封装天线及其制造方法技术

本公开涉及一种封装天线及其制造方法，所述封装天线包括：芯片；基板，具有相对的第一表面和第二表面，基板在第一表面上开设有基板槽，芯片固定于基板槽中，且芯片的正面暴露于第一表面且与第一表面平齐，基板设置有基板金属层，该基板金属层形成有反射地平面和连接在第二表面上的多个焊盘，该焊盘与基板中的过孔连接；再布线层，设置在基板的第一表面和芯片的正面上，再布线层包括至少一层RDL金属层，该至少一层RDL金属层形成有第一天线辐射贴片、馈线和多个扇出引线，馈线与芯片连接以向天线辐射贴片馈电；以及多个焊球。本公开提供的封装天线能够在降低封装寄生参数，减小封装尺寸的基础上，优化天线性能。

【技术实现步骤摘要】
封装天线及其制造方法
本公开涉及封装天线
，具体地，涉及一种封装天线和封装天线的制造方法。
技术介绍
随着近几十年科学技术的发展，毫米波逐渐向民用小型化多功能的方向发展，在汽车雷达、高速数据通信、工业自动化传感器、医疗器材等方面获得了广泛的应用。天线是无线系统中的重要部件，有分离和集成两种形式。其中集成天线包括片上天线(Antenna-on-Chip，简称“AoC”)和封装天线(Antenna-in-Package，简称“AiP”)两大类型。片上天线技术通过半导体材料与工艺将天线与其他电路集成在同一个芯片上，优点是集成度高，不需要额外的互连，寄生效应小，尤其对于太赫兹频段更适用一些。缺点是天线占用成本较高的采用微波工艺的芯片面积，以及工艺本身对天线结构和性能产生了限制。另外集成电路设计和纠错周期长、费用高也限制了AoC技术的应用。AiP技术是通过封装材料与工艺将天线集成在携带芯片的封装内。AiP技术很好地兼顾了天线性能、成本及体积，代表着近年来天线技术重大成就，因而是目前毫米波应用的主流方向。同AoC相比，AiP系统设计周期短，方便灵活，可以采用同一颗芯片搭配不同的天线结构，实现需要的性能。如今几乎所有的60GHz无线通信和手势雷达芯片都采用了AiP技术。除此之外，在79GHz汽车雷达，5G通信，122GHz传感器等应用和研究中也都广泛应用AiP天线解决方案。毫米波频段在30-300GHz之间，频带非常宽。同微波雷达相比，毫米波雷达具有波束窄、天线体积小的优点、同激光和远红外相比又有穿透性强的优势。天线是毫米波系统中的重要部件，如果将天线设计在系统封装的外面，则需要用同轴线、波导或微带线等实现系统到天线的连接，不仅体积大，而且引入寄生的电感、电容，影响系统的性能，此外制作加工过程引入的误差以及误差控制也提高了成本，使毫米波方案难以普及。封装天线(AiP)技术将天线与射频收发系统集成在一个小的封装模块中，大大减轻了天线到芯片互连的设计问题，在整个系统获得更高集成度的同时，降低了成本，提升了系统性能。在AiP技术中，天线和MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit，单片微波集成电路)芯片的互连可以采用管脚键合、倒装凸点或者扇出(fanout)技术。采用管脚键合做芯片和天线的互连是最标准和低成本的封装形式，键合管脚直接将芯片的毫米波信号焊盘引出到基板上或接到天线模块的馈线焊盘。由于键合管脚寄生电感大，对带宽产生限制。同时严重影响匹配，需要做补偿。当键合管脚的长度和波长可以比拟时，则形成寄生天线，使天线增益和辐射效率降低。倒装凸点焊接采用转接基板，是另一种常用的封装形式，通常天线图形做在基板上，芯片通过焊球接到基板上的馈线，由于凸点寄生效应比较小，更适合毫米波连接。但这种结构只能用于芯片焊盘间距较大的情况，对于小尺寸焊盘应用较为困难，实现成本较高。通常采用CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的芯片标准50ohm特征阻抗接地共面波导输出焊盘，其焊盘节距限制常常难以应用凸点倒装焊的封装形式。同前两种封装相比，采用扇出(Fanout)实现AiP的天线和电连接具有不可比拟的优势，扇出结构RDL(Redistributedlayer，再布线层)连接芯片焊盘的通孔寄生效应在毫米波频段几乎可以忽略，尤其对于超过100GHz的应用性能优越。毫米波天线对形成天线和馈线的金属布线的尺寸精度要求较高，扇出工艺RDL布线层采用的光刻工艺精度远高于普通基板布线工艺，满足毫米波天线制作的误差要求。MMIC芯片通常功耗很大，同倒装凸点封装相比，扇出封装无需基板，热阻也小。随着集成度的提高，扇出封装越来越成为封装技术的必经之路。对于毫米波芯片AiP封装而言，传统的封装技术是将MMIC芯片扇出封装起来，再集成到AiP系统中，但这会增加互连的寄生参数。此外，目前多家厂商均提供扇出封装工艺，如英飞凌(Infineon)的eWLB(embeddedWaferLevelBallgridarray，嵌入式圆片级球栅阵列封装)，TSMC的InFO-WLP(IntegratedFanOutWaferLevelPackage)等，但不提供工艺定制服务。以eWLB工艺为例，采用eWLB工艺制造的封装结构只有一层RDL再布线层，在实现AiP时，若使用RDL金属层形成天线图形，则无法在eWLB封装上做反射地平面，只能用PCB(PrintedCircuitBoard，印制电路板)上的布线层做地平面，需要仔细优化PCB结构以协同天线设计，给应用带来麻烦，提高了应用成本。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种封装天线及其制造方法，在降低封装寄生参数，减小封装尺寸的基础上，优化天线性能，避免了采用现有标准封装形式导致的性能受限。为了实现上述目的，本公开提供一种封装天线，其中，所述封装天线包括：芯片，具有相对的正面和反面，所述芯片在其正面包括芯片焊盘图形；基板，具有相对的第一表面和第二表面，所述基板在所述第一表面上开设有基板槽，所述芯片固定于所述基板槽中，且所述芯片的正面暴露于所述第一表面且与所述第一表面平齐，所述基板包括基板金属层，该基板金属层形成反射地平面和布置在所述第二表面上的多个焊盘，该焊盘与所述基板中的过孔连接；再布线层，设置在所述基板的第一表面和所述芯片的正面上，所述再布线层包括至少一层RDL金属层，该RDL金属层形成有第一天线辐射贴片、馈线和多个扇出引线，所述第一天线辐射贴片的辐射方向背离所述反射地平面，所述馈线与所述芯片连接以向天线辐射贴片馈电；焊球植于所述基板焊盘上，所述芯片焊盘通过对应的所述扇出引线经所述基板上设置的过孔、所述基板焊盘连接于对应的所述焊球，以使得所述芯片与PCB板连接。可选择地，所述基板槽为贯通结构，所述芯片通过塑料材料模塑固定于所述基板槽中，以固定于所述基板，所述塑料材料包覆所述芯片的反面；或者，所述基板槽为非贯通结构，所述基板槽的底壁上设置有注塑孔，所述芯片通过塑料材料注塑固定于所述基板槽中。可选择地，所述基板金属层形成有第二天线辐射贴片，该第二天线辐射贴片的辐射方向背离所述反射地平面。可选择地，所述至少一层RDL金属层包括单层RDL金属层，所述再布线层包括RDL介质层，所述单层RDL金属层通过所述RDL介质层连接于所述第一表面和所述正面；或者，所述至少一层RDL金属层包括第一RDL金属层和第二RDL金属层，所述再布线层包括第一RDL介质层和第二RDL介质层，所述第一RDL金属层通过第一RDL介质层与所述第一表面和所述正面连接，所述第一RDL金属层通过第二RDL介质层与所述第二RDL金属层连接。可选择地，所述反射地平面设置在所述基板中，或者，所述反射地平面设置在所述第二表面上，所述焊球包括连接在所述反射地平面的远离所述基板的表面上的第二焊球。根据本公开的第二方面，提供一种封装天线的制造方法，所述封装天线为上述的封装天线，所述制造方法包括：提供芯片，该芯片具有相对的正面和反面，所述芯片在其正面包括多个芯片焊盘；提供基板，该基板具有相对的第一表面和第二表面，且包括基板金属层，该基板金属层形成有反射地平面图形和连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装天线，其特征在于，所述封装天线包括：芯片(1)，具有相对的正面和反面，所述芯片(1)在其正面设置有多个芯片焊盘；基板(2)，具有相对的第一表面和第二表面，所述基板(2)在所述第一表面上开设有基板槽(21)，所述芯片(1)固定于所述基板槽(21)中，且所述芯片(1)的正面暴露于所述第一表面且与所述第一表面平齐，所述基板(2)设置有基板(2)金属层，该基板(2)金属层形成有反射地平面(43)和连接在所述第二表面上的多个焊盘(22)，该焊盘(22)与所述基板(2)中的过孔(23)连接；再布线层(3)，设置在所述基板(2)的第一表面和所述芯片(1)的正面上，所述再布线层(3)包括至少一层RDL金属层，该至少一层RDL金属层形成有第一天线辐射贴片(41)、馈线(44)和多个扇出引线，所述第一天线辐射贴片(41)的辐射方向背离所述反射地平面(43)，所述馈线(44)与所述芯片(1)连接以向天线辐射贴片馈电；以及多个焊球(5)，植于所述焊盘(22)上，所述芯片焊盘通过对应的所述扇出引线经所述基板(2)上设置的过孔(23)、所述焊盘(22)连接于对应的所述焊球(5)，以使得所述芯片(1)与PCB板连接。...

【技术特征摘要】
1.一种封装天线，其特征在于，所述封装天线包括：芯片(1)，具有相对的正面和反面，所述芯片(1)在其正面设置有多个芯片焊盘；基板(2)，具有相对的第一表面和第二表面，所述基板(2)在所述第一表面上开设有基板槽(21)，所述芯片(1)固定于所述基板槽(21)中，且所述芯片(1)的正面暴露于所述第一表面且与所述第一表面平齐，所述基板(2)设置有基板(2)金属层，该基板(2)金属层形成有反射地平面(43)和连接在所述第二表面上的多个焊盘(22)，该焊盘(22)与所述基板(2)中的过孔(23)连接；再布线层(3)，设置在所述基板(2)的第一表面和所述芯片(1)的正面上，所述再布线层(3)包括至少一层RDL金属层，该至少一层RDL金属层形成有第一天线辐射贴片(41)、馈线(44)和多个扇出引线，所述第一天线辐射贴片(41)的辐射方向背离所述反射地平面(43)，所述馈线(44)与所述芯片(1)连接以向天线辐射贴片馈电；以及多个焊球(5)，植于所述焊盘(22)上，所述芯片焊盘通过对应的所述扇出引线经所述基板(2)上设置的过孔(23)、所述焊盘(22)连接于对应的所述焊球(5)，以使得所述芯片(1)与PCB板连接。2.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述基板槽(21)为贯通结构，所述芯片(1)通过塑料材料(7)模塑固定于所述基板槽(21)中，以固定于所述基板(2)，所述塑料材料(7)包覆所述芯片(1)的反面；或者，所述基板槽(21)为非贯通结构，所述基板槽(21)的底壁上设置有通往所述第二表面的注塑孔(25)，所述芯片(1)通过塑料材料(7)注塑固定于所述基板槽(21)中。3.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述基板(2)2金属层形成有第二天线辐射贴片(42)，该第二天线辐射贴片(42)的辐射方向背离所述反射地平面(43)。4.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述至少一层RDL金属层包括单层RDL金属层，所述再布线层包括RDL介质层，所述单层RDL金属层通过所述RDL介质层连接于所述第一表面和所述正面；或者，所述至少一层RDL金属层包括第一RDL金属层(31)和第二RDL金属层(32)，所述再布线层包括第一RDL介质层(33)和第二RDL介质层(34)，所述第一RDL金属层(31)通过第一RDL介质层(33)与所述第一表面和所述正面连接，所述第一RDL金属层(31)通过第二RDL介质层(34)与所述第二RDL金属层(32)连接。5.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述反射地平面(43)设置在所述基板(2)中，或者，所述反射地平面(43)设置在所述第二表面上，所述焊球(5)包括连接在所述反射地平面(43)的远离所述基板(2)的表面上的第二焊球(5)。6.一种封装天线的制造方法，其特征在于，所述封装天线为权利要求1-5中任意一项所述的封装天线，所述制造方法包括：提供芯片(1)，该芯片(1)具有相对的正面和反面，所述芯片(1)在其正面设置有多个芯片焊盘；提供基板(2)，该基板(2)具有相对的第一表面和第二表面，且设置有基板(2)金属层，该基板(2)金属层形成有反射地平面(43)图形和连接在所述第二表面上的多个焊盘(22)图形，该焊盘(22)图形与所述基板(2)图形中的过孔(23)连接；在所述基板(2)的所述第一表面上开设用于容纳所述芯片(1)的基板槽(21)；提供载体(6)，该载体(6)具有刚性承载面；将所述芯片(1)和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王谦，蔡坚，张雪松，周晟娟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11