同轴型非接触式3D-MCM垂直互连方法技术

本发明专利技术提出一种同轴型非接触式3D-MCM的垂直互连方法，以同轴线1作为输入口，同轴线（1）的内芯（7）垂直穿过空气介质孔（9）和第一介质基板（4）的过孔（12）与第一耦合电容片（14）相连接，并且同轴线的内芯暴露在空气介质孔（9）中；第一介质基板，B面上的第一耦合电容片和第二介质基板（5），C面上的第二耦合电容片（20）分别螺旋环绕高阻微带线（15、21），并且高阻微带线（15、21）分别接地；第一介质基板，B面上的第一耦合电容片和第二介质基板，C面上的第二耦合电容片通过电磁耦合，信号传输到带有阻抗变化的微带线（22）上，经过阻抗变化后最后传输到微带传输线输出口（2），实现同轴线到微带线的垂直过渡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种主要应用于K波段三维多芯片组件(3D-MCM)垂直互连方法。
技术介绍
随着大规模集成电路技术、新型电子材料技术和封装互连技术的快速发展，电子装备正在向小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本方向发展，尤其对机载和星载等电子装备，实现小型化、轻量化对于提高其电性能指标和灵活机动性尤为重要。作为电子装备前端的微波组件已在现代通讯导航、民用和军用雷达等系统中广泛应用，因此必须研究解决微波组件功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，而体积越来越小、重量越来越轻的矛盾，在满足微波组件电气性能要求的前提下，尽可能提高微波组件的集成度、减小体积和重量。目前在微波毫米波频段，单一的丽IC芯片尚无法实现复杂系统级集成，而90年代发展起来的多芯片组件(MCM)技术将多个集成电路芯片和其它片式元器件封装在一块高密度多层互连基板上，成为一个独立的系统级组件，解决了系统发展的矛盾，是目前能最大限 度的发挥高集成度，高速单片IC性能，实现整机小型化、高可靠、高性能的最有效的途径之一。所谓封装是指将半导体集成电路芯片可靠地安装到一定的外壳上，封装用的外壳不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁，即芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对集成电路和整个电路系统都起着重要的作用。芯片的封装技术已经历了几代的变迁，从DIP、PQFP、PGA、BGA、CSP到MCM，技术更先进，芯片面积与封装面积之比越来越趋近于1，适用频率更高，耐温性能更好，引脚数增多，引脚间距减小，可靠性提高，使用更加方便。随着IC的飞速发展，I / 0数急剧增加，要求封装的引脚数相应增多，出现了“高密度封装”，90年代，在高密度、单芯片封装的基础上，将高集成度、高性能、高可靠性的通用集成电路芯片和专用集成电路芯片ASIC在高密度多层互连基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样的电子组件、子系统或系统，由此而产生了多芯片组件(MCM)。在通常的芯片印刷电路板(PCB)和表面安装技术(SMT)中，芯片工艺要求过高，影响其成品率和成本；印刷电路板尺寸偏大，不符合当今功能强、尺寸小的要求，并且其互连和封装的效应明显，影响了系统的特性；多芯片组件将多块未封装的裸芯片通过多层介质、高密度布线进行互连和封装，尺寸远比印刷电路板紧凑，工艺难度又比芯片小，成本适中。因此，MCM是现今较有发展前途的系统实现方式，是微电子学领域的一项重大变革技术，对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域将产生重大影响。MCM组装的是超大规模集成电路和专用集成电路的裸片，而不是中小规模的集成电路，技术上MCM追求高速度、高性能、高可靠性和多功能，而不像一般混合IC技术以缩小体积重量为主。MCM是将多块未封装的IC芯片高密度安装在同一基板上构成的部件，省去了 IC的封装材料和工艺，节约了原材料，减少了制造工艺，缩小整机/组件封装尺寸和重量。随着微电子技术的进一步发展，芯片的集成度大幅度提高，对封装的要求也更加严格，2D-MCM的缺点也逐渐暴露出来。目前，2D-MCM组装效率最高可达85%，已接近二维组装所能达到的最大理论极限，这已成为混合集成电路持续发展的障碍。当前二维MCM封装密度已不能满足新一代通信系统、微波或毫米波雷达的应用要求。为了改变这种状况，目前MCM技术已经发展到最高组装密度可达200%的三维多芯片组件(3D-MCM)封装。3D-MCM是将多个裸芯片或二维多芯片组件(2D MCM)沿z轴方向层叠起来的封装技术，相对于单芯片封装和2D MCM具有很多优点，如体积小、重量轻，硅片的封装效率大大提高，延迟进一步缩短，噪声降低，速度更快等。三维多芯片组件(3D MCM- Three Dimension Multi-Chip Module)是近几年正在发展的一种电子封装技术。3D-MCM封装进一步减小了体积，减轻了重量。相对于2D-MCM而言，3D-MCM可 使系统的体积缩小芯片预留腔10倍以上，重量减轻6倍以上。3D-MCM中芯片之间的互连长度比2D-MCM短得多，可进一步减小信号传输延迟时间和信号噪声，降低了功耗，信号传输(处理)速度增加。互连带宽，特别是存储器带宽往往是影响计算机和通信系统性能的重要因素。降低延迟时间和增大总线宽度是增大信号宽度的重要方法。3D-MCM正好具有实现此特性的突出优点。由于3D—MCM内部单位面积的互连点数大大增加，具有更高的集成度，使其整机(或系统)的外部连接点数和插板大大减小，因此可靠性得到进一步提高。3D-MCM与2D-MCM及SMT技术单位连接点数相比较，每单位面积的连接点数比2D-MCM多I 3个数量级以上，比SMT技术多I 4个数量级以上。3D-MCM虽然具有以上所述的优点，但仍然有一些困难需要克服。和2D-MCM相比，3D-MCM的封装密度增加了。在3D-MCM封装中，随着芯片封装密度的增加，基板面积上的单位体积容纳的热量就越来越高，因此散热是关键问题，一般采用以下方法采用低热阻材料，如金刚石或化学气相淀积(CVD)金刚石薄膜；采用水冷或强制空冷；采用导热粘胶或散热通孔将热量尽快散发出去。另外，作为一项新技术，3D-MCM还需进一步完善，需更新设备，开发新的软件，还要承担一定的风险。根据多层互连基板的结构和工艺技术的不同，MCM大体上可分为三类①层压介质MCM(MCM-L) 陶瓷或玻璃瓷MCM(MCM-C) 硅或介质材料上的淀积布线MCM(MCM-D)。MCM-L是采用多层印制电路板做成的MCM，制造工艺较成熟，生产成本较低，但因芯片的安装方式和基板的结构所限，高密度布线困难，因此电性能较差，主要用于30MHz以下的产品。 MCM-C是采用高密度多层布线陶瓷基板制成的MCM，结构和制造工艺都与先进IC极为相似，其优点是布线层数多，布线密度、封装效率和性能均较高，主要用于工作频率(30-50)MHz的高可靠产品。它的制造过程可分为高温共烧陶瓷法(HTCC)和低温共烧陶瓷法(LTCC)，由于低温下可采用Ag、Au、Cu等金属和一些特殊的非传导性材料，近年来，低温共烧陶瓷法占主导地位。 MCM-D是采用薄膜多层布线基板制成的MCM，其基体材料又分为MCM-D / C(陶瓷基体薄膜多层布线基板的MCM)、MCM-D / M(金属基体薄膜多层布线基板的MCM)、MCM-D / Si (硅基薄膜多层布线基板的MCM)等三种，MCM-D的组装密度很高，主要用于500MHz以上的产品。三维封装的基本特点是在垂直于芯片表面的方向上进行堆叠芯片，芯片之间通过线焊、通孔垂直互连或倒装焊形式连接。主要有三种类型埋置型、有源基板型和叠层型。其主要优点为体积小、重量轻，信号传输延迟时间小、低噪声、功耗低、极大地提高了组装效率和互连效率，增大信号带宽，加快信号传输速度，多功能性、高可靠性和低成本性。3D封装虽然可有效地缩减封装面积并进行系统的整合，但其结构较复杂且散热设计、电学特性、翘曲度及可靠性控制与组装合格率等都比单一芯片封装更具挑战性。3D-MCM技术是适应集成电路向小型、高速、大功率和高密度发展需要的关键技术，已成为当前国本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴型非接触式3D-MCM的垂直互连方法，其特征在于包括如下步骤在上模块(3)上制出一个台阶孔(8)作为同轴线I的输入口，同轴线I的内芯7垂直穿过空气介质孔(9)和第一介质基板4的过孔(12)与第一耦合电容片14相连接；在第一介质基板(4)，B面上的第一耦合电容片(14)和第二介质基板(5)，C面上的第二耦合电容片(20)分别对应无地区域(13、24)，并在电容片周围布局接地孔；第一耦合电容片(14)和第二耦合电容片(20)通过电磁耦合，将信号传输到带有阻抗变化的微带线(22)上，经过阻抗变化后最后传输到微带传输线输出口(2)，实现同轴线到微带线的垂直过渡；然后在上模块(3)与下模块(6)之间设置屏蔽电磁耦合区域的屏蔽板(17)，把屏蔽板(17)镂空圆弧过渡开口(18)的镂空部分作为两耦合电容片的耦合区域，并让出微带传输线(2)的路由位置；当上模块(3)、屏蔽板(17)和下模块(6)三者合一时，通过第一接地孔(11)、第二接地孔(19)和屏蔽板(17)部分形成共地，构成叠层型3D-MCM结构。2.根据权利要求I所述的同轴型非接触式3D-MCM的垂直互连方法，其特征在于，整个模块的垂直过渡路线为同轴线I输入端口一通过空气介质孔(9)的同轴线(I)的内芯(7)—第一耦合电容片(14)和第二耦合电容片(20)电磁耦合一带有阻抗变化的微带传输线(22)—微带传输线输出端口(2)。3.根据权利要求I所述的同轴型非接触式3D-MCM的垂直互连方法，其特征在于，同轴线输入端口 I的匹配通过调整介...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗鑫，黄建，赵青，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：