5G通信模块及其制造方法与流程

5g通信模块及其制造方法
技术领域
[0001]
本发明涉及半导体封装测试领域，特别是无线通信封装领域，具体涉及一种5g通信模块及其制造方法。


背景技术：

[0002]
未来的无线产品正把比目前利用的较低ghz范围更高得多的操作频率作为目标。例如，5g(第5代移动网络或第5代无线系统)通信预期将以大于或等于15ghz的频率操作。此外，当前的wigig(无线吉比特联盟)产品在60ghz左右操作。包括汽车雷达和医学成像的其他应用利用毫米波频率(例如30ghz-300ghz)中的无线通信技术。对于这些无线应用，所设计的rf(射频)电路需要高质量无源匹配网络，以便适应预定义频带(在这里发生通信)的传输，以及需要高效率功率放大器和低损耗功率组合器/开关。
[0003]
在5g射频通信时，往往需要集成天线结构和其他芯片，其他芯片包括控制器、放大器、滤波器等，他们进行集成时，需要相互电电连接，该连接通过布线层实现时，其电磁屏蔽是不易避免的。


技术实现要素：

[0004]
基于解决上述问题，本发明提供了一种5g通信模块的制造方法，其包括以下步骤：
[0005]
(1)形成一模塑组件，所述模塑组件包括多个芯片和包封所述多个芯片的模塑体，所述模塑体的第一表面露出所述多个芯片的有源面和焊盘；
[0006]
(2)在所述多个芯片的所述焊盘上形成多个凸柱；
[0007]
(3)提供一复合膜，所述复合膜包括树脂磁屏蔽层和金属箔层，并将所述复合膜压合至所述第一表面，以使得所述多个凸柱嵌入所述树脂屏蔽层内，且使得所述金属箔层具有对应于所述多个凸柱的多个凸起部；
[0008]
(4)研磨所述复合膜以去除部分所述凸起部，使得所述多个凸柱的顶面露出并且与所述金属箔层绝缘；
[0009]
(5)在所述金属箔层上形成第一介电层，并在所述第一介电层中形成多个第一通孔，在所述第一介电层上形成导电图案，所述导电图案通过所述多个第一通孔和多个凸柱电连接至所述多个芯片；
[0010]
(6)在所述第一介电层上形成第二介电层，并在所述第二介电层中或者在所述第二介电层上形成电连接所述导电图案的天线结构。
[0011]
根据本发明的实施例，所述金属箔层包括位于所述多个芯片的中间区域之上的第一部分，所述导电图案包括位于所述中间区域之上的第二部分，所述第一部分和第二部分正对设置以形成位于多个芯片正上方的电容器。
[0012]
根据本发明的实施例，在步骤(1)中，形成一模塑组件具体包括：提供一临时载板，所述临时载板上设置有粘合层；将所述多个芯片的有源面粘合至所述粘合层上，并用所述模塑体密封所述多个芯片；移除所述临时载板。
[0013]
根据本发明的实施例，所述多个凸柱包括直接接合所述焊盘的铜柱以及位于所述铜柱之上的金属保护层。
[0014]
根据本发明的实施例，在步骤(4)中，研磨所述复合膜以去除部分所述凸起部具体包括：研磨所述复合膜直至去除所述金属保护层的一部分。
[0015]
根据上述制造方法，本发明还提供了一种5g通信模块，具体包括：
[0016]
多个芯片，所述多个芯片的有源面具有焊盘；
[0017]
塑封体，密封所述多个芯片且具有露出所述多个芯片的有源面的第一表面；
[0018]
多个凸柱，接合于所述焊盘上；
[0019]
复合膜，包括树脂磁屏蔽层和金属箔层，覆盖所述第一表面上，所述多个凸柱嵌入所述树脂屏蔽层内，且所述金属箔层具有多个开口，所述多个凸柱从所述多个开口处分别露出；
[0020]
第一介电层，形成于所述金属箔层上，并在所述第一介电层中形成有多个第一通孔，在所述第一介电层上形成有导电图案，所述导电图案通过所述多个第一通孔和多个凸柱电连接至所述多个芯片；
[0021]
第二介电层，形成于所述第一介电层上；
[0022]
天线结构，形成于所述第二介电层中或者形成于所述第二介电层上且电连接所述导电图案。
[0023]
根据本发明的实施例，所述金属箔层包括位于所述多个芯片的中间区域之上的第一部分，所述导电图案包括位于所述中间区域之上的第二部分，所述第一部分和第二部分正对设置以形成位于多个芯片正上方的电容器。
[0024]
根据本发明的实施例，所述多个凸柱包括直接接合所述焊盘的铜柱以及位于所述铜柱之上的金属保护层。
[0025]
根据本发明的实施例，所述第二介电层中形成有第二通孔，所述天线结构形成于所述第二介电层上且通过所述第二通孔电连接至所述导电图案。
[0026]
根据本发明的实施例，所述第二介电层中形成有多个倒立的圆台形开口，所述天线结构形成于所述圆台形开口内。
[0027]
本发明使用复合膜层进行层压同时形成磁屏蔽和电屏蔽，其中复合膜中的树脂磁屏蔽层与模塑体黏合力较大，不易脱落；且使用研磨的方法露出芯片的凸柱，使得电屏蔽层(金属箔层)可以较为完整的覆盖所述芯片，保证屏蔽效果；进一步的，所述电屏蔽层的一部分与上面的导电图案形成电容器，可以降低电感值稳定电源。
附图说明
[0028]
图1-8为本发明的5g通信模块的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
[0029]
本技术将通过参考实施例中的附图进行描述，本技术涉及一种5g通信模块。
[0030]
进而以对理解本发明最有帮助的方式将各种操作描述为多个分立操作，然而，该描述的顺序不应该被解释为暗示这些操作必然是顺序相关的。特别地，不需要以呈现的顺序来执行这些操作。对于高频(例如5g、wigig)无线应用，所设计的rf电路(例如低噪声放大
器、混合器、功率放大器等等)需要高质量无源匹配网络，以便适应预定义频带(在这里发生通信)的传输，以及需要高效率功率放大器和低损耗功率组合器/开关等。可以利用针对大于30ghz操作的cmos技术，但是其具有降低的功率放大器效率并且具有低质量无源件，这主要归因于所采用的通常有损耗的硅衬底。这不仅导致较低的系统性能，而且由于生成的过量的热量而还导致增加的热要求。在一个示例中，高的热耗散归因于以下事实：必须以相控阵列布置来利用多个功率放大器以实现期望的输出功率和传输范围。在5g系统上这将甚至更严格，因为蜂窝网络(例如4g、lte、lte-adv)的典型传输范围是连通性所要求的传输范围(例如wifi、wigig)的数倍。
[0031]
对于通信系统的关键部件，本设计利用非cmos技术(例如gaas、gan、玻璃上无源件等)。在最佳的系统划分的情况下，可以根据另一种技术来制造要求高效率和高品质因数的关键部件。这些部件可能处在器件级(例如gan/gaas上的晶体管)或者处在电路级(例如集成功率放大器、低噪声放大器的iii-v管芯)。如在本发明的实施例中讨论的，将以封装构造方式来形成通信系统。
[0032]
可以理解的是，本技术可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。当然，提供这些实施例，为的是使本公开彻底且全面，并且将该技术充分地传达给本领域技术人员。的确，该技术旨在涵盖这些实施例的替代、修改和等同物，其包含在由所附权利要求所限定的技术的范围和精神内。此外，在本技术的以下具体描述中，大量特定的细节被提出，以便提供对本技术彻底的理解。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本技术在没有这些特定的细节时是可以实现的。
[0033]
本文所用的术语“顶部的”和“底部的”，“上部的”和“下部的”以及“垂直的”和“水平的”和它们的各种形式，只作示例和说明的目的，并不意味着限定本技术的描述，因为提及的项目可以在位置和方向上交换。并且，这里所用的术语“大体上”和/或“大约”的意思是，指定的尺寸或参数在给定应用的可接受制造公差内是可以变化的。
[0034]
下面将结合图1-8来先介绍本发明的5g通信模块的制造方法，其包括以下步骤：
[0035]
(1)形成一模塑组件，所述模塑组件包括多个芯片和包封所述多个芯片的模塑体，所述模塑体的第一表面露出所述多个芯片的有源面和焊盘；
[0036]
(2)在所述多个芯片的所述焊盘上形成多个凸柱；
[0037]
(3)提供一复合膜，所述复合膜包括树脂磁屏蔽层和金属箔层，并将所述复合膜压合至所述第一表面，以使得所述多个凸柱嵌入所述树脂屏蔽层内，且使得所述金属箔层具有对应于所述多个凸柱的多个凸起部；
[0038]
(4)研磨所述复合膜以去除部分所述凸起部，使得所述多个凸柱的顶面露出并且与所述金属箔层绝缘；
[0039]
(5)在所述金属箔层上形成第一介电层，并在所述第一介电层中形成多个第一通孔，在所述第一介电层上形成导电图案，所述导电图案通过所述多个第一通孔和多个凸柱电连接至所述多个芯片；
[0040]
(6)在所述第一介电层上形成第二介电层，并在所述第二介电层中或者在所述第二介电层上形成电连接所述导电图案的天线结构。
[0041]
首先参考图1，本发明的5g通信模块包括多个芯片13，多个芯片13可以包括控制器、放大器、滤波器等，其与天线结构集成，构成处理射频信号的集成电路封装结构。
[0042]
提供一临时载板11，所述临时载板11上设置有粘合层12。所述临时载板11具有一定的刚性，例如可以是陶瓷、不锈钢、玻璃材质等。所述粘合层12可以是常规的粘合材料，其也可以具有解离的性质，例如可以是解离膜。
[0043]
将所述多个芯片13的有源面粘合至所述粘合层12上，并用模塑体15密封所述多个芯片13。所述多个芯片13的有源面上具有多个焊盘14，所述模塑体14同时露出所述芯片13的有源面以及多个焊盘14，且所述模塑体14具有与所述多个芯片13的有源面共面的第一表面。
[0044]
接着，参见图2，移除所述临时载板11和粘合层12，其可以通过化学试剂溶解所述粘合层进行解离，也可以通过加热或者光照实现解离。然后，对形成的模塑组件进行翻转，并在多个芯片13的有源面上形成多个凸柱，所述多个凸柱电连接于所述多个焊盘14，且所述多个凸柱的每一个均包括直接接合所述焊盘14的铜柱16以及位于所述铜柱16之上的金属保护层17。所述金属保护层17可以是镍、金、镍钯合金或镍金合金等，其至少具有50微米的厚度。
[0045]
然后，参见图3，可以提供一复合膜，所述复合膜为树脂磁屏蔽层18和金属箔层19的双层结构。其中，该树脂磁屏蔽层18可以包括磁性颗粒以及分散该些磁性颗粒的树脂基质材料，该些磁性颗粒可以是铁、钴、镍中的至少一种或者其合金。该金属箔层19可以是薄片型金属片粘合到该树脂屏蔽层18上，其材质可以选自金、银、铜、铂、钨、镍等。
[0046]
利用层压技术将所述复合膜压合至所述第一表面，以使得所述多个凸柱嵌入所述树脂磁屏蔽层18内，且使得所述金属箔层19具有对应于所述多个凸柱的多个凸起部20。多个凸起部20是由于多个凸柱引起的，其在多个凸柱顶端的侧面(即金属保护层17的侧面)和顶面(即金属保护层17的顶面)也具有树脂磁屏蔽材料。
[0047]
参见图4，利用cmp抛光技术进行研磨所述复合膜以去除部分所述凸起部20，使得所述多个凸柱的顶面露出并且与所述金属箔层19绝缘。其中，去除所述凸起部20的部分时，仅仅去除了部分的金属保护层17，而未研磨至铜柱16，因此使得金属保护层17得以部分保留并外露形成接触。其中，在顶面位置处，凸柱与金属箔层19之间具有d的横向距离，该横向距离d应当小于100微米，以保证屏蔽效果。
[0048]
参见图5，在所述金属箔层19上覆盖第一介电层21，所述第一介电层21可以是聚酰亚胺、氧化硅、氮化硅等，优选为高k材料。并在所述第一介电层21中形成电连接所述多个凸柱的第一通孔22，所述第一通孔22位于所述多个凸柱的正上方。
[0049]
接着，可以通过电镀、化学镀等方法形成导电图案23，所述导电图案23的材料可以是铜。所述导电图案23电连接所述导电图案23通过所述多个第一通孔22和多个凸柱电连接至所述多个芯片13。其中，所述金属箔层19包括位于所述多个芯片13的中间区域之上的第一部分，所述导电图案23包括位于所述中间区域之上的第二部分，所述第一部分和第二部分正对设置以形成位于多个芯片13正上方的电容器c，该电容器c可以降低电感值稳定电源。
[0050]
参见图6，还包括在所述第一介电层21上形成第二介电层24，所述第二介电层24的材料可以与第一介电层21的材料相同或者不同。所述第二介电层24覆盖所述导电图案23。
[0051]
参见图7，在所述第二介电层24中形成第二通孔25，所述第二通孔25可以对所述第二介电层24进行显影、曝光、刻蚀形成，其电镀金属导电材料，例如铜。所述第二通孔25电连
接至所述导电图案23。
[0052]
在所述第二介电层24上形成天线结构26并电连接至所述第二通孔25。该天线结构26可以是典型的螺旋线圈或者单根导线结构。优选的，所述天线结构26还可以嵌入在所述第二介电层24中，以保证其可靠性。
[0053]
参见图8，本发明还提供了另一种天线结构28，该天线结构28形成于导电图案23上，且位于第二介电层24的倒立的圆台形开口27中，其呈现漏斗形状，以增加信号的传播质量和强度。该天线结构28可以是螺旋的设置于圆台形开口27的侧壁上，也可以是面结构，其电连接至导电图案23。
[0054]
根据上述方法，本发明还提供了一种5g通信模块，参见图7或图8，具体包括：
[0055]
多个芯片13，所述多个芯片13的有源面具有焊盘14；
[0056]
塑封体15，密封所述多个芯片13且具有露出所述多个芯片13的有源面的第一表面；
[0057]
多个凸柱，接合于所述焊盘14上；所述多个凸柱包括直接接合所述焊盘的铜柱17以及位于所述铜柱17之上的金属保护层18；
[0058]
复合膜，包括树脂磁屏蔽层18和金属箔层19，覆盖所述第一表面上，所述多个凸柱嵌入所述树脂磁屏蔽层18内，且所述金属箔层19具有多个开口，所述多个凸柱从所述多个开口处分别露出；
[0059]
第一介电层21，形成于所述金属箔层19上，并在所述第一介电层21中形成有多个第一通孔22，在所述第一介电层21上形成有导电图案23，所述导电图案23通过所述多个第一通孔22和多个凸柱电连接至所述多个芯片13；
[0060]
第二介电层24，形成于所述第一介电层21上；
[0061]
天线结构26或28，形成于所述第二介电层中或者形成于所述第二介电层上且电连接所述导电图案。
[0062]
其中，所述金属箔层19包括位于所述多个芯片13的中间区域之上的第一部分，所述导电图案23包括位于所述中间区域之上的第二部分，所述第一部分和第二部分正对设置以形成位于多个芯片13正上方的电容器c。
[0063]
本发明使用复合膜层进行层压同时形成磁屏蔽和电屏蔽，其中复合膜中的树脂磁屏蔽层与模塑体黏合力较大，不易脱落；且使用研磨的方法露出芯片的凸柱，使得电屏蔽层(金属箔层)可以较为完整的覆盖所述芯片，保证屏蔽效果。
[0064]
为了说明和描述的目的，本技术的前面的详细描述已经呈现。其并不旨在将本技术详尽或限制于所公开的精确形式。根据上述教导的许多修改和变化是可以的。选择所描述的实施例是为了最好地解释本技术的原理及其实际应用，从而确保其他本领域的技术人员最好地利用各种实施例中的技术和适用于预期的特定用途的各种修改。本技术的范围由所附的权利要求限定。
[0065]
本发明中使用的表述“示例性实施例”、“示例”等不是指同一实施例，而是被提供来着重描述不同的特定特征。然而，上述示例和示例性实施例不排除他们与其他示例的特征相组合来实现。例如，即使在另一示例中未提供特定示例的描述的情况下，除非另有陈述或与其他示例中的描述相反，否则该描述可被理解为与另一示例相关的解释。
[0066]
本发明中使用的术语仅用于示出示例，而无意限制本发明。除非上下文中另外清
楚地指明，否则单数表述包括复数表述。
[0067]
虽然以上示出并描述了示例实施例，但对本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出变型和改变。