CN210806006U - 透镜天线封装结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种透镜天线封装结构及电子设备，透镜天线封装结构包括重新布线层、馈电线、塑封层、天线、透镜、芯片及焊球凸块；其中，透镜覆盖天线，使得自然辐射出来的球面波束及柱面波束中的一种或组合，在经过透镜的折射后发生汇聚，最终形成平面波束，以通过透镜提高波束的定向性，从而可通过透镜增强电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗，对5G基站和终端有极重大的节能功用。

Description

透镜天线封装结构及电子设备

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种透镜天线封装结构及电子设备。

背景技术

随着高科技电子产品的普及以及人们需求的增加，特别是为了配合移动的需求，大多高科技电子产品都增加了无线通讯的功能。

天线讯号的传送和接收，通常需要经过多个功能芯片模块，传统做法是将各个功能芯片模块组装在PCB板上，以进行PCB封装。然而，在采用PCB封装方法制备的天线封装结构中，天线讯号的传输线路较长、效能较差、功率消耗较大，且封装体积较大，这与人们所追求的高速、便捷、轻巧的电子产品相悖。

随着5G(5th Generation)通信信息的快速发展，在5G通信中，由于天线的电磁波变成毫米级、高频的电磁波，因此电磁波的传输衰减较大，且损耗较大。

因此，开发一种降低天线的电磁波的衰减和损耗的新型透镜天线封装结构及电子设备，尤为重要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种透镜天线封装结构及电子设备，用于解决现有技术中天线的电磁波的衰减和损耗的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种透镜天线封装结构，所述透镜天线封装结构包括：

重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面；

馈电线，所述馈电线位于所述重新布线层的第一面，且所述馈电线包括与所述重新布线层电连接的第一端及相对的第二端；

塑封层，所述塑封层位于所述重新布线层的第一面，且所述塑封层将所述馈电线塑封并显露所述馈电线的第二端；

天线，所述天线位于所述塑封层远离所述重新布线层的表面，且所述天线与所述馈电线的第二端电连接；

透镜，所述透镜位于所述塑封层远离所述重新布线层的表面，且所述透镜覆盖所述天线，以通过所述透镜提高波束的定向性；

芯片，所述芯片倒装键合于所述重新布线层的第二面，且所述芯片与所述重新布线层电连接；

焊球凸块，所述焊球凸块位于所述重新布线层的第二面，且所述焊球凸块与所述重新布线层电连接。

可选地，所述波束包括球面波束及柱面波束中的一种或组合，且所述波束通过所述透镜转换为平面波束。

可选地，所述天线包括发射天线、接收天线及收发天线中的一种或组合。

可选地，所述透镜包括折射率范围为1.1～2.0的凸透镜。

可选地，所述透镜包括PI透镜、硅胶透镜、PMMA透镜、PET透镜及PC透镜中的一种或组合。

可选地，所述透镜的横截面的形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形及梯形中的一种或组合。

可选地，还包括位于所述馈电线与所述重新布线层之间，将所述重新布线层与所述馈电线电连接的金属连接件。

可选地，所述电子设备包括任一上述的透镜天线封装结构。

如上所述，本实用新型的透镜天线封装结构及电子设备，透镜天线封装结构包括重新布线层、馈电线、塑封层、天线、透镜、芯片及焊球凸块；其中，透镜覆盖天线，使得自然辐射出来的球面波束及柱面波束中的一种或组合，在经过透镜的折射后发生汇聚，最终形成平面波束，以通过透镜提高波束的定向性，从而可通过透镜增强电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗，对5G基站和终端有极重大的节能功用。

附图说明

图1显示为本实用新型中的透镜天线封装结构的制备工艺流程示意图。

图2至图17显示为本实用新型中透镜天线封装结构在制备过程中各步骤所得结构的截面结构示意图；其中，图17显示为本实用新型中透镜天线封装结构的截面结构示意图。

图18显示为本实用新型中透镜天线封装结构在进行信号发射时的原理图。

图19显示为本实用新型中透镜天线封装结构在进行信号接收时的原理图。

元件标号说明

100 支撑基底

110 分离层

121 第一布线介电层

122 第二布线介电层

123 第三布线介电层

130 种子层

131 Ti层

132 Cu层

141 第一布线金属层

142 第二布线金属层

143 第三布线金属层

150 金属连接件

151 Ni层

152 Au层

160 馈电线

170 塑封层

180 天线

190 透镜

200 芯片

210 填充层

220 焊球凸块

300 掩膜版

400 光

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图19。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图17，本实用新型提供一种透镜天线封装结构，所述透镜天线封装结构包括：重新布线层、馈电线160、塑封层170、天线180、透镜190、芯片200及焊球凸块220。

具体的，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面；所述馈电线160位于所述重新布线层的第一面，且所述馈电线160包括与所述重新布线层电连接的第一端及相对的第二端；所述塑封层170位于所述重新布线层的第一面，且所述塑封层170将所述馈电线160塑封并显露所述馈电线160的第二端；所述天线180位于所述塑封层170远离所述重新布线层的表面，且所述天线180与所述馈电线160的第二端电连接；所述透镜190位于所述塑封层170远离所述重新布线层的表面，且所述透镜190覆盖所述天线180，以通过所述透镜190提高波束的定向性；所述芯片200倒装键合于所述重新布线层的第二面，且所述芯片200与所述重新布线层电连接；所述焊球凸块220位于所述重新布线层的第二面，且所述焊球凸块220与所述重新布线层电连接。

本实用新型的透镜天线封装结构，通过覆盖所述天线180的所述透镜190，使得波束在经过所述透镜190时，发生折射，以将所述波束进行汇聚，从而通过所述透镜190，可提高所述波束的定向性，从而可通过所述透镜190增强电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗。

作为示例，所述波束包括球面波束及柱面波束中的一种或组合，且所述波束通过所述透镜190转换为平面波束。

具体的，根据波阵面形状不同，可以把不同波源发出的波束分为平面波束、柱面波束和球面波束。其中，波阵面为互相平行的平面的波束称为平面波束，平面波束不扩散，各质点振幅是一个常数，不随距离而变化；波阵面为同轴圆柱面的波束称为柱面波束，柱面波束向周向扩散，而沿轴向不发生扩散，柱面波束各质点的振幅与距离的平方根成反比；波阵面为同心球面的波称为球面波束，球面波束向四面八方扩散，球面波束各质点的振幅与距离成反比。按照几何光学理论，波在具有不同折射率的介质间传播时，会发生折射现象。而天线发出的电磁波具有波粒二象性，在电磁波的传输过程中，但电磁波经过不平行、且具有不同折射率的两介质时，电磁波则会发生折射现象，以进行波束的汇聚。本实施例中，通过在所述天线180前设置所述透镜190，使得所述波束在通过所述透镜190时，发生折射现象，从而实现对所述波束的汇聚作用，以通过所述透镜190提高所述波束的定向性，从而可通过所述透镜190增强电磁波的定向增益。其中，所述波束可包括球面波束或柱面波束中的一种或组合，具体由产生电磁波的波源决定，此处不作过分限制，本实施例中，均以球面波束作为示例，但并非局限于此。通过所述透镜190可进一步的将所述波束转换为平面波束，从而获得笔形、扇形或其他形状的波束，以通过所述透镜190提高所述波束的定向性，从而可通过所述透镜190增强电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗。

作为示例，所述天线180包括发射天线、接收天线及收发天线中的一种或组合。

具体的，如图18，当所述天线180作为发射天线，进行信号的发射时，所述天线180作为波源，由所述天线180发射的所述波束在经过所述透镜190进入空气介质时，所述波束将发生集中、压窄的现象，以将所述波束汇聚，从而将所述波束由球形波转换成为平面波束；如图19，当所述天线180作为接收天线，进行信号的接收时，位于空气介质中的其他天线作为波源，由位于空气介质中天线所发射的所述波束在经过所述透镜190后，同样所述波束将发生集中、压窄的现象，以将所述波束汇聚，从而将所述波束由球形波转换成为平面波束；当然所述天线180根据需要也可为兼具收发信号的收发天线，同样通过所述透镜190，可使所述波束发生集中、压窄的现象，以将所述波束汇聚，从而将所述波束转换成为平面波束。

作为示例，所述透镜190包括折射率范围为1.1～2.0的凸透镜。

具体的，如图15～图17，本实施中，所述透镜190采用凸透镜，且所述透镜190的折射率范围包括1.1～2.0，如可为1.5、1.8等。进一步的，所述透镜190可包括折射率范围大于1.68的PI透镜、折射率范围为1.41～1.54的硅胶透镜、折射率为1.49的PMMA透镜、折射率为1.65的PET透镜及折射率为1.59的PC透镜中的一种或组合。在另一实施例中，所述透镜190根据需要也可设置为凹透镜，此处不作过分限制。

作为示例，所述透镜190的横截面的形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形及梯形中的一种或组合，具体可根据需要进行选择，本实施例中，所述透镜190的横截面的形状采用圆形，但并非局限于此。

作为示例，还包括位于所述馈电线160与所述重新布线层之间，将所述重新布线层与所述馈电线160电连接的金属连接件150。

具体的，如图17，所述金属连接件150包括堆叠设置的所述Ni层151及Au层152，其中所述Ni层151与所述重新布线层电连接，所述Au层152与所述馈电线160的第一端电连接，以通过所述金属连接件150使得所述馈电线160与所述重新布线层之间具有良好的接触性能。其中，优选所述金属连接件150的横截面的面积大于等于所述馈电线160的横截面的面积。

作为示例，还包括位于所述芯片200与所述重新布线层之间的填充层210，以通过所述填充层210提高所述芯片200与所述重新布线层的结合强度，并对所述重新布线层及所述芯片200进行保护，避免元件的氧化及吸潮。其中，所述填充层210的材质包括环氧树脂等。

作为示例，所述重新布线层包括依次叠置的布线介电层及布线金属层，所述布线介电层的材质包括环氧树脂(Epoxy)、硅胶(silicone rubber)、聚酰亚胺(PI)、聚苯并恶唑(PBO)、苯并环丁烯(BCB)、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的任一种或组合；所述布线金属层的材质包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上的组合。

具体的，本实施例中，所述布线介电层包括第一布线介电层121、第二布线介电层122及第三布线介电层123，所述布线金属层包括第一布线金属层141、第二布线金属层142及第三布线金属层143，且为简化工艺，降低成本，所述布线介电层均采用相同材质的PI，所述布线金属层均采用相同材质的铜，但关于所述重新布线层中的所述布线介电层及布线金属层的层数、材质的选择，并非局限于此。

作为示例，所述第一布线金属层141与所述第一布线介电层121之间还可包括种子层130，所述种子层130可包括Ti层131及Cu层132。

具体的，所述Ti层131与所述第一布线介电层121相接触，所述Cu层132与所述第一布线金属层141相接触，通过所述种子层130可提高所述第一布线金属层141与所述第一布线介电层121之间的接触性能。

作为示例，所述馈电线160的材质包括金、银、铜及铝中的一种或组合；所述天线180的材质包括金、银、铜及铝中的一种或组合；所述塑封层170的材质包括聚合物、聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种或组合；所述焊球凸块220的材质包括含锡的金属凸块。

作为示例，所述芯片200可包括有源芯片及无源芯片中的一种，具体可根据需要进行选择，如可包括主动组件及被动组件中的一种或组合，所述主动组件可包括PMIC(PowerManagement IC)电源管理芯片、收射器芯片、接收器芯片中的一种或组合；所述被动组件可包括电阻、电容及电感中的一种或组合。

本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括所述透镜天线封装结构，其中，所述电子设备可包括手机、基站、电脑、电话手表及智能家居等，通过所述透镜190可增强天线电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗，尤其对5G基站和终端有极重大的节能功用。

如图1，本实施例还提供一种透镜天线封装结构的制备方法，该方法可用以制备上述透镜天线封装结构，但上述透镜天线封装结构的制备方法并非局限于此。本实施例中，以制备上述透镜天线封装结构为例，有关所述透镜天线封装结构的材质及结构，此处不作赘述。

如图2，首先提供支撑基底100，于所述支撑基底100上形成分离层110。

作为示例，所述支撑基底100的材质可包括硅、玻璃、氧化硅、陶瓷、聚合物以及金属中的一种或两种以上的复合材质，其形状可以为圆形、方形或其它任意所需形状。优选地，本实施例中，所述支撑基底100为具有圆形形貌的硅材质，尺寸优选为300mm，但并非局限于此。

作为示例，所述分离层110可以包括聚合物层或带状粘附层。

具体的，如所述分离层110的材质可以选自双面均具有粘性的胶膜，并通过自动贴片工艺进行贴合，或所述分离层110的材质可以选自通过旋涂工艺制作的粘合层。本实施例中，所述分离层110优选为LTHC光热转换层的聚合物层，使得后续步骤可以基于激光对所述LTHC光热转换层进行加热，以使所述支撑基底100自所述LTHC光热转换层处分离。当然，在其他示例中，所述分离层110也可以选用采用物理气相沉积法或化学气相沉积法形成的其他材质层，如环氧树脂(Epoxy)、硅胶(silicone rubber)、聚酰亚胺(PI)、聚苯并恶唑(PBO)、苯并环丁烯(BCB)等，并在后续的去除工艺中，可采用如研磨法进行去除。

接着，参阅图3～图7，于所述分离层110上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层110相接触的第二面及相对的第一面。

作为示例，于所述分离层110上形成所述重新布线层可以包括如下步骤：

如图3，于所述分离层110的表面上依次进行涂布、曝光及烘烤的工艺，以于所述分离层110上形成第一布线介电层121。

如图5，于所述第一布线介电层121的表面上形成第一布线金属层141，进一步的，如图4，在形成所述第一布线金属层141之前，还可包括于所述第一布线介电层121的表面上形成种子层130的步骤，其中，形成所述种子层130的方法可包括溅射法，基于所述种子层130，形成所述第一布线金属层141的方法可采用电镀法，如可在所述第一布线介电层121的表面上形成所述种子层130，而后进行涂布、曝光、显影光刻胶，以形成图形化的光刻胶(未图示)，并基于图形化的光刻胶，形成金属层，之后去除光刻胶，并对所述种子层130进行刻蚀，以形成所述第一布线金属层141，当然还可包括电性及外观检测的步骤，以进一步提高产品性能。

如图6，形成第二布线介电层122及第二布线金属层142。

具体的，于所述第一布线介电层121的表面上依次进行涂布、曝光、显影及烘烤的步骤，以于所述第一布线介电层121上形成图形化的第二布线介电层122，基于图形化的所述第二布线介电层122，于所述第二布线介电层122的表面上形成所述第二布线金属层142，当然还可包括电性及外观检测的步骤，以进一步提高产品性能。

如图7，形成第三布线介电层123及第三布线金属层143。

具体的，于所述第二布线介电层122的表面上依次进行涂布、曝光、显影及烘烤的步骤，以于所述第二布线介电层122上形成图形化的第三布线介电层123，基于图形化的所述第三布线介电层123，于所述第三布线介电层123的表面上形成所述第三布线金属层143，当然还可包括电性及外观检测的步骤，以进一步提高产品性能。

如图9，于所述重新布线层的第一面上形成馈电线160，其中，所述馈电线160包括与所述重新布线层电连接的第一端及相对的第二端。

具体的，可以采用焊线法、电镀及化学镀中的一种或组合形成所述馈电线160，其中，所述焊线法可包括如热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种或组合。所述馈电线160的数量及位置分布可以根据实际需要进行设定，图9中仅以示意出4根所述馈电线160作为示例，在实际示例中，所述馈电线160的数量并不以此为限。

作为示例，还包括在形成所述重新布线层之后及形成所述馈电线160之前，形成金属连接件150的步骤，以通过所述金属连接件150将所述重新布线层与所述馈电线160电连接。如图8。其中，形成所述金属连接件150的方法可采用电镀、化学镀、PVD及CVD中的一种，当然还可包括电性及外观的检测步骤。

如图10～图11，于所述重新布线层的第一面上形成塑封层170，以将所述馈电线160塑封，且所述塑封层170显露所述馈电线160的第二端。形成所述塑封层170的方法优选为可制备尺寸较为精准的模塑成型法。

具体的，初始形成的所述塑封层170的上表面可以高于所述馈电线160，如图10所示，此时，在形成所述塑封层170之后，还需执行将所述塑封层170进行减薄的工艺，可以采用但不仅限于化学机械研磨工艺对所述塑封层170进行减薄，使得保留的所述塑封层170的表面与所述馈电线160的表面相平齐，如图11所示。当然，在其他示例中，初始形成的所述塑封层170的表面也可与所述馈电线160的表面相平齐，则可以节省对所述塑封层170进行减薄的工艺。

接着，如图12，于所述塑封层170远离所述重新布线层的表面形成与所述馈电线160的第二端电连接的天线180。其中，形成所述天线180的方法可采用电镀、化学镀、PVD及CVD中的一种，当然还可包括电性及外观的检测步骤。

如图13～图15，于所述塑封层170远离所述重新布线层的表面形成透镜190，所述透镜190覆盖所述天线180，以通过所述透镜190提高波束的定向性。

作为示例，形成所述透镜190的方法可包括3D光刻法、激光刻蚀法及模塑成型法中的一种或组合。

具体的，本实施例中，采用3D光刻法形成所述透镜190，包括于所述塑封层170远离所述重新布线层的表面涂布所述透镜190的材质，而后采用掩膜版300，在光400的照射下，进行曝光、显影，以形成图形化的所述透镜190，如图15。在另一实施例中，在涂布所述透镜190的材质后，也可直接采用激光刻蚀法，以形成图形化的所述透镜190；或直接采用模塑成型法制备所述透镜190。

接着，如图16，去除所述分离层110及支撑基底100，以显露所述重新布线层的第二面。

具体的，在去除所述分离层110及支撑基底100后，可采用激光钻孔的方式，形成显露所述Ti层131的凹槽，接着可采用等离子体进行净化预处理，而后对显露的所述Ti层131进行进一步的刻蚀，以显露所述Cu层132，以作为后续电连接元件的金属接触垫。

接着，如图17，提供芯片200，将所述芯片200倒装键合于所述重新布线层的第二面，且所述芯片200与所述重新布线层电连接；并于所述重新布线层的第二面上形成与所述重新布线层电连接的焊球凸块220。

具体的，所述芯片200优选采用倒装键合工艺进行贴合，而后进行所述焊球凸块220的植球，再进行回流焊及清洗的步骤后，固定所述芯片200及所述焊球凸块220。其中，优先键合所述芯片200可降低对所述芯片200的金属接触垫的污染，以提供产品质量；且优选所述焊球凸块220突出于所述芯片200的表面，以便于后续的电连接。

作为示例，还可包括在所述芯片200与所述重新布线层的第二面之间形成填充层210的步骤，以提高所述芯片200与所述重新布线层的结合强度并保护所述重新布线层及所述芯片200。

综上所述，本实用新型的透镜天线封装结构及电子设备，透镜天线封装结构包括重新布线层、馈电线、塑封层、天线、透镜、芯片及焊球凸块；其中，透镜覆盖天线，使得自然辐射出来的球面波束及柱面波束中的一种或组合，在经过透镜的折射后发生汇聚，最终形成平面波束，以通过透镜提高波束的定向性，从而可通过透镜增强电磁波的定向增益，降低天线的电磁波的衰减和损耗，对5G基站和终端有极重大的节能功用

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种透镜天线封装结构，其特征在于，所述透镜天线封装结构包括：

重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面；

馈电线，所述馈电线位于所述重新布线层的第一面，且所述馈电线包括与所述重新布线层电连接的第一端及相对的第二端；

塑封层，所述塑封层位于所述重新布线层的第一面，且所述塑封层将所述馈电线塑封并显露所述馈电线的第二端；

天线，所述天线位于所述塑封层远离所述重新布线层的表面，且所述天线与所述馈电线的第二端电连接；

透镜，所述透镜位于所述塑封层远离所述重新布线层的表面，且所述透镜覆盖所述天线，以通过所述透镜提高波束的定向性；

芯片，所述芯片倒装键合于所述重新布线层的第二面，且所述芯片与所述重新布线层电连接；

焊球凸块，所述焊球凸块位于所述重新布线层的第二面，且所述焊球凸块与所述重新布线层电连接。

2.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：所述波束包括球面波束及柱面波束中的一种或组合，且所述波束通过所述透镜转换为平面波束。

3.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：所述天线包括发射天线、接收天线及收发天线中的一种或组合。

4.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：所述透镜包括折射率范围为1.1～2.0的凸透镜。

5.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：所述透镜包括PI透镜、硅胶透镜、PMMA透镜、PET透镜及PC透镜中的一种或组合。

6.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：所述透镜的横截面的形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形及梯形中的一种或组合。

7.根据权利要求1所述的透镜天线封装结构，其特征在于：还包括位于所述馈电线与所述重新布线层之间，将所述重新布线层与所述馈电线电连接的金属连接件。

8.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备包括权利要求1～7中任一所述的透镜天线封装结构。

Images