一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法与流程

1.本发明属于三维集成封装技术领域，尤其涉及一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法。

背景技术：

2.目前，三维集成封装技术是将至少两层集成电路芯片(integrated circuit，简称：ic，本技术中将集成电路芯片简称为芯片)堆叠设置并予以封装，通过埋设在封装体内的导电结构实现各层芯片之间的电信号连接。三维集成封装技术可以降低芯片功耗、减小互连延时、提高数据传输带宽，为实现具有复杂功能的soc(system on chip，中文：系统级芯片或片上系统)芯片提供了可能。mems芯片封装时采用三维集成技术，可以大大缩小封装尺寸，并具有精度高、功耗低的特点。此外，三维集成封装技术还可以大大缩小封装结构的尺寸。但是现有的三维封装结构尺寸较大、封装厚度大，进行封装的过程繁琐。因此，亟需一种新的三维集成封装方法。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的三维封装结构尺寸较大、封装厚度大，进行封装的过程繁琐。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法。
5.本发明是这样实现的，一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法包括以下步骤：
6.步骤一，进行微波射频芯片的制备：在金属基板上进行粘合层和芯片槽的设置，通过粘合层黄芯片槽与金属基板连接；在芯片槽的内表面上进行金属层的设置；在金属层上进行芯片的设置，并进行芯片与金属基板的电连接；在芯片远离金属层的一面进行介质层的设置，得到微波射频芯片；
7.步骤二，分别进行底层布线层、中间布线层以及上层布线层的设置：在微波射频芯片的正上方设置导电金属柱得到底层布线层；将数字信号与直流信号走线层作为中间布线层，以及将接地层作为上层布线层；
8.步骤三，进行键合材料的制备：将高岭土、铝矾土、硅灰置于粉碎机中粉碎，后置于球磨机中球磨，得到高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末；将高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末置于煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧产物；将煅烧产物与去离子水进行混合，进行搅拌均匀得到混合液；在混合液中加入粘结剂，进行超声分散，得到键合材料；
9.步骤四，使用键合材料进行键合层的设置：使用高岭土、铝矾土、硅灰、去离子水和粘结剂进行键合材料制备，得到液态键合材料；使用键合材料分别进行底层布线层与中间布线层、中间布线层与上层布线层的键合，得到布线层；
10.步骤五，进行基板的制备：按照质量份数称取碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘
结剂、增塑剂、甲苯；将石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行混合，进行球磨，得到流延浆料；将流延浆料进行流延成型，得到流延坯；将流延坯与碳化硅粉进行气相熔渗，得到基板；对基板进行切割；
11.步骤六，对基板的结构进行调整得到硅基板：在制备的基板正面进行凹槽的切割，在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，得到硅基板；
12.步骤七，进行三维集成封装：选择金属板作为封装载板；在封装载板上方进行布线层的设置；进行覆膜层的设置并将布线层通过覆膜层与硅基层板连接，在硅基板层上覆盖上层盖板；
13.步骤八，进行封装载板的拆除与封装的调整，完成基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装。
14.进一步，步骤一中，所述芯片的尺寸与芯片槽相匹配。
15.进一步，步骤三中，所述煅烧的升温速率为10～20℃/min，煅烧的最低温度为400℃。
16.进一步，步骤三中，所述超声分散的频率为55～60khz，超声分散的时间为20～30min。
17.进一步，步骤三中，所述基板按质量份数计，由碳化硅粉6～9份、石墨3～5份、分散剂1～3份、助烧剂1～2份、粘结剂1～2份、增塑剂2～3份、甲苯6～10份组成。
18.进一步，所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯；所述助烧剂为熔点在烧结温度以下的低熔点金属、合金或至少二维尺度在100nm以下的金属或合金材料；所述粘结剂由30～70％质量份的甲基丙烯酸酯单体和20～50％质量份的甲基丙烯酸酯树脂组成；所述增塑剂包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、液体聚丁二烯、液体聚异戊二烯非活性树脂中的一种或多种混和。
19.进一步，步骤六中，所述在制备的基板的正面进行凹槽的切割，包括：
20.在基板的正面中间位置进行凹槽的标记，并沿标记线进行凹槽切割。
21.进一步，所述凹槽的厚度为基板厚度的10～20％。
22.进一步，步骤六中，所述在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，包括：
23.(1)采用机械研磨法对基板的背面进行减薄；
24.(2)在基板背面制作应力槽，所述应力槽与所述基板的正面的凹槽相对应；
25.(3)采用旋涂工艺在基板的背面覆盖一层钝化保护层。
26.本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法封装的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装结构，所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装结构包括：封装载板、底层布线层、第一键合层、中间布线层、第二键合层、上层布线层、覆膜层、硅基板、上层盖板。
27.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法中，将布线层、覆膜层、硅基板、上层盖板通过键合工艺集成在同一模块内，集成度较高，降低了三维集成封装结构的厚度。同时，本发明通过设置导电金属柱，通过导电金属柱实现电连接，无需在芯片内部开设通孔，降低了芯片的设计难度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明实施例提供的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法流程图。
30.图2是本发明实施例提供的进行微波射频芯片制备的方法流程图。
31.图3是本发明实施例提供的使用高岭土、铝矾土、硅灰、去离子水、粘结剂进行键合材料制备的方法流程图。
32.图4是本发明实施例提供的使用碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行基板制备的方法流程图。
33.图5是本发明实施例提供的在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置的方法流程图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
36.如图1所示，本发明实施例提供的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法包括以下步骤：
37.s101，分别进行底层布线层、中间布线层以及上层布线层的设置：进行微波射频芯片的制备，在微波射频芯片的正上方设置导电金属柱得到底层布线层；将数字信号与直流信号走线层作为中间布线层，以及将接地层作为上层布线层；
38.s102，进行键合材料的制备并使用键合材料进行键合层的设置：使用高岭土、铝矾土、硅灰、去离子水、粘结剂进行键合材料的制备，得到液态键合材料；使用键合材料分别进行底层布线层与中间布线层、中间布线层与上层布线层的键合，得到布线层；
39.s103，进行基板的制备：使用碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行基板的制备；
40.s104，对基板的结构进行调整得到硅基板：在制备的基板的正面进行凹槽的切割，在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，得到硅基板；
41.s105，进行三维集成封装：选择金属板作为封装载板；在封装载板上方进行布线层的设置；进行覆膜层的设置并将布线层通过覆膜层与硅基层板连接，在硅基板层上覆盖上层盖板；
42.s106，进行封装载板的拆除与封装的调整，完成基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装。
43.如图2所示，本发明实施例提供的步骤s101中，进行微波射频芯片的制备，包括：
44.s201，在金属基板上进行粘合层和芯片槽的设置，通过粘合层黄芯片槽与金属基板连接；
45.s202，在芯片槽的内表面上进行金属层的设置；
46.s203，在金属层上进行芯片的设置，并进行芯片与金属基板的电连接；
47.s204，在芯片远离金属层的一面进行介质层的设置，得到微波射频芯片。
48.本发明实施例提供的芯片的尺寸与芯片槽相匹配。
49.如图3所示，本发明实施例提供的步骤s102中，使用高岭土、铝矾土、硅灰、去离子水、粘结剂进行键合材料的制备，包括：
50.s301，将高岭土、铝矾土、硅灰置于粉碎机中粉碎，后置于球磨机中球磨，得到高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末；
51.s302，将高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末置于煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧产物；
52.s303，将煅烧产物与去离子水进行混合，进行搅拌均匀得到混合液；
53.s304，在混合液中加入粘结剂，进行超声分散，得到键合材料。
54.本发明实施例提供的煅烧的升温速率为10～20℃/min，煅烧的最低温度为400℃。
55.本发明实施例提供的超声分散的频率为55～60khz，时间为20～30min。
56.如图4所示，本发明实施例提供的步骤s103中，使用碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行基板的制备，包括：
57.s401，按照质量份数称取碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯；
58.s402，将石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行混合，进行球磨，得到流延浆料；
59.s403，将流延浆料进行流延成型，得到流延坯；将流延坯与碳化硅粉进行气相熔渗，得到基板；
60.s404，对基板进行切割。
61.本发明实施例提供的基板按质量份数计，由碳化硅粉6～9份、石墨3～5份、分散剂1～3份、助烧剂1～2份、粘结剂1～2份、增塑剂2～3份、甲苯6～10份组成。
62.本发明实施例提供的分散剂为聚甲基丙烯酸酯；所述助烧剂为熔点在烧结温度以下的低熔点金属、合金或至少二维尺度在100nm以下的金属或合金材料；所述粘结剂由30～70％质量份的甲基丙烯酸酯单体和20～50％质量份的甲基丙烯酸酯树脂组成；所述增塑剂包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、液体聚丁二烯、液体聚异戊二烯非活性树脂中的一种或多种混和。
63.本发明实施例提供的步骤s104中，在制备的基板的正面进行凹槽的切割，包括：在基板的正面中间位置进行凹槽的标记，并沿标记线进行凹槽切割。
64.本发明实施例提供的凹槽的厚度为基板厚度的10～20％。
65.如图5所示，本发明实施例提供的步骤s104中，在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，包括：
66.s501，采用机械研磨法对基板的背面进行减薄；
67.s502，在基板的背面制作应力槽，所述应力槽与所述基板的正面的凹槽相对应；
68.s503，采用旋涂工艺在基板的背面覆盖一层钝化保护层。
69.本发明实施例提供的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装结构包括：
封装载板、底层布线层、第一键合层、中间布线层、第二键合层、上层布线层、覆膜层、硅基板、上层盖板。
70.以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法包括以下步骤：步骤一，进行微波射频芯片的制备：在金属基板上进行粘合层和芯片槽的设置，通过粘合层黄芯片槽与金属基板连接；在芯片槽的内表面上进行金属层的设置；在金属层上进行芯片的设置，并进行芯片与金属基板的电连接；在芯片远离金属层的一面进行介质层的设置，得到微波射频芯片；步骤二，分别进行底层布线层、中间布线层以及上层布线层的设置：在微波射频芯片的正上方设置导电金属柱得到底层布线层；将数字信号与直流信号走线层作为中间布线层，以及将接地层作为上层布线层；步骤三，进行键合材料的制备：将高岭土、铝矾土、硅灰置于粉碎机中粉碎，后置于球磨机中球磨，得到高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末；将高岭土、铝矾土、硅灰混合粉末置于煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧产物；将煅烧产物与去离子水进行混合，进行搅拌均匀得到混合液；在混合液中加入粘结剂，进行超声分散，得到键合材料；步骤四，使用键合材料进行键合层的设置：使用高岭土、铝矾土、硅灰、去离子水和粘结剂进行键合材料制备，得到液态键合材料；使用键合材料分别进行底层布线层与中间布线层、中间布线层与上层布线层的键合，得到布线层；步骤五，进行基板的制备：按照质量份数称取碳化硅粉、石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯；将石墨、分散剂、助烧剂、粘结剂、增塑剂、甲苯进行混合，进行球磨，得到流延浆料；将流延浆料进行流延成型，得到流延坯；将流延坯与碳化硅粉进行气相熔渗，得到基板；对基板进行切割；步骤六，对基板的结构进行调整得到硅基板：在制备的基板正面进行凹槽的切割，在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，得到硅基板；步骤七，进行三维集成封装：选择金属板作为封装载板；在封装载板上方进行布线层的设置；进行覆膜层的设置并将布线层通过覆膜层与硅基层板连接，在硅基板层上覆盖上层盖板；步骤八，进行封装载板的拆除与封装的调整，完成基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装。2.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤一中，所述芯片的尺寸与芯片槽相匹配。3.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤三中，所述煅烧的升温速率为10～20℃/min，煅烧的最低温度为400℃。4.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤三中，所述超声分散的频率为55～60khz，超声分散的时间为20～30min。5.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤三中，所述基板按质量份数计，由碳化硅粉6～9份、石墨3～5份、分散剂1～3份、助烧剂1～2份、粘结剂1～2份、增塑剂2～3份、甲苯6～10份组成。6.如权利要求5所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，所述分散剂为聚甲基丙烯酸酯；所述助烧剂为熔点在烧结温度以下的低熔点金属、合金或至少二维尺度在100nm以下的金属或合金材料；所述粘结剂由30～70％质量份的甲基丙
烯酸酯单体和20～50％质量份的甲基丙烯酸酯树脂组成；所述增塑剂包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、液体聚丁二烯、液体聚异戊二烯非活性树脂中的一种或多种混和。7.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤六中，所述在制备的基板的正面进行凹槽的切割，包括：在基板的正面中间位置进行凹槽的标记，并沿标记线进行凹槽切割。8.如权利要求7所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，所述凹槽的厚度为基板厚度的10～20％。9.如权利要求1所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，其特征在于，步骤六中，所述在基板的背面进行减薄并对减薄后的基板进行结构设置，包括：(1)采用机械研磨法对基板的背面进行减薄；(2)在基板背面制作应力槽，所述应力槽与所述基板的正面的凹槽相对应；(3)采用旋涂工艺在基板的背面覆盖一层钝化保护层。10.一种应用如权利要求1～9任意一项所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法封装的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装结构，其特征在于，所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装结构包括：封装载板、底层布线层、第一键合层、中间布线层、第二键合层、上层布线层、覆膜层、硅基板、上层盖板。

技术总结

本发明属于三维集成封装技术领域，公开了一种基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法，所述基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法包括：进行键合材料的制备并使用键合材料进行键合层的设置，进行基板的制备，对基板的结构进行调整得到硅基板，进行三维集成封装，进行封装载板的拆除与封装的调整，完成基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装。本发明提供的基于毫米波天线与硅基多通道组件三维集成封装方法中，进行硅基板的设置以及结构的改进，能够提升天线性能；集成度较高，降低了三维集成封装结构的厚度。同时，本发明通过设置导电金属柱，通过导电金属柱实现电连接，无需在芯片内部开设通孔，降低了芯片的设计难度。了芯片的设计难度。了芯片的设计难度。