JP6609301B2

JP6609301B2 - アンテナパッケージ構造、その製造方法および通信装置

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Publication number: JP6609301B2
Application number: JP2017245097A
Authority: JP
Inventors: 蒋靜▲ブン▼; 管延城; 梁嘉仁; 余建徳
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP2019114851A

Description

本発明は、アンテナ、特に、アンテナパッケージ構造、アンテナパッケージ構造の製造方法及び通信装置に関する。

アンテナは、通信装置の重要な構成要素であり、無線周波数信号を放射することができる。アンテナシステム（すなわちフロントエンド）とチップシステム（すなわちバックエンド）とを電気的に接続する従来の接続方法はワイヤボンディングであり、アンテナは基板上に配置されたアンテナとチップ上に配置された別のアンテナとを含む。しかし、ワイヤボンディングは、無線周波数信号の消費電力を大幅に増加させるだけでなく、高品質の入出力を得るために電極パッドによって大きなスペースを占める。

ワイヤボンディングの使用を減らすため、アンテナをパッケージ構造内に集積するための設計が、公開された論文（Ka Fai Chang、Rui Li、Cheng Jin、Tech Guan Lim、Soon Wee Ho、How "アンテナ集積パッケージを備えた77GHzの自動車用レーダセンサ"、IEEE、コンポーネント、パッケージング及び製造技術、第4巻、第2号、2014年2月）に記載されている。

Ka Fai Chang、Rui Li、Cheng Jin、Tech Guan Lim、Soon Wee Ho、How "アンテナ集積パッケージを備えた77GHzの自動車用レーダセンサ"、IEEE、コンポーネント、パッケージング及び製造技術、第4巻、第2号、2014年2月

しかしながら、パッケージ構造は、マルチバンドアンテナとシステムとを電気的に接続する積層パッケージ構造ではなく、現在の製造工程と比較して、パッケージ構造の製造工程が安定していない。例えば、モールドコンパウンドビアは不一致であり、反りの影響により非接触ジョイントが生じる。

本発明の目的は、広い空間を占めることなく、軽量で薄型で小型のマルチバンドアンテナパッケージ構造を提供することにある。

本発明の別の目的は、隣接チャネル干渉などの異なる周波数帯域の干渉を解決することができるアンテナパッケージ構造を提供することである。

本発明の別の目的は、上記アンテナパッケージ構造の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記のアンテナパッケージ構造を用いた通信装置を提供することであり、通信装置は、第1周波数信号を受信し、第1周波数信号のメッセージ情報を伝達する第2周波数信号を出力する周波数信号を生成する。通信デバイスは、盗聴者が第1の周波数信号のメッセージ情報を盗聴することができないように、周波数変換デバイスまたは暗号化された通信デバイスとすることができる。

上記の目的を少なくとも達成するために、本開示は、マルチバンドアンテナパッケージ構造を提供し、第1の誘電材料層と、第1誘電材料層の開口内に形成された第1の金属パターンとを含む第1再分配層と、少なくとも1つの金属ビアと少なくとも1つの金属ピラー、集積回路チップと、モールディング層とを含む第1の再配線層上に形成された集積回路層とを備え、前記モールディング層は第1再配線層上に配置された金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップによって形成された開口部を充填するために使用され、金属ピラーは集積回路チップ及び前記第1金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、第2金属パターンは前記集積回路層上に形成され、第2の誘電体材料層と第2の誘電体材料層の開口内に形成された第2の金属パターンとを含む第2の再分配層を備える、さらに前記金属ビアは、第2金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、第1の誘電体層と第1の誘電体層の開口部に形成された第3の金属パターンとを有する第1のアンテナユニット層を有し、第3金属パターンのうちの少なくとも1つは、前記第2金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、前記第3金属パターンは、第1アンテナユニットを形成する; 第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有する。

本開示の一実施形態では、集積回路チップは、集積回路チップの集積回路上に配置された第2のアンテナユニットを含む。

本開示の一実施形態では、アンテナパッケージ構造は第1アンテナユニット層と第2の再配線層との間に形成され、第2の誘電体層を含む第1シールド層と、前記第4金属パターンは、前記第3金属パターンと前記第2金属パターンの一部とに電気的に接続されていることを特徴とする。

本開示の一実施形態では、アンテナパッケージ構造は、第1の保護層上に配置された第1の保護層と、前記第1のアンテナユニット層上に形成された第2の保護層と、バンプボールを介して基板上に実装されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナパッケージ構造にあるバンプボールで構成される。

本開示の一実施形態では、アンテナパッケージ構造は、第2の誘電体層と、第2の誘電体層の開口部に形成された第4の金属パターンとを含む第2のアンテナユニット層をさらに備え、前記第4金属パターンは、前記第1金属パターンと電気的に連結され、前記第4金属パターンは、第2アンテナユニットを形成し、前記第1アンテナ素子層上に前記第1再分配層が形成される。

本開示の一実施形態では、アンテナパッケージ構造は、第1のアンテナユニット層と第2の再配線層との間に形成され、第3の誘電体層と、その第3の誘電体層の開口部に形成され、前記第3金属パターンと前記第2金属パターンの一部とに電気的に接続される第5金属パターンとを含む第1のシールド層と、そして前記第2のアンテナ層と前記第1の再配線層との間に形成された、第4誘電体層と前記第4誘電体層の開口部に形成された第6金属パターンとを含み、前記第6金属パターンは、前記第4金属パターンと前記第1金属パターンの一部とに電気的に連結される第2のシールド層とで構成される。

本開示の一実施形態では、アンテナパッケージ構造は、第1の保護層上に配置された第1の保護層と、前記第1のアンテナユニット層上に形成された第2の保護層と、バンプボールを介して基板上に実装されるアンテナパッケージ構造がある、バンプボールとで構成される。

本開示の一実施形態では、第2のアンテナユニットは、多入力多出力位相アンテナである。

少なくとも上記目的を達成するために、本発明は、アンテナパッケージ構造の製造方法である；第1の暫定基板に第1の接着層を提供するステップと;前記第1接着層上に第1誘電体層を形成する段階と、前記第1誘電体層の開口部に第1金属パターンを形成する段階;前記第1金属パターンのうちの1つの上に少なくとも1つの金属ビアを形成するステップと、;第1の金属パターンの一部に少なくとも1つの金属ピラーを形成し、金属ピラー上に集積回路チップを配置するステップ;金属ピラー、金属ビア及び集積回路チップを覆うようにモールディング層が形成され、;モールディング層、金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップを含む集積回路チップ層を形成するために、モールディング層を薄くして金属ビアを露出させる段階と、前記集積回路チップ層上に第2の誘電体層と第2の金属パターンとを含む第1の再配線層を形成するステップと、前記第2の誘電体材料層の開口部に第2の再配線層を形成するステップがあり;前記第1誘電体層の開口部に形成された第1誘電体層及び第3金属パターンを含み、前記第3金属パターンの少なくとも1つは、前記第3金属パターンは第1アンテナ部を形成し、;前記第1アンテナ部層上に第1保護層を形成して第1積層構造を形成する段階;前記第1の積層構造を第2の仮基板上に第2の接着層を用いて接着するステップと、前記第1の仮基板を前記第1の接着層で除去するステップ、;そして処理された第1の誘電体材料層および処理された第1の金属パターンを含む第2の再分配層を形成するステップ；前記第2の再配線層上に第2の保護層を形成する工程;前記第2保護層上にバンプボールを形成して第2積層構造を形成する段階と、第2の積層構造を下向きにして前記バンプボールを介して基板上に搭載する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を含む;第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有し、集積回路チップは、集積回路チップの集積回路上に配置された第2のアンテナユニットを含む。

本発明の一実施形態に係るアンテナパッケージ構造の製造方法は、第1アンテナユニット層が形成される前に、第1再配線層上に第1シールド層を形成する。ここでは前記第1のシールド層は、第2の誘電体層と、前記第2の誘電体層の開口部に形成された第4の金属パターンとを含み、前記第4金属パターンは、前記第3金属パターン及び前記第2金属パターンの一部と電気的に連結される。

本発明の一実施形態に係るアンテナパッケージ構造の製造方法は、前記第2保護層を形成する前に、前記第2再配線層上に第2アンテナユニット層を形成する段階と、前記第2アンテナ部層は、第2誘電体層と、前記第2誘電体層の開口部に形成された第4金属パターンとを含み、前記第4金属パターンのうちの少なくとも1つは、前記第1金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、前記第4金属パターンは第1アンテナ部を形成する。

本開示の一実施形態における、アンテナパッケージ構造の製造方法は、第1アンテナユニット層を形成する前に、第1の再配線層上に第1のシールド層を形成する工程と、第1シールド層は第3誘電体層と第3誘電体層の開口部に形成された第5の金属パターンとを含み、第5金属パターンは第3金属パターン及び前記第2金属パターンの一部と電気的に連結される；そして、第2アンテナユニット層を形成する前に、第2の再配線層上に第2のシールド層を形成する工程と、第2のシールド層は第4誘電体層と、第4の誘電体層の開口部に形成された第6の金属パターンとを含み、第6金属パターンは第4金属パターンと第1金属パターンの一部とに電気的に連結されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の通信装置は、アンテナパッケージ構造であって、第1の誘電材料層と、第1誘電材料層の開口内に形成された第1金属パターンとを含む第1の再分配層と、少なくとも1つの金属ビアと少なくとも1つの金属ピラー、集積回路チップと、モールディング層とを含む第1の再配線層上に形成された集積回路層とが備わり、モールディング層は前記第1再配線層上に配置された金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップによって形成された開口部を充填するために使用され、金属ビアは第1金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、金属ピラーは集積回路チップ及び前記第1の金属パターンのうちの1つに電気的に接続される；そして集積回路層上に形成され、第2の誘電体材料層と前記第2の誘電体材料層の開口内に形成された第2の金属パターンとを含む第2再分配層と、前記金属ビアは第2金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、第1誘電体層と第1の誘電体層の開口部に形成された第3の金属パターンとを有する第1のアンテナユニット層とを備え、第3金属パターンの少なくとも1つは、第2金属パターンの1つと電気的に接続され第3金属パターンは第1アンテナ部を形成する、そして集積回路は処理回路であり、集積回路チップは集積回路上に第2のアンテナユニットを有し、アンテナパッケージ構造は；第2の誘電体層と、第2誘電体層の開口部に形成された第4金属パターンとを有する第2アンテナユニット層と、第4金属パターンのうちの少なくとも1つは第1金属パターンに電気的に接続され、第4金属パターンは第2アンテナ部を形成し、第1再配線層は第2アンテナユニット層に形成される;第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有する。

本開示の一実施形態では、通信デバイスは、暗号化された通信デバイスまたは周波数変換デバイスである。

要約すると、上記のアンテナパッケージ構造は、高いコスト効率、高い可撓性、高いスケーラビリティ、小さな体積、薄い厚さ及び軽量の利点を有し、周波数のような通信装置を実現するために使用され得る変換装置または暗号化された通信装置である。

図1は、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。図2は、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。図3は、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。図4Aは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Bは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Cは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Dは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Eは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Fは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Gは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Hは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Iは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Jは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Kは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Lは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Mは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Nは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図4Oは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Aは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Bは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Cは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Dは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Eは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Fは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Gは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Hは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Iは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Jは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Kは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Lは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Mは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Nは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図5Oは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。図6は、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造を使用する通信デバイスのブロック図である。

本開示の目的、特徴および効果を、審査官が容易に理解できるように、本開示の詳細な説明のために添付の図面とともに実施形態が提供される。

第5世代（5G）移動通信システムは、異種ネットワーク、MIMO（Multiple Input Multiple Output）及びビーム形成制御、及びマイクロ波の採用の技術特性を有する。 5G移動通信システムは、3つの周波数帯域をサポートするマルチモードモジュール用のチャネルを採用する。さらに、3次元集積回路（3D IC）の積層パッケージ技術は良好に開発されており、異種集積およびマイクロシステムの開発は非常に重要である。

したがって、本発明の目的は、高周波チップ（論理回路とメモリを有する）とアンテナユニットとを積層構造で一体化することができるアンテナパッケージ構造を提供することである。これにより、効率性、高い柔軟性、高いスケーラビリティ、小さな体積、薄い厚さおよび軽量さを確保するというアドバンテージを提供する。さらに、アンテナユニットは、異なる周波数帯域の干渉を排除するように設計することができ、ビーム形成のためのアンテナアレイとすることができる。

図1を参照。図1は、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。アンテナパッケージ構造1は、アンテナユニット（複数の金属パターン122によって形成されたアンテナを含む）と集積回路チップ100とを一体化したものであり、3DIC積層パッケージ構造であり、コスト効率が高く、高いスケーラビリティ、小さい体積、薄い厚さおよび軽量を実現する。アンテナパッケージ構造1は、C4バンプなどの複数のバンプボール101を介して基板上にさらに実装することができる。

具体的には、アンテナパッケージ構造1は、保護層102,108と、再配線層103,105と、シールド層106、アンテナユニット層107と、集積回路層104とを備えている。再配線層103は、保護層102は、酸化シリコン（SiO₂）層または窒化シリコン（Si₃N₄）層などのパッシベーション層であり、本開示はパッシベーション層の材料を限定しない。

再配線層103は、複数の金属パターン110と誘電体層109とからなり、金属パターン110は、誘電体層109の開口部に配置される。金属パターン110は、銅（Cu ）、金（Au）、銀（Ag）、チタン（Ti）のうちのいずれか一つであり、これに限定されない。誘電材料層109は、ポリイミド（PI）誘電材料層またはポリベンゾオキサゾール（PBO）誘電材料層のような光抵抗またはポリマー層とすることができ、本開示はこれに限定されない。

集積回路層104は、再配線層103上に配置され、金属ビア117、金属ピラー111、成形層116、および集積チップ100のうちの少なくとも1つを含む。成形層116は、集積回路チップ100、金属ピラー111および金属ビア117によって形成される複数の開口部を充填する。集積回路チップ100は、金属ビア117と金属ピラー111との間に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。

集積回路チップ100は、電極パッド113と、集積回路114と、アンテナユニット112と、半導体材料115とを含む。集積回路114および電極パッド113は、半導体材料115によって覆われ得る。再配線層103の金属パターン110の一部は金属ビア117に電気的に接続され、再配線層103の金属パターン110の他の部分は金属ピラー111を介して集積回路チップ100の電極パッド113に電気的に接続される。アンテナユニット112は集積回路114上に配置され、アンテナユニット112はアンテナオンチップ方式を有し、アンテナ112はビーム形成のため。

本発明の実施形態において、集積回路チップ100の高さは、金属ビア117の高さと同一であり、本発明はこれに限定されるものではない。金属ビア117、金属ピラー111、アンテナ部112及び電極パッド113は、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）またはチタン（Ti）で形成することができ、そこに。モールディング層116はモールディングコンパウンドまたはモールドアンダーフィル（MUF）で形成されているが、これに限定されるものではない。半導体材料115は、SiウェハまたはSi基板などのシリコン（Si）またはIII / V族であってもよく、本開示はこれに限定されない。

再配線層105は、集積回路層00上に配置されている。再配線層105は、複数の金属パターン119と誘電体層118とからなり、金属パターン119は、誘電体層118の開口部に配置されている。金属パターン119の一部は金属ビア117に電気的に接続されている。金属パターン119は、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）またはチタン（Ti）で形成することができる。誘電材料層118は、ポリイミド（PI）誘電材料層またはポリベンゾオキサゾール（PBO）誘電材料層とすることができ、本開示はこれに限定されない。

シールド層106は、再配線層105上に配置されている。シールド層106は、複数の金属パターン121と誘電体層120とからなり、金属パターン121は、誘電体層120の開口部に配置される。金属パターン121は、金属パターン119の一部に電気的に接続され、シールドされるように接地される。金属パターン121は、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）またはチタン（Ti）で形成することができる。誘電体層120は、ポリイミド（PI）層またはポリベンゾオキサゾール（PBO）層、誘電体層、または化学蒸着（CVD）によって形成されるような他の誘電体層であり得る。

シールド層106の上には、アンテナユニット層107が配置されている。アンテナユニット層107は、複数の金属パターン122と、誘電体層123の開口部に配置された誘電体層123とから構成されている金属パターン122は、金属パターン121に電気的に接続されている。金属パターン122は、アンテナユニット層107のアンテナユニットを構成し、MIMO（multiple input multiple output）位相アンテナなどのビーム形成のための平面アンテナアレイとすることができる。

金属パターン122は、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）またはチタン（Ti）で形成することができる。誘電体層123は、ポリイミド（PI）層またはポリベンゾオキサゾール（PBO）層、誘電体層、または化学蒸着（CVD）によって形成されるような他の誘電体層であり得る。

保護層108は、アンテナユニット層107上に形成されている。保護層108は、パッシベーション層であり、（SiO₂）層または窒化シリコン（Si₃N₄）層のような他の材料から形成されてもよく、本開示はパッシベーション層の材料を限定するものではない。

本実施形態では、アンテナ部112と、金属パターン122で形成されたアンテナ部とをパッケージングして、小型化されたシステムインパッケージ（SiP）を形成し、集積回路チップ100に1つのアンテナ部112を配置し、金属パターン122によって形成された他の1つのアンテナユニットは、集積回路チップ100の上に配置される。アンテナ部112は、第1の周波数の第1の周波数信号を放射し、金属パターン122によって形成されたアンテナ部は、第2の周波数の第2の周波数信号を放射する。周波数が高くなるほど、アンテナのサイズが小さくなるので、第1周波数と第2周波数はそれぞれ例えば60GHzと28〜38GHzである。また、アンテナ部112と金属パターン122で形成されたアンテナ部は、集積回路チップ100の両面にパッケージされ、異なる周波数帯域の干渉を除去することができる。

集積回路114は、フィルタ、変調器、復調器、増幅器、エンコーダ、デコーダ、暗号化回路、暗号解読回路および復号器を含む回路のような任意のタイプの処理回路とすることができることに留意されたい。さらに、実際の用途に依存して、集積回路チップ100は、アンテナユニット112を有さなくてもよい。

また、集積回路チップ100の高さは、金属ビア117の高さと同じに限定されるものではない。図2を参照する。図2、図2は、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。アンテナパッケージ構造1と2の違いは、集積回路チップ100'（または半導体材料115'）が金属ビア117の高さよりも低い高さを有し、成形層116が集積回路チップ100’を覆うことである。

いくつかの状況では、集積回路チップはアンテナユニットを有さなくてもよく、実際のアプリケーションはマルチバンド周波数動作を要求する。したがって、本開示はまた、2つのアンテナユニット層を有するアンテナパッケージ構造を提供する。図2を参照する。図3、図3は、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の断面図である。アンテナパッケージ構造3は、C4バンプなどの複数のバンプボール101を介して基板上にさらに実装することができる。

具体的には、アンテナパッケージ構造3は、保護層102,108と、再配線層103,105と、シールド層124,106と、アンテナユニット層125,107と、集積回路層104とを備えている。アンテナユニット層125の上に保護層102の詳細が示されているので、重複する説明は省略する。

アンテナユニット層125は、保護層102の上に配置されている。アンテナユニット層125は、複数の金属パターン129と、誘電体層128の開口部に配置された誘電体層128とによって形成されている金属パターン129は、アンテナユニット層125のアンテナ部を構成し、MIMO（Multiple Input Multiple Output）位相アンテナなどのビーム形成のための平面アンテナアレイであってもよい。

シールド層124は、アンテナユニット層125上に配置される。シールド層124は、複数の金属パターン127と、誘電体層126の開口部に配置された誘電体層126とによって形成される。金属パターン127は、アンテナユニット層125のアンテナ部を形成する金属パターン129と電気的に連結される。金属パターン127は接地されてシールドされる。

前記金属パターン127,129は、銅（Cu）、金（Au）、銀（Ag）またはチタン（Ti）で形成することができる。誘電体層126および128は、ポリイミド（PI）層またはポリベンゾオキサゾール（PBO）層、誘電体材料層または他の誘電体層とすることができ、化学蒸着（CVD）によって形成されたものなどであり、本開示はこれに限定されない。

再配線層103は、シールド層124上に配置され、複数の金属パターン110と誘電体層109とで形成されている。金属パターン110の一部は、シールド層124の金属パターン127と電気的に接続されている。再分配層103の厚さは、図2の上記の実施形態において示されている。したがって、重複する説明は省略する。

集積回路層104は、再配線層103上に配置され、集積回路層104は、金属ビア117、金属ピラー111、成形層116、および集積チップ100''の少なくとも1つを含む。集積チップ100''は、その上またはその中にアンテナユニットを有していないことに留意されたい。集積回路層104および集積チップ100''の他の詳細は、図2の上記の実施形態に示されている。したがって、重複する説明は省略する。

再配線層105は集積回路層100上に配置され、シールド層106は再配線層105上に配置され、アンテナユニット層107はシールド層106上に配置され、保護層108はアンテナユニット層107とを備えている。再分配層105、遮蔽層106、アンテナユニット層107および保護層108の詳細は、図1の上記の実施形態で示されている。したがって、重複する説明は省略する。

本実施形態では、金属パターン122,129で形成されたアンテナ部をパッケージ化して、システムインパッケージ（SiP）を小型化する。金属パターン122および129によってそれぞれ形成されたアンテナユニットは、第1および第2の周波数の第1および第2の周波数信号を放射する。第1及び第2の周波数は、例えば60GHz及び28〜38GHzである。また、金属パターン122,129によって形成されたアンテナ部は、集積回路チップ100の両側にパッケージされ、異なる周波数帯域の干渉を排除することができる。

さらに、集積回路チップ100''の高さは、金属ビア117の高さと同じであることに限定されない。別の一実施形態では、集積回路チップ100''は、高さメタルビア117のうちの1つを含み、モールディング層116は、集積回路チップ100''を覆う。

さらに、図1のアンテナパッケージ構造1の製造方法は、図1に示されている。図4A〜図4Oを参照。図4A〜図4Oは、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。まず、図4Aにおいて、グルー層401を有する仮キャリアー基板400が提供され、誘電体材料層402が、グルー層401を介して仮キャリアー基板400上に接着される、仮キャリアー基板400は、Siまたは本発明はこれに限定されるものではない。

別ウィンドウ（タブ）の大きな表示で見る次に、図4（b）に示すように、グルー層401上に誘電体材料層402'を塗布により形成し、露光及び現像によりパターニングして複数の開口部を形成する。次に、図4Cに示すように、金属パターン110'が誘電体層402'の開口に形成される。なお、金属パターン110'の形成は、例えば、Ti / Cuシード層の形成、Cuメッキ、残留誘電体であるCu及びTiの除去を含む工程であり、これに限定されるものではない。

次に、図4Eに示すように、金属ビア117間の金属パターン110'上に金属ピラー111を形成した後、集積回路114上にアンテナユニット112を配置した集積回路チップ1001（例えば高周波集積回路チップ）を金属集積回路114及び電極パッド113を覆うモールド材料115''を金属ピラー111を介して金属ビア117の間のパターン110'に接続する。これにより、集積回路チップ100の電極パッド113は、金属ピラー111を介して金属パターン110'の部分に電気的に接続される。

本実施形態では、集積回路チップ1001の高さは、金属ビア117の高さよりも高いため、本開示はこれに限定されない。他の一実施形態では、集積回路チップ1001の高さは金属ビア117の高さよりも低い。さらに、アンテナユニット112は実際にはオンチップアンテナであり、アンテナパッケージ構造の小型化および小型化に役立つ。

次に、図4Fに示すように、金属ピラー111、集積回路チップ1001および金属ビア117を覆うように、例えばモールドコンパウンドまたはモールドアンダーフィル（MUF）からなる成形層116'を形成する。図4Gに示すように、金属ビア117を露出させるために、成形層116'を薄くする（研削または化学的機械研磨（CMP）プロセスなど）。半導体材料115'の部分も薄くして半導体材料115を露出させ、集積回路集積回路チップ100が内蔵された集積回路層104が形成される。他の一実施形態では、半導体材料115''の部分を薄くすることはできない。

次に、図4Hに示すように、集積回路層104上に再配線層105を形成する。なお、集積回路層104上に誘電体層118を形成した後、誘電体層118に複数の開口を形成する。金属パターン119は誘電材料層118の開口部にあり、金属パターン119の一部は金属ビア117に電気的に接続されている。

次に、図4Iに示すように、再配線層105上に遮光層106を形成する。なお、再配線層105上に誘電体層120を形成した後、誘電体層120に複数の開口部を形成する。そして、金属パターン121は誘電体層120の開口部にあり、金属パターン121は金属パターン119の一部に電気的に接続されている。

別ウィンドウ（タブ）の大きな表示で見る図4Jに示すように、シールド層106上には、アンテナユニット層107が形成されている。なお、シールド層106上に誘電体層123が形成され、誘電体層123には複数の開口が形成されている。そして、金属パターン122は誘電体層123の開口部にあり、金属パターン122は金属パターン121に電気的に接続されている。金属パターン122は、特定の放射フィールドを有し、多入力多出力（MIMO）送信を行うように制御することができる平面アンテナアレイを形成するためのアンテナとすることができる。

次に、図4Kに示すように、アンテナユニット層107上に保護層108を形成し、第1の積層構造を形成する。次に、次に、図4Lに示すように、グルー層401を有する仮基板400を除去して、第1の積層構造を下にしてグルー層404によって仮基板403に接着させ、保護層108をグルー層404上に配置する。

次に、図4Mに示すように、集積回路層104上に再配線層103を形成した後、再配線層103上に金属ビア117と電気的に接続されたパッシベーション層102を形成し、金属パターン110の一部は金属ビア117に電気的に接続されている。なお、誘電体層109は、元の誘電体層402'の代わりに形成された後、誘電体層109の複数の開口部が形成され、次に誘電体層の開口部に金属パターン110が形成される再配線層103を形成することができるように、金属パターン110'を置き換える。

図4Nに示すように、パッシベーション層102上にバンプボール101を形成して第2の積層構造を形成する。次に、グルー層404および仮基板403を除去し、第2の積層構造体を図5に示すように下向きにする。4O。図2を参照する。図4Oに示すように、バンプボール101を介して基板に実装可能なマルチバンドアンテナパッケージ1が形成される。

なお、図2のアンテナパッケージ構造2の製造方法は、集積回路チップ1001の高さが高さよりも低く、図4の実施形態によって推測することができる。金属ビア117およびチップモールド材料115'は薄くされていない。

さらに、図3のアンテナパッケージ構造3の製造方法を以下に示す。図5A〜図5Oは、本開示の別の一実施形態によるアンテナパッケージ構造の製造方法のステップの製品断面図である。なお、図5A〜図5Dの詳細は、図4A〜図4Dと同様であるので、重複する説明は省略する。

図4Eと図5Eとの間の相違点は、集積回路1001'がオンチップアンテナ（すなわち、アンテナユニット112）を有さないことである。図5F〜図5Nの詳細は、図4F〜図4Nと同様であるため、重複する説明は省略する。

図5Mにおいて、再配線層103の形成は、図4Mと同様であるので、重複する説明は省略する。次に、再配線層103上にシールド層124を形成する。なお、再配線層103上に誘電体層126を形成した後、誘電体層126に複数の開口部を形成する。その後、金属パターン127誘電層126の開口内にあり、金属パターン127は、金属パターン110の部分に電気的に接続されている。

次にシールド層124上にはアンテナユニット層125が形成されている。なお、シールド層124上には誘電体層128が形成され、誘電体層128には複数の開口が形成されている。金属パターン129は、誘電体層128の開口部にあり、金属パターン129は、金属パターン127に電気的に接続されている。金属パターン129は、別の1つの平面アンテナアレイを形成するためのアンテナとすることができ、MIMO（Multiple Input Multiple Output）伝送を行うことができる。そして、アンテナユニット層107上に保護層102を形成する。

次に、図5Nに示すように、パッシベーション層102上にバンプボール101を形成して第2の積層構造を形成する。次に、図5Oに示すように、グルー層404および仮基板403を除去し、第2の積層構造を下にする。図5Oを参照すると、バンプボール101を介して基板に実装可能なアンテナパッケージ構造3が形成されている。

さらに、図6を参照すると、図6は、本開示の一実施形態によるアンテナパッケージ構造を使用する通信デバイスのブロック図である。通信装置6は、集積回路が処理回路62であり、2つのアンテナユニットがそれぞれ第1および第2のアンテナユニット61および63である、上記のアンテナパッケージ構造の1つによって実装することができる。通信機器6は、実際の需要に応じて、暗号化通信機器であってもよいし、周波数変換機器であってもよく、本発明はこれに限定されない。

第1のアンテナユニット61は、第1の周波数信号を受信するために使用することができる。処理回路62は、第1の周波数信号を処理するために、フィルタ、変調器、復調器、増幅器、エンコーダ、デコーダ、暗号化回路、解読回路などの少なくとも1つを含む。そして、第2アンテナ部63は、処理された第1周波数信号に基づいて第2周波数信号を出力する。通信装置6が周波数変換装置である場合、第1の周波数は第2の周波数と同じではない。通信装置6が暗号化された通信装置である場合、第1の周波数は第2の周波数と同じであっても異なっていてもよい。

結論として、提供されたアンテナパッケージ構造は、積層構造の無線周波数チップ（論理回路とメモリを有する）とアンテナユニットとを一体化することができ、コスト効率が高く、高い柔軟性、高いスケーラビリティ、小さな体積、薄い厚さおよび軽量。さらに、アンテナユニットは、異なる周波数帯域の干渉を排除するように設計することができ、ビーム形成のためのアンテナアレイとすることができる。

さらに、提供されたアンテナパッケージ構造を使用して、第1の周波数信号の周波数を変換して第2の周波数信号を生成する通信デバイスを実施し、盗聴者が第1の周波数信号のメッセージ情報を盗聴することができないようにすることができる。

本開示は、特定実施形態によって説明されているが、特許請求範囲に記載された本開示の範囲および精神から逸脱することなく、多くの変更および変形が可能である。

Claims

アンテナパッケージ構造には以下が含まれる：
第1の誘電材料層と、前記第1の誘電材料層の開口内に形成された第1の金属パターンとを含む第1の再分配層と;
少なくとも1つの金属ビア、少なくとも1つの金属ピラーと、集積回路チップ、モールディング層とを含む第1の再配線層上に形成された集積回路層と、前記モールディング層は、前記第1再配線層上に配置された金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップによって形成された開口部を充填するために使用され、金属ビアは第1の金属パターンの1つに電気的に接続される；
前記金属ピラーは、前記集積回路チップ及び前記第1の金属パターンのうちの1つに電気的に接続され
集積回路層上に形成され、第2の誘電体材料層と、前記第2誘電体材料層の開口内に形成された第2金属パターンとを含む、第2の再分配層と、前記金属ビアは、前記第2金属パターンのうちの1つと電気的に接続される、;
第1の誘電体層と、前記第1誘電体層の開口部に形成された第3の金属パターンとを有する第1アンテナユニット層と、第3金属パターンのうちの少なくとも1つは、第2金属パターンの1つに電気的に接続され、第3金属パターンは第1アンテナユニットを形成する、
第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有する、そして;
集積回路チップは、集積回路チップの集積回路上に配置された第2のアンテナユニットを含む。
請求項１に記載のアンテナパッケージ構造においては以下が含まれる:
第1のアンテナユニット層と第2の再配線層との間に形成された第1のシールド層と、第2の誘電体層と、第2誘電体層の開口部に形成された第4の金属パターンとを備え、第4金属パターンは、第3金属パターンと第2金属パターンの一部とに電気的に接続される。
請求項２に記載のアンテナパッケージ構造においては以下が含まれる:
第1保護層と、前記第1再配線層は、前記第1保護層上に配置され;
請求項１のアンテナユニット層上に形成された第2の保護層と、そして
アンテナパッケージ構造は、バンプボールを介して基板上に実装される。
請求項１に記載のアンテナパッケージ構造には以下で構成される:
第2の誘電体層と、前記第2誘電体層の開口部に形成された第4の金属パターンとを有する第2アンテナユニット層と、前記第4金属パターンのうちの少なくとも1つは前記第1金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、前記第4金属パターンは第2アンテナ部を形成し、前記第2のアンテナユニット層上に前記第1の再配線層を形成する
第1のアンテナユニット層と前記第2の再配線層との間に形成された第1のシールド層と、第3の誘電体層と、前記第3の誘電体層の開口部に形成された第5の金属パターンとを備え、前記第5金属パターンは、前記第3金属パターン及び前記第2金属パターンの一部と電気的に連結され、そして
第2アンテナ層と第1の再配線層との間に形成された第2シールド層と、第4誘電体層と、前記第4誘電体層の開口部に形成された第6の金属パターンとを備え、前記第6金属パターンは第4金属パターンと第1金属パターンの一部とに電気的に連結されることを特徴とする。
請求項４に記載のアンテナパッケージ構造において備えるものは;
第1の保護層と、前記第1再配線層は、第1保護層上に配置され;
前記第1のアンテナユニット層に形成された第2の保護層、そして;
バンプボール、アンテナパッケージ構造は、バンプボールを介して基板上に実装される。
請求項４に記載のアンテナパッケージ構造において、第2のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナである。
アンテナパッケージ構造の製造方法には以下が備わる:
第1の暫定基板に第1の接着層を提供する;
第1接着層上に第1誘電体層を形成する段階と、前記第1誘電体層の開口部に第1金属パターンを形成する段階;
第1金属パターンのうちの1つの上に少なくとも1つの金属ビアを形成する;
第1の金属パターンの一部に少なくとも1つの金属ピラーを形成し、金属ピラー上に集積回路チップを配置する；
金属ピラー、金属ビア及び集積回路チップを覆うようにモールディング層が形成されモールディング層、金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップを含む集積回路チップ層を形成するように、モールディング層を薄くして金属ビアを露出させる;
集積回路チップ層上に第1の再分配層を形成するステップと、前記第1の再配線層は、第2の誘電体材料層と、前記第2の誘電体材料層の開口部に形成された第2の金属パターンとを含み;
第1の再配線層上に第1のアンテナユニット層を形成する工程と、第1アンテナ部層は第1誘電体層と前記第1誘電体層の開口部に形成された第3金属パターンとを含み、第3金属パターンのうちの少なくとも1つは前記第2金属パターンに電気的に接続され、前記第3金属パターンは第1アンテナ部を形成する;
第1アンテナ部層上に第1保護層を形成して第1積層構造を形成する段階;
第1の積層構造を第2の仮基板上に第2の接着層を用いて接着するステップと、第1仮基板を第1の接着層で除去するステップ;
第1誘電体層及び第1金属パターンを加工して第2再配線層を形成する段階と、第2の再分配層は、処理された第1の誘電体材料層および処理された第1の金属パターンを含む;
第2の再配線層上に第2の保護層を形成する工程と;
第2保護層上にバンプボールを形成、すなわち第2積層構造を形成する段階；そして第2の積層構造を下向きにして、第2の接着剤層を有する第2仮基板を除去し、前記第2積層構造体をバンプボールを介して基板上に搭載する工程を含む、
第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有し、集積回路チップは、集積回路チップの集積回路上に配置された第2のアンテナユニットを含む。
通信装置には以下が備えられる:
アンテナパッケージ構造であって:
第1の誘電材料層と、前記第1の誘電材料層の開口内に形成された第1の金属パターンとを含む第1の再分配層と;
少なくとも1つの金属ビアと、少なくとも1つの金属ピラーと、集積回路チップと、モールディング層とを含む第1の再配線層上に形成された集積回路層と、前記モールディング層は、前記第1再配線層上に配置された金属ビア、金属ピラー及び集積回路チップによって形成された開口部を充填するために使用され、前記金属ピラーは、前記集積回路チップ及び前記第1金属パターンのうちの1つに電気的に接続される;
集積回路層上に形成された第2の再分配層と、第2の誘電体層と、前記第2の誘電体層の開口部に形成された第2の金属パターンを備え、前記金属ビアは、前記第2金属パターンのうちの1つと電気的に接続され、そして
第1の誘電体層と、前記第1の誘電体層の開口部に形成された第3の金属パターンとを有する第1のアンテナユニット層と、前記第3金属パターンのうちの少なくとも1つは、前記第2金属パターンに電気的に接続され、前記第3金属パターンは、第1アンテナ部を形成し、;
集積回路は処理回路であり、集積回路チップは集積回路上に第2のアンテナユニットを有し、;
第1のアンテナユニットは多入力多出力位相アンテナであり、集積回路チップは金属ビアの高さと同じ高さ、あるいは金属ビアの高さよりも低い高さを有する。
請求項８に記載の通信装置は、暗号化された通信装置または周波数変換装置である。