CN109473765A - 三维封装天线及其封装方法 - Google Patents
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Classifications
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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Abstract
本发明提供一种三维封装天线及其封装方法，使用两层封装层、两层金属连接柱及两层天线金属层将封装天线结构中的天线传送功能模块及天线接收功能模块通过三维封装的方式进行封装，有效减小了封装天线的体积；另外，三维封装的方式，有效缩短了封装天线结构中元件的信号传输线路，使封装天线的电连接性能及天线效能得到很大提高，从而减少封装天线的功耗以及电磁波的衰减；最后，通过在各有源器件之间设置电磁防护柱或电磁防护框，有效降低各封装天线中元件之间的电磁干扰，提高天线效能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种三维封装天线及其封装方法。
背景技术
随着高科技电子产品的普及以及人们需求的增加，特别是为了配合移动的需求，大多高科技电子产品都增加了无线通讯的功能，尤其是在天线手机终端的应用。
一般来说，现有的封装天线结构通常是将信号传送功能模块与信号接收功能模块以二维平面的方式组装在电路板(PCB)上，这种封装方式的传输线号线路长，效能差功率消耗高，且封装体积较大，从而使得高科技电子产品也占据较大的体积，这与人们对高科技电子产品的小型化、便捷式的需求相违背。
另外，随着通信信息的快速发展，5G(5th Generation)即第五代移动通信，已成为人们研究的重点。在5G高频天线中，由于天线的电磁波频率非常高，通信波长变成毫米级(毫米波)，天线尺寸也缩减到了几个毫米，高频的电磁波，传播衰减也较大，尤其在天线封装方面，元件之间的传导路径会造成天线电磁波频率的衰减和损耗，因此天线封装方式的选择尤为重要。为了减小现有封装天线的体积，提高封装天线中元件的电连接性能及天线效能，开发一种新型的封装天线结构及封装方法，用以降低天线结构的电磁波的衰减和损耗尤为重要。
鉴于此，有必要设计一种新型的封装天线结构及封装方法，用以减少天线结构在封装体中电磁波的衰减和损耗。
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三维封装天线及其封装方法，用于解决现有技术中封装天线的传输讯号线路长、效能差、功耗大及封装体积较大等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维封装天线的封装方法，所述封装方法至少包括以下步骤：
提供支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；
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接触的第一面及相对的第二面；
提供功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、第一无源组件及第二无源组件，将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件接合于所述重新布线层的第二面上；
于所述重新布线层的第二面上形成第一金属连接柱，所述第一金属连接柱与所述重新布线层电连接；
采用第一封装层封装所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件，并使得所述第一封装层的顶面显露所述第一金属连接柱；
于所述第一封装层的表面形成第一天线金属层，所述第一天线金属层与所述第一金属连接柱电连接；
提供SAW滤波器组件及天线调谐器组件，将所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件接合于所述第一天线金属层；
于所述第一天线金属层上形成第二金属连接柱；
采用第二封装层封装所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件，并使得所述第二封装层的顶面显露所述第二金属连接柱；
于所述第二封装层的表面形成第二天线金属层，所述第二天线金属层与所述第二金属连接柱电连接；
去除所述分离层及所述支撑基底；
提供收发一体芯片及电源管理集成电路芯片，将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上；
于所述重新布线层的第一面上形成金属凸块。
可选地，还包括采用焊线工艺于所述重新布线层的第二面上形成电磁防护柱，所述电磁防护柱与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护柱将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
可选地，还包括于所述重新布线层的第二面上形成电磁防护框，所述电磁防护框与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护框将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护框的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
可选地，将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上之前还包括，于所述重新布线层的第一面上形成凸块下金属层的步骤。
可选地，将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上之后还包括，于所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片与所述重新布线层的第一面之间填充底部填充层的步骤，所述底部填充层的材料包括复合树脂材料。
可选地，所述支撑基底包括玻璃基底、金属基底、半导体基底、聚合物基底及陶瓷基底中的一种；所述分离层包括聚合物层，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。
可选地，所述重新布线层包括介质层及金属布线层，所述介质层的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
可选地，采用表面贴装工艺将所述第一无源组件及所述第二无源组件接合于所述重新布线层的第二面上；采用表面贴装工艺将所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件接合于所述第一天线金属层。
可选地，采用所述第一封装层封装所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第一封装层的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种；采用所述第二封装层封装所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第二封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
可选地，采用电镀或化学镀的方法制作所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱；所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
可选地，采用焊线工艺制作所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱；所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
可选地，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。
本发明还提供一种三维封装天线，所述三维封装天线至少包括：
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；
功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、第一无源组件及第二无源组件，接合于所述重新布线层的第二面上；
第一金属连接柱，形成于所述重新布线层的第二面上并与所述重新布线层电连接；
第一封装层，覆盖所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件，且所述第一封装层的顶面显露所述第一金属连接柱；
第一天线金属层，形成于所述第一封装层的表面，所述第一天线金属层与所述第一金属连接柱电连接；
SAW滤波器组件及天线调谐器组件，接合于所述第一天线金属层；
第二金属连接柱，形成于所述第一天线金属层上；
第二封装层，覆盖所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件，且所述第二封装层的顶面显露所述第二金属连接柱；
第二天线金属层，形成于所述第二封装层的表面，所述第二天线金属层与所述第二金属连接柱电连接；
收发一体芯片及电源管理集成电路芯片，接合于所述重新布线层的第一面上；
金属凸块，形成于所述重新布线层的第一面上。
可选地，所述三维封装天线还包括电磁防护柱，形成于所述重新布线层的第二面上，所述电磁防护柱与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护柱将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
可选地，所述三维封装天线还包括电磁防护框，所述电磁防护框与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护框将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护框的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
可选地，所述收发一体芯片、所述电源管理集成电路芯片及所述金属凸块与所述重新布线层的第一面之间还包括凸块下金属层。
可选地，所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片与所述重新布线层的第一面之间还包括底部填充层，所述底部填充层的材料包括复合树脂材料。
可选地，所述重新布线层包括介质层及金属布线层，所述介质层的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
可选地，所述第一封装层的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种；所述第二封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
可选地，所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
可选地，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，本发明的三维封装天线及其封装方法，使用两层封装层、两层金属连接柱及两层天线金属层将封装天线结构中的天线传送功能模块及天线接收功能模块通过三维封装的方式进行封装，有效减小了封装天线的体积；另外，三维封装的方式，有效缩短了封装天线结构中元件的信号传输线路，使封装天线的电连接性能及天线效能得到很大提高，从而减少封装天线的功耗以及电磁波的衰减；最后，通过在各有源器件之间设置电磁防护柱或电磁防护框，有效降低各封装天线中元件之间的电磁干扰，提高天线效能。
附图说明
图1显示为本发明的三维封装天线的封装方法的流程示意图。
图2～图21显示为本发明的三维封装天线的封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图21还显示为本发明的三维封装天线的结构示意图。
元件标号说明
10 支撑基底
11 分离层
12 重新布线层
121 介质层
122 金属布线层
131 功率放大器芯片
132 低噪声放大器芯片
133 第一无源组件
134 第二无源组件
135 SAW滤波器组件
136 天线调谐器组件
137 收发一体芯片
138 电源管理集成电路芯片
141 第一金属连接柱
142 电磁防护柱
143 电磁防护框
15 第一封装层
16 第一天线金属层
17 第二金属连接柱
18 第二封装层
19 第二天线金属层
201 金属凸块
202 凸块下金属层
203 底部填充层
S1～S13 步骤
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21。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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种三维封装天线的封装方法，本实施例将天线传送功能模块及天线接收功能模块通过三维封装的方式进行封装，有效减小了封装天线的体积；另外，三维封装的方式，使封装天线结构中的传输讯号线路缩短，提高天线效能的同时也提高封装天线结构中的传送功能模块元件及接收功能模块元件之间的电连接性能，从而减少封装天线的功耗以及封装天线中电磁波的衰减。
具体地，如图2～图21，示意了本实施例中三维封装天线的封装方法各步骤所呈现的结构示意图。
如图1及图2所示，首选进行步骤S1，提供支撑基底10，于所述支撑基底10上形成分离层11。
作为示例，所述支撑基底10包括玻璃基底、金属基底、半导体基底、聚合物基底及陶瓷基底中的一种。在本实施例中，所述支撑基底10选用为玻璃基底，所述玻璃基底成本较低，，容易在其表面形成分离层11，且能降低后续的剥离工艺的难度。
作为示例，所述分离层11包括聚合物层，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底10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，所述聚合物层包括LTHC光热转换层，后续在剥离所述支撑基底10时，可以基于激光对LTHC光热转换层进行加热，以使后续形成的重新布线层12及所述支撑基底10自所述LTHC光热转换层处相互分离。
如图1及图3所示，接着进行步骤S2，于所述分离层11上形成重新布线层12，所述重新布线层12包括与所述分离层11接触的第一面及相对的第二面。
作为示例，所述重新布线层12包括介质层121及金属布线层122，所述介质层121的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层122的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
作为示例，制作所述重新布线层12包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺于所述分离层11表面形成所述介质层121，并对所述介质层121进行刻蚀形成图形化的所述介质层121；采用物理气相沉积工艺、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所述介质层121表面形成所述金属布线层122，并对所述金属布线层122进行刻蚀形成图形化的所述金属布线层122。所述介质层121及所述金属布线层122的材料、层数及分布形貌，可根据具体需要进行选择，此处不作限制。
如图1及图4所示，接着进行步骤S3，提供功率放大器芯片(Power Amplifier，简称PA)131、低噪声放大器芯片(Low Noise Amplifier，简称LNA)132、第一无源组件133及第二无源组件134，将所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134接合于所述重新布线层12的第二面上。所述功率放大器芯片131形成为封装天线结构的天线传送功能模块中的重要一部分有源器件，所述低噪声放大器芯片132形成为封装天线结构的天线接收功能模块中的重要一部分有源器件。
作为示例，采用表面贴装工(SMT工艺)将所述第一无源组件133及所述第二无源组件134接合于所述重新布线层12的第二面上。
如图1及图5所示，接着进行步骤S4，于所述重新布线层12的第二面上形成第一金属连接柱141，所述第一金属连接柱141与所述重新布线层12电连接。
作为示例，采用焊线工艺制作所述第一金属连接柱141，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；所述第一金属连接柱141的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
作为示例，采用电镀或化学镀的方法制作所述第一金属连接柱141；所述第一金属连接柱141的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
作为示例，如图6所示，采用焊线工艺于所述重新布线层12的第二面上还形成电磁防护柱142，所述电磁防护柱142与所述重新布线层12电连接，并由所述电磁防护柱142将所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。如图7所示，为封装天线结构中设置所述电磁防护柱142的俯视图，通过设置所述电磁防护柱142可以对所述天线传送功能模块及所述天线接收功能模块实现有效的电磁屏蔽，避免互相之间的电磁干扰。这里需要说明的是，图7仅是为了说明所述电磁防护柱142与封装天线结构中各功能模块之间的隔离关系，并不一定限制封装天线结构中各功能模块的位置关系，所以所述电磁防护柱142的位置设置会随着封装天线结构中各功能模块的位置关系而改变。
作为示例，如图8所示，于所述重新布线层12的第二面上还形成电磁防护框143，所述电磁防护框143与所述重新布线层12电连接，并由所述电磁防护框143将所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134相互之间电磁隔离；所述电磁防护框的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。如图9所示，为封装天线结构中设置所述电磁防护框143的俯视图，通过设置所述电磁防护框143可以对所述天线传送功能模块及所述天线接收功能模块实现有效的电磁屏蔽，避免互相之间的电磁干扰。这里需要说明的是，图9仅是为了说明所述电磁防护框143与封装天线结构中各功能模块之间的隔离关系，并不一定限制封装天线结构中各功能模块的位置关系，所以所述电磁防护框143的位置设置会随着封装天线结构中各功能模块的位置关系而改变。
如图1及图11所示，接着进行步骤S5，采用第一封装层15封装所述第一金属连接柱141、所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134，并使得所述第一封装层15的顶面显露所述第一金属连接柱141。
作为示例，采用第一封装层15封装所述第一金属连接柱141、所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第一封装层15的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
具体地，如图10所示，在形成所述第一封装层15后，可采用研磨或者抛光的方法作用于所述第一封装层15的上表面，以提供表面平整的所述第一封装层15，提高产品质量。
如图1及图12所示，接着进行步骤S6，于所述第一封装层15的表面形成第一天线金属层16，所述第一天线金属层16与所述第一金属连接柱141电连接。
例如，可以先采用蒸镀或溅射等方法于所述第一封装层15表面形成所述第一天线金属层16，然后采用刻蚀工艺形成所需图形的第一天线金属层16。当然，也可以采用金属剥离工艺形成所述第一天线金属层16，先于所述第一封装层15表面形成光刻胶图形，然后采用蒸镀或溅射等方法于所述光刻胶图形上形成第一金属天线层，最后去除所述光刻胶图形同时剥离所述光刻胶图形上的第一天线金属层，在所述第一封装层15表面保留所需图形的所述第一天线金属层16。
如图1及图13所示，接着进行步骤S7，提供SAW滤波器组件(Surface AcousticWave)135及天线调谐器组件(Tuner)136，将所述SAW滤波器组件135及所述天线调谐器组件136接合于所述第一天线金属层16。所述SAW滤波器组件135形成为封装天线结构的天线传送功能模块及天线接收功能模块的共用的无源器件，所述天线调谐器组件136形成为封装天线结构的天线接收功能模块的无源器件。
作为示例，采用表面贴装工艺将所述SAW滤波器组件135及所述天线调谐器组件136接合于所述第一天线金属层16。
如图1及图14所示，接着进行步骤S8，于所述第一天线金属层16上形成第二金属连接柱17。
作为示例，采用焊线工艺制作所述第二金属连接柱17，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；所述第二金属连接柱17的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
作为示例，采用电镀或化学镀的方法制作所述第二金属连接柱17；所述第二金属连接柱17的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
如图1及图16所示，接着进行步骤S9，采用第二封装层18封装所述第一天线金属层16、所述第二金属连接柱17、所述SAW滤波器组件135及所述天线调谐器组件136，并使得所述第二封装层18的顶面显露所述第二金属连接柱17。
作为示例，采用所述第二封装层18封装所述第一天线金属层16、所述第二金属连接柱17、所述SAW滤波器组件135及所述天线调谐器组件136的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第二封装层18的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
具体地，如图15及图16所示，在形成所述第二封装层18后，可采用研磨或者抛光的方法作用于所述第二封装层18的上表面，以提供表面平整的所述第二封装层18，提高产品质量。
如图1及图17所示，接着进行步骤S10，于所述第二封装层18的表面形成第二天线金属层19，所述第二天线金属层19与所述第二金属连接柱17电连接。
例如，可以先采用蒸镀或溅射等方法于所述第二封装层18表面形成所述第二天线金属层19，然后采用刻蚀工艺形成所需图形的第二天线金属层19。当然，也可以采用金属剥离工艺形成所述第二天线金属层19，先于所述第二封装层18表面形成光刻胶图形，然后采用蒸镀或溅射等方法于所述光刻胶图形上形成第二金属天线层，最后去除所述光刻胶图形同时剥离所述光刻胶图形上的第二天线金属层，在所述第二封装层18表面保留所需图形的所述第二天线金属层19。
如图1及图18所示，接着进行步骤S11，去除所述分离层11及所述支撑基底10。
例如，给予激光对所述LTHC光热转换层进行加热，使所述重新布线层12及所述支撑基底10自所述LTHC光热转换层处相互分离。
如图1及图20所示，接着进行步骤S12，提供收发一体芯片(TX&RX芯片)138及电源管理集成电路芯片(Power Management Integrated Circuits，简称PMIC芯片)137，将所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137接合于所述重新布线层12的第一面上。所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137形成为封装天线结构的天线传送功能模块及天线接收功能模块的共用的有源器件。
作为示例，如图19所示，将所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137接合于所述重新布线层12的第一面上之前还包括，于所述重新布线层12的第一面上形成凸块下金属层202的步骤。所述凸块下金属层202具有良好的粘附特性，与焊料球之间也有良好的润湿特性；另外，凸块下金属层202作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。
作为示例，如图20所示，将所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137接合于所述重新布线层12的第一面上之后还包括，于所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137与所述重新布线层12的第一面之间填充底部填充层203的步骤，所述底部填充层203的材料包括复合树脂材料。所述底部填充层203可提高所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137与所述重新布线层12的结合强度并保护所述重新布线层12。
如图1及图21所示，接着进行步骤S13，于所述重新布线层12的第一面上形成金属凸块201。
作为示例，所述金属凸块201包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
实施例2
如图21所示，本实施例提供一种三维封装天线，所述三维封装天线可使用实施例1中公开的制备方法制得。所述三维封装天线至少包括：
重新布线层12，所述重新布线层12包括第一面以及相对的第二面；
功率放大器芯片131、低噪声放大器芯片132、第一无源组件133及第二无源组件134，接合于所述重新布线层12的第二面上；
第一金属连接柱141，形成于所述重新布线层12的第二面上并与所述重新布线层12电连接；
第一封装层15，覆盖所述第一金属连接柱141、所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134，且所述第一封装层15的顶面显露所述第一金属连接柱141；
第一天线金属层16，形成于所述第一封装层15的表面，所述第一天线金属层16与所述第一金属连接柱141电连接；
SAW滤波器组件135及天线调谐器组件136，接合于所述第一天线金属层16；
第二金属连接柱17，形成于所述第一天线金属层16上；
第二封装层18，覆盖所述第一天线金属层16、所述第二金属连接柱17、所述SAW滤波器组件135及所述天线调谐器组件136，且所述第二封装层18的顶面显露所述第二金属连接柱17；
第二天线金属层19，形成于所述第二封装层18的表面，所述第二天线金属层19与所述第二金属连接柱17电连接；
收发一体芯片138及电源管理集成电路芯片137，接合于所述重新布线层12的第一面上；
金属凸块201，形成于所述重新布线层12的第一面上。
作为示例，所述三维封装天线还包括电磁防护柱142，形成于所述重新布线层12的第二面上，所述电磁防护柱142与所述重新布线层12电连接，并由所述电磁防护柱142将所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱142的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
作为示例，所述三维封装天线还包括电磁防护框143，所述电磁防护框143与所述重新布线层12电连接，并由所述电磁防护框143将所述功率放大器芯片131、所述低噪声放大器芯片132、所述第一无源组件133及所述第二无源组件134相互之间电磁隔离；所述电磁防护框143的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
作为示例，所述收发一体芯片138、所述电源管理集成电路芯片137及所述金属凸块201与所述重新布线层12的第一面之间还包括凸块下金属层202。
作为示例，所述收发一体芯片138及所述电源管理集成电路芯片137与所述重新布线层12的第一面之间还包括底部填充层203，所述底部填充层203的材料包括复合树脂材料。
作为示例，所述重新布线层12包括介质层121及金属布线层122，所述介质层121的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层122的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
作为示例，所述第一封装层15的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种；所述第二封装层18的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
作为示例，所述第一金属连接柱141及所述第二金属连接柱17的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
作为示例，所述金属凸块201包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。
如图21所示，所述第二天线金属层19接收到电磁波信号，通过所述天线调谐器组件136及所述SAW滤波器组件135实现阻抗匹配以及滤波后，将信号传送到所述低噪声放大器芯片132，经所述低噪声放大器芯片132将信号放大后传送至所述收发一体芯片138，经所述收发一体芯片138最后将信号传送至后级的基带电路端，完成封装天线的天线接收功能模块的信号接收；另一方面，基带电路端将信号传送到所述收发一体芯片138，经所述收发一体芯片138后将信号传送至所述功率放大器芯片131，所述功率放大器芯片131将信号放大再通过所述SAW滤波器组件135滤波后，将信号通过所述第二天线金属层19向外部发射，完成封装天线的天线传送功能模块的信号发射；最后，所述电源管理集成电路芯片137实现对整个封装天线结构中电能的变换、分配、检测及其他电能管理。
综上所述，本发明的三维封装天线及其封装方法，使用两层封装层、两层金属连接柱及两层天线金属层将封装天线结构中的天线传送功能模块及天线接收功能模块通过三维封装的方式进行封装，有效减小了封装天线的体积；另外，三维封装的方式，有效缩短了封装天线结构中元件的信号传输线路，使封装天线的电连接性能及天线效能得到很大提高，从而减少封装天线的功耗以及电磁波的衰减；最后，通过在各有源器件之间设置电磁防护柱或电磁防护框，有效降低各封装天线中元件之间的电磁干扰，提高天线效能。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 (21)
1.一种三维封装天线的封装方法，其特征在于，所述封装方法至少包括以下步骤：
提供支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；
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接触的第一面及相对的第二面；
提供功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、第一无源组件及第二无源组件，将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件接合于所述重新布线层的第二面上；
于所述重新布线层的第二面上形成第一金属连接柱，所述第一金属连接柱与所述重新布线层电连接；
采用第一封装层封装所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件，并使得所述第一封装层的顶面显露所述第一金属连接柱；
于所述第一封装层的表面形成第一天线金属层，所述第一天线金属层与所述第一金属连接柱电连接；
提供SAW滤波器组件及天线调谐器组件，将所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件接合于所述第一天线金属层；
于所述第一天线金属层上形成第二金属连接柱；
采用第二封装层封装所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件，并使得所述第二封装层的顶面显露所述第二金属连接柱；
于所述第二封装层的表面形成第二天线金属层，所述第二天线金属层与所述第二金属连接柱电连接；
去除所述分离层及所述支撑基底；
提供收发一体芯片及电源管理集成电路芯片，将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上；
于所述重新布线层的第一面上形成金属凸块。
2.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：还包括采用焊线工艺于所述重新布线层的第二面上形成电磁防护柱，所述电磁防护柱与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护柱将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：还包括于所述重新布线层的第二面上形成电磁防护框，所述电磁防护框与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护框将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护框的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上之前还包括，于所述重新布线层的第一面上形成凸块下金属层的步骤。
5.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：将所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片接合于所述重新布线层的第一面上之后还包括，于所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片与所述重新布线层的第一面之间填充底部填充层的步骤，所述底部填充层的材料包括复合树脂材料。
6.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：所述支撑基底包括玻璃基底、金属基底、半导体基底、聚合物基底及陶瓷基底中的一种；所述分离层包括聚合物层，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。
7.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：所述重新布线层包括介质层及金属布线层，所述介质层的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
8.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：采用表面贴装工艺将所述第一无源组件及所述第二无源组件接合于所述重新布线层的第二面上；采用表面贴装工艺将所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件接合于所述第一天线金属层。
9.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：采用所述第一封装层封装所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第一封装层的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种；采用所述第二封装层封装所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件的方法包括圧缩成形、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述第二封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
10.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：采用电镀或化学镀的方法制作所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱；所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，其特征在于：采用焊线工艺制作所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱；所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的三维封装天线的封装方法，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。
13.一种三维封装天线，其特征在于，所述三维封装天线至少包括：
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；
功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、第一无源组件及第二无源组件，接合于所述重新布线层的第二面上；
第一金属连接柱，形成于所述重新布线层的第二面上并与所述重新布线层电连接；
第一封装层，覆盖所述第一金属连接柱、所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件，且所述第一封装层的顶面显露所述第一金属连接柱；
第一天线金属层，形成于所述第一封装层的表面，所述第一天线金属层与所述第一金属连接柱电连接；
SAW滤波器组件及天线调谐器组件，接合于所述第一天线金属层；
第二金属连接柱，形成于所述第一天线金属层上；
第二封装层，覆盖所述第一天线金属层、所述第二金属连接柱、所述SAW滤波器组件及所述天线调谐器组件，且所述第二封装层的顶面显露所述第二金属连接柱；
第二天线金属层，形成于所述第二封装层的表面，所述第二天线金属层与所述第二金属连接柱电连接；
收发一体芯片及电源管理集成电路芯片，接合于所述重新布线层的第一面上；
金属凸块，形成于所述重新布线层的第一面上。
14.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述三维封装天线还包括电磁防护柱，形成于所述重新布线层的第二面上，所述电磁防护柱与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护柱将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护柱的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述三维封装天线还包括电磁防护框，所述电磁防护框与所述重新布线层电连接，并由所述电磁防护框将所述功率放大器芯片、所述低噪声放大器芯片、所述第一无源组件及所述第二无源组件相互之间电磁隔离；所述电磁防护框的材料包括金、铜、铝、银中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述收发一体芯片、所述电源管理集成电路芯片及所述金属凸块与所述重新布线层的第一面之间还包括凸块下金属层。
17.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述收发一体芯片及所述电源管理集成电路芯片与所述重新布线层的第一面之间还包括底部填充层，所述底部填充层的材料包括复合树脂材料。
18.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述重新布线层包括介质层及金属布线层，所述介质层的材料包括由环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
19.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述第一封装层的的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种；所述第二封装层的材料包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种。
20.根据权利要求13所述的三维封装天线，其特征在于：所述第一金属连接柱及所述第二金属连接柱的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种。
21.根据权利要求13所述的三维封装天线，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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