集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构制造技术

一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构，包括：一天线模块；以及一射频前端模块，置于天线模块下方，所述射频前端模块包括：一号芯板，内部包括至少一通槽；至少一有源芯片，一侧表面为有源面，另一侧表面为背部金属，该有源芯片埋置于所述一号芯板的通槽中；一号介质层，置于一号芯板下方，与一号芯板中通槽的对应位置设置有通槽；二号芯板，置于一号介质层下方，上表面设置有多个元器件焊盘；其中，所述有源芯片有源面一侧朝下，倒装在所述二号芯板上表面元器件焊盘之上；二号介质层，置于一号芯板上方，内部穿设有多个金属化盲孔。

【技术实现步骤摘要】
集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构
本专利技术涉及半导体封装
，尤其涉及了集成毫米波天线和射频前端的有机基板埋入封装结构。
技术介绍
为了提高集成度，国际半导体技术发展路线组织提出超越摩尔定律，旨在将处理器、存储器、射频模块、数字模块、模拟模块、光电模块、传感模块等集成在单一封装体中实现系统级封装(SysteminPackage，SiP)，如果将天线也集成在系统级封装中，则称为天线级封装(AntennainPackage，AiP)。目前对AiP的研究主要集中在单芯片收发机与天线的集成，然而，实现多芯片射频前端和天线阵列集成，面临如下技术问题：射频前端所用毫米波芯片多基于化合物半导体工艺，其有源面表面传输线和电感电容空气桥及背部接地要求使芯片的封装形式局限于引线键合，但是随着工作频率升高，键合线的寄生效应越专利技术显；同时，电子产品对封装体轻薄化和小型化需求不断提高，但轻薄化的封装结构限制了天线基底厚度，从而限制了天线性能的提高；此外，将天线与射频前端集成时，有源芯片与有源芯片间、天线与有源芯片间的电磁干扰性问题尤为严重；再有，大部分无源元件均表贴在主板上，占用了射频前端模块的面积。因此基于以上现有技术存在的问题，亟待研发针对化合物半导体有源芯片的、轻薄化、小型化、具有良好电磁兼容性且高性能的天线级封装结构。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提出了一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构，以至少部分满足毫米波波段中，基于化合物半导体有源芯片的天线级封装的小型化、轻薄化、高性能的要求。(二)技术方案在本专利技术的一方面，一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构，包括：一天线模块；以及一射频前端模块，置于天线模块下方，所述射频前端模块包括：一号芯板，内部包括至少一通槽；至少一有源芯片，一侧表面为有源面，另一侧表面为背部金属，该有源芯片埋置于所述一号芯板的通槽中；一号介质层，置于一号芯板下方，与一号芯板中通槽的对应位置设置有通槽；二号芯板，置于一号介质层下方，上表面设置有多个元器件焊盘；其中，所述有源芯片有源面一侧朝下，倒装在所述二号芯板上表面元器件焊盘之上；二号介质层，置于一号芯板上方。在进一步的方案中，所述的射频前端模块，还包括至少一表贴无源元件，所述表贴无源元件一侧有焊盘，埋置于一号芯板的通槽中，其中有焊盘一侧朝下，倒装在二号芯板上表面元器件焊盘之上。在进一步的方案中，所述的射频前端模块，还包括至少一单层电容器，所述单层电容器埋置于一号芯板的通槽中，倒装在二号芯板上表面元器件焊盘之上。在进一步的方案中，所述一号芯板的通槽的侧壁还镀有一号金属层，所述一号金属层与所述有源芯片间还配置一介质层。在进一步的方案中，所述的二号芯板上穿设有多个电磁屏蔽孔栅，与所述一号金属层构成金属屏蔽腔。在进一步的方案中，所述的有源芯片、埋入表贴无源元件和单层电容器通过二号芯板中的金属化盲孔与外围电路互连。在进一步的方案中，所述的射频前端模块还穿设有多个金属化通孔。在进一步的方案中，所述的天线模块，包括：至少一天线单元；一周期性金属结构；二号金属层，所述周期性金属结构和二号金属层共同作为天线反射平面；此外，所述天线模块还包括：三号芯板，所述周期性金属结构电镀在其上表面；三号介质层，设置在三号芯板与二号金属层之间；四号介质层配置在天线单元和周期性金属结构之间。在进一步的方案中，所述有源芯片背部金属通过二号介质层的金属化盲孔与二号金属层连接。在进一步的方案中，所述单层电容器的另一个电极通过二号介质层的金属化盲孔与二号金属层连接。在进一步的方案中，所述的周期性金属结构为电磁结构，在设定毫米波波段内，具有同相反射特性。在进一步的方案中，所述天线单元与射频前端模块垂直放置，通过金属化通孔互连，用于降低天线模块与射频前端模块间的电磁干扰。在进一步的方案中，所述的介质层为半固化片压合后固化而成。在进一步的方案中，所述的二号芯板下表面还配置有多个焊球。在本专利技术的另一方面，还提供了一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构的制备方法，包括：将二号芯板上表面图形化，包括元器件焊盘、金属化盲孔捕捉焊盘以及互连线等。将芯板放置于高温键合台上，通过打线机在元器件焊盘上加工金属凸点，并将金属凸点平整化至高度近似一致。将有源芯片的有源面、表贴无源元件有焊盘的一面朝下，通过热压方式分别倒装在二号芯板上表面的金属凸点上，同时，将单层电容器也倒装在该芯板的上表面对应的金属凸点上；在一号芯板内铣出有源芯片和表贴无源元件及单层电容器所埋入的通槽，在通槽侧壁镀上金属铜，同时在该芯板上下表面金属覆层通过光刻图形化；在下面一号芯板之下的一号介质层上钻出较一号芯板中通槽面积稍大的通槽；由上至下分别将一半固化片，一号芯板，另一半固化片，二号芯板叠放在一起，进行真空压合，高温固化后两个半固化片转变为二号介质层和一号介质层，在二号介质层加工金属化盲孔，在整个结构中加工金属化通孔，部分金属化盲孔用于电磁屏蔽，部分金属化盲孔用与电互连，金属化通孔用于电磁屏蔽和不同金属地平面间的互连。之后在一号芯板之上的二号介质层上表面镀二号金属层，用于作为射频前端模块中电子元器件的金属地平面。将三号芯板的上表面电镀一层周期性金属结构，同二号金属层共同作为天线单元的反射平面；由上至下分别将一半固化片，三号芯板，另一半固化片，上述加工好的射频前端模块叠放在一起，进行真空压合，高温固化后半固化片转变为四号介质层和三号介质层，其中射频前端模块中的二号金属层朝上；在二号芯板中加工金属化盲孔，在整个结构中加工金属化通孔，金属化盲孔用做信号孔、电源孔和电磁屏蔽孔栅，金属化通孔用做天线的馈电孔；将四号介质层上表面图形化，加工出天线单元；将二号芯板下表面图形化，然后在封装体上下表面分别涂上绿油，并在封装体底部装配表贴无源元件和焊球。(三)有益效果采用有机芯板埋入结合倒装焊的封装方式，在满足芯片背部接金属地的条件下，显著降低使用引线键合引入的寄生效应，同时降低封装剖面。天线的反射平面是具有同相反射特性的周期性金属结构，可在低剖面的情况下提高天线带宽、增益和辐射效率。天线与射频前端垂直放置，通过金属化通孔互连，可有效降低天线与射频前端间的电磁干扰，且减小封装面积。有源芯片埋入的腔侧壁均镀有金属层，结合金属孔栅结构可实现有源芯片间和有源芯片与天线间的良好电磁隔离。在埋入的同一有机芯板中还埋入了表贴无源元件和单层电容器，实现了射频前端的高密度集成。附图说明图1是本专利技术实施例一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构图。图2是图1所示封装结构的制备步骤1的结构图。图3是图1所示封装结构的制备步骤2的结构图。图4是图1所示封装结构的制备步骤3的结构图。图5是图1所示封装结构的制备步骤4的结构图。...

【技术保护点】
1.一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构，包括：/n一天线模块；以及/n一射频前端模块，置于天线模块下方，包括：/n一号芯板，内部包括至少一通槽；/n至少一有源芯片，一侧表面为有源面，另一侧表面为背部金属，该有源芯片埋置于所述一号芯板的通槽中；/n一号介质层，置于一号芯板下方，与一号芯板中通槽的对应位置设置有通槽；/n二号芯板，置于一号介质层下方，上表面设置有多个元器件焊盘和互连结构；/n二号介质层，置于一号芯板上方，内部穿设有多个金属化盲孔；/n其中，所述有源芯片有源面一侧朝下，倒装在所述二号芯板上表面元器件焊盘之上。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成天线和射频前端的有机基板埋入封装结构，包括：
一天线模块；以及
一射频前端模块，置于天线模块下方，包括：
一号芯板，内部包括至少一通槽；
至少一有源芯片，一侧表面为有源面，另一侧表面为背部金属，该有源芯片埋置于所述一号芯板的通槽中；
一号介质层，置于一号芯板下方，与一号芯板中通槽的对应位置设置有通槽；
二号芯板，置于一号介质层下方，上表面设置有多个元器件焊盘和互连结构；
二号介质层，置于一号芯板上方，内部穿设有多个金属化盲孔；
其中，所述有源芯片有源面一侧朝下，倒装在所述二号芯板上表面元器件焊盘之上。


2.根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的射频前端模块，还包括至少一表贴无源元件，所述表贴无源元件一侧有焊盘，埋置于一号芯板的通槽中，其中有焊盘一侧朝下，倒装在二号芯板上表面元器件焊盘之上。


3.根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的射频前端模块，还包括至少一单层电容器，所述单层电容器埋置于一号芯板的通槽中，倒装在二号芯板上表面元器件焊盘之上。


4.根据权利要求1所述的封装结构，其中所述一号芯板的通槽的侧壁还镀有一号金属层，所述一号金属层与所述有源芯片间还配置一介质层。


5.根据权利要求4所述的封装结构，其中所述的二号芯板上穿设有多个电磁屏蔽孔栅，与所述一号金属层构成金属屏蔽腔。


6.根据权利要求3所述的封装结构，其中所述的二号芯板上穿设有多个金属化盲孔，所述的有源芯片、埋入表贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛梅，王启东，曹立强，宋阳，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11