TWI818779B - 電子封裝件及其製法 - Google Patents

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王宣人
林榮政
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矽品精密工業股份有限公司
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Abstract

一種電子封裝件及其製法，主要將電子元件設於承載結構上，且將天線結構藉由導電體堆疊於該承載結構上，其中該天線結構上形成至少一貫穿之穿孔，並於該天線結構與該承載結構之間形成絕緣支撐體，以令該絕緣支撐體對應形成於該穿孔處及/或該天線結構之邊緣處，且該絕緣支撐體未填滿該穿孔，使該穿孔具有空氣介質，藉由該穿孔之設計，以利用空氣之介電常數為1的特性，降低訊號的損失與偏移，利於該天線結構之訊號傳輸。

Description

電子封裝件及其製法
本發明係有關一種半導體封裝件，尤指一種具天線結構之電子封裝件及其製法。
現今無線通訊技術已廣泛應用於各式消費性電子產品(如手機、平板電腦等)，以利接收或發送各種無線訊號。同時，為滿足消費性電子產品的便於攜帶性及上網便利性，無線通訊模組之製造與設計係朝輕、薄、短、小之需求作開發，其中，平面天線(Patch Antenna)因具有體積小、重量輕與製造容易等特性而廣泛利用在電子產品之無線通訊模組中。
圖1係習知無線通訊模組之立體示意圖。如圖1所示，該無線通訊模組1係包括：一基板10、設於該基板10上之複數電子元件11、一天線結構12以及封裝材13。該基板10係為電路板並呈矩形體。該複數電子元件11係設於該基板10上且電性連接該基板10。該天線結構12係為平面型且具有一天線本體120與一導線121，該天線本體120藉由該導線121電性連接該電子元件11。該封裝材13覆蓋該電子元件11與該部分導線121。
惟，習知無線通訊模組1中，因該天線結構12係為平面型，其傳輸訊號之方式受限於該封裝材13之阻擋(會使訊號大量損失與偏移)，故只能藉由該導線121進行傳輸，而無法使用耦合方式，導致限制該天線結構12之功能，甚至造成該無線通訊模組1無法提供運作5G通訊系統所需之電性功能，無法達到5G通訊系統之天線運作之需求。
因此，如何克服上述習知技術的種種問題，實已成目前亟欲解決的課題。
鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明係提供一種電子封裝件，係包括：承載結構，係具有線路層；電子元件，係設於該承載結構上並電性連接該線路層；以及天線結構，係堆疊於該承載結構上，且該天線結構係包含一配置有天線本體之基部，其中，該基部係具有至少一貫穿之穿孔，使該穿孔具有空氣介質。
本發明亦提供一種電子封裝件之製法，係包括：提供一具有線路層之承載結構；將電子元件設於該承載結構上，且令該電子元件電性連接該線路層；以及將天線結構堆疊於該承載結構上，其中，該天線結構係包含一配置有天線本體之基部，且於該基部上形成至少一貫穿之穿孔，使該穿孔具有空氣介質。
前述之電子封裝件及其製法中，該承載結構係具有相對之第一表面與第二表面，以令該電子元件設於該第一表面上，且該天線結構設於該第二表面上。
前述之電子封裝件及其製法中，該天線本體係具有相互分離且相對應配置於該基部相對兩側之複數天線層。例如，該複數天線層係以耦合方式傳輸訊號。
前述之電子封裝件及其製法中，復包括於該天線結構與該承載結構之間形成絕緣支撐體，以令該絕緣支撐體對應形成於該穿孔處及/或該天線結構之邊緣處，且該絕緣支撐體未填滿該穿孔，使該穿孔具有空氣介質。另外，該基部係藉由導電體堆疊於該承載結構上。例如，該導電體係電性連接該天線本體與線路層。
前述之電子封裝件及其製法中，該基部與該承載結構之間係形成有至少一空氣間隔。
前述之電子封裝件及其製法中，復包括形成複數導電元件於該承載結構上，且該複數導電元件係電性連接該線路層。
由上可知，本發明之電子封裝件及其製法中，主要藉由該穿孔之設計，以利用空氣之介電常數為1的特性，降低訊號的損失與偏移，因而有利於該天線本體之訊號傳輸，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件將該穿孔配置於該天線層之周圍，以有效提升該天線本體的效能增益及效率，並使該天線本體之電場強度增強而利於傳輸訊號。
1:無線通訊模組
10:基板
11,21:電子元件
12,2a:天線結構
120,24:天線本體
121:導線
13:封裝材
2:電子封裝件
20:承載結構
20a:第一表面
20b:第二表面
200:絕緣層
201,202:線路層
201a:外接點
21a:作用面
21b:非作用面
210:導電凸塊
241:第一天線層
242:第二天線層
25:基部
25a:第一側
25b:第二側
250:穿孔
253:絕緣保護層
26:導電體
27:絕緣支撐體
28:封裝層
29:導電元件
A:空氣間隔
D:厚度
H:高度
t:間隔
S:切割路徑
圖1係為習知無線通訊模組之剖面示意圖。
圖2A至圖2F係為本發明之電子封裝件之製法之剖視及平面示意圖。
圖2C-1係為圖2C之A-A剖面線之剖視示意圖。
圖3A係為圖2D之局部上視平面示意圖。
圖3B係為圖2D之局部上視平面示意圖。
圖4A至圖4C係為圖2D之其它態樣之局部上視平面示意圖。
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2A至圖2F係為本發明之電子封裝件2之製法的剖面示意圖。
如圖2A所示，提供一承載結構20，其具有相對之第一表面20a與第二表面20b，且於該承載結構20之第一表面20a上設置至少一電子元件21。
於本實施例中，該承載結構20係為一具有核心層或無核心層(coreless)之線路結構，如封裝基板(substrate)，其可包含至少一絕緣 層200與設於該絕緣層200上之線路層201,202。例如，該承載結構20可採用線路重佈層(redistribution layer，簡稱RDL)方式形成扇出(fan out)型銅材線路層201,202，且形成該絕緣層200之材質係為如聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)等之介電材。應可理解地，該承載結構20亦可為其它可供承載如晶片等電子元件21之構件，如矽中介板(silicon interposer)，並不限於上述。
再者，該承載結構20於其第一表面20a上之部分線路層201係具有複數外接點201a。應可理解地，該承載結構20之內部可依需求配置線路，故於圖中省略繪示。
所述之電子元件21係為主動元件、被動元件或其二者組合等，其設於該承載結構20之第一表面20a上且電性連接該承載結構20之第一表面20a之線路層201，其中，該主動元件係例如射頻型半導體晶片，且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係為主動元件，如具發射5G毫米波(mm Wave)功能之半導體晶片，其具有相對之作用面21a與非作用面21b，以令其作用面21a藉由複數如銲錫材料之導電凸塊210採用覆晶方式設於該承載結構20上且電性連接該線路層201，並可依需求以如底膠之封裝層28包覆該些導電凸塊210；或者，該電子元件21亦可藉由複數銲線(圖略)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以電性連接該線路層201。然而，有關該電子元件21電性連接該線路層201之方式不限於上述。
如圖2B所示，於該承載結構20之第二表面20b上堆疊至少一天線結構2a，且若配置多個天線結構2a，各該天線結構2a之間係保持一間隔t。
所述之天線結構2a係包含有一配置有天線本體24之基部25及設於該基部25上之複數導電體26，以令該基部25藉由該複數導電體26架設於該承載結構20之第二表面20b上，使該基部25與該承載結構20之間形成至少一空氣間隔(air gap)A。
於本實施例中，該基部25係為板體，其定義有相對之第一側25a與第二側25b，並以其第一側25a設置該複數導電體26，且該天線本體24係具有相互分離且相對應配置於該第一側25a與該第二側25b之一第一天線層241與一第二天線層242。例如，該基部25係採用封裝基板型式，如具有核心層與線路結構之封裝基板(substrate)或無核心層(coreless)之線路結構，以於介電材上藉由濺鍍(sputtering)、蒸鍍(vaporing)、電鍍、無電電鍍、化鍍或貼膜(foiling)等方式製作厚度輕薄之第一天線層241與第二天線層242。
應可理解地，該第一天線層241亦可採用貼片(patch)構造，且該第二天線層242可採用寄生貼片(parasitic patch)構造，並可依需求於該基部25之第二側25b上形成有一覆蓋該第二天線層242之絕緣保護層253。
再者，該第一天線層241與該第二天線層242係以耦合方式傳輸訊號。例如，該第一天線層241與該第二天線層242係可由交變電壓、交變電流或輻射變化產生輻射能量，且該輻射能量係為電磁場，以令該第一天線層241與該第二天線層242能相互電磁耦合，使天線訊號能於該第一天線層241與該第二天線層242之間傳遞。
又，該導電體例如包含銲錫材料，其結合於該基部25之第一側25a上以電性連接該天線本體24與該承載結構20。例如，該導電體26可電性連接該第一天線層241與該承載結構20之第二表面20b上之線路層202，使該導電體26作為回饋線路(feed lines)，供該天線本體24能藉由該線路層202接地。
另外，該導電體26係為凸塊狀，以形成所需高度H之空氣間隔A。例如，該空氣間隔A之高度H係至少為400微米(um)，且該空氣間隔A之高度H係不等於該基部25的厚度D。
如圖2C及圖2C-1所示，於天線結構2a上形成至少一貫穿該基部25之穿孔250。
於本實施例中，該穿孔250係採用雷射方式貫穿該基部25，使該穿孔250連通該基部25之第一側25a與第二側25b，如圖2C所示之A-A剖面線所呈現之圖2C-1所示之穿孔250。例如，該穿孔250配置於該天線本體24之周圍，且並未穿過該天線本體24。
如圖2D所示，於該天線結構2a與該承載結構20之第二表面20b之間形成複數絕緣支撐體27。
於本實施例中，該絕緣支撐體27係為絕緣體，如底膠材質，其形成於該天線結構2a之邊緣處(如角落處)及/或對應該穿孔250之處，如圖3A或圖3B所示。例如，藉由點膠方式形成該絕緣支撐體27，以令該絕緣支撐體27呈柱狀或牆狀。應可理解地，該絕緣支撐體27之位置可依需求設計，如圖4A至圖4C所示之至少其中一角落處及/或對應該穿孔250之處，而無需每一個角落處及每一個對應該穿孔250之處。
再者，該絕緣支撐體27並未填滿該穿孔250，甚至未形成於該穿孔250中，使該穿孔250內具有空氣介質。
應可理解地，該絕緣支撐體27與該導電體26可相互分開配置或相互接觸配置。
如圖2E所示，於該承載結構20之第一表面20a上形成複數導電元件29。
於本實施例中，該導電元件29係為銲球，其結合於該承載結構20之第一表面20a之線路層201之外接點201a上，以電性連接該線路層201，供後續接置一如電路板之電子裝置(圖略)。
如圖2F所示，沿如圖2E所示之切割路徑S進行切單製程，以獲取複數該電子封裝件2。
因此，本發明之電子封裝件2之製法係採用天線封裝(Antenna-in-Package，簡稱AiP)規格，其主要藉由在天線結構2a處形成該穿孔250與該空氣間隔A之設計，以利用空氣之介電常數(Dielectric Constant，簡稱Dk)為1的特性，降低訊號的損失與偏移，因而有利於該天線本體24之訊號傳輸，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件2將該該穿孔250配置於該天線本體24之周圍，以有效提升該天線本體24的效能增益及效率，並使該天線本體24之電場強度增強而利於傳輸訊號。
再者，因該天線結構2a藉由含有銲錫材料之導電體26接合於該承載結構20上，不僅容易組裝，且有利於調整該空氣間隔A之高度H，使該空氣間隔A之高度H於設計上具有靈活度。
又，若該空氣間隔A之高度H大於該基部25的厚度D(如圖2B所示)，該電子封裝件2可獲得較大增益(Gain)。
本發明亦提供一種電子封裝件2，係包括：一具有複數線路層201,202之承載結構20、至少一設於該承載結構20上並電性連接該線路層201之電子元件21以及至少一堆疊於該承載結構20上之天線結構2a。
所述之天線結構2a係包含一配置有天線本體24之基部25，該基部25可透過至少一(或複數)絕緣支撐體27架設於該承載結構20上，其中，該基部25係具有至少一貫穿之穿孔250，以令該絕緣支撐體27對應形成於該穿孔250處及/或該天線結構2a之邊緣處，且該絕緣支撐體27未填滿該穿孔250，使該穿孔250具有空氣介質。
於一實施例中，該承載結構20係具有相對之第一表面20a與第二表面20b，以令該電子元件21設於該第一表面20a上，且該天線結構2a設於該第二表面20b上。
於一實施例中，該天線本體24係具有相互分離且相對應配置於該基部25相對兩側之第一天線層241與第二天線層242。例如，該第一天線層241與第二天線層242係以耦合方式傳輸訊號。
於一實施例中，該基部25復藉由至少一導電體26堆疊於該承載結構20上。例如，該導電體26係電性連接該天線本體24與線路層202。
於一實施例中，該基部25與該承載結構20之間係形成有至少一空氣間隔A。
於一實施例中，所述之電子封裝件2復包括複數設於該承載結構20上且電性連接該線路層201之導電元件29。
綜上所述，本發明之電子封裝件及其製法中，係藉由在天線結構之基部形成至少一貫穿其中之穿孔，使該穿孔具有空氣介質，以令該穿孔配置於天線層之周圍而有利於天線本體之訊號傳輸，故本發明之電子封裝件能有效提升該天線本體的效能增益及效率，並使該天線本體之電場強度增強而利於傳輸訊號，使該電子封裝件能提供運作5G通訊系統所需之電性功能，以達到5G通訊系統之天線運作之需求。
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。
2:電子封裝件
2a:天線結構
20:承載結構
20a:第一表面
20b:第二表面
201,202:線路層
21:電子元件
24:天線本體
25:基部
250:穿孔
26:導電體
27:絕緣支撐體
28:封裝層
29:導電元件
A:空氣間隔
t:間隔

Claims (16)

  1. 一種電子封裝件，係包括：承載結構，係具有線路層；電子元件，係設於該承載結構上並電性連接該線路層；以及天線結構，係堆疊於該承載結構上，且該天線結構係包含一配置有天線本體之基部，其中，該基部具有至少一貫穿之穿孔，且該穿孔具有空氣介質，其中，該基部係透過絕緣支撐體架設於該承載結構上，並令該絕緣支撐體對應形成於該穿孔處，且該絕緣支撐體未填滿該穿孔，使該穿孔具有空氣介質。
  2. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該絕緣支撐體對應形成於該天線結構之邊緣處。
  3. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該承載結構係具有相對之第一表面與第二表面，以令該電子元件設於該第一表面上，且該天線結構設於該第二表面上。
  4. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該天線本體係具有相互分離且相對應配置於該基部相對兩側之複數天線層。
  5. 如請求項4所述之電子封裝件，其中，該複數天線層係以耦合方式傳輸訊號。
  6. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該基部藉由導電體堆疊於該承載結構上，且該導電體係電性連接該天線本體與線路層。
  7. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該基部與該承載結構之間係形成有空氣間隔。
  8. 如請求項1所述之電子封裝件，復包括複數設於該承載結構上且電性連接該線路層之導電元件。
  9. 一種電子封裝件之製法，係包括：提供一具有線路層之承載結構；將電子元件設於該承載結構上，並電性連接該線路層；以及將天線結構堆疊於該承載結構上，其中，該天線結構係包含有一配置有天線本體之基部，且該基部形成有至少一貫穿之穿孔，使該穿孔具有空氣介質，其中，於該天線結構與該承載結構之間形成絕緣支撐體，以令該絕緣支撐體對應形成於該穿孔處，且該絕緣支撐體未填滿該穿孔，使該穿孔具有空氣介質。
  10. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，復包括令該絕緣支撐體對應形成於該天線結構之邊緣處。
  11. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，其中，該承載結構係具有相對之第一表面與第二表面，以令該電子元件設於該第一表面上，且該天線結構設於該第二表面上。
  12. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，其中，該天線本體係具有相互分離且相對應配置於該基部相對兩側之複數天線層。
  13. 如請求項12所述之電子封裝件之製法，其中，該複數天線層係以耦合方式傳輸訊號。
  14. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，其中，該基部係藉由導電體堆疊於該承載結構上，且該導電體係電性連接該天線本體與線路層。
  15. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，其中，該基部與該承載結構之間係形成有至少一空氣間隔。
  16. 如請求項9所述之電子封裝件之製法，復包括形成複數導電元件於該承載結構上，且該複數導電元件係電性連接該線路層。
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