一种射频芯片及其无源器件的封装结构和封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频微系统封装领域，具体是指一种基于嵌入式晶圆级封装的射频传输结构及加工方法。
【背景技术】
[0002]系统级封装在微系统技术领域是一个全新的封装概念，是指通过对数字信号、射频、光学、MEMS的协同设计和制造，将多芯片和分立器件等集成于一个单塑封体中，并使该单塑封体具备系统级的功能。
[0003]T/R收发组件是相控阵雷达中的射频微系统，其射频模块的封装方法一般采用引线键合将微波射频芯片与LTCC或微波介质板上的射频电路连接，而分立器件(如去耦电容、电感或电阻)则通过SMT表面贴装工艺焊接到LTCC或微波介质板上。由于涉及引线键合和SMT表面贴装两个不同的连接方法，导致组装工序复杂，对T/R组件的加工效率和成品率带来了不利的影响。另外，封装会给射频信号带来损耗，例如，在QFN、BGA或FC封装中，射频信号需要通过键合丝、引线框架或封装基板进行传输。射频信号从塑封体内部传输至塑封体外部的距离较长，会带来阻抗匹配的设计难题和较高的寄生效应，难以实现最优化的封装设计，这些都给射频信号完整性带来负面影响，在较高射频频率时尤为严重。
[0004]公开号为CN101567351A和CN102236820A的专利公开了一种微型射频模块及其封装方法，它对射频芯片和负载电容采用QFN封装结构，通过键合丝将芯片与QFN内引脚互连。但键合丝具有较高的寄生效应，以及难以进行较好的阻抗匹配设计，尤其在高频率下，对一些寄生敏感的射频芯片，可能会产生较高的损耗。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种基于嵌入式晶圆级封装的射频芯片封装方法，解决了上述难以进行较好的阻抗匹配设计以及由于寄生效应产生较高的损耗的问题。
[0006]本发明涉及两个要素:基于嵌入式晶圆级封装方法的射频传输结构设计以及实现这种结构的加工方法。
[0007]嵌入式晶圆级封装(Embedded Wafer Level Package)是在扇出型晶圆级封装(Fan-out Wafer Level Package)的基础上发展而成的一种新封装形式。嵌入式晶圆级封装具有较高的集成度和灵活度，它不仅可以封装芯片，还可以将芯片周边的分立器件一起进行封装集成，从而获得一个具有系统级功能的单塑封体。
[0008]嵌入式晶圆级封装的优点是可以通过再布线技术(Redistribut1n lines, RDL)在同一平面上，实现射频芯片之间或与无源器件之间的射频信号传输、互连或芯片端口的重新分布，而无需通过传统封装所采用的引线键合或封装基板作为传输中介。因此，RDL再布线技术可以消除引线键合或封装基板所带来的寄生效应，而且可以通过设计阻抗匹配的射频信号传输结构，进一步降低射频信号的损耗。
[0009]本发明是采用以下技术手段解决上述技术问题的:一种射频芯片及其无源器件的封装结构，包括塑封体(4)以及RDL再布线层(5)，所述RDL再布线层(5)设置在塑封体(4)的表面，射频芯片(I)及无源器件(2)塑封在塑封体(4)内。
[0010]作为进一步具体的技术方案，所述RDL再布线层(5)由高分子聚合物(52)和金属化层(54)所构成，高分子聚合物(52)覆盖在整个塑封体(4)的表面，金属化层(54)被包裹在高分子聚合物(52)内，金属化层(54)连接射频芯片(I)及无源器件(2)的端口和外部电路。
[0011]作为进一步具体的技术方案，金属化层(54)包含金属化图层(542)、金属化通孔(544)，以及BGA焊盘(546)，金属化图层(542)之间采用金属化通孔(544)进行连接，距离射频芯片(I)最近的金属化图层(542)通过金属化通孔(544)连接射频芯片(I)的端口，该距离射频芯片(I)最近的金属化图层(542)同时通过金属化通孔(544)连接到其他无源器件(2)的端口，距离高分子聚合物(52)外表面最近的金属化图层(542)通过金属化通孔(544)连接BGA焊盘(546)，BGA焊盘(546)分布在RDL再布线层(5)的表层，所述BGA焊盘(546)与外围电路通过BGA焊球互连。
[0012]作为进一步具体的技术方案，所述金属化图层(542)为2?3层。
[0013]作为进一步具体的技术方案，每层金属化图层(542)厚度为5?8μηι。
[0014]作为进一步具体的技术方案，所述金属化通孔(544)高度为10?15μηι。
[0015]作为进一步具体的技术方案，射频芯片(I)的中间连接射频信号线(8)，射频芯片
(I)的两端连接接地面(9)，射频信号线(8)的外端连接射频焊盘(80)，接地面(9)的外端连接接地焊盘(90)，射频信号线(8)和射频焊盘(80)构成一组金属化层，接地面(9)和接地焊盘(90)构成一组金属化层，射频焊盘(80)外有射频焊球(82)，接地面(9)外有接地焊球(92)ο
[0016]作为进一步具体的技术方案，射频芯片(I)之间或射频芯片(I)与无源器件(Γ)之间通过射频信号线(8)与接地面(9)进行互连。
[0017]本发明还提供一种如上述任一项方案所述的射频芯片及其无源器件的封装结构的封装方法，包括下述步骤:
[0018]I)通过芯片拾取设备，将射频芯片(I)及其无源器件(2)按照封装电路设计，以面朝下的方式，精确地粘接于覆有黏结胶带的载台(3)上，并在载台(3)上重构成一个晶圆形状；
[0019]2)将载台(3)上的所有射频芯片(I)及其无源器件(2)进行塑封形成晶圆状塑封体⑷；
[0020]3)塑封完成后，通过紫外光照，将晶圆状塑封体(4)从黏结胶带上解粘接，并进行清洗，翻转塑封体(4)，使塑封体(4)正面朝上，通过黏结胶带使塑封体(4)正面朝上粘结于载台(3)上，在塑封体⑷表面加工出RDL再布线层(5)。
[0021]优化的，所述塑封的材料采用液态塑封料或环氧薄膜两种方式，液态塑封料通过注塑方式注入一个塑封模型中，并在120°C保温固化1.5小时，若采用环氧塑封薄膜，则是通过150°C热压工艺实现。
[0022]本发明的优点在于:通过本发明，能够将一个或多个射频芯片以及相关的分立器件集成于一个塑封体中，制成一个具有系统级功能的单塑封体。并且消除现有封装技术所带来的寄生效应，且可以通过设计阻抗匹配的射频信号传输结构，进一步降低射频信号的损耗。
[0023]本发明所涉及的射频传输结构设计及加工方法不仅限于相控阵雷达T/R收发组件中微波射频芯片的封装，还可以应用到移动通讯产品、通讯基站、汽车雷达等射频收发芯片的系统级封装中。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的实施例中晶圆状的图形重构示意图。
[0025]图2是本发明的实施例中晶圆状塑封体示意图。
[0026]图3是本发明的实施例中RDL再布线示意图。
[0027]图4是本发明的实施例中塑封体切割示意图。
[0028]图5是本发明的实施例中RDL层结构横截面示意图。
[0029]图6是本发明的实施例中RF端口垂直传输结构不意图。
[0030]图7是本发明的实施例中RF端口水平共面传输结构的横截面示意图。
[0031]图8是本发明的实施例中RF端口水平共面传输结构的射频芯片与外部电路BGA连接的俯视图。
[0032]图9是射频芯片之间或与无源器件之间的共面传输结构俯视示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明进行详细的描述。
[0034]请参阅图1至图4，为了解决射频芯片，尤其是高频段下的射频芯片的系统级封装难题，本发明提出一种具有扇出型结构的无源器件嵌入式晶圆级封装解决方法，这里将以一个加工案例来阐述基本实施步骤:
[0035]I)通过芯片拾取设备，将射频芯片I及其无源器件2按照封装电路设计，以面朝下的方式，精确地粘接于覆有黏结胶带的载台3上，并在载台3上重构成一个晶圆形状，获得的结构如图1所示；
[0036]2)将载台3上的所有射频芯片I及其无源器件2进行塑封。塑封的材料可以采用液态塑封料或环氧薄膜两种方式。液态塑封料可以通过注塑方式注入一个塑封模型中，并在120°C保温固化1.5小时左右。