具有空气腔室的天线封装结构及封装方法与流程

本发明属于半导体封装领域，特别是涉及一种具有空气腔室的天线封装结构及封装方法。

背景技术：

由于科技的进步，发展出各种高科技的电子产品以便利人们的生活，其中包括各种电子装置，如：笔记型计算机、手机、平板电脑(PAD)等。

随着这些高科技电子产品的普及以及人们需求的增加，除了这些高科技产品内所配置的各项功能与应用大幅度增加外，特别是为了配合人们移动的需求而增加了无线通讯的功能。于是，人们可以通过这些具有无线通讯功能的高科技电子装置于任何地点或是任何时刻使用这些高科技电子产品。从而大幅度的增加了这些高科技电子产品使用的灵活性与便利性，因此，人们再也不必被局限在一个固定的区域内，打破了使用范围的疆界，使得这些电子产品的应用真正地便利人们的生活。

在天线的应用中，如在手机终端的应用，天线传送和接收讯号需要经过多个功能芯片模快去组合而成，已知的作法是将天线直接制作于电路板(PCB)的表面，缺点是这种作法会让天线占据额外的电路板面积，并且，因传输讯号线路长，效能差功率消耗大，封装体积较大，尤其是传统PCB封装在5G毫米波传输下损耗太大。在天线封装方面，理论上任何的材料都会造成天线的衰减和损耗。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有空气腔室的天线封装结构及封装方法，用于解决现有技术中天线封装结构损耗较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有空气腔室的天线封装结构，所述天线封装结构包括：重新布线层，所述重新布线层包括相对的第一面及第二面；腔室侧墙，形成于所述重新布线层的第二面上；基片，包括相对的第一面及第二面，所述基片的第一面形成有天线金属层，所述基片键合于所述腔室侧墙，所述基片、腔室侧墙及所述重新布线层围成空气腔室；天线电路芯片，所述天线电路芯片电性接合于所述重新布线层的第一面；金属凸块，形成于所述重新布线层的第一面，以实现所述重新布线层的电性引出。

可选地，所述腔室侧墙的材料包括硅、玻璃、金属及聚合物中的一种。

可选地，所述天线电路芯片包括主动组件及被动组件中的一种或两种，其中所述主动组件包括电源管理电路、发射电路及接收电路中的一种，所述被动组件包括电阻、电容及电感中的一种。

可选地，所述基片包括硅基片，所述基片的厚度范围介于50微米～100微米之间。

可选地，所述基片的第一面键合于所述腔室侧墙，以使所述天线金属层封装于所述空气腔室内。

可选地，所述基片的第二面键合于所述腔室侧墙，以使所述天线金属层位于所述空气腔室外。

本发明还提供一种具有空气腔室的天线封装方法，包括步骤：1)提供一支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；2)于所述分离层上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层连接的第一面以及相对的第二面；3)于所述重新布线层上形成腔室侧墙；4)提供一基片，所述基片的第一面形成有天线金属层，将所述基片的第一面或第二面与所述腔室侧墙进行键合，所述基片、腔室侧墙及所述重新布线层围成空气腔室；5)基于所述分离层剥离所述重新布线层及所述支撑基底，露出所述重新布线层的第一面；6)提供天线电路芯片，将所述天线电路芯片电性接合于所述重新布线层的第一面；7)于所述重新布线层的第一面形成金属凸块，以实现所述重新布线层的电性引出。

可选地，所述支撑基底包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。

可选地，所述分离层包括光热转换层，步骤5)采用激光照射所述光热转换层，以使所述光热转换层与所述重新布线层及所述支撑基底分离，进而剥离所述重新布线层及所述支撑基底。

可选地，步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：2-1)于所述分离层表面形成第一介质层；2-2)采用溅射工艺于所述第一介质层表面形成种子层，于所述种子层上形成第一金属层，并对所述第一金属层及所述种子层进行刻蚀形成图形化的第一金属布线层；2-3)于所述图形化的第一金属布线层表面形成第二介质层，并对所述第二介质层进行刻蚀形成具有图形化通孔的第二介质层；2-4)于所述图形化通孔内填充导电栓塞，然后采用溅射工艺于所述第二介质层表面形成第二金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的第二金属布线层。

可选地，步骤3)采用印刷工艺于所述重新布线层上形成腔室侧墙。

可选地，所述腔室侧墙的材料包括硅、玻璃、金属及聚合物中的一种。

可选地，步骤4)包括：4-1)提供一基片，于所述基片上形成图形化的光刻胶层，所述光刻胶层的窗口显露所述基片；4-2)于所述光刻胶层及所述基片表面形成金属层；4-3)去除所述光刻胶层及所述光刻胶层上的金属层，保留所述窗口内的金属层，以形成所述天线金属层。

可选地，所述基片包括硅晶圆，还包括步骤4-4)减薄所述硅晶圆，减薄后所述硅晶圆的厚度范围介于50微米～100微米之间。

可选地，所述天线电路芯片包括主动组件及被动组件中的一种或两种，其中所述主动组件包括电源管理电路、发射电路及接收电路中的一种，所述被动组件包括电阻、电容及电感中的一种。

可选地，步骤6)还包括于所述天线电路芯片及所述重新布线层之间填充密封保护层的步骤。

可选地，所述基片的第一面键合于所述腔室侧墙，以使所述天线金属层封装于所述空气腔室内。

可选地，所述基片的第二面键合于所述腔室侧墙，以使所述天线金属层位于所述空气腔室外。

如上所述，本发明的具有空气腔室的天线封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

本发明可通过不同的重新布线层的线路排布将所有主动组件或被动组件集成在一个封装结构中，可有效缩小封装尺寸。

本发明的天线电路芯片、重新布线层及天线金属等结构设置为垂直排列结构，可有效缩短组件之间传导路径，有更好的电性和天线效能，同时具有较低的功耗。

本发明将天线金属层下方设置为空气腔室，相比于其他封装材料来说，可以大大减小天线信号的损耗，从而有效增强天线的收发效率。

本发明可以将天线金属层封装于空气腔室内，可有效保护天线金属，避免天线金属层的损伤，提高天线封装结构的稳定性。

附图说明

图1～图14显示为本发明实施例1的具有空气腔室的天线封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图14显示为本发明实施例1的具有空气腔室的天线封装结构的结构示意图。

图15显示为本发明实施例2的具有空气腔室的天线封装结构的结构示意图。

元件标号说明

101 支撑基底

102 分离层

201 第一介质层

202 第一金属布线层

203 第二介质层

204 第二金属布线层

205 腔室侧墙

601 基片

602 光刻胶层

603 天线金属层

401 天线电路芯片

402 密封保护层

501 金属凸块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，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，其在此不应限制本发明保护的范围。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发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明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。

实施例1

如图1～图14所示，本实施例提供一种具有空气腔室的天线封装方法，所述封装方法包括以下步骤：

如图1所示，首先进行步骤1)，提供一支撑基底101，于所述支撑基底101上形成分离层102。

作为示例，所述支撑基底101包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。在本实施例中，所述支撑基底101选用为玻璃衬底，所述玻璃衬底成本较低，容易在其表面形成分离层102，且能降低后续的剥离工艺的难度。

作为示例，所述分离层102包括光热转换层(LTHC)，通过旋涂工艺形成于所述支撑基底101上后，通过固化工艺使其固化成型。光热转换层(LTHC)性能稳定，表面较光滑，有利于后续的重新布线层的制作，并且，在后续的剥离工艺中，剥离的难度较低。

如图2～图5所示，然后进行步骤2)，于所述分离层102上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层102连接的第一面以及相对的第二面。

步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：

如图2所示，进行步骤2-1)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述分离层102表面形成第一介质层201，所述第一介质层201的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。

例如，所述第一介质层201的材料选用为PI(聚酰亚胺)，以进一步降低工艺难度以及工艺成本。

如图3所示，进行步骤2-2)，采用溅射工艺于所述第一介质层201表面形成种子层，于所述种子层上形成第一金属层，并对所述第一金属层及所述种子层进行刻蚀形成图形化的第一金属布线层202。所述种子层的材料包括钛层与铜层的叠层。所述第一金属布线层202的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

如图4所示，进行步骤2-3)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述图形化的第一金属布线层202表面形成第二介质层203，并对所述第二介质层203进行刻蚀形成具有图形化通孔的第二介质层203。所述第二介质层203的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。

例如，所述第二介质层203的材料选用为PI(聚酰亚胺)，以进一步降低工艺难度以及工艺成本。

如图4所示，进行步骤2-4)，于所述图形化通孔内填充导电栓塞，然后采用溅射工艺于所述第二介质层203表面形成第二金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的第二金属布线层204。所述第二金属布线层204的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

需要说明的是，可以重复进行上述步骤2-3)～步骤2-4)，以形成具有多层堆叠结构的重新布线层，以实现不同的布线功能。

如图5所示，接着进行步骤3)，于所述重新布线层上形成腔室侧墙205。

例如，可以采用印刷工艺于所述重新布线层上形成腔室侧墙205。所述腔室侧墙205的材料包括硅、玻璃、金属及聚合物中的一种。在本实施例中，所述腔室侧墙205的材料可以选用为聚合物，以降低工艺难度及工艺成本。

如图6～图11所示，接着进行步骤4)，提供一基片601，所述基片601的第一面形成有天线金属层603，将所述基片601的第一面或第二面与所述腔室侧墙205进行键合，所述基片601、腔室侧墙205及所述重新布线层围成空气腔室。本发明将天线金属层603下方设置为空气腔室，相比于其他封装材料来说，可以大大减小天线信号的损耗，从而有效增强天线的收发效率。

具体地，步骤4)包括如下步骤：

如图6及图7所示，首先进行步骤4-1)，提供一基片601，于所述基片601上形成图形化的光刻胶层602，所述光刻胶层602的窗口显露所述基片601。例如，所述基片601可以为硅晶圆等。

如图8所示，然后进行步骤4-2)，于所述光刻胶层602及所述基片601表面形成金属层。

如图9所示，接着进行步骤4-3)，去除所述光刻胶层602及所述光刻胶层602上的金属层，保留所述窗口内的金属层，以形成所述天线金属层603。

如图10所示，最后进行步骤4-4)，减薄所述硅晶圆，减薄后所述硅晶圆的厚度范围介于50微米～100微米之间，以保证机械强度的同时，降低信号衰减。

如图11所示，在本实施例中，将所述基片601的第一面与所述腔室侧墙205进行键合，所述基片601、腔室侧墙205及所述重新布线层围成空气腔室，以使所述天线金属层603封装于所述空气腔室内。本发明可以将天线金属层603封装于空气腔室内，可有效保护天线金属，避免天线金属层603的损伤，提高天线封装结构的稳定性。所述天线金属层603也可以采用金属连线工艺或其他的工艺与所述重新布线层电性连接。

如图12所示，接着进行步骤5)，基于所述分离层102剥离所述重新布线层及所述支撑基底101，露出所述重新布线层的第一面。

具体地，所述分离层102包括光热转换层，此处采用激光照射所述光热转换层，以使所述光热转换层与所述重新布线层及所述支撑基底101分离，进而剥离所述重新布线层及所述支撑基底101。

如图13所示，接着进行步骤6)，提供天线电路芯片401，将所述天线电路芯片401电性接合于所述重新布线层的第一面。

例如，可以通过焊接工艺或植球工艺将所述天线电路芯片401接合于所述重新布线层的第一面。

其中，所述天线电路芯片401可以为多个，所述天线电路芯片401包括主动组件及被动组件中的一种或两种，其中所述主动组件包括电源管理电路、发射电路及接收电路中的一种，所述被动组件包括电阻、电容及电感中的一种。本发明可通过不同的重新布线层的线路排布将所有主动组件或被动组件集成在一个封装结构中，可有效缩小封装尺寸。

在本实施例中，所述天线电路芯片401与所述重新布线层之间具有间隙，本实施例还包括于所述天线电路芯片401及所述重新布线层之间填充密封保护层402的步骤，如图13所示。所述密层保护层可以提高所述天线电路芯片401与所述重新布线层之间的结构强度，避免因如挤压等造成天线电路芯片401的损坏。

如图14所示，最后进行步骤7)，于所述重新布线层的第一面形成金属凸块501，以实现所述重新布线层的电性引出。例如，所述金属凸块501可以为锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种。

如图14所示，本实施例还提供一种具有空气腔室的天线封装结构，所述天线封装结构包括：重新布线层，所述重新布线层包括相对的第一面及第二面；腔室侧墙205，形成于所述重新布线层的第二面上；基片601，包括相对的第一面及第二面，所述基片601的第一面形成有天线金属层603，所述基片601键合于所述腔室侧墙205，所述基片601、腔室侧墙205及所述重新布线层围成空气腔室；天线电路芯片401，所述天线电路芯片401电性接合于所述重新布线层的第一面；金属凸块501，形成于所述重新布线层的第一面，以实现所述重新布线层的电性引出。本发明将天线金属层603下方设置为空气腔室，相比于其他封装材料来说，可以大大减小天线信号的损耗，从而有效增强天线的收发效率。

所述腔室侧墙205的材料包括硅、玻璃、金属及聚合物中的一种。

所述天线电路芯片401包括主动组件及被动组件中的一种或两种，其中所述主动组件包括电源管理电路、发射电路及接收电路中的一种，所述被动组件包括电阻、电容及电感中的一种。本发明可通过不同的重新布线层的线路排布将所有主动组件或被动组件集成在一个封装结构中，可有效缩小封装尺寸。

所述基片601包括硅基片，所述基片601的厚度范围介于50微米～100微米之间，以保证机械强度的同时，降低信号衰减。

在本实施例中，所述基片601的第一面键合于所述腔室侧墙205，以使所述天线金属层603封装于所述空气腔室内。本发明可以将天线金属层603封装于空气腔室内，可有效保护天线金属，避免天线金属层603的损伤，提高天线封装结构的稳定性。

实施例2

如图15所示，本实施例提供一种具有空气腔室的天线封装结构及封装方法，其基本步骤及结构如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于，所述基片601的第二面键合于所述腔室侧墙205，以使所述天线金属层603位于所述空气腔室外。该封装结构及方法可以使天线金属层603显露在天线封装结构的顶部，可有利于其与其他元件之间的电连接，同时可增强天线金属层603收发信号的效率。

如上所述，本发明的具有空气腔室的天线封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

本发明可通过不同的重新布线层的线路排布将所有主动组件或被动组件集成在一个封装结构中，可有效缩小封装尺寸。

本发明的天线电路芯片、重新布线层及天线金属等结构设置为垂直排列结构，可有效缩短组件之间传导路径，有更好的电性和天线效能，同时具有较低的功耗。

本发明将天线金属层下方设置为空气腔室，相比于其他封装材料来说，可以大大减小天线信号的损耗，从而有效增强天线的收发效率。

本发明可以将天线金属层封装于空气腔室内，可有效保护天线金属，避免天线金属层的损伤，提高天线封装结构的稳定性。

所以，本发明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发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。