基于硅基微系统的三维封装结构及硅基微组装器件的制作方法

本技术属于硅基微系统微组装，具体涉及一种基于硅基微系统的三维封装结构及硅基微组装器件。

背景技术：

1、目前，受功能元件体积制约，传统tr组件的尺寸已接近小型化的天花板，发展三维集成技术是一个重要方向。面向硅基的三维集成是三维集成技术中一个重要的分支。

2、硅基三维集成是指将硅基、功能元件在z轴方向进行堆叠，利用tsv硅通孔进行信号传输，缩短传输路径，达到小体积、高集成的目的。

3、功能元件通常以导电胶粘结的方式固定在硅基上方，操作工艺要求导电胶略微溢出功能元件四周，以防胶量不够同时也便于检验。

4、然而随着集成度、复杂度的增加，硅基内部布线密度大增，功能元件腔的四周往往排布多个信号孔，导电胶极易溢出到硅片间的缝隙，导致信号孔与地短路。

5、解决此问题的传统途径有两种：一是严格控制操作工艺，即控制胶量和放置功能元件的力度，这对工艺提出了极高要求，在保证可靠性的前提下，胶量必须尽量少且涂抹非常均匀，操作人员必须谨慎操作，如有溢出短路必须返工，大大降低了生产效率。另外一种方式是设计时即进行避让，让信号孔远离功能元件腔体，但这样势必会浪费宝贵空间、降低微系统的集成度。

6、硅基封装理想状态下，导电胶应只存在于功能元件下方。实际操作流程是先涂覆导电胶，然后放入功能元件，在放入功能元件的过程中，导电胶会受挤压产生形变，向四周空隙溢出。如果胶量恰到好处，挤压力度也恰到好处，导电胶不会挤入两层硅基之间的缝隙中。但为了让四周导电胶可均匀溢出，满足可靠性需求，一般会涂覆稍多的导电胶。此时，导电胶极易扩散到两层硅基之间的缝隙中，导电胶与信号线孔接触，造成附近的信号孔短路。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种基于硅基微系统的三维封装结构及硅基微组装器件，旨在解决功能元件粘接时导电胶外溢，导致与附近的信号孔短路，造成封装线路短路的问题。

2、第一方面，为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种基于硅基微系统的三维封装结构，包括：

3、第一层硅基板，所述第一层硅基板上设有功能元件胶接区；以及

4、第二层硅基板，设置于所述第一层硅基板的上面，所述第二层硅基板上设有用于避让功能元件的第一窗口，所述第一窗口的尺寸大于所述功能元件胶接区的尺寸；

5、其中，所述第一层硅基板或/和所述第二层硅基板上设有隔离环，所述隔离环环绕在所述第一窗口的外围，且连接在所述第一层硅基板与所述第二层硅基板之间。

6、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述隔离环的宽度w为18-22um。

7、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述隔离环的高度h为4-6um。

8、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述隔离环的内侧距所述第一窗口侧壁的最短距离l为25-35um。

9、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一层硅基板的上表面，且在所述隔离环的外侧设有下微凸点，所述第二层硅基板的下表面设有与所述下微凸点正对的上微凸点。

10、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述隔离环至所述下微凸点或所述上微凸点的最短距离l1为25-35um。

11、第一方面，在一种可能的实现方式中，所述下微凸点和所述上微凸点上下贯通所述第一层硅基板和所述第二层硅基板，形成传输信号的金属化柱。

12、第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括第三层硅基板和封装于所述第三层硅基板上的封装盖板，所述第三层硅基板上设有于所述第一窗口同轴的第二窗口，所述第二窗口的尺寸大于所述第一窗口的尺寸。

13、第一方面，在一种可能的实现方式中，还包括胶接于所述功能元件胶接区的芯片，所述芯片与所述第二层硅基板键合。

14、第二方面，本实用新型实施例还一种硅基微组装器件，具有所述的基于硅基微系统的三维封装结构。

15、本实用新型提供的基于硅基微系统的三维封装结构及硅基微组装器件，与现有技术相比，有益效果在于：利用硅基mems工艺中凸点技术及圆片级键合的特点，在芯片周围设置了隔离环，芯片涂覆导电胶胶接时，由于隔离环能够对导电胶的溢流起到阻挡的作用，使导电胶只能在隔离环内，避免了导电胶外溢与周围的信号孔或电路图形相连导致封装器件短路的问题，同时，信号孔也无需再进行避让设计，这种结构应用到硅基封装中可极大提高生产效率以及产品的可靠性。

技术特征：

1.一种基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述隔离环(11)的宽度w为18-22um。

3.如权利要求1所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述隔离环(11)的高度h为4-6um。

4.如权利要求1所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述隔离环(11)的内侧距所述第一窗口(5)侧壁的最短距离l为25-35um。

5.如权利要求1所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述第一层硅基板(1)的上表面，且在所述隔离环(11)的外侧设有下微凸点(3)，所述第二层硅基板(2)的下表面设有与所述下微凸点(3)正对的上微凸点(6)。

6.如权利要求5所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述隔离环(11)至所述下微凸点(3)或所述上微凸点(6)的最短距离l1为25-35um。

7.如权利要求5所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，所述下微凸点(3)和所述上微凸点(6)上下贯通所述第一层硅基板(1)和所述第二层硅基板(2)，形成传输信号的金属化柱。

8.如权利要求1所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，还包括第三层硅基板(9)和封装于所述第三层硅基板(9)上的封装盖板(10)，所述第三层硅基板(9)上设有于所述第一窗口(5)同轴的第二窗口(14)，所述第二窗口(14)的尺寸大于所述第一窗口(5)的尺寸。

9.如权利要求8所述的基于硅基微系统的三维封装结构，其特征在于，还包括胶接于所述功能元件胶接区(8)的芯片(12)，所述芯片(12)与所述第二层硅基板(2)键合。

10.一种硅基微组装器件，其特征在于，具有如权利要求1-9任一项所述的基于硅基微系统的三维封装结构。

技术总结本技术提供了一种基于硅基微系统的三维封装结构，属于硅基微系统微组装技术领域，包括第一层硅基板以及第二层硅基板，第一层硅基板上设有功能元件胶接区；第二层硅基板设置于第一层硅基板的上面，第二层硅基板上设有用于避让功能元件的第一窗口，第一窗口的尺寸大于功能元件胶接区的尺寸；其中，第一层硅基板或/和第二层硅基板上设有隔离环，隔离环环绕在第一窗口的外围，且连接在第一层硅基板与第二层硅基板之间。本技术在芯片周围设置了隔离环，芯片涂覆导电胶胶接时，由于隔离环能够对导电胶的溢流起到阻挡的作用，使导电胶只能在隔离环内，避免了导电胶外溢与周围的信号孔或电路图形相连导致封装器件短路的问题。技术研发人员：刘星,李晓林,杨栋,陈东博,王清源,胡雅丽,彭桢哲,赵宇受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所技术研发日：20221213技术公布日：2024/1/13