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感知“利”器|利用TSV技术的微波多芯片封装
2017-01-18 22:03:22   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

硅基埋置型圆片级系统封装在微波频段的微波多芯片组件应用中取得了很好的效果,但为了达到更高密度的封装和集成能力,在封装尺寸、材料、工艺、热、机械和电性能以及多种不同技术混合集成方面还面临一些挑战。

工欲善其事,必先利其器。在全球化的今天,专利已不仅仅是创新的一种保护手段,它已成为商业战场中的利器。麦姆斯咨询倾情打造MEMS、传感器以及物联网领域的专利运营平台,整合全产业链知识产权资源,积极推动知识产权保护与有效利用。

为了满足超大规模集成电路发展的需要,新颖的3D堆叠式封装技术应运而生。它用最小的尺寸和最轻的重量,将不同性能的芯片和多种技术集成到单个封装体中,是一种通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制造垂直电学导通,实现芯片之间互连的最新的封装互连技术,使芯片在三维方向堆叠的密度最大,外形尺寸最小,并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。

硅通孔(Through-silicon vias, TSVs)技术作为3D封装领域最核心最基本的技术,已经成为高端存储器的首选互连解决方案。硅通孔技术还实现了逻辑电路与CMOS图像传感器、MEMS传感器以及射频滤波器的异质集成(heterogeneous integration)。在不远的将来,硅通孔技术还将实现光子和LED的功能集成。

硅通孔晶圆的出货量预测(按照应用领域细分)

硅通孔晶圆的出货量预测(按照应用领域细分)

知名市场研究机构Yole在其近期发布的报告《先进封装:3D IC和2.5D硅通孔互连技术-2016版》中预测,到2020年,3D硅通孔和2.5D互连技术市场预计将达到约200万块晶圆,复合年增长率将达22%。其市场增长驱动力主要来自高端图形应用、高性能计算、网络和数据中心对3D存储器应用的需求增长,以及指纹识别传感器、环境光传感器、射频滤波器和LED等新应用的快速发展。

各应用领域的硅通孔初制晶圆市场发展情况

各应用领域的硅通孔初制晶圆市场发展情况

【推荐发明专利】

《利用TSV技术的微波多芯片封装》

【技术背景】

硅基埋置型圆片级系统封装在微波频段的微波多芯片组件(Microwave Monolithic Integrated Circuit, MMIC)应用中取得了很好的效果,但为了达到更高密度的封装和集成能力,在封装尺寸、材料、工艺、热、机械和电性能以及多种不同技术混合集成方面还面临一些挑战。

作为一种新技术,其可靠性和散热性能方面还存在缺陷。尤其是由于工艺复杂度(包括多层互连,无源器件集成,埋置芯片集成等制造过程)造成的成品率的限制,极大地影响了其更广泛的应用。例如,埋置入衬底埋置槽的MMIC芯片需要承受在之后的工艺过程中失效的风险;而且当MMIC埋入后,一些特殊的工艺,如腐蚀、释放、高温退火等也可能对MMIC芯片造成伤害。

TSV是解决上述问题的一个可选方案。作为当前三维封装领域最核心最基本的技术,TSV技术可以实现最短的穿硅互连长度,并且其集成密度数倍于单面集成。不仅可以减少损耗和寄生效应的影响,而且能够很容易地实现不同层次封装(芯片、晶圆、封装)器件的堆叠,芯片面对面安装堆叠所引起的串扰问题也容易避免。但是,在微波频段系统级封装方面,由于较高的衬底损耗和难度极高的制造低损耗的传输线结构(如同轴线)的方法,TSV用于微波埋置型圆片级系统封装一直难以实现。

本发明提出了一种能用于微波频段的,利用TSV实现双面集成的系统级封装结构,包括MMIC芯片、倒装芯片和集成无源器件(例如电容,电感,滤波器等)都可集成在同一封装体内。衬底使用高阻硅减少了衬底损耗。在此系统级封装中,特殊的TSV传输结构可实现低损耗的穿硅微波信号传输,而BCB/金属组成的微带线实现2D平面的微波传输,从而降低了整个封装结构的微波损耗,实现了TSV三维封装技术应用于微波埋置型圆片级系统封装中,达到更高的封装和集成密度的能力,提高制造工艺和产品的可靠性。

利用TSV技术的微波多芯片封装

此外,本发明提出了一种利用穿硅通孔的微波多芯片封装结构的制作方法,该方法在需要集成MMIC芯片时,不必在布线之前就埋入衬底,其性能、可靠性、以及成品率将得到改善。同时,在制作过程中的注入腐蚀、释放和高温退火等工艺可以在MMIC集成之前使用,需要使用特殊工艺的元器件可以在衬底的另一面事先组装和集成。

因而包括有源和无源器件、MEMS器件、以及光电器件等的衬底在集成MMIC之前可以很方便地大规模制造,并且工艺相对简单,成本降低,是目前极为先进、可靠的制造方法。

【其它硅通孔技术相关专利】
- 《用于硅通孔互连的多晶硅应力传感器结构及其制备方法》
- 《硅通孔的制作方法》
- 《利用TSV技术实现GaAs图像传感器的圆片级封装方法》
- 《制作TSV时采用的二次湿法腐蚀支撑晶圆分离的工艺》
- 《一种采用非对准键合工艺来制作TSV的电镀方法》
- 《一种制作锥形穿硅通孔时采用的刻蚀方法》
- 《一种借助悬架光刻胶实现硅通孔互连的方法》
- 《一种适用于自下而上电镀方法制作TSV的电镀挂件》
- 《封装制作晶圆TSV过程中所采用的腐蚀槽和工艺方法》

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