CN214254397U - 用于毫米波的天线封装结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于毫米波的天线封装结构，结构包括：基板，基板包括相对设置的第一主面及第二主面，基板中具有贯穿第一主面及第二主面的导电栓；天线收发单元，位于基板的第一主面，且与导电栓电连接；天线芯片，位于基板的第二主面，且通过导电栓与天线收发单元电连接；封装层，覆盖于天线芯片上，封装层两侧显露基板，封装层的上表面及侧面形成有电磁屏蔽层；连接器，位于封装层两侧的基板上。本实用新型实现了一种应用5G毫米波的天线封装结构，可以实现天线封装结构小型化，及天线的双极化收发，同时本实用新型可以有效优化天线封装结构的电磁屏蔽性能。

Description

用于毫米波的天线封装结构及电子设备

技术领域

本实用新型属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种用于毫米波的天线封装结构。

背景技术

毫米波是5G通信的重要组成部分，可实现更高的通信传输速率、更低的时延，在未来网络、工业互联网等领域具有广阔的应用前景。在5G毫米波的发展带动下，天线封装(Antennas in Package，AiP)技术逐渐受到关注，该名称主要由系统级芯片(SoC)、系统级封装(SiP)功能上的差异衍生。

系统级芯片(SoC)技术是将不同功能的元件整合到单一芯片中，有助于缩小芯片尺寸，但芯片制作需以相同材料与制程进行，因此研发方向逐步朝向后者SiP技术为主要。现阶段芯片与天线应用虽有相对应的天线整合芯片(Antennas on Chip，AoC)技术方案被开发，但由于成本与频段考量，大多只有学术单位采用。

系统级封装(SiP)技术主要借由封装技术，将以不同材料为基础的功能元件结合于单一系统中，提升系统性能性并减少能耗；而AiP技术则是由此延伸，尝试将射频前端等元件与天线整并在一起。

天线是无线通讯系统的重要元件之一，依不同功能与型态可分为分离型天线与集成天线等2类。分离型天线较常见，一般户外所见的天线结构皆属于此类；集成天线则需透过天线与系统整并结合，如同AoC与AiP等技术，可缩减天线在系统内部的体积占比。

虽然AoC技术于缩减天线尺寸上的效能极佳，但需经由半导体材料与制程上的统一，并与其他元件一同结合于单一芯片中，考量制造成本与芯片特性，AoC较适合应用于Terahertz(太赫兹)频段中，因此在频段使用与成本等因素上，现阶段5G毫米波暂时不考虑使用该技术。

由于射频元件大多使用GaAs为基底材料、天线多使用LCP(Liquid CrystalPolymer)为材料等，因而较适合应用于SiP技术，使得天线封装AiP技术逐渐胜出。相较于AoC技术，AiP 技术较能兼顾成本、性能与体积等特性，让天线与射频元件得以整并为单一封装，因此现阶段各家芯片设计大厂、射频元件商及封测代工厂等，大多选择以AiP技术为研发方向切入5G 通讯市场。

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用于毫米波的天线封装结构，用于解决现有技术中天线封装结构体积较大及电磁干扰较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于毫米波的天线封装结构，所述封装结构包括：基板，所述基板包括相对设置的第一主面及第二主面，所述基板中具有贯穿所述第一主面及第二主面的导电栓；天线收发单元，位于所述基板的第一主面，且与所述导电栓电连接；天线芯片，位于所述基板的第二主面，且通过所述导电栓与所述天线收发单元电连接；封装层，覆盖于所述天线芯片上，所述封装层两侧显露所述基板，所述封装层的上表面及侧面形成有电磁屏蔽层；连接器，位于所述封装层两侧的所述基板上。

可选地，所述基板为多层压合的复合板，所述复合板的材料包括聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP及改性聚酰亚胺MPI中的一种。

可选地，所述电磁屏蔽层包括银浆，所述电磁屏蔽层接地。

可选地，所述导电栓的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。

可选地，所述封装层包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

可选地，所述连接器上还连接有FPC柔性电路板。

可选地，所述天线收发单元为双极化天线。

本实用新型还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上任意一项所述的用于毫米波的天线封装结构。

本实用新型还提供一种用于毫米波的天线封装方法，所述封装方法包括步骤：1)提供一基板，所述基板包括相对设置的第一主面及第二主面，于所述基板中形成贯穿所述第一主面及第二主面的导电栓；2)于所述基板的第一主面的第一面形成金属层，并对所述金属层进行图形化以形成天线收发单元，所述天线收发单元与所述导电栓电连接；3)于所述基板的第二主面倒装天线芯片，所述天线芯片通过所述导电栓与所述天线收发单元电连接；4)通过注塑方法于所述天线芯片上形成封装层，所述封装层两侧显露所述基板；5)于所述封装层的上表面及侧面形成电磁屏蔽层；6)于所述封装层两侧的所述基板上形成连接器。

可选地，所述基板为多层压合的有机复合板，所述有机复合板的材料包括聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP及改性聚酰亚胺MPI中的一种。

可选地，通过涂覆工艺于所述封装层的上表面及侧面形成电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层包括银浆，所述电磁屏蔽层接地。

可选地，通过局部塑封工艺于所述天线芯片上形成封装层，同时使所述封装层两侧显露所述基板，所述封装层包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

如上所述，本实用新型的用于毫米波的天线封装结构，具有以下有益效果：

本实用新型实现了一种应用5G毫米波的天线封装结构，可以实现天线封装结构小型化，及天线的双极化收发。

由于5G芯片频率高，电磁干扰大，本实用新型为防止芯片干扰系统内其他器件及可能受到的干扰，芯片保护注塑采用部分注塑的方式，在封装层表面及侧边喷涂银浆并接地，可以有效优化天线封装结构的电磁屏蔽性能。

附图说明

图1～图6显示为本实用新型实施例的用于毫米波的天线封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图6显示为本实用新型的用于毫米波的天线封装结构的结构示意图。

图7显示为本实用新型明实施例的用于毫米波的天线封装方法的步骤流程示意图。

元件标号说明

101 基板

102 导电栓

103 天线收发单元

104 天线芯片

105 封装层

106 电磁屏蔽层

107 连接器

S11～S16 步骤1)～步骤6)

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。

如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

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，遂图示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。

如图6所示，本实施例提供一种用于毫米波的天线封装结构，所述封装结构包括基板101、天线收发单元103、天线芯片104、封装层105及连接器107。

所述基板101包括相对设置的第一主面及第二主面，所述基板101中具有贯穿所述第一主面及第二主面的导电栓102。

可选地，所述基板101为多层压合的复合板，所述复合板的材料包括聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP及改性聚酰亚胺MPI中的一种。

液晶聚合物(LCP)是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物，在熔融态时一般呈现液晶性，具备优异的耐热性能和成型加工性能。

改性聚酰亚胺(MPI)是将传统聚酰亚胺PI进行加工的和改性，将传统的聚酰亚胺PI 不熔难以加工、粘接性能不理想、固化温度太高、合成工艺要求高等劣势在一定程度上修正，从而可以有效提高产品性能及良率。

作为示例，所述导电栓102包括贯穿所述基板101的通孔以及填充于所述通孔内的导电材料。例如，所述导电栓102的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。在本实施例中，所述导电栓102的材料为Cu。

所述天线收发单元103位于所述基板101的第一主面，且与所述导电栓102电连接。例如，所述天线收发单元103可以为双极化天线，所述双极化天线包括+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，可以有效节约成本。

所述天线芯片104位于所述基板101的第二主面，且通过所述导电栓102与所述天线收发单元103电连接。本实施例的天线芯片与天线收发单元位于所述基板101的两侧，使得所述电磁屏蔽层106可以仅覆盖以屏蔽芯片的信号，而不会对所述天线收发单元造成信号强度的影响，从而在保证天线信号强度的情况下，大大降低芯片对其他电子器件的电磁干扰。

所述封装层105覆盖于所述天线芯片104上，所述封装层105两侧显露所述基板101，所述封装层105的上表面及侧面形成有电磁屏蔽层106。在本实施例中，所述封装层105包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

在本实施例中，所述电磁屏蔽层106包括银浆，所述电磁屏蔽层106接地。

所述连接器107位于所述封装层105两侧的所述基板101上。在本实施例中，所述连接器107上还连接有FPC柔性电路板，所述天线封装结构通过所述连接器107及所述FPC柔性电路板对外进行信号及电源的输入输出。

本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上任意一项所述的用于毫米波的天线封装结构。所述电子设备可以为手机、平板电脑、可穿戴设备、车载天线等，尤其是具有 5G通信功能的电子设备。

如图1～图7所示，本实施例还提供一种用于毫米波的天线封装方法，所述封装方法包括步骤：

如图1及图7所示，首先进行步骤1)S11，提供一基板101，所述基板101包括相对设置的第一主面及第二主面，于所述基板101中形成贯穿所述第一主面及第二主面的导电栓102。

可选地，所述基板101为多层压合的复合板，所述复合板的材料包括聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP及改性聚酰亚胺MPI中的一种。

液晶聚合物(LCP)是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物，在熔融态时一般呈现液晶性，具备优异的耐热性能和成型加工性能。

改性聚酰亚胺(MPI)是将传统聚酰亚胺PI进行加工的和改性，将传统的聚酰亚胺PI 不熔难以加工、粘接性能不理想、固化温度太高、合成工艺要求高等劣势在一定程度上修正，从而可以有效提高产品性能及良率。

作为示例，所述导电栓102可以为通过通孔、电镀金属等工艺形成的金属通孔，也可以未通过通孔、填充导电银浆等材料形成的导电通孔。例如，所述导电栓102的材料包括Au、 Ag、Cu、Al中的一种。在本实施例中，所述导电栓102的材料为Cu。

如图2及图7所示，然后进行步骤2)S12，于所述基板101的第一主面的第一面形成金属层，并对所述金属层进行图形化以形成天线收发单元103，所述天线收发单元103与所述导电栓102电连接。

作为示例，可以通过金属沉积工艺及光刻-刻蚀工艺形成所述天线收发单元103。

所述天线收发单元103可以为双极化天线，所述双极化天线包括+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，可以有效节约成本。

如图3及图7所示，接着进行步骤3)S13，于所述基板101的第二主面倒装天线芯片104，所述天线芯片104通过所述导电栓102与所述天线收发单元103电连接。所述天线芯片104 可以为5G芯片等。

如图4及图7所示，接着进行步骤4)S14，通过注塑方法于所述天线芯片104上形成封装层105，所述封装层105两侧显露所述基板101。

例如，可以通过局部塑封工艺于所述天线芯片104上形成封装层105，同时使所述封装层105两侧显露所述基板101，所述封装层105包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。通过局部注塑工艺形成所述封装层105，不需要额外增加去除多余的封装层105的步骤，可以有效节约工艺步骤。

如图5及图7所示，然后进行步骤5)S15，于所述封装层105的上表面及侧面形成电磁屏蔽层106。

在本实施例中，通过涂覆工艺于所述封装层105的上表面及侧面形成电磁屏蔽层106，所述电磁屏蔽层106包括银浆，所述电磁屏蔽层106接地。

本实施例的天线芯片与天线收发单元位于所述基板101的两侧，使得所述电磁屏蔽层106 可以仅覆盖以屏蔽芯片的信号，而不会对所述天线收发单元造成信号强度的影响，从而在保证天线信号强度的情况下，大大降低芯片对其他电子器件的电磁干扰。

如图6及图7所示，最后进行步骤6)S16，于所述封装层105两侧的所述基板101上形成连接器107。

在本实施例中，还包括在所述连接器107上连接FPC柔性电路板，以使得所述天线封装结构通过所述连接器107及所述FPC柔性电路板对外进行信号及电源的输入输出。

如上所述，本实用新型的用于毫米波的天线封装结构，具有以下有益效果：

本实用新型实现了一种应用5G毫米波的天线封装结构，可以实现天线封装结构小型化，及天线的双极化收发。

由于5G芯片频率高，电磁干扰大，本实用新型为防止干扰系统内其他器件及可能受到的干扰，芯片保护注塑采用部分注塑的方式，在封装层105表面及侧边喷涂银浆并接地，可以有效优化天线封装结构的电磁屏蔽性能。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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)

1.一种用于毫米波的天线封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：

基板，所述基板包括相对设置的第一主面及第二主面，所述基板中具有贯穿所述第一主面及第二主面的导电栓；

天线收发单元，位于所述基板的第一主面，且与所述导电栓电连接；

天线芯片，位于所述基板的第二主面，且通过所述导电栓与所述天线收发单元电连接；封装层，覆盖于所述天线芯片上，所述封装层两侧显露所述基板，所述封装层的上表面及侧面形成有电磁屏蔽层；

连接器，位于所述封装层两侧的所述基板上。

2.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述基板为多层压合的复合板，所述复合板的材料包括聚酰亚胺PI、液晶聚合物LCP及改性聚酰亚胺MPI中的一种。

3.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述电磁屏蔽层包括银浆，所述电磁屏蔽层接地。

4.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述导电栓的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。

5.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述封装层包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

6.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述连接器上还连接有FPC柔性电路板。

7.根据权利要求1所述的用于毫米波的天线封装结构，其特征在于：所述天线收发单元为双极化天线。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1～7任意一项所述的用于毫米波的天线封装结构。

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