CN108417982B - 天线的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天线的封装结构及封装方法，封装结构包括天线电路芯片、重新布线层、金属连接柱、封装层、天线金属层以及金属凸块，其中，天线电路芯片与天线金属层通过重新布线层以及金属连接柱互连。本发明的天线封装结构采用重新布线层互连的方法，依据该方法可实现天线封装结构的整合，从而大大提高天线的效率及性能，且本发明的天线封装结构及方法整合性较高，具有较高的封装效率。本发明采用扇出型封装方法封装天线结构，可有效缩小封装体积，使得天线的封装结构具有较高的集成度以及更好的封装性能，在半导体封装领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装领域，特别是涉及一种天线的封装结构及封装方法。
背景技术
由于科技的进步，发展出各种高科技的电子产品以便利人们的生活，其中包括各种电子装置，如：笔记型计算机、手机、平板电脑(PAD)等。
随着这些高科技电子产品的普及以及人们需求的增加，除了这些高科技产品内所配置的各项功能与应用大幅度增加外，特别是为了配合人们移动的需求而增加了无线通讯的功能。于是，人们可以通过这些具有无线通讯功能的高科技电子装置于任何地点或是任何时刻使用这些高科技电子产品。从而大幅度的增加了这些高科技电子产品使用的灵活性与便利性，因此，人们再也不必被局限在一个固定的区域内，打破了使用范围的疆界，使得这些电子产品的应用真正地便利人们的生活。
一般来说，现有的天线结构通常包括偶极天线(Dipole Antenna)、单极天线(Monopole Antenna)、平板天线(Patch Antenna)、倒F形天线(Planar Inverted-FAntenna)、曲折形天线(Meander Line Antenna)、倒置L形天线(Inverted-L Antenna)、循环天线(Loop Antenna)、螺旋天线(Spiral Antenna)以及弹簧天线(Spring Antenna)等。已知的作法是将天线直接制作于电路板的表面，这种作法会让天线占据额外的电路板面积，整合性较差。对于各种电子装置而言，使用较大的电路板即表示较大体积的电子装置。但是，这些电子装置设计与发展的主要目的是为了让使用者能够便于携带，因此，如何减少天线所占电路板的面积，提高天线封装结构的整合性能，将是这些电子装置所需克服的问题。
基于以上所述，提供一种具有高整合性以及高效率的天线的封装结构及封装方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种天线的封装结构及封装方法，用于解决现有技术中天线封装整合性较低以及天线的效率较低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种天线的封装结构，所述封装结构包括：重新布线层，所述重新布线层包括第一面以及相对的第二面；金属连接柱，形成于所述重新布线层的第二面上；封装层，包覆所述金属连接柱，且其顶面显露所述金属连接柱；天线金属层，形成于所述封装层上，所述天线金属层与所述金属连接柱连接；天线电路芯片，结合于所述重新布线层的第一面，并通过所述重新布线层以及所述金属连接柱与所述天线金属层电性连接；以及金属凸块，形成于所述重新布线层的第一面，以实现所述重新布线层的电性引出。
优选地，所述封装层表面还形成有介质层，所述金属连接柱具有凸出于所述封装层的凸出部，且所述介质层显露所述金属连接柱的顶面，所述天线金属层形成于所述介质层的上表面。
优选地，所述介质层具有平坦的上表面，且该上表面与所述金属连接柱的顶面处于同一平面。
优选地，所述封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
优选地，所述重新布线层包括依次层叠的图形化的第一介质层、图形化的金属布线层以及图形化的第二介质层，所述金属连接柱穿过所述图形化的第二介质层与所述图形化的金属布线层连接。
进一步地，所述第一介质层及所述第二介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
优选地，所述金属连接柱的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。
优选地，所述金属凸块包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
本发明还提供一种天线的封装方法，所述封装方法包括步骤：1)提供一支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；2)于所述分离层上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层连接的第一面以及相对的第二面；3)于所述重新布线层的第二面上形成金属连接柱；4)采用封装层封装所述金属连接柱，减薄所述封装层，使得所述金属连接柱的顶面露出于所述封装层；5)于所述封装层上形成天线金属层，所述天线金属层与所述金属连接柱连接；6)基于所述分离层剥离所述封装层及所述支撑基底，露出所述重新布线层的第一面；7)提供一天线电路芯片，将所述天线电路芯片接合于所述重新布线层的第一面，使得所述天线电路芯片通过所述重新布线层以及所述金属连接柱与所述天线金属层电性连接；以及8)于所述重新布线层的第一面形成金属凸块，以实现所述重新布线层的电性引出。
优选地，步骤4)中，减薄所述封装层使得所述金属连接柱具有凸出于所述封装层的凸出部，并于所述封装层表面形成介质层，所述介质层显露所述金属连接柱的顶面；步骤5)中，所述天线金属层形成于所述介质层表面。
进一步地，先于所述封装层表面形成覆盖所述金属连接柱的介质层，然后对所述介质层进行平坦化处理，以使得所述介质层显露所述金属连接柱的顶面，所述介质层的上表面与所述金属连接柱的顶面处于同一平面。
优选地，所述支撑基底包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种；所述分离层包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。
优选地，步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：2-1)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述分离层表面形成第一介质层，并对所述第一介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层；2-2)采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的第一介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层；以及2-3)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述图形化的金属布线层表面形成第二介质层，并对所述第二介质层进行刻蚀形成图形化的第二介质层，其中，所述金属连接柱穿过所述图形化的第二介质层与所述图形化的金属布线层连接。
进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
优选地，步骤3)采用焊线工艺制作所述金属连接柱，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种；所述金属连接柱的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。
优选地，步骤4)采用封装层封装所述金属连接柱的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
优选地，步骤6)基于所述分离层剥离所述封装层及所述支撑基底的方法包括机械剥离及化学剥离中的一种。
优选地，所述金属凸块包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
如上所述，本发明的天线的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：
本发明的天线封装结构采用重新布线层互连的方法，依据该方法可实现天线封装结构的整合，从而大大提高天线的效率及性能，且本发明的天线封装结构及方法整合性较高，具有较高的封装效率；
本发明采用扇出型封装方法封装天线结构，可有效缩小封装体积，使得天线的封装结构具有较高的集成度以及更好的封装性能，在半导体封装领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1～图10显示为本发明的天线的封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图10显示为本发明的天线的封装结构的结构示意图。
图11显示为本发明的另一种天线的封装结构的结构示意图。
元件标号说明
101 支撑基底
102 分离层
103 天线电路芯片
105 重新布线层
106 金属连接柱
107 封装层
108 天线金属层
109 金属凸块
110 介质层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图10所示，本实施例提供一种天线的封装方法，所述封装方法包括：
如图1所示，首先进行步骤1)，提供一支撑基底101，于所述支撑基底101上形成分离层102。
作为示例，所述支撑基底101包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。在本实施例中，所述支撑基底101选用为玻璃衬底，所述玻璃衬底成本较低，容易在其表面形成分离层102，且能降低后续的剥离工艺的难度。
作为示例，所述分离层102包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底101表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。
在本实施例中，所述分离层102选用为热固化胶，通过旋涂工艺形成于所述支撑基底101上后，通过热固化工艺使其固化成型。热固化胶性能稳定，表面较光滑，有利于后续的重新布线层的制作，并且，在后续的剥离工艺中，剥离的难度较低。
如图2所示，然后进行步骤2)，于所述分离层102上形成重新布线层105，所述重新布线层105包括与所述分离层连接的第一面以及相对的第二面。
步骤2)制作所述重新布线层105包括步骤：
步骤2-1)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述分离层102表面形成第一介质层，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层。所述第一介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。
优选地，所述第一介质层的材料选用为PI(聚酰亚胺)，以进一步降低工艺难度以及工艺成本。
步骤2-2)，采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的第一介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层。所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
步骤2-3)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述图形化的金属布线层表面形成第二介质层，并对所述第二介质层进行刻蚀形成图形化的第二介质层。所述第二介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。
优选地，所述第二介质层的材料选用为PI(聚酰亚胺)，以进一步降低工艺难度以及工艺成本。
如图3所示，接着进行步骤3)，于所述重新布线层105的第一面上形成金属连接柱106，所述金属连接柱穿过所述重新布线层105的所述图形化的第二介质层，与所述图形化的金属布线层连接。
采用焊线工艺制作所述金属连接柱106，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种；所述金属连接柱106的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。例如，所述金属连接柱106可以选用为Al，采用超声波焊线工艺在较低的温度下便可完成焊接，可以大大降低了工艺温度。又如，所述金属连接柱106可以选用为Au，可以获得优异的导电性能。
如图4～图6所示，接着进行步骤4)，采用封装层107封装所述金属连接柱106，减薄所述封装层107，使得所述金属连接柱106的顶面露出于所述封装层107。
作为示例，采用封装层107封装所述天线结构的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装层107的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
在本实施例中，减薄所述封装层107使得所述金属连接柱106具有凸出于所述封装层的凸出部1061，如图5所示，并于所述封装层107表面形成介质层110，所述介质层110显露所述金属连接柱106的顶面，如图6所示。具体地，先于所述封装层107表面形成覆盖所述金属连接柱106的介质层110，然后对所述介质层110进行平坦化处理，以使得所述介质层110显露所述金属连接柱106的顶面，所述介质层110的上表面与所述金属连接柱106的顶面处于同一平面。所述介质层110的材料可以为有机介质层，如PI等，也可以为无机介质层，如二氧化硅等。具有平坦化表面的所述介质层110，可以有效提高后续天线金属层108的质量，提高天线的效率及稳定性。当然，依据实际需要，也可能会省略所述介质层110，直接在所述封装层107表面制作后续的天线金属层108，如图11所示。
如图7所示，接着进行步骤5)，于所述介质层110表面形成天线金属层108，所述天线金属层108与所述金属连接柱106连接。
如图8所示，接着进行步骤6)，基于所述分离层102剥离所述封装层107及所述支撑基底101，露出所述重新布线层105的第一面。
作为示例，依据所述分离层102的属性，可以采用如机械剥离、激光剥离、化学剥离(如湿法腐蚀等)等方法分离剥离所述封装层107及所述支撑基底101。
如图9所示，接着进行步骤7)，提供一天线电路芯片103，将所述天线电路芯片103接合于所述重新布线层105的第一面，使得所述天线电路芯片103通过所述重新布线层105以及所述金属连接柱106与所述天线金属层108电性连接。例如，可以通过焊接工艺将所述天线电路芯片103接合于所述重新布线层105的第一面，以使得所述天线电路芯片103与所述重新布线层105电性连接。
如图10所示，最后进行步骤8)，于所述重新布线层105的第一面形成金属凸块109，以实现所述重新布线层105的电性引出。
如图10所示，本实施例还提供一种天线的封装结构，包括：天线电路芯片103、重新布线层105、金属连接柱106、封装层107、天线金属层108以及金属凸块109。
如图10所示，所述重新布线层105包括第一面以及相对的第二面。
作为示例，所述重新布线层105包括图形化的第一介质层、图形化的金属布线层以及图形化的第二介质层，所述金属连接柱106穿过所述图形化的第二介质层与所述图形化的金属布线层连接。所述第一介质层及所述第二介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
如图10所示，所述金属连接柱106形成于所述重新布线层105的第二面上。
如图10所示，所述封装层107包覆所述天线结构及所述金属连接柱106，且所述金属连接柱106的顶面露出于所述封装层107。
所述封装层107的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
如图10所示，所述封装层107表面还可以形成有介质层110，所述金属连接柱106具有凸出于所述封装层107的凸出部1061，且所述介质层110显露所述金属连接柱106的顶面，所述天线金属层108形成于所述介质层110的上表面，所述天线金属层108与所述金属连接柱106连接。所述介质层110具有平坦的上表面，且该上表面与所述金属连接柱106的顶面处于同一平面。具有平坦化表面的所述介质层110，可以有效提高后续天线金属层108的质量，提高天线的效率及稳定性。所述天线金属层108形成于所述封装层107表面。
当然，依据实际需要，也可能会省略所述介质层110，直接在所述封装层107表面制作后续的天线金属层108，如图11所示。
所述天线电路芯片103结合于所述重新布线层105的第一面，并通过所述重新布线层105以及所述金属连接柱106与所述天线金属层108电性连接。
所述金属凸块109形成于所述重新布线层105的第一面，以实现所述重新布线层105的电性引出。
作为示例，所述金属凸块109包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
如上所述，本发明的天线的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：
本发明的天线封装结构采用重新布线层互连的方法，依据该方法可实现天线封装结构的整合，从而大大提高天线的效率及性能，且本发明的天线封装结构及方法整合性较高，具有较高的封装效率；
本发明采用扇出型封装方法封装天线结构，可有效缩小封装体积，使得天线的封装结构具有较高的集成度以及更好的封装性能，在半导体封装领域具有广泛的应用前景。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种天线的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：
重新布线层，所述重新布线层包括第一面以及相对的第二面；
金属连接柱，形成于所述重新布线层的第二面上；
封装层，包覆所述金属连接柱，且其顶面显露所述金属连接柱；
天线金属层，形成于所述封装层上，所述天线金属层与所述金属连接柱连接；
天线电路芯片，结合于所述重新布线层的第一面，并通过所述重新布线层以及所述金属连接柱与所述天线金属层电性连接；以及
金属凸块，形成于所述重新布线层的第一面，以实现所述重新布线层的电性引出；所述金属凸块包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种；
所述封装层表面还形成有介质层，所述金属连接柱具有凸出于所述封装层的凸出部，且所述介质层显露所述金属连接柱的顶面，所述天线金属层形成于所述介质层的上表面，所述介质层具有平坦的上表面，且该上表面与所述金属连接柱的顶面处于同一平面。
2.根据权利要求1所述的天线的封装结构，其特征在于：所述封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的天线的封装结构，其特征在于：所述重新布线层包括依次层叠的图形化的第一介质层、图形化的金属布线层以及图形化的第二介质层，所述金属连接柱穿过所述图形化的第二介质层与所述图形化的金属布线层连接。
4.根据权利要求3所述的天线的封装结构，其特征在于：所述第一介质层及所述第二介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃、含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
5.根据权利要求1所述的天线的封装结构，其特征在于：所述金属连接柱的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。
6.一种天线的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括步骤：
1)提供一支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；
2)于所述分离层上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层连接的第一面以及相对的第二面；
3)于所述重新布线层的第二面上形成金属连接柱；
4)采用封装层封装所述金属连接柱，减薄所述封装层使得所述金属连接柱具有凸出于所述封装层的凸出部，并于所述封装层表面形成介质层，所述介质层显露所述金属连接柱的顶面；先于所述封装层表面形成覆盖所述金属连接柱的介质层，然后对所述介质层进行平坦化处理，以使得所述介质层显露所述金属连接柱的顶面，所述介质层的上表面与所述金属连接柱的顶面处于同一平面；
5)于所述介质层上形成天线金属层，所述天线金属层与所述金属连接柱连接；
6)基于所述分离层剥离所述封装层及所述支撑基底，露出所述重新布线层的第一面；
7)提供一天线电路芯片，将所述天线电路芯片接合于所述重新布线层的第一面，使得所述天线电路芯片通过所述重新布线层以及所述金属连接柱与所述天线金属层电性连接；以及
8)于所述重新布线层的第一面形成金属凸块，以实现所述重新布线层的电性引出。
7.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：所述支撑基底包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种；所述分离层包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。
8.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：
2-1)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述分离层表面形成第一介质层，并对所述第一介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层；
2-2)采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的第一介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层；
2-3)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述图形化的金属布线层表面形成第二介质层，并对所述第二介质层进行刻蚀形成图形化的第二介质层，其中，所述金属连接柱穿过所述图形化的第二介质层与所述图形化的金属布线层连接。
9.根据权利要求8所述的天线的封装方法，其特征在于：所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃、含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。
10.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：步骤3)采用焊线工艺制作所述金属连接柱，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种；所述金属连接柱的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。
11.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：步骤4)采用封装层封装所述金属连接柱的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
12.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：步骤6)基于所述分离层剥离所述封装层及所述支撑基底的方法包括机械剥离及化学剥离中的一种。
13.根据权利要求6所述的天线的封装方法，其特征在于：所述金属凸块包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
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