CN110739526B

CN110739526B - 天线射频前端封装制造方法

Info

Publication number: CN110739526B
Application number: CN201911043256.XA
Authority: CN
Inventors: 石先玉; 万里兮
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: CN110739526A

Abstract

本公开提供一种天线射频前端封装制造方法，包括：步骤S1：在基板上制作完成的天线网络模块；步骤S2：将步骤S1完成的天线网络模块反转并进行芯片倒装及塑封；步骤S3：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层并进行刻蚀生成表面电路网络；步骤S4：在步骤S3完成的表面电路网络中的引出焊盘上制备电气连接孔；以及步骤S5：在所述电路网络表面行植球操作，完成天线射频前端封装制造；该方法基于传统成熟的基板制作工艺，将射频芯片组装在天线的背面，并塑封起来，提高了封装的可靠性。

Description

天线射频前端封装制造方法

技术领域

本公开涉及射频芯片及天线集成技术领域，尤其涉及一种天线射频前端封装制造方法。

背景技术

伴随着5G通信技术到来，射频前端的集成度将会大大提高，并且在毫米波通信中，信号在空气中的损耗大大增加，同时信号在射频芯片和天线之间的传输损耗很大，严重影响信号的对外辐射能力。因此要求天线与射频芯片之间的电路连接最短，以减小互连损耗。因此将天线与射频前端封装在一起形成一个模块的天线封装AIP(antenna in package)技术变得格外重要。同时在消费便携式移动通行产品中，对设备的小型化要求越加严苛。为减小信号的互连损耗，需要将传输射频信号的互连做得足够短，并使用介电损耗较小的介质。

在现有的天线封装技术中，大多是将射频芯片通过倒装的方式组装到天线的背面，并通过BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)与外电路相连，BGA焊球与芯片处于同一平面，分布在芯片四周，焊球高度大于芯片高度，但该方法可靠性较低。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种天线射频前端封装制造方法，以缓解现有技术中将射频芯片通过倒装的方式组装到天线的背面时，通过球栅阵列外电路相连，但可靠性较低等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种天线射频前端封装制造方法，包括：

步骤S1：在基板上制作完成的天线网络模块；

步骤S2：将步骤S1完成的天线网络模块反转并进行芯片倒装及塑封；

步骤S3：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层并进行刻蚀生成表面电路网络；

步骤S4：在步骤S3完成的表面电路网络中的引出焊盘上制备电气连接孔；以及

步骤S5：在所述电路网络表面行植球操作，完成天线射频前端封装。

在本公开实施例中，步骤S1中所述天线网络模块包括：天线贴片、过孔、天线馈线、介质基板、以及焊盘；所述焊盘用于芯片组装和引出外电路；所述天线贴片和焊盘位于天线网络模块的相对表面。

在本公开实施例中，所述天线馈线或过孔通过最短的方式从天线贴片处连接到焊盘。

在本公开实施例中，所述步骤S2包括：

步骤S21：将步骤S1完成的天线网络模块反转；

步骤S22：在反转后的天线网络模块表面的焊盘上焊接芯片；以及

步骤S23：对焊接后的芯片进行塑封制成塑封层。

在本公开实施例中，步骤S22中所述芯片包括：射频芯片、数字控制芯片、基带芯片中任意一种。

在本公开实施例中，步骤S23中所述塑封层的制备材料包括：环氧树脂、环氧有机硅杂物、有机硅中至少一种。

在本公开实施例中，步骤S23中所述塑封层的制备材料包括：热塑性有机化合物。

在本公开实施例中，所述步骤S3包括：

步骤S31：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层；以及

步骤S32：对步骤S31制备的金属层进行图像化处理，制成表面电路网络。

在本公开实施例中，所述步骤S4包括：

步骤S41：在表面电路网络中的引出焊盘上钻通孔；

步骤S42：在步骤S41所钻的孔道内壁电镀金属层；

步骤S43：步骤S42孔道内壁电镀金属层后对不需要电气性能的孔道部分进行背钻处理；以及

步骤S44：将步骤S43背钻处理后的钻孔孔道进行回填。

在本公开实施例中，步骤S44中回填材料与天线基板材料相同或介电常数相同的有机材料。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种天线射频前端封装制造方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)封装的可靠性高；

(2)工艺成熟、制作周期短、开发成本低；

(3)可将其它无源器件和控制芯片与射频芯片组装在同一个平面上，实现高密度低剖面集成。

附图说明

图1为本公开实施例天线射频前端封装制造方法的流程示意图。

图2为本公开实施例步骤S1中在基板上制作完成天线网络模块部分的截面结构示意图。

图3为将图2中制作好的天线网络模块翻转180°后的截面示意图。

图4为图3所示结构进行芯片倒装后的截面示意图。

图5为图4所示芯片倒装流程完成后进行塑封准备的截面示意图。

图6为图4所示芯片外形成塑封层后的截面示意图。

图7为图6所示塑封层表面形成一层金属层后的截面示意图。

图8为对图7所示的金属层进行图形化处理后形成表面电路网络的截面示意图。

图9为对图7所示的表面电路网络中的焊盘处进行钻孔后的截面示意图。

图10为对图9所示的钻孔孔道内壁进行电镀金属后的截面结构示意图。

图11为对图10所示电镀金属后的钻孔孔道不需要电气性能的部分进行背钻处理后的截面示意图。

图12为对图11所示背钻处理后的孔道进行回填后的截面示意图。

图13为完成孔道回填后在电路网络表面进行植球从而完成天线射频前端封装的截面示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种天线射频前端封装制造方法，该方法基于传统成熟的基板制作工艺，将射频芯片组装在天线的背面，并塑封起来，提高了封装的可靠性。相较于使用晶圆级封装，具有工艺成熟、制作周期短、开发成本低的优势。该方法将射频芯片组装在天线基板的背面，保证天线与射频器件之间的最短互连，同时可将其它无源器件和控制芯片与射频芯片组装在同一个平面上，实现高密度低剖面集成。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种天线射频前端封装制造方法，如图1所示，所述的天线射频前端封装制造方法，包括如下步骤：

步骤S1：在基板上制作完成的天线网络模块；

所述天线网络模块包括：天线贴片、过孔、天线馈线、介质基板和焊盘，所述焊盘用于芯片组装和引出外电路；

图2所示，在基板上制作完成的天线网络部分，其中包含了天线功能所需的各个部分，包括天线、过孔、介质基板、接地平面和为芯片组装和引出外电路所预留的焊盘，即芯片键合焊盘及外电路引出焊盘；该过程使用常规天线制作方法完成，天线馈线或者过孔通过最短或尽量短的方式从天线贴片处连接到焊盘，以最大限度降低射频信号的互连损耗，并使结构更加紧凑。

所述步骤S2具体包括：

步骤S21：将步骤S1完成的天线网络模块反转；

图3是将图2中制作好的天线网络模块翻转180°后的截面图，翻转的目的是为了在天线阵列的背面组装芯片，以该模块作为组装芯片的基板，芯片键合焊盘以及外电路引出焊盘翻转后位于模块的最上层，用坐标-z表示。

步骤S22：在反转后的天线网络模块表面的焊盘上焊接芯片；

图4所示是在完成图3所示流程后进行芯片倒装的截面图，通过回流工艺将芯片倒装焊接在天线基板提前制作好的焊盘上，所述芯片包括：射频芯片或者其它数字控制芯片和基带芯片，同时也可以包含其它无源器件等。

步骤S23：对焊接后的芯片进行塑封制成塑封层；

图5所示是在图4所示芯片贴装流程完成的基础上进行塑封的截面图，通过使用EMC材料进行塑封，所述塑封材料包括：环氧树脂、环氧有机硅杂物、有机硅等；

或者对热塑性有机化合物进行升温，有机物包括PID等光刻材料，使有机物熔融，进行塑封。塑封的过程中需要施加一定的压力，使熔融有机物能够填充满芯片之间的间隙。图6所示是完成热压流程后形成的器件截面图，在熔融的有机物覆盖芯片后，经过冷却，使有机物固化，形成一层塑封层，冷却后固化的塑封层表面会有不平坦的现象，为了后面能在塑封层上布线，需要对塑封层表面进行研磨，做平坦化处理。

步骤S3：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层并进行刻蚀生成表面电路网络；所述步骤S3包括：

步骤S31：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层；

图7所示是在图6所述平坦化成后在塑封层表面形成一层金属层，该金属层用于刻蚀后形成电路图形。

步骤S32：对步骤S31制备的金属层进行图像化处理，制成表面电路网络；

所述表面电路网络包括引出焊盘；

图8所述是在完成图7所述的金属层的制作后，对金属层进行图形化处理，形成表面电路网络，该表面制作有引出焊盘，用于后面的通孔制作，将芯片与外电路形成电气连接。

步骤S4：在步骤S3完成的表面电路网络中的引出焊盘上制备电气连接孔；

所述步骤S4具体包括：

步骤S41：在表面电路网络中的引出焊盘上钻通孔；

图9所示是在完成图8所示的工艺流程后，在需要进行制作通孔的焊盘处进行钻孔，钻孔方式可以是机械钻孔，也可以是激光钻孔。钻孔后需要对基板进行清洗，以去除残渣，残渣可能会影响孔壁的电镀，并污染焊盘。

步骤S42：在步骤S41所钻的孔道内壁电镀金属层；

图10所示是在图9钻孔工艺完成后，对钻孔内壁进行电镀处理，在通孔的内表面覆盖一层金属。

步骤S43：步骤S42孔道内壁电镀金属层后对不需要电气性能的孔道部分进行背钻处理；

图11所示是在对图10工艺完成之后对不需要电气性能的通孔部分进行背钻处理。从基板的背面，即天线所在层使用比钻孔孔径更大的钻头进行背钻，背钻的目的是去除天线基板层中通孔内部的镀铜，如果不去除此部分镀铜，在高频下，特别是毫米波情况下，钻孔不需要电气互联部分的残桩将会使整体电路的性能恶化，进而影响天线辐射性能。

所述背钻处理的深度需要精准控制，背钻过会导致通孔互连失效。背钻之后需要再次对基板进行清洗。

步骤S44：将步骤S43背钻处理后的钻孔孔道进行回填；

图12所示是在完成图11所述工艺之后，对背面的背钻处理后的孔道进行回填，回填主要是为了保护天线基板，避免天线基板受水汽等外界因素的影响，保证可靠性。回填材料选择和天线基板材料介电常数相同或接近的有机材料。

图13所示是在完成图12所述背钻通孔回填工艺后，在塑封层表面形成的电路图型上进行植球操作，以作为整个模组和外界电路的连接桥梁，从而，完成天线射频前端封装制造。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种天线射频前端封装制造方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种天线射频前端封装制造方法，基于传统成熟的基板制作工艺，将射频芯片组装在天线基板的背面，保证天线与射频器件之间的最短互连，同时可将其它无源器件和控制芯片与射频芯片组装在同一个平面上，实现高密度低剖面集成。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种天线射频前端封装制造方法，包括：

步骤S1：在基板上制作完成的天线网络模块；

步骤S5：在所述电路网络表面行植球操作，完成天线射频前端封装；

所述天线网络模块包括：介质基板、天线贴片、过孔、天线馈线、接地平面、以及焊盘；所述焊盘用于芯片组装和引出外电路；所述天线贴片和焊盘位于天线网络模块的相对表面；所述天线馈线或过孔通过最短的方式从天线贴片处连接到焊盘。

2.根据权利要求1所述的天线射频前端封装制造方法，所述步骤S2包括：

步骤S21：将步骤S1完成的天线网络模块反转；

步骤S23：对焊接后的芯片进行塑封制成塑封层。

3.根据权利要求2所述的天线射频前端封装制造方法，步骤S22中所述芯片包括：射频芯片、数字控制芯片、基带芯片中任意一种。

4.根据权利要求2所述的天线射频前端封装制造方法，步骤S23中所述塑封层的制备材料包括：环氧树脂、环氧有机硅杂物、有机硅中至少一种。

5.根据权利要求2所述的天线射频前端封装制造方法，步骤S23中所述塑封层的制备材料包括：热塑性有机化合物。

6.根据权利要求1所述的天线射频前端封装制造方法，所述步骤S3包括：

步骤S31：在步骤S2完成的塑封层表面制备金属层；以及

7.根据权利要求1所述的天线射频前端封装制造方法，所述步骤S4包括：

步骤S41：在表面电路网络中的引出焊盘上钻通孔；

步骤S42：在步骤S41所钻的孔道内壁电镀金属层；

步骤S44：将步骤S43背钻处理后的钻孔孔道进行回填。

8.根据权利要求7所述的天线射频前端封装制造方法，步骤S44中回填材料与天线基板材料相同或介电常数相同的有机材料。