CN110010574B - 一种多层堆叠型纵向互联的射频结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层堆叠型纵向互联的射频结构，包括天线阵元、散热载板、底座载板和射频模组，天线阵元贴装在散热载板上表面，散热载板下表面与底座载板上表面焊接，底座载板下表面贴装射频模组；其中，散热载板下表面横向设置流通口，流通口一侧延伸至散热载板一侧，散热载板纵向设置多排贯穿的金属柱，底座载板上相应位置设置金属柱，底座载板的金属柱之间设置贯穿孔；本发明提供解决超高频率的射频模组的天线排布问题和散热问题的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构及其制作方法。

Description

一种多层堆叠型纵向互联的射频结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种多层堆叠型纵向互联的射频结构及其制作方法。
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。
但是对于高频率的微系统，天线阵列的面积越来越小，且天线之间的距离要保持在某个特定范围，才能使整个模组具备优良的通信能力。但是对于射频芯片这种模拟器件芯片来讲，其面积不能像数字芯片一样成倍率的缩小，这样就会出现特高频率的射频微系统将没有足够的面积同时放置PA/LNA，需要把PA/LNA堆叠起来，如此基于导热铜柱对上层芯片进行散热将变得非常困难。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供解决超高频率的射频模组的天线排布问题和散热问题的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构及其制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种多层堆叠型纵向互联的射频结构，包括天线阵元、散热载板、底座载板和射频模组，天线阵元贴装在散热载板上表面，散热载板下表面与底座载板上表面焊接，底座载板下表面贴装射频模组；其中，散热载板下表面横向设置流通口，流通口一侧延伸至散热载板一侧，散热载板纵向设置多排贯穿的金属柱，底座载板上相应位置设置金属柱，底座载板的金属柱之间设置贯穿孔。
进一步的，贯穿孔与流通口互通，贯穿孔与射频模组的液冷出入口互通。
进一步的，模组下表面用填胶工艺稳固射频模组与模组。
进一步的，流通口整体形状为T形。
一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101）散热载板处理步骤：散热载板上表面通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔深度小于散热载板厚度；散热载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，填满TSV孔形成金属柱，200到500度温度下密化金属柱；CMP工艺去除散热载板上表面的表面金属，留下金属柱；散热载板上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL；
散热载板下表面进行减薄，露出背面金属柱；散热载板下表面沉积氧化硅或者氮化硅形成绝缘层，CMP工艺使金属柱露出；散热载板下表面通过光刻、电镀工艺制作焊盘；散热载板下表面通过光刻刻蚀工艺制作流通口；
102）底座载板处理步骤：底座载板上表面与散热载板金属柱对应的位置，通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔深度小于底座载板厚度；底座载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，填满TSV孔形成金属柱，200到500度温度下密化金属柱；CMP工艺去除散热载板上表面的表面金属，留下金属柱；底座载板上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL；底座载板上表面金属柱之间通过刻蚀工艺制作盲孔；
底座载板下表面减薄，露出金属柱底端和盲孔底部，采用沉积氧化硅或者氮化硅，形成绝缘层；CMP工艺露出金属柱；底座载板下表面通过光刻、电镀工艺制作RDL和焊盘；
103）键合步骤：散热载板和底座载板通过晶圆级键合工艺焊接，形成模组；模组上表面焊盘上通过贴装工艺贴装天线阵元；
104）堆叠步骤：模组下表面竖立贴装射频模组，射频模组的液冷出入口与模组的盲孔对接，射频模组的侧壁焊盘与模组下表面焊盘互联，天线阵元贴装在模组上表面，通过激光或者机械切割得到纵向互联的射频结构。
进一步的，散热载板、底座载板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间，种子层厚度范围在1nm到100um，种子层的材料采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或者多种，种子层本身结构为一层或多层。
进一步的，RDL厚度范围在1um到1000um，宽度在10um到1000um；流通口深度范围为1um到700um，宽度在1um到10mm之间；盲孔直径在1um到10mm之间，深度在10um到700um之间；焊盘厚度在10nm到200um之间；金属焊盘采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种；焊盘本身结构为一层或多层。
进一步的，键合工艺的温度控制在100度到350度之间。
进一步的，模组下表面用填胶工艺稳固射频模组与模组。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过设置一个具有微流道的转接板作为射频芯片模组和天线互联的互联中介，实现射频模组和天线的电性互联，同时转接板提供冷却液能够对射频芯片模组进行降温；射频模组采用竖立放置的方式焊接在转接板上面，可以解决超高功率模组天线面积不够的问题。
附图说明
图1为本发明散热载板剖面图；
图2为本发明图1设置接地金属的剖面图；
图3为本发明的图2设置射频芯片的剖面图；
图4为本发明的剖面图；
图5为本发明的竖立放置的剖面图；
图6为本发明的图5形成与天线连接焊盘的剖面图；
图7为本发明图1的多组剖面图；
图8为本发明图2的多组剖面图；
图9为本发明图3的多组剖面图；
图中标识：散热载板101、金属柱102、RDL103、焊盘104、流通口105、底座载板201、盲孔202、天线阵元301、射频模组401。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明而不能作为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科技术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样的定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图6所示，一种多层堆叠型纵向互联的射频结构，包括天线阵元301、散热载板101、底座载板201和射频模组401，天线阵元301贴装在散热载板101上表面，散热载板101下表面与底座载板201上表面焊接，底座载板201下表面贴装射频模组401；其中，散热载板101下表面横向设置流通口105，流通口105一侧延伸至散热载板101一侧，散热载板101纵向设置多排贯穿的金属柱102，底座载板201上相应位置设置金属柱102，底座载板201的金属柱102之间设置贯穿孔。贯穿孔与流通口105互通，贯穿孔与射频模组401的液冷出入口互通。模组下表面用填胶工艺稳固射频模组401与模组。流通口105整体形状为T形。
一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101）散热载板101处理步骤：散热载板101上表面通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um。TSV孔深度小于散热载板101厚度。散热载板101上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种。当种子层采用多层结构时，每层一般采用相同材料。电镀金属，填满TSV孔形成金属柱102，200到500度温度下密化金属柱102。CMP工艺去除散热载板101上表面的表面金属，留下金属柱102。散热载板101上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL103，RDL103厚度范围在1um到1000um，宽度在10um到1000um。
散热载板101下表面进行减薄，露出背面金属柱102。散热载板101下表面沉积氧化硅或者氮化硅形成绝缘层，绝缘层厚度在100nm到100um之间。CMP工艺使金属柱102露出。散热载板101下表面通过光刻、电镀工艺制作焊盘104。焊盘104厚度范围在1nm到200um，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等。当焊盘104采用多层结构时，每层一般采用相同材料。散热载板101下表面通过光刻刻蚀工艺制作流通口105。流通口105深度范围为1um到700um，流通口105宽度在1um到10mm之间。流通口105为T形时，宽度为最大处的1/2。
102）底座载板201处理步骤：底座载板201上表面与散热载板101金属柱102对应的位置，通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；TSV孔深度小于底座载板201厚度。底座载板201上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种。当种子层采用多层结构时，每层一般采用相同材料。电镀金属，填满TSV孔形成金属柱102，200到500度温度下密化金属柱102。CMP工艺去除散热载板101上表面的表面金属，留下金属柱102。底座载板201上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL103，RDL103厚度范围在1um到1000um，宽度在10um到1000um。底座载板201上表面金属柱102之间通过刻蚀工艺制作盲孔202。盲孔202直径在1um到10mm之间，盲孔202深度在10um到700um之间。
底座载板201下表面减薄，露出金属柱102底端和盲孔202底部，采用沉积氧化硅或者氮化硅，形成绝缘层，绝缘层厚度在100nm到100um之间。CMP工艺露出金属柱102。底座载板201下表面通过光刻、电镀工艺制作RDL103和焊盘104。焊盘104厚度范围在1nm到200um，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等。当焊盘104采用多层结构时，每层一般采用相同材料。
103）键合步骤：散热载板101和底座载板201通过晶圆级键合工艺焊接，形成模组。其中，键合温度控制在100度到350度。模组上表面焊盘104上通过贴装工艺贴装天线阵元301。
104）堆叠步骤：模组背面竖立贴装射频模组401，射频模组401的液冷出入口与模组的盲孔202对接，射频模组401的侧壁焊盘104与模组下表面焊盘104互联，通过激光或者机械切割得到纵向互联的射频结构。其中射频模组401为带有液冷的常规的设置射频芯片的模组。
在模组下表面竖立贴装射频模组401，使射频模组401的液冷出入口跟模组的流通口105对接，使射频模组401的侧壁电性互联焊盘104跟模组下表面焊盘104互联。在模组下表面底部用填胶工艺稳固射频模组401，增加模组的稳定性。或者在模组下表面直接做molding工艺即注塑成型，保护住竖立模组的射频模组401。在模组上表面贴装天线阵元301，用填胶工艺增加模组的稳定性。最后通过激光或者机械切割得到多层堆叠型纵向互联的射频结构。
散热载板101和底座载板201采用4、6、8、12寸晶圆中的一种，厚度范围为200um到2000um，一般采用硅片，也可以是其他材质，包括玻璃，石英，碳化硅，氧化铝等无机材料，也可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于，包括天线阵元、散热载板、底座载板和射频模组，天线阵元贴装在散热载板上表面，散热载板下表面与底座载板上表面焊接，底座载板下表面贴装射频模组；其中，散热载板下表面横向设置流通口，流通口一侧延伸至散热载板一侧，散热载板纵向设置多排贯穿的金属柱，底座载板上相应位置设置金属柱，底座载板的金属柱之间设置贯穿孔；贯穿孔与流通口互通，贯穿孔与射频模组的液冷出入口互通；模组下表面用填胶工艺稳固射频模组与模组；流通口整体形状为T形；具体处理包括如下步骤：
101）散热载板处理步骤：散热载板上表面通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔深度小于散热载板厚度；散热载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，填满TSV孔形成金属柱，200到500度温度下密化金属柱；CMP工艺去除散热载板上表面的表面金属，留下金属柱；散热载板上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL；
散热载板下表面进行减薄，露出背面金属柱；散热载板下表面沉积氧化硅或者氮化硅形成绝缘层，CMP工艺使金属柱露出；散热载板下表面通过光刻、电镀工艺制作焊盘；散热载板下表面通过光刻刻蚀工艺制作流通口；
102）底座载板处理步骤：底座载板上表面与散热载板金属柱对应的位置，通过刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔深度小于底座载板厚度；底座载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，填满TSV孔形成金属柱，200到500度温度下密化金属柱；CMP工艺去除散热载板上表面的表面金属，留下金属柱；底座载板上表面通过光刻、电镀工艺制作RDL；底座载板上表面金属柱之间通过刻蚀工艺制作盲孔；
底座载板下表面减薄，露出金属柱底端和盲孔底部，采用沉积氧化硅或者氮化硅，形成绝缘层；CMP工艺露出金属柱；底座载板下表面通过光刻、电镀工艺制作RDL和焊盘；
103）键合步骤：散热载板和底座载板通过晶圆级键合工艺焊接，形成模组；模组上表面焊盘上通过贴装工艺贴装天线阵元；
104）堆叠步骤：模组下表面竖立贴装射频模组，射频模组的液冷出入口与模组的盲孔对接，射频模组的侧壁焊盘与模组下表面焊盘互联，天线阵元贴装在模组上表面，通过激光或者机械切割得到多层堆叠型纵向互联的射频结构。
2.根据权利要求1所述的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于：散热载板、底座载板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于：TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间，种子层厚度范围在1nm到100um，种子层的材料采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或者多种，种子层本身结构为一层或多层。
4.根据权利要求1所述的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于：RDL厚度范围在1um到1000um，宽度在10um到1000um；流通口深度范围为1um到700um，宽度在1um到10mm之间；盲孔直径在1um到10mm之间，深度在10um到700um之间；焊盘厚度在10nm到200um之间；金属焊盘采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种；焊盘本身结构为一层或多层。
5.根据权利要求1所述的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于：键合工艺的温度控制在100度到350度之间。
6.根据权利要求1所述的一种多层堆叠型纵向互联的射频结构的制作方法，其特征在于：模组下表面用填胶工艺稳固射频模组与模组。
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