本实用新型涉及一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，属于微电子封装技术领域。
背景技术：
微电子封装可以划分为气密性封装和非密封装，气密性封装是指完全能够防止污染物(液体和固体等)的侵入和腐蚀的封装。高性能集成电路IC和分立器件的气密封装多采用金属管壳、陶瓷、玻璃封装等，封装体内部为空腔结构，充有高纯氮气或其它惰性气体。工业级和商业级器件通常采用塑封工艺，没有空腔，芯片是被聚合材料整个包裹住，多属于非气密封装。塑封非气密封装器件散热较差，根据应用领域不同一般分为商业级和工业级，商业级额定工作环境温度为0-70℃，工业级额定工作环境温度为-40-85℃。
金属管壳封装属于半密封的封装形式，金属壳体在一定程度上能够隔离电磁信号，避免电磁干扰，抗电磁干扰性能好；陶瓷管壳封装气密性好，化学性能稳定，导热率及热膨胀系数较高且与芯片接近，但是其缺点是陶瓷管壳衬底制造工艺复杂，陶瓷封装衬底特征线宽与微电子特征线宽仍存在较大差距，生产效率低等。
TSV硅转接板技术(Through Silicon Via,TSV)是通过MEMS工艺和集成电路IC制造工艺实现具有与集成电路IC特征线宽布线能力的高密度硅封装衬底的技术，具有尺寸小、布线密度高、适用于构建2.5D/3D封装等优点，可以有效缩小封装尺寸，提高封装密度、封装集成度、减小传输延时，提高电学性能，其制备得到的衬底是一种新型的高密度封装衬底。George Xereas(Xereas,George,Chodavarapu,Vamsy P.Wafer-Level Vacuum-Encapsulated LaméMode Resonator With f-Q Product of 2.23×10(13),Hz[J].Electron Device Letters,IEEE,2015,36(10):1079-1081.)采用硅基气密性封装，利用硅空腔存放MEMS芯片，硅基板则是利用ISPD填充Si-TSV，再利用Si-TSV引出传输端口从而达到气密性封装。Joseph E.E.Zekry(Zekry J E E,Tezcan D S,Cherman V,et al.Design,fabrication and testing of wafer-level thin film vacuum packages for MEMS based on nanoporous alumina membranes[J].Sensors&Actuators APhysical,2013,189(2):218-232.)等利用铜TSV转接板与安置MEMS芯片的玻璃基板通过BCB键合堆叠达到气密性封装。
就TSV互连实现技术途径而言，其主要有使用W-TSV、Cu-TSV、Au-TSV，Cu-TSV等进行互连，TSV与硅衬底之间存在热膨胀系数失配，这会引入热应力问题，进而对性能与可靠性造成风险。为了解决热应力及附带的可靠性问题，已公开的文献主要通过TSV结构设计与尺寸参数优化、材料选择等方式降低TSV电互连热应力，如Marella(Marella,Sravan K.,S.V.Kumar,and S.S.Sapatnekar."Aholistic ana lysis of circuit timing variations in 3D-ICs with thermal and TSV-induced stress co nsiderations."IEEE/ACM International Conference on Computer-Aided Design,Diges t of Technical Papers2012:317-324.),Jung,Moongon(Jung,Moongon,D.Z.Pan,and S.K.Lim."Chip/package co-analysis of thermo-mechanical stress and reliabilit y in TSV-based 3D ICs."Design Automation Conference(DAC),2012 49th ACM/EDAC/IEEEIEEE,2012:317-326.),QW Chen(QW Chen,YY Yan,YT Ding,et al.“Fabrication and electrical characteristics of a novel interposer with polymer line r and silicon pillars with ultra-low-resistivity as through-silicon-vias(TSVs)for 2.5D/3D applications.”[J].Microsystem Technologies,2015,21(10):2207-2214.),Chen(C hen,Qianwen,C.Huang,and Z.Wang."Development of ultra-low capacitance thro ugh-silicon-vias(TSVs)with air-gap liner."Proceedings-Electronic Components an d Technology Conference2013:1433-1438.),Steller,W(Steller W,Meinecke C,Gottfried,K,Woldt G,W,Wolf M.J,Lang K.D.,"SIMEIT-project:High pr ecision inertial sensor integration on a modular 3D-Interposer platform."Electronic Components and Technology Conference(ECTC),2014IEEE 64th,Pages:1218–1225)等，其中，QW Chen公开了一种内部填充有机物的环形TSV互连技术方案，C hen及Steller,W等提出了一种空气隔离的Cu TSV互连设计技术方案，这些方法在一定程度上可以缓解热膨胀系数失配造成的热应力及可靠性问题。但是，即使是空气隔离的Cu TSV设计，Cu TSV互连和衬底及周围介质材料仍然存在热膨胀系数失配，并且不能满足气密性要求，而且其制作工艺较为复杂。
因此，提出一种可以解决传统气密性封装技术在衬底布线密度、封装密度与集成度、热应力失配等方面的不足与缺陷，进而实现小尺寸、高密度、高集成度的全硅三维封装结构已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种基于硅转接板的全硅三维封装结构。
为达到上述目的，本实用新型提供一种基于硅转接板的全硅三维封装结构，其包括硅封装基板100、硅封帽306及若干微电子芯片；其中，
所述硅封装基板100设置有若干个自由柱101，自由柱101顶端通过周围空隙与基板100分离，自由柱101底端通过绝缘材料与硅封装基板100实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面106及下端面108分别覆盖绝缘层103，自由柱顶部自由端的表面105和底部固定端的表面107均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；
所述硅封帽306为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽306通过金属键合或有机物粘结层叠于硅封装基板的上端面106或下端面108；
所述硅封装基板100的上端面、硅封帽306壳体凹坑内至少包含一颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装或正装形式安置在硅封装基板100的上端面。
在所述基于硅转接板的全硅三维封装结构中，优选地，倒装微电子芯片通过微焊球或微焊点键合至自由柱顶部自由端表面105的欧姆接触区之上的焊垫上，以实现电气连接。
在所述基于硅转接板的全硅三维封装结构中，优选地，正装微电子芯片通过共晶键合或导电胶粘接组装在硅封装基板的下端面108上，通过引线键合方式实现微电子芯片与底部固定端的表面107欧姆接触区的电气连接。
在所述基于硅转接板的全硅三维封装结构中，优选地，所述硅封装基板的上端面106及下端面108设置有金属互连层。
在所述基于硅转接板的全硅三维封装结构中，优选地，所述金属互连层包括至少一层绝缘层和至少一层金属线路层，该金属线路层与自由柱底部固定端表面107的欧姆接触之间存在电气连接。
在所述基于硅转接板的全硅三维封装结构中，优选地，所述硅封装基板的下端面108至少设置一颗微电子芯片，该微电子芯片的表面输入/输出端口通过微焊球或微焊点固定在硅封装基板下端面108的金属互连层上。
本实用新型所述的基于硅转接板的全硅三维封装结构可以通过多种不同的方法制作得到，为了进一步对本实用新型的该结构进行说明，本实用新型还提供了所述基于硅转接板的全硅三维封装结构的制作方法，其包括以下步骤：
步骤(1)、采用包括倒装焊、正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法以芯片对硅封装基板圆片或芯片-芯片方式在硅封装基板的上端面组装微电子芯片；
步骤(2)、以硅封帽圆片对硅封装基板圆片、芯片-圆片或芯片-芯片方式将硅封帽与硅封装基板对准、粘结；
步骤(3)、采用包括倒装焊，正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法在硅封装基板的下端面组装微电子芯片。
在一实施例中，该制作方法还包括将所述硅封帽分割为硅封帽芯片的操作，
硅封帽分割为硅封帽芯片后，基于硅转接板的全硅三维封装的制作方法具体包括以下步骤：
步骤(1)、采用包括倒装焊，正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法以芯片对硅封装基板圆片方式(或芯片-芯片方式)在硅封装基板的上端面组装微电子芯片；
步骤(2)、以硅封帽芯片对硅封装基板圆片的方式(或芯片-圆片，芯片-芯片方式)将硅封帽芯片与硅封装基板对准，粘结；
步骤(3)、采用包括倒装焊，正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法在硅封装基板的下端面组装微电子芯片。
在一实施例中，该制作方法还包括将所述硅封帽、硅封装基板分别分割为硅封帽芯片及硅封装基板芯片的操作，
硅封帽、硅封装基板分别分割为硅封帽芯片及硅封装基板芯片后，基于硅转接板的全硅三维封装的制作方法具体包括以下步骤：
步骤(1)、采用包括倒装焊，正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法以芯片对硅封装基板芯片的方式(或芯片-芯片方式)在硅封装基板的上端面组装微电子芯片；
步骤(2)、以硅封帽芯片对硅封装基板芯片的方式(或芯片-圆片，芯片-芯片方式)将硅封帽与硅封装基板对准，粘结；
步骤(3)、采用包括倒装焊，正装焊以及引线键合法中的一种或者多种方法在硅封装基板芯片的底端面组装微电子芯片。
在一实施例中，该制作方法所用分割方式为激光切割或砂轮切割。
在一实施例中，所述硅封装基板的制作包括以下步骤：
1)、在低阻硅圆片的上端面制作多个环形槽孔(本领域技术人员可以根据作业需要合理设置槽孔的孔隙及深度)；
2)、将绝缘物质填充入步骤1)环形槽孔空腔内；
3)、对硅圆片的底端面进行减薄抛光处理(本领域技术人员可以根据作业需要合理设置减薄后硅圆片的厚度)后，再在该侧制作相应环形槽孔直至接触步骤2)中环形槽孔空腔内所填充的绝缘物质，完成硅自由柱的制作；
4)、在步骤3)所得硅圆片的上端面及底端面分别覆盖绝缘层，然后在所述硅自由柱的两端端面所对应的绝缘层上开窗口，以暴露出硅自由柱两端的硅表面；
5)、在步骤4)所得硅圆片的上端面及底端面分别制备金属层后，在硅自由柱自由端面及硅自由柱固定端面之上形成硅与金属之间的欧姆接触；
6)、在步骤5)所得硅圆片的上端面制作粘结环并使得所述硅自由柱均位于该粘结环内，完成硅封装基板的制作。
在所述硅封装基板的制作过程中，所述硅圆片的底端面是指不带有步骤1)所述环形槽孔的面；所述硅自由柱自由端面及硅自由柱固定端面分别为朝向硅圆片上端面及底端面的硅自由柱端面。
其中，本实用新型对低阻硅圆片不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的低阻硅圆片，在本实用新型具体实施方式中，所用硅圆片为电阻率≤0.1Ω·cm的硅圆片。
根据本实用新型具体实施方案，在所述硅封装基板的制作过程步骤1)、步骤3)中，采用深度反应离子刻蚀法(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)、激光打孔法在低阻硅圆片上制作环形槽孔。其中，所述深度反应离子刻蚀法及激光打孔法均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤2)中，采用包括等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、化学气相沉积法(CVD)和真空灌胶法中的至少一种方法将绝缘物质填充入步骤1)环形槽孔空腔内。其中，等离子体增强化学气相沉积法、化学气相沉积法和真空灌胶法均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤2)中，所述绝缘物质包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺(PI)、玻璃浆料、聚丙烯(polypropylene)或聚对二甲苯(Poly-p-xylene)。
在所述硅封装基板的制作过程步骤3)中，所述减薄抛光处理采用机械减薄法、机械化学抛光法(CMP)实现。其中，机械减薄法、机械化学抛光法均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤4)中，所述覆盖绝缘层采用包括氧化法、等离子体增强化学气相沉积法、化学气相沉积法、旋涂法及喷涂法中的至少一种方法实现。其中，所述氧化法、等离子体增强化学气相沉积法、化学气相沉积法、旋涂法及喷涂法均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤4)中，所述在硅自由柱的两端端面所对应的绝缘层上开窗口采用包括反应离子刻蚀法、、等离子体刻蚀法(感应耦合等离子体刻蚀法)和湿法腐蚀法中的至少一种方法实现。其中，所述反应离子刻蚀法、感应耦合等离子体刻蚀法、等离子体刻蚀法和湿法腐蚀法均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤5)中，所述金属层包括TiW层、铝层、铜层和金层中的一层或多层；
进一步地，所述金属层的制备采用溅射、蒸发、电镀中的至少一种方法实现。其中，溅射、蒸发、电镀均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤5)中，通过湿法化学腐蚀、干法刻蚀、剥离等工艺中的至少一种实现硅自由柱自由端面及硅自由柱固定端面之上的硅-金属之间的欧姆接触。其中，湿法化学腐蚀、干法刻蚀、剥离等工艺均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封装基板的制作过程步骤(6)中，制作粘结环所用粘结材料包括金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金、苯并环丁烯、聚酰亚胺或环氧树脂中的任一种。
在一实施例中，所述硅封帽的制作包括以下步骤：
1、提供硅圆片，在该硅圆片的衬底上制作凹坑；
2、在硅圆片带有凹坑的一侧制作与硅封装基板的粘结环相对应的粘结环，完成硅封帽的制作。
在所述硅封装基板的制作过程中，根据硅封装基板的大小及硅自由柱的多少、位置制作凹坑，以保证该凹坑可以将所述硅自由柱包覆其中。
根据本实用新型具体实施方案，在所述硅封帽的制作过程步骤1中，所述凹坑采用湿法腐蚀、干法刻蚀或激光打孔中的任一种方法形成。其中，所述湿法腐蚀、干法刻蚀或激光打孔均为本领域使用的常规方法。
在所述硅封帽的制作过程步骤2中，制作粘结环所用粘结材料包括金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金、苯并环丁烯、聚酰亚胺或环氧树脂中的任一种。
在所述全硅三维封装结构中，所述硅封装基板为由低阻硅材料制成的基板，其中，该低阻硅材料的电阻率≤0.1Ω·cm。
本实用新型所提供的技术方案可以解决传统气密性封装技术在衬底布线密度、封装密度、集成度、热应力失配方面存在的不足与缺陷，同时，本实用新型所提出的该基于新型硅转接板的全硅三维封装技术可实现小尺寸、高密度、高集成度、低应力的全硅三维封装。
本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法通过采用空气隔离低阻硅柱作为导电通道，硅柱与硅衬底之间不存在热膨胀系数失配，进而从根本上避免了传统TSV转接板技术中如Cu、Au、W与硅衬底之间存在热膨胀系数失配而造成的热应力问题。
进一步地，空气隔离的硅自由柱可以为设置在其上的微电子芯片提供应力缓冲释放机制，当封装体经历温度变化时空气隔离硅自由柱会发生形变，进而使其上的微电子芯片免受热应力影响，实现了低应力三维封装。
更进一步地，全硅封装可兼容多种芯片，灵活应用不同型号的电子芯片，MEMS芯片等且制作工艺简单可行。
附图说明
图1为本实用新型所提供的硅封装基板(带有硅封帽)的俯视图；
图2为本实用新型所提供的硅封装基板的俯视图；
图3为本实用新型所提供的硅封装基板(带有硅封帽)的A-A截面结构示意图；
图4a为图3中B1的局部放大示意图；
图4b为图3中B2的局部放大示意图；
图5为本实用新型所提供的硅封装基板的仰视图；
图6为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装的结构示意图；
图7为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装的结构示意图；
图8为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图9为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图10为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图11为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图12为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图13为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图14为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图；
图15为本实用新型所提供的基于硅转接板的全硅三维封装方法的工艺流程图。
主要附图标号：
100基板、101自由柱、102绝缘材料、103绝缘层、104金属层、105自由柱自由端的表面、106硅封装基板上端面、107自由柱固定端的表面、108硅封装基板下端面、109自由柱自由端、110自由柱固定端、111粘结环；
201焊球、202下层微电子芯片；
300M金属-硅欧姆接触、301焊垫、焊点等、302上层微电子芯片、303金属互连层、306硅封帽。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种基于硅转接板的全硅三维封装方法，其工艺流程图如图8-图15所示，该方法包括以下步骤：
(A)硅封装基板100的制作：
1)提供一低阻硅圆片，其厚度约为400微米，通过深度反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)、激光等技术对该硅圆片进行刻蚀，得到环形盲孔，孔隙约为20微米，深度为60微米，为形成自由柱101做准备，如图8所示。
2)通过物理真空灌胶将绝缘材料二氧化硅(SiO2,SiOx)102充入环形槽孔空腔内，如图9所示。
3)通过机械减薄、机械化学抛光(CMP)技术对步骤2所述的晶圆片进行减薄处理，获得250微米厚度的低阻硅圆片，再通过DRIE、加工技术在基板环形槽相对一面制作相应环形槽，深度约为190微米，硅自由柱101制作完成，如图10所示。
4)通过化学方法PECVD在步骤3所述的晶圆片上覆盖一层1.5微米绝缘层103；通过化学方法湿法腐蚀在晶圆片上圆柱两端端面绝缘层上开窗口，暴露出圆柱两端硅表面，所述两端即为自由柱自由端109及自由柱固定端110，如图11所示。
5)通过溅射方法制备金属层104，金属层为铜层，厚度为5微米，再通过湿法化学腐蚀、剥离工艺实现硅自由柱自由端的表面105及固定端的表面107的欧姆接触，在硅封装基板上端面106制作粘结环111，该粘结环厚度为200纳米，粘结环111材料为金锡焊料层，如图12所示；
其中，本实施例制备得到的硅封装基板的俯视图如图2所示，仰视图如图5所示。
(B)硅封帽306的制作：
1)提供一硅圆片，其厚度大于400微米，通过湿法腐蚀技术的一种在硅圆片衬底上制作凹坑，深度为400微米；
将该硅封帽306与硅封装基板100对准，粘结，其俯视图如图1所示，A-A截面结构示意图如图3所示，图3中的B1、B2的局部放大示意图如图4a-图4b所示。
2)在硅圆片凹坑所在表面制作与硅封装基板100对应的粘结环111，厚度约为200纳米，粘结环111材料为金锡焊料层。
(C)基于硅封装基板的全硅三维封装的制作：
1)硅封帽圆片制作完成之后，将该硅封帽分割为硅封帽芯片，分割方式为砂轮切割；通过倒装焊技术以芯片对硅封装基板圆片方式在硅封装基板上端面106安置上层微电子芯片302，芯片厚度小于390微米；如图13所示。
2)以硅封帽芯片对硅封装基板圆片的方式将硅封帽306芯片与硅封装基板100对准，粘结，其中，焊接温度为300℃，压力20kg，如图14所示。
3)以倒装焊技术在硅封装基板的下端面108安置下层微电子芯片202，如图15、图6所示。
实施例2
本实施例提供了一种基于硅转接板的全硅三维封装，其是由实施例1的方法制备得到的，该全硅三维封装的结构示意图如图6所示，从图6中可以看出，其包括
硅封装基板、硅封帽及三颗微电子芯片；其中，
所述硅封装基板设置有六个自由柱，自由柱顶端通过周围空隙与基板分离，自由柱底端通过绝缘材料与硅封装基板实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面及下端面分别覆盖一层绝缘层，自由柱顶部自由端和底部固定端的表面均存在由金属层与硅基底构成的欧姆接触；
所述硅封帽为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽通过金属键合层叠于硅封装基板的上端面；
所述硅封装基板的上端面、硅封帽壳体凹坑内包含两颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装形式安置在硅封装基板的上端面。
倒装微电子芯片通过微焊点301键合至自由柱自由端的欧姆接触区之上的焊垫上实现电气连接；
微电子芯片通过焊球201连接，也有通过焊盘进行连接，焊球连接的特点在于他需要用到焊球，而焊球相对于焊盘体积大很多，焊盘只需要在微电子芯片上或者转接板上金属层局部加厚进行键合得到。
实施例3
本实施例提供了一种基于硅转接板的全硅三维封装方法，其工艺流程图如图8-图15所示，该方法包括以下步骤：
(A)硅封装基板100的制作：
1)提供一低阻硅圆片，其厚度约为400微米，通过深度反应离子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)、激光等技术对该硅圆片进行刻蚀，得到环形盲孔，孔隙约为20微米，深度为60微米，为形成自由柱101做准备，如图8所示。
2)通过物理真空灌胶将二氧化硅(SiO2,SiOx)充入环形槽孔空腔内，如图9所示。
3)通过机械减薄、机械化学抛光(CMP)技术对步骤2所述的晶圆片进行减薄处理，获得250微米厚度的低阻硅圆片，再通过DRIE、加工技术在基板环形槽相对一面制作相应环形槽，深度约为190微米，硅自由柱101制作完成，如图10所示。
4)通过化学方法PECVD在步骤3所述的晶圆片上覆盖一层1.5微米绝缘层102；通过化学方法湿法腐蚀在晶圆片上圆柱两端端面绝缘层上开窗口，暴露出圆柱两端硅表面，如图11所示。
5)通过溅射方法制备金属层104，金属层为铜层，厚度为5微米，再通过湿法化学腐蚀、剥离工艺实现硅自由柱自由端面109及固定端面110的欧姆接触，在硅封装基板上端面106制作粘结环111，该粘结环厚度为200纳米，粘结环111材料为金锡焊料层，如图12所示。
(B)硅封帽306的制作：
1)提供一硅圆片，其厚度大于400微米，通过湿法腐蚀技术的一种在硅圆片衬底上制作凹坑，深度为400微米；
2)在硅圆片凹坑所在表面制作与硅封装基板100对应的粘结环111，厚度约为200纳米，粘结环111材料为金锡焊料层。
(C)基于硅封装基板的全硅三维封装的制作：
1)硅封帽圆片制作完成之后，将该硅封帽分割为硅封帽芯片，分割方式为砂轮切割；通过焊球304以芯片对硅封装基板圆片方式在硅封装基板上端面10安置上层微电子芯片302，芯片厚度小于390微米；如图13所示。
2)以硅封帽芯片对硅封装基板圆片的方式将硅封帽306芯片与硅封装基板100对准，粘结，其中，焊接温度为300℃，压力20kg，如图14所示。
3)以倒装焊技术在硅封装基板的下端面108安置下层微电子芯片202，如图7所示。
实施例4
本实施例提供了一种基于硅转接板的全硅三维封装，其是由实施例3的方法制备得到的，该全硅三维封装的结构示意图如图7所示，从图7中可以看出，其包括
硅封装基板、硅封帽及三颗微电子芯片；其中，
所述硅封装基板设置有六个自由柱，自由柱顶端通过周围空隙与基板分离，自由柱底端通过绝缘材料与硅封装基板实现固定与绝缘，所述硅封装基板的上端面及下端面分别覆盖一层绝缘层，自由柱顶部自由端和底部固定端的表面均存在由金属互连层303与硅基底构成的欧姆接触300；
所述硅封帽为具有一定厚度的壳体，该壳体底端面设置有凹坑；该硅封帽通过金属键合层叠于硅封装基板的上端面；
所述硅封装基板的上端面、硅封帽壳体凹坑内包含两颗微电子芯片，所述微电子芯片以倒装或正装形式安置在硅封装基板的上端面；
倒装微电子芯片通过微焊球或微焊点键合至自由柱自由端的欧姆接触区之上的焊垫上实现电气连接；正装微电子芯片通过共晶键合或导电胶粘接组装在硅封装基板衬底上，通过引线键合方式实现微电子芯片与自由柱端面欧姆接触区的电气连接；
封帽内的采用倒装形式，即需要两个面进行对准，键合，而底部的可以通过正装形式，引线键合，同时也可以用倒装形式进行连接。