用于已封装管芯的陶瓷上天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及无线电芯片封装领域，并且特别地涉及将天线与陶瓷组合以用于到封装中的芯片的连接。
【背景技术】
[0002]半导体和微机电管芯或芯片经常被封装以用于针对外部环境的保护。该封装提供物理保护、稳定性、外部连接以及在某些情况下对封装内部的管芯的冷却。通常将管芯附着于基板且然后将附着于基板的盖放置在管芯上。替换地，管芯被附着于盖且然后在管芯上形成封装基板。随着设计更多的设备以提供无线连接，封装适合于允许天线被连接到在封装内部的一个或多个芯片。外部天线连接增加生产设备的组装复杂性和成本。
[0003]通常在用于设备的系统板上或在已连接PCB (印刷电路板)上形成天线。到芯片封装的连接经由PCB实现。这是通过PCB以及封装基板而到达芯片的长且复杂的连接。阻抗难以控制且在界面处存在反射。虽然PCB上的天线是廉价的，但天线的质量受限。在某些情况下，使用单独外部天线，其生产和封装起来更加昂贵且可具有甚至更加复杂的连接路径。
[0004]随着无线设备的尺寸减小，RF (射频)封装被放置得更加接近于数字和基带封装。数字和基带封装通常产生可能中断或损害RF系统的操作的噪声和干扰。RF封装和天线通常产生可能中断相互的及数字和基带封装的操作的噪声和干扰。结果，部件被间隔开且被覆盖封装内部的芯片的金属外壳所屏蔽。在某些情况下，封装可包括内部屏蔽以避免分别地来自数字电路或RF部件的干扰。这进一步增加了设备的尺寸和复杂性。
【附图说明】
[0005]在其中相同的附图标记指示类似元件的附图的各图中以示例的方式而不是限制的方式举例说明本发明的实施例。
[0006]图1是根据本发明的实施例的具有在陶瓷基板上的天线的eWLB封装的截面侧视图。
[0007]图2是根据本发明的实施例的具有附着于管芯的陶瓷基板的替换eWLB封装的截面侧视图。
[0008]图3是根据本发明的实施例的具有从陶瓷基板指向正面RDL的过孔的eWLB封装的截面侧视图。
[0009]图4是根据本发明的实施例的具有在陶瓷基板中的嵌入式天线的eWLB封装的截面侧视图。
[0010]图5是根据本发明的实施例的被堆叠在eWLB封装上的陶瓷基板上的天线的截面侧视图。
[0011]图6是根据本发明的实施例的被堆叠在eWLB封装上的替换陶瓷基板上的天线的截面侧视图。
[0012]图7是根据本发明的实施例的被堆叠在eWLB封装上的另一替换陶瓷基板上的天线的截面侧视图。
[0013]图8A是根据本发明的实施例的形成具有在陶瓷基板上的嵌入式天线的eWLB封装的过程流程图。
[0014]图SB是根据本发明的实施例的形成具有在陶瓷基板上的嵌入式天线的倒装芯片封装的过程流程图。
[0015]图9是根据实施例的结合了具有在陶瓷基板上的天线的封装的计算设备的框图。
【具体实施方式】
[0016]天线到封装中的集成允许降低的成本和更简单的设备组装。对于诸如移动电话之类的系统而言，封装可能包括天线和被连接到天线的RF芯片。该封装还可包括其它部件，诸如附加芯片、无源部件、重新分布层和屏蔽。可以通过封装将该芯片连接到移动电话的系统板且从而至其它部件。集成天线使得将天线连接到芯片更为容易。其允许用于天线及其连接的更容易的阻抗匹配。其呈现出较小的外形因数、较高的天线质量因数、较高的天线效率和改善的天线灵敏度。
[0017]如本文所述，可以在陶瓷上或其中构造天线并将其集成到封装中或封装构造时的封装中。可由被集成到相同封装中的屏蔽来保护该封装内的有源芯片免于由天线发射的RF。可以将陶瓷基板上的封装中的此天线集成到多种不同类型的封装中，所述封装除了其它之外包括eWLB (嵌入式晶片级球栅阵列)以及封装中倒装芯片。
[0018]在许多情况下，在其谐振频率下使用天线是有益的。谐振中的天线的最小可能尺寸为约四分之一波长。在被用于移动电话的典型频率下，此尺寸大于通常被连接到天线的芯片类型的许多封装。因此，天线将不会配合在封装中或上面，除非使得封装大得多，这增加封装的成本。例如，晶片级封装的成本与封装的尺寸直接相关地增加。
[0019]可以通过在陶瓷基板上形成天线来减小天线的尺寸。可使用具有高介电常数的陶瓷材料。高介电常数允许减小天线的尺寸，因为天线的谐振频率与介电常数的平方根的倒数有关。被用于I类陶瓷电容器的陶瓷材料例如具有达到200的介电常数和小于0.005的损耗角正切。对于由标准FR4材料制成的PCB而言，介电常数为约4.2且损耗角正切为约0.02。
[0020]可使用多种不同的陶瓷材料作为用于天线的陶瓷基板。特别常见的陶瓷是铝
(III)氧化物(Al2O3),其具有9的介电常数和0.0001的损耗角正切。还可使用低温共烧陶瓷(LTCC)。这些可采取具有某些玻璃的铝(III)氧化物的形式以允许在较低温度下的烧结。LTCC可以具有约5-16的介电常数和约0.0005至0.0035的损耗角正切。
[0021]另外，存在针对可使用的电容器开发的多种陶瓷。可使用I类和2类电容器陶瓷两者。I 类材料除了其它之外可包括 MgNb206、ZnNb2O6、MgTa2O6、ZnTa2O6、(ZnMg)T13^ (ZrSn)T14, Ba2Ti9O20O 2类材料包括基于钛酸钡(BaT13)的具有一个或多个添加物的铁电材料，该添加物诸如硅酸铝、硅酸镁和氧化铝。
[0022]可以将在陶瓷上形成的减小尺寸的天线集成到典型尺寸的封装中。结果，封装中的芯片与天线之间的连接比在PCB上的单独天线的情况下短得多。这导致改善的总体性能。可以提供具有在单个封装中的天线和芯片的完整系统以用于组装，其然后可以作为单个部件被简单地附着于设备系统板。天线封装还可结合用于天线连接的任何阻抗匹配。这简化了系统板的设计和制造，因为从系统板去除天线连接去除了匹配系统板上的阻抗以用于该去除连接的需要。
[0023]尺寸减小增加了天线质量因数Q，改善了效率并减少了用户的影响。天线受到设备如何被用户持握的影响的可能小得多。
[0024]当天线被集成到封装中时，天线与典型封装材料接触或在物理上接近于该典型封装材料。这些材料中的许多具有相对高的损耗角正切，其导致通过材料的RF能量的强耗散，减小了天线的效率和质量因数。通过在适当的陶瓷基板上或其中构造天线，减少了这些损耗。对于该天线而言，用低损耗陶瓷来替换高损耗封装材料。陶瓷还可被天线的RF能量高度极化。该极化针对管芯而屏蔽天线的RF场且针对封装材料而屏蔽天线的RF场。可以进一步地在陶瓷基板上面或管芯之上使用金属屏蔽来增加屏蔽。
[0025]虽然描述了其中将天线集成到具有管芯的封装上的实施例。在其它实施例中，将陶瓷上天线作为单独POP (封装上封装)连接到具有管芯的底部封装。模块化POP方法简化了封装过程，并且允许天线和芯片的独立测试。
[0026]图1是具有嵌入式管芯116和在嵌入式陶瓷基板124或陶瓷块的顶部上形成的天线126的eWLB (嵌入式晶片级)封装的截面侧视图。封装具有重新分布层(RDL) 110或封装基板，其具有用于到系统板或其它部件的球焊112连接的许多焊盘。嵌入式芯片116被附着于封装基板110且具有用于到基板的连接的焊盘114。RDL通过球焊阵列112将焊盘114从嵌入式芯片连接到系统板。
[0027]对于典型eWLB封装而言，首先将芯片116嵌入也称为成型化合物118的模具化合物中。然后在芯片的正面表面上形成正面重新分布层110。RDL可具有最接近于芯片的第一电介质层、具有金属路径的导体层以及焊料终止层。芯片被通过第一电介质层的过孔连接到金属路径。金属路径可由包括铜、铝、钛、钨、镍、钯、金的多种不同金属或包括铜、铝、钛、钨、镍、钯和金中的一个或多个的金属合金中的任何一个形成。
[0028]陶瓷基板124也被嵌入成型化合物118中。成型化合物118充当封装盖且完全包围嵌入式芯片以用于保护。在模具化合物上和陶瓷上形成第二背面RDL。其在与正面RDL相对的芯片侧面。背面RDL被示为包括天线126及其到通过模具化合物的过孔120的连接122。通过模具化合物的过孔120将天线连接到正面RDL且从而到嵌入式芯片或到焊球以用于外部连接。导电线122将过孔连接到天线124且可用来允许将天线根据期望接地或供电或在天线与管芯之间传送信号。虽然仅示出了单个芯片和单个通过模具的过孔，但可存在更多。虽然仅示出了几个焊球连接，但可存在更多。
[0029]模具或成型化合物可由多种不同材料中的任何一个形成，取决于封装的性质及其预定用途。适当的模具化合物可包括塑料材料或者可由其组成，诸如热固性聚合物或环氧树脂或填充环氧树脂，诸如热固性模具化合物。替换地，可使用底层填料或其它材料来保护管芯。
[0030]用成型化合物或与成型化合物118的层压来嵌入芯片。可随着施加成型化合物而将陶瓷板1