CN210668359U - 一种无基板集成天线封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无基板集成天线封装结构，包括：嵌入或附着于第一塑封层表面的天线层；具有芯片焊球的芯片；一个或多个第一金属柱；第一介质层，覆盖第一塑封层远离天线层一侧的表面；第一金属层，形成于第一介质层表面，与第一金属柱电连接；第二介质层，覆盖第一金属层的表面和间隙；第二塑封层，覆盖第二介质层表面，并包覆芯片和第一金属柱；第三介质层，覆盖于第二塑封层表面；第二金属层，形成于第二介质层表面，与第一金属柱及芯片电连接；第四介质层，覆盖第二金属层的表面和间隙；以及外接焊球，电连接至第二金属层。

Description

一种无基板集成天线封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别涉及无基板集成天线封装技术。

背景技术

封装天线(Antenna-in-Package,AiP)技术是通过封装材料与工艺将天线集成在携带芯片的封装内。AiP技术很好地兼顾了天线性能、成本及体积，已成为无线通信系统的主流天线技术。

如图7所示，传统的集成天线式封装，采用PCB和芯片集成的方式制作，芯片采用倒装或引线键合的方式贴装在PCB上，天线设计在PCB表面。这种封装结构中的PCB通常为层数在8层以上的多层板，如图8所示。这类封装体积较大，产品厚度较厚，信号传输距离长，高频衰减较大，不适合未来终端产品使用。同时，适用于天线的PCB材料获取困难，成本较高。

因此，需要新型的集成天线封装结构及其制造方法，从而至少部分的解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的至少部分问题，本实用新型提供一种无基板集成天线封装结构。

一种无基板集成天线封装结构，包括：

天线层；

第一塑封层，所述天线层嵌入或附着于所述第一塑封层表面；

芯片；

一个或多个第一金属柱；

第一金属层，所述第一金属层附着或嵌入于所述第一塑封层远离所述天线层一侧的表面，所述第一金属层与所述第一金属柱电连接；

第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一金属层的表面和间隙；

第二塑封层，所述第二塑封层覆盖所述第二介质层表面，并包覆所述芯片和所述第一金属柱；

第三介质层，所述第三介质层覆盖于所述第二塑封层表面；

第二金属层，所述第二金属层形成于所述第三介质层表面，所述第二金属层与所述第一金属柱及所述芯片电连接；

第四介质层，所述第四介质层覆盖所述第二金属层的表面和间隙；以及

外接焊球，所述外接焊球电连接至所述第二金属层。

进一步地，所述第二金属层实现对所述芯片焊球的扇出功能。

进一步地，所述无基板集成天线封装结构还可以包括第一介质层，所述第一介质层覆盖于所述第一塑封层远离所述天线层一侧的表面，所述第一金属层形成于所述第一介质层表面。

进一步地，所述无基板集成天线封装结构还可以包括一个或多个第二金属柱，所述第二金属柱与所述天线层及所述第一金属层电连接。

进一步地，所述芯片通过形成于芯片焊盘上的芯片焊球，贴装于所述第二金属层上。

进一步地，所述芯片通过粘结胶粘结在第二介质层表面。

进一步地，所述第二金属层实现对所述芯片焊球的扇出功能。

进一步地，所述第一金属层和/或所述第二金属层和/或所述第一金属柱和/或所述第二金属柱的材料为铜、银、金、锡。

进一步地，所述第一塑封层和/或所述第二塑封层的材料为树脂和填料组成。

进一步地，所述第一介质层和/或所述第二介质层和/或所述第三介质层的材料为液态或膜状感光材料。

本实用新型提供一种无基板集成天线封装结构，通过采用无基板化的扇出封装工艺，实现芯片布线的三维集成。该封装结构整体厚度更薄，同时其背面可以大面积覆铜和布球，散热性能好；毫米波芯片低速和P/G IO通过底层金属柱对外互连；上层结构含有馈电结构和反射面，可成阵排布；封装结构可实现多芯片3D集成。

附图说明

为进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本实用新型一个实施例的无基板集成天线封装结构的横截面示意图；

图2示出本实用新型又一个实施例的无基板集成天线封装结构的横截面示意图；

图3示出本实用新型又一个实施例的无基板集成天线封装结构的横截面示意图；

图4示出本实用新型又一个实施例的无基板集成天线封装结构的横截面示意图；

图5A至图5P示出形成本实用新型的一个实施例的无基板集成天线封装结构的过程的剖面示意图；

图6A至图6O示出形成本实用新型的又一个实施例的无基板集成天线封装结构的过程的剖面示意图；

图7示出现有技术中的有机基板集成天线封装结构图；以及

图8示出现有技术中集成天线封装的有机基板结构示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本实用新型的实用新型点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本实用新型中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本实用新型的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本实用新型的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

下面结合图1来详细介绍根据本实用新型的一个实施例的一种无基板集成天线封装结构。图1示出根据本实用新型的一个实施例的一种无基板集成天线封装结构100的剖面示意图。如图1所示，该无基板集成天线封装结构100包括天线层101、芯片102、第一塑封层111、第二塑封层112、第一金属层121、第二金属层122、第一金属柱131、第一介质层141、第二介质层142、第三介质层143、第四介质层144以及外接焊球150。

第一塑封层111包裹天线层101，但露出天线层101的表面，天线层101的材料可以为铜、银或金等，第一塑封层111的材料为树脂和填料组成。

第一介质层141覆盖第一塑封层111远离天线层的一侧表面，第一介质层的材料为感光材料，可以是液态或膜状材料。

第一金属层121形成于第一介质层141表面，实现与第一金属柱131的电连接，第一金属层121和/或第一金属柱131的材料可以为铜、银、锡或金等。

第二介质层142覆盖第一金属层121的表面及金属导线间、及铜柱与芯片焊球之间的间隙，起到绝缘保护作用。第一介质层142的材料为感光材料，可以为液态或膜状材料。

第二塑封层112设置成包覆芯片102及第一金属柱131，但露出第一金属柱131的端面及芯片102的芯片焊球，第一塑封层111的材料为树脂和填料组成。

第三介质层143覆盖第二塑封层112的表面，但露出第一金属柱131的端面。第三介质层143的材料为感光材料，可以为液态或膜状材料。

第二金属层122形成于第三介质层143表面，实现与第一金属柱131及芯片102的电连接，第二金属层121的材料可以为铜、银或金等。

第四介质层144覆盖第二金属层122的表面及金属导线间的间隙，起到绝缘保护作用。第四介质层144的材料为感光材料，可以为液态或膜状材料。

外接焊球150设置在第二金属层122的外接焊盘上。

图2示出根据本实用新型的又一个实施例的一种无基板集成天线封装结构200的剖面示意图。如图2所示，无基板集成天线封装结构200与无基板集成天线封装结构100的不同之处在于，无基板集成天线封装结构200还包括第二金属柱232，第二金属柱232包裹于第一塑封层211中，实现与天线层201及第一金属层221的电连接，第二金属柱232的材料可以为铜、银或金等。

图3示出根据本实用新型的又一个实施例的一种无基板集成天线封装结构300的剖面示意图。如图3所示，无基板集成天线封装结构300与无基板集成天线封装结构100的不同之处在于，无基板集成天线封装结构300不包括第一介质层，天线层301形成于第一塑封层311的表面，同时第一金属层321嵌入于第一塑封层311的另一侧表面，第二介质层342覆盖于第一塑封层311具有第一金属层321一侧的表面，并露出部分第一金属层321的外接焊盘。

图4示出根据本实用新型的又一个实施例的一种无基板集成天线封装结构400的剖面示意图。如图4所示，无基板集成天线封装结构400与无基板集成天线封装结构300的不同之处在于，还包括第二金属柱432，第二金属柱432包裹于第一塑封层411中，实现与天线层401及第一金属层421的电连接，第二金属柱432的材料可以为铜、银或金等。

下面结合图5A至图5O来详细描述形成无基板集成天线封装结构100的过程。图5A至图5O示出根据本实用新型的一个实施例形成该种无基板集成天线封装结构的过程剖面示意图。

首先，如图5A所示，在载片002上覆盖临时膜003。其中载片002可以为晶圆、玻璃、金属、陶瓷、硅等载片材料；临时膜003为加热、光照等可拆键合粘接材料。

接下来，如图5B所示，在临时膜003表面形成天线层101。具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺在临时膜003表面形成种子层，通过层压、贴片、印刷、旋涂等方式涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、电镀、去胶、去多余种子层等步骤，形成天线层101。

接下来，如图5C所示，形成第一塑封层111。第一塑封层111包覆天线层101。

接下来，如图5D所示，在第一塑封层111表面形成第一介质层141。

接下来，如图5E所示，在第一介质层141表面形成第一金属层121。具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺在第一介质层141表面形成种子层，通过层压、贴片、印刷、旋涂等方式涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、电镀、去胶、去多余种子层等步骤，形成第一金属层121。

接下来，如图5F所示，在第一金属层121上形成第二介质层142，通过曝光或显影等技术去除部分第二介质层142，暴露至少一个第一金属层121的外接焊盘。

接下来，如图5G所示，在第一金属层121的至少一个外接焊盘上，通过电镀、印刷、植球等工艺制作第一金属柱131。

接下来，如图5H所示，在芯片102的焊盘表面增加芯片焊球001，芯片焊球001的材料为铜、镍、锡、银、金、钯或其合金。

接下来，如图5I所示，将芯片102通过粘接胶粘接在第一金属柱131之间的第二介质层142上。

接下来，如图5J所示，形成第二塑封层112。第二塑封层112包覆芯片102及第一金属柱131，同时露出第一金属柱131的头及芯片102的芯片焊球。在本实用新型的一个具体实施例中，可以在形成第二塑封层112后，再通过减薄、铣削、研磨第二塑封层112实现第一金属柱131及芯片焊球的露头。

接下来，如图5K所示，在第二塑封层112表面覆盖第三介质层143，通过曝光或显影等技术去除部分第三介质层143，暴露第一金属柱131的端面及芯片焊球。

接下来，如图5L所示，在第三介质层143表面形成第二金属层122。具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺在第三介质层143表面形成种子层，通过层压、贴片、印刷、旋涂等方式涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、电镀、去胶、去多余种子层等步骤，形成第二金属层122。

接下来，如图5M所示，在第二金属层122上形成第四介质层144，通过曝光或显影等技术去除部分第四介质层144，暴露至少一个第二金属层122的外接焊盘。

接下来，如图5N所示，在第二金属层122上形成外接焊球150。在本实用新型的一个具体实施例中，可以通过电镀、植球、印刷等工艺在第二金属层122的至少一个外接焊盘上形成外接焊球150。

最后，如图5O所示，去除载片002及临时膜003。在本实用新型的一个具体实施例中，可以依据临时粘合层002的特性，采用机械研磨去除、化学腐蚀去除、干法刻蚀去除、激光去除、加热去除等方式实现。

形成无基板集成天线封装结构200的流程与形成无基板集成天线封装结构100的不同之处在于，如图5P所示，在天线层221表面，通过电镀、印刷、植球等工艺制作第二金属柱232，接下来，在形成第一塑封层后，再通过减薄、铣削、研磨第一塑封层实现第二金属柱232的露头。所述第一塑封层包覆天线层及第二金属柱232。其余步骤与形成无基板集成天线封装结构100的步骤相同。

下面结合图6A至图6N来详细描述形成无基板集成天线封装结构300的过程。图6A至图6N示出根据本实用新型的一个实施例形成该种无基板集成天线封装结构的过程剖面示意图。

首先，如图6A所示，在载片002上覆盖临时膜003。其中载片002可以为晶圆、玻璃、金属、陶瓷、硅等载片材料；临时膜003为加热、光照等可拆键合粘接材料。

接下来，如图6B所示，在临时膜003表面形成第四介质层344，通过曝光或显影等技术去除部分第四介质层344。

接下来，如图6C所示，在第四介质层344表面形成第二金属层322。具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺在第四介质层344表面形成种子层，通过层压、贴片、印刷、旋涂等方式涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、电镀、去胶、去多余种子层等步骤，形成第二金属层322。

接下来，如图6D所示，在第二金属层322上形成第三介质层343，通过曝光或显影等技术去除部分第三介质层343，暴露至少一个第二金属层322的外接焊盘。

接下来，如图6E所示，在第二金属层322的至少一个外接焊盘上，通过电镀、印刷、植球等工艺制作第一金属柱331。

接下来，如图6F所示，在芯片302的焊盘表面增加芯片焊球001，芯片焊球001的材料为铜、镍、锡、银、金、钯或其合金。

接下来，如图6G所示，将芯片302的芯片焊球001焊接在第一金属柱331之间预设的第二金属层322的芯片焊盘上。

接下来，如图6H所示，形成第二塑封层312。第二塑封层312包覆芯片302及第一金属柱331，同时露出第一金属柱331的头。在本实用新型的一个具体实施例中，可以在形成第二塑封层312后，再通过减薄、铣削、研磨第二塑封层312实现第一金属柱131的露头。

接下来，如图6I所示，在第二塑封层312表面覆盖第二介质层342，通过曝光或显影等技术去除部分第二介质层342，暴露第一金属柱331的端面。

接下来，如图6J所示，在第二介质层342表面形成第一金属层321。具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺在第二介质层342表面形成种子层，通过层压、贴片、印刷、旋涂等方式涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、电镀、去胶、去多余种子层等步骤，形成第一金属层321。

接下来，如图6K所示，形成第一塑封层311。第一塑封层311包覆第一金属层321。

接下来，如图6L所示，在第一塑封层311表面形成天线层301。具体形成方法可以通过电镀、物理气相沉积或贴片等不同工艺形成。

接下来，如图6M所示，去除载片002及临时膜003。在本实用新型的一个具体实施例中，可以依据临时粘合层002的特性，采用机械研磨去除、化学腐蚀去除、干法刻蚀去除、激光去除、加热去除等方式去除载片002及临时膜003，以暴露第三介质层343以及第二金属层322的至少一个外接焊盘。

最后，如图6N所示，在第二金属层322上形成外接焊球350。在本实用新型的一个具体实施例中，可以通过电镀、植球、印刷等工艺在第二金属层322的至少一个外接焊盘上形成外接焊球350。

形成无基板集成天线封装结构400的流程与形成无基板集成天线封装结构300的不同之处在于，如图6O所示，在第一金属层421上通过电镀、印刷、植球等工艺制作第二金属柱432。其余步骤与形成无基板集成天线封装结构300的步骤相同。

基于本实用新型提供的无基板集成天线封装结构及其制造方法，通过采用无基板化的扇出封装工艺，实现芯片布线的三维集成。该封装结构整体厚度更薄，同时其背面可以大面积覆铜和布球，散热性能好；毫米波芯片低速和P/G IO通过底层金属柱对外互连；上层结构含有馈电结构和反射面，可成阵排布；封装结构可实现多芯片3D集成。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种无基板集成天线封装结构，其特征在于，包括：

天线层；

第一塑封层，所述天线层嵌入或附着于所述第一塑封层表面；

芯片；

一个或多个第一金属柱；

第一金属层，所述第一金属层附着或嵌入于所述第一塑封层远离所述天线层一侧的表面，所述第一金属层与所述第一金属柱电连接；

第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一金属层的表面和间隙；

第二塑封层，所述第二塑封层覆盖所述第二介质层表面，并包覆所述芯片和所述第一金属柱；

第三介质层，所述第三介质层覆盖于所述第二塑封层表面；

第二金属层，所述第二金属层形成于所述第三介质层表面，所述第二金属层与所述第一金属柱及所述芯片电连接；

第四介质层，所述第四介质层覆盖所述第二金属层的表面和间隙；以及

外接焊球，所述外接焊球电连接至所述第二金属层。

2.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，还包括第一介质层，所述第一介质层覆盖于所述第一塑封层远离所述天线层一侧的表面，所述第一金属层形成于所述第一介质层的表面。

3.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，还包括一个或多个第二金属柱，所述第二金属柱与所述天线层及所述第一金属层电连接。

4.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述芯片通过形成于芯片焊盘上的芯片焊球，贴装于所述第二金属层上。

5.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述芯片通过粘结胶粘结在第二介质层表面。

6.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述第二金属层实现对所述芯片焊球的扇出功能。

7.如权利要求3所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述第一金属层和/或所述第二金属层和/或所述第一金属柱和/或所述第二金属柱的材料为铜、银、金、锡。

8.如权利要求1所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述第一塑封层和/或所述第二塑封层的材料为树脂和填料组成。

9.如权利要求2所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述第一介质层和/或所述第二介质层和/或所述第三介质层和/或所述第四介质层的材料为液态或膜状感光材料。

10.如权利要求2、3、4、5、7、8或9之一所述的无基板集成天线封装结构，其特征在于，所述第二金属层实现对所述芯片焊球的扇出功能。

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