CN111653527A - 封装天线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种封装天线及其制造方法，所述封装天线包括：天线辐射贴片和封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述天线辐射贴片固定于所述第一表面上且其辐射方向朝外，所述封装体的内部具有一个或多个空气腔；芯片，所述芯片于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；再布线层，包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层包括反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种封装天线及其制造方法。
背景技术
射频毫米波芯片与天线集成扇出型封装中，由于塑封材料的介电常数Dk及材料损耗因子Df较大影响了天线的性能，例如文献DOI10.1109/ECTC.2018.00039“InFO_AiPTechnology for High Performance and Compact 5G Millimeter Wave SystemIntegration”中公开一种基于INFO的晶圆级扇出天线集成技术，馈线需要经过塑封材料耦合至天线贴片，塑封材料的Dk、Df相对较大，天线的增益与带宽受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天线集成封装方法及结构，以解决现有的射频毫米波芯片与天线集成扇出型封装中，由于塑封材料的介电常数Dk及材料损耗因子Df较大影响天线性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种封装天线，所述封装天线包括：
天线辐射贴片和封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述天线辐射贴片固定于所述第一表面上且其辐射方向朝外，所述封装体的内部具有一个或多个空气腔；
芯片，所述芯片于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；
再布线层，包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层包括反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
可选的，在所述的封装天线中，所述芯片具有相对的正面和反面，所述芯片的正面于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；
所述RDL金属层还包括馈线、多个扇出引线和多个焊盘，所述馈线连接于所述芯片以向所述天线辐射贴片馈电，所述多个焊盘通过所述RDL介质层中的过孔连接于所述芯片；
所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述馈线之间；
所述封装天线还包括焊球，所述焊球植在所述焊盘上。
可选的，在所述的封装天线中，所述空气腔在所述第一表面具有上第一开口，所述第一开口位于所述天线辐射贴片的下方，所述第一开口的形状为单孔、孔阵列、单槽、槽排列、相互套合的多个环及绕芯片一周的环状中的一种或几种；和/或
所述天线辐射贴片与所述第一表面之间具有低k介电材料层。
可选的，在所述的封装天线中，所述空气腔在所述第二表面上具有第二开口，所述第二开口的形状与所述第一开口的形状相同；
或所述空气腔未贯穿所述封装体，所述空气腔的底面至所述第二表面的距离为5微米～30微米。
本发明还提供一种封装天线的制造方法，所述封装天线的制造方法包括：
在载体上方放置芯片；
将所述芯片通过封装层模塑为一个封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面朝向所述载体；
在所述封装体内部形成一个或多个空气腔；
将天线辐射贴片布置在所述第一表面上，并使所述天线辐射贴片的辐射面朝外；
去除所述载体；在所述封装体的第二表面制作再布线层，所述再布线层包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层形成有反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，将所述芯片的正面朝向所述载体放置于所述载体上；
所述RDL金属层还形成有馈线图形、多个扇出引线图形和多个焊盘图形，所述馈线图形连接于所述芯片以向所述天线辐射贴片馈电；在多个所述焊盘上植焊球；
所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述馈线之间。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，将所述芯片通过封装层模塑为一个封装体包括：
采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、真空层压工艺、或旋涂工艺形成所述封装层，由所述封装层覆盖所述芯片，并与所述载体接触；
所述封装层包括模塑料、成型底部填充物、环氧树脂或树脂；
对所述封装层的顶面进行机械或化学平坦化，直至暴露出所述芯片，或所述顶面与所述芯片的反面之间的距离为5微米～10微米，形成所述封装体。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体内部形成一个或多个空气腔包括：
在所述第一表面上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔，所述空气腔的底面至所述第二表面的距离为5微米～30微米；
若单个所述空气腔的开口的形状为圆形，则所述圆形的直径小于电磁波波长的二十分之一；
若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的两个相对侧边的距离小于电磁波波长的二十分之一；
若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的环宽小于电磁波波长的二十分之一。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体内部形成一个或多个空气腔还包括：
在所述第一表面上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔，所述空气腔贯穿所述封装体；
在所述空气腔内填充热致释放材料溶液，将所述热致释放材料溶液进行固化，形成填充层；
在所述填充层及所述第一表面上旋涂低k介电材料层；
加热所述填充层，使所述热致释放材料溶液化成空气；
若单个所述空气腔的开口的形状为圆形，则所述圆形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；
若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；
若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，将天线辐射贴片布置在所述第一表面上包括：
在所述第一表面或所述低k介电材料层上形成导电层，将所述导电层图形化，形成多个所述天线辐射贴片。
可选的，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体的第二表面制作再布线层包括：
采用旋涂工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺在所述封装体的第二表面上沉积形成RDL介质层，并对所述RDL介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层；
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第一介质层表面形成RDL金属层，并对所述RDL金属层进行刻蚀形成图形化的RDL金属层；
在多个所述焊盘上植焊球后，将所述封装天线进行分割，形成各个芯片的封装结构。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，通过封装体的内部具有一个或多个空气腔，天线辐射贴片的增益或带宽的增加，且不需要增加天线辐射贴片和反射地平面之间的距离。此外，可以通过选择空气腔的形状、大小、数量、长度、位置及排列方式中的一种或几种来调节封装天线的特性，解决了现有的射频毫米波芯片与天线集成扇出型封装中，由于塑封材料的介电常数Dk及材料损耗因子Df较大影响天线性能的问题。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，由于芯片的正面(电性接出的一端)位于封装体的第二表面，只需要在封装体的第二表面上形成RDL介质层和RDL金属层，芯片电性及RDL金属层与天线辐射贴片之间直接通过空气腔和封装体进行隔开，封装体的第一表面无需重复RDL与介质层的制作工序，可以有效提升封装天线的集成结构的性能并降低成本，实现了本封装天线的集成结构非常简单的技术效果，且已事先进行了工艺规划，工艺非常简单容易实现，只需一次键合和拆键合工艺即可实现本结构，无需像现有技术一样，在进行芯片与RDL金属层电性连接时进行一次键合和拆键合，然后制作天线辐射贴片时又进行一次键合和拆键合工艺。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，通过用空气腔替代低k介电材料，避免了使用低k介电材料造成的热膨胀系数失配引起的翘曲，实现了无需对低k介电材料进行减薄工艺，避免了低K介电材料如聚苯乙烯泡沫、聚四氟乙烯、多孔材料及硬橡胶等与现有塑封层减薄工艺兼容性差，或研磨抛光过程会影响多孔材料的性能的问题，降低了减薄工艺难度，增加良率。
本发明通过空气腔的开口圆形直径小于电磁波波长的二十分之一，或空气腔的开口方形的两个相对侧边的距离小于电磁波波长的二十分之一，或空气腔的开口环形的环宽小于电磁波波长的二十分之一，实现了在天线辐射贴片对应位置的封装体上打出开口面积较小的孔或槽，不但可以减小有效介电常数，增加带宽，增加辐射效率，而且不会增加散射效应，打孔或开槽的尺寸应小于电磁波波长的二十分之一。打孔或开槽方向可以垂直于天线辐射贴片，也可平行于天线辐射贴片。
在本发明中，通过在封装体中植入较大的空腔结构，不但有助于显著降低天线损耗，提升天线增益和带宽性能。另外，通过在封装体特定区域植入空腔结构，有助于封装体的翘曲控制。和专利CN103855458B相比，避免了低k介电材料的减薄抛光工艺，且不需要进行多次临时键合和拆键合。
附图说明
图1是现有的封装天线的结构示意图；
图2是本发明一实施例的封装天线的截面结构示意图；
图3是本发明另一实施例的封装天线的截面结构示意图；
图4是本发明另一实施例的封装天线的立体结构示意图；
图5是本发明另一实施例的封装天线的环形空气腔的俯视示意图；
图6是本发明另一实施例的封装天线的孔状空气腔的俯视示意图；
图7是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中贴片工艺示意图；
图8是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中塑封工艺示意图；
图9是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中拆键合工艺示意图；
图10是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中RDL工艺示意图；
图11是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中封装体减薄工艺示意图；
图12是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中打孔工艺示意图；
图13是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中形成导电层工艺示意图；
图14是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中形成天线辐射贴片工艺示意图；
图15是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中植焊球工艺示意图；
图16是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中塑封并减薄工艺示意图；
图17是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中形成较大空气腔工艺示意图；
图18是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中填充及封填充工艺示意图；
图19是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中形成天线辐射贴片工艺示意图；
图20是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中RDL工艺示意图；
图21是本发明另一实施例的封装天线的制造方法中植球工艺示意图；
图中所示：11-空气腔；111-填充层；12-天线辐射贴片；121-导电层；13-芯片；131-电连接件；14-封装体；141-封装层；15-RDL金属层；16-RDL介质层；17-焊球；18-焊盘；19-低k介电材料层；21-封装体的第一表面；22-封装体的第二表面；30-载体；31-粘合层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的封装天线及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种封装天线及其制造方法，以解决现有的射频毫米波芯片与天线集成扇出型封装中，由于塑封材料的介电常数Dk及材料损耗因子Df较大影响天线性能的问题。
贴片天线由于其小的剖面尺寸、与PCB工艺兼容便于加工等优点被广泛使用。但是贴片天线带宽较小，科研人员工程师通过各种优化手段提高带宽。天线的带宽与衬底介电常数成负相关关系、即介电常数越小带宽越大，但是在特定场合下其衬底材料选择范围有限，很大程度上限制了天线的性能。
如图1所示，在专利CN103855458B在天线中嵌入低K介电材料公开了如下结构以及制备方法。在天线贴片与馈线中间嵌入低K介电材料，包括芯片24、低k介电材料28，成型材料30、介电材料46/52/62，采用INFO工艺路线：在载体(未示出)上放置芯片24及低k介电材料28(即在芯片底部的一侧第一次键合)，进行塑封工艺形成成型材料30，减薄成型材料30，制作互连结构42(引出芯片电性)、接地线44及馈线50，第一次拆键合，互连结构面临时键合(即在芯片顶部的一侧第二次键合)，制作天线贴片60与介质层62，第二次拆键合，植球(54)划片；综上所述，天线贴片60、低k介电材料28、接地线44及馈线50共同构成天线结构64，馈线50通过孔45绕开接地线44的同时耦合天线贴片60。
现有技术CN103855458B有以下缺点：首先，需要嵌入低k介电材料，材料热膨胀系数(CTE)失配引入较大应力，影响良率与可靠性；其次，需要低k介电材料减薄抛光工艺，低k介电材料如聚苯乙烯泡沫、聚四氟乙烯、多孔材料等、硬橡胶等与现有塑封体减薄工艺兼容性差，而且研磨抛光过程会影响多孔材料的性能；另外，低k介电材料成本较高，进行两次临时键合及拆键合工艺，工艺复杂成本高。
为实现上述思想，本发明提供了一种封装天线及其制造方法，所述封装天线包括：天线辐射贴片和封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述天线辐射贴片固定于所述第一表面上且其辐射方向朝外，所述封装体的内部具有一个或多个空气腔；芯片，所述芯片于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；再布线层，包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层包括反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
<实施例一>
本实施例提供一种封装天线，如图2～4所示，所述封装天线包括：天线辐射贴片12和封装体14，所述封装体14具有相对的第一表面21和第二表面22，所述天线辐射贴片12固定于所述第一表面21上且其辐射方向朝外，所述封装体14的内部具有一个或多个空气腔11；芯片13，所述芯片13于所述第二表面22暴露出且与所述第二表面22平齐；再布线层，包括依次设置在所述第二表面22上的RDL介质层16和RDL金属层15，所述RDL金属层15包括反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔11位于所述天线辐射贴片12与所述反射地平面之间。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线中，所述芯片13具有相对的正面和反面，所述芯片13的正面于所述第二表面22暴露出且与所述第二表面22平齐；所述RDL金属层15还包括馈线、多个扇出引线和多个焊盘，所述馈线连接于所述芯片13以向所述天线辐射贴片12馈电，所述多个焊盘18通过所述RDL介质层16中的过孔连接于所述芯片13；所述空气腔11位于所述天线辐射贴片12与所述馈线之间；所述封装天线还包括焊球17，所述焊球17植在所述焊盘18上。或者，馈线可以与天线辐射贴片12位于同一平面，例如，图4包含的一个实施例中，馈线是直接与天线辐射贴片12连接的，RDL金属层15即为反射地平线，这种结构可以很好的提高封装天线高频射频信号的抗干扰效果。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线中，所述空气腔11在所述第一表面21具有上第一开口，所述第一开口位于所述天线辐射贴片12的下方，如图5或6所示，所述第一开口的形状为单孔、孔阵列、单槽、槽排列、相互套合的多个环及绕芯片13一周的环状中的一种或几种；和/或当空气腔的开口较小时(例如打孔直径或开槽槽宽的尺寸小于天线辐射电磁场的波长的二十分之一)，可以在第一表面21上直接形成导电层121，并图形化形成天线辐射贴片12，当空气腔11的开口较大时，所述天线辐射贴片12与所述第一表面21之间可以具有低k介电材料层19。低k介电材料19可以包括(但不限于)膨胀的聚苯乙烯泡沫(总名称为泡沫聚苯乙烯(Styrofoam)，道化学公司(Dow Chemical Company)的注册商标)、聚四氟乙烯(PTFE，被称为特氟纶(Teflon)，杜邦公司的注册商标)、聚甲基丙烯酸甲酯(也被称为卢塞特树脂(lucite)，璐彩特国际公司的注册商标)、硬橡胶(Ebonite)、或其中具有气体空隙(也被称为气孔)的多孔材料。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线中，所述空气腔11在所述第二表面22上具有第二开口，所述第二开口的形状与所述第一开口的形状相同；或所述空气腔11未贯穿所述封装体14，所述空气腔11的底面至所述第二表面22的距离为5微米～30微米。如图5～6所示，空气腔11的俯视图形状包括矩形、六边形、圆形或任何其他形状。在一些实施例中，分配多个空气腔11作为阵列。空气腔的数量可以大于2、4、6或任何其他数量。
在本发明的另一个实施例中，RDL金属层也可以通过镶嵌、喷镀工艺形成，在可选实施例中，利用镶嵌工艺来形成。RDL金属层可以包括金属或金属合金，该金属或金属合金包含铝、铜、钨和/或它们的合金。反射地平面与空气腔11或空气腔阵列重叠并且接地板的俯视图尺寸可以大于、等于、或小于空气腔11的俯视图尺寸。反射地平面还可以通过RDL金属层与芯片13电连接，芯片13包括电连接件131，电连接件131连接馈线及反射地平面，并通过多个扇出引线和多个焊盘18将芯片13的电性引出至焊球17。
综上，上述实施例对封装天线及其制造方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
<实施例二>
本实施例提供一种封装天线的制造方法，如图7～21所示，所述封装天线的制造方法包括：在载体30上方放置芯片13；将所述芯片13通过封装层141模塑为一个封装体14，所述封装体14具有相对的第一表面21和第二表面22，所述第二表面22朝向所述载体30；在所述封装体14内部形成一个或多个空气腔11；将天线辐射贴片12布置在所述第一表面21上，并使所述天线辐射贴片12的辐射面朝外；去除所述载体30；在所述封装体14的第二表面22制作再布线层，所述再布线层包括依次设置在所述第二表面22上的RDL介质层16和RDL金属层15，所述RDL金属层15形成有反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔11位于所述天线辐射贴片12与所述反射地平面之间。
在本发明的另一个实施例中，如图7～15所示，当空气腔的开口较小时(例如打孔直径或开槽槽宽的尺寸小于天线辐射电磁场的波长的二十分之一)，可以在第一表面21上直接形成导电层121，并图形化形成天线辐射贴片12；在本发明的另一个实施例中，如图16～21所示，当空气腔11的开口较大时，在空气腔11中形成填充层111，低k介电材料层19覆盖填充层111，所述天线辐射贴片12与所述第一表面21之间可以具有低k介电材料层19，然后对填充层111加热后，填充层中的材料挥发，空气腔成为真空或气体填充状态。
在本发明的另一个实施例中，如图7～15所示，可以先去除所述载体30；在所述封装体14的第二表面22制作再布线层，然后对封装体11进行减薄，然后进行打孔，适用于空气腔的开口比较小的情况，在本发明的另一个实施例中，如图7～15所示，可以先进行空气腔的打孔工艺，然后形成天线辐射贴片，最后去除所述载体30；在所述封装体14的第二表面22制作再布线层，适用于空气腔的开口比较大的情况。本领域技术人员可以将具体的步骤进行变换。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，将所述芯片13的正面朝向所述载体30放置于所述载体30上；所述RDL金属层15还形成有馈线图形、多个扇出引线图形和多个焊盘图形，所述馈线图形连接于所述芯片13以向所述天线辐射贴片12馈电；在多个所述焊盘上植焊球17；所述空气腔11位于所述天线辐射贴片12与所述馈线之间。
在本发明的另一个实施例中，载体30可以是玻璃载体、陶瓷载体等。载体上的粘合层31可以由诸如紫外线(UV)胶的粘合剂形成。芯片13设置在载体30上方，例如通过粘合层31固定在载体30上。当粘合层31由UV胶形成时，可以将粘合层31暴露于UV光下，使得粘合层31失去粘附性，因此可以使载体30和粘合层31与封装体14脱离。芯片可以是其中包括逻辑晶体管的逻辑器件管芯。在一些示例性实施例中，为移动应用设计器件管芯。尽管示出了单个芯片，但是更多芯片可以置于在载体30上方并且相互齐平。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，将所述芯片13通过封装层141模塑为一个封装体14包括：采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、真空层压工艺、或旋涂工艺形成所述封装层141，由所述封装层141覆盖所述芯片13，并与所述载体30接触；所述封装层141包括模塑料、成型底部填充物、环氧树脂或树脂；对所述封装层141的顶面进行机械或化学平坦化，直至暴露出所述芯片13，或所述顶面与所述芯片13的反面之间的距离为5微米～10微米，形成所述封装体14。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体14内部形成一个或多个空气腔11包括：在所述第一表面21上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔11，所述空气腔11的底面至所述第二表面22的距离为5微米～30微米；若单个所述空气腔11的开口的形状为圆形，则所述圆形的直径小于电磁波波长的二十分之一；若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的两个相对侧边的距离小于电磁波波长的二十分之一；若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的环宽小于电磁波波长的二十分之一。例如，上述尺寸为电磁波波长的五十分之一，或电磁波波长的一百分之一等。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体14内部形成一个或多个空气腔11还包括：在所述第一表面21上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔11，所述空气腔11贯穿所述封装体14；在所述空气腔11内填充热致释放材料溶液，将所述热致释放材料溶液进行固化，形成填充层；在所述填充层及所述第一表面21上旋涂低k介电材料层；加热所述填充层，使所述热致释放材料溶液化成空气；若单个所述空气腔11的开口的形状为圆形，则所述圆形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍。所述面积为俯视图中显示的上表面面积。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，将天线辐射贴片12布置在所述第一表面21上包括：在所述第一表面21或所述低k介电材料层上形成导电层121，将所述导电层121图形化，形成多个所述天线辐射贴片12。
在本发明的另一个实施例中，在所述的封装天线的制造方法中，在所述封装体14的第二表面22制作再布线层包括：采用旋涂工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺在所述封装体14的第二表面22上沉积形成RDL介质层16，并对所述RDL介质层16进行刻蚀形成图形化的第一介质层；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第一介质层表面形成RDL金属层15，并对所述RDL金属层15进行刻蚀形成图形化的RDL金属层15；在多个所述焊盘上植焊球17后，将所述封装天线进行分割，形成各个芯片13的封装结构。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，通过封装体14的内部具有一个或多个空气腔11，天线辐射贴片12的增益或带宽的增加，且不需要增加天线辐射贴片12和反射地平面之间的距离。此外，可以通过选择空气腔11的形状、大小、数量、长度、位置及排列方式中的一种或几种来调节封装天线的特性，解决了现有的射频毫米波芯片13与天线集成扇出型封装中，由于塑封材料的介电常数Dk及材料损耗因子Df较大影响天线性能的问题。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，由于芯片13的正面(电性接出的一端)位于封装体14的第二表面22，只需要在封装体14的第二表面22上形成RDL介质层16和RDL金属层15，芯片13电性及RDL金属层15与天线辐射贴片12之间直接通过空气腔11和封装体14进行隔开，封装体14的第一表面21无需重复RDL与介质层的制作工序，可以有效提升封装天线的集成结构的性能并降低成本，实现了本封装天线的集成结构非常简单的技术效果，且已事先进行了工艺规划，工艺非常简单容易实现，只需一次键合和拆键合工艺即可实现本结构，无需像现有技术一样，在进行芯片13与RDL金属层15电性连接时进行一次键合和拆键合，然后制作天线辐射贴片12时又进行一次键合和拆键合工艺。
在本发明提供的封装天线及其制造方法中，通过用空气腔11替代低k介电材料，避免了使用低k介电材料造成的热膨胀系数失配引起的翘曲，实现了无需对低k介电材料进行减薄工艺，避免了低K介电材料如聚苯乙烯泡沫、聚四氟乙烯、多孔材料及硬橡胶等与现有塑封层减薄工艺兼容性差，或研磨抛光过程会影响多孔材料的性能的问题，降低了减薄工艺难度，增加良率。
本发明通过空气腔11的开口圆形直径小于电磁波波长的二十分之一，或空气腔11的开口方形的两个相对侧边的距离小于电磁波波长的二十分之一，或空气腔11的开口环形的环宽小于电磁波波长的二十分之一，实现了在天线辐射贴片12对应位置的封装体14上打出开口面积较小的孔或槽，不但可以减小有效介电常数，增加带宽，增加辐射效率，而且不会增加散射效应，打孔(直径)或开槽(槽宽)的尺寸应小于天线辐射电磁场的波长的二十分之一。打孔或开槽方向可以垂直于天线辐射贴片12，也可平行于天线辐射贴片12。
在本发明中，通过在封装体14中植入较大的空腔结构，不但有助于显著降低天线损耗，提升天线增益和带宽性能。另外，通过在封装体14特定区域植入空腔结构，有助于封装体14的翘曲控制。和专利CN103855458B相比，避免了低k介电材料的减薄抛光工艺，且不需要进行多次临时键合和拆键合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种封装天线，其特征在于，所述封装天线包括：
天线辐射贴片和封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述天线辐射贴片固定于所述第一表面上且其辐射方向朝外，所述封装体的内部具有一个或多个空气腔；
芯片，所述芯片于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；
再布线层，包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层包括反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
2.如权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述芯片具有相对的正面和反面，所述芯片的正面于所述第二表面暴露出且与所述第二表面平齐；
所述RDL金属层还包括馈线、多个扇出引线和多个焊盘，所述馈线连接于所述芯片以向所述天线辐射贴片馈电，所述多个焊盘通过所述RDL介质层中的过孔连接于所述芯片；
所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述馈线之间；
所述封装天线还包括焊球，所述焊球植在所述焊盘上。
3.如权利要求1所述的封装天线，其特征在于，所述空气腔在所述第一表面上具有第一开口，所述第一开口位于所述天线辐射贴片的下方，所述第一开口的形状为单孔、孔阵列、单槽、槽排列、相互套合的多个环及绕芯片一周的环状中的一种或几种；和/或
所述天线辐射贴片与所述第一表面之间具有低k介电材料层。
4.如权利要求3所述的封装天线，其特征在于，所述空气腔在所述第二表面上具有第二开口，所述第二开口的形状与所述第一开口的形状相同；
或所述空气腔未贯穿所述封装体，所述空气腔的底面至所述第二表面的距离为5微米～30微米。
5.一种封装天线的制造方法，其特征在于，所述封装天线的制造方法包括：
在载体上方放置芯片；
将所述芯片通过封装层模塑为一个封装体，所述封装体具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面朝向所述载体；
在所述封装体内部形成一个或多个空气腔；
将天线辐射贴片布置在所述第一表面上，并使所述天线辐射贴片的辐射面朝外；
去除所述载体；在所述封装体的第二表面制作再布线层，所述再布线层包括依次设置在所述第二表面上的RDL介质层和RDL金属层，所述RDL金属层形成有反射地平面，所述反射地平面接地，所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述反射地平面之间。
6.如权利要求5所述的封装天线的制造方法，其特征在于，将所述芯片的正面朝向所述载体放置于所述载体上；
所述RDL金属层还形成有馈线图形、多个扇出引线图形和多个焊盘图形，所述馈线图形连接于所述芯片以向所述天线辐射贴片馈电；在多个所述焊盘上植焊球；
所述空气腔位于所述天线辐射贴片与所述馈线之间。
7.如权利要求5所述的封装天线的制造方法，其特征在于，将所述芯片通过封装层模塑为一个封装体包括：
采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、真空层压工艺、或旋涂工艺形成所述封装层，由所述封装层覆盖所述芯片，并与所述载体接触；
所述封装层包括模塑料、成型底部填充物、环氧树脂或树脂；
对所述封装层的顶面进行机械或化学平坦化，直至暴露出所述芯片，或所述顶面与所述芯片的反面之间的距离为5微米～10微米，形成所述封装体。
8.如权利要求5所述的封装天线的制造方法，其特征在于，在所述封装体内部形成一个或多个空气腔包括：
在所述第一表面上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔，所述空气腔的底面至所述第二表面的距离为5微米～30微米；
若单个所述空气腔的开口的形状为圆形，则所述圆形的直径小于电磁波波长的二十分之一；
若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的两个相对侧边的距离小于电磁波波长的二十分之一；
若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的环宽小于电磁波波长的二十分之一。
9.如权利要求5所述的封装天线的制造方法，其特征在于，在所述封装体内部形成一个或多个空气腔还包括：
在所述第一表面上通过激光、光刻、刻蚀、机械钻形成一个或多个空气腔，所述空气腔贯穿所述封装体；
在所述空气腔内填充热致释放材料溶液，将所述热致释放材料溶液进行固化，形成填充层；
在所述填充层及所述第一表面上旋涂低k介电材料层；
加热所述填充层，使所述热致释放材料溶液化成空气；
若单个所述空气腔的开口的形状为圆形，则所述圆形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；
若单个所述空气腔的开口的形状为方形，则所述方形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍；
若单个所述空气腔的开口的形状为环形，则所述环形的面积为天线辐射贴片面积的1.05倍～1.2倍。
10.如权利要求9所述的封装天线的制造方法，其特征在于，将天线辐射贴片布置在所述第一表面上包括：
在所述第一表面或所述低k介电材料层上形成导电层，将所述导电层图形化，形成多个所述天线辐射贴片。
11.如权利要求5所述的封装天线的制造方法，其特征在于，在所述封装体的第二表面制作再布线层包括：
采用旋涂工艺、化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺在所述封装体的第二表面上沉积形成RDL介质层，并对所述RDL介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层；
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第一介质层表面形成RDL金属层，并对所述RDL金属层进行刻蚀形成图形化的RDL金属层；
在多个所述焊盘上植焊球后，将所述封装天线进行分割，形成各个芯片的封装结构。
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