CN110798988A - 制作高频天线封装基板的加成法工艺和AiP封装天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制作高频天线封装基板的加成法工艺和AiP封装天线结构。具体而言，公开了一种用于制作高频天线封装基板或器件的加成法工艺，包括：在绝缘基材的表面上局部丝印覆盖材料；对覆盖材料的表面和未经覆盖的绝缘基材的表面进行离子注入金属化以形成导电籽晶层；从绝缘基材的表面去除覆盖材料以露出导电籽晶层的金属化导电图形；以及在露出的导电籽晶层的金属化导电图形上进行图形电镀铜加厚以形成带有最终金属化图形的天线封装基板或器件。此外，还公开了一种AiP封装天线结构，包括天线封装基板，以及电性连接至天线封装基板的芯片。天线封装基板的导体线路截面是完全的垂直型，从而能够最大限度地避免在毫米波高频信号方面的损耗。

Description

制作高频天线封装基板的加成法工艺和AiP封装天线结构

技术领域

本发明涉及高频天线的制造领域，并且具体地涉及用于制作高频天线封装基板或器件的加成法工艺和AiP封装天线结构。

背景技术

目前，在印制封装基板（或载板）的制造领域，封装基板的线路制备方法主要有减成法、半加成法，以及加成法。

减成法（或称蚀刻法）是指在覆铜板铜面或含孔的电镀铜面上，通过干膜的光图形转移形成抗蚀层，然后选择性地蚀刻减除裸露铜部分以形成所需线路或电路的工艺，其目前仍然是国内外最主要、应用最广泛的印制线路技术。虽然工艺成熟，但减成法主要缺点在于污染严重，浪费蚀刻大量铜资源等；而且在蚀刻过程中，对裸露铜向下蚀刻的同时也会发生侧面蚀刻，铜厚越厚，则侧面蚀刻越大，从而导致线路截面呈梯形形状，最终限制了精细线路的制作。更严重的是，减成法涉及蚀刻过程，因而无法避免线路边缘产生锯齿、毛边和缺口缺陷，这在未来手机、基站等5G高频天线应用领域，会导致较大的导体信号损耗问题。

加成法是指在没有覆铜的绝缘基板上印制所需线路或电路后，以化学镀铜的方法在基板上镀出铜线路图形，形成以化学镀铜层为线路的印制板工艺。由于线路是后来加到印制板上而成，故称为加成法。目前现有的加成法工艺，主要可以分为全加成法（沉厚铜/电镀）、激光直接成型（LDS）、印制导电油墨或浆料法等。

最早的“全加成（沉厚铜）工艺”是采用含光敏催化剂的绝缘基板，按线路图形曝光后，通过对基板曝光区域选择性化学沉厚铜，得到导体图形的工艺。后续的全加成工艺，有以上海蓝沛公司为代表的“全加成-电镀法”，其将柔性封装基板（FPC）的线路图形，通过印刷催化油墨在基板上（油墨含有金属颗粒）而在基材表面上形成导电图形，再经电镀铜加厚，将基材表面上的导电图形转换成导体线路。

激光直接成型（LDS）技术，是指利用计算机按照电路图形轨迹控制激光的运动，将激光投照到模塑成型的三维塑料器件上，快速活化出3D电路（立体电路）图案，经化学镀后形成金属线路。LDS是实现立体电路的一种工艺。该工艺主要包含激光敏感材料、激光烧蚀和化学沉铜等步骤。关键的激光活化原理为在激光敏感材料中添加热转换还原的铜粒子，利用激光活化，可沿着三维壳体表面烧蚀出电路走线痕迹，使表面形成金属铜核和粗糙化，再进行化学沉铜和电镀铜加厚，最终得到电子线路，实现三维模塑器件互联（3D-MID，ThreeDimensional Molded Interconnect Device）。

印制导电油墨或浆料法又称为直接印制法，是指直接采用导电油墨或者浆料在绝缘基底上印制导电线路来形成所需要的线路。在特定领域，也有直接打印纳米导电油墨到绝缘基底上并固化成导体线路。

半加成法是指采用覆铜板制作印制线路板，其中线路的形成仍采用减成法，也即使用正像图形或抗蚀层保护所需线路或电路而对非线路部分的铜层进行蚀刻减除。不同的是，对于绝缘基板中的通孔则采用加成法来形成铜连接层，将双层或多层板之间的线路连接起来。由于仅是孔金属化采用加成法进行，故称为半加成法。半加成法包括SAP工艺（Semi-Additive Process）和改良型MSAP（Modified Semi-Additive Process）工艺。该方法虽然能够将蚀刻铜厚度降低至2-3μm以下，大幅降低侧蚀刻程度，但仍需对线路“闪蚀”蚀刻铜，因而不可避免地存在对线路边缘产生锯齿、毛边和缺口等缺陷问题。

下面的表1中示出了现有的数种PCB线路制备工艺方法的对比。

表1

对于以上封装基板主要制备方法而言，从制作效果上看，如图1中所示，仅有加成法能够制作完美“垂直型”的线路截面，从而能够最大限度地避免在毫米波高频信号方面的损耗。

然而，以上各种加成法工艺虽然在简化工序、避免蚀刻线路、提高精细线路能力方面有所优势，但仍存在一些显著缺陷：涉及光敏基材或材料，反复的光活化，生产成本较高；若在高频材料内渗入金属粒子，则会改变其材料的介电性能和增加信号损耗；若涉及到化学沉铜工序，则存在甲醛、EDTA等影响环保的大量废水处理。而且，最严重的致命缺陷在于，与基材界面连接的导体线路是“化学沉铜层、导电油墨或者浆料”。这些导体材料容易剥离，特别是耐高温后的剥离强度衰减严重，耐热可靠性不良，从而导致无法在需回流焊等的高端电子产品中推广应用，特别是制约了未来5G手机、基站和汽车无线雷达等领域的应用。

随着5G移动通信系统频率移到毫米波频段以获得更宽的通信带宽，对天线和射频前端模组设计带来了一系列变化。在高端智能手机天线、基站天线和汽车无线雷达等高频天线领域，必须使用PTFE、LCP、PPE或PPS等优秀的高频超低损耗绝缘材料，而且要求绝缘基材上的导体线路截面是完全的垂直型（如图1所示）。此外，为了电子组件高度集成，这些高频天线或组件有朝着3维立体电路（3D-MID）和封装天线（AiP，antenna in package）形式发展。因此，以上这些发展趋势表明，未来5G毫米波频段的应用，特别是3D-MID和AiP天线领域，急需新型的高可靠性的用于制作高频天线电路的加成法工艺。

在申请人另外的两件专利申请文件CN201710096053和CN201710218040中，涉及到采用“加成法”制作封装基板或高频介质部件线路的主要工艺流程，其公开内容通过引用并入本文中。大体上，这些工艺流程包括：

对基材（包含板状、3D异形形状）采用覆盖材料（如模具、光阻层、液态光阻层或干膜）进行局部选择性覆盖；

对“覆盖材料的表面和未经覆盖的基材表面”进行离子注入与等离子体沉积；

对“覆盖材料的表面和未经覆盖的基材表面”的注入金属层进行电镀金属铜加厚；

对“覆盖表面和未覆盖的基材表面”同时进行蚀刻，直至显露出覆盖层的顶部；以及

对显露的覆盖层去除，从而得到导体线路。

在上述专利申请中，通过覆盖材料，实现了对基材和3D微波介质部件的“局部选择性离子注入”。而且，通过离子注入技术，提高了金属与基材的结合力，从而满足5G毫米波器件对“高可靠性、加成法的线路截面垂直型”的要求。

然而，上述专利申请中所报道的加成法工艺，都是先加厚铜，然后对“覆盖材料的表面和未经覆盖的基材表面”进行蚀刻至显露出覆盖层，再去除覆盖层。显然，此种工艺流程不能完全摒弃蚀刻铜工序，由此带来蚀刻铜废水的环保问题。此外，所报道的覆盖材料，例如模具，仅适合用于“数十毫米以上”的局部大面积遮挡，而且难以紧密遮挡，因此难以用于精细线路制作。另外，由于光阻层和干膜材料通常较厚（例如，日立化成的感光膜，其厚度为7μm或更厚），一般需要采用化学碱或有机碱剥离液将其溶解去除。鉴于此种光阻层、干膜较厚，所面临的问题在于：一方面，在已电镀加厚较厚的铜条件下且加之导体线路细间距情况下，剥离液去除的难度将非常大；另一方面，光阻干膜需在加热情况下进行辊压合或辊涂布，才能保证“干膜-基材”结合力，因而不能应用作为3D的球形、喇叭状等复杂形状器件的覆盖材料。而且，最重要的是在基材上需对干膜进行曝光/显影，而在显影过程中，特别是在干膜较厚条件下，容易发生显影不尽和残留，从而导致形成的导体线路发生开路、缺口、毛边等问题，最终导致高频传输信号损耗加大。

鉴于上述，要实现一种新型的高可靠性的用于电路制作的加成法工艺，除了需采用“局部选择性离子注入金属化+电镀加厚”的工序以外，所选择的覆盖材料及其去除方法也是其实现的关键之一。如何进一步实现“环保、高效、高品质”地去除覆盖层，特别是对球形、喇叭状等3D异形器件的覆盖材料的去除，也是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术领域中存在的缺陷，其提供了一种用于制作高频天线封装基板或器件的加成法工艺，以及AiP封装天线结构。

一方面，本发明提供了根据如下技术方案所述的用于制作高频天线封装基板的加成法工艺。

技术方案1. 一种用于制作高频天线封装基板的加成法工艺，包括：在绝缘基材的表面上局部丝印覆盖材料；对所述覆盖材料的表面和未经覆盖的所述绝缘基材的表面进行离子注入金属化以形成导电籽晶层，其中，所述导电籽晶层的厚度≤0.5μm；从所述绝缘基材的表面去除所述覆盖材料以露出所述导电籽晶层的金属化导电图形；以及在露出的所述导电籽晶层的金属化导电图形上进行图形电镀铜加厚，以及备选地进行防氧化表面处理等，以形成带有最终金属化图形的天线封装基板。可选地，所述离子注入金属化包括对所述覆盖材料的表面和未经覆盖的所述绝缘基材的表面进行离子注入、溅射金属化以形成所述导电籽晶层。可选地，所述离子注入金属化包括对所述覆盖材料的表面和未经覆盖的所述绝缘基材的表面进行离子注入、阴极电弧磁过滤、溅射金属化以形成所述导电籽晶层。

技术方案2. 根据上述技术方案所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：对所述绝缘基材进行孔加工、对所加工的孔进行离子注入金属化和图形电镀铜加厚。该孔包括通孔、盲孔、埋孔、喇叭孔、阶梯槽孔中的一种或者它们的组合。

技术方案3. 根据上述技术方案所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：采用激光烧蚀的方式从所述绝缘基材的表面去除所述覆盖材料。

技术方案4. 根据上述技术方案所述的加成法工艺，其特征在于，所述天线封装基板上的导体线路截面为完全的垂直型。

技术方案5. 根据上述技术方案所述的加成法工艺，其特征在于，所述覆盖材料为厚度≤2μm的光刻胶或油墨。

技术方案6. 根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述绝缘基材包括板状形状和三维立体异形形状。

技术方案7. 根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：烘烤固化被丝印在所述绝缘基材的表面上的覆盖材料。

技术方案8. 根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，对于所述天线封装基板的绝缘基材的各层表面，除采用根据本发明的加成法工艺制作导电线路和焊盘外，还可部分层采用加成法工艺而部分层采用半加成法工艺来制作导电线路和焊盘。

另一方面，本发明还提供了根据如下技术方案所述的AiP封装天线结构。

技术方案9. 一种AiP封装天线结构，包括芯片和电性地连接至芯片的天线封装基板，其中，所述天线封装基板包括具有相对的第一表面和第二表面的绝缘基材，设置在所述绝缘基材的第一表面上的天线辐射贴片焊盘，以及设置在所述绝缘基材的第二表面上的接地焊盘。

技术方案10. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述天线封装基板具有大于或等于2层的电路设计，其中，对于具有2层电路设计的天线封装基板而言，所述天线辐射贴片焊盘位于所述天线封装基板的最外层表面上且其辐射方向朝外，以及所述接地焊盘位于所述天线封装基板的与所述最外层表面相对的内层表面上，以及其中，对于具有大于2层电路设计的天线封装基板而言，所述天线辐射贴片焊盘位于所述天线封装基板的最外层表面上且其辐射方向朝外，所述接地焊盘位于与所述天线封装基板的最外层相邻的次内层上，以及在所述天线封装基板的最内层表面上设置有精细线路。

技术方案11. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述芯片和所述天线封装基板都设置在模塑封装材料内以形成模塑材料封装体。优选地，所述AiP封装天线结构还包括RDL布线层，所述RDL布线层具有馈线焊盘和经由其穿过的铜柱，其中，经由所述铜柱和所述馈线焊盘，所述芯片的芯片电极电性地连接至所述天线封装基板的焊盘例如接地焊盘。可选地，所述馈线焊盘还经由SMT焊锡球连接到载体例如PCB电路板上。

技术方案12. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述芯片的外周包覆有模塑封装材料以形成模塑材料封装体。优选地，所述芯片通过铜柱电性地连接至所述天线封装基板的焊盘例如接地焊盘。可选地，所述天线封装基板的焊盘还经由SMT焊锡球连接到载体例如PCB电路板上。可选地，所述芯片安装在所述天线封装基板的上部或下部。

技术方案13. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述天线封装基板的天线辐射贴片焊盘根据上述技术方案所述的加成法工艺制成，其中，所述天线辐射贴片焊盘的截面为完全的垂直型。备选地，所述天线封装基板的接地焊盘和/或所述RDL布线层的馈线焊盘采用半加成法工艺来制成。

技术方案14. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，在所述天线封装基板的焊盘的截面底部上设置有通过离子注入、溅射等金属化形成的导电籽晶层，所述导电籽晶层的厚度为0.05~2μm，优选为小于或等于0.5μm。

技术方案15. 根据上述技术方案所述的AiP封装天线结构，其特征在于，在所述RDL布线层的馈线焊盘的截面底部上设置有通过离子注入、溅射等金属化形成的导电籽晶层，所述导电籽晶层的厚度为0.05~2μm，优选为小于或等于0.5μm。

相比于现有技术，本发明涉及利用全加成法制作高频天线封装基板的方法和AiP封装天线结构。通过继承原有的“局部选择性离子注入”技术特点，满足耐高温后无线路剥离和“高可靠性、加成法的线路截面垂直型”要求以外，本发明还具有以下优点或特点：

1）所用加成法工艺的覆盖材料可以是≤2μm的光刻胶或油墨。通过对基材进行局部选择性丝印并且烘烤固化，能够容易实现对三维（3D）异形器件丝印覆盖材料，而且能够有效保证较好的结合力，以及能够耐高温（例如，可承受100-300°C），从而确保在离子注入高温条件下不变形和剥离；

2）所用加成法工艺能够通过“三维激光烧蚀”去除覆盖层。具体地，通过先行激光去除覆盖层，有利于更彻底地去除覆盖材料，避免密集线路小间距条件下残留覆盖层问题；以及

3）根据本发明的AiP封装天线结构，以及借助RDL布线工艺，通过离子注入对RDL布线层的绝缘基材进行金属化以制作馈线焊盘，从而实现天线封装基板与芯片同时集成在一个封装体内的互联，由此最终实现封装天线结构的高度，能够显著降低互连的寄生参数，进而实现封装天线的高度集成化、小型化，以满足未来高频通讯领域的毫米波频率、对低功耗的更高要求、RF元件数量增加的市场需求。

对于上述技术方案的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在本文中进一步描述。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。在附图中：

图1示出了根据不同线路制备工艺所制作的封装基板或封装基板的线路截面；

图2a示出了根据本发明的一个实施例的高频天线封装基板的俯视示意图；

图2b示出了根据图2a所示的高频天线封装基板的截面示意图；

图2c示出了根据本发明的一个实施例的包括3行2列共计6个天线封装基板的生产拼板；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的天线封装基板制造方法的流程图；

图4是利用图3所示方法制造2层天线封装基板在不同步骤的剖面图；

图5是根据本发明制作的4层天线封装基板的结构示意图；

图6示出了根据本发明制作的第一实施例的AiP封装天线结构；

图7示出了根据本发明制作的第二实施例的AiP封装天线结构；

图8示出了根据本发明制作的第三实施例的AiP封装天线结构；

以及

图9示出了根据本发明制作的第四实施例的AiP封装天线结构。

具体实施方式

现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是以阐述本发明的方式提供的，而并不限制本发明。实际上，本领域的技术人员很清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同方案范围内的这些修改和变型。

图2a示出了根据本发明的一个实施例的高频天线封装基板的俯视示意图。高频天线封装基板主要包括绝缘基材10、孔20以及金属层30。基材10可具有第一表面（例如，外露的表面），金属层30可选择性地结合在基材10的第一表面上。金属层30可为连续的金属层或图形化的金属层，其构成封装基板的最终导电图形区域。在一个实施例中，基材10的第一表面上的金属层30形成天线辐射贴片焊盘。通常，金属层30可包括金属加厚层和导电籽晶层。在一个实施例中，导电籽晶层可包括离子注入绝缘基材的第一表面内的离子注入层。在一个备选的实施例中，导电籽晶层还可包括形成在离子注入层上的阴极电弧磁过滤金属层和/或溅射金属层。金属加厚层附着在导电籽晶层上。备选地，在金属加厚层上还可具有金属防氧化层（未示出）。

孔20可包括通孔，在孔20中的金属层可类似于在基材10的第一表面上的金属层30。具体来说，孔20的孔壁上同样结合有金属加厚层和导电籽晶层。在一个备选的实施例中，导电籽晶层还可包括形成在离子注入层上的阴极电弧磁过滤金属层和/或溅射金属层。金属加厚层附着在导电籽晶层上。

图2b示出了根据图2a所示的高频天线封装基板的截面示意图。如图所示，基材10具有第一表面和相反的第二表面。在第二表面上可具有与第一表面上的构造相同或不同的构造。需要说明的是，第二表面上的构造的各层的厚度与第一表面上的构造的各层的厚度也可相同或不同。另外，金属层可完全地覆盖基材10，或者可部分地覆盖基材10而形成金属线路图形。在一个实施例中，基材10的第二表面上的金属层30形成接地焊盘。孔20为穿过基材10的通孔以导通封装基板或基材10的相反两个表面上的金属层30之间的电路连接。通常，孔的位置位于基材的最终导电图形区域范围内，也即金属层30上。当然，孔也可能形成部分盲孔，具体应视天线封装基板的设计而定。

继续参看图2a，在一个具体实施例中，封装基板10还设置有引线40，其同样地包括金属加厚层和导电籽晶层，用以电性地连接至孔20。在引线40的另一端，通常用以电性地连接至芯片（未示出）。

在本发明的一个实施例中，天线封装基板常常以生产拼板的形式产生。如图2c中所示，示出了生产拼板包括3行2列共计6个天线封装基板。在一些实施例中，生产拼板还可包括任意其它数量的天线封装基板。在拼板的周边，形成有电镀导电夹点。封装基板的引线可电性地连接至拼板周边的电镀导电夹点以及封装基板的邻近周边处。

以下对根据本发明的天线封装基板制造方法的一些实施例进行介绍。

图3是根据本发明的示例性实施例的天线封装基板制造方法的流程图。该天线封装基板制造方法大体可包括以下步骤：

步骤S10：对绝缘基材进行孔加工以在绝缘基材上形成孔；

步骤S20：在绝缘基材的表面上局部丝印覆盖材料；

步骤S30：对覆盖材料的表面、未经覆盖的基材表面和孔壁进行离子注入、阴极电弧磁过滤和/或溅射等组合方式金属化，以形成导电籽晶层；

步骤S40：从绝缘基材的表面去除覆盖材料以露出导电籽晶层的金属化导电图形；以及

步骤S50：在露出的导电籽晶层的金属化导电图形上进行图形电镀铜加厚以形成带有最终金属化图形的天线封装基板。

在步骤S10中，作为示例，绝缘基材可由下列材料中的一种或多种构成，也即液晶聚合物（LCP）、PPS、PTFE、PPE；耐高温尼龙（PA6/6T）、聚钛酸脂（PPA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、PBT、PET、聚碳酸酯、ABS塑料、改性环氧树脂、PI、玻璃、陶瓷材料等。通常，为了金属化的孔与最终的线路图形之间最优的电力与信号连通，钻孔的位置应尽量位于基材的最终导电图形区域范围内。孔一般为穿过基材的通孔，但是也可能形成部分盲孔，具体应视天线封装基板的设计而定。若孔径较大，可以采用机械钻孔的方式。在孔径较小时(小于100微米)，则可采用激光钻孔。在备选的实施方式中，还可采用高分子成型工艺在基材上制作孔或槽。

在步骤S20中，优选地，在绝缘基材的非导电图形区域上丝印覆盖材料。这里，丝印采用已图形转移的“不锈钢钢网”。覆盖材料可包括厚度为0.2μm~25μm、优选为厚度≤2μm的感光油墨或光刻胶等。在感光油墨或光刻胶固化成型后，随即牢固地附着在绝缘基材上。这样，实现对基材进行局部选择性地丝印并且烘烤固化。相比于现有技术，鉴于丝印覆盖材料具有良好的表面依随性，因此能够很容易地对三维异形器件丝印覆盖材料并且能够有效地保证较好的结合力，而且还能够耐高温，确保在离子注入高温条件下不变形、不剥离。这里，用语“异形”是指具有不规则的复杂形状，例如，立方体形、圆柱体形、阶梯圆盘形、球形、喇叭形等立体形状。在一个优选的实施方式中，感光油墨或光刻胶厚度为0.2μm~2μm，可耐高温100~300°C而不变形，并且在固化后与基材不剥离。

在步骤S30中，对覆盖材料的表面和未经覆盖的基材表面以及孔壁进行离子注入、阴极电弧磁过滤和/或溅射等组合方式金属化以形成导电籽晶层。离子注入金属化是指通过在绝缘基材的表面上离子注入金属离子以形成“离子注入过渡金属层”。在此过程中，高能的金属离子以很高的速度直接撞击基材表面，并且注入到基材的表面氧化层中乃至其下方基材本体的一定深度范围内(例如1-100nm，如5nm、10nm、20nm、50nm等)。这里，金属离子材料可包括Ni、Cu、Ti等。在所注入的金属离子与基材的表面氧化层或其本体材料分子之间形成了化学键或填隙结构，从而组成掺杂结构以有助于提高与基材本体的结合力。

在一个备选的实施例中，离子注入金属化可包括阴极电弧磁过滤金属化过程。具体地，在离子注入过程中，为了去掉或减少阴极真空弧产生的大颗粒，可以采用磁过滤器，即，建立一个弯曲的磁场，过滤掉不带电的大颗粒，仅将需要的带电离子沿着弯曲的磁场导向到基材的表面。

在另一备选的实施例中，离子注入金属化还包括溅射金属化过程，也即采用真空溅射的方法进一步地实现基材介质离子注入金属层表面与孔内离子注入金属层表面的金属化以形成导电籽晶层结构。具体地，在真空环境下，以金属靶材作为阴极，在真空内通入氩气，在电场和磁场作用下，氩气电离产生Ar+和e-，Ar+通过螺旋运动撞击靶材，激发出靶材原子(原子能量＜10eV)，沉积到离子注入金属层表面，形成导电籽晶层。由此，形成的导电籽晶层的金属厚度能够达到0.05-25μm。可选地，金属化过程还可包括等离子体沉积过程，以在离子注入金属层上形成等离子体沉积层。

在步骤S40中，为了从绝缘基材的表面去除覆盖材料，可采用激光烧蚀的方式去除感光油墨或者光刻胶。激光烧蚀设备可包括在PCB行业中常见的UV紫外/CO₂红外激光设备，其加工精度高，边缘干净无毛刺。在一个实施例中，该步骤包括首先设计出激光路径CAD图形资料或数据，然后沿着覆盖材料和非覆盖材料的边界来激光烧蚀。具体地，对于平面板状基材，激光烧蚀可采用平面2维烧蚀，而对于曲面或复杂3D异形器件基材，则可采用立体3维烧蚀的方式。可选地，在激光烧蚀之后，采用水冲洗的方式进一步去除残留的感光油墨或者光刻胶。在一个备选的实施例中，可采用化学碱性药水和/或等离子处理来去除激光烧蚀之后的感光油墨或者光刻胶。最后，再采用水冲洗进一步去除残留的感光油墨或者光刻胶。

在步骤S50中，图形电镀是在导电籽晶层的金属化导电图形的裸露表面上和/或孔壁上电镀一层达到要求厚度的铜层以用于加厚导电图形的厚度来形成带有最终金属化图形的天线封装基板。在一些实施例中，图形电镀也可用于在基板的导电图形上施加所需厚度的金镍或锡层。由此，依靠金属化孔、导电图形线路、引线以及内外叠层的互联设计，图形电镀的部分都设计为同一导通网络，如在图2a和图2b中所示。

在本发明的一个实施例中，在步骤S50之后，还可包括对天线封装基板的外层进行表面处理、铣外形、清洗等PCB常规制作步骤。

尽管图3描述的是根据本发明的高频天线封装基板的制造方法，但本领域技术人员应当理解其同样适用于高频器件的制作。为简洁起见，在本发明中仅以天线封装基板为例描述而不再重复描述高频器件的情形。

另外，应注意到，如果制造的是单面封装基板，因为仅需在基材的一个表面上形成金属层且没有穿过基材传递电力或信号的需求，故可以不包括步骤S10（也即，无需对绝缘基材钻孔）而是直接从步骤S20开始，在绝缘基材上局部丝印覆盖材料。

图4是根据本发明利用上述图3所示方法制作2层天线封装基板在不同步骤的剖面图。以下将结合相关附图对各步骤做详细描述。

如图4中所示，首先在步骤4a，对绝缘基材10进行孔加工以形成孔20。作为示例，绝缘基材可由下列材料中的一种或多种构成，也即液晶聚合物（LCP）、PPS、PTFE、PPE；耐高温尼龙（PA6/6T）、聚钛酸脂（PPA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、PBT、PET、聚碳酸酯、ABS塑料、改性环氧树脂、PI、玻璃、陶瓷材料等。孔20可以是通过机械或激光钻孔形成的通孔。备选地或附加地，还可采用高分子成型工艺在基材上制作孔或槽。通常，在形成孔后还需要对孔进行清洁和去除残屑以及超声波清洗等处理，从而得到彻底清洁的基材表面和孔壁表面。图中为简洁起见，仅示出一个通孔20，但根据实际需要，可在基材10上钻取一个或多个孔，包括通孔或盲孔，甚至加工出各种所需开槽。例如，该孔可包括通孔、盲孔、埋孔、喇叭孔、阶梯槽孔中的一种或者它们的组合。

然后，在步骤4b，对绝缘基材局部丝印覆盖材料。具体地，在绝缘基材10的非导电图形区域上丝印覆盖材料60。在文中，覆盖材料60可包括感光油墨或光刻胶等。感光油墨或光刻胶在固化成型后牢固地附着在绝缘基材10上。优选地，感光油墨或光刻胶厚度为0.2μm~2μm，可耐高温100~300°C，不变形，固化后与基材不剥离。

在局部丝印覆盖材料之后，在步骤4c，对覆盖材料表面、未经覆盖的基材表面和孔壁进行金属化例如离子注入金属化以形成导电籽晶层70。由此，实现基材的孔、面一体金属化。如图中所示，经过离子注入金属化之后，在覆盖材料60的表面、未被覆盖材料60覆盖的基材表面以及通孔20的内壁上都形成同样的导电籽晶层70。这样，不需要对微孔部分进行特别的单独处理，得到的导电籽晶层质地均匀且与基材之间的结合力强。所得的导电籽晶层的厚度不限，优选为0.05~2μm，更优选为小于或等于0.5μm，具体地根据后续工艺要求来设定，例如方阻需小于200Ω/□，以利于后续的电镀工序进行。并且尤其重要的是，与现有技术相比，极大地简化了工艺流程。

接着，在步骤4d，从绝缘基材10去除覆盖材料以露出导电籽晶层70的金属化导电图形。如在步骤4c中所示，覆盖材料60（例如，感光油墨或者光刻胶）附着在基材10上，在覆盖材料60的外部包覆有导电籽晶层70。为了去除覆盖材料60，如在步骤4d中所示，可采用激光烧蚀的方式，例如通过紫外激光降解高分子聚合物，将覆盖材料60连同包覆其的导电籽晶层70一起从绝缘基材上10去除。这里，激光烧蚀包括烧蚀覆盖材料60连同包覆其的导电籽晶层70。在激光烧蚀之后，可采用碱性药水或水等冲洗覆盖材料60，使之剥离、去掉，由此进一步地去除残留的覆盖材料60。本领域技术人员能够理解，在激光烧蚀过程中，仅是覆盖材料降解而不发生酸性蚀刻液腐蚀导电籽晶层的侧蚀现象。由此，确保绝缘基材上的导体线路截面是完全的垂直型，如图1中所示，从而能够最大限度地避免在毫米波高频信号方面的损耗。

相比在专利申请文件CN201710096053和CN201710218040中提到的覆盖材料，例如干膜，在基材上需对其进行曝光/显影；后续在显影过程中，特别是干膜较厚条件下，容易显影不尽和残留，导致形成的导体线路开路、缺口、毛边等问题，从而导致高频传输信号损耗加大。与此不同的是，本发明所采用的覆盖材料更薄（例如，薄至2μm以下），因而更容易去除；而且不必曝光、显影，从而避免显影对导体线路品质的影响。另外，由于激光烧蚀是按预先设计的图形线路来激光烧蚀“覆盖材料与非覆盖材料”的边界处材料上的金属，鉴于激光烧蚀本身烧蚀的累积面积较少，而且包覆覆盖材料的金属层厚度很薄（通常为纳米级别或1-2微米），以及激光烧蚀金属会使之汽化而便于通过设备抽气可完全将其抽走，故激光烧蚀金属可无需回收，也不会产生蚀刻铜废水，从而有助于减轻水污染排放。

然后，在步骤4e中，对露出导电籽晶层70的金属化导电图形进行图形电镀铜加厚以形成带有最终金属化图形的天线封装基板。如图中所示，在露出的导电籽晶层70上进行图形电镀以形成金属加厚层72，从而增加天线封装基板上金属层导电图形的厚度以及通孔孔壁的铜厚。由此，依靠金属化孔、导电图形线路、引线以及内外叠层的互联设计，实现了根据本发明的2层天线封装基板的导通。

优选地，在步骤4e之后，还可在金属加厚层72上进行表面处理以形成金属防氧化层74，如步骤4f所示。可选地，在电镀加厚后，可对导电线路或电路进行棕化处理，然后层压PP膜。这里，不再采用铜箔而是采用可剥离材料，例如离型膜。

尽管图4中示出的是在绝缘基材的相反两侧上采用根据本发明的加成方法形成导电线路或电路，本领域技术人员应理解的是，此种加成法工艺可仅在绝缘基材的一个侧面上实施而在绝缘基材的另一侧面上采用其它线路制备工艺，例如SAP或MSAP半加成工艺，用以制成高频天线所需的精细线路。

图5是根据本发明制作的4层天线封装基板的结构示意图。首先，如图3中所示那样制作2层天线封装基板。然后，以所得2层天线封装基板作为芯板50，使用半固化片Prepreg（简称PP片）52作为贴合层，按照从下到上依次为PP膜、芯板、PP膜的顺序进行配板，并放入压机中层压，以形成4层板。接着，以此4层板作为基板，继续参照图3中所示步骤进行钻孔、丝印覆盖材料、离子注入金属化、去除覆盖材料等，最终得到所需的4层天线封装基板。由此，根据需要，可类似地制作得到根据本发明的6层、8层天线封装基板等。

同样地，首先，如图3中所示那样制作2层天线封装基板。然后，以所得2层天线封装基板作为芯板，使用半固化片作为贴合层附着到芯板的一侧上进行配板，并放入压机中层压，以形成3层板。接着，以此3层板作为基板，继续参照图3中所示步骤进行钻孔、丝印覆盖材料、离子注入金属化、去除覆盖材料等，最终得到所需的3层天线封装基板。由此，根据需要，可类似地根据本发明制作得到诸如5层、7层的多层天线封装基板等。

图6示出了根据本发明制作的第一实施例的AiP封装天线结构100。在文中，用语“AiP”是指基于封装材料与工艺将天线封装基板与芯片集成在封装内，以实现系统级无线功能。具体地，芯片单独地被模塑封装材料包覆后，再安装在天线载板例如天线封装基板的下部。如图中所示，AiP封装天线结构100包括芯片180和根据本发明的方法制作的天线封装基板例如2层天线封装基板150。芯片180由铜柱或锡膏凸点168连接至天线封装基板150上。具体地，铜柱或锡膏凸点168连接至天线封装基板150的下表面上的精细线路。该精细线路可由SAP或MSAP半加成工艺制作，并且可包括含有离子注入和沉积金属层的导电籽晶层。在一个实施例中，芯片180的外周包覆有模塑材料或环氧EMC材料182以形成模塑材料封装体。天线封装基板150包括天线辐射贴片焊盘140、天线封装基板的高频绝缘基材120和接地焊盘160。高频绝缘基材120由低Dk/Df的绝缘材料构成，具有相对的第一表面和第二表面。天线辐射贴片焊盘140可包括含有根据本发明的加成法工艺制作的离子注入和沉积金属层的导电籽晶层，固定于天线封装基板150的第一表面上且其辐射方向朝外，而接地焊盘160固定于天线封装基板150的第二表面上。天线辐射贴片焊盘140的辐射方向背离接地焊盘160。AiP封装天线结构100借助于SMT焊锡球162连接在载体200例如PCB电路板上。芯片180置于天线封装基板150和载体200之间。在本发明的天线封装基板150的第一表面上，通过利用根据本发明的加成法工艺将较宽的天线辐射贴片焊盘140的截面制作为完全的“垂直型”，从而有利于减少AiP天线结构的传输信号损耗。此外，在本发明的天线封装基板150的第二表面上，还可采用SAP或MSAP半加成法工艺来制作精细线路和小间距焊盘，从而有利于铜柱或锡膏凸点与芯片的电性连接。

图7示出了根据本发明制作的第二实施例的AiP封装天线结构500。具体地，芯片单独地被模塑封装材料包覆后，再安装在天线封装基板的上部或下部。不同于图6中所示的2层天线封装基板150，图7中所示的天线封装基板550为3层封装基板。如图中所示，类似于天线辐射贴片焊盘540，芯片580同样位于天线封装基板550的第一表面上。在一个实施例中，芯片580的外周包覆有模塑材料或环氧EMC材料582。不同于图6，接地焊盘560嵌埋在封装基板550内。借助于盲孔520，接地焊盘560连接至天线封装基板550的下表面上的精细线路。该精细线路可由SAP或MSAP半加成工艺制作，并且可包括含有根据本发明的离子注入和沉积金属层的导电籽晶层。在封装基板550中设置有朝向第一表面敞开的开槽。芯片580位于开槽中并且借助于铜柱或锡膏凸点568而电性连接至封装基板550。在开槽的底表面上以及与开槽相对的封装基板550的第二表面上分别形成有较窄的精细线路焊盘。借助于通孔，可实现开槽底表面和封装基板第二表面上的精细线路焊盘的贯通连接。AiP封装天线结构500类似地借助于SMT焊锡球连接在载体例如PCB电路板上。同样地，在天线封装基板550的第一表面上，利用根据本发明的加成法工艺将较宽的天线辐射贴片焊盘540的截面制作为完全的“垂直型”，从而有利于减少AiP天线结构的传输信号损耗；而在天线封装基板550的第二表面上，采用的是利用SAP或MSAP半加成法工艺来制作较窄的精细线路和小间距焊盘，从而有利于铜柱或锡膏凸点与芯片的电性连接。

图8示出了根据本发明制作的第三实施例的具有RDL布线层（RedistributedLayer）的AiP封装天线结构800。具体地，芯片和天线封装基板都设置在模塑封装材料内，然后再按RDL布线工艺制作馈线焊盘。如图中所示，AiP封装天线结构800包括根据本发明的方法制作的天线封装基板850。可选地，天线封装基板850为2层封装基板，中间绝缘基材为低Dk/Df高频绝缘材料。类似于天线封装基板150、550，天线封装基板850的天线辐射贴片焊盘840和反射地平面焊盘860同样利用根据本发明的加成法工艺在绝缘基材上制成。天线封装基板850和芯片880各自单独地并行布置，但不同于图6和图7中所示，二者都由模塑材料或环氧EMC材料882包覆，从而形成模塑材料封装体810。在封装体810内于天线辐射贴片焊盘840的上方开设有窗口或开槽以露出天线辐射贴片焊盘840的辐射面。可选地，在窗口中可填充有低介电常数材料。在与封装体810的设有开窗或开槽的侧面相反的侧面上，设置有布线层绝缘介质863以形成RDL布线层。在一个实施例中，RDL布线层可通过压合、涂覆光刻胶、环氧胶等固化或溅射SiO₂形成布线层绝缘介质863而设置在封装体810的侧面上。可选地，在布线层绝缘介质863上继续成孔、进行离子注入、电镀铜、蚀刻线路等形成铜柱866和馈线焊盘865。借助于铜柱866，反射地平面焊盘860贯穿布线层绝缘介质863连接至馈线焊盘865。优选地，在芯片880的底面上，形成有芯片电极864，其连接至铜柱866。在一个实施例中，铜柱866可通过在布线介质上形成的通孔中进行离子注入和沉积金属化后再电镀铜形成。如图中所示，芯片880经由芯片电极864和铜柱866而贯穿布线层绝缘介质863连接至馈线焊盘865，且可选地因此经由另一铜柱866而连接至天线封装基板850、尤其是其反射地平面焊盘860。馈线焊盘865形成在布线层绝缘介质863上。在一个实施例中，通过在布线层绝缘介质上进行离子注入和沉积金属化，采用SAP或MSAP工艺制作较窄的精细线路，由此形成馈线焊盘865。可选地，SMT焊锡球862植在焊盘上用以连接载体例如PCB电路板，由此可向封装体810、尤其是芯片880和天线辐射贴片焊盘840馈电。

图9示出了根据本发明制作的第四实施例的具有RDL布线层的AiP封装天线结构900。同样地，芯片和天线封装基板都设置在模塑封装材料内，然后再按RDL布线工艺制作馈线焊盘。类似于图8中所示，天线封装基板仍为2层封装基板，在其相对的侧面上分别设置有天线辐射贴片焊盘和反射地平面焊盘。而且，天线封装基板和芯片二者都由模塑材料或环氧EMC材料包覆，从而形成模塑材料封装体。同样地，在封装体内于天线辐射贴片焊盘的上方开设有窗口或开槽以露出天线辐射贴片焊盘的辐射面。然而不同的是，在RDL布线层中形成有3层馈线焊盘。具体地，除了类似于图8中所示形成在布线层绝缘介质的下表面上的馈线焊盘外，在绝缘介质内还嵌埋有另外的2层馈线焊盘。在一个实施例中，如在图8中所示，首先通过在布线层绝缘介质上采用离子注入金属化、电镀加厚、蚀刻等形成第一馈线焊盘。继而，在带有第一馈线焊盘的布线层绝缘介质上，进一步地通过压合、涂覆光刻胶、环氧胶等固化或溅射SiO₂形成布线层绝缘介质。由此，在该布线层绝缘介质上类似地采用离子注入金属化、电镀加厚、蚀刻等形成第二馈线焊盘。由此，可在RDL布线层中类似地形成第三馈线焊盘，乃至根据需要的任何多层馈线焊盘。

根据本发明的AiP封装天线结构，通过将预先制作好的天线模块与芯片同时集成在一个封装体内，能够显著降低互连的寄生参数，进而实现封装天线的高度集成化、小型化，由此可独立设计天线结构并交由厂家封装，在不牺牲天线性能的情况下简化了设计制作流程并且为封装天线的性能优化提供了较大的改善空间。另外，由于馈线和天线辐射贴片焊盘分别布置在接地焊盘的两侧，也有助于分别设计馈线网络和天线辐射贴片。

本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何相结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它的实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于制作高频天线封装基板或器件的加成法工艺，包括：在绝缘基材的表面上局部丝印覆盖材料；对所述覆盖材料的表面和未经覆盖的所述绝缘基材的表面进行离子注入金属化以形成导电籽晶层；从所述绝缘基材的表面去除所述覆盖材料以露出所述导电籽晶层的金属化导电图形；以及在露出的所述导电籽晶层的金属化导电图形上进行图形电镀铜加厚，以形成带有最终金属化图形的天线封装基板或器件。

2.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：在局部丝印所述覆盖材料之前，对所述绝缘基材进行孔加工。

3.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：采用激光烧蚀的方式从所述绝缘基材的表面去除所述覆盖材料。

4.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述天线封装基板上的导体线路截面为完全的垂直型。

5.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述覆盖材料为厚度≤2μm的光刻胶或油墨。

6.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述绝缘基材包括板状形状和三维立体异形形状。

7.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：烘烤固化被丝印在所述绝缘基材的表面上的覆盖材料。

8.根据权利要求1所述的加成法工艺，其特征在于，所述工艺还包括：在所述天线封装基板的绝缘基材的层表面上，还采用半加成法工艺来制作导电线路和焊盘。

9.一种AiP封装天线结构，包括芯片和电性地连接至所述芯片的天线封装基板，其中，所述天线封装基板包括具有相对的第一表面和第二表面的绝缘基材，设置在所述绝缘基材的第一表面上的天线辐射贴片焊盘，以及设置在所述绝缘基材的第二表面上的接地焊盘。

10.根据权利要求9所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述天线封装基板具有大于或等于2层的电路设计，其中，对于具有2层电路设计的天线封装基板而言，所述天线辐射贴片焊盘位于所述天线封装基板的最外层表面上且其辐射方向朝外，以及所述接地焊盘位于所述天线封装基板的与所述最外层表面相对的内层表面上，以及其中，对于具有大于2层电路设计的天线封装基板而言，所述天线辐射贴片焊盘位于所述天线封装基板的最外层表面上且其辐射方向朝外，所述接地焊盘位于与所述天线封装基板的最外层相邻的次内层上，以及在所述天线封装基板的最内层表面上设置有精细线路。

11.根据权利要求9所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述芯片和所述天线封装基板都设置在模塑封装材料内以形成模塑材料封装体，以及所述AiP封装天线结构还包括RDL布线层，所述RDL布线层具有馈线焊盘和经由其穿过的铜柱，其中，经由所述铜柱和所述馈线焊盘，所述芯片的芯片电极电性地连接至所述天线封装基板的接地焊盘。

12.根据权利要求9所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述芯片的外周包覆有模塑封装材料以形成模塑材料封装体，以及所述芯片通过铜柱电性地连接至所述天线封装基板的接地焊盘。

13.根据权利要求9所述的AiP封装天线结构，其特征在于，所述天线封装基板的天线辐射贴片焊盘根据权利要求1-8中任一项所述的加成法工艺制成，以及所述天线封装基板的接地焊盘采用半加成法工艺来制成，其中，所述天线辐射贴片焊盘的截面为完全的垂直型。

14.根据权利要求9所述的AiP封装天线结构，其特征在于，在所述天线封装基板的焊盘的截面底部上设置有通过离子注入金属化形成的导电籽晶层，所述导电籽晶层的厚度为0.05~2μm。

15.根据权利要求11所述的AiP封装天线结构，其特征在于，在所述RDL布线层的馈线焊盘的截面底部上设置有通过离子注入金属化形成的导电籽晶层，所述导电籽晶层的厚度为0.05~2μm。

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