[發明專利]封裝天線的制造方法

有效

• 申請號: 201810893255.3
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109244642B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 蔡堅;周晟娟;張雪松;王謙
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q15/14;H01Q1/22;H01L25/16;H01L23/31
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 胡婷婷;陳慶超

本公開涉及一種封裝天線及其制造方法，封裝天線包括：天線結構，該天線結構包括依次設置的天線輻射貼片、天線基板介質層和反射地平面，天線基板介質層具有相對的第一表面和第二表面，天線輻射貼片固定于第一表面上，反射地平面固定于第二表面上；芯片；封裝體，該封裝體具有相對的第一面和第二面，芯片的正面和反射地平面暴露于第二面且與該第二面平齊；再布線層，包括RDL介質層和RDL金屬層，RDL金屬層包括饋線、多個扇出引線和多個焊盤，至少部分多個焊盤通過RDL介質層中的過孔連接于芯片；以及焊球，該焊球植在焊盤上。所述封裝天線能夠降低其自身的寄生參數，同時改善天線輻射貼片性能。

技術領域

本公開涉及封裝天線技術領域，具體地，涉及一種封裝天線和封裝天線的制造方法。

背景技術

隨著近幾十年科學技術的發展，毫米波逐漸向民用小型化多功能的方向發展，在汽車雷達、高速數據通信、工業自動化傳感器、醫療器材等方面獲得了廣泛的應用。天線是無線系統中的重要部件，有分離和集成兩種形式。其中集成天線包括片上天線(Antenna-on-Chip，簡稱“AoC”)和封裝天線(Antenna-in-Package，簡稱“AiP”)兩大類型。片上天線技術通過半導體材料與工藝將天線與其他電路集成在同一個芯片上，優點是集成度高，不需要額外的互連，寄生效應小，尤其對于太赫茲頻段更適用一些。缺點是天線占用成本較高的采用微波工藝的芯片面積，以及工藝本身對天線結構和性能產生了限制。另外集成電路設計和糾錯周期長、費用高也限制了AoC技術的應用。AiP技術是通過封裝材料與工藝將天線集成在攜帶芯片的封裝內。AiP技術很好地兼顧了天線性能、成本及體積，代表著近年來天線技術重大成就，因而是目前毫米波應用的主流方向。同AoC相比， AiP系統設計周期短，方便靈活，可以采用同一顆芯片搭配不同的天線結構，實現需要的性能。如今幾乎所有的60GHz無線通信和手勢雷達芯片都采用了AiP技術。除此之外，在79GHz汽車雷達，5G通信，122GHz傳感器等應用和研究中也都廣泛應用AiP天線解決方案。

毫米波頻段在30-300GHz之間，頻帶非常寬。同微波雷達相比，毫米波雷達具有波束窄、天線體積小的優點、同激光和遠紅外相比又有穿透性強的優勢。天線是毫米波系統中的重要部件，如果將天線設計在系統封裝的外面，則需要用同軸線、波導或微帶線等實現系統到天線的連接，不僅體積大，而且引入寄生的電感、電容，影響系統的性能，此外制作加工過程引入的誤差以及誤差控制也提高了成本，使毫米波方案難以普及。封裝天線(AiP)技術將天線與射頻收發系統集成在一個小的封裝模塊中，大大減輕了天線到芯片互連的設計問題，在整個系統獲得更高集成度的同時，降低了成本，提升了系統性能。

在AiP技術中，天線和MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit，單片微波集成電路)芯片的互連可以采用引線鍵合、倒裝凸點或者扇出(fan out)技術。采用引線鍵合做芯片和天線的互連是最標準和低成本的封裝形式，鍵合引線直接將芯片的毫米波信號焊盤引出到基板上或接到天線模塊的饋線焊盤。由于鍵合引線寄生電感大，對帶寬產生限制。同時嚴重影響匹配，需要做補償。當鍵合引線的長度和波長可以比擬時，則形成寄生天線，使天線增益和輻射效率降低。

倒裝凸點焊接采用轉接基板，是另一種常用的封裝形式，通常天線圖形做在基板上，芯片通過焊球接到基板上的饋線，由于凸點寄生效應比較小，更適合毫米波連接。但這種結構只能用于芯片焊盤間距較大的情況，對于小尺寸焊盤應用較為困難，實現成本較高。通常采用CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)工藝的芯片標準50ohm特征阻抗共面波導輸出焊盤，其焊盤節距限制難以應用較低成本的凸點倒裝焊的封裝形式。