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，封装天线包括：基板单元，该基板单元包括芯片以及依次层叠且连接的第一芯板、中间金属层、第二芯板和外侧金属层，外侧金属层形成有天线图形，中间金属层形成有反射地平面，第一芯板的第一外表面开设有凹槽，芯片容纳并固定在该凹槽中且其外表面至少与第一外表面齐平；以及再布线层，该再布线层设置在第一外表面上，并且包括RDL金属层，该RDL金属层形成有系统地平面以及扇出引线和用于植焊球的焊盘；其中，RDL金属层通过过孔连接于芯片并且通过贯穿基板的多个通孔连接于中间和外侧金属层。通过上述技术方案，本公开提供的封装天线不仅能够减小封装尺寸，而且还能够降低损耗和封装寄生参数，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
毫米波频段在30-300GHz之间，频带非常宽。具有波束窄、天线体积小等优点。过去毫米波芯片的封装较难实现，采用波导腔或同轴线作为封装互连，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。随着近几十年微电子技术的发展，封装天线(AiP)技术可以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。如今在79GHz汽车雷达，5G通信，60GHz无线通信和手势雷达，122GHz传感器等应用和研究中都广泛应用AiP天线解决方案。在AiP方案中，天线和MMIC芯片的互连可以采用引线键合、倒装凸点或者fanout技术。采用引线键合做芯片和天线的互连是低成本的封装形式，键合引线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。由于键合引线寄生电感大，在通常匹配条件下对带宽产生限制。同时键合引线难以形成合理的共面波导特征阻抗值，一般需要作为电感来补偿。当键合引线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。但这种结构通常只用于芯片焊盘间距较大的情况。对于采用几十纳米以下集成电路工艺的毫米波芯片，焊盘间距或尺寸一般较小，难以应用凸点倒装焊的封装形式。同前两种封装相比，采用Fanout实现AiP的天线和电连接具有不可比拟的优势，Fanout结构到RDL连接焊盘的过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，采用Fanout比前两种封装设计难度大为降低。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，Fanout工艺RDL布线层采用的光刻工艺精度高于普通基板布线工艺，有利于毫米波天线和馈线设计。采用封装厂提供的扇出封装工艺实现AiP时，如果将天线做在molding层上，用RDL布线层形成天线和馈线图形，则天线设计受到固定的封装结构的限制，导致性能受到局限，且易于产生介质波等难以纠正的问题，一般只用于较为简单的天线设计。如果先采用eWL过孔等扇出封装形式对芯片进行封装，再倒装焊接到带天线的基板上，同样存在损耗较大的问题。通常天线设计的基板材料包括陶瓷、高阻硅、液晶聚合物(LCP)、FR4、以及其他有机材料等。其中低温共烧陶瓷(LTCC)是一种多层布线基板技术，广泛应用于通信和雷达领域，主要缺点是控制烧结收缩率导致的尺寸精度的问题以及低热导率的问题，且LTCC成本较高。有机材料包括液晶LCP、多层有机高密度互联基板、低成本PCB板等，有机基板在通信领域应用广泛，可选的商品材料品种丰富，在毫米波天线设计中应用广泛。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种封装天线，该封装天线不仅能够减小封装尺寸，而且还能够降低损耗和封装寄生参数，优化天线性能。为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种封装天线，包括：基板单元，该基板单元包括芯片以及依次层叠且连接的第一芯板、中间金属层、第二芯板和外侧金属层，所述外侧金属层形成有天线图形，所述中间金属层形成有反射地平面，所述第一芯板背离所述第二芯板的第一外表面开设有凹槽，所述芯片容纳并固定在该凹槽中且所述芯片的外表面至少与所述第一外表面齐平；以及，再布线层，该再布线层设置在所述第一外表面上，并且包括RDL金属层，该RDL金属层形成有系统地平面以及扇出引线和用于植焊球的焊盘；其中，所述RDL金属层通过过孔连接于所述芯片，并且，所述RDL金属层通过贯穿所述基板单元的多个通孔连接于所述中间金属层和所述外侧金属层。可选择地，所述多个通孔构造为共面波导传输线结构；或者，所述多个通孔包括中间通孔和围绕该中间通孔的多个周边通孔，所述中间通孔用作信号传输线，所述周边通孔用作接地传输线。可选择地，所述第一外表面上层压有第一半固化片层，所述再布线层位于所述第一半固化片层上；所述第二芯板背离所述第一芯板的第二外表面上层压有第二半固化片层。可选择地，所述外侧金属层包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层形成在所述第二芯板背离所述第一芯板的第二外表面上，所述第二金属层形成在所述第二外表面上所层压的第二半固化片层上，所述第二金属层通过所述第二半固化片层中的盲孔与所述通孔相连；所述天线图形包括形成于所述第一金属层的第一天线图形和形成于所述第二金属层的第二天线图形。可选择地，所述RDL金属层的层数为一层，或者，所述RDL金属层的层数为两层，并且形成有具有多个金属层的传输线结构。通过上述技术方案，在本公开提供的封装天线中，多层基板工艺可以方便实现不同种类的天线结构，基板介电常数等参数可以根据设计要求自由选择。其中，采用了在基板开槽并嵌入芯片的扇出封装形式，由于扇出层介质(可以理解为再布线层中的RDL介质层)厚度较薄，因此过孔尺寸很小，有此引起的寄生参数非常低，这非常有利于减小微波通路设计的工作量，更易于实现宽带、低损耗的传输特性。并且，采用天线(即天线图形)和芯片分别在基板两侧的结构(也可以理解为在反射地平面两侧的结构)，而不是在基板(或反射地平面)同一侧的二维结构，可以使得天线图案的设计不在需要考虑避让芯片，大大减小了封装天线总体面积和馈线损耗，使天线增益得到进一步提高。本公开的另一目的是提供一种封装天线的制造方法，以实现封装天线的高度集成化、小型化。为了实现上述目的，本公开的第二方面提供一种封装天线的制造方法，包括：制作基板单元，包括：提供第一芯板和第二芯板，所述第一芯板具有第一外表面和第一内表面，所述第二芯板具有第二外表面和第二内表面，所述第一芯板在所述第一内表面和/或所述第二芯板在所述第二内表面形成有中间金属层，该中间金属层形成有反射地平面图案，将所述第一芯板的第一内表面和所述第二芯板的第二内表面贴合并粘接在一起，钻孔，以获得贯穿所述第一芯板和所述第二芯板的多个通孔，在所述第二外表面上制作外侧金属层，所述外侧金属层形成有天线图形图案，提供芯片并在所述第一外表面上开设凹槽，将所述芯片固定在所述凹槽中，且使得所述芯片的外表面至少与所述第一外表面齐平；以及，在所述第一外表面上制作再布线层并制作过孔，所述再布线层包括RDL金属层，该RDL金属层形成有系统地平面图案以及扇出引线图案和用于植焊球的焊盘图案；其中，所述RDL金属层通过所述过孔连接于所述芯片，并且，所述RDL金属层通过所述多个通孔连接于所述中间金属层和所述外侧金属层。可选择地，所述钻孔，包括：在所述第一外表面上层压第一半固化片层之后制作所述通孔；或者，在所述第一外表面上层压第一半固化片层且在所述第二外表面上层本文档来自技高网...

【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：/n基板单元，该基板单元包括芯片(A)以及依次层叠且连接的第一芯板(1)、中间金属层(3)、第二芯板(2)和外侧金属层(4)，所述外侧金属层(4)形成有天线图形，所述中间金属层(3)形成有反射地平面(31)，所述第一芯板(1)背离所述第二芯板(2)的第一外表面(11)开设有凹槽(13)，所述芯片(A)容纳并固定在该凹槽(13)中且所述芯片(A)的外表面至少与所述第一外表面(11)齐平；以及，/n再布线层(5)，该再布线层(5)设置在所述第一外表面(11)上，并且包括RDL金属层(502)，该RDL金属层(502)形成有系统地平面(51)以及扇出引线(52)和用于植焊球(8)的焊盘(53)；/n其中，所述RDL金属层(502)通过过孔(63)连接于所述芯片(A)，并且，所述RDL金属层(502)通过贯穿所述基板单元的多个通孔(61)连接于所述中间金属层(3)和所述外侧金属层(4)。/n

【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：
基板单元，该基板单元包括芯片(A)以及依次层叠且连接的第一芯板(1)、中间金属层(3)、第二芯板(2)和外侧金属层(4)，所述外侧金属层(4)形成有天线图形，所述中间金属层(3)形成有反射地平面(31)，所述第一芯板(1)背离所述第二芯板(2)的第一外表面(11)开设有凹槽(13)，所述芯片(A)容纳并固定在该凹槽(13)中且所述芯片(A)的外表面至少与所述第一外表面(11)齐平；以及，
再布线层(5)，该再布线层(5)设置在所述第一外表面(11)上，并且包括RDL金属层(502)，该RDL金属层(502)形成有系统地平面(51)以及扇出引线(52)和用于植焊球(8)的焊盘(53)；
其中，所述RDL金属层(502)通过过孔(63)连接于所述芯片(A)，并且，所述RDL金属层(502)通过贯穿所述基板单元的多个通孔(61)连接于所述中间金属层(3)和所述外侧金属层(4)。


2.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述多个通孔(61)构造为共面波导传输线结构；或者，所述多个通孔(61)包括中间通孔和围绕该中间通孔的多个周边通孔，所述中间通孔用作信号传输线，所述周边通孔用作接地传输线。


3.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述第一外表面(11)上层压有第一半固化片层(71)，所述再布线层(5)位于所述第一半固化片层(71)上；所述第二芯板(2)背离所述第一芯板(1)的第二外表面(21)上层压有第二半固化片层(72)。


4.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述外侧金属层(4)包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层形成在所述第二芯板(2)背离所述第一芯板(1)的第二外表面(21)上，所述第二金属层形成在所述第二外表面(21)上所层压的第二半固化片层(72)上，所述第二金属层通过所述第二半固化片层(72)中的盲孔(62)与所述通孔(61)相连；
所述天线图形包括形成于所述第一金属层的第一天线图形(41)和形成于所述第二金属层的第二天线图形(42)。


5.根据权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述RDL金属层(502)的层数为一层，或者，
所述RDL金属层(502)的层数为两层或更多层，并且形成有具有多个金属层的传输线结构。


6.一种封装天线的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
制作基板单元，包括：
提供第一芯板(1)和第二芯板(2)，所述第一芯板(1)具有第一外表面(11)和第一内表面(12)，所述第二芯板(2)具有第二外表面(21)和第二内表面(22)，所述第一芯板(1)在所述第一内表面(12)和/或所述第二芯板(2)在所述第二内表面(22)形成有中间金属层(3)，该...

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