TWI789977B

TWI789977B - 電子裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI789977B
Application number: TW110141153A
Authority: TW
Inventors: 潘盈潔; 呂香樺; 黃吉廷
Original assignee: 大陸商青島新核芯科技有限公司
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-01-11
Also published as: TW202320408A

Abstract

一種電子裝置，其製造方法係於一具有反射件之電路板上藉由複數導電元件堆疊一承載結構，且於該承載結構之相對兩側分別配置微帶線及一通訊連接該反射件之天線層，並於該承載結構上設置天線間隔件，再以封裝層包覆該天線間隔件，之後於該封裝層上形成一通訊連接該天線層之天線部，藉由將該微帶線設於該承載結構之底層及將該天線層設於該承載結構之頂層，以獲取較佳的天線效能。

Description

電子裝置及其製造方法

本發明係有關一種電子裝置，尤指一種具有天線模組之電子裝置及其製造方法。

目前的多媒體內容因畫質的提升而造成其檔案資料量變得更大，故無線傳輸的頻寬也需變大，因而產生第五代的無線傳輸(5G)，另5G因傳輸頻率較高，其相關無線通訊模組的尺寸的要求也較高。

於習知天線模組中，當天線結構為平面型時，該天線結構與電子元件之間的電磁輻射特性將受到限制，從而難以提升天線效能。因此，如何克服上述習知技術之問題，實已成為目前業界亟待克服之課題。

有鑑於習知技術之問題，本發明提供一種電子裝置，係包括：電路板；承載結構，係具有相對之第一側與第二側，並以該第二側藉由複數導電元件堆疊於該電路板上；天線層，配置於該承載結構之該第一側；微帶線，配置於該承載結構之該第二側，其中該天線層之位置對應該微帶線之位置；天線部，係設於該封裝層上並通訊連接該天線層；天線間隔件，係對應該天線層之位置設於該承載結構之該第一側上且介於該天線層與該天線部之間；封裝層，係設於該承載結構之該第一側上，用以包覆該天線間隔件；以及反射件，係設於該電路板朝向該承載結構之一側上，並通訊連接該天線層。

本發明復提供一種電子裝置之製造方法，係包括以下步驟：提供一承載結構，其具有相對之第一側與第二側，其中，於該第一側配置天線層，並於該第二側配置微帶線，以令該天線層之位置對應該微帶線之位置；於該承載結構之該第一側上設置天線間隔件；於該承載結構之該第一側上形成封裝層，以令該封裝層包覆該天線間隔件；於該承載結構之該第一側之封裝層上結合一通訊連接該天線層之天線部；以及將該承載結構以其第二側藉由複數導電元件接置於一設有反射件之電路板上，其中，該反射件係設置於該電路板朝向該承載結構之一側上，並通訊連接該天線層。

前述之電子裝置及其製造方法中，該承載結構之第二側形成有複數電性接觸墊，該複數導電元件僅設於部分該複數電性接觸墊上。

前述之電子裝置及其製造方法中，該天線層為共面波導，且該反射件之寬度係大於該共面波導之寬度，且該天線層係透過該複數導電元件及部分該複數電性接觸墊通訊連接該反射件。

前述之電子裝置及其製造方法中，該天線部係包括一通訊連接該天線層之天線本體，且該天線本體之位置係對應該天線間隔件之位置，其中該反射件之位置係對應該天線層之位置。

前述之電子裝置及其製造方法中，該承載結構之該第一側上更設置有電子元件，及於該承載結構之該第一側上形成該封裝層時，更令該封裝層包覆該電子元件。

由上可知，本發明之電子裝置及其製造方法，主要藉由將微帶線設於承載結構之第二側，且各該導電元件僅設於部分該電性接觸墊上，從而得到較佳的天線效能。

2:電子裝置

2a:天線模組

2b:電路板

20:承載結構

20a:第一側

20b:第二側

200:絕緣層

201:線路層

202:天線層

203:微帶線

21:電子元件

21a:作用面

21b:非作用面

210:導電凸塊

22:天線間隔件

220:結合層

23:封裝層

24:天線部

24a:天線本體

24b:包覆體

240:介電層

242:絕緣保護層

25:反射件

26:導電元件

260:電性接觸墊

9:支撐件

90:膠層

A:第一區域

B:第二區域

H:距離

P1:反射件之寬度

P2:共面波導之寬度

圖1為本發明之電子裝置之剖面示意圖。

圖2為本發明之電子裝置之天線模組之底面示意圖。

圖3A至圖3G為本發明之電子裝置之製造方法之剖面示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

圖1為本發明之電子裝置之剖面示意圖。如圖1所示，電子裝置2至少包括：一天線模組2a以及一配置有反射件25之電路板2b，其中，該天線模組2a係包括一承載結構20、一電子元件21、一天線間隔件22、一封裝層23以及一天線部24。

承載結構20具有相對之第一側20a與第二側20b，且於第一側20a配置至少一天線層202，供作為共面波導(Coplanar waveguide，簡稱CPW)，並於第二側20b配置微帶線(micro strip)203，以令該天線層202之位置對應該微帶線203之位置，使該天線層202遮蓋該微帶線203，此外，於該第二側20b上植設複數導電元件26，以令該天線模組2a藉由該些導電元件26堆疊於該電路板2b上。其中，該導電元件26可為球柵陣列連接件、焊錫球、金屬柱體、微凸塊或其他類似元件，及形成該導電元件26之材料可由焊料、銅、鋁、金、鎳、銀、鈀、錫及前述材料之組合所構成。

電子元件21設置於該承載結構20之第一側20a上並電性連接該承載結構20。

天線間隔件22亦設置於該承載結構20之第一側20a上，且該天線間隔件22與該電子元件21係分開配置。

封裝層23設置於該承載結構20之第一側20a上，並包覆該電子元件21與該天線間隔件22。

天線部24具有被絕緣材所包覆的天線本體24a，設置於該封裝層23上，並通訊連接該承載結構20。

反射件25設置於該電路板2b朝向該承載結構20之第二側20b之一表面上(即反射件25設置介於該承載結構20之第二側20b與該電路板2b之間)，並通訊連接該承載結構20。

於一實施例中，本發明之電子裝置2可於該承載結構20之第二側20b上形成複數電性接觸墊260，以結合該些導電元件26，且該些導電元件26僅佈設於部分電性接觸墊260上，如佈設於圖2所示之一排(但不以此為限)，藉此以提升本發明之電子裝置2之增益。

因此，本發明之電子裝置2將微帶線203的位置設定於該承載結構之第二側20b內，以增加該微帶線203之長度，相較於傳統技術將微帶線設於電路板頂面上，本發明之電子裝置2能大幅提升性能，例如，提升帶寬(Bandwidth)約7.4GHz、中心頻率(Center Frequency)約60GHz及/或增益(Gain)約6.7dB。

再者，本發明之電子裝置2之天線層202(CPW)透過導電元件26及部分電性接觸墊260與該反射件25接通，使CPW接地，相較於傳統技術將線路板接通全部焊錫球，本發明之電子裝置2能大幅提升性能，例如，提升本發明之天線增益(約5dB)。

圖3A至圖3G係為本發明之電子裝置2之製造方法之剖面示意圖。

如圖3A所示，提供一設置於支撐件9上之承載結構20，該承載結構20具有相對之第一側20a與第二側20b，其中，該第一側20a定義有相鄰接之第一區域A與第二區域B，且該承載結構20以其第二側20b結合至該支撐件9上。

於本實施例中，該承載結構20由絕緣層(介電層)200及如扇出型(fan out)重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)之線路層201所構成。其中，形成該線路層201之材質可為銅或金等材料，而形成該絕緣層200之材質可為如聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)等之介電材。

再者，該承載結構20係於最上層(即頂層)之絕緣層200中配置至少一天線層202，供作為共面波導(Coplanar waveguide，簡稱CPW)，且該承載結構20係於最下層(即底層)之絕緣層200(如PI層)中之線路層201係具有微帶線(micro strip)203，以令該天線層202之位置對應該微帶線203之位置，使該天線層202遮蓋該微帶線203。

又，該支撐件9可例如為半導體材質(如矽或玻璃)之板體，並可透過例如膠層90等材料使該承載結構20固定於該支撐件9上。

如圖3B所示，於該承載結構20之第一側20a之第一區域A上設置至少一電子元件21，且於該承載結構20之第一側20a之第二區域B上設置至少一天線間隔件22。其中，該天線間隔件22與該電子元件21分開配置。

於本實施例中，該電子元件21係為主動元件、被動元件或其二者組合，且該主動元件係例如半導體晶片，而該被動元件係例如電阻、電容及電感。於本實施例中，該電子元件21係為半導體晶片，如射頻晶片 (Radio Frequency Integrated Circuits，簡稱RFID)，其具有相對之作用面21a與非作用面21b，該電子元件21藉由複數如銲錫材料之導電凸塊210以覆晶方式設置於該線路層201上並電性連接該線路層201；或者，該電子元件21可藉由複數銲線(圖未示)以打線方式電性連接該線路層201；亦或，該電子元件21可直接接觸該線路層201。然而，有關該電子元件21電性連接該承載結構20之方式不限於上述。

再者，該天線間隔件22係由玻璃或矽材料所構成之塊體。於本實施例中，該天線間隔件22係為如晶片載體(carrier chip)之晶片規格。例如，該天線間隔件22可藉由如黏膠之結合層220貼合於該承載結構20上，以覆蓋該天線層202。

如圖3C所示，於該承載結構20之第一側20a上形成一封裝層23，以令該封裝層23包覆該電子元件21與該天線間隔件22。於本實施例中，該封裝層23係為絕緣介電材，如ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(polyimide，簡稱PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、乾膜(dry film)、環氧樹脂(epoxy)、模壓樹脂(molding compound)、模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)或其它適當材質，其可用壓合(lamination)或模壓(molding)之方式形成於該承載結構20之第一側20a上。

如圖3D所示，形成一天線部24於該封裝層23上，且該天線部24包括一形成於該封裝層23上之介電層240及一形成於該介電層240上之天線本體24a。於本實施例中，該天線本體24a係為貼片型天線 (Patch antenna)，其黏貼於該介電層240上。於其它實施例中，亦可採用如電鍍、化學鍍膜、物理氣相沈積、濺鍍(sputtering)或其它適當方式形成金屬層，以作為該天線本體24a。

再者，該天線本體24a與該天線層202係相互通訊連接(如訊號感應耦合方式)。例如，該天線本體24a之位置係對應該天線間隔件22之位置，即兩者上下相對。

又，該封裝層23與該介電層240可為相同或相異材質，並無特別限制。

另外，該天線部24可依需求設置一覆蓋該天線本體24a之絕緣保護層242，且該絕緣保護層242係為介電材，其形成於該介電層240上，故該絕緣保護層242與該介電層240可視為一體，供作為一包覆體24b，以包覆該天線本體24a。應可理解地，亦可省略該介電層240，而直接於該封裝層23上設置天線本體24a。

如圖3E所示，移除該支撐件9及其上之膠層90，以外露出該承載結構20之第二側20b。於本實施例中，該膠層90可為離形膜，以利於移除該支撐件9。

如圖3F所示，於該承載結構20之第二側20b上設置複數如焊錫球之導電元件26，其電性連接該承載結構20之線路層201。

於本實施例中，可於該承載結構20之第二側20b上形成複數電性連接該線路層201之電性接觸墊260，以結合該些導電元件26，藉由該電性接觸墊260之配置，有利於植設該些導電元件26。

再者，該些導電元件26僅佈設於部分電性接觸墊260上，如圖2所示之一排。

如圖3G所示，將該承載結構20藉由該些導電元件26安裝於一具有至少一反射件25之電路板2b上，使得該承載結構20之線路層201透過該複數導電元件26與該電路板2b電性連接，且該反射件25通訊連接該天線層202，以令該微帶線203、天線層202、天線間隔件22、天線部24與反射件25作為天線結構，其中，該天線層202作為該天線結構之共面波導(CPW)，其藉由線路層201與該導電元件26電性導通至該電路板2b之反射件25，使該共面波導(CPW)接地。

於本實施例中，該反射件25係可採用RDL佈線製程形成於該電路板2b上，使該反射件25未接觸該承載結構20之第二側20b。因此，藉由將該天線層202(共面波導)佈設於該承載結構20之第一側20a上，如此將增加CPW與該反射件25之間的距離H，使該電子裝置2能得到更好的共振效果及較佳的天線效能。

再者，藉由將該反射件25設置於該電路板2b上，使該反射件25能有效反射來自該天線部24之天線本體24a經由該承載結構20之天線層202之訊號，以提升該天線本體24a之訊號定向性，進而使該天線本體24a之輻射方向能朝理想方向。

又，該反射件25與該天線層202係相互訊號感應耦合。例如，該反射件25之位置係對應該天線層202之位置，即兩者相對於該第二側20b係呈上下對齊。

另外，該反射件25之寬度P1係大於該共面波導之寬度P2，藉此以避免散射及增益(Gain)降低的問題。

因此，本發明之電子裝置2之製造方法中，係利用該承載結構20、天線間隔件22、天線部24與反射件25上下疊合成立體化天線結構，以於製程中，該承載結構20、天線間隔件22及天線部24能與該電子元件21整合製作，亦即一同進行封裝，使該封裝層23能覆蓋該電子元件21與該天線間隔件22，故封裝製程用之模具能對應該承載結構20之尺寸，因而有利於封裝製程。

再者，本發明之製造方法係藉由將該天線部24對應該電子元件21設置於同一天線模組2a中，使該天線結構之反射片25只需通訊連接該天線模組2a之任一頻率之射頻晶片(該電子元件21)，即可令該電子裝置2之天線部24發出所需頻率之5G毫米波，故於量產該電子裝置2時，本發明之製造方法可產置各種頻率之射頻產品，因而能縮減生產線之數量以降低生產成本，且能增加生產速度以提升產能。

又，本發明之製造方法中，係利用線路基板製程製作該天線結構，以於製程中，該天線結構能採用封裝製程製作，因而有利於封裝作業。

另外，5G系統因訊號品質與傳輸速度要求而需更多線路配置，以提升訊號的品質與傳輸速度，本發明之製造方法利用線路基板製程製作該承載結構20之微帶線203及天線層202，以於該承載結構20之長寬尺寸均為固定之條件下，能增加線路佈線空間(層數)，因而增加該天線結構之功能，故該電子裝置2能提供運作5G系統所需之電性功能，即能達到5G系統之天線運作之需求。

此外，本發明之電子裝置及其製造方法，係藉由將微帶線設於承載結構之底層及將共面波導設置於承載結構之頂層，且各該導電元件僅設於部分該電性接觸墊上，從而得到較佳的天線效能。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。