Rf封装的制作方法

文档序号:10536872阅读:453来源:国知局
Rf封装的制作方法
【专利摘要】一种示例性封装,包括:RF电路,其具有第一部分和第二部分;腔结构,其仅被置于所述RF电路的第一部分上方;以及包封剂材料,接合该包封剂材料以在所述RF电路的至少一侧覆盖所述RF电路和所述腔结构。封装制造的示例方法,包括:识别RF电路;在所述RF电路上形成腔结构,其中该腔结构的至少一部分具有基于RF电路中的磁场水平的高度;以及用包封剂材料在所述RF电路的至少一侧覆盖RF电路和腔结构。
【专利说明】
RF封装
技术领域
[0001]本发明涉及一种封装,该封装包括RF电路和用于覆盖所述RF电路的包封。
[0002]本发明还涉及用于生产所述RF电路的方法。
【背景技术】
[0003]随着电路和设备的尺寸缩小,电阻和电容耦合增大,从而导致信号延迟(S卩,RC延迟)及其他电损耗的增加。随着电路工作频率的提高(例如,对于RF电路和设备),这成为一个日益严重的问题,进一步限制了电路的性能。
[0004]对RF性能损耗尤其敏感的RF电路是RF功率放大器。通常,这些RF功率放大器包含带有源元件(例如晶体管)的半导体裸片(semiconductor die)。所述功率放大器可进一步包含阻抗匹配部件,例如电容器和/或感应元件,用于匹配晶体管输出处的阻抗。虽然放大器通常包含数个零件,其也可以功能性地是单一元件。进一步可行地,放大器包括数个阶段。
[0005]RF功率放大器的晶体管设计针对在高频使用而最优化,例如IGHz以上,并可适于在高达3GHz及更高范围内且在相对高的功率水平上扩展。这样的功率晶体管可以是场效应晶体管或双极型晶体管,以例如Si LDM0S、GaN或GaAs等技术制造。通常,第一和第二电极,例如漏极和栅极,实现为并行布置的多个长形条。第三电极,例如源极,接合至衬底和下方衬底触点。长形条的数量可以是许多,例如在10到300范围内,如30到250,通常为50个或更多、或100个或更多。长形条通常通过内部布线接合至焊盘,这些焊盘设在半导体裸片的顶侧、位于其外环上。这些焊盘通过钝化层中的开口而暴露在外。尽管许多集成电路包含存在于数个互连层中的许多内部配线,然而,RF功率放大器中的互连层的数量通常被限制为I个或2个;这是因为,仅有有限的互连,且RF晶体管的有效特征尺寸相对较大,以能够进行足够的散热。
[0006]传统地,RF功率放大器存在于图1所示的气腔封装100中。该封装100包括带开放式空腔102的盖、引线框架104、介电环106和散热器108。气腔封装100是通过叠加这些元件建立起来的,该气腔封装因而将半导体裸片、内部布线和气腔装入其内。使用环氧树脂胶将这些元件固接在一起。更具体地,半导体裸片在其底侧附接至散热器。在半导体裸片的顶侧处有焊盘。键合线延伸于焊盘与引线框架104的各个引线之间。
[0007]气腔的功能是在RF裸片顶上提供牢固封装。由于没有任何包封剂,在功率放大器操作期间,没有包封剂的热稳定性的问题。进一步地,空气是低介电常数的电介电(例如,k接近1.0)。因此,能够使键合线的线环之间的作用最小化。于是,能够设计线环,将其用作输入分流阻抗的一部分,和/或作为用于阻抗匹配的输出电路的一部分。因此,所有的一切减少了电损耗,改善了 RF产品和系统的性能。介电常数(k)是物质在外部电场被极化的容易程度的量度。
[0008]已知气腔的缺点是使用了介电环和盖。介电环(106)应当在设置线焊之前便固定至散热器(108)。所述盖应当在设置线焊之后再固定至封装。在该阶段进行替换和连接是麻烦的,会导致成本高。进一步地,所述盖可以易于由客户或使用者移除。该移除可导致RF电路产生故障,而这是不想要的。
[0009]作为对使用带有盖的气腔封装的替代,已知的有通过模塑应用包封剂。RF电路变得被完全封在模塑包封剂(mouldedencapsulant)(也称为模塑料)中。在封装的外部仅有引线和散热器。这一类型的封装在半导体封装领域是非常普遍的,其还提供了针对湿度、尘埃和环境条件的非常好的保护性。然而,模塑料通常包括填料,例如玻璃纤维,其影响封装材料的介电常数,这对RF电路的性能是不理想的。

【发明内容】

[00? O]根据一个不例实施例,封装包括:RF电路,其具有第一部分和第二部分;腔结构,其仅位于RF电路的第一部分上;以及包封剂材料,将其接合以在RF电路的至少一侧覆盖所述RF电路和腔结构。
[0011]在另一个示例实施例中,电路的第一部分包括有源元件,例如RF功率放大器的一个或多个功率晶体管;电路的第二部分包括无源元件。所述无源元件可以与有源元件嵌入同一半导体裸片中。替代性地或额外性地,无源元件嵌入在单独的裸片和/或作为分离元件而嵌入,包括键合线。如果半导体裸片不包含无源元件,则第二部分尤其是限定了焊盘的外环。这样,腔结构布置为令焊盘留空。对于RF功率放大器而言这是尤其理想的,因为键合线通常设为预定长度,以获得正确的阻抗。
[0012]在另一示例实施例中,RF电路包括一驱动,其以至少IGHz频率操作,尤其是至少1.8-2.8 GHz的范围。此外,对于这样的频率,发现由于磁场与传统模塑料的介电材料的相互作用而导致的性能损耗如此明显,以至于其对RF性能有冲击;在RF电路主要由RF功率放大器构成的情形中尤其如此。
[0013]在另一示例实施例中,腔结构包括基于RF电路中的磁场水平的高度。优选地,该高度为至少20μπι。这一高度理想地包含源自电路的磁场的至少80%。
[0014]在另一示例实施例中,腔结构包括盖件和粘性侧壁。该盖件优选地体现为半导体裸片。更优选地,该半导体裸片没有任何电路或设备。结果是,无需在所述第二半导体裸片与引线框架或RF电路之间应用任何电连接。半导体裸片作为盖件使用,这被认为是适当的,以便确保包封剂能够完全覆盖腔结构和邻近腔结构的任何键合线。在进一步的实施方式中,第二半导体裸片的顶侧设有附着力促进剂(adhes1n promotor)。这样的附着力促进剂例如是氮化硅或氧化硅。
[0015]在进一步的实施例中,第二半导体裸片包含功能。优选地,这样的功能是RF功能和/或部分RF电路。一个例子是护罩的设置,用于限制延伸进入封装的磁场竖直延伸。
[0016]另一个例子是第二半导体裸片用作中间散热器,其是(在封装外部的)外部源或可通过热传导路径接合至外部源。这种情形中,在第一裸片与第二裸片之间、和/或通向引线框架的一个或多个引线,将存在一个或多个适当连接。
[0017]适当地,在将半导体裸片从半导体衬底中切出之前,将粘性侧壁应用至第一半导体裸片或第二半导体裸片中任一个,或应用至前述二者。在一个实施例中,在组装领域所知晓的晶圆背面涂层(wafer back coating)或晶圆背面减薄(wafer back laminate)工艺中,将粘性层应用至第二半导体裸片的后侧。该粘性层可根据预定图案应用至第二半导体裸片的后侧。更优选地,进一步的粘性层应用在第一半导体裸片的顶侧。通过组合两个粘性层,可以增加粘性侧壁的总高度,以便创建腔。
[0018]在另一示例实施例中,所述封装进一步包括引线框架和一组键合线;第一键合线将RF电路接合至引线框架;所述腔结构完全覆盖第二键合线;且所述包封剂进一步覆盖第一键合线、第二键合线和一部分引线框架。
[0019]在另一示例实施例中,所述封装进一步包括完全由腔结构覆盖的第二电路;且所述第二键合线将RF电路接合至第二电路。
[0020]在另一示例实施例中,RF电路是单个半导体裸片。
[0021 ]在另一示例实施例中,接合包封剂材料,以包封RF电路和腔结构。
[0022]用于封装制造的一个示例性方法实施例包括:识别RF电路;在RF电路上形成腔结构,其中至少一部分腔结构包括基于RF电路中的磁场水平的高度;以及利用包封剂材料在RF电路的至少一侧上覆盖所述RF电路和腔结构。
[0023]在本方法的一个实施例中,所述腔结构是在RF电路被切出并附接至衬底上之后、形成在RF电路上的。在另一示例性方法实施例中,腔结构是在键合线已将RF电路接合至引线框架之后、形成在RF电路上的。替代性地,所述腔结构可以先于切出而形成在RF电路上。然而,被认为优选的是在将键合线接合至引线框架之后再应用腔结构。以这种方式,键合线与腔结构侧壁之间的距离能够保持最小。这是有益的,因为裸片尺寸的增大会导致成本价格的增加。在替代例中,腔结构可以减小尺寸,然而这限制了它的用途。
[0024]在另一示例实施例中,电路包括有源元件和无源元件;所述腔结构不覆盖全部的无源元件;且所述包封剂材料不覆盖全部的有源和无源元件。
[0025]在另一示例实施例中,腔结构的侧壁作为液体而涂覆。
[0026]在另一示例实施例中,腔结构的高度大于20μπι。
[0027]结合附图以及以下详细说明,可以更充分地理解各种示例实施例。
【附图说明】
[0028]图1为空气腔封装;
图2展示了第一示例性RF封装;
图3展示了第一示例性RF封装的包封版本;
图4展示了第二示例性RF封装;
图5展示了第三示例性RF封装;
图6Α和6Β展示了第四示例性RF封装;
图7为用于制造RF封装的示例性方法。
[0029]本公开可修改为各种修正例和替代形式,其详细说明是通过附图中的例子展示的,并将进行详细描述。然而,应当理解,超出所述特定实施例的其他实施例也是可能的。本发明覆盖了落在随附权利要求的精神和范围内的全部修正例、等同例和替代性实施例。
【具体实施方式】
[0030]在RF系统中,用于RF放大器或RFIC的半导体封装能够通过包覆成型(over-molding) 制成 ,以便裸片和线路被模塑料所覆盖。这一技术的例子有 QFN、HS0P 和 BGA 封装类型。
[0031]图2展示了第一示例性RF封装200。图3展示了第一示例性RF封装200的包封版本300。以下将一起讨论图2和图3。
[0032]RF射频电路封装200包括衬底202(例如,散热器),衬底202上附接(例如,粘合)有电路204(例如,芯片)。在一个例子中,电路204包括一个或多个有源元件206和无源元件207。在有源元件206中至少一个上方形成(例如,局部化)有腔结构208。该腔结构208包括盖件214(例如,盖)以及一组侧壁216(例如,粘性壁或胶水珠粒),这些一起为腔结构208提供了侧向高度218。该高度218是基于RF电路204中的磁场水平以及基于对相关的电损耗进行控制而形成的。
[0033]在示例实施例中,高度218在从20μπι到ΙΟΟμπι的范围内。然而,在其他实施例中,腔结构208的高度可以小于20μπι或高于lOOym。更高的腔结构208进一步减小了因RF电路所创建的电场和相关联的电路引线和/或键合线212而导致的电损耗。在RF电路204的操作频率范围内,对侧向高度的选择取决于包封剂302所导致的最大可接受磁场扰动。因此,腔结构208的侧向尺寸取决于被覆盖的有源元件206、无源元件207和电路204的尺寸维度。
[0034]电路204通过一个或多个键合线212连接至引线框架210。在一个例子中,包封剂材料302(例如,模塑料)覆盖整个电路204、腔结构208、键合线212和至少部分引线框架210。在其他例子中,包封剂材料302可仅覆盖下述的一部分或一侧:电路204、腔结构208和/或键合线 212。
[0035]在各个例子中:电路204包括有源元件206和无源元件207 ;或者,腔结构208不覆盖全部无源元件207,但可覆盖一些或全部有源元件206。
[0036]腔结构208的功能是,在电路204的一个或多个有源元件206上提供低的介电常数(尽可能地接近1.0)。在一个示例实施例中,腔结构208的介电常数低于包封剂材料302的介电常数(3.5-4.0)。
[0037]腔结构208可以在电路204附接(例如,粘合)至衬底202之前或之后形成在一个或多个元件206/207或电路204上。
[0038]术语“有源元件”206可以具有不同含义,但在此至少是指放大元件,包括晶体管/场效应晶体管和任何其他放大设备。
[0039]“无源元件”207在此定义为不是有源元件206的任何其他电子元件(例如电容器、电阻器、电感器、封装接线212焊点、线路等)。
[0040]在此重申,介电材料208可以仅置于有源元件206的上方,置于有源元件206和无源元件207两者的上方,或也置于封装接线212上,以进一步降低电损失,并由此进一步提高RF装置的性能。
[0041]其他实施例进一步包括引线框架210和一组键合线212。此时:第一键合线212将电路204连接至引线框架210;腔结构208完全或部分覆盖第二键合线212;且包封剂材料302进一步覆盖第一键合线212、第二键合线212和一部分引线框架210。
[0042]在具有第二电路204的示例实施例中,一个例子中的第二键合线212将RF电路204连接至第二电路204。在具有多个电路204的所述实施例中,所述电路204可以通过键合线212互连并置于单一引线框架210内。在所述实施例中,并不是所有的封装200的键合线212均可连接至引线框架210,因为部分键合线212在封装200内互连不同电路204。
[0043]RF电路204可以是以至少IGHz频率工作的装置,但在一些实例中,可以低至10MHz。电路204还可以完全实现为半导体裸片。
[0044]可以接合包封剂材料302以包封RF电路204和腔结构208。图3所示的实施例中,衬底202可以是散热器,其一侧敞开以有效进行电路204散热,其他侧面则被包封剂材料302覆至
ΠΠ ο
[0045]封装200的替代示例实施例可以包括:具有第一部分220和第二部分222的RF电路204;仅置于RF电路204的第一部分220上方的腔结构208;和包封剂材料302,其接合以覆盖所述RF电路204和位于RF电路204至少一侧上的腔结构。
[0046]图4所示为第二示例RF封装400。本例中,腔结构408几乎覆盖电路204的整个表面,包括有源元件406和无源元件407。在其他示例实施例中,电路404的无源元件可包括电路404的剩余部分,该剩余部分可包括没有电子或机械元件的空置区域。
[0047]在图4的示例实施例中,尽管盖件410延伸了电路404的宽度,然而,侧壁412搁置在电路404的外周或边缘上。在其他示例实施例中,使用线上膜(Film over Wire, F0W)技术,侧壁412能够被置于键合线416上方,从而腔结构208可以延伸在电路404的整个宽度上方。
[0048]Encapsulant would then be applied to cover all or part of the cavitystructure402, the circuit 404, the substrate 402, the bond-wires 416 and thelead-frame 414.随后可以将包封剂应用至腔结构402、电路404、衬底402、键合线416和引线框架414的全部或部分。
[0049]图5展示了第三示例性RF封装500。该封装500包括第一有源元件506、其由第一腔结构508所覆盖,以及第二有源元件514,由第二腔结构516覆盖。第一腔结构508包括第一盖件510和第一组侧壁512。第二腔结构516包括第二盖件518和第二组侧壁520。
[0050]电路504的剩余部分可以包括或不包括额外的有源或无源元件。随后包封剂可以被应用至全部或部分的腔结构508、516,电路504,衬底502,键合线和引线框架。
[0051 ]图6A和6B展示了第四示例性RF封装600。该封装600包括其上贴附有电路604的散热器602。在一个例子中,电路604包括一个或多个有源元件606和无源元件。腔结构608(包括盖件610和一组侧壁612),被置于至少一个有源元件606上方。
[0052]散热器602和一个或多个端子614(例如,引脚,经由触点或即触点)嵌入在叠层衬底603中。
[0053]电路604通过一个或多个键合线616连接至端子610。在一个例子中,包封剂材料618覆盖了整个电路604、腔结构608、键合线616和至少一个端子614。在其他例子中,包封剂材料618可以仅覆盖电路604、腔结构608和键合线616。叠层体603可以是基于衬底的有机材料。
[0054]图8是制作RF封装的示例方法。对指令说明的讨论顺序并不限制其他示例实施例实施所述指令的顺序。此外,在一些实施例中,所述指令同时实施。
[0055]第一示例指令始于702,鉴别RF电路。下一步,在704中,将在所述RF电路上形成腔结构,其中至少一部分所述腔结构的高度是基于所述RF电路的磁场水平的。然后,在706中,在所述RF电路的至少一侧,以包封剂材料覆盖所述RF电路和所述腔结构。
[0056]所述指令可以以一个或多个以下额外指令进行加强,其列举并无特定顺序。额外指令包括:708-其中在所述RF电路被切出并贴附在衬底上之后,在所述RF电路上形成腔结构。710-其中在用键合线将所述RF电路接合到引线框架上之后,在所述RF电路上形成腔结构。712-其中所述电路包括有源元件和无源元件;其中所述腔结构不覆盖全部无源元件,且其中包封剂材料覆盖全部有源元件和无源元件。714-其中在RF电路被切出并贴附到衬底上之前,在RF电路上形成腔结构。716-其中腔结构的侧壁以液体涂覆。注意到,在图案化的WBC(晶片背侧涂层)工艺中,在胶水将被涂至RF电路204的时刻,胶水无需一定是液体。相反,在涂覆至晶圆背侧上之后,环氧胶粘剂能够预固化,这将被盖214所使用。在WBC预固化之后,其在表面已经是干燥的,718-其中腔结构的介电常数小于包封剂材料的介电常数,720-其中腔结构的侧向高度大于20μπι。
[0057]以下将给出制作RF封装的一个替代性示例方法。在应用盖件214之前,首先完成前端裸片205的加工,以避免过高温度。接下来,将裸片204贴附至散热器202(在中间加热300-400°C用焊接剂粘合)。随后,键合线212将裸片204键合至引线框架210。如果需要,引线键合方向可调节,以降低在RF裸片204上的引线高度,从而使得在引线区域上方较大的薄膜成为可能,以下将对此进行讨论。
[0058]有至少两种用于涂覆胶水216的选择。在第一中选择中,胶水216先涂覆在裸片204上。在第二种选择中,胶水216先涂覆在盖件214上。
[0059]在第一种选择中,胶水216围绕裸片204的有源RF区域206进行图案化。胶水216在裸片204上图案化,使用高粘度胶水形成一些较厚部位。在一个示例实施例中,使用非传导性胶水216避免了裸片204元件之间的不想要的电连接,且非传导性胶水216可以涂覆在键合线212和其他金属结构上。传导性胶水216将需要更小心地置于裸片204上,以避免不想要的电连接。胶水/粘合剂216可以使用线上膜(Film over Wire, F0W)技术,置于丝线上方。当丝线焊盘非常靠近有源区域206时,这可以是有利的。对商用FOW材料进行优化,以限制模塑料的TCE差别。
[0060]家下来创建盖件214。盖件214的侧向厚度是基于数个因素的,包括但不限于RF裸片204的有源区域206的尺寸,和在模塑过程中所施加的压力。典型的盖件214厚度在50-300μπι范围内,优选地在100-200μπι级。盖件214的材料在一个实施例中是硅,然而在替代性实施例中也可以是陶瓷、有机或金属材料。
[0061]在一个例子中,当盖件214是硅制成的时,晶圆被图案化成盖件结构。如上所述,如果选择第二选项,则胶水216先涂覆到盖件214上,而不是裸片204上。可以使用晶圆背侧涂覆(WBC)技术,将胶水侧壁216涂覆到盖件214上。使用WBC结合丝网印刷结果将粘合剂涂覆至晶圆上定义好的粘合剂图案。粘性壁的宽度和高度将受丝网印刷工艺(即,最低丝网孔径宽高比)的限制。
[0062]接下来,盖件214从晶圆上切出。随后,对于选项I,使用标准裸片贴附工艺(S卩,与常规裸片键合类似的工艺),将盖件214置于RF裸片204上围绕有源电路206的胶水216的顶上。对于选项2,使用标准裸片贴附工艺,将胶水216和盖件216的组合置于RF裸片204上的有源电路206上方。
[0063]随后,盖件214和胶水216在中间热固化步骤中键合至裸片204。将盖件键合至RF裸片204将导致粘性壁的轻度皱缩。在盖件214和胶水216键合后,RF电路封装200被包覆成型/包封。
[0064]上述附图中的指令和/或流程步骤除非明确说明了具体顺序,否则可以以任何顺序执行。而且,本领域技术人员可以理解,虽然所述为一组示例的指令说明/方法,本说明书的内容还可以通过各种方式进行组合,以生成其他实施例,且应当在该【具体实施方式】描述的上下文中进行理解。
【主权项】
1.一种封装,包括: RF电路,其包括以至少IGHz频率工作的放大器设备,并具有第一部分和第二部分; 腔结构,其仅被置于所述RF电路的第一部分上方;以及 包封剂材料,接合该包封剂材料以在所述RF电路的至少一侧覆盖所述RF电路和所述腔结构。2.根据权利要求1所述的封装,其特征在于,所述电路的第一部分包括有源元件,并且其中所述电路的第二部分包括无源元件。3.根据权利要求1或2所述的封装,其特征在于,所述腔结构包括基于所述RF电路中的磁场水平的高度。4.根据权利要求1到3中任一项所述的封装,其特征在于,所述腔结构包括盖件和粘性侧壁。5.根据权利要求4所述的封装,其特征在于,所述盖件是半导体裸片。6.根据权利要求1到5中任一项所述的封装,其特征在于,该封装进一步包括引线框架和一组键合线; 其中第一键合线将所述RF电路接合至所述引线框架; 其中所述腔结构完全覆盖第二键合线;并且 其中所述包封剂进一步覆盖所述第一键合线、所述第二键合线和一部分所述引线框架。7.根据权利要求6所述的封装,其特征在于,该封装进一步包括由所述腔结构完全覆盖的第二电路;且其中所述第二键合线将RF电路接合至所述第二电路。8.根据权利要求1所述的封装,其特征在于,所述RF电路为单一半导体裸片。9.根据权利要求1所述的封装,其特征在于,接合所述包封剂材料,以包封所述RF电路和腔结构。10.包封制造方法,包括: 识别RF电路; 在所述RF电路上形成腔结构,其中至少一部分腔结构具有基于RF电路中磁场水平的高度,该高度优选地至少为20μπι;以及 利用包封剂材料在所述RF电路的至少一侧上覆盖所述RF电路和所述腔结构。11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述腔结构包括粘性壁和带后侧的盖件,其中所述粘性壁是通过下述形成:将涂覆的第一粘性层连接至盖件的后侧、将涂覆的第二粘性层连接至体现为RF电路或部分的RF电路的半导体裸片的顶侧。12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,在所述RF电路被切出并贴附至衬底之后,所述腔结构形成在所述RF电路上,且在用键合线将RF电路接合至引线框架之后,所述腔结构形成在所述RF电路上。13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,形成所述腔结构包括下述步骤:根据预定图案将第二粘性层涂覆至第一半导体裸片,并连接所述第一和第二粘性层。14.根据权利要求10到13中任一项所述的方法,其特征在于,所述电路包括有源元件和无源元件; 其中所述腔结构不覆盖全部的无源元件;并且 其中所述包封剂材料不覆盖全部的有源和无源元件。15.根据权利要求10到14中任一项所述的方法,其特征在于,所述腔结构的侧壁作为液体而涂覆。
【文档编号】H01L23/552GK105895620SQ201610085787
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月15日
【发明人】魏因申克·克里斯蒂安
【申请人】安普林荷兰有限公司
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