[发明专利]基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构及制备方法，包括顺次键合的第一层硅基载体层、第二层硅基外框层、第三层硅基引线保护层及密封键合于第三层硅基引线保护层之上的第四层硅基盖板层，第一层硅基载体层之上设置有钼铜载体，钼铜载体之上设置有射频芯片，射频芯片通过引线键合与第二层硅基外框层实现信号互连，在第二层硅基外框层与第三层引线保护层上均设置有用于信号互连的硅通孔，第二层硅基外框层通过硅通孔与第三层硅基引线保护层实现电气互联，射频传输线从第三层硅基引线保护层引出。本发明解决了传统封装工艺复杂、生产效率不高、封装器件的体积和质量都比较大的问题，实现微波器件的可靠密封。

技术领域

本发明属于半导体及微电子封装技术领域，更具体地说，是涉及一种以MEMS加工工艺来实现基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构及制备方法。

背景技术

随着微波器件在通讯和无线传输等方面的运用越来越广泛，对微波器件的可靠性要求也日益增高，不仅要求器件体积小、质量轻、能够耐受各种恶劣使用环境下的振动和辐照条件、能在较宽的温度范围和真空的状态稳定工作，而且具有较长的工作寿命和长期可靠性。

微波器件的气密性封装是提高器件可靠性的有效的方法之一。气密性封装可以确保有源芯片管芯与外界环境隔绝，避免外界水汽、盐雾、自由粒子对器件造成损伤。因此对于可靠性要求较高的微波器件均需要气密性封装。目前国内外流行的密封焊技术主要为激光封焊和平行缝焊。这两种技术实现气密封装的材料主要为铜材、铝材和可伐材料。通过激光封焊和平行缝焊技术将器件封装的盖板与腔体实现结合，保证器件的气密性。对于激光封焊和平行缝焊来说，对焊接压力、能量控制等工艺参数有着要求严格，整个器件的焊接质量取决于焊接质量最差的焊点。这两种传统气密封装技术工艺复杂、生产效率不高、封装的器件体积和质量比较大。

微机电系统（MEMS）加工工艺是精细加工的一种，它可以高精度的加工二维与三维微结构。它具有加工精度高、一致性好、可批量化生产等优点，能够实现电子器件小型化和多功能集成化。硅通孔（TSV-through silicon via）是利用微机电系统（MEMS）加工工艺中的刻蚀技术在平面硅衬底上加工三维结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构，以解决现有技术中存在的封装工艺复杂、生产效率不高、封装器件的体积和质量都比较大的问题，实现微波器件的可靠密封。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构，包括顺次键合的第一层硅基载体层、第二层硅基外框层、第三层硅基引线保护层及密封键合于所述第三层硅基引线保护层之上的第四层硅基盖板层，所述第一层硅基载体层之上设置有钼铜载体，所述钼铜载体之上设置有射频芯片，所述射频芯片通过引线键合与所述第二层硅基外框层实现信号互连，在所述第二层硅基外框层与所述第三层引线保护层上均设置有用于信号互连的硅通孔，所述第二层硅基外框层通过所述硅通孔与所述第三层硅基引线保护层实现电气互联，射频传输线从所述第三层硅基引线保护层引出。

进一步地，所述射频芯片为砷化镓芯片或氮化镓芯片中的一种。

进一步地，所述硅通孔包括若干个设置于所述第一层硅基载体层、所述第二层硅基外框层、所述第三层硅基引线保护层及所述第四层硅基盖板层上的垂直连通的接地硅通孔、以及两个对称设置于所述第二层硅基外框层和所述第三层硅基引线保护层的射频传输类同轴结构。

进一步地，所述射频传输线为两个对称设置于所述第三层硅基引线保护层两侧的与所述第三层硅基引线保护层表面平行的微带线。

进一步地，所述第一层硅基载体层、所述第二层硅基外框层、所述第三层硅基引线保护层及所述第四层硅基盖板层的表面均涂覆金属层。

本发明提供的基于硅通孔结构的硅基微系统气密封装结构的有益效果在于：与现有技术相比，通过硅通孔，实现密封结构的小型化、轻质量并能够达到气密性的封装要求。