CN111128971A

CN111128971A - 集成天线封装结构

Info

Publication number: CN111128971A
Application number: CN201911426033.1A
Authority: CN
Inventors: 杨勇
Original assignee: Nanjing Qinheng Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Nanjing Qinheng Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本发明公开了一种集成天线封装结构，包括封装体、RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构，RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构位于封装体内；所述导电结构包括第一表面和第二表面，导电结构的第一表面与裸片电连接，导电结构的第二表面与封装体表面平齐或伸出封装体；所述导电连接部有多个，导电连接部一端电连接RDL金属层，另一端电连接裸片或导电结构；RDL金属层具有天线结构。本发明的封装天线性能优异，体积大大减小，封装成本低。

Description

集成天线封装结构

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种集成天线封装结构。

背景技术

随着物联网技术的大范围推广，2.4G、BLE、WIFI等技术在物联网应用中占据了主要的市场，同时对无线系统的小型化、轻量化、高集成度和低成本等需求不断提高。封装天线(AIP)技术应用于2.4G频段的需求得到进一步的加强，该技术既可以降低方案公司的技术开发门槛，又可以降低体积和成本，为2.4G无线系统进一步集成化提供了很好的解决方案。但由于2.4G频段波长相对较长，将天线集成到封装内比较困难，即使集成进去后要么牺牲性能、要么牺牲体积、要么增加封装成本。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中天线集成到封装内较难的问题，本发明提供一种集成天线封装结构。

技术方案：一种集成天线封装结构，包括封装体、RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构，RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构位于封装体内；所述导电结构包括第一表面和第二表面，导电结构的第一表面与裸片电连接，导电结构的第二表面与封装体表面平齐或伸出封装体；所述导电连接部有多个，导电连接部一端连接RDL金属层，另一端连接裸片或导电结构；RDL金属层具有天线结构。

进一步地，所述导电连接部包括至少第一导电连接部和第二导电连接部，第一导电连接部用于连接RDL金属层和裸片的射频信号接口；第二导电连接部用于连接RDL金属层和导电结构。

进一步地，RDL金属层上的天线结构采用IFA天线。

进一步地，所述天线结构包括天线馈电部、天线接地部及天线辐射臂，所述天线馈电部的一端连接第一导电连接部，另一端连接天线接地部一端，天线接地部另一端连接第二导电连接部；天线辐射臂从天线馈电部与天线接地部的连接处引出；天线辐射臂包括尾部和多个弯折部，多个弯折部首尾相连，尾部连接在弯折部末端且垂直于天线馈电部。

进一步地，RDL金属层上的天线结构采用共面波导方式馈电。

进一步地，所述天线结构包括中心导体带、第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片和第四金属贴片；中心导体带、第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片和第四金属贴片之间两两互无导电接触；第一金属贴片、第二金属贴片对称分布在中心导体带两侧，第一金属贴片、第二金属贴片均分别与一个第二导电连接部连接；中心导体带的一端与第一导电连接部连接；第三金属贴片位于中心导体带的另一端外侧；第四金属贴片位于第三金属贴片外围，第四金属贴片与第一金属贴片之间、第四金属贴片与第二金属贴片之间均设有矩形槽；第一金属贴片、第二金属贴片和第四金属贴片上开有缝隙；所述天线结构呈正方形，且正方形的一对角为斜切角。

进一步地，第一金属贴片和第二金属贴片上的缝隙包括若干分支，若干分支呈发散性分布。

进一步地，第一金属贴片和第二金属贴片上的缝隙为十字型缝隙，且各分支等长等宽。

进一步地，第四金属贴片上的缝隙包括U型缝隙，U型缝隙将第三金属贴片收容在U型缝隙的U型开口中。

进一步地，所述导电连接部采用凸块工艺制成，或者采用金属化通孔；所述导电结构包括基岛、衬底、焊盘中的一种或多种。

相比较现有技术，本发明提供的一种集成天线封装结构，具有以下优点：

1、采用现有芯片内部封装结构层和封装材料，极大的降低了封装结构和材料成本；

2、采用导电连接部通过连接天线与射频信号和接地层，可以实现天线的低剖面和尺寸；

3、采用共面波导方式馈电可以只需要一层RDL金属层便可以实现天线设计，简化了封装内部叠构，且设计时可灵活实现50欧姆阻抗匹配及可灵活调节与接地金属贴片的缝隙距离以便调节天线的阻抗带宽和天线增益；

4、采用共面波导与接地金属贴片缝隙耦合的激励方式，可以在较小的面积上实现低频天线的集成化；采用IFA天线通过弯折部的加长和数量增加实现低频天线的集成化；适用于≥2.4G频段的天线，2.4G频段的AIP大小可以做到6mm*6mm；

5、采用环氧树脂作为介质，是常规芯片封装所使用的材料，成本低廉，高低温环境下介电常数和损耗脚正切都比较稳定；调整环氧树脂的高度可以微调天线的带宽和谐振频点。

附图说明

图1为实施例一的集成天线封装结构示意图；

图2为实施例一的RDL金属层的结构示意图；

图3为实施例二的RDL金属层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。

实施例一：

如图1所示，一种集成天线封装结构，包括封装体6、RDL金属层1、导电连接部、裸片3及导电结构4，RDL金属层1、导电连接部、裸片3及导电结构4位于封装体6内，所述封装体6采用环氧树脂制成，封装体6均匀地填充在RDL金属层1、导电连接部、裸片3周围；所述导电结构4包括第一表面和第二表面，导电结构4的第一表面与裸片3电连接，导电结构4的第二表面与封装体6表面平齐，也可以伸出封装体6；RDL金属层1具有天线结构。本实施例中，导电连接部有两个，包括第一导电连接部2和第二导电连接部5，第一导电连接部2用于电连接RDL金属层1和裸片3的射频信号接口；第二导电连接部5用于电连接RDL金属层1和导电结构4，导电连接部也可以根据天线的需要设置成其他数目。本实施例中的导电结构4为焊盘，也可以是其他可以导电的结构，可实现与外界电连接。

所述导电连接部采用凸块工艺制成，也可以采用金属化通孔或其他可以实现导电连接的工艺制成；所述导电结构可以为基岛、衬底或焊盘等。

如图2所示，RDL金属层1上的天线结构采用IFA天线，包括天线馈电部11、天线接地部12及天线辐射臂13，所述天线馈电部11的一端连接第一导电连接部2，另一端连接天线接地部12一端，天线接地部12另一端连接第二导电连接部5；天线辐射臂13从天线馈电部11与天线接地部12的连接处引出；天线辐射臂13包括尾部和多个弯折部，多个弯折部首尾相连，尾部连接在弯折部末端且垂直于天线馈电部11。

第一导电连接部2将天线馈电部11与裸片3的射频信号接口连接起来，完成馈电激励；第二导电连接部5将天线接地部12与裸片3的地连接起来。

RDL金属层1下方均匀填充环氧树脂，可以通过调节封装体6的高度来调节天线的带宽和谐振频点。利用RDL金属层的长度和宽度，充分增加天线辐射臂13的宽度和弯折部数量以达到想要的谐振频率和辐射增益，可实现天线的线极化。

实施例二：

一种集成天线封装结构，包括封装体6、RDL金属层1、导电连接部、裸片3及导电结构4，RDL金属层1、导电连接部、裸片3及导电结构4位于封装体6内，所述封装体6采用环氧树脂制成，封装体6均匀地填充在RDL金属层1、导电连接部、裸片3周围；所述导电结构4包括第一表面和第二表面，导电结构4的第一表面与裸片3电连接，导电结构4的第二表面与封装体6表面平齐，也可以伸出封装体6；RDL金属层1具有天线结构。本实施例中，有一个第一导电连接部2和两个第二导电连接部5，第一导电连接部2用于电连接RDL金属层1和裸片3的射频信号接口；第二导电连接部5用于电连接RDL金属层1和导电结构4，导电连接部也可以根据天线的需要设置成其他数目。本实施例中的导电结构4为焊盘，也可以是其他可以导电的结构，可实现与外界电连接。

如图3所示，本实施例的RDL金属层1上的天线结构采用共面波导方式馈电，包括中心导体带21、第一金属贴片22、第二金属贴片23、第三金属贴片24和第四金属贴片25；中心导体带21、第一金属贴片22、第二金属贴片23、第三金属贴片24和第四金属贴片25之间两两互无导电接触；第一金属贴片22、第二金属贴片23对称分布在中心导体带21两侧，第一金属贴片22、第二金属贴片23均分别与一个第二导电连接部5连接；中心导体带21的一端与第一导电连接部2连接；第三金属贴片24位于中心导体带21的另一端外侧；第四金属贴片25位于第三金属贴片24外围，第四金属贴片25与第一金属贴片22之间、第四金属贴片25与第二金属贴片23之间均设有矩形槽26；第一金属贴片22、第二金属贴片23和第四金属贴片25上开有缝隙；所述天线结构成正方形，且正方形的其中一对角为斜切角27，矩形槽26和斜切角27用于实现天线的圆极化。

第一金属贴片22和第二金属贴片23上的缝隙包括呈发散性分布的若干分支。本实施例中，第一金属贴片22和第二金属贴片23上的缝隙为十字型缝隙28，且十字型的各分支等长等宽，也可以采用Y型，但不如十字型效果好。

第四金属贴片25上的缝隙为U型缝隙29，U型缝隙29将第三金属贴片24收容在U型缝隙29的U型开口中，也可以在U型缝隙的基础上增加其他缝隙结构，但U型缝隙29比较容易实现调试。

共面波导(Coplanar Waveguide，CPW)结构通过第一导电连接部2连接裸片的射频信号传输接口，完成对天线的馈电；如果介质材料和介质厚度尺寸固定，通过调整中心导体带的宽度及与接地金属贴片之间缝隙的宽度可以调节阻抗和缝隙能量耦合强度。

U型缝隙29一方面可以增加电流截面，以实现在较小面积上低频率天线的谐振，另外可以形成多调谐电路以降低Q值来增加辐射带宽；十字型缝隙28通过调整十字缝隙的长度和宽度参数调节天线的谐振频率，在保证天线性能不影响的情况下降低天线的谐振频率，从而进一步减小天线尺寸。因此，十字型缝隙和U型缝隙的主要作用都是在较小的金属贴片上实现低频率天线，即降低天线谐振频率。

RDL金属层1上的馈电面采用共面波导方式进行馈电，这样只需要一层RDL金属层，大大降低了封装成本，且可以实现线极化、圆极化和多频段天线，其效果也较实施例一更优。RDL金属层1上的天线结构采用多金属贴片，金属贴片之间及其与中心导体带之间形成多缝隙耦合，可以极大缩小天线尺寸。RDL金属层1下方均匀填充环氧树脂，可以通过调节封装体6的高度来调节天线的带宽和谐振频点。

Claims

1.一种集成天线封装结构，其特征在于，包括封装体、RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构，RDL金属层、导电连接部、裸片及导电结构位于封装体内；所述导电结构包括第一表面和第二表面，导电结构的第一表面与裸片电连接，导电结构的第二表面与封装体表面平齐或伸出封装体；所述导电连接部有多个，导电连接部一端连接RDL金属层，另一端连接裸片或导电结构；RDL金属层具有天线结构。

2.根据权利要求1所述的集成天线封装结构，其特征在于，所述导电连接部包括至少第一导电连接部和第二导电连接部，第一导电连接部用于连接RDL金属层和裸片的射频信号接口；第二导电连接部用于连接RDL金属层和导电结构。

3.根据权利要求2所述的集成天线封装结构，其特征在于，RDL金属层上的天线结构采用IFA天线。

4.根据权利要求3所述的集成天线封装结构，其特征在于，所述天线结构包括天线馈电部、天线接地部及天线辐射臂，所述天线馈电部的一端连接第一导电连接部，另一端连接天线接地部一端，天线接地部另一端连接第二导电连接部；天线辐射臂从天线馈电部与天线接地部的连接处引出；天线辐射臂包括尾部和多个弯折部，多个弯折部首尾相连，尾部连接在弯折部末端且垂直于天线馈电部。

5.根据权利要求2所述的集成天线封装结构，其特征在于，RDL金属层上的天线结构采用共面波导方式馈电。

6.根据权利要求5所述的集成天线封装结构，其特征在于，所述天线结构包括中心导体带、第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片和第四金属贴片；中心导体带、第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片和第四金属贴片之间两两互无导电接触；第一金属贴片、第二金属贴片对称分布在中心导体带两侧，第一金属贴片、第二金属贴片均分别与一个第二导电连接部连接；中心导体带的一端与第一导电连接部连接；第三金属贴片位于中心导体带的另一端外侧；第四金属贴片位于第三金属贴片外围，第四金属贴片与第一金属贴片之间、第四金属贴片与第二金属贴片之间均设有矩形槽；第一金属贴片、第二金属贴片和第四金属贴片上开有缝隙；所述天线结构呈正方形，且正方形的一对角为斜切角。

7.根据权利要求6所述的集成天线封装结构，其特征在于，第一金属贴片和第二金属贴片上的缝隙包括若干分支，若干分支呈发散性分布。

8.根据权利要求7所述的集成天线封装结构，其特征在于，第一金属贴片和第二金属贴片上的缝隙为十字型缝隙，且各分支等长等宽。

9.根据权利要求6至8任一所述的集成天线封装结构，其特征在于，第四金属贴片上的缝隙包括U型缝隙，U型缝隙将第三金属贴片收容在U型缝隙的U型开口中。

10.根据权利要求1-8任一所述的集成天线封装结构，其特征在于，所述导电连接部采用凸块工艺制成，或者采用金属化通孔；所述导电结构包括基岛、衬底、焊盘中的一种或多种。