嵌入式晶圆级球栅阵列封装中的天线制造技术

一种半导体器件具有半导体管芯和沉积在该半导体管芯上面的封装剂。在封装剂的第一表面上面形成具有天线的第一导电层。在封装剂的第二表面上面形成具有地平面的第二导电层，其中天线位于地平面的占用空间内。在地平面上形成导电凸块。在封装剂的第一表面上面形成第三导电层。在封装剂的第二表面上面形成第四导电层。在沉积封装剂之前邻近半导体管芯设置导电通孔。天线通过导电通孔耦合至半导体管芯。利用天线和半导体管芯之间的导电通孔来形成天线。将PCB单元设置在封装剂中。

Antenna in Embedded Wafer-Level Ball Grid Array Packaging

【技术实现步骤摘要】
嵌入式晶圆级球栅阵列封装中的天线国内优先权的声明本申请是2017年9月14日提交的美国专利申请号15/705,078的部分继续，其是2016年7月25日提交的美国专利申请号15/219,098、现在的美国专利号9,806,040的继续，其要求保护2015年7月29日提交的美国临时申请号62/198,522的权益，通过引用将该申请合并于此。本申请要求保护2017年11月22日提交的美国临时申请号62/589,978的权益，通过引用将该申请合并于此。
本专利技术总体上涉及半导体器件，并且更特别地涉及包括嵌入式晶圆级球栅阵列（eWLB）封装中的天线的半导体器件以及形成其的方法。
技术介绍
半导体器件通常在现代电子产品中找到。半导体器件在电部件的数目和密度上会变化。分立半导体器件通常包含一种类型的电部件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器和功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体器件通常包含数百至数百万个电部件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器和各种信号处理电路。半导体器件执行各种各样的功能，诸如信号处理、高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子设备、将阳光转变到电、以及创建用于电视显示的视觉图像。半导体器件在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机和消费产品的领域中找到。半导体器件也在军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公装备中找到。半导体器件利用半导体材料的电特性。半导体材料的结构允许通过电场或基电流的施加或者通过掺杂的工艺来操纵材料的导电性。掺杂将杂质引入到半导体材料中来操纵和控制半导体器件的电导率。半导体器件包含有源和无源电结构。包括双极型和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变掺杂的水平以及电场或基电流的应用，晶体管促进或限制电流的流动。包括电阻器、电容器和电感器的无源结构创建了用来执行多种电功能所必要的电压和电流之间的关系。该无源和有源结构电连接以形成使得半导体器件能够执行高速操作和其他有用功能的电路。通常使用每个可能地涉及数百个步骤的两个复杂的制造工艺（即前端制造和后端制造）来制造半导体器件。前端制造涉及在半导体晶圆的表面上形成多个管芯。每个半导体管芯通常是相同的并且包含由电连接的有源和无源部件形成的电路。后端制造涉及从成品晶圆单体化（singulate）各个半导体管芯并封装管芯以提供结构支持、电互连和环境隔离。如本文中使用的术语“半导体管芯”指代词语的单数和复数形式两者，并且因此可以指代单个半导体器件和多个半导体器件两者。半导体制造的一个目标是生产更小的半导体器件。更小的器件通常消耗更少的功率，具有更高的性能，并且可以更高效地生产。此外，更小的半导体器件具有更小的占用空间（footprint），这对于更小的终端产品来说是希望的。可以通过前端工艺中的改进来实现更小的半导体管芯尺寸，从而导致具有更小、更高密度的有源和无源部件的半导体管芯。后端工艺可通过电互连和封装材料中的改进来导致具有更小的占用空间的半导体器件封装。半导体制造的另一个目标是将附加的特征集成到半导体封装中。将特征集成到半导体封装中会降低制造最终电子器件的成本和复杂性。半导体器件的一个日益增长的用途是在汽车领域中作为用于检测附近交通工具和其他障碍物的雷达传感器。雷达在日益增长的自驱式（self-driving）交通工具的领域中找到增加的重要性。交通工具上的电子设备发射电磁辐射来照射附近的对象，并且然后观察被反射的辐射以确定附近对象的相对位置和速度。发射和观察被反射的辐射由位于交通工具上的一个或多个天线来完成。在包含单片微波集成电路（MMIC）或其他雷达集成电路的半导体封装附近的印刷电路板（PCB）上形成天线。雷达系统的制造商必须在PCB上设计和实施适当的天线和屏蔽。PCB上的天线和接地增加了制造成本和复杂性。附图说明图1图示具有安装至PCB的表面的不同类型的封装的印刷电路板（PCB）；图2a-2d图示具有通过锯道（sawstreet）分离的多个半导体管芯的半导体晶圆；图3a-3j图示一种形成具有自定义的天线和半导体管芯的雷达收发器封装的方法；图4图示雷达收发器封装；图5图示雷达收发器封装的第一替代实施例；图6a-6c图示雷达收发器封装的第二替代实施例；图7图示雷达收发器封装的第三替代实施例；图8a-8i图示在虚拟管芯（dummydie）上形成背面重新分布层；图9a-9f图示形成具有天线和地平面的PCB单元；图10a-10f图示形成带有具有天线的嵌入式PCB单元的半导体封装；图11a-11c图示形成具有设置在半导体管芯和主PCB单元上面的第二天线PCB单元的半导体封装；图12图示使用第二天线PCB单元来在单个封装中提供多个天线配置；图13图示第二天线PCB上的平面天线；以及图14a和14b图示第二天线PCB中的用来容纳更高半导体管芯的开口。具体实施方式在参考各图的以下描述中的一个或多个实施例中描述本专利技术，其中相似的数字表示相同或类似的元件。虽然就用于实现本专利技术的目标的最佳模式来描述本专利技术，但是本领域的技术人员将会认识到该公开内容旨在覆盖替代、修改和等同物，其可以被包括在如由以下公开内容和绘图所支持的所附权利要求以及权利要求等同物限定的本专利技术的精神和范围内。通常使用两个复杂的制造工艺来制造半导体器件：前端制造和后端制造。前端制造涉及在半导体晶圆的表面上形成多个管芯。晶圆上的每个管芯包含有源和无源电部件，其电连接以形成功能电路。有源电部件（诸如晶体管和二极管）具有用来控制电流的流动的能力。无源电部件（诸如电容器、电感器和电阻器）创建用来执行电路功能所必要的电压和电流之间的关系。通过包括掺杂、沉积、光刻术、蚀刻和平面化的一系列工艺步骤来在半导体晶圆的表面上形成无源和有源部件。掺杂通过诸如离子注入或热扩散之类的技术将杂质引入到半导体材料中。该掺杂工艺通过响应于电场或基电流动态改变半导体材料电导率来修改有源器件中的半导体材料的导电性。晶体管包含不同类型和掺杂程度的区，其是按照使得晶体管能够在施加电场或基电流时促进或限制电流的流动所必要的那样布置的。有源和无源部件是由具有不同电特性的材料的层来形成的。该层可以由部分通过被沉积的材料的类型而确定的多种沉积技术来形成。例如，薄膜沉积可以涉及化学汽相沉积（CVD）、物理汽相沉积（PVD）、电镀、和化学镀工艺。每个层通常被图案化以形成有源部件、无源部件或各部件之间的电连接的各部分。后端制造涉及将成品晶圆切割或单体化成各个半导体管芯并且封装半导体管芯以用于结构支持、电互连和环境隔离。为了使半导体管芯单体化，对晶圆评分并使该晶圆沿着被称为锯道或划线（scribe）的晶圆的非功能区破裂。使用激光切削工具或锯片来使晶圆单体化。在单体化之后，将各个半导体管芯安装到包括用于与其他系统部件互连的引脚或接触焊盘（contactpad）的封装衬底。然后将在半导体管芯上面形成的接触焊盘连接至封装内的接触焊盘。可以利用导电层、凸块、螺柱凸块、导电膏或引线结合来制成电连接。将封装剂或其他成型材料沉积在封装上面以提供物理支持和电隔离。然后将成品封装插入到电系统中并且使得该半导体器件的功能对其他系统部件可用。图1图示具有芯片载体衬底或PCB52的电子设备50，该芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体器件的方法，包括：提供第一衬底；在第一衬底上面形成地平面；在与地平面相对的第一衬底上面形成第一天线；邻近第一衬底来设置半导体管芯；将封装剂沉积在第一衬底和半导体管芯上面；以及在封装剂上面形成导电层以将半导体管芯耦合至第一天线。

【技术特征摘要】
2017.11.22 US 62/589978;2018.11.08 US 16/1841341.一种制造半导体器件的方法，包括：提供第一衬底；在第一衬底上面形成地平面；在与地平面相对的第一衬底上面形成第一天线；邻近第一衬底来设置半导体管芯；将封装剂沉积在第一衬底和半导体管芯上面；以及在封装剂上面形成导电层以将半导体管芯耦合至第一天线。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成通过第一衬底的导电通孔，其中第一天线通过导电通孔电耦合至半导体管芯。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：提供包括在第二衬底上面形成的第二天线的第二衬底；邻近半导体管芯来设置第二衬底；以及形成导电层以将半导体管芯耦合至第二天线。4.根据权利要求3所述的方法，其中该第一衬底的厚度与第二衬底的厚度不同。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成导电层以包括在地平面上面的接触焊盘。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在地平面上面形成凸块。7.一种制造半导体器件的方法，包括：提供包括第一天线结构的第一部分的第一衬底；邻近第一衬底来设置半导体管芯；在第一衬底上面设置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：PC马里穆图，龙昌范，AK虞，林耀剑，
申请(专利权)人：新科金朋私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG