本发明关于一种半导体封装结构，尤其关于一种具有天线的半导体封装结构。
背景技术：
无线通信装置，例如可穿戴销售点(point-of-sale，POS)终端，需要天线和无线功能电路，无线功能电路具有多个无线元件(例如具有射频通信能力的无线IC)，用以处理、发射和接收射频信号。传统上，无线通信装置的天线和无线功能电路分别设于系统电路板的不同部分，而且天线和无线功能电路是分开制造的并且于放置在系统电路板上之后彼此电连接。由于它们是单独制造的，所以导致了较高的制造成本，并且难以实现紧凑小型的产品设计。
此外，由于射频信号是高频信号，所以可能容易发生电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)或本地振荡器泄漏(local oscillator leakage)。电磁干扰或本地振荡器(LO)泄漏可能中断、阻碍、或者恶化或限制电路的性能。如本领域已知，可以使用覆盖系统电路板的电磁干扰屏蔽框架(EMI shielding frame)来实现电磁干扰保护。另一方面，可以调整天线和无线功能电路之间的隔离(isolation)来减小LO泄漏。例如，可以优化天线和包括基带IC的无线功能电路间的距离来改善此种隔离。
因此，无线通信装置的设计必须考虑天线和无线功能电路的无线元件的布置。然而，无线功能电路不形成为模块或封装，并且无线功能电路的多个无线元件被设计为设置在系统电路板上。每次都难以分别考虑天线和每个无线元件的布局/布置。因此，需要提供一种半导体封装，其可以用作封装元件；并且也可以容易地应用于具有LO泄漏的任何无线通信装置的系统电路板。
技术实现要素：
依据本发明一态样，半导体封装结构，包含：一射频(radio frequency、RF)模块，具有一底部和一旁侧，其中射频模块包括在该底部的模块板；一天线，位于射频模块的旁侧；一电磁(electromagnetic、EM)屏蔽，覆盖射频模块，其中电磁屏蔽包括沿着射频模块的旁侧设置的一侧壁，并且电磁屏蔽的侧壁在射频模块和天线之间；以及一第一模体，固定电磁屏蔽和天线，以使得天线与电磁屏蔽的侧壁间隔开一预定距离。
从下述的详细描述中，让本发明的进一步适用范围将变得明显。然而，应了解的是，虽然已指出了本发明的较佳的实施态样，但是详细描述和具体实施例仅是示例地加以说明，因为对于本领域相关技术人员而言，依据该些详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改将变得显而易见。
附图说明
通过下述的详细描述和附图，将能更充分地理解本发明，附图仅是用以示例地说明，因此而非本发明所限定者。
图1A是本发明第一实施例的半导体封装结构的俯视图。
图1B是本发明第一实施例的半导体封装结构的剖视图。
图1C是本发明第一实施例的半导体封装结构的仰视图。
图2是本发明第一实施例的电连接结构的示意图。
图3是根据本发明第一实施例的设置在系统板上的半导体封装结构的截面图。
图4是根据本发明第一实施例的组装半导体封装结构的方法的流程图。
图5A是本发明第二实施方式的半导体封装结构的俯视图。
图5B是本发明第二实施方式的半导体封装结构的剖视图。
图5C是本发明第二实施方式的半导体封装结构的仰视图。
图6是根据本发明第二实施例的设置在系统板上的半导体封装结构的截面图。
图7是根据本发明第二实施例的组装半导体封装结构的方法的流程图。
附图标号：
10 半导体封装结构
20 射频模块
21 底部
22 旁侧
23 顶表面
24 模块板
241 侧表面
25 半导体元件
26 接地层
261 电连接结构
27 第二模体
28 射频端子
29 SMD元件
30 天线
31 基部
32 平坦部
33 馈电端子
34 图案部
35 孔洞
40 电磁屏蔽
41 侧壁
50 第一模体
51 间隔件
52 内部
53 外部
60 系统板
D 预定距离
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。
将参照附图，详细地说明本发明，其中相同的标号将用于识别多个视点的相同或近似的元件。应注意的是，图式应以标号的取向方向观看。
图1A是本发明第一实施例的半导体封装结构的俯视图。图1B是本发明第一实施例的半导体封装结构的剖视图。图1C是本发明第一实施例的半导体封装结构的仰视图。图2是本发明第一实施例的电连接结构的示意图。如图1A、图1B及图1C所示，半导体封装结构10包含一射频模块20、一天线30、一电磁屏蔽40、以及一第一模体50。
射频模块20包括一底部21、一背离底部21的顶表面23和一旁侧22。射频模块20还包括在底部21处的模块板24。在一实施例中，模块板24包括一侧表面241，而且模块板24的侧表面241沿着射频模块20的旁侧22。在一实施例中，射频模块20还包括一半导体元件25、至少一个表面安装装置(surface mount device、SMD)元件29、一第二模体27和一接地层26。半导体元件25和SMD元件29设置在模块板24上。例如，半导体元件25是基频IC，并且与其它元件(未示出)形成在模块板24上的无线功能电路。模块板24上还有多个SMD元件29。在一些实施例中，SMD元件29可以是电阻器、电容器、电感器、滤波器、双工器、三工器或平衡-不平衡变换器、铜等的导电元件、和/或该等的组合。在一实施例中，第二模体27(例如环氧树脂模型化合物)设置在模块板24上并且覆盖半导体元件25和SMD元件29。在一实施例中，接地层26设置在模块板24并且可以根据不同的接地要求沿着模块板24延伸。
于一实施例中，天线30位于射频模块20的旁侧22，并且包括图案部34。在一些实施例中，天线30的图案部34可以是单极型、PFIA型、F型、U型或带状线型。在一实施例中，于半导体封装结构10的俯视图中，天线30和射频模块20在射频模块20的旁侧22处彼此不重叠。
电磁屏蔽40覆盖射频模块20。在一实施例中，电磁屏蔽40可以由导电材料或铁磁材料制成，例如铜、铝、其他金属材料、糊料、铁氧体等等。电磁屏蔽40包括侧壁41，并且侧壁41沿着射频模块20的旁侧22并设置在天线30和射频模块20之间。在一实施例中，电磁屏蔽40的侧壁41沿着射频模块20的旁侧22延伸到模块板24，并且电磁屏蔽40的侧壁41覆盖模块板24的侧表面241。在一实施例中，电磁屏蔽40的侧壁41可以通过模块板24的侧表面241与接地层26形成电连接。如图2所示，例如接地层26包括电连接结构261，电连接结构261位于模块板24的侧表面241，且暴露于模块板24的侧表面241，电磁屏蔽40的侧壁41在模块板24的侧表面241处接触电连接结构261，以形成电连接。在一实施例中，电磁屏蔽40覆盖射频模块20的顶表面23。
于一实施例中，第一模体50固定电磁屏蔽40和天线30，使得天线30与电磁屏蔽40的侧壁41间隔开一预定距离D。在一实施例中，第一模体50包括位于电磁屏蔽40的侧壁41和天线30之间的间隔件51，间隔件51分别连接电磁屏蔽40的侧壁41和天线30，以固定电磁屏蔽40的侧壁41和天线30。因此，天线30利用间隔件51与电磁屏蔽40的侧壁41隔开，并且间隔件51界定预定距离D。在一实施例中，预定距离D的长度是根据天线30和射频模块20之间的操作要求所决定。此外，在一实施例中，第一模体50可以覆盖天线30和电磁屏蔽40，并且第一模体50的材料可以是环氧模型化合物。
图3是根据本发明第一实施例的设置在系统板上的半导体封装结构的截面图。如图1C及图3所示，天线30包括一馈电端子33其位在天线30的底部。射频模块20包括射频端子28其位在射频模块20的底部21，并且射频端子28连接到模块板24。在一实施例中，系统板60包括匹配电路，半导体封装结构10设置在系统板60上，并且系统板60上的天线30通过馈电端子33电连接到系统板60的匹配电路。此外，天线30连接到系统板60，而不穿过射频模块20的电磁屏蔽40和模块板24。系统板60上的射频模块20，经由射频端子28，电连接到系统板60的匹配电路。
图4是根据本发明第一实施例的组装半导体封装结构的方法的流程图。该方法包括但不限于以下步骤：
步骤1：准备模块板24；
步骤2：在模块板24上设置半导体元件25和至少一个SMD元件29；
步骤3：使用第二模体27覆盖半导体元件25和SMD元件29以形成射频模块20；
步骤4：利用电磁屏蔽40覆盖射频模块20；
步骤5：将射频模块20和天线30设置在临时载体上，且临时载体上的电磁屏蔽40与天线30隔开预定距离D；
步骤6：利用第一模体50将临时载体上的天线30和电磁屏蔽40连接，以固定预定距离D；
步骤7：移除临时载体以形成半导体封装结构10。
在步骤1中，准备模块板24用于支撑电子元件。在步骤2中，半导体元件25和至少一个SMD元件29设置在模块板24的顶侧上。在步骤3中，第二模体27覆盖模块板24的顶侧，模块板24包括半导体元件25的区域；以及安装在模块板24的顶侧上的SMD元件29。在步骤4中，通过涂布程序、印刷程序、和光蚀刻法(photolithography)或光刻工艺(lithography)，以形成电磁屏蔽40，并且电磁屏蔽40附接到第二模体27、射频模块20的旁侧22，甚至模块板24的侧表面241。在步骤5中，准备临时载体用于临时支撑天线30和射频模块20，并且天线30放置在射频模块20的旁侧22的位置处，藉以界定预定距离D。在步骤6中，利用预定距离D形成天线30和电磁屏蔽40间的空间，并且将第一模体50放置入该空间中以连接天线30和电磁屏蔽40，并且固定预定距离D。第一模体50还可以覆盖天线30和电磁屏蔽40。在步骤7中，从天线30和射频模块20移除临时载体，然后完成半导体封装结构10的制造。
图5A是本发明第二实施方式的半导体封装结构的俯视图。图5B是本发明第二实施方式的半导体封装结构的剖视图。图5C是本发明第二实施方式的半导体封装结构的仰视图。如图5A、图5B和图5C，半导体封装结构10包括射频模块20、天线30、电磁屏蔽40和第一模体50。在本实施例中，射频模块20和电磁屏蔽40的结构类似于第一实施例，因此在此不再详细描述射频模块20和电磁屏蔽40的结构。
在所示的实施例中，天线30包括基部31和平坦部32。天线30的基部31位于射频模块20的旁侧22，并且天线30的平坦部32从天线30的基部31延伸至射频模块20正上方。在一实施例中，天线30的平坦部32沿着射频模块20的顶表面23设置，并且天线30的平坦部32及基部31，在平坦部32和基部31的接合处形成直角。此外，在一实施例中，电磁屏蔽40设置在天线30的平坦部32和射频模块20的顶表面23，并且电磁屏蔽40在天线30的平坦部32下方并且在射频模块20的顶表面23上方。天线30的平坦部32可以包括图案部34。在一实施例中，天线30的图案部34可以是单极型、PFIA型、F型、U型或带状线型。
第一模体50固定电磁屏蔽40和天线30，使得天线30与电磁屏蔽40的侧壁41间隔开一预定距离D。在一实施例中，第一模体50包括内部52和外部53。内部52覆盖电磁屏蔽40，外部53覆盖天线30，并且天线30位于第一模体50的内部52和第一模体50的外部53之间。第一模体50的内部52穿过天线30的平坦部32连接到第一模体50的外部53。更具体而言，天线30的平坦部32包括孔洞35，第一模体50的内部52经由孔洞35连接到第一模体50的外部53，并且第一模体50固定天线30和电磁屏蔽40。预定距离D是从天线30的基部31到电磁屏蔽40的侧壁41的距离。
图6是根据本发明第二实施例的设置在系统板上的半导体封装结构的截面图。如图5C及图6所示，天线30包括一馈电端子33其位在天线30的基部31的底部。射频模块20包括射频端子28其位在射频模块20的底部21，并且射频端子28连接到模块板24。在一实施例中，系统板60包括匹配电路，半导体封装结构10设置在系统板60上，并且系统板60上的天线30经由馈电端子33电连接到系统板60的匹配电路。此外，天线30连接到系统板60，而不穿过射频模块20的电磁屏蔽40和模块板24。系统板60上的射频模块20，经由射频端子28，电连接到系统板60的匹配电路。
图7是根据本发明第二实施例的组装半导体封装结构的方法的流程图。该方法包括但不限于以下步骤：
步骤A：准备模块板24；
步骤B：在模块板24上设置半导体元件25和至少一个SMD元件29；
步骤C：使用第二模体27覆盖半导体元件25和SMD元件29以形成射频模块20；
步骤D：利用电磁屏蔽40覆盖射频模块20；
步骤E：将射频模块20和天线30设置在临时载体上，且临时载体上的电磁屏蔽40与天线30隔开预定距离D；
步骤F：利用第一模体50将临时载体上的天线30和电磁屏蔽40连接，以固定预定距离D；
步骤G：移除临时载体以形成半导体封装结构10。
步骤A-步骤D与第一实施例中的步骤1-步骤4类似，因此在此不再赘述。在步骤E中，准备临时载体用于临时支撑天线30和射频模块20，并且天线30的基部31被放置在射频模块20的旁侧的位置处，并且天线30的平坦部32被放置在射频模块20的顶表面23上方。预定距离D是从天线30的基部31到电磁屏蔽40的侧壁41的距离。在步骤F中，利用预定距离D形成天线30和电磁屏蔽40间的空间，并且将第一模体50放置入该空间中以连接天线30和电磁屏蔽40并固定预定距离D。例如，经由天线30的平坦部32的孔洞35放置第一模型材料。天线30的基部31和电磁屏蔽40的侧壁41之间；以及天线30的平坦部32和电磁屏蔽40的顶表面23的空间，填充有第一模型材料，以形成第一模体50的内部52。之后，天线30的基部31的背离电磁屏蔽40的一侧；和天线30的平坦部32的背离电磁屏蔽40的一侧，涂布有第一模型材料，以形成第一模体50的外部53。因此，利用第一模体50连接天线30和电磁屏蔽40，并且预定距离D是固定的。在步骤G中，将临时载体从天线30和射频模块20移除，并且完成半导体封装结构10的制造。
综上所述，本发明的优点如下：
1、天线和射频模块被封装在一起，使得半导体封装结构作为封装元件，并且可以应用于各种无线通信装置的系统板，例如可穿戴式销售点(POS)终端或便携式条码扫描器。换句话说，因为第一模体将天线和电磁屏蔽连接以直接形成半导体封装结构，故它容易安装在系统板上，。
2、第一模体固定天线和电磁屏蔽的相对位置，以控制天线和电磁屏蔽之间的预定距离。因为消除了天线和电磁屏蔽之间的距离变化，而简化了天线和射频模块之间的阻抗匹配。
3、可以调整天线和电磁屏蔽之间的预定距离，来精确地控制因天线导致的半导体封装结构的LO泄漏。
4、利用将天线固定在具有第一模体的射频模块的旁侧，而能够减少对天线辐射图案的影响。
5、电磁屏蔽可以覆盖模块板的侧表面以具有更好的屏蔽效果。
6、天线可以连接系统板，而不穿过电磁屏蔽和模块板。因此，电磁屏蔽具有更好的屏蔽效果。
7、可以利用涂布程序将电磁屏蔽紧密地附接到第一模体，以具有更好的屏蔽效果。
8、天线可以在不穿过模块板的情况下连接系统板。这简化了天线和射频模块之间的阻抗匹配，因为消除了从天线到模块板的连接线的阻抗，而不必再考虑该阻抗。
9、天线可以在不穿过模块板的情况下连接系统板。这允许更多的空间/高度来布置天线。
已详细地说明本发明，相同的方法还能够用很多种方法来改变，这是很明显的。该些变形不应视为脱离本发明的精神和范围。所有该些对于本领域相关技术人员为明显的修正，皆包含在本说明书的申请专利范围中。