感知「利」器｜利用TSV技術的微波多晶片封裝

2020-10-23

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工欲善其事，必先利其器。

在全球化的今天，專利已不僅僅是創新的一種保護手段，它已成為商業戰場中的利器。

麥姆斯諮詢傾情打造MEMS、傳感器以及物聯網領域的專利運營平台，整合全產業鏈智慧財產權資源，積極推動智慧財產權保護與有效利用。

為了滿足超大規模集成電路發展的需要，新穎的3D堆疊式封裝技術應運而生。

它用最小的尺寸和最輕的重量，將不同性能的晶片和多種技術集成到單個封裝體中，是一種通過在晶片和晶片之間、晶圓和晶圓之間製造垂直電學導通，實現晶片之間互連的最新的封裝互連技術，使晶片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，並且大大改善晶片速度和低功耗的性能。

矽通孔（Through-silicon vias, TSVs）技術作為3D封裝領域最核心最基本的技術，已經成為高端存儲器的首選互連解決方案。

矽通孔技術還實現了邏輯電路與CMOS圖像傳感器、MEMS、傳感器以及射頻濾波器的異質集成（heterogeneous integration）。

在不遠的將來，矽通孔技術還將實現光子和LED的功能集成。

矽通孔晶圓的出貨量預測（按照應用領域細分）

知名市場研究機構Yole在其近期發布的報告《先進封裝：3D IC和2.5D矽通孔互連技術-2016版》中預測，到2020年，3D矽通孔和2.5D互連技術市場預計將達到約200萬塊晶圓，複合年增長率將達22%。

其市場增長驅動力主要來自高端圖形應用、高性能計算、網絡和數據中心對3D存儲器應用的需求增長，以及指紋識別傳感器、環境光傳感器、射頻濾波器和LED等新應用的快速發展。

各應用領域的矽通孔初制晶圓市場發展情況

【推薦發明專利】

《利用TSV技術的微波多晶片封裝》

【技術背景】

矽基埋置型圓片級系統封裝在微波頻段的微波多晶片組件（Microwave Monolithic Integrated Circuit, MMIC）應用中取得了很好的效果，但為了達到更高密度的封裝和集成能力，在封裝尺寸、材料、工藝、熱、機械和電性能以及多種不同技術混合集成方面還面臨一些挑戰。

作為一種新技術，其可靠性和散熱性能方面還存在缺陷。

尤其是由於工藝複雜度（包括多層互連，無源器件集成，埋置晶片集成等製造過程）造成的成品率的限制，極大地影響了其更廣泛的應用。

例如，埋置入襯底埋置槽的MMIC晶片需要承受在之後的工藝過程中失效的風險；而且當MMIC埋入後，一些特殊的工藝，如腐蝕、釋放、高溫退火等也可能對MMIC晶片造成傷害。

TSV是解決上述問題的一個可選方案。

作為當前三維封裝領域最核心最基本的技術，TSV技術可以實現最短的穿矽互連長度，並且其集成密度數倍於單面集成。

不僅可以減少損耗和寄生效應的影響，而且能夠很容易地實現不同層次封裝（晶片、晶圓、封裝）器件的堆疊，晶片面對面安裝堆疊所引起的串擾問題也容易避免。

但是，在微波頻段系統級封裝方面，由於較高的襯底損耗和難度極高的製造低損耗的傳輸線結構（如同軸線）的方法，TSV用於微波埋置型圓片級系統封裝一直難以實現。

本發明提出了一種能用於微波頻段的，利用TSV實現雙面集成的系統級封裝結構，包括MMIC晶片、倒裝晶片和集成無源器件（例如電容，電感，濾波器等）都可集成在同一封裝體內。

襯底使用高阻矽減少了襯底損耗。

在此系統級封裝中，特殊的TSV傳輸結構可實現低損耗的穿矽微波信號傳輸，而BCB/金屬組成的微帶線實現2D平面的微波傳輸，從而降低了整個封裝結構的微波損耗，實現了TSV三維封裝技術應用於微波埋置型圓片級系統封裝中，達到更高的封裝和集成密度的能力，提高製造工藝和產品的可靠性。

此外，本發明提出了一種利用穿矽通孔的微波多晶片封裝結構的製作方法，該方法在需要集成MMIC晶片時，不必在布線之前就埋入襯底，其性能、可靠性、以及成品率將得到改善。

同時，在製作過程中的注入腐蝕、釋放和高溫退火等工藝可以在MMIC集成之前使用，需要使用特殊工藝的元器件可以在襯底的另一面事先組裝和集成。

因而包括有源和無源器件、MEMS器件、以及光電器件等的襯底在集成MMIC之前可以很方便地大規模製造，並且工藝相對簡單，成本降低，是目前極為先進、可靠的製造方法。

【其它矽通孔技術相關專利】

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- 《矽通孔的製作方法》

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