本发明专利技术涉及一种光敏BCB为介质层的圆片级MMCM封装结构及方法，其特征在于：1)在硅基板上制作出带有埋置腔体和金属地屏蔽层；2)使用光敏BCB作为介质层，利用光刻显影工艺在BCB形成互连通孔结构；3)金属层和介质层交替出现形成多层互连封装结构。所述的方法是在硅基板上腐蚀或刻蚀出埋置用腔体，溅射金属种子层并电镀形成GND，埋入MMIC芯片，使用导电胶粘结芯片与基板，涂敷光敏BCB并光刻显影出互连通孔图形，固化等工艺步骤，实现多层MMCM封装。所述的介质层厚度为20-35μm。在多层互连结构中还可集成电容、电阻、电感、功分器和天线无源器件，或者通过表面贴装工艺集成分立元器件，实现模块的功能化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种使用大厚度光敏BCB为介质层的圆片级MMCM封装结构及方法，属 于高密度封装领域。
技术介绍
微波多芯片组件(Microwave Multichip Module，缩写为MMCM)是指一种应用于 高频领域的多芯片模块，是为了满足相控阵雷达T/R组件小型化的需求而发展和成熟起来 的一种新型组装技术。MCMM将多个匪IC芯片直接安装和连接到衬底基板上，芯片之间互 连距离短，降低了互连线上电感和阻抗，因而能在提高组装密度的同时，降低信号的传输延 迟时间，提高信号的传输速度，这有利于实现电子整机向功能化集成方向发展。相对于传统 的封装模式，MMCM省去了单个MMIC芯片的封装材料和工艺，而且组装电路的体积尺寸、焊 点数量、I/O数等均可大为减小，不仅节约了原材料，简化了制造工艺，而且极大地缩小了体 积，减小了重量，是实现器件小型化、轻量化、多功能化、高可靠、高性能的有效途径，被美国 列为90年代军工六大关键技术之一。在高频系统应用中，为了降低RC延时及功率损耗，一方面可以采用低电阻率金 属，降低互连电阻；另一方面可以降低介质层带来的寄生电容C。而后者减小互连延迟的效 果更明显。MMCM通常采用两种方式来降低寄生电容C带来的微波损耗1.采用低介电常数 (低k)的材料作为介质层；2.增加介质层厚度。通常使用的低k材料大致上可以分为无机 和有机两类。无机类如二氧化硅(Si02)，氟氧化硅(SiOF)、碳氧化硅(SiOC)、非晶氟化碳 (a-C:F)等，；有机类低k材料种类繁多，性质各异，其中以低k聚合物材料居多，较常用的 有聚酰亚胺(PI)，苯并环丁烯(BCB)等。有机低k材料残余应力小、平整度高、热稳定性 好，因此具有很大的应用潜力。在未来的微波器件封装研究中，以有机聚合物作为绝缘层介 质是很有必要的。而增加介质层进厚度一步提高了 MMCM封装的微波性能。BCB具有低介电常数、低介电损耗、低的吸湿率、高的热稳定性和化学稳定性，以及 高的薄膜平整度，低的固化温度等优良的加工性能。综合性能优异的BCB树脂是目前比较 常用的MMCM介质层材料。BCB分为光敏BCB和干刻BCB两种，使用干刻BCB的MCM可以制 造大深宽比的层间通孔，但工艺较复杂成本较高，而使用光敏BCB的MCM工艺与微电子工艺 相兼容，工艺相对简单，成本也较低。大厚度的BCB介质层有望可以进一步减小MMCM封装 的损耗。目前常用的BCB厚度仅为Ium IOum/层，若要满足高频应用BCB的厚度应达到 15um以上，而当下使用BCB作为介质层的MCM封装中，BCB厚度往往在15um以下，不能满足 微波系统封装的损耗要求。
技术实现思路
为满足MMCM高密度封装在保证成品率和可靠性的基础上达到毫米波段的更小损 耗，必须在封装结构的设计和介质层选择上慎重考虑。本专利技术提出了使用大厚度(25μπι以 上)的具有低介电常数的光敏BCB为介质层的圆片级MMCM封装结构及方法。该结构不仅能够利用硅基板上腐蚀的浅槽埋置单片微波集成芯片(MMIC)，达到很好的散热效果；而且 能够利用多层大厚度光敏BCB和微带线结构实现多层高密度圆片级封装，并利用地屏蔽层 来减小在硅基板上的损耗，满足了微波段应用的性能要求；采用了金属层和介质层交替出 现形成的多层互连结构，微波无源器件可直接集成在多层介质层上，也可表贴于封装结构 表面，提高了器件集成度，并与集成电路工艺相兼容；另外，使用在BCB上光刻显影形成的 椎台形通孔与电镀工艺相结合实现了多层互连，有效地降低了工艺复杂度和工艺周期，提 高了封装密度和生产效率，降低了成本。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是先在硅基板上湿法腐蚀(Κ0Η或 TMAH)或干法刻蚀出具有一定深度的芯片埋置用腔体；溅射或蒸发金属种子层、光刻并电 镀金属地屏蔽层GND，离子刻蚀去除种子层；埋入匪IC芯片，使用导电胶粘接芯片底部 与基板；涂覆20 μ m 35 μ m的光敏BCB并光刻显影出互连通孔图形；固化并使用02/ SF6(5 1)气体去除残余物；溅射或蒸发金属种子层、光刻、电镀金属，实现芯片引出与第 一层BCB介质层上的图形，离子刻蚀去除种子层；涂覆BCB，按第一层的方式完成第二层及 以上各层互连，实现多层MMCM封装。在多层互连结构中还可以集成电容、电阻、电感、功分 器和天线等无源器件，或者通过表面贴装工艺(SMT)集成一些分立元器件，实现模块的功 能化。本专利技术的具体工艺步骤如下1.利用热氧化在硅基板的正反面制备氧化硅层；2.涂光刻胶光刻，形成氧化硅腐蚀掩模，并腐蚀去除氧化硅，形成腔体腐蚀窗口。3.以氧化硅为掩膜在硅基板的正面进行湿法腐蚀或干法刻蚀，形成平面尺寸与埋 置芯片相当，厚度比其略深5 10 μ m的腔体；4.硅基板正面用光刻胶保护，湿法腐蚀去除背面氧化层，利于芯片散热；5.在硅基板正面溅射或蒸发一层TiW/Au金属层，其中TiW层为粘附层，Au层为种 子层；6.使用喷胶机在Au层上喷涂光刻胶，光刻、显影形成所需电镀掩模图形；7.电镀3 4 μ m的Au层，然后去除光刻胶，利用离子刻蚀(ibeam)方法去除种子 层金属和粘附层金属，形成所需的地屏蔽层；8.将MMIC芯片埋置入硅基腔体内，利用导电胶粘接9.光敏BCB介质层制备工艺1)表面处理，增加粘附为实现更好的硅片/BCB粘附性能，必须先对硅基板进行表面处理。将硅片用水清 洗并甩干后，使用A或队等离子清洁表面。在涂胶前在热板上烘数十秒或使用增粘剂以进 一步提高粘附性。幻光敏BCB光刻i.悬涂25 30um光敏BCB，静置10 20分钟使其平坦，在110°C热板上前烘90秒，清边；ii.根据公式D= [l{t)dt (D 曝光剂量，I(t)光强)计算光刻时间，并曝光；iii.曝光后将硅片放在90°C热板上烘60秒；iv.在40°C的BCB显影液DS3000中显影5 7分钟，甩干或吹干；v.在热板上烘60秒定型(可选)vi.检查。3)固化并清除残余有机物4)在200°C回流炉中固化40分钟，达到60%的固化率，以适应多层互连的可靠性 要求。5)使用体积比为5 1的02/SF6混合气体进行表面清洁，去除显影过程中残余的 有机物。6)几点注意事项i.对于BCB下有金属层的情况，应适当减少曝光量，以避免过曝ii.因为之前的BCB对光线有吸收作用，对于第二层或以上层的BCB应适当增加曝光量。iii.显影后甩干不可与水接触，否则会影响图形的精度。iv.固化温度和时间不可过高，防止BCB开裂。10.在介质层上溅射或蒸发种子层金属，经光刻、显影形成所需第一层布线的电镀 掩模图形。11.电镀3 4 μ m的Au层，然后去除光刻胶，利用离子刻蚀(ibeam)方法去除种 子层金属，实现芯片间的平面互连以及芯片与第一层布线的连接；12.制备非Au材料无源器件，重复9 11步骤可以实现多层互连结构。由上述工艺制作的封装结构，其特征在于1)在硅基板上制作出带有埋置腔体和金属地屏蔽层；2)使用光敏BCB作为介质层，利用光刻显影工艺在BCB形成互连通孔结构；3)金属层和介质层交替出现形成多层互连封装结构。所述的埋置腔体通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方法形成，地屏蔽层通过电镀形成。所述的介质层厚度为20-本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种使用光敏ＢＣＢ为介质层的圆片级ＭＭＣＭ封装结构，其特征在于：１）在硅基板上制作出带有埋置腔体和金属地屏蔽层；２）使用光敏ＢＣＢ作为介质层，利用光刻显影工艺在ＢＣＢ形成互连通孔结构；３）金属层和介质层交替出现形成多层互连封装结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤佳杰，罗乐，徐高卫，袁媛，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31
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