[发明专利]一种金属做密闭壳体的射频芯片系统级封装结构及工艺

说明书

本发明提供一种金属做密闭壳体的射频芯片系统级封装结构，包括底座晶圆和盖板晶圆，底座晶圆和盖板晶圆通过晶圆级工艺键合在一起，底座晶圆和盖板晶圆的外表面均设有绝缘层，底座晶圆的中部设有TSV布孔区域，TSV布孔区域内设有多个并行排列的TSV孔，这些TSV孔在厚度方向上贯穿底座晶圆，TSV孔内铸铜形成TSV铜柱，在布孔区域的上表面设有上部RDL结构，在布孔区域的下表面设有下部RDL结构，TSV铜柱的上下两端分别连接上部RDL结构和下部RDL结构，上部RDL结构的上表面连接功能芯片，底座晶圆在布孔区域以外的部分设有底座金属件；本发明还提供上述结构的封装工艺。本发明不需要做TSV和空腔结构，适合大量制造和批量生产。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种金属做密闭壳体的射频芯片系统级封装结构。

背景技术

微波毫米波射频集成电路技术是现代国防武器装备和互联网产业的基础，随着智能通信、智能家居、智能物流、智能交通等“互联网+”经济的快速兴起，承担数据接入和传输功能的微波毫米波射频集成电路也存在巨大现实需求及潜在市场。

在后摩尔定律的时代背景下，通过传统的缩小晶体管尺寸的方式来提高集成度变得更加困难。现在的电子系统正朝着小型化、多样化、智能化的方向发展，并最终形成具有感知、通信、处理、传输等融合多功能于一体的高集成度低成本综合电子系统。多功能综合电子系统的核心技术是集成，正在由平面集成向三维集成、由芯片级向集成度和复杂度更高的系统级集成发展。三维集成系统级封装能够解决同样面积内集成更多的晶体管的问题，是未来的发展方向。

通过转接板做载板或者盖板来做系统级封装的结构既能在架构上将芯片由平面布局改为堆叠式布局，又能集成无源器件或分立元件等系统构建，使得精度、密度增加，性能大大提高，代表着未来射频集成电路技术的发展趋势，在多方面存在极大的优势特性：

（a）三维异构集成系统级封装采用一个芯片壳体来完成一个系统的全部互连，使总的焊点大为减少，也缩短了元件的连线路程，从而使电性能得以提高。

（b）三维异构集成系统级封装在同一转接板芯片中叠加两个或更多的芯片，把Z方向的空间也利用起来，又不必增加封装引脚，两芯片叠装在同一壳内与芯片面积比均大于100％，三芯片叠装可增至250％；

（c）物理尺寸小，重量轻。例如，最先进的技术可实现4层堆叠芯片只有1mm厚的超薄厚度，三叠层芯片的重量减轻35％；

不同工艺（如MEMS工艺、SiGe HBT、SiGe BiCMOS、Si CMOS、III-V（InP、GaN、GaAs）MMIC工艺等），不同材料（如Si、GaAs、InP）制作的不同功能的芯片（如射频、生物、微机电和光电芯片等）组装形成一个系统，有很好的兼容性，并可与集成无源元件结合。有数据显示，无线电和便携式电子整机中现用的无源元件至少可被嵌入30-50％。

但是在实际应用当中，组成系统级封装结构需要做打引线和电磁屏蔽用的TSV以及镶嵌芯片用的硅空腔，这两个工艺不仅实现起来复杂，且成本奇高，对产品的量产是一个挑战。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是针对背景技术中的缺陷，提供一种金属做密闭壳体的射频芯片系统级封装结构。

为此，本发明采用以下技术方案：一种金属做密闭壳体的射频芯片系统级封装结构，包括底座晶圆和盖板晶圆，底座晶圆和盖板晶圆通过晶圆级工艺键合在一起，底座晶圆和盖板晶圆的外表面均设有绝缘层，底座晶圆的中部设有TSV布孔区域，TSV布孔区域内设有多个并行排列的TSV孔，这些TSV孔在厚度方向上贯穿底座晶圆，TSV孔内铸铜形成TSV铜柱，在布孔区域的上表面设有上部RDL结构，在布孔区域的下表面设有下部RDL结构，TSV铜柱的上下两端分别连接上部RDL结构和下部RDL结构，上部RDL结构的上表面连接功能芯片，底座晶圆在布孔区域以外的部分设有底座金属件；盖板晶圆的下表面设有盖板金属件，底座金属件和盖板金属件焊接固定。