CN107479034B - 雷达组件封装体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达组件封装体，包括：盒盖，其具有布置在盒盖的内表面上的金属层，其中在盒盖与盒体之间形成空腔；以及盒体，其具有：第一绝缘体，其与盒盖连接，其中在第一绝缘体中开设有孔道，所述孔道的一端与天线的位置相对应并且另一端与空腔连通；一个或多个芯片，所述芯片以倒装方式布置在第二绝缘体上并且被第一绝缘体覆盖；第二绝缘体；第三绝缘体；以及天线和导电线路，所述天线和导电线路布置在第三绝缘体中并且穿过第二绝缘体与芯片的焊盘连接，其中分别在天线与焊盘之间以及在导电线路与焊盘之间布置有金属阻挡层，并且导电线路从第三绝缘体中露出以用于电接触。本发明还涉及该封装体的制造方法。

Description

雷达组件封装体及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种雷达组件封装体以及一种用于制造这样的雷达组件封装体的方法。
背景技术
随着消费产品的功能日趋多样化，在诸如汽车、机器人以及智能手机等诸多领域出现了对无线探测(例如运动物体及其速度的探测)的需求，因此雷达组件的应用日益增多。但是诸如在智能手机、气球、飞艇等许多领域中的应用对雷达组件的尺寸和重量提出严苛的要求，因此技术人员一直以来不断地尝试提高雷达组件封装体的集成度，以降低其重量和尺寸。
从名称为“一种四面扁平无引线封装式雷达收发组件的装置”的中国专利申请201510149446.5中公开了一种封装式雷达收发组件，其具有一体化盒体和盖板，其中包括雷达芯片和天线在内的各组件以线接合(Wire Bonding)方式布置在盒体的内表面上，并且盒体与盒盖之间形成空腔。但是，该封装式雷达收发组件的缺点是，其采用线接合方式布置芯片，这不仅造成线路长度过长并由此造成较大损耗，而且在盒体中还需预留一定高度以用于线接合的线路，从而造成该组件的厚度较大。此外，该封装式雷达收发组件的制造采用了包括贴片、打线、基板制作步骤的传统封装工艺，使得基板和芯片的厚度限制了组件的厚度的进一步降低。
发明内容
本发明的任务是提供一种雷达组件封装体以及一种用于制造这样的雷达组件封装体的方法，通过该封装体或该方法，可以减小损耗并且大大降低封装体的厚度。
在本发明的第一方面，该任务通过一种雷达组件封装体来解决，该雷达组件封装体包括：
盒盖，其具有布置在盒盖的内表面上的金属层，所述金属层与盒体的孔道相对，其中在盒盖与盒体之间形成空腔；以及
盒体，其具有：
第一绝缘体，所述第一绝缘体与盒盖连接，其中在第一绝缘体中开设有孔道，所述孔道的一端与天线的位置相对应并且另一端与空腔连通；
一个或多个芯片，所述芯片以倒装方式布置在第二绝缘体上并且被第一绝缘体覆盖；
第二绝缘体，其布置在第一绝缘体与第三绝缘体之间；
第三绝缘体；以及
天线和导电线路，所述天线和导电线路布置在第三绝缘体中并且穿过第二绝缘体与芯片的焊盘连接，其中分别在天线与焊盘之间以及在导电线路与焊盘之间布置有金属阻挡层，并且导电线路从第三绝缘体中露出以用于电接触。
根据本发明的雷达组件封装体至少具有下列优点：(1)根据本发明的雷达封装体具有较低的损耗，这是因为根据本发明的雷达封装体采用倒装方式布置芯片，从而减小了线路长度，由此降低了损耗；(2)在本发明中，通过将芯片、天线和导电线路埋入到盒体的相应绝缘体内，可以降低整个封装体的厚度；(3)在本发明中，由于将芯片、天线和导电线路埋入到盒体的相应绝缘体内并且将导电线路露出(即扇出(Fan Out)封装方式)，可以省去基板，由此进一步降低封装体的厚度。
在本发明的一个扩展方案中规定，所述芯片还包括焊球，所述焊球布置在第三绝缘体上并且与导电线路电连接。在此，焊球穿过第三绝缘体的一部分与导电线路电连接。焊球的作用是将雷达组件封装体的导电线路与外部的其它设备、例如另一基板互连。
在本发明的另一扩展方案中规定，所述芯片包括：
雷达芯片，所述雷达芯片包括接收芯片、雷达发射芯片、和/或雷达收发一体芯片；以及
下列各项中的一个或多个：多功能芯片、末级功率放大器、低噪声放大器、限幅器、预选滤波器、射频开关、驱动控制电路、用于各个芯片工作时序的电源调制电路、以及用于电压转换的电源管理电路。
通过该扩展方案，可以将雷达芯片以及相关功能芯片集成在同一封装体内，从而实现提高的集成度。
在本发明的另一扩展方案中规定，盒盖由聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯具有较低介电常数，因此适于作为盒盖的材料。
在本发明的又一扩展方案中规定，天线具有钛、铜、镍、铝、银、金或其合金，并且天线的形状为圆形、方形或不规则形状。通过该扩展方案，可以灵活地选择天线的材料和形状以适应不同的应用场景。
在本发明的另一扩展方案中规定，孔道的尺寸小于天线的尺寸。在本发明中，孔道的布置是为了促进天线对信号的接收和发射。当孔道的洞口面积小于天线的面积时，即可实现天线信号的良好的接收和发射。孔道可以通过钻孔、刻蚀、化学腐蚀、光刻等方法来制作。
在本发明的又一扩展方案中规定，金属阻挡层具有TiCu或TiWCu，并且具有1－10μm厚度。在本发明中，金属阻挡层的作用是在蚀刻第二绝缘体或开始孔道时充当蚀刻停止层，此外还实现芯片焊盘与天线和导电线路之间的电接触。通过该优选方案，可以实现具有良好蚀刻阻挡性能和导电性能的金属阻挡层。
在本发明的另一扩展方案中规定，金属层与孔道正对。在此，术语“正对”是指，孔道的中心与金属层的中心在封装体的厚度方向上共线。在此，能够保证最优的天线信号收发。但是在此应当指出，金属层不必一定与孔道正对，相反，在其它实施例中，金属层可以与孔道在封装体的厚度方向上错开一定距离。
在本发明的另一扩展方案中规定，金属层具有钛、铜、镍、钨、银、金或其合金。通过该扩展方案，可以实现天线信号的良好接收和发射。
在本发明的第二方面，前述任务通过一种用于制造雷达组件封装体的方法来解决，该方法包括下列步骤：
a.通过倒装方式将一个或多个芯片贴装在载体的临时键合层上；
b.通过塑封方式用第一绝缘体覆盖所述芯片以形成盒体并且除去载体和临时键合材料以露出芯片的焊盘；
c.在盒体的焊盘所在的表面上沉积金属阻挡层，并且除去多余的金属阻挡层；
d.在盒体的阻挡层所在的表面上涂敷第二绝缘体，并且除去第二绝缘体的一部分以露出芯片的焊盘；
e.在第二绝缘体上布置天线和导电线路，并且将天线和导电线路与芯片的焊盘连接；
f.在盒体的第二绝缘体所在的表面上涂敷第三绝缘体，并且除去第三绝缘体的一部分以用于电接触导电线路；
g.在盒体的背向第三绝缘体的表面上形成孔道并且除去孔道的底部的金属阻挡层，所述孔道的一端与天线的位置相对应，并且另一端向外连通；
h.形成盒盖，其中在盒盖的内表面上形成金属层，所属金属层的位置与孔道的位置相对应；以及
i.将盒盖与盒体的背向第三绝缘体的表面接合，其中在盒盖与盒体之间形成空腔。
根据本发明的方法同样具有根据本发明的封装体的优点、即降低损耗并减小封装体厚度。
在本发明的一个扩展方案中规定，该方法还包括步骤：
在第三绝缘体的为了电接触导电线路而被除去的部分中布置焊球，所述焊球与导电线路电连接。
通过该扩展方案，可以实现封装体与其它基板的导电互联。在此应当指出，封装体上的焊球的布置不是必需的，在其它实施例中，也可以布置焊盘，或者在另一要互连的基板上布置焊球。
在本发明的另一扩展方案中规定，步骤i在真空中执行或者在空腔中填充保护气体。真空或填充有保护气体的空腔可以提供内部各裸芯片长时间可靠工作所需要的气密封环境，同时又起到了电磁屏蔽的作用。通过该优选方案，可以实现良好的天线信号收发。但是应当指出，空腔中的真空环境和保护气体并不是必需的，相反，本发明的雷达组件封装体的空腔中也可以填充空气。
附图说明
下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。
图1示出了根据本发明的雷达组件封装体的示意图；以及
图2a－2i示出了在根据本发明的用于制造雷达组件封装体的方法的各步骤完成时的封装体的示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
除非另行规定，在本申请中，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
图1示出了根据本发明的雷达组件封装体100的示意图。
如图1所示，根据本发明的雷达组件封装体100包括盒盖101和盒体102。
盒盖101可以由具有低介电常数的材料、例如聚四氟乙烯制成。在盒盖101的内壁上布置有金属层103，其例如由钛、铜、镍、钨、银、金或其合金制成。通过布置金属层103，可以结合孔道106利于天线信号的收发。
在盒盖101与盒体102之间形成有空腔108，空腔108可以为真空，或者可以填充有保护气体。真空或填充有保护气体的空腔108可以提供内部各裸芯片107长时间可靠工作所需要的气密封环境，同时又起到了电磁屏蔽的作用。但是应当指出，空腔中108的真空环境和保护气体并不是必需的，相反，本发明的雷达组件封装体100的空腔108中也可以填充空气。
盒体102具有在芯片的厚度方向上顺序布置的第一绝缘体104、第二绝缘体105和第三绝缘体110。第一绝缘体104、第二绝缘体105和第三绝缘体110例如可以由相同或不同的绝缘材料、如绝缘树脂制成。第一绝缘体104与盒盖101连接，其中在第一绝缘体104中开设有孔道106，所述孔道106的一端与天线112的位置相对应并且另一端与空腔108连通。通过设置孔道106，可以有利于天线112收发无线信号。孔道106可以通过钻孔、刻蚀、化学腐蚀、光刻等方法来制作。金属层103优选地可以与孔道106正对布置。在此，术语“正对”是指，孔道106的中心与金属层103的中心在封装体100的厚度方向上大致共线。通过这样的正对布置，能够保证最优的天线信号收发。但是在此应当指出，金属层103不必一定与孔道106正对，相反，在其它实施例中，金属层103可以与孔道106在封装体的厚度方向上错开一定距离。
盒体102还具有一个或多个芯片107，所述芯片107以倒装方式布置在第二绝缘体105上并且被第一绝缘体104覆盖。芯片107包括雷达芯片以及其它功能芯片。雷达芯片例如具有发射端(Tx)和接收端(Rx)，发射端和接收端与天线112电连接。
盒体102还具有天线112和导电线路113，所述天线112和导电线路113布置在第三绝缘体110中并且穿过第二绝缘体105与芯片107的焊盘109连接，其中分别在天线112与焊盘109之间以及在导电线路113与焊盘109之间布置有金属阻挡层111，并且导电线路113从第三绝缘体110中露出以用于电接触。金属阻挡层111的作用是在蚀刻第二绝缘体105以及开设孔道106时充当蚀刻停止层，因此，金属阻挡层111应当沉积在芯片107的焊盘109上以及第一绝缘体104上应当开设孔道107的位置处，其中金属阻挡层111在这些位置处充当蚀刻停止层，以便实现所期望的蚀刻深度。此外，金属阻挡层111还实现芯片107的焊盘109与天线112和导电线路113之间的电接触。金属阻挡层例如可以具有TiCu或TiWCu，并且可以具有1－10μm厚度。
根据本发明的雷达封装体100至少具有下列优点：(1)根据本发明的雷达封装体100具有较低的损耗，这是因为根据本发明的雷达封装体100采用倒装方式布置芯片，从而减小了线路长度，由此降低了损耗；(2)在本发明中，通过将芯片107、天线112和导电线路113埋入到盒体101的相应绝缘体内、具体而言将天线112布置在第一绝缘体104中、将天线112和导电线路113布置在第二和第三绝缘体105、110中(即重布线层RDL)中，可以降低整个封装体100的厚度；(3)在本发明中，由于将芯片107、天线112和导电线路113埋入到盒体102的相应绝缘体内并且将导电线路113露出(即扇出(Fan Out)封装方式)，可以省去基板，由此进一步降低封装体的厚度。
图2a－2f示出了在根据本发明的用于制造雷达组件封装体100的方法的各步骤完成时的封装体的示意图。
图2a示出了在该方法的步骤a完成时的封装体100的示意图。在步骤a，通过倒装方式将一个或多个芯片107贴装在载体116的临时键合层115上。
图2b示出了在该方法的步骤b完成时的封装体100的示意图。在步骤b，通过塑封方式用第一绝缘体104覆盖所述芯片107以形成盒体102并且除去载体116和临时键合材料115以露出芯片107的焊盘109。
图2c示出了在该方法的步骤c完成时的封装体100的示意图。在步骤c，在盒体102的焊盘109所在的表面上沉积金属阻挡层111，并且除去多余的金属阻挡层111。金属阻挡层111的作用是在蚀刻第二绝缘体105以及开设孔道106时充当蚀刻停止层，因此，金属阻挡层111应当沉积在芯片107的焊盘109上以及第一绝缘体104上应当开设孔道107的位置处，其中金属阻挡层111在这些位置处充当蚀刻停止层，以便实现所期望的蚀刻深度。金属阻挡层111可以通过溅射、电镀、蚀刻等方法形成。
图2d示出了在该方法的步骤d完成时的封装体100的示意图。在步骤d，在盒体102的阻挡层111所在的表面上涂敷第二绝缘体105，并且除去第二绝缘体105的一部分以露出芯片107的焊盘109。
图2e示出了在该方法的步骤e完成时的封装体100的示意图。在步骤e，在第二绝缘体105上布置天线112和导电线路113，并且将天线112和导电线路113与芯片107的焊盘109连接。在此，天线112和导电线路113通过金属阻挡层111与焊盘109连接。
图2f示出了在该方法的步骤f完成时的封装体100的示意图。在步骤f，在盒体102的第二绝缘体105所在的表面上涂敷第三绝缘体110，并且除去第三绝缘体110的一部分以用于电接触导电线路113。该步骤f可选地包括：在第三绝缘体110的为了电接触导电线路113而被除去的部分中布置焊球114，所述焊球114与导电线路113电连接。
图2g示出了在该方法的步骤g完成时的封装体100的示意图。在步骤g，在盒体102的背向第三绝缘体110的表面上形成孔道106并且除去孔道106的底部的金属阻挡层111，所述孔道106的一端与天线112的位置相对应，并且另一端向外连通。孔道106的深度可以为穿过第一绝缘体104和金属阻挡层111直至第二绝缘体105。
图2h示出了在该方法的步骤h完成时的封装体100的示意图。在步骤h，形成盒盖101，其中在盒盖101的内表面上形成金属层103，所属金属层103的位置与孔道106的位置相对应。
最后，图2i示出了在该方法的步骤i完成时的封装体100的示意图。在步骤i，将盒盖101与盒体102的背向第三绝缘体110的表面接合，其中在盒盖101与盒体102之间形成空腔108。
虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (10)

1.一种雷达组件封装体，包括：
盒盖，其具有布置在盒盖的内表面上的金属层，所述金属层与盒体的孔道相对，其中在盒盖与盒体之间形成空腔；以及
盒体，其具有：
第一绝缘体，所述第一绝缘体与盒盖连接，其中在第一绝缘体中开设有孔道，所述孔道的一端与天线的位置相对应并且另一端与空腔连通；
一个或多个芯片，所述芯片以倒装方式布置在第二绝缘体上并且被第一绝缘体覆盖；
第二绝缘体，其布置在第一绝缘体与第三绝缘体之间；
第三绝缘体；以及
天线和导电线路，所述天线和导电线路布置在第三绝缘体中并且穿过第二绝缘体与芯片的焊盘连接，其中分别在天线与焊盘之间以及在导电线路与焊盘之间布置有金属阻挡层，并且导电线路从第三绝缘体中露出以用于电接触。
2.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中所述芯片包括：
雷达芯片，所述雷达芯片包括接收芯片、雷达发射芯片、和/或雷达收发一体芯片；以及
下列各项中的一个或多个：多功能芯片、末级功率放大器、低噪声放大器、限幅器、预选滤波器、射频开关、驱动控制电路、用于各个芯片工作时序的电源调制电路、以及用于电压转换的电源管理电路。
3.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中盒盖由聚四氟乙烯制成。
4.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中天线具有钛、铜、镍、铝、银、金或其合金，并且天线的形状为圆形、方形或不规则形状。
5.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中孔道的尺寸小于天线的尺寸。
6.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中金属阻挡层具有TiCu或TiWCu，并且具有1－10μm厚度。
7.根据权利要求1所述的雷达组件封装体，其中金属层具有钛、铜、镍、钨、银、金或其合金。
8.一种用于制造雷达组件封装体的方法，包括下列步骤：
a.通过倒装方式将一个或多个芯片贴装在载体的临时键合层上；
b.通过塑封方式用第一绝缘体覆盖所述芯片以形成盒体并且除去载体和临时键合层以露出芯片的焊盘；
c.在盒体的焊盘所在的表面上沉积金属阻挡层，并且除去多余的金属阻挡层；
d.在盒体的金属阻挡层所在的表面上涂敷第二绝缘体，并且除去第二绝缘体的一部分以露出芯片的焊盘；
e.在第二绝缘体上布置天线和导电线路，并且将天线和导电线路与芯片的焊盘连接；
f.在盒体的第二绝缘体所在的表面上涂敷第三绝缘体，并且除去第三绝缘体的一部分以用于电接触导电线路；
g.在盒体的背向第三绝缘体的表面上形成孔道并且除去孔道的底部的金属阻挡层，所述孔道的一端与天线的位置相对应，并且另一端向外连通；
h.形成盒盖，其中在盒盖的内表面上形成金属层，所属金属层的位置与孔道的位置相对应；以及
i.将盒盖与盒体的背向第三绝缘体的表面接合，其中在盒盖与盒体之间形成空腔。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：
在第三绝缘体的为了电接触导电线路而被除去的部分中布置焊球，所述焊球与导电线路电连接。
10.根据权利要求8所述的方法，其中步骤i在真空中执行或者在空腔中填充保护气体。
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