封装结构的制作方法

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种封装结构。

背景技术：

目前，在扇出型封装的天线结构封装工艺过程中，在重新布线层上形成一层天线布线层后，一般需要使用填充材料在天线布线层上形成一层封装层，而后在封装层上再继续形成上层的天线布线层，并以此形成多层堆叠的天线结构。

然而，在采用毫米波技术的5G高频天线封装工艺中，由于传统封装填充材料极易吸收毫米波，造成现有封装工艺下高频天线信号的衰减和损耗较大，严重影响了高频天线的器件性能和应用前景。

因此，有必要提出一种新的封装结构，解决上述问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种封装结构，用于解决现有技术中高频天线的衰减和损耗较大的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供了一种封装结构，其特征在于，包括：

重新布线层，包括相对的上表面及下表面；

底层天线层，形成于所述重新布线层的上表面，所述底层天线层包括底层布线结构和底层天线结构，所述底层天线结构通过所述底层布线结构与所述重新布线层电性连接；

空腔结构，形成于所述重新布线层的上方，至少覆盖所述底层天线结构，并在所述空腔结构与所述重新布线层之间形成空腔；

层间塑封层，形成于所述重新布线层的上方；

耦合天线层，形成于所述层间塑封层和所述空腔结构的上表面，所述层间塑封层位于所述空腔结构的外围；

金属凸块，形成于所述重新布线层的下表面，并与所述重新布线层电性连接；

半导体芯片，设置于所述重新布线层的下表面，并与所述重新布线层电性连接。

作为本实用新型的一种可选方案，所述空腔结构的数量为多个。

作为本实用新型的一种可选方案，构成所述空腔结构的材料包括玻璃、硅、金属或树脂材料中的一种或多种的组合。

作为本实用新型的一种可选方案，所述重新布线层包括至少一层金属布线层和包裹所述金属布线层的电介质层。

作为本实用新型的一种可选方案，所述重新布线层的所述电介质层上形成有暴露出所述金属布线层的电介质层开口区域，所述底层布线结构通过所述电介质层开口区域与所述金属布线层电性连接。

作为本实用新型的一种可选方案，所述耦合天线层为N层，N层所述耦合天线层上下间隔排布；所述层间塑封层和所述空腔结构为N层，位于同一层的所述耦合天线层形成于所述层间塑封层和所述空腔结构的上表面；所述空腔结构至少覆盖位于所述空腔结构下方的不同层的耦合天线层；位于底层的所述层间塑封层和所述空腔结构覆盖于所述重新布线层和所述底层天线层的上方。

如上所述，本实用新型提供了一种封装结构，通过引入设置于封装层之间的空腔结构，在耦合天线层上方形成空腔，减少了高频天线的衰减和损耗，改善了高频天线的器件性能。此外，通过引入空腔结构，还增强了封装层的结构强度，确保了天线结构在封装过程中的完整性，提高了器件良率。

附图说明

图1至图10显示为本实用新型实施例一中提供的封装结构的制备方法的各步骤示意图。

图11显示为本实用新型实施例一中提供的具有三层天线金属层的封装结构的示意图。

元件标号说明

001 支撑衬底

001a 释放层

101 重新布线层

101a 金属布线层

101b 电介质层

102 底层天线层

102a 底层布线结构

102b 底层天线结构

103 空腔结构

103a 粘合层

104 层间塑封层

105 耦合天线层

106 金属凸块

107 半导体芯片

107a 芯片填充层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图10，本实用新型提供了一种封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

如图1所示，提供一支撑衬底001；

如图2所示，在所述支撑衬底001上形成重新布线层101；

如图3所示，在所述重新布线层101的上表面形成底层天线层102，所述底层天线层102 包括底层布线结构102a和底层天线结构102b，所述底层天线结构102b通过所述底层布线结构102a与所述重新布线层101电性连接；

如图4所示，在所述重新布线层101的上方形成空腔结构103，所述空腔结构103至少覆盖所述底层天线结构102b，并在所述空腔结构103与所述重新布线层101之间形成空腔；

如图6所示，在所述重新布线层101的上方形成层间塑封层104，所述层间塑封层104 位于所述空腔结构103的外围；

如图7所示，在所述层间塑封层104和所述空腔结构103的上表面形成耦合天线层105；

如图10所示，去除所述支撑衬底001，在所述重新布线层101的下表面形成与所述重新布线层101电性连接的金属凸块106，并在所述重新布线层101的下表面电性连接半导体芯片107。

作为示例，如图4所示，在所述底层天线结构102b的上方形成所述空腔结构103的步骤包括：

提供预制成型的空腔结构103，所述空腔结构103具有中空的内部空间，且表面设有一连通所述内部空间的开口面；

将所述空腔结构103的所述开口面朝下，覆盖于所述底层天线结构102b的上方，所述开口面至少覆盖所述底层天线结构102b，且所述空腔结构102b在所述开口面周边的部分与所述重新布线层101或所述底层布线结构102a粘合连接。

可选地，所述空腔结构103为下底面为开口面的中空结构体，构成所述空腔结构103的材料包括玻璃、硅、金属或树脂材料中的一种或多种的组合，所选材料应尽可能地减少对高频天线信号的吸收与衰减。此外，为了减少所述空腔结构103对于高频天线信号的吸收与衰减，所述空腔结构103在维持结构稳定强度的前提下，应当尽可能地减少空腔壁的厚度，增加所述空腔结构103内部空间的大小。所述空腔结构103的所占面积大小根据所述空腔结构 103所要覆盖的所述底层天线结构102b的具体结构及布局进行设计。如所述底层天线结构 102b在所述重新布线层101上在多个不同区域分布，则可对应设置多个所述空腔结构103进行覆盖。在所述空腔结构103覆盖所述底层天线结构102b后，在所述底层天线结构102b上方形成空腔。空腔内的空气或真空相比聚酰亚胺或环氧树脂等传统封装层材料，其对于高频电磁波的损耗将大幅减少，这将极大改善高频天线的器件性能。具体地，所述空腔结构103 在开口面周边的部分通过粘合层103a与所述重新布线层101或所述底层布线结构102a粘合连接。如在图4所示的截面位置上，所述空腔结构103通过粘合层103a与所述底层布线结构 102a粘合连接。当然，在其他未覆盖所述底层布线结构102a的位置上，所述空腔结构103 则直接与下方的所述重新布线层101粘合连接。所述粘合层103a可以由基于具体材料的粘合性能良好的粘合剂构成。在本实用新型的其他实施方案中，根据所选用的材料，也可以由所述空腔结构103与所述重新布线层101或所述底层布线结构102a直接进行键合，而不需额外使用粘合剂。

作为示例，如图5至图6所示，在所述重新布线层101的上方形成所述层间塑封层104 的步骤包括：

在所述重新布线层101和所述空腔结构103的上方形成所述层间塑封层104；

对所述层间塑封层104进行研磨，并暴露出所述空腔结构103，使所述层间塑封层104 的上表面与所述空腔结构103的上表面位于同一水平面内。

作为示例，构成所述层间塑封层104的材料包括聚酰亚胺、硅胶或环氧树脂中的一种，形成所述层间塑封层104的工艺包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压或旋涂中的一种。可选地，在选取所述层间塑封层104的材料及成型工艺时，可以结合所述空腔结构103的材料进行综合考量，以确保引入的所述空腔结构103后也可以维持较高的层间结合性能，防止出现层间开裂或者破坏所述空腔结构103。

作为示例，形成所述底层天线层102或所述耦合天线层105的所示天线金属层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合；沉积所述底层天线层102或所述耦合天线层105的工艺包括化学气相沉积和物理气相沉积，在沉积后通过光刻和刻蚀工艺形成图形化的所述底层天线层102或所述耦合天线层105；或者也可以先通过光刻形成图形化的光刻胶图形，而后进行化学气相沉积或物理气相沉积，使光刻胶所覆盖的区域不会沉积所述底层天线层102或所述耦合天线层105，以实现图形化。可选地，所述底层天线层102中的所述底层布线结构102a和所述底层天线结构102b是在一次成膜工艺中同时形成的。

作为示例，本实施例中的所述封装结构的制备方法应用于扇出型耦合天线封装结构，所述耦合天线层105通过天线耦合与下层的所述底层天线结构102b进行高频信号传输，而不需要引入金属互连结构进行电性连接。而在本实用新型的其他实施案例中，如采用非耦合天线结构，各层天线结构也可以通过金属互连结构实现电性连接。此外，在扇出型天线封装工艺中，为了提高天线效率并减少天线占用空间，采用多层天线封装结构的工艺已成为颇具前景的解决方案。然而，多层天线结构在应用于高频天线器件时，高频信号会在封装填充层中产生较大的衰减和损耗。本实用新型通过引入所述空腔结构103，以空腔取代了封装填充材料，减少了对高频信号的衰减和损耗。

作为示例，如图2所示，所述重新布线层101包括至少一层金属布线层101a和包裹所述金属布线层101a的电介质层101b。可选地，形成所述金属布线层101a的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合；形成所述电介质层101b的材料包括环氧树脂、硅胶、聚酰亚胺、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。沉积所述金属布线层101a的工艺包括化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺，在沉积后通过光刻和刻蚀工艺形成图形化的所述金属布线层101a；形成所述电介质层101b的工艺包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。通过重复形成所述金属布线层 101a和所述电介质层101b可以得到多层结构的所述重新布线层101。

作为示例，如图2所示，所述重新布线层101形成于一支撑衬底001上。在本实施例中，所述重新布线层101形成于一支撑衬底001上，而后在所述重新布线层101上形成各层天线层结构。通过引入所述支撑衬底001，为所述重新布线层101和形成于其上的各层天线层提供了具有稳定机械强度的支撑，防止了封装结构因没有稳定支撑而可能出现的形变和破损。可选地，所述支撑衬底001包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。在本实施例中，所述支撑衬底001选用为玻璃衬底，所述玻璃衬底成本较低，容易在其表面形成释放层001a，并降低后续的分离工艺的难度。

作为示例，如图7至图10所示，在形成所述耦合天线层105后，还包括去除所述支撑衬底001，并在所述重新布线层101的下表面形成与所述重新布线层101电性连接的金属凸块 106，并在所述重新布线层101的下表面电性连接半导体芯片107的步骤。在本实施例中，在得到所述重新布线层101和形成于其上的各层天线层后，通过将其和所述支撑衬底001分离，从而暴露出所述重新布线层101的下表面，并在所述下表面形成与所述重新布线层101电性连接的金属凸块106，并在所述重新布线层101的下表面电性连接半导体芯片107。具体地，如图7所示，所述重新布线层101和形成于其上的各层天线层位于所述支撑衬底001上；如图8所示，将所述支撑衬底001和所述重新布线层101进行分离；如图9所示，所述重新布线层101的下表面的所述电介质层101b上形成有开口区域，暴露出所述金属布线层101a；如图9至图10所示，在暴露出的所述金属布线层101a上电性连接所述金属凸块106和所述半导体芯片107。可选地，所述金属凸块106包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种；所述半导体芯片107包括天线电路芯片。可选地，如图10所示，在将所述半导体芯片107与所述重新布线层101电性连接后，还包括在所述半导体芯片107与所述重新布线层101之间的空隙中填充芯片填充层107a的步骤，以提高所述半导体芯片107与所述重新布线层101的结合强度，并保护所述半导体芯片107与所述重新布线层101的结合部。所述芯片填充层107a 的材料包括聚酰亚胺、硅胶、复合树脂材料或环氧树脂等。

作为示例，如图1、图2、图7和图8所示，在所述支撑衬底001上形成所述重新布线层 101之前，还包括先在所述支撑衬底001上形成释放层001a的步骤，所述重新布线层101通过所述释放层001a粘附于所述支撑衬底001；在去除所述支撑衬底001时，通过降低所述释放层001a的粘性使所述支撑衬底001与所述重新布线层101分离。如图1所示，提供所述支撑衬底001，并在所述支撑衬底001上形成释放层001a。可选地，所述释放层001a首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底101表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。所述释放层001a包括LTHC光热转换材料层(LTHC,light to heat conversion)。如图2所示，在所述释放层001a上继续形成上层的所述重新布线层101等结构。如图7至图8所示，基于激光对所述LTHC光热转换材料层进行加热，使所述LTHC光热转换材料层失去粘性，以使所述重新布线层101和所述支撑衬底001自所述LTHC光热转换材料层处相互分离。在本实用新型的其他实施方案中，所述释放层001a还可以选用其他可在光热等工艺条件下失去粘性的材料。

作为示例，如图11所示，作为本实用新型的可选方案，所述耦合天线层105还可以反复间隔设置多层，以形成多层天线封装结构。在所述层间塑封层104和所述空腔结构103的上表面形成N层所述耦合天线层105，其中，N为大于等于2的整数；在所述层间塑封层104 和所述空腔结构103的上表面形成N层所述耦合天线层105的步骤包括以下步骤：

a)在所述层间塑封层104和所述空腔结构103的上表面形成耦合天线层105；

b)在步骤a)中形成的所述耦合天线层105的上方形成另一层空腔结构103，该步骤中的所述空腔结构103至少覆盖步骤a)中形成的所述耦合天线层105；

c)在步骤b)中的所述空腔结构103外围形成另一层层间塑封层104；

d)重复执行步骤a)～c)N-1次。

例如，如图11所示，是N＝2时由两层所述耦合天线层105间隔设置所构成的多层天线封装结构，加上所述底层天线结构102b，该多层天线封装结构中一共引入了三层天线金属层，这将大幅减少天线所占电路板面积，有效提升天线效率。当然，在本实用新型的其他实施方案中，通过进一步增加所述耦合天线层105的叠层数量，还可以获得具有四层或四层以上天线金属层的多层耦合天线封装结构。

作为示例，在步骤b)中，在步骤a)中形成的所述耦合天线层105的上方形成另一层空腔结构103的步骤包括：

提供预先成型的空腔结构103，所述空腔结构103具有中空的内部空间，且表面设有一连通所述内部空间的开口面；

将所述空腔结构103的所述开口面朝下，覆盖于步骤a)中形成的所述耦合天线层105 的上方，所述开口面至少覆盖步骤a)中形成的所述耦合天线层105，且所述空腔结构103在所述开口面周边的部分与所述层间塑封层104粘合连接。在本实施的多层天线封装结构中，所述空腔结构103的形成方法与前文所述的耦合天线层为单层的情况相似。另外，需要指出的是，各层中的所述空腔结构103的版图设计需要根据其所覆盖的下层的所述耦合天线层105 的不同版图进行相应设计，即不同层的所述空腔结构103的版图可以根据下层的所述耦合天线层105而实施各不相同的设计，以使所述空腔结构103可以完全覆盖其所对应的下层的所述耦合天线层105。

实施例二

本实施例提供了一种封装结构，如图10所示，包括：

重新布线层101，包括相对的上表面及下表面；

底层天线层102，形成于所述重新布线层101的上表面，所述底层天线层102包括底层布线结构102a和底层天线结构102b，所述底层天线结构102b通过所述底层布线结构102a 与所述重新布线层101电性连接；

空腔结构103，形成于所述重新布线层101的上方，至少覆盖所述底层天线结构102b，并在所述空腔结构103与所述重新布线层101之间形成空腔；

层间塑封层104，形成于所述重新布线层101的上方；

耦合天线层105，形成于所述层间塑封层104和所述空腔结构103的上表面，所述层间塑封层104位于所述空腔结构103的外围；

金属凸块106，形成于所述重新布线层101的下表面，并与所述重新布线层101电性连接；

半导体芯片107，设置于所述重新布线层101的下表面，并与所述重新布线层101电性连接。

作为示例，构成所述空腔结构103的材料包括玻璃、硅、金属或树脂材料中的一种或多种的组合。如所述底层天线结构102b在所述重新布线层101上在多个不同区域分布，则可对应设置多个所述空腔结构103进行覆盖。可选地，所述空腔结构103在开口面周边的部分通过粘合层103a与所述重新布线层101或所述底层布线结构102a粘合连接。

作为示例，所述层间塑封层104包括聚酰亚胺层、硅胶层或环氧树脂层中的一种。

作为示例，所述封装结构包括扇出型天线封装结构；所述底层天线结构102b和所述耦合天线层105包括天线金属层。可选地，形成所述底层天线层102和所述耦合天线层105的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

作为示例，所述重新布线层101包括至少一层金属布线层101a和包裹所述金属布线层 101a的电介质层101b。可选地，形成所述金属布线层101a的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合；形成所述电介质层101b的材料包括环氧树脂、硅胶、聚酰亚胺、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。

作为示例，所述封装结构还包括位于所述重新布线层101的下表面，并与所述重新布线层101电性连接的金属凸块106和半导体芯片107。所述金属凸块106包括锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种；所述半导体芯片107包括天线电路芯片。可选地，如图10所示，所述半导体芯片107与所述重新布线层101之间的空隙中还填充有芯片填充层107a。所述芯片填充层107a可以提高所述半导体芯片107与所述重新布线层101的结合强度，并保护所述半导体芯片107与所述重新布线层101的结合部。所述芯片填充层107a的材料包括聚酰亚胺、硅胶、复合树脂材料或环氧树脂等。

作为示例，如图11所示，所述耦合天线层105为N层，N层所述耦合天线层105上下间隔排布；所述层间塑封层104和所述空腔结构103为N层，位于同一层的所述耦合天线层105形成于所述层间塑封层104和所述空腔结构103的上表面；所述空腔结构103至少覆盖位于所述空腔结构103下方的不同层的耦合天线层105；位于底层的所述层间塑封层104和所述空腔结构103覆盖于所述重新布线层101和所述底层天线层102的上方。需要指出的是，在图11中展示的是N＝2时由两层所述耦合天线层105间隔设置所构成的多层天线封装结构，加上所述底层天线结构102b，该多层天线封装结构中一共引入了三层天线金属层，在本实用新型的其他实施方案中，通过进一步增加所述耦合天线层105的叠层数量，还可以获得具有四层或四层以上天线金属层的多层耦合天线封装结构。此外，各层中的所述空腔结构103的版图设计需要根据其所覆盖的下层的所述耦合天线层105的不同版图进行相应设计，即不同层的所述空腔结构103的版图可以根据下层的所述耦合天线层105而实施各不相同的设计，以使所述空腔结构103可以完全覆盖其所对应的下层的所述耦合天线层105。

综上所述，本实用新型提供了一种封装结构，所述封装结构包括：重新布线层，包括相对的上表面及下表面；底层天线层，形成于所述重新布线层的上表面，所述底层天线层包括底层布线结构和底层天线结构，所述底层天线结构通过所述底层布线结构与所述重新布线层电性连接；空腔结构，形成于所述重新布线层的上方，至少覆盖所述底层天线结构，并在所述空腔结构与所述重新布线层之间形成空腔；层间塑封层，形成于所述重新布线层的上方；耦合天线层，形成于所述层间塑封层和所述空腔结构的上表面，所述层间塑封层位于所述空腔结构的外围；金属凸块，形成于所述重新布线层的下表面，并与所述重新布线层电性连接；半导体芯片，设置于所述重新布线层的下表面，并与所述重新布线层电性连接。本实用新型通过引入设置于封装层之间的空腔结构，在耦合天线层上方形成空腔，减少了高频天线的衰减和损耗，改善了高频天线的器件性能。此外，通过引入空腔结构，还增强了封装层的结构强度，确保了天线结构在封装过程中的完整性，提高了器件良率。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。