一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构及信号传输方法与流程

本发明涉及射频微系统，具体涉及一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构，还涉及一种射频微系统的射频信号传输方法。

背景技术：

1、摩尔定律已接近物理极限，但未来电子信息系统将持续向更高集成度、更高性能、更高工作频率等方向发展，传统的集成封装技术逐渐难以满足新型系统集成要求。未来的技术发展趋势将是延续摩尔定律与超越摩尔定律结合起来，通过三维异质异构集成，实现更高价值的系统——微系统。微系统集成技术通过在微纳尺度上采用异质异构方法集成，是实现更高集成度、更高性能、更高工作频率需求的主要手段。

2、射频微系统集成技术作为系统微型化趋势下的先进集成封装技术，已经成为引领装备发展、推动电子技术创新的重大基础技术，是支撑电子信息装备在传感、通信领域能力变革的重要技术平台，同时也是当前电子信息技术研究的核心技术之一。

3、射频微系统主要针对5g通信、物联网等前沿领域内一体化射频前端、有源阵面等小型化、轻量化、多功能化的应用需求，以微电子、光电子、mems等电子元器件为基础，采用以微纳加工技术为代表的微系统异质异构集成工艺技术，结合架构、软件和算法，将射频、数字、光电、能源等分系统进行高密度集成，实现射频系统体积与功耗大幅降低、性能与可靠性大幅提升、通道成本与全寿命周期成本大幅降低等目的。射频微系统技术在信息技术、生物、医疗、工业控制、消费电子等前沿领域具有广泛的应用。

4、互连技术是射频微系统的核心技术。互连技术主要分为基板互连技术和裸芯片互连技术。射频微系统主要使用化合物半导体芯片，因此无论是基板互连密度和裸芯片互连密度，射频微系统都低于中频微系统和数字微系统。射频微系统的基板互连主要采用bga(球栅阵列)技术，射频微系统的裸芯片互连主要采用引线键合技术。

5、随着射频微系统不断朝着小型化、高密度、高集成度方向发展，芯片尺寸不断缩减，键合点尺寸不断减小，各引线间距持续缩短，键合密度大幅度提高，引线键合对线弧的高度、角度、弧长要求越来越苛刻，传统的引线键合技术已经无法满足需要；bga焊球技术虽然实现了基板之间的互连，但是占用空间较大，导致相邻焊球间距较大，且容易形成焊料短路，无法实现窄间距互连，影响射频的电磁屏蔽效果。基于bga焊球互连的射频信号传输，由于相邻焊球间距较大，需要采用准同轴结构，导致占用了大量的bga焊球数量。

技术实现思路

1、本发明目的：在于提供一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构及信号传输方法，提供一种新型的射频微系统三维互连及信号传输解决方案。

2、为实现以上功能，本发明设计一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构，包括基板三维互连结构、裸芯片三维互连结构、电磁屏蔽互连结构；

3、其中，基板三维互连结构包括相互平行且相隔预设间距的上基板1和下基板2，上基板1设置有预设数量的定位孔3和互连基座4，各互连基座4固定设置于上基板1面向下基板2一端的表面上，各互连基座4为环状，其内径大于各垂直互连柱6的半径；裸芯片三维互连结构、电磁屏蔽互连结构均位于下基板2上，其中电磁屏蔽互连结构包括预设数量的垂直互连柱6，各垂直互连柱6指向上基板1方向且与下基板2相垂直，在下基板1上均匀排列构成连续区域，位于连续区域中最外侧的垂直互连柱6用于传输地信号，其他各垂直互连柱6用于传输射频信号；垂直互连柱6的数量和位置与互连基座4相对应，各垂直互连柱6分别插入相对应的互连基座4，并使用导电胶11固化实现互连；下基板2上还包括垂直定位柱5，垂直定位柱5的数量和位置与定位孔3相对应，各垂直定位柱5分别插入相对应的定位孔3，实现上基板1和下基板2的定位。

4、作为本发明的一种优选技术方案：裸芯片三维互连结构包括多个裸芯片8、键合指7，各裸芯片8上表面设置多个裸芯片pad9，键合指7分别位于裸芯片8一侧，裸芯片三维互连结构还包括三维互连微柱10-2，以连接不同裸芯片上的裸芯片pad9，以及连接裸芯片pad9与键合指7。

5、作为本发明的一种优选技术方案：裸芯片三维互连结构包括多个裸芯片8、键合指7，各裸芯片8上表面设置多个裸芯片pad9，键合指7分别位于各裸芯片8两侧，裸芯片三维互连结构还包括三维互连微柱10-1，以连接裸芯片8上的裸芯片pad9与裸芯片两侧的键合指7。

6、作为本发明的一种优选技术方案：裸芯片三维互连结构包括多个裸芯片8，各裸芯片8上表面设置多个裸芯片pad9，裸芯片三维互连结构还包括三维互连微柱10-3，以分别连接不同裸芯片8上的裸芯片pad9。

7、作为本发明的一种优选技术方案：所述电磁屏蔽三维互连结构为多个基板层叠的结构，各基板设置定位孔3，各基板的下表面设置互连基座4，上表面设置裸芯片三维互连结构、电磁屏蔽互连结构、垂直定位柱5，各垂直定位柱5插入上方基板的定位孔3，实现相邻基板的定位，各垂直互连柱6分别插入上方基板的互连基座4，并使用导电胶11固化实现相邻基板的互连；并且最上层基板仅下表面设置互连基座4，上表面为平面，最下层基板仅上表面设置裸芯片三维互连结构、电磁屏蔽互连结构、垂直定位柱5，下表面为平面。

8、本发明还设计一种射频微系统的射频信号传输方法，基于所述的一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构，其中电磁屏蔽互连结构包括由预设数量的垂直互连柱6所构成的三个区域，分别为地信号区域、第一射频信号区域、第二射频信号区域，其中第一射频信号区域、第二射频信号区域相对，且位于第一射频信号区域中的垂直互连柱6-2、第二射频信号区域中的垂直互连柱6-3分别用于传输不同的射频信号，地信号区域位于第一射频信号区域、第二射频信号区域的外侧，以及第一射频信号区域、第二射频信号区域之间，位于地信号区域中的垂直互连柱6-1用于传输地信号。

9、作为本发明的一种优选技术方案：基于所述的一种射频微系统的电磁屏蔽三维互连结构，电磁屏蔽互连结构包括由垂直互连柱6所构成的连续区域，该区域中任意三根相邻的垂直互连柱6构成gsg传输结构，中间的垂直互连柱6-5用于传输射频信号，其相邻的两根垂直互连柱6-4用于传输地信号。

10、有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：

11、(1)传统的射频微系统电磁屏蔽互连结构，采用一个连续区域的bga焊球，最外围一层的bga焊球传输地信号，其余内部区域的bga焊球传输射频信号，可以起到一定的电磁屏蔽效果。为了防止焊接短路，相邻bga焊球之间无法实现超窄间距，因此内部的高频射频信号可以从最外围地信号焊球的间隙中传播出去，影响了电磁屏蔽效果。本发明的射频微系统电磁屏蔽互连结构，采用一个连续区域的垂直互连柱，最外围一层的垂直互连柱传输地信号，其余内部区域的垂直互连柱传输射频信号，相邻垂直互连柱之间的间距大大减小，内部高频射频信号很难从最外围地信号微柱的间隙中传播出去，达到很好的电磁屏蔽效果，具有很强的创新性和工程实用性。

12、(2)传统的射频微系统射频信号传输方法，基于bga焊球互连结构进行射频信号传输，由于bga焊球直径偏大，且相邻焊球间距较大，需要采用准同轴结构，包括中心的射频信号bga焊球和外围一层的地信号bga焊球，因此占用了大量的bga焊球数量，制约了射频微系统的信号密度。本发明的射频微系统射频信号传输方法，使用上基板、下基板之间的相邻三根垂直互连柱，由于互连柱直径很小，且相邻互连柱间距窄，不再需要采用准同轴结构，可以通过典型的gsg结构实现射频信号传输，大大节省了互连柱的数量，提升了射频微系统的信号密度，具有很强的创新性和工程实用性。