得越来越大。在现有的产品设计中，一般芯片与基板的连接方式基本有两种，一种是通过飞线技术连接芯片上的焊盘和基板上的焊盘节点，另一种是倒装芯片技术通过芯片上的金属凸点和基板上的节点直接通过焊锡或是铜柱对接。以常见无线通信功率放大器输出级连接方式为例，市场上已有的大部分功率放大器是通过飞线技术把功率放大器芯片与基板实现连接，如图1所示。有的接地方式也可能是采用晶圆贯通接地TWV，如图2所示。这两种连接方法普遍用于线性放大器的设计。但是无论是飞线或者晶圆贯通接地方式散热效果都不理想，因为商业HBT晶体管的发射极大多在晶体管多层材料的最上层，电流需要通过飞线或晶体管发射极之下的多层材料包括基级层，集电极层，衬底层，然后通过晶圆背面的金属镀层接地，热量传递到基板焊盘，再通过基板的过孔和多层金属布线，将热量传导至基板表面。这样长的一个通路会引起电感以及电阻过大，从而导热效率很差。另一种市场常见芯片连接采用倒装芯片技术通过芯片上的金属凸点和基板上的节点直接通过焊锡或是铜柱对接。这种方式常见于多管脚的高性能处理器芯片，近来市场上逐渐出现功率放大器的电路通过倒装芯片技术把功率放大器芯片与基板实现连接。这种设计如图3所示，倒装芯片接地节点通过很大面积的焊锡或是铜柱与基板焊接接地，热量可直接从芯片表面传递到基板焊盘，再通过基板的过孔和多层金属布线，将热量传导至基板表面。由于芯片发热不需要经过很长的路径即可传导至基板，所以相比飞线方式设计，散热效果更好一些。但是不足之处在于热量仍然要经过基板内部多层布线和过孔才能传递至基板表面。因此，对于多层基板设计，散热性能将会是很大的挑战。以上两种连接方式都在芯片和基板之间增加了额外的互连结构，不仅在生产成本和效率方面受到影响，更重要的是由于互连结构所带来的耦合、插损等一系列性能方面的问题，随着芯片尺寸的减小而越来越被大家重视。
技术实现思路
本技术为解决上述现有技术中存在的不足之处，提供了一种无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构，以期能直接从芯片端直接引出互连电路，省略飞线或者金属凸点等互连环节，不仅有利于减少互连部分与射频通路的耦合，减少接地电极互连的电感，而且更高的布线密度可以大大减少互连电路层数，从而能够缩短接地电极散热的路径，达到优化模块性能和提高散热性的目的。本技术为解决技术问题采用如下技术方案：本技术一种无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构的特点是包括：功率放大芯片、CMOS芯片以及若干个无源器件；所述功率放大芯片、CMOS芯片以及若干个无源器件的背面和四周通过粘结剂覆盖有塑封层，所述功率放大芯片和CMOS芯片以及若干个无源器件的正面覆盖有介电层；所述介电层中包含多层金属电路层，并与所述功率放大芯片和CMOS芯片的输入输出电极以及若干个无源器件的外焊点相连通；在所述介电层的表面设置外引脚焊盘，并与所述多层金属电路层相连通；在所述外引脚焊盘上焊接有金属焊球；从而形成单个完整功能的功率放大模块；由若干个单个完整功能的功率放大模块均匀排布，从而形成多芯片线性功率放大器结构。与已有技术相比，本技术有益效果体现在：1、相比市场上大多数多芯片功率放大模块，本技术采用飞线连接或倒装连接基板的设计而言，直接从芯片端直接引出互连电路，省略了飞线或者金属凸点等互连环节，有利于了减少互连部分与射频通路的耦合，减少了接地电极互连的电感，有利于模块电性能的优化。2、相比采用飞线连接或倒装连接基板的功率放大模块，本技术直接从芯片端直接引出互连电路，可采用圆片或平板上金属再布线的工艺，达到比基板制作中更细的金属线宽线距。由此提高了设计布线的密度，减少了电路层数，从而缩短了接地电极散热的路径，达到了优化模块性能和高散热性的目的。3、本技术设计的无基板的多芯片功率放大模块，省略了基板、飞线或金属凸点等互连环节，而且利用可拆卸载板将多个功率放大模块集成在一起，采用多模块整体加工的组装方法，将电路从单个芯片引出形成各元件之间的电路互连，并最终连接至模块的外引脚，有利于降低生产成本和提高生产效率。附图说明图1为现有飞线技术多芯片线性功率放大器示意图；图2为现有晶圆贯通接地多芯片线性功率放大器示意图；图3为现有倒装芯片接地技术多芯片线性功率放大器示意图；图4a为本技术圆形载片上粘贴芯片的俯视图；图4b为本技术方形载片上粘贴芯片的俯视图；图5a为本技术载片上粘贴芯片的剖面图；图5b为本技术载片整体塑封后的剖面图；图5c为本技术载片剥离后的剖面图；图5d为本技术塑封体表面引出多层金属电路和焊接焊球后的剖面图；图6为本技术分离后的无基板功率放大模块剖面图；图中标号：100载片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构，其特征是包括：功率放大芯片(110)、CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)；所述功率放大芯片(110)、CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)的背面和四周通过粘结剂覆盖有塑封层(200)，所述功率放大芯片(110)和CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)的正面覆盖有介电层(300)；所述介电层(300)中包含多层金属电路层(310)，并与所述功率放大芯片(110)和CMOS芯片(120)的输入输出电极(140)以及若干个无源器件(130)的外焊点相连通；在所述介电层(300)的表面设置外引脚焊盘(320)，并与所述多层金属电路层(310)相连通；在所述外引脚焊盘(320)上焊接有金属焊球(400)；从而形成单个完整功能的功率放大模块；由若干个单个完整功能的功率放大模块均匀排布，从而形成多芯片线性功率放大器结构。

【技术特征摘要】
1.一种无基板高散热性的多芯片线性功率放大器结构，其特征是包括：功率放大芯片(110)、CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)；所述功率放大芯片(110)、CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)的背面和四周通过粘结剂覆盖有塑封层(200)，所述功率放大芯片(110)和CMOS芯片(120)以及若干个无源器件(130)的正面覆盖有介电层(300)；所述介电层(300)中包含多层金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏杰，马雷，彭小滔，
申请(专利权)人：合肥雷诚微电子有限责任公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34