[发明专利]一种圆片级封装多层互连结构、制作方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微波多芯片模块(Microwave Multi Chip Module，缩写为MMCM)圆片级封装的多层互连结构、制备方法及应用。尤其涉及其中包括机械抛光等微加工技术的多层三维封装结构。 

背景技术

多芯片模块(Multi Chip Module，缩写为MCM)，是指将多个裸露或/和封装的集成电路芯片以及单个或多个无源元器件，如电阻、电容、电感等，集成到一个封装基板上形成一个系统或功能模块的一种技术，图1所示为传统MCM的示意性剖析图，芯片和元器件是贴装到基板上，并通过引线键合实现芯片与基板或芯片与其他器件的互连。微波多芯片模块(Microwave Multi ChipModule，缩写为MMCM)则是一种应用于高频领域的多芯片模块，其通常包括若干个单片微波集成电路芯片(Microwave Monolithic Integrated Circuit，缩写为MMIC)和多个无源元器件，例如无源滤波器、微型天线、电阻和电感等，所有这些通过微波传输线互连在基板上形成一个系统或功能模块。由于MMCM提高了封装密度，降低封装成本，被广泛的运用于无线通信和雷达接受、发射组件当中，是高频应用系统级封装的发展主流。同时圆片级芯片尺寸封装有利于提高封装的可靠性和稳定性，降低成本，提高生产效率，因此，圆片级封装将是MMCM的发展趋势。 

多层互连(Multilayer Interconnection Structure)技术是一种金属互连层和介质层交替出现的三维封装集成技术[1.Morgan Jikang Chen，etc.“MultilayerOrganic Multichip Module Implementing Hybrid MicroelectromechanicalSystems”，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY ANDTECHNIQUES，VOL.56，NO.4，APRIL 2008pp：952-958；2.Mekita F.Davis，etc.“Integrated RF Architectures in Fully-Organic SOP Technology”，IEEETRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING，VOL.25，NO.2，MAY 2002， pp：136-142；3.Lu Haijing，etc.“Fabrication and Characterization of Multi-layerLiquid Crystal Polymer(LCP)Substrate”，2007 9th Electronics PackagingTechnology Conference，pp：514-517]，它可以将大量无源元器件制作集成到多层结构当中去，大大减小了封装面积，提高集成度。同时多层互连结构极大地缩短了元器件间的电互连，有利于减少损耗和串扰。通常介质层由低温共烧陶瓷(LTCC)、液晶聚合物(LCP)等预先制作好的硬质材料组成，在介质层上制作好金属互连和无源元器件，然后层叠在一起，介质层厚度通常大于100微米。有源电路芯片MMIC等通常是通过引线键合连接实现芯片与基板电路的电互连，引线键合连接的缺点在于引入了较大的寄生效应，在高频条件下有较大的损耗。较厚的介质层使得目前MMCM模块的封装密度和效率还有待进一步的提高。 

发明内容

为了提高封装密度和生产效率，减少寄生效应和损耗，同时减少工艺步骤和降低成本，本发明提出了一种用于MMCM圆片级封装的多层互连结构及其制备方法，采用苯并环丁烯(Benzocyclobutene，简称BCB)聚酰亚胺(PI)或Su8等有机聚合物作为介质层，有效减少了介质层厚度，提高了封装密度。同时多层互连结构采用了机械抛光等圆片级加工工艺方法，有效地提高了生产效率，降低了成本。 

本发明所采取的制备方法是：首先在P型或N型硅晶片基板上利用光刻电镀圆片级工艺形成第一层金属层，其二是形成垂直通孔互连金凸点，然后涂覆BCB等有机介质层，经过静置和后烘固化，因为BCB有机聚合物和金属的硬度相差很大，机械抛光工艺对聚合物和金凸点具有不同的抛光速率，其对聚合物的抛光速率要远远大于对金属的抛光速率，利用此原理可以实现表面平坦化，去除金凸点上方的BCB聚合物，显露出金凸点，从而实现层间垂直互连和多层互连结构，同时也完成了镶嵌于多层结构中的各类无源元器件。在多层互连结构的最上层还可以制作微型天线或者通过表面安装工艺SMT集成一些分立元器件或者通过倒装焊工艺集成有源电路芯片。