一种射频天线封装结构及封装结构的制备方法技术

本申请适用于半导体封装技术领域，提供了一种射频天线封装结构及封装结构的制备方法，该射频天线封装结构包括：IC载板、中间放置层、天线盖板和天线结构；IC载板的下表面覆盖有金属层，IC载板的上表面固定有射频集成电路，IC载板开设有上下贯穿IC载板的金属通孔；中间放置层位于IC载板的上表面，中间放置层的上表面覆盖有金属层，中间放置层开设有上下贯穿中间放置层的金属通孔；天线盖板位于中间放置层的上表面，天线盖板的上表面和天线盖板的下表面均覆盖有金属层，天线盖板开设有上下贯穿天线盖板的金属通孔；天线结构位于天线盖板的上表面。上述射频天线封装结构具有最短的天线馈电结构，较低的天线介质损耗，实现了一种天线射频性能强，辐射效率高的AiP射频天线封装结构。辐射效率高的AiP射频天线封装结构。辐射效率高的AiP射频天线封装结构。

【技术实现步骤摘要】
一种射频天线封装结构及封装结构的制备方法


[0001]本申请属于半导体封装
，尤其涉及一种射频天线封装结构及封装结构的制备方法。

技术介绍

[0002]常规瓦式相控阵天线采用AoB(Antenna on Board，母版含天线)架构，T/R(Transmitter and receiver，收发组件)封装器件表贴于PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)母板下侧，PCB母板上侧为天线，PCB母板不但需要完成对T/R器件的供电、控制等低频互联功能，还需要完成射频功分/合成网络、天线馈电、天线等射频功能。T/R焊接面另一侧覆盖硅脂、导热垫等方式与散热结构件实现软接触，由此路径向下散热。AoB架构存在的问题是：1)PCB功能极复杂，设计、加工成本高；2)T/R与天线的互联路径长，需要穿过层数很多、厚度较厚的PCB母板，天线馈电插损大；3)T/R通过软界面散热导致散热效率不高；4)PCB母板上侧被天线占用，下侧被T/R器件占用，只能通过水平扩展面积表贴其它电源管理、数字逻辑控制等器件，面积利用率低。
[0003]为解决AoB架构存在的问题，现有技术提出了一种AiP(Antenna in Package，封装内天线)瓦式相控阵架构，AiP瓦式相控阵架构相比AoB架构具有多方面优势。目前已有几种AiP实现方式。例如，用扇出多次注塑的Fan
‑
out封装工艺加工AiP封装，一般用于RFCMOS(Radio Frequency Complementary Metal Oxide Semiconductor，射频互补金属氧化半导体)多通道幅相多功能芯片封装，其中FaceUp有源区向上方式中，芯片有源面通过再布线，及TMV工艺(Through Molding Vias，注塑通孔)将电源、控制、合成口引出到底面焊盘，天线通过再次注塑及多层金属化在芯片上方实现。该加工方式为晶圆级加工，效率较高，但需要选择低介质损耗的注塑填料，由于目前尚没有损耗特性可比拟PCB的注塑填料，所以这种架构的天线性能较差，且注塑封装是非气密封装，不适用于高可靠应用场景。
[0004]还具有一种双面引出封装架构，与常规单面引出封装的主要差别是，在盖板上侧进行植球焊接后再安装平面天线，但天线和封装是分别加工再焊接为一体，整体稳定性差，并不是严格意义上的AiP封装，天线馈电路径仍较长，且PCB材料的介质损耗对天线的影响不可忽略，对高频的毫米波应用更明显，此外封装上下两层BGA焊球对相控阵整机集成的热梯度设计、可返修性有一定影响。因此，现有的AiP架构均存在高介质损耗导致的天线射频性能差，辐射效率低的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例提供了一种射频天线封装结构及封装结构的制备方法，降低了天线封装结构的介质损耗，实现了一种天线射频性能强，辐射效率高的AiP射频天线封装结构。
[0006]本申请是通过如下技术方案实现的：
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种射频天线封装结构，包括：IC载板、中间放置
层、天线盖板和天线结构；IC载板的下表面覆盖有金属层，IC载板的上表面固定有射频集成电路，IC载板开设有上下贯穿IC载板的金属通孔；中间放置层位于IC载板的上表面，中间放置层的上表面覆盖有金属层，中间放置层开设有上下贯穿中间放置层的金属通孔；天线盖板位于中间放置层的上表面，天线盖板的上表面和天线盖板的下表面均覆盖有金属层，天线盖板开设有上下贯穿天线盖板的金属通孔；天线结构位于天线盖板的上表面。
[0008]基于第一方面，在一些实施例中，中间放置层覆盖于IC载板上表面的预设位置，未覆盖中间放置层的位置形成第一密封腔，射频集成电路位于第一密封腔中。
[0009]基于第一方面，在一些实施例中，IC载板材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC或Al2O3陶瓷材料；中间放置层材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC、Al2O3陶瓷材料或金属材料。
[0010]基于第一方面，在一些实施例中，天线盖板材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC或Al2O3陶瓷材料。
[0011]基于第一方面，在一些实施例中，天线结构为全金属材料或外部镀层金属的非金属材料。
[0012]本专利技术实施例中，金属材质或外镀金属的天线可耐高温，使得封装封盖可以选用AuSn、CuSn等高温焊接材料，不占用相控阵整机集成的可用热梯度，底部焊接点的焊料选择更灵活，可返修性更强。
[0013]基于第一方面，在一些实施例中，IC载板的下表面具有BGA或QFN封装形式的焊接点。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种射频天线封装结构的制备方法，用于制备如上述第一方面中任一项的射频天线封装结构，包括：在IC载板的上表面制备中间放置层，其中，中间放置层覆盖于IC载板的上表面的预设位置，未覆盖中间放置层的位置形成一开口；在开口中固定射频集成电路；在天线盖板的上表面上制备天线结构；将具有天线结构的天线盖板的下表面与中间放置层的上表面相固定；在IC载板的下表面制备焊接点。
[0015]基于第二方面，在一些实施例中，在IC载板的上表面制备中间放置层，包括：通过高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC、Al2O3陶瓷或金属工艺在IC载板的上表面的预设位置上制备中间放置层。
[0016]基于第二方面，在一些实施例中，在天线盖板的上表面上制备天线结构，包括：通过多次光刻和镀层工艺在天线盖板的上表面制备全金属材料的天线结构；或，通过焊接工艺将全金属材料的天线结构焊接到天线盖板的上表面；或，通过3D打印工艺将非金属材料的天线结构内芯制备于天线盖板的上表面，通过镀层工艺在非金属材料的天线结构内芯外制备成天线结构。
[0017]基于第二方面，在一些实施例中，将具有天线结构的天线盖板的下表面与中间放置层的上表面相固定，包括：通过焊接工艺，将具有天线结构的天线盖板的下表面焊接在中间放置层的上表面；或，通过晶圆级键合工艺，将具有天线结构的天线盖板的下表面键合在中间放置层的上表面。
[0018]本专利技术实施例中的射频天香封装结构仅需考虑金属损耗，没有(或极少)介质损耗，使得天线可以实现比常规LTCC、玻璃、PCB等平面天线更宽的带宽、更高的辐射效率；同时仍可实现高可靠气密封装，天线盖板材料的选择更为自由，盖板材料的选择对天线性能不造成影响；上述封装结构具有最短的天线馈电路径，有利于将前端馈电损耗降到最低。
[0019]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本申请实施例提供的AoB瓦式相控阵架构示意图；
[0022]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频天线封装结构，其特征在于，包括：IC载板、中间放置层、天线盖板和天线结构；所述IC载板的下表面覆盖有金属层，所述IC载板的上表面固定有射频集成电路，所述IC载板开设有上下贯穿所述IC载板的金属通孔；所述中间放置层位于所述IC载板的上表面，所述中间放置层的上表面覆盖有金属层，所述中间放置层开设有上下贯穿所述中间放置层的金属通孔；所述天线盖板位于所述中间放置层的上表面，所述天线盖板的上表面和所述天线盖板的下表面均覆盖有金属层，所述天线盖板开设有上下贯穿所述天线盖板的金属通孔；所述天线结构位于所述天线盖板的上表面。2.如权利要求1所述的射频天线封装结构，其特征在于，所述中间放置层覆盖于所述IC载板上表面的预设位置，未覆盖中间放置层的位置形成第一密封腔
，
所述射频集成电路位于所述第一密封腔中。3.如权利要求1所述的射频天线封装结构，其特征在于，所述IC载板材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC或Al2O3陶瓷材料；所述中间放置层材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC、Al2O3陶瓷或金属材料。4.如权利要求1所述的射频天线封装结构，其特征在于，所述天线盖板材料为高阻硅、玻璃、HTCC、LTCC或Al2O3陶瓷材料。5.如权利要求1所述的射频天线封装结构，其特征在于，所述天线结构为全金属材料或外部覆盖金属层的非金属材料。6.如权利要求1所述的射频天线封装结构，其特征在于，所述IC载板的下表面具有BGA或QFN封装形式的焊接点。7.一种射频天线封装结构的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彪，王建，王磊，孔令甲，许向前，徐达，李仕俊，韩玉朝，李德才，王玉，彭同辉，王旭东，连盼招，钟春斌，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：