一种玻璃基射频前端结构及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及雷达射频封装技术领域，尤其涉及一种玻璃基射频前端结构，以及一种玻璃基射频前端结构的制备工艺。

背景技术：

2.随着雷达工作频段的不断提高，射频前端的性能、体积和成本对相控阵雷达整机影响深远。传统设计中，射频前端采用分立器件和基于多芯片组件的板级集成设计，使得系统体积较大、成本较高，装配调试流程繁琐、工作量大，组件一致性、可靠性较差，目前已成为制约雷达跨越式发展的重要因素之一。
3.采用基于硅转接板的射频前端结构可以实现高集成、轻量化设计，然而硅是一种半导体材料，硅通孔周围的载流子在电场或磁场作用下可以自由移动，对邻近的电路或信号产生影响，会影响芯片及系统性能。

技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种玻璃基射频前端结构及其制备工艺。
5.本发明提出的一种玻璃基射频前端结构，包括由下至上依次叠层设置的玻璃基转接板层、玻璃腔体层、玻璃盖帽层，其中：
6.玻璃腔体层包括第一玻璃基板、元器件和侧金属屏蔽层，第一玻璃基板上设有空腔，元器件位于空腔内并且贴装在玻璃基转接板层上，侧金属屏蔽层设于第一玻璃基板上并且位于元器件所在空腔的周围；
7.玻璃盖帽层包括第二玻璃基板和设于第二玻璃基板下表面的上金属屏蔽层，上金属屏蔽层位于元器件所在空腔的上端口内。
8.优选地，玻璃基转接板层包括第三玻璃基板、上金属布线层、金属化玻璃通孔、下金属布线层和球栅阵列，上金属布线层设于第三玻璃基板上表面用于贴装元器件，下金属布线层设于第三玻璃基板下表面，上金属布线层与下金属布线层之间通过金属化玻璃通孔互联，球栅阵列设于下金属布线层表面。
9.优选地，玻璃基转接板层的第三玻璃基板的厚度为200um。
10.优选地，金属化玻璃通孔的直径在10-30um。
11.优选地，球栅阵列的焊球材质为锡或锡铅。
12.优选地，焊球直径在200um以上。
13.优选地，侧金属屏蔽层的金属材质可以是铜、钛、镍、金中的任意一种。
14.优选地，侧金属屏蔽层的直径为10-30um。
15.优选地，玻璃腔体层的第一玻璃基板的厚度在200um-500um。
16.优选地，元器件为驱动放大器、功率放大器、收发多功能芯片、开关芯片、低噪声放大器、限幅器、衰减器、滤波器、波控模块中的任意一个或多个。
17.优选地，上金属屏蔽层的金属材质可以是铜、钛、镍、金中的任意一种。
18.优选地，上金属屏蔽层的厚度在5-10um。
19.优选地，玻璃盖帽层的第二玻璃基板的厚度为200um。
20.本发明还提供了一种上述玻璃基射频前端结构的制备工艺，包括以下步骤：
21.s1、制备玻璃腔体层，制备玻璃基转接板层，制备玻璃盖帽层；
22.s2、将玻璃腔体层、玻璃基转接板层和玻璃盖帽层进行叠层封装；
23.其中，所述s1中制备玻璃腔体层的方法包括：
24.s111、在一块玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成侧金属屏蔽层；
25.s112、在所述玻璃晶圆表面刻蚀空腔；
26.所述s1中制备玻璃基转接板层的方法包括：
27.s121、在一块玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成金属化玻璃通孔；
28.s122、利用金属溅射工艺在所述玻璃晶圆表面形成上金属布线层和下金属布线层；
29.所述s1中制备玻璃盖帽层的方法包括：
30.s131、利用金属溅射及刻蚀工艺在一块玻璃晶圆上形成上金属屏蔽层；
31.所述s2中进行叠层封装的方法包括：
32.s21、将玻璃基转接板层和玻璃腔体层通过键合工艺连接在一起；
33.s22、利用金丝键合工艺或倒装植球工艺将元器件贴装在玻璃基转接板层的上金属布线层表面；
34.s23、将玻璃盖帽层与玻璃腔体层通过键合工艺封装在一起；
35.s24、在玻璃基转接板层的下金属布线层表面植焊球。
36.本发明的玻璃基射频前端结构通过上金属屏蔽层和侧金属屏蔽层对玻璃腔体层空腔中的元器件进行电磁屏蔽，上金属屏蔽层可对垂直方向上的射频信号进行屏蔽，侧金属屏蔽层可对水平方向上的射频信号进行屏蔽，从而可有效增强电磁屏蔽，实现元器件的高性能工作。
附图说明
37.图1为实施例中提出的一种玻璃基射频前端结构的示意图；
38.图2为实施例中的玻璃腔体层的制备工艺流程图；
39.图3为实施例中的玻璃基转接板层的制备工艺流程图；
40.图4为实施例中的玻璃盖帽层的制备工艺流程图；
41.图5为实施例中的将玻璃腔体层、玻璃基转接板层和玻璃盖帽层进行叠层封装的工艺流程图。
具体实施方式
42.请参照图1-5所示，根据本发明实施例的一种玻璃基射频前端结构，包括由下至上依次叠层设置的玻璃基转接板层1、玻璃腔体层2、玻璃盖帽层3。
43.玻璃腔体层2包括第一玻璃基板21、元器件22和侧金属屏蔽层23，第一玻璃基板21上设有空腔24，元器件22位于空腔24内并且贴装在玻璃基转接板层1上，侧金属屏蔽层23设于第一玻璃基板21上并且位于元器件22所在空腔24的周围。
44.玻璃盖帽层3包括第二玻璃基板31和设于第二玻璃基板31下表面的上金属屏蔽层32，上金属屏蔽层32位于元器件22所在空腔24的上端口内。
45.玻璃基转接板层1包括第三玻璃基板11、上金属布线层12、金属化玻璃通孔13、下金属布线层14和球栅阵列15，上金属布线层12设于第三玻璃基板11上表面用于贴装元器件22，下金属布线层14设于第三玻璃基板11下表面，上金属布线层12与下金属布线层14之间通过金属化玻璃通孔13互联，球栅阵列15设于下金属布线层14表面。
46.该玻璃基射频前端结构采用三维集成封装技术，大幅降低了系统的体积和重量，特别适用于对小型化、轻量化要求高的机载环境。其采用玻璃基板代替硅基板，可有效减小基板内部自由移动电荷的影响，还通过上金属屏蔽层32可对垂直方向上的射频信号进行屏蔽，通过侧金属屏蔽层23可对水平方向上的射频信号进行屏蔽，从而可有效增强电磁屏蔽，实现元器件22的高性能工作。
47.在具体的实施例中，玻璃腔体层2的侧金属屏蔽层23由金属化垂直玻璃通孔形成，侧金属屏蔽层23的直径为10-30um，侧金属屏蔽层23的金属材质可以是铜、钛、镍、金中的任意一种。
48.玻璃腔体层2的第一玻璃基板21的厚度在200um-500um，第一玻璃基板21的厚度可以根据贴装的元器件22的高度进行调整，只要其厚度略大于元器件22的高度即可(一般第一玻璃基板21的厚度比元器件22的高度要高出150um以上)。
49.元器件22为驱动放大器、功率放大器、收发多功能芯片、开关芯片、低噪声放大器、限幅器、衰减器、滤波器、波控模块中的任意一个或多个。
50.玻璃盖帽层3的第二玻璃基板31的厚度为200um。玻璃盖帽层3的上金属屏蔽层32的厚度在5-10um，上金属屏蔽层32的金属材质也可以是铜、钛、镍、金中的任意一种。
51.玻璃基转接板层1的第三玻璃基板11的厚度为200um。第三玻璃基板11上的金属化玻璃通孔13的直径在10-30um，金属化玻璃通孔13实现了信号在上金属布线层12与下金属布线层14之间进行互联。玻璃基转接板层1的球栅阵列15的焊球材质为锡或锡铅，焊球直径在200um以上，球栅阵列15实现了元器件22与外部互联。
52.根据上述的玻璃基射频前端结构，本实施例还提供了该玻璃基射频前端结构的制备工艺，如图2-5所示为该玻璃基射频前端结构的制备工艺流程图，该制备工艺主要包括以下步骤：
53.s1、制备玻璃腔体层2，制备玻璃基转接板层1，制备玻璃盖帽层3；
54.其中，制备玻璃腔体层2的方法具体包括：
55.s111、准备一片玻璃晶圆，厚度为200um-500um，晶圆厚度可根据元器件22高度进行调整，利用光刻图形化工艺在该玻璃晶圆表面形成掩膜层，利用刻蚀工艺在该玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，玻璃通孔的直径为10-30um，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成侧金属屏蔽层23；
56.s112、利用光刻图形化工艺在所述玻璃晶圆上表面形成掩膜层，利用刻蚀工艺进行空腔24刻蚀，所刻蚀空腔24尺寸略大于元器件22的外形尺寸，完成玻璃腔体层2制备；
57.制备玻璃基转接板层1的方法包括：
58.s121、准备一片玻璃晶圆，厚度为200um，利用光刻图形化工艺在所述玻璃晶圆表面形成掩膜层，利用刻蚀工艺在所述玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，玻璃通孔直径为10-30um，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成金属化玻璃通孔13；
59.s122、利用光刻图形化工艺在所述玻璃晶圆表面形成掩膜层，利用金属溅射工艺在所述玻璃晶圆表面形成上金属布线层12和下金属布线层14，完成玻璃基转接板层1制备；
60.制备玻璃盖帽层3的方法包括：
61.s131、准备一片厚度为200um的玻璃晶圆，利用光刻图形化工艺在所述玻璃晶圆表面形成掩膜层，利用金属溅射及刻蚀工艺在一块玻璃晶圆上形成上金属屏蔽层32，完成玻璃盖帽层3制备；
62.s2、将玻璃腔体层2、玻璃基转接板层1和玻璃盖帽层3进行叠层封装，具体包括以下步骤：
63.s21、将玻璃基转接板层1和玻璃腔体层2通过键合工艺连接在一起；
64.s22、利用金丝键合工艺或倒装植球工艺将元器件22贴装在玻璃基转接板层1的上金属布线层12表面；
65.s23、将玻璃盖帽层3与玻璃腔体层2通过键合工艺封装在一起；
66.s24、在玻璃基转接板层1的下金属布线层14表面植焊球，完成该玻璃基射频前端结构的制备。
67.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种玻璃基射频前端结构，其特征在于，由下至上依次叠层设置的玻璃基转接板层(1)、玻璃腔体层(2)、玻璃盖帽层(3)，其中：玻璃腔体层(2)包括第一玻璃基板(21)、元器件(22)和侧金属屏蔽层(23)，第一玻璃基板(21)上设有空腔(24)，元器件(22)位于空腔(24)内并且贴装在玻璃基转接板层(1)上，侧金属屏蔽层(23)设于第一玻璃基板(21)上并且位于元器件(22)所在空腔(24)的周围；玻璃盖帽层(3)包括第二玻璃基板(31)和设于第二玻璃基板(31)下表面的上金属屏蔽层(32)，上金属屏蔽层(32)位于元器件(22)所在空腔(24)的上端口内。2.根据权利要求1所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，玻璃基转接板层(1)包括第三玻璃基板(11)、上金属布线层(12)、金属化玻璃通孔(13)、下金属布线层(14)和球栅阵列(15)，上金属布线层(12)设于第三玻璃基板(11)上表面用于贴装元器件(22)，下金属布线层(14)设于第三玻璃基板(11)下表面，上金属布线层(12)与下金属布线层(14)之间通过金属化玻璃通孔(13)互联，球栅阵列(15)设于下金属布线层(14)表面。3.根据权利要求2所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，玻璃基转接板层(1)的第三玻璃基板(11)的厚度为200um；优选地，金属化玻璃通孔(13)的直径在10-30um。4.根据权利要求2所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，球栅阵列(15)的焊球材质为锡或锡铅；优选地，焊球直径在200um以上。5.根据权利要求1所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，侧金属屏蔽层(23)的金属材质可以是铜、钛、镍、金中的任意一种；优选地，侧金属屏蔽层(23)的直径为10-30um。6.根据权利要求5所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，玻璃腔体层(2)的第一玻璃基板(21)的厚度在200um-500um。7.根据权利要求1所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，元器件(22)为驱动放大器、功率放大器、收发多功能芯片、开关芯片、低噪声放大器、限幅器、衰减器、滤波器、波控模块中的任意一个或多个。8.根据权利要求1所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，上金属屏蔽层(32)的金属材质可以是铜、钛、镍、金中的任意一种；优选地，上金属屏蔽层(32)的厚度在5-10um。9.根据权利要求8所述的玻璃基射频前端结构，其特征在于，玻璃盖帽层(3)的第二玻璃基板(31)的厚度为200um。10.一种如权利要求1-9任意一项所述的玻璃基射频前端结构的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、制备玻璃腔体层(2)，制备玻璃基转接板层(1)，制备玻璃盖帽层(3)；s2、将玻璃腔体层(2)、玻璃基转接板层(1)和玻璃盖帽层(3)进行叠层封装；其中，所述s1中制备玻璃腔体层(2)的方法包括：s111、在一块玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成侧金属屏蔽层(23)；s112、在所述玻璃晶圆表面刻蚀空腔(24)；
所述s1中制备玻璃基转接板层(1)的方法包括：s121、在一块玻璃晶圆表面刻蚀玻璃通孔，利用金属溅射及电镀工艺在玻璃通孔中进行金属填充，形成金属化玻璃通孔(13)；s122、利用金属溅射工艺在所述玻璃晶圆表面形成上金属布线层(12)和下金属布线层(14)；所述s1中制备玻璃盖帽层(3)的方法包括：s131、利用金属溅射及刻蚀工艺在一块玻璃晶圆上形成上金属屏蔽层(32)；所述s2中进行叠层封装的方法包括：s21、将玻璃基转接板层(1)和玻璃腔体层(2)通过键合工艺连接在一起；s22、利用金丝键合工艺或倒装植球工艺将元器件(22)贴装在玻璃基转接板层(1)的上金属布线层(12)表面；s23、将玻璃盖帽层(3)与玻璃腔体层(2)通过键合工艺封装在一起；s24、在玻璃基转接板层(1)的下金属布线层(14)表面植焊球。

技术总结

本发明公开了一种玻璃基射频前端结构及其制备工艺，该玻璃基射频前端结构包括由下至上依次叠层设置的玻璃基转接板层、玻璃腔体层、玻璃盖帽层，玻璃腔体层包括第一玻璃基板、元器件和侧金属屏蔽层，第一玻璃基板上设有空腔，元器件位于空腔内并且贴装在玻璃基转接板层上，侧金属屏蔽层设于第一玻璃基板上并且位于元器件所在空腔的周围；玻璃盖帽层包括第二玻璃基板和设于第二玻璃基板下表面的上金属屏蔽层，上金属屏蔽层位于元器件所在空腔的上端口内。该玻璃基射频前端结构通过上金属屏蔽层、侧金属屏蔽层实现了射频信号的高电磁屏蔽，采用玻璃作为基板，有效降低了传输损耗和系统体积重量，实现了高集成度、轻型化、高性能射频前端设计。射频前端设计。射频前端设计。