CN105374802B - 微波芯片封装器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了微波芯片封装器件。一种微波器件包括：包括微波半导体芯片的半导体封装和与半导体封装相关联的波导部分。波导部分被配置成传递微波波导信号。波导部分包括一个或多个块。微波器件进一步包括被配置成将来自微波半导体芯片的微波信号变换成微波波导信号或将微波波导信号变换成用于微波半导体芯片的微波信号的变换器元件。

Description

微波芯片封装器件
技术领域
本发明总体上涉及半导体器件封装和微波波导。
背景技术
微波器件制造商不断地努力着在降低其制造成本的同时增加其产品的性能。微波器件的制造中的成本密集区是封装微波半导体芯片。因此，处于低费用且高产出的半导体器件封装及其制造方法是期望的。此外，期望处于低损失的高功率微波传输。不断的努力以提供更小、更薄或更轻且具有更多样化的功能和提高的可靠性的微波器件带动了在涉及的所有技术领域，特别是在半导体芯片封装和波导技术中的技术创新流。
附图说明
附图被包括以提供对实施例的进一步理解并且被并入且构成该说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用来说明实施例的原理。其他实施例和实施例的许多预期优点将容易领会，因为通过参照下面的详细描述它们变得更好理解。附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记指明了对应的类似部件。
图1示意性地图示了包括半导体封装、变换器元件和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
图2示意性地图示了包括含有变换器元件的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
图3示意性地图示了包括含有配备有片上天线的微波半导体芯片的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示意性微波器件的截面图。
图4示意性地图示了包括配备有片外天线的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
图5A和图5B示意性地图示了被包括在半导体封装中的示例性变换器元件的透视图和平面图。
图6示意性地图示了包括微波半导体芯片和由半导体封装的电重新分布层(RDL)形成的片外天线的示例性半导体封装的截面图。
图7示意性地图示了包括半导体封装、多个变换器元件和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图。
图8示意性地图示了包括半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图。
图9示意性地图示了含有多个波导的示例性波导部分的透视图。
图10示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有提供半导体封装间波导连接的波导。
图11示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有包括微波滤波器部件的波导。
图12示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有连接至半导体封装间波导连接的波导天线。
图13示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有提供用于半导体封装间波导连接的波导。
图14是用于通过使用嵌入式晶圆级封装(eWLP)技术制造包括半导体芯片和波导部分的微波器件的示例性工艺的流程图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考形成其一部分并且其中借助于图示可以实践本发明的具体实施例而示出的附图。在这方面，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等等的方向术语是参照正在描述的图的定向而使用的。因为实施例的部件可以以许多不同定向定位，所以方向术语是用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。应该理解的是，可以利用其他实施例并且可以在不脱离本发明的范围的情况下做出结构性或逻辑性改变。因此下面的详细描述不应被视为具有限制的意义，并且本发明的范围由随附权利要求书限定。
应该理解的是，这里所描述的各种示例性实施例的特征可以彼此组合，除非另有明确指出。
如在本说明书中所采用的，术语“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”不意味着元件或层必须直接彼此接触的含义；可以分别在“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”元件之间设置中间元件或层。然而，根据本公开，上面提到的术语可以选择性地也具有元件或层直接接触到一起的特定含义，即分别在“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”元件之间不提供中间元件或层。
此外，相对于形成于或位于表面“之上”的层或部分而使用的词语“之上”在这里可以用于意味着层或部分“直接地”位于(例如形成于、沉积于等)所说明的表面“上”，即与之直接接触。相对于形成于或位于表面“之上”的层或部分而使用的词语“之上”在这里可以用于意味着层或部件在所说明的表面与层或部分之间布置有一个或多个附加层或间隙的情况下“间接地”位于(例如形成于、沉积于等)所说明的表面“上”。
本文所描述的半导体封装可以含有一个或多个微波半导体芯片。微波半导体芯片可以是不同类型的、可以通过不同的技术制造并且可以包括例如逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、功率集成电路、电光电路、存储器电路或集成无源器件(IPD)。
本文所描述的微波半导体芯片可以由诸如例如Si、SiC、SiGe、GaAs、GaN、AlGaN、InGaAs、InAlAs等的特定半导体材料制造，并且此外可以含有不是半导体的无机和/或有机材料。
本文所描述的微波半导体芯片可以包括控制电路、微处理器、存储器电路和/或微机电部件。它们可以例如包括发射器、接收器、收发器、传感器或检测器。特别是，本文所描述的微波半导体芯片可以包括无线部件，诸如例如，微波电路，例如微波发射器、微波接收器、微波收发器、微波传感器或微波检测器。
一般情况下，本文所考虑的微波频率区域可以是从大约300MHz(大约1米的波长)到大约300GHz(大约1mm的波长)的范围。通过示例的方式，本文所描述的微波半导体芯片可以包括在例如300MHz与300GHz之间的频率范围内操作的集成微波电路，更特别地在例如20GHz与200GHz或例如40GHz与160GHz之间的频率范围内、以及例如以大约50至70GHz、70至90GHz和110至130GHz的频率操作的集成微波电路。
牵涉到含有各具有一个或多个微波半导体芯片的一个或多个半导体封装的微波器件。微波半导体芯片可以具有水平结构。具有水平结构的半导体芯片可以仅在其两个主表面中的一个主表面上具有芯片电极，例如在其有源表面上具有芯片电极。
芯片电极(或接触焊盘)允许与包括在微波半导体芯片中的微波集成电路(例如微波发射器/接收器/收发器/检测器电路、控制电路等)进行电接触。芯片电极，例如I/O电极、接地电极、电源电极、微波频率电极、控制电极等，可以包括被施加至半导体材料的一个或多个电极金属层。
本文所描述的微波器件包括与一个或多个半导体封装相关联并且例如与之连接的波导部分。波导部分被配置成传输由半导体封装提供的或者被引导至半导体封装的微波波导信号。波导部分可以包括诸如例如微波滤波器、微波天线、微波天线阵列、微波谐振器、微波功率合成器或微波功率分配器等的微波部件。
通过示例的方式，微波部件可以包括或者是波导，特别地，例如被集成在波导部分中并且成形以具有期望的部件功能的矩形波导。微波部件可以在上面提到的频率范围中的一个或多个中来操作。
波导部分可以包括一个或多个块或者可以是一个或多个块的，每个块具有例如用于微波传输的壁金属化。块可以通过不同的技术形成。块可以例如是塑料的。
通过示例的方式，波导部分或其一个或多个(例如塑料)块可以通过3D印刷形成。这样一来，可以得到高程度的设计可变性。随着微波部件的设计可变性带来功能多样性，可以通过使用例如用于形成波导部分和例如其中所包含的微波部件的3D印刷技术而在波导部分中实施多种不同的器件性质和器件特征。
半导体封装可以包括形成内嵌有微波半导体芯片的包封物的包封材料。
包封材料可以是电绝缘材料并且可以包括或者是热固性材料或热塑性材料。热固性材料可以例如在环氧树脂、有机硅树脂或丙烯酸树脂的基础上制作。热塑性材料可以例如包括从聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚对苯二甲酸乙酯(PET)的组中选出的一个或多个材料。热塑性材料通过在模制或层压期间施加压力和热而熔化并且(可逆地)当冷却和压力释放时硬化。
包封材料可以包括或者是聚合物材料，例如硬质塑料聚合物材料。包封材料可以包括或者是填充或未填充的模制材料(mold material)、填充或未填充的热塑性材料、填充或未填充的热固性材料、填充或未填充的层压体、纤维增强层压体、纤维增强聚合物层压体和具有填料颗粒的纤维增强聚合物层压体中的至少一个。
包封材料可以通过借助例如模制或层压将微波半导体芯片嵌入到包封材料内而被施加在微波半导体芯片之上。
在第一种情况下，即如果包封材料是模制材料，则诸如例如压缩模制、注射模制、粉末模制或液体模制等的各种技术可以用于形成包封物。模制材料可以被施加成以将微波半导体芯片和其上可以放置微波半导体芯片的临时载体进行包覆模制(overmold)。
在第二种情况下，即如果包封材料由层压体材料制成，则包封材料可以具有一块层的形状，例如被层压在微波半导体芯片之上和其上放置有微波半导体芯片的临时载体之上的一块片材或箔片。热和压力可以被施加适于将该块箔片或片材附接至下层结构的时间。在层压期间，电绝缘的箔片或片材能够流动(即，处于塑性状态)，导致临时载体上的微波半导体芯片和/或其他拓扑结构(诸如，例如微波变换器元件)之间的间隙由电绝缘的箔片或片材的聚合物材料填充。电绝缘的箔片或片材可以包括或者是任何适当的热塑性或热固性材料。在各种实施例中，绝缘的箔片或片材可以包括或者是预浸料坯(预浸渍的纤维的简称)，即例如由纤维垫、例如玻璃或碳纤维与树脂、例如热固性或热塑性材料的组合制成。预浸料坯材料典型地用于制造PCB(印刷电路板)。
本文所描述的半导体封装可以是嵌入式晶圆级封装(eWLP)。包封物可以具有可以例如部分或完全被电重新分布层(RDL)覆盖的(底部)第一主表面。RDL可以被电连接至微波半导体芯片电极。RDL可以包括一个或多个金属化层。一个或多个金属化层可以用作被配置成将例如也嵌入在包封物中的一个或多个微波变换器元件电连接至微波半导体芯片的电互连。此外，RDL可以被结构化以形成微波变换器元件的底部金属板。也可以是RDL的一个或多个金属化层可以被成形以形成用于微波传输的天线。
在这些特定情况下(即，如果RDL用作微波变换器元件的电互连和/或底板，或如果RDL的一部分被成形以形成天线)或者一般情况下，RDL可以通过示例的方式被结构化以包括微波传输线，诸如例如共面的微波传输线(CTL)或微带线。
本文所使用的微波器件可以用在各种应用中。通过示例的方式，如本文所描述的微波器件可以用于电信、工业、车辆、科学或医疗的目的。特别地，可以用在无绳电话、蓝牙装置、近场通信(NFC)装置、汽车和无线计算机网络中。这样的应用尤其被ISM(工业、科学和医疗)无线电频带覆盖，该ISM无线电频带尤其由借助于参考并入本文的ITU无线电规则的5.138、5.150和5.280中的ITU-R(国际电信联盟无线电通信组)限定。例如，ISM无线电频带可以在处于大约24GHz、61GHz、80GHz和122GHz的频率下使用。
此外，如本文所描述的微波器件可以用于雷达(无线电检测和漫游)应用。雷达微波器件通常用在汽车或工业应用中用于范围查找/范围测量系统。通过示例的方式，车辆自动巡航控制系统或车辆防撞系统在微波频率范围内操作，例如以大约24GHz或80GHz的频率操作。在所有这些应用中，重要的是，封装成本被最小化、微波辐射损耗低、可靠性高且性能(例如分辨率、最大距离测量范围)高。
图1图示了示例性微波器件100。微波器件100包括半导体封装10。半导体封装10包括微波半导体芯片20。半导体封装10可以进一步包括内嵌有微波半导体芯片20的包封物30。
如图1中图示的，微波半导体芯片20可以具有底表面20a和与底表面20a相对的顶表面20b。微波半导体芯片20的顶表面20b和侧面20c可以部分地或完全地由包封物30覆盖。底表面20a可以在半导体封装10处暴露，即，可以不被包封物30覆盖。底表面20a可以提供有微波半导体芯片20的芯片电极(图1中未示出)。
微波器件100进一步包括波导部分60。波导部分60与半导体封装10相关联并被配置成传输由半导体封装10提供的或被引导至半导体封装10的微波波导信号。更具体地，波导部分60提供有至少一个波导61，例如矩形波导。形成在波导部分60中的波导61是具有导电的(例如金属的)壁的中空波导。(例如矩形的)波导61可以例如传播横电(TE)、横磁(TM)或横电磁(TEM)微波模式。
微波器件100进一步包括被配置成将由微波半导体芯片20生成的微波信号变换成由波导部分60的波导61接收的微波波导信号(TX(发射)方向)和/或被配置成将由波导61接收的微波波导信号变换成被提供至微波半导体芯片20的微波信号(RX(接收)方向)的变换器元件110。变换器元件110在图1中以示意性方式描绘，因为各种不同实施方式是可用的，进一步参见下文。
如本文所使用的波导，例如矩形波导，是非平面或三维(3D)结构。波导展现出优于诸如例如微带线或共面线等的平面2D微波传输线的特性的高微波传播性能特性。
波导部分60可以包括一个或多个块或者是一个或多个块的，每个块具有例如用于微波传输的波导壁金属化。波导部分60可以包括塑料或者是塑料的。壁金属化可以例如至少在中空波导61的内壁61c处。波导部分60也可以包括金属或者是金属的。
壁金属化可以例如通过塑料上镀(PoP)技术产生。通过示例的方式，壁金属化可以例如通过溅射、无电镀或电流镀(即电镀)形成。
金属的溅射沉积允许在包括盲孔内部的所有表面上的金属沉积。无电镀是不需要施加外部电流的工艺。无电镀涉及将活化剂施加至波导61的内表面(壁61c)。在活化之后进行金属镀。活化和金属镀可以在每个含有待施加至波导61的壁61c的相应的物质(活化剂、金属)的几个浴中完成。此外，如果壁金属化例如通过电镀生成，则将籽层施加至待镀表面，可以将波导部分60置于具有金属盐的电解液中并且施加电流以提供籽层上的金属积聚。
在上述所有工艺中，可以使用诸如例如铜、金、铝等的任意金属。此外，在所有这些工艺中，包括例如复杂形状的通道、空腔、盲孔的各种各样的几何结构的中空波导61都可以被金属涂布。
包括一个或多个(例如塑料的)块的波导部分60可以例如通过模制、挤压、层压、模制或3D印刷来制作。特别地，任意形状的波导可以通过3D印刷以一个块或者作为块的组合形成。也称作添加制造(AM)的3D印刷可以理解成意味着主要通过在计算机控制下铺设连续的材料层的添加工艺从3D模型或其他电子数据源制作三维物体的各种工艺中的任何一个。称为3D印刷机的工业自动机械典型地用于生成作为一个一体的块或者分为几个块的波导部分60，当这几个块被组装到一起时形成波导部分60。
通过示例的方式，立体光刻(SLA)可以用于制作波导部分60。在添加制造工艺(即，3D印刷工艺)中，SLA采用UV激光照射，其中通过UV光使光聚合物或树脂固化以一层一层地构建3D结构(波导部分60)。
3D印刷(或如上所述的其他工艺)也可以用于提供具有固有导电性的(例如矩形)波导部分60。通过示例的方式，加载有诸如非晶碳等的导电物质的塑料复合物可以用作积聚材料。在该情况下，(例如矩形)波导61的壁61c的金属化或被包括在波导部分60中的其他微波部件可以省略。
如将在下面进一步详细地描述的，波导部分60可以包括从例如由滤波器、天线、谐振器、功率合成器和功率分配器构成的无源部件的组中选择的微波部件(图1中未示出)。微波部件可以集成在波导61中，即自身可以由(例如矩形)波导61的特定部分形成。
半导体封装10可以是嵌入式晶圆级封装(eWLP)封装。eWLP基于嵌入式装置技术，也就是将微波半导体芯片20嵌入在形成包封物30的模制化合物或层压体中。eWLP技术可以提供具有由半导体芯片20的底表面20a、包封物30的底表面30a和如果存在的话还有嵌入在包封物30中的其他部分(例如插件)的底表面组成的平面底表面的封装。eWLP封装的该平面底表面允许使用用于通过使用薄膜技术施加电互连(例如电重新分布层(RDL-图1中未示出))的平面技术。这样的电互连或RDL使得能够实现用于微波传输的低损耗传输线。通过示例的方式，用于单端信号的共面波导(CPW)或用于差分信号的共面带(CPS)可以形成在单层RDL中。如果使用双层RDL，则薄膜微带线(TFMSL)和各种专门的微波传输线是可用的，例如具有升高信号导体的准CPW等。
如将在下面详细描述的，eWLP封装可以进一步配备有一个或多个无源微波部件(图1中未示出)，其可以直接地形成在包封物30内或者可以形成在插件(图1中未示出)中，该插件与微波半导体芯片20被嵌入在包封物30中类似地被嵌入在包封物30中。这样的微波部件可以通过电互连，例如由RDL形成的微波传输线，被电连接至微波半导体芯片20。
此外，RDL(图1中未示出)可以用于将半导体封装10电连接至内部或外部载体40。载体40可以例如是半导体封装10和波导部分60两者被安装于其上的微波器件载体，或者可以例如是这些部分(半导体封装10和波导部分60)被组装于其上的外部组装板。
半导体封装10可以例如是eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)封装。eWLB封装是特定类型的eWLP封装。eWLP的所有上面公开的特征也适用于eWLB封装。
存在将包括微波半导体芯片20的半导体封装10与3D波导部分60的组合的很多可能性。参见图2，图示了示例性微波器件200。在微波器件200中，图1的变换器元件110例如通过部分地或完全地嵌入在包封物30中的变换器210来实施。
变换器元件210可以通过电互连220被电耦合至微波半导体芯片20。需要注意的是，电互连220在图2中以示意表示描绘。电互连220可以例如部分地或完全地嵌入在包封物30中。根据另一可能性，如将在下面进一步图示的，电互连220可以形成在位于半导体封装10的底表面处的电重新分布层(RDL)中。
变换器元件210可以以与微波半导体芯片20间隔开的关系位于包封物30中。根据一种可能性，变换器元件210可以是预制部分或插件，其可能例如通过使用与将微波半导体芯片20嵌入在包封物30中所使用的技术相似或相同的技术已经被嵌入在包封物30中。根据其他可能性，变换器元件210可以在形成(例如模制、层压等)包封物30之后直接地生成在包封物30中。在该情况下，变换器元件210可以通过与生成衬底集成波导(SIW)部件所采用的工艺相似的工艺生成在包封物30中。特别地，过孔可以直接地创建在包封物中。通过示例的方式，可以通过激光钻孔或微钻孔在包封物30中创建孔，并且用以形成过孔的它们的金属化可以通过例如使用导电胶或金属镀层生成。
变换器元件210可以具有底表面210a和顶表面210b。在一些实施例中，底表面210a可以由金属板(图1中未示出)形成。在其他情况中，RDL的金属层可以用作变换器元件210的底部金属化。半导体封装10的平面底表面10a可以包括底表面20a、30a和例如可由RDL覆盖的210a，或者由这些部分组成。
变换器元件210可以被配置成将形成电互连220的微波传输线的横电磁(TEM)模式变换成波导61的横电(TE)模式。波导61可以与变换器元件210对齐，以提供微波波导信号至波导61的有效耦合。如图2中所图示的变换器元件210如果用作发射器的话可以例如也称作发射装置(launcher)，例如如果用于将TE10模式辐射到波导61内，则为TE01发射装置。
变换器元件210可以包括至少一个导电壁结构。在图2中，导电壁结构可以是包括例如直接形成在包封物30中或者形成在实施变换器元件210的插件中的一行导电过孔211的“开口结构”。在其他示例中，导电壁结构可以例如包括在这样的插件的壁上的金属化。在该情况下，导电壁结构可以被配置为形成于插件的侧壁上的导电带的栅格或网格。此外，导电壁结构可以形成为插件的侧壁上的连续的金属化。
用于将由微波半导体芯片20提供的微波信号电耦合至变换器元件210(TX方向)或将由变换器元件210提供的微波信号电耦合至微波半导体芯片20(RX方向)的电互连220可以具有短的长度。通过示例的方式，电互连220的长度可以等于或小于2mm、1mm、0.5mm或0.2mm。电互连220的长度越短，跨越电互连220的微波传输的传播损耗越低。
如图1和图2中图示的，半导体封装10的顶表面10b可以以距离h与位于半导体封装10之上的波导部分60的底表面60a间隔开。在图2中，距离h也可以被限定为变换器元件210的顶表面210b与波导61的进入平面61a之间的距离。距离h可以等于或小于500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、20μm。距离h越小，变换器元件210与波导61之间的耦合越好。因此，波导部分60可以与半导体封装10顶表面10b直接地接触，或者可以是如下情况，即可能需要小的间隙(即，距离h)以便补偿半导体封装10的材料与波导部分60的(例如塑料)材料之间的CTE(热膨胀系数)。在这方面，需要注意的是，半导体封装10的材料的CTE和波导部分60的材料的CTE可以彼此不同，相差等于或小于具有较小CTE的相应的材料的10％、25％、50％、75％或100％。
图3图示了示例性微波器件300。微波器件300可以与微波器件100或200相似，并且参考上面的描述以避免重复。然而，在半导体器件300中，变换器元件100被设计为片上天线310。片上天线310被实施在微波半导体芯片20内，例如在微波半导体芯片20的在芯片制作期间被结构化的内部金属层中的一个中。通过示例的方式，片上天线310可以形成在微波半导体芯片20的顶部金属层中。片上天线310可以在等于或大于80GHz、100GHz、120GHz、140GHz、160GHz、180GHz或200GHz的频率范围内是特别地高效的。再次，半导体封装10可以与波导部分60对齐使得变换器元件110(即片上天线310)可以位于波导61的底部开口的垂直保护之下。
图4图示了示例性微波器件400。微波器件400可以与图3中图示的微波器件300相似，除了变换器元件110通过片外天线410而不是通过片上天线310来实施。片外天线410可以提供为半导体封装10的顶表面10b上的结构化金属层。在其他实施例中，片外天线410可以通过布置于半导体封装10的底表面10a处的RDL(图4中未示出)的结构化层来形成，参见例如图6。
图5A和图5B图示了如可以例如在图2中所描绘的微波器件200中使用的示例性变换器元件210。变换器元件210可以例如通过共面微波传输线(CTL)510馈送。CTL可以包括一个中央导体511和布置在中央导体511的两侧处的一对返回导体512。CTL 510例如可以通过使用例如RDL的一个结构化金属化层而制作在一个导体平面中。
如图5A、图5B中图示的CTL 510是电互连220的一个示例。实施在例如RDL的两个不同的金属层中的诸如例如微带传输线等的其他示例也可以用作电互连220。变换器元件210可以包括用于模式变换的锥形线结构520。锥形线结构520可以被连接至中央导体511并且可以通过结构化的金属层形成。结构化的金属层可以形成变换器元件210的部分地覆盖其内部的基板。变换器元件210的内部的剩余部分可以成形为基板(背侧金属化)中的开口530。基板(其包括锥形线结构520)可以进一步包括限定变换器元件210的侧壁的框架状结构540。导电侧壁可以通过如图2中所图示的一行或多行导电过孔211来实现。在其他示例中，变换器元件210的导电侧壁可以通过一行或多行的导电槽或通过连续地金属化的侧壁来实现。如已经提到的，变换器元件210可以直接形成在包封物30中(即导电过孔211是延伸穿过包封物30的过孔)，或者形成在单独的插件中，插件类似于并且例如与微波半导体芯片20同时被嵌入(例如，被层压或被模制)在半导体封装10中。背侧金属化(例如锥形线结构520、框架状结构540和开口530)可以都实现在RDL的金属层内。
需要注意的是，锥形线结构520仅是将TEM模式变换成TE模式或反之亦然的一种可能性。诸如例如位于变换器元件210的内部并被连接至用于TE波导模式的激发的中央导体511的孤立过孔等的其他可能性也是可行的。
图6图示了安装在载体40上的示例性半导体封装10。半导体封装10是WLP封装，更具体地是eWLB封装。半导体封装10配备有本文称作RDL(电重新分布层)50的电重新分布结构。RDL 50可以施加在半导体封装10的底表面10a之上。RDL 50可以例如包括一个或多个结构化的金属化层51和一个或多个结构化的电介质(或绝缘)层52。
RDL 50的电介质(或绝缘)层52可以包括聚合物材料(例如聚酰亚胺、环氧树脂、有机硅等)或者是聚合物材料的。电介质层52可以具有与微波半导体芯片20的电极(未示出)对齐的开口52a。金属化层51可以通过开口52a被电连接至微波半导体芯片20。特别地，金属化层51中的一个或多个的结构化部分51a可以被电连接至半导体芯片20并且可以形成RDL中的片外天线。
载体40可以是PCB(印刷电路板)。如图6所示，半导体封装10可以通过焊料沉积70被安装在PCB 40上。载体40的上金属层41可以被结构化以提供导体迹线41a和例如与形成在金属化层51中的片外天线相对地布置的反射器41b。
图6中的箭头通过示例的方式图示了TX微波波导信号的方向。需要注意的是，也可以是具有在相反方向(即穿过载体40)上或在横向方向上的微波波导信号的TX方向。在这些情况下，波导部分60和形成在其中的波导61位于半导体封装10的下方或在其横向方向上。类似地，RX方向可以例如是向上或向下或横向方向。
图6中示出的半导体封装10可以用作使用片外天线410的图4的微波器件400中的封装，然而，需要注意的是，结合图6解释的其他特征(例如，WLP封装、RDL 50、PCB 40、封装的扇出(fan-out)区域中的天线的实现，等等)可以应用于本文所公开的所有其他微波器件，特别是微波器件100、200。
在半导体封装10的RDL 50中制造的片外天线可以例如是偶极天线、共面补丁(CPW)天线、两个偶极天线的阵列或者所谓的Vivaldi天线。这不仅适用于片外天线，而且适用于通过示例的方式如图3的微波器件300中的片上天线。
图7图示了示例性微波器件700。微波器件700包括半导体封装10，例如诸如eWLB封装等的WLP封装和覆盖半导体封装10的波导部分60。微波器件700可以包括可以例如与图2中图示的变换器元件210类似的两个或更多变换器元件110。也就是，变换器元件110可以嵌入在包封物30中并且可以提供被配置成将微波波导信号耦合至对应的波导60或反之亦然的两个或更多“发射装置”。微波器件700的变换器元件110可以两者都位于半导体封装10的扇出区域中。变换器元件110可以通过任何前述微波传输线被连接至微波半导体芯片20。(例如一体的)波导部分60容纳每个与对应的变换器元件110的位置对齐的两个或更多波导61。再次，在半导体封装10的顶表面10b与矩形波导部分60的底表面60a之间可以仅提供距离h的小的或消失间隙。波导部分60可以被安装在半导体封装10通过例如焊料沉积70安装于其上的相同的载体40上。
图8图示了示例性微波器件800。微波器件800与微波器件700相似，并且参考上面的描述以避免重复。在图8中，通过示例的方式，(例如矩形)波导61可以进一步包括波导部件810。通过示例的方式，波导部件810可以是形成在波导部分60中的波导61的出口部处的天线。更具体地，波导61的端部可以具有提供例如喇叭天线的扩展壁。可以包括在波导61中的微波部件的其他可能性是滤波器、谐振器、功率合成器、功率分配器、传输线等等。
图8进一步图示了波导部分60的面向半导体封装10的底表面可以提供有台阶的或波纹的表面结构820。表面轮廓中的凹部提供了“陷阱(trap)”，该陷阱提高变换器元件110与波导61之间的耦合效率并且还可以改善两个波导61(即两个通道)(如果存在)之间的隔离。如果波导部分60之间的距离h出于例如热机械的原因而不能被进一步减小，则波纹的或锯齿形的结构820或者类似地之字形结构820可以是特别有益的。
参见图9，示出了微波器件800的波导部分60的透视图。通过示例的方式，波导部分60可以以多个波导61(例如四个波导61)为特征。波导61可以具有例如弯曲的走向。弯曲的走向或其他复杂的几何结构可以通过例如3D印刷制作方法而容易地形成。特别地，波导部分60可以通过一个一体的块来实施，即使待创建复杂几何结构的波导61或包括在波导61中的微波部件。
图10图示了示例性微波器件1000。微波器件1000包括多个半导体封装10_1、10_2。多个半导体封装10_1、10_2中的每个可以根据半导体封装10的以上描述来形成。波导部分60可以例如包括与第一半导体封装10_1相关联的第一波导61_1并且可以包括与第二半导体封装10_2相关联的第二波导61_2。第一波导61_1和第二波导61_2可以包括诸如例如天线(这里举例为喇叭天线)、滤波器、谐振器、功率合成器、功率分配器等的微波部件。
此外，波导部分60可以提供有用于半导体封装与半导体封装的过渡的波导1062。通过示例的方式，波导1062可以成形为将第一半导体封装10_1的变换器元件110互连至第二半导体封装10_2的变换器元件110的桥通道。需要注意的是，波导61_1、61_2和1062中的每一个是可选的，即，波导60可以制作有这些波导61_1、61_2和1062中的至少仅两个。
与多个半导体封装10_1、10_2的实施方式组合的(例如矩形)波导1062可以提供低损耗的半导体芯片至芯片过渡。此外，如图10中所图示的，波导部分60至半导体封装10_1和10_2的耦合可以通过波导部分60的靠近半导体封装10_1、10_2的波纹的底表面结构820而被增强。
通过示例的方式，半导体封装10_1、10_2可以例如具有等于或小于或大于5mm、10mm、20mm、30mm的横向尺寸。微波器件1000的横向尺寸D可以例如等于或小于或大于5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm。半导体封装10_1、10_2的在载体40之上的高度可以例如等于或小于或大于100μm、300μm、500μm、700μm、1mm。波导部分60的高度H可以例如等于或小于或大于1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm或可以甚至更大。
图11图示了微波器件1100的示例。微波器件1100与微波器件1000相似并且参考上面的描述以便避免重复。在微波器件1100中，波导1062配备有无源微波部件1110，其通过示例的方式在图11中举例为滤波器。在上面提及的所有其他无源微波部件可以附加地或备选地被包括在波导1062中。
此外，微波器件1100的第一(例如矩形)波导61_1例如配备有喇叭天线阵列1120(或任何其他微波部件)。此外，图11通过示例的方式图示了微波器件1100的第二半导体封装10_2可以经由波导1062只与第一半导体封装10_1通信而不与任何外部应用通信，因为波导部分60例如不包括从半导体封装10_2到外界的波导(诸如波导61_2)。
图12图示了示例性微波器件1200。微波器件1200可以与微波器件1000和1100相似，并且参考上面的描述以避免重复。在微波器件1200中，波导部分60可以包括另一波导1263。波导1263可以经由波导耦合件1265被耦合至波导部分60的另一波导，例如波导1062。波导1263可以进一步配备有诸如例如开槽的波导天线阵列1264等的微波部件。
图13图示了多半导体封装的微波器件1300的进一步的示例。微波器件1300可以与微波器件1000至1200相似，并且结合这些器件描述的特征也可以应用于微波器件1300并且反之亦然。在微波器件1300中，与第一半导体封装10_1通信的波导61_1可以被配置成包括天线(例如喇叭天线)并且与第二半导体封装10_2通信的波导61_2可以被配置成包括天线(例如，开槽的波导天线阵列)。再次，半导体封装10_1和10_2的形状可以与连接至半导体封装10_1、10_2的波导部分60的形状匹配。更具体地，如图13中所图示的，半导体封装10_1、10_2可以例如装配到波导部分60的底表面60a处的互补形状的凹部中，并且一旦封装被放在凹部内的适当位置，提供在波导部分60中的波导61_1、61_2和1062就可以例如与半导体封装10_1、10_2中的变换器元件110的位置对齐。
参见图14的流程图，如本文所描述的微波器件可以利用例如WLP或eWLB技术来制作。在S1处，封装微波半导体芯片以形成半导体封装。如之前已经描述的，封装可以包括将变换器元件110嵌入在包封物30中并且(可选地)提供RDL 50以将微波半导体芯片20互连至变换器元件110。
在S2处，将包括一个或多个块的波导部分60组装至半导体封装10以从或者向半导体封装10传递微波波导信号。如上所述，波导部分60的底表面60a的适当的成形和/或波导部分60的相对于半导体封装10的定位可以使封装-波导部分过渡处的损耗最小化。
需要注意的是，被包含在微波器件中的波导部分60和半导体封装10可以固定到一起以形成一个单个模块。
在本文所公开的所有示例中，可以得到微波器件的非常紧凑且轻量的实现。因此，通过如本文所公开的将封装技术(例如WLP技术)与波导部分60组合的途径，便宜且快速的成型是可能的。
尽管在本文中图示并描述了特定实施例，但本领域技术人员应当领会的是，多种备选和/或等价的实施方式可以取代所示出的特定实施例而不脱离本发明的范围。本申请意在涵盖对本文所讨论的特定实施例的任何修改或变型。因此，本发明意在仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (21)

1.一种微波器件，包括：
半导体封装，包括微波半导体芯片；
一个或多个塑料块，连接到所述半导体封装，所述一个或多个塑料块形成被配置成传递微波波导信号的波导部分；以及
变换器元件，被配置成将来自所述微波半导体芯片的微波信号变换成用于所述波导部分的所述微波波导信号，或者将来自所述波导部分的所述微波波导信号变换成用于所述微波半导体芯片的微波信号，
其中所述半导体封装是嵌入式晶圆级封装，并且其中所述微波半导体芯片作为插件被嵌入在形成所述半导体封装的包封物的模制化合物或层压体中。
2.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述一个或多个塑料块是3D印刷塑料部分。
3.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述波导部分包括从由滤波器、天线、谐振器、功率合成器和功率分配器构成的组中选择的微波部件。
4.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述波导部分包括壁金属化或者是导电的。
5.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述波导部分包括第三波导。
6.根据权利要求5所述的微波器件，其中所述微波器件至少包括具有所述微波半导体芯片的所述半导体封装和具有第二微波半导体芯片的第二半导体封装，其中第一波导与所述半导体封装相关联，第二波导与所述第二半导体封装相关联，并且所述第三波导提供半导体封装间的波导连接。
7.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述变换器元件是天线。
8.根据权利要求7所述的微波器件，其中所述天线是片上天线或片外天线。
9.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述变换器元件包括至少一个导电壁结构并且至少部分地嵌入在所述包封物中。
10.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述半导体封装进一步包括：
电互连，包括微波传输线并且被配置成将所述半导体芯片电耦合至所述变换器元件。
11.根据权利要求10所述的微波器件，其中所述电互连由所述半导体封装的电重新分布层形成，其中所述电重新分布层在所述半导体封装的公共平面底表面之上延伸，并且其中所述公共平面底表面包括所述微波半导体芯片的底表面和所述包封物的底表面。
12.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述变换器元件作为另一插件被嵌入在形成所述半导体封装的包封物的所述模制化合物或层压体中。
13.根据权利要求1所述的微波器件，其中所述半导体封装的形状装配到所述波导部分的表面的互补形状的凹部中。
14.一种微波器件，包括：
半导体封装，包括微波半导体芯片；
3D印刷的塑料波导部分，连接到所述半导体封装且被配置成传递微波波导信号；以及
变换器元件，被配置成将来自所述微波半导体芯片的微波信号变换成用于所述波导部分的所述微波波导信号，或者将来自所述波导部分的所述微波波导信号变换成用于所述微波半导体芯片的微波信号，
其中所述半导体封装是嵌入式晶圆级封装，并且其中所述微波半导体芯片作为插件被嵌入在形成所述半导体封装的包封物的模制化合物或层压体中。
15.根据权利要求14所述的微波器件，其中所述3D印刷的波导部分包括通过3D印刷成形的无源微波部件。
16.根据权利要求15所述的微波器件，其中所述无源微波部件从由滤波器、天线、谐振器、功率合成器和功率分配器构成的组中选择。
17.根据权利要求14所述的微波器件，其中所述变换器元件作为另一插件被嵌入在形成所述半导体封装的包封物的所述模制化合物或层压体中。
18.根据权利要求14所述的微波器件，其中所述半导体封装的形状装配到所述波导部分的表面的互补形状的凹部中。
19.一种制造微波器件的方法，包括：
封装微波半导体芯片以形成半导体封装；
通过3D印刷形成波导部分；以及
将所述波导部分组装至所述半导体封装以从或者向所述半导体封装传递微波波导信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中封装所述微波半导体芯片包括：
将多个微波半导体芯片放置在临时载体上；
用包封材料覆盖所述多个微波半导体芯片以形成包封体；以及
将所述包封体分成单个半导体封装，所述单个半导体封装中的每个半导体封装包括微波半导体芯片。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
将金属层沉积在所述波导部分的壁上。
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