一种射频系统微型封装结构及其制备方法与流程

本发明涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种射频系统微型封装结构及其制备方法。

背景技术：

典型射频系统中包括天线、收发、信号处理等功能模块，随着新一代射频系统的工作频率向毫米波和太赫兹频段发展，电磁波频率提高，波长减小到毫米和微米量级，这导致射频系统中的天线、传输线结构的尺寸不断减小；同时，射频设备要求系统在更小空间内集成更多功能，这就要求在微小体积内，将射频系统中的各种模块集成在一个微型封装结构中。

传统射频系统实现方法是使用封装后的芯片在电路板上搭建电路，再使用同轴电缆与天线组件连接，但是这样的射频系统体积大，器件分散，不利于面向设备的二次集成，同时由电路板和电缆带来的信号损失和寄生干扰会恶化射频系统性能，造成不良影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种射频系统微型封装结构及其制备方法，以解决传统射频系统体积大、器件分散和射频性能损失的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种射频系统微型封装结构，包括依次垂直堆叠的天线层、芯片层和焊球层；其中，

所述天线层包括基板和制作在其顶部的天线阵元；

所述芯片层包括环氧树脂和内部设置的裸芯片、垂直金属通道，所述垂直金属通道贯穿所述环氧树脂；

所述芯片层的外部顶面和底面设有金属互连线结构，分别位于所述天线层和所述芯片层之间、所述芯片层和所述焊球层之间。

可选的，所述基板的材质为玻璃。

可选的，所述天线振元的材质为包括铜在内的金属。

可选的，所述垂直金属通道的材质为包括铜在内的金属。

可选的，所述金属互连线结构的材料包括铜和聚酰亚胺。

本发明还提供了一种射频系统微型封装结构的制备方法，包括：

制作芯片层，在所述芯片层的两面制作金属互连结构；

制作天线层，将所述天线层垂直堆叠在所述芯片层顶部；

在所述芯片层底部制造焊球层，形成一个单一微型结构。

可选的，通过如下方法制作芯片层：

提供环氧树脂，在所述环氧树脂内通过圆片重构和环氧树脂模塑工艺埋入裸芯片；

通过打孔和铜电镀工艺制作垂直金属通道贯穿所述环氧树脂。

可选的，通过如下方法制作天线层：

提供玻璃基板，在所述玻璃基板上通过金属沉积和光刻图形化工艺制造金属天线阵元，形成天线层。

可选的，将所述天线层垂直堆叠在所述芯片层顶部包括：

天线层与芯片层通过晶圆级键合完成垂直堆叠。

可选的，在所述芯片层的两面制作金属互连结构包括：

在所述芯片层两面，通过聚酰亚胺涂覆、金属沉积和光刻图形化工艺，制作金属互连线结构。

在本发明中提供了一种射频系统微型封装结构及其制备方法，包括依次垂直堆叠的天线层、芯片层和焊球层；其中，所述天线层包括基板和制作在其顶部的天线阵元；所述芯片层包括环氧树脂和内部设置的裸芯片、垂直金属通道，所述垂直金属通道贯穿所述环氧树脂；所述芯片层的外部顶面和底面设有金属互连线结构，分别位于所述天线层和所述芯片层之间、所述芯片层和所述焊球层之间。本发明通过将天线层、芯片层和互联线等结构，使用晶圆级半导体封装工艺封装在单一微型结构中，可以有效减小射频系统体积，避免器件分散；通过使用裸芯片内埋的方法，可以有效减小封装结构体积，通过使用双面金属互连线结构和贯穿芯片层结构的垂直金属通道，可以有效缩短互连线路径，提高射频性能，通过使用玻璃作为天线基板，可以有效提高天线性能。

附图说明

图1是本发明提供的射频系统微型封装结构示意图；

图2是本发明提供的射频系统微型封装结构的制备方法流程示意图；

图3是在环氧树脂中埋入裸芯片的示意图；

图4是制作垂直金属通道贯穿环氧树脂的示意图；

图5是在芯片层两面制作金属互连线结构示意图；

图6是在基板上制作天线阵元示意图；

图7是将天线层和芯片层键合并制作焊球层示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种射频系统微型封装结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种射频系统微型封装结构，其结构如图1所示，包括依次垂直堆叠的天线层1、芯片层2和焊球层3。

请继续参阅图1，所述天线层1包括基板11和制作在其顶部的天线阵元12；其中，所述基板11的材质为玻璃，所述天线振元可以为铜，也可以为其他金属；所述芯片层2包括环氧树脂21和内部设置的裸芯片22、垂直金属通道23，所述垂直金属通道23的材质可以为铜，也可以为其他金属，贯穿所述环氧树脂21；所述芯片层2的外部顶面和底面设有金属互连线结构4，分别位于所述天线层1和所述芯片层2之间、所述芯片层2和所述焊球层3之间，请继续参阅图1，所述金属互连线结构4中分布有互连结构41。所述金属互连线结构4的材质可以选用铜或聚酰亚胺，也可以为铝、钨钛合金、pdms（聚二甲基硅氧烷）或光刻胶等其他材料。

实施例二

本发明提供了一种射频系统微型封装结构的制备方法，其流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤s21、制作芯片层，在所述芯片层的两面制作金属互连结构；

步骤s22、制作天线层，将所述天线层垂直堆叠在所述芯片层顶部；

步骤s23、在所述芯片层底部制造焊球层，形成一个单一微型结构。

提供环氧树脂21，在所述环氧树脂21内通过圆片重构和环氧树脂模塑工艺埋入裸芯片22，如图3所示；如图4，再通过打孔和铜电镀工艺制作垂直金属通道23贯穿所述环氧树脂21，形成芯片层2；

请参阅图5，在所述芯片层两面，通过聚酰亚胺涂覆、金属沉积和光刻图形化工艺，制作金属互连线结构4；所述金属互连线结构4中分布有互连结构41；

提供玻璃材质的基板11，在所述基板11上通过金属沉积和光刻图形化工艺制造金属材质的天线阵元12，形成天线层1，如图6；

最后如图7所示，天线层与芯片层的一面通过晶圆级键合完成垂直堆叠，所述芯片层的另一面制作焊球层3，形成一个单一微型结构。

需要说明的是，本发明实施例的制备方法工艺过程中，具体的工艺过程步骤不限于上述工艺步骤，例如芯片数量不同，天线结构形式不同等，采取的工艺过程步骤不同，均可以根据具体情况进行修改。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：

1.一种射频系统微型封装结构，其特征在于，包括依次垂直堆叠的天线层（1）、芯片层（2）和焊球层（3）；其中，

所述天线层（1）包括基板（11）和制作在其顶部的天线阵元（12）；

所述芯片层（2）包括环氧树脂（21）和内部设置的裸芯片（22）、垂直金属通道（23），所述垂直金属通道（23）贯穿所述环氧树脂（21）；

所述芯片层（2）的外部顶面和底面设有金属互连线结构（4），分别位于所述天线层（1）和所述芯片层（2）之间、所述芯片层（2）和所述焊球层（3）之间。

2.如权利要求1所述的射频系统微型封装结构，其特征在于，所述基板（11）的材质为玻璃。

3.如权利要求1所述的射频系统微型封装结构，其特征在于，所述天线振元（12）的材质为包括铜在内的金属。

4.如权利要求1所述的射频系统微型封装结构，其特征在于，所述垂直金属通道（23）的材质为包括铜在内的金属。

5.如权利要求1所述的射频系统微型封装结构，其特征在于，所述金属互连线结构（4）的材料包括铜和聚酰亚胺。

6.一种射频系统微型封装结构的制备方法，其特征在于，包括：

制作芯片层，在所述芯片层的两面制作金属互连结构；

制作天线层，将所述天线层垂直堆叠在所述芯片层顶部；

在所述芯片层底部制造焊球层，形成一个单一微型结构。

7.如权利要求6所述的射频系统微型封装结构的制备方法，其特征在于，通过如下方法制作芯片层：

提供环氧树脂，在所述环氧树脂内通过圆片重构和环氧树脂模塑工艺埋入裸芯片；

通过打孔和铜电镀工艺制作垂直金属通道贯穿所述环氧树脂。

8.如权利要求6所述的射频系统微型封装结构的制备方法，其特征在于，通过如下方法制作天线层：

提供玻璃基板，在所述玻璃基板上通过金属沉积和光刻图形化工艺制造金属天线阵元，形成天线层。

9.如权利要求6所述的射频系统微型封装结构的制备方法，其特征在于，将所述天线层垂直堆叠在所述芯片层顶部包括：

天线层与芯片层通过晶圆级键合完成垂直堆叠。

10.如权利要求6所述的射频系统微型封装结构的制备方法，其特征在于，在所述芯片层的两面制作金属互连结构包括：

在所述芯片层两面，通过聚酰亚胺涂覆、金属沉积和光刻图形化工艺，制作金属互连线结构。

技术总结
本发明公开一种射频系统微型封装结构及其制备方法，属于集成电路封装技术领域。射频系统微型封装结构包括依次垂直堆叠的天线层、芯片层和焊球层；天线层包括基板和制作在其顶部的天线阵元；芯片层包括环氧树脂和内部设置的裸芯片、垂直金属通道，垂直金属通道贯穿环氧树脂；芯片层的外部顶面和底面设有金属互连线结构，分别位于天线层和芯片层之间、芯片层和焊球层之间。本发明通过将天线层、芯片层和互联线等结构，使用晶圆级半导体封装工艺封装在单一微型结构中，可以有效减小射频系统体积，避免器件分散。

技术研发人员：王刚;夏晨辉;明雪飞;王波;李杨;王晖
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2020.05.08