CN117238872A - Rf封装和rf封装的制造方法 - Google Patents

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CN117238872A CN202310582127.8A CN202310582127A CN117238872A CN 117238872 A CN117238872 A CN 117238872A CN 202310582127 A CN202310582127 A CN 202310582127A CN 117238872 A CN117238872 A CN 117238872A
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慕斯塔法·阿卡
保罗·马泰森
菲利普·弗朗茨·弗雷德尔
拉杰什·曼丹帕兰比尔
简·威廉·伯格曼
安托尼斯·亨德里库斯·尤立夫·坎菲斯
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Abstract

一种RF封装组件包括第一基板和第二基板的堆叠的叠层封装布置。所述第一基板和所述第二基板中的每一者包括RF信号垫和接地垫。堆叠基板之间的界面区将所述第一基板的所述RF信号垫和接地垫耦合到所述第二基板的对应垫。所述界面区包括在所述第一基板接地垫中的每一者与对应的所述第二基板接地垫中的每一者之间提供电流连接的电流连接区。所述界面区包括所述第一基板RF信号垫中的每一者与对应的所述第二基板RF信号垫之间的介电区，使得在这两个基板之间发送的RF信号电容耦合。

Description

RF封装和RF封装的制造方法
技术领域
本公开涉及一种射频(RF)封装和RF封装的制造方法。
背景技术
射频(RF)封装包括RF元件，其可包括有源或无源电路和/或无源元件以及电路元件之间的RF信号路由。例如，封装中天线(AiP)构造使用RF封装组件来制造可用于例如5G、6G和未来电信标准等无线通信应用中的天线阵列。通常，印刷电路板包括具有通常为铜的多个金属层的层压体或基板，并且用于实施具有共形接地和信号连接的天线阵列，所述共形接地和信号连接可包括例如从每个天线馈送点到一个或多个路由层的带状线或同轴连接。路由层在天线与包括天线阵列的天线系统的其它电路系统之间路由RF信号。
发明内容
在所附权利要求书中限定本公开的各方面。在第一方面，提供一种包括第一基板和第二基板的堆叠布置的RF封装组件，所述第一基板具有第一基板界面层，所述第一基板界面层包括被配置成发送或接收RF信号的多个第一基板RF信号垫，以及多个第一基板接地垫；所述第二基板具有第二基板界面层，所述第二基板界面层包括被配置成发送或接收RF信号的多个第二基板RF信号垫，以及多个第二基板接地垫；其中所述RF封装组件另外包括在所述第一基板与所述第二基板之间的界面区，所述界面区包括在所述多个第一基板接地垫与所述多个第二基板接地垫之间提供电流连接的多个电流连接区，以及处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间的多个介电区。
在一个或多个实施例中，所述RF封装组件可被配置成经由多个第一基板RF信号垫中的相应一者和多个第二基板RF信号垫中的相应一者电容耦合第一基板与第二基板之间发送的RF信号。
在一个或多个实施例中，多个第一基板RF信号垫和多个第二基板RF信号垫中的至少一者可延伸到界面区中。
在一个或多个实施例中，i)多个第一基板RF信号垫和ii)多个第二基板RF信号垫中的至少一者可另外包括具有与相应的第一基板界面层和第二基板界面层相同的金属的另一金属区。
在一个或多个实施例中，第一基板RF信号垫可比第一基板接地垫厚。
在一个或多个实施例中，第二基板RF信号垫可比第二基板接地垫厚。
在一个或多个实施例中，多个介电区中的介电材料可包括空气。
在一个或多个实施例中，多个介电区中的介电区限定第一基板RF信号垫与第二基板RF信号垫之间的最小分离。在一些例子中，所述最小分离可小于10微米。
在一个或多个实施例中，多个电流连接区中的每一者可包括第一基板接地垫与第二基板接地垫之间的焊料连接。
RF封装组件的一个或多个实施例可包括于封装中天线中，第一基板还可包括天线阵列层，所述天线阵列层包括贴片天线阵列；并且其中所述多个第一基板RF信号垫耦合到天线阵列的相应贴片天线。
在第二方面，提供一种制造包括第一基板和第二基板的堆叠布置的RF封装组件的方法，所述方法包括：提供具有第一基板界面层的第一基板，所述第一基板界面层包括被配置成发送或接收RF信号的多个第一基板RF信号垫，以及多个第一基板接地垫；提供具有第二基板界面层的第二基板，所述第二基板界面层包括多个第二基板RF信号垫和多个第二基板接地垫；以及通过以下操作在所述第一基板与所述第二基板之间形成界面区：形成连接所述多个第一基板接地垫和所述多个第二基板接地垫的多个电流连接区；以及形成处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间的多个介电区。
在一个或多个实施例中，形成连接所述多个第一基板接地垫和所述多个第二基板接地垫的多个电流连接区还可包括：产生用于所述多个第一基板接地垫的焊料连接，以及将焊料和各向异性导电膏中的至少一者施加到所述多个第二基板接地垫。
在一个或多个实施例中，形成连接所述多个第一基板接地垫和所述多个第二基板接地垫的多个电流连接区另外包括：产生用于所述多个第二基板接地垫的焊料连接，以及将焊料和各向异性导电膏中的至少一者施加到所述多个第一基板接地垫。
在一个或多个实施例中，形成处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间的多个介电区还可包括：形成用于所述多个第一基板RF信号垫的额外金属层，以及将所述第一基板对准并连接到所述第二基板。
在一个或多个实施例中，形成处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间的多个介电区还可包括：形成用于所述多个第二基板RF信号垫的额外金属层；以及将所述第一基板对准并连接到所述第二基板。
在第三方面，提供一种包括第一基板和第二基板的堆叠布置的封装中天线封装组件，所述第一基板包括含有贴片天线的天线阵列层以及第一基板界面层，所述第一基板界面层包括耦合到所述贴片天线的第一基板RF信号垫，以及第一基板接地垫；所述第二基板具有第二基板界面层，所述第二基板界面层包括第二基板RF信号垫以及第二基板接地垫；其中所述封装中天线封装组件另外包括在所述第一基板与所述第二基板之间的界面区，所述界面区被配置并布置成将所述第一基板接地垫电流连接到所述第二基板接地垫，并且另外被配置成电容耦合所述第一基板与所述第二基板之间经由所述第一基板RF信号垫和所述第二基板RF信号垫发送的RF信号。
在一个或多个实施例中，所述界面区还可包括：提供第一基板接地垫与第二基板接地垫之间的电流连接的电流连接区；以及处于第一基板RF信号垫与第二基板RF信号垫之间的介电区。
在一个或多个实施例中，第一基板RF信号垫和第二基板RF信号垫中的至少一者可延伸到界面区中。
在一个或多个实施例中，第一基板RF信号垫和第二基板RF信号垫中的至少一者还可包括具有与相应的第一基板界面层和第二基板界面层相同的金属的另一金属区。
在一个或多个实施例中，介电区中的介电体可包括空气。
附图说明
现在仅借助于通过附图所示的例子详细地描述实施例，在附图中：
图1示出示例16元件双极化天线阵列。
图2示出可用于实施图1的天线阵列的示例封装中天线。
图3示出根据实施例的封装中天线的横截面。
图4示出图3的封装中天线的一部分，示出两个层压体之间的共形互连。
图5示出图3的共形接地和RF信号连接的平面图。
图6示出根据实施例的包括共形RF信号和接地互连的RF封装组件的横截面。
图7示出根据实施例的包括共形RF信号和接地互连的RF封装组件的横截面。
图8示出根据实施例的包括共形RF信号和接地互连的RF封装组件的横截面。
图9A-图9E示出用于制造图3的封装中天线的示例序列。
图10示出根据实施例制造封装中天线的两个层压体之间的共形信号和接地互连件的方法。
应注意，各图是图解性的，并未按比例绘制。为在图中清楚和便利起见，这些图的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或减小而示出。相同的附图标记一般用于指代修改后且不同的实施例中的对应的或类似的特征。
具体实施方式
图1示出包括如所示为双极化贴片天线的十六个天线元件102的天线阵列100。天线102中的每一者具有对应于水平极化和竖直极化的第一馈送点104和第二馈送点106。天线阵列100可例如用于100GHz 6G应用，在此情况下，天线102之间的距离110可例如为1.5mm。对于100GHz应用，天线阵列100可实施为封装中天线(AiP)。通常需要多个层来将信号路由到天线102和从天线102路由信号。因此，封装堆叠的累积厚度引起内部机械应力和翘曲，这可影响封装组装过程和产品可靠性。
叠层封装是一种可通过将封装中天线分成单独的路由层压体封装和天线层压体封装来减小此风险的构造技术。天线阵列100的封装中天线150的示例叠层封装实施方案在图2中以横截面示出。
还可被称作天线基板的天线层压体封装120包括通常是铜(Cu)的金属层112，其包括贴片天线102以及第一馈送点104和第二馈送点106。天线基板120可具有在天线基板120的与天线102相对的主表面上的界面金属层122。天线界面金属层122可包括例如通过通孔114连接到相应馈送点104、106的RF信号垫108。天线界面层122还具有接地垫116，所述接地垫116与RF信号连接一起形成起于相应天线馈送点104、106的共形(同轴)连接。
还可称为路由基板的路由层压体封装130包括路由金属层128。路由基板130可具有界面金属层126，所述界面金属层126通过与天线基板120的RF信号连接垫108和接地连接垫116互补的还称为信号焊盘的RF信号连接垫134和接地连接垫136图案化。RF信号连接134和接地连接可通过通孔132连接到路由层128中的路由连接138。
封装中天线150还包括界面区118，所述界面区118包括例如具有或不具有凸块下金属化(UBM)的焊料凸块124，所述UBM形成以用于可最初在天线基板120和路由基板130连接在一起之前形成于天线界面层122或路由界面层126上的所有连接。在焊接之后，界面区118将天线基板120的RF信号连接垫108和接地连接垫116电流连接到路由基板130的对应RF信号连接垫134和接地连接垫136。
应了解，在其它示例中，天线基板120和路由基板130两者可包括比所示的那些金属层更多的金属层。金属层通常使用铜形成。
因为两个基板之间的典型连接通过焊料连接(例如，铜芯连接)进行，所以这可能在RF路径中引入额外损耗和变化并限制路径隔离。另外，由于封装中天线150的叠层封装构造，因此可能因焊料连接的尺寸小而需要底部填充。例如，RF信号连接垫134的直径可能小于60微米。由于所需的连接数目和其小的特征大小，在界面区118中进行的连接通常涉及小的焊料凸块124或者Cu柱，并且在回流之后需要底部填充。凸块化、回流和底部填充以及固化还添加了组装时的过程步骤。
图3示出根据实施例的封装中天线200横截面图，并且图4示出图3的封装中天线的一部分，示出两个层压体之间的共形接地和信号互连210。
根据实施例的封装中天线200的示例叠层封装实施方案在图2中以横截面示出。
还可称作天线基板的天线层压体封装220包括通常使用铜(Cu)的还可称为天线金属层的金属层212，其包括贴片天线202以及第一馈送点204和第二馈送点206。天线基板220可具有在天线基板220的与天线102相对的主表面上的界面金属层222。天线界面金属层222可包括例如通过通孔208连接到相应馈送点204、206的RF信号垫214。天线界面层222还具有接地垫216，所述接地垫216与RF信号连接一起形成起于相应天线馈送点204、206的共形连接。在其它例子中，天线可具有更少或更多的馈送点。
还可称为路由基板的路由层压体封装230包括路由金属层228。路由基板230可具有界面金属层226，所述界面金属层226通过与天线基板220的RF信号连接垫214和接地连接垫216互补的还称为信号焊盘的RF信号连接垫234和接地连接垫236图案化。RF信号垫234和接地垫可通过通孔232连接到路由层228中的路由连接238。
封装中天线200还包括界面区218，所述界面区218包括电流连接区224以互连基板220、230的接地垫216、236。
应了解，在其它示例中，天线基板220和路由基板230两者可包括比所示的那些金属层更多的金属层。金属层通常使用铜形成。
封装中天线200的RF信号垫214包括形成于界面区218内的额外金属区240。额外金属区240可通过镀覆与形成于天线基板220中或上的其它金属层212、222相同材料(例如，铜)的额外金属层242而形成。此额外金属区240形成于仅在非RF信号垫上形成的电流连接区224之前。例如，如所示，电流连接区224形成于接地连接216上，但也可形成于其它非RF连接上。不将焊料施加到RF信号垫214，并且因此当天线基板220和路由基板230焊接在一起时，天线基板220的RF信号垫216的额外金属区240之间可存在间隙244。间隙244限定RF信号垫214、234之间的介电区246，并且在一些例子中可小于10微米。在其它例子中，间隙244可在1至3微米的范围内。
在一些例子中，此间隙244可为气隙。在其它例子中，此间隙244可填充有另一介电材料。与封装中天线200相比，虽然接地的连接仍为电流连接，但用于RF信号的连接通过电容耦合进行。由于空气尖端处的场弥散效应(fringing)，RF信号例如从天线基板220耦合到路由基板230。归因于可例如大于60GHz并且高达200GHz的RF信号频率，通过在天线基板220与路由基板230之间电容耦合RF信号，相比于跨界面的焊接电流连接，可减少RF信号损耗。此外，由于跨界面将始终存在场弥散效应，因此可增加放置容差。
图5示出共形接地和信号互连210的平面图210′。如所示，平面图210′示出同轴连接，但在其它例子中，可使用替代的共形信号和接地连接。信号连接214的直径Di以及层压材料或分离信号垫214的其它介电体和接地垫的外径Do可取决于所需频率而变化。例如，假设介电常数为4，Di＝30微米(μm)和Do＝160μm的值可产生截止频率为500GHz的连接，而对于Di＝90μm和Do＝480μm的值，截止频率可为170GHz。因此，对于用于高频RF信号的高密度共形连接，可能需要较小信号直径，例如Di＜60μm。
图6示出根据实施例的包括共形信号和接地互连件的RF封装组件300。第一基板或层压体320包括界面金属层306。界面金属层306包括连接到安装在基板和/或其它金属层(未示出)上的其它电路元件(未示出)的RF信号垫302。界面层306还具有与RF信号垫302一起形成共形(同轴)布置的接地垫304。
第二基板或层压体330可具有界面金属层308，所述界面金属层308通过与第一基板320的RF信号连接垫302和接地连接垫304互补的还称为信号焊盘的RF信号连接垫312和接地连接垫314图案化。RF信号连接312和接地连接314可连接到第二基板330中的其它金属层(未示出)。
RF封装组件300还包括第一基板230与第二基板330之间的界面区310。可提供第二基板330上的额外金属层322以在第二基板的RF信号垫312上形成额外金属区340。界面区310还可包括电流连接接地垫304、314的界面连接316。这些界面连接316可包括但不限于例如具有或不具有凸块下金属化(UBM)的焊料、纳米线和各向异性导电膏(ACP)或形成于第一基板320或第二基板330上的焊料凸块。
界面区310包括RF信号垫302、312之间的间隙318。此间隙限定RF信号垫302、312之间的可为气隙或可填充有另一介电体的介电区328。RF垫302、312和介电体有效地形成电容器。在操作中，在第一基板320与第二基板之间发送的RF信号将被电容耦合。额外金属区340可减小RF信号垫302、312之间的间隔，但在一些例子中，可省略。间隙的距离可在低于某一最大距离的情况下可变，以为待耦合的RF信号提供足够大的电容，而不会显著衰减信号，即，提供低阻抗路径。这可允许制造期间界面区310的厚度的公差较大。RF信号的电容耦合和所得弥散效应场324可允许第一基板320和路由基板330的对准以及金属层322中的额外金属区340与RF信号垫312的对准有较大公差326。
在一些例子中，不同的RF信号垫302、312的尺寸可不同。这在图7中示出，该图示出包括具有比RF信号垫312宽的RF信号垫302的共形互连件的RF封装组件300′。在其它方面，RF封装组件300′类似于RF封装组件300。
在一些例子中，额外金属层可添加到第一基板320和第二基板330两者上的RF信号垫。这例如在图8中示出，该图示出RF封装组件300″。提供额外金属层242、322′以在第一基板320和第二基板330两者的RF信号垫312、302上形成额外金属区340、340′。在其它方面，RF封装组件300类似于RF封装组件300、300′。
RF封装组件300、300′、300″可允许例如使用可生长或镀覆在基板320、330中的任一者或两者上的铜形成额外金属区340、340′，以电容耦合基板封装320、330之间的RF信号。本文中所描述的实施例可对金属垫的处理扩展不大敏感，并且允许不同尺寸的垫在任何维度(x、y、z)上用于基板320、330，同时仍允许RF信号在基板120、130之间发送。额外金属区340、340′形成较厚RF信号垫或焊盘302、312(即，当在横截面中进行观察时具有RF封装组件300、300′、300″的较大尺寸)，在一个或两个基板320、330上比对应接地连接304、314厚。
图9A-图9E示出形成封装中天线200的一些处理步骤。图10示出根据实施例的制造封装中天线400的方法。在步骤402，可提供具有界面层的天线层压体，例如具有金属层222的天线基板220，如图9A中所示。在步骤404中，可针对例如图9B中所示的金属区240等RF信号线形成较厚镀覆。在步骤406，可针对所有非RF信号线产生UBM/焊料连接，从而形成图9C中所示的电流连接区。在步骤408，可提供具有与天线层压体界面层对应的界面层的路由层压体，例如图9D所示的具有界面层126的路由基板130。在步骤410，可将焊料或ACP材料施加在除了RF信号垫之外的所有垫上。所得接地和/或其它连接层将两个层压体220、230拉动并保持在一起，从而产生用于RF信号垫的可允许它们产生电容耦合的最小间隙。在步骤412，天线层压体和路由层压体可对准和连接，从而例如产生图9E中所示的封装中天线200。在步骤414，可施加毛细管底部填充物，并且在步骤416，可对封装进行单分和测试。
RF封装组件和方法的实施例可将用于RF信号的焊料/金属间电流界面更换为使用电容耦合的界面。接地信号接地(GSG)连接可具有围绕中心信号通孔的多个单独垫或接地环。天线层压体与路由层压体之间的接地连接为电流的，而用于信号的连接通过电容耦合进行。归因于空气尖端处的场弥散效应，RF信号耦合到第二封装中。由于将始终存在场弥散效应，因此可放宽制造(放置)公差的所需准确性。
实施例可用在叠层封装结构中的两个层压体之间具有高密度同轴或其它共形接地和信号互连的封装阵列中的天线中，其中信号连接较小，例如小于60微米。对于例如两个封装之间的6G的高频应用(＞50GHz)中的高密度同轴互连，可能需要较小的信号直径Di＜60um。在还可称为基板的层压体的至少一个界面层上，使用实现电容耦合的专用镀覆结构。可包括至少一个界面层上的图案化第二镀覆层，以改进高密度基板到基板(还可称为板到板或层压体到层压体)连接中的共形信号和接地的信号路径上的非电流连接性能。
一种RF封装组件包括第一基板和第二基板的堆叠的叠层封装布置。所述第一基板和所述第二基板中的每一者包括RF信号垫和接地垫。堆叠基板之间的界面区将所述第一基板的所述RF信号垫和接地垫耦合到所述第二基板的对应垫。所述界面区包括在所述第一基板接地垫中的每一者与对应的所述第二基板接地垫中的每一者之间提供电流连接的电流连接区。所述界面区包括所述第一基板RF信号垫中的每一者与对应的所述第二基板RF信号垫之间的介电区，使得在这两个基板之间发送的RF信号电容耦合。
尽管所附权利要求书涉及特征的特定组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化形式，而不管其是否涉及当前在任何权利要求中要求的相同发明或其是否缓解与本发明所缓解的技术问题相同的任一或所有技术问题。
在单独实施例的上下文中描述的特征可组合提供于单个实施例中。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独提供或以任何适合的子组合的方式提供。
申请人特此提醒，在审查本申请或由此衍生的任何另外的申请期间，可能会根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。
为完整性起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一(a或an)”不排除多个、单个处理器或其它单元可实现在权利要求中所述的若干构件的功能，且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种包括第一基板和第二基板的堆叠布置的RF封装组件，其特征在于
所述第一基板具有第一基板界面层，所述第一基板界面层包括：
多个第一基板RF信号垫，其被配置成发送或接收RF信号，和
多个第一基板接地垫；
所述第二基板具有第二基板界面层，所述第二基板界面层包括：
多个第二基板RF信号垫，其被配置成发送或接收RF信号，和
多个第二基板接地垫；
其中所述RF封装组件另外包括：
在所述第一基板与所述第二基板之间的界面区，所述界面区包括：
多个电流连接区，其在所述多个第一基板接地垫与所述多个第二基板接地垫之间提供电流连接，以及
多个介电区，其处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间。
2.根据权利要求1所述的RF封装组件，其特征在于，被配置成电容耦合所述第一基板与所述第二基板之间经由所述多个所述第一基板RF信号垫中的相应一者和所述多个所述第二基板RF信号垫中的相应一者发送的RF信号。
3.根据权利要求1或2所述的RF封装组件，其特征在于，所述多个第一基板RF信号垫和所述多个第二基板RF信号垫中的至少一者延伸到所述界面区中。
4.根据权利要求3所述的RF封装组件，其特征在于，i)所述多个第一基板RF信号垫和ii)所述多个第二基板RF信号垫中的至少一者另外包括具有与相应的所述第一基板界面层和所述第二基板界面层相同的金属的另一金属区。
5.根据在前的任一项权利要求所述的RF封装组件，其特征在于，所述第一基板RF信号垫比所述第一基板接地垫厚。
6.根据在前的任一项权利要求所述的RF封装组件，其特征在于，所述第二基板RF信号垫比所述第二基板接地垫厚。
7.根据在前的任一项权利要求所述的RF封装组件，其特征在于，所述多个介电区中的介电区限定所述第一基板RF信号垫与所述第二基板RF信号垫之间的最小分离。
8.根据在前的任一项权利要求所述的RF封装组件，其特征在于，所述多个电流连接区中的每一者包括所述第一基板接地垫与所述第二基板接地垫之间的焊料连接。
9.一种包括根据在前的任一项权利要求所述的RF封装组件的封装中天线，其特征在于，所述第一基板另外包括天线阵列层，所述天线阵列层包括贴片天线阵列；并且其中所述多个第一基板RF信号垫耦合到所述贴片天线阵列的相应贴片天线。
10.一种制造包括第一基板和第二基板的堆叠布置的RF封装组件的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供具有第一基板界面层的第一基板，所述第一基板界面层包括：
多个第一基板RF信号垫，其被配置成发送或接收RF信号，和
多个第一基板接地垫；
提供具有第二基板界面层的第二基板，所述第二基板界面层包括：
多个第二基板RF信号垫，和
多个第二基板接地垫；以及
通过以下操作在所述第一基板与所述第二基板之间形成界面区：
形成连接所述多个第一基板接地垫和所述多个第二基板接地垫的多个电流连接区；以及
形成处于所述多个第一基板RF信号垫与所述多个第二基板RF信号垫之间的多个介电区。
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