天线封装结构及其形成方法与流程

1.本发明的实施例涉及天线封装结构及其形成方法。


背景技术：

2.在现有两件式的aop(antenna-on-package，封装上天线)中，天线模块可依据需求而设计成多频天线(以28ghz/39ghz为例)。然而在多频天线(以28ghz/39ghz为例)中，由于28ghz天线的电磁波波长较长，所需的共振腔厚度较厚(相对的39ghz天线所需的共振腔厚度较薄)，因此整个天线基板的厚度必须符合28ghz天线的电性需求而设计，导致基板成本增加。


技术实现要素：

3.针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种天线封装结构及其形成方法，以增加天线的增益和频宽。
4.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种天线封装结构，包括：第一基板以及位于第一基板上的第一天线；第二基板以及位于第二基板上的第二天线，第一基板位于第二基板上，第一天线和第二天线的操作频率不同。
5.在一些实施例中，第一天线的操作频率低于第二天线的操作频率。
6.在一些实施例中，包括：一对并排设置的第二基板以及分别位于第二基板上的一对第二天线，在一对第二基板之间具有空腔，第一基板横跨空腔。
7.在一些实施例中，还包括：第一金属材料，涂覆在第一基板和第二基板之间、以及第二基板的与空腔相邻的侧面上。
8.在一些实施例中，还包括：载体，承载第二基板以及位于第二基板上的第一基板。
9.在一些实施例中，第一基板和第二基板为有机基板，第二基板通过倒装芯片的方式接合在载体上，第一基板通过第一粘合层附接至第二基板。
10.在一些实施例中，第一基板和第二基板为玻璃基板，第二基板通过第二粘合层附接至载体，第一基板通过第一粘合层附接在第二基板上。
11.在一些实施例中，还包括：第一焊球，位于第一基板和第二基板之间，第一粘合层围绕第一焊球；第二焊球，位于第二基板和载体之间，第二粘合层围绕第二焊球。
12.在一些实施例中，还包括：馈入通孔，穿过第一基板和第二基板，并连接载体和第一天线。
13.在一些实施例中，还包括：导电层，内嵌于载体的上表面处，导电层接地。
14.在一些实施例中，还包括：金属环，穿过第一基板和第二基板并围绕第一天线设置，金属环还穿过载体的部分以连接至导电层。
15.在一些实施例中，导电层为嵌入载体的整层。
16.在一些实施例中，还包括：第一开槽和第二开槽，位于导电层中，第一开槽和第二开槽分别位于第一天线和第二天线下方。
17.在一些实施例中，第一基板和第二基板包括不同的材料。
18.在一些实施例中，第一基板和第二基板的厚度不同。
19.在一些实施例中，一种形成天线封装结构的方法包括：将第一天线和第二天线分别设置在第一基板和第二基板的上表面上；将第一基板设置在第二基板上，第一天线和第二天线的操作频率不同。
20.在一些实施例中，将第一天线设置在一对相互隔开的第二基板上，第一天线横跨一对第二基板之间的空腔。
21.在一些实施例中，在将第一天线设置在一对相互隔开的第二基板上之前，使用第一金属材料封装第二基板；在将第一天线设置在由第一金属材料封装的第二基板上之后，蚀刻未被第一天线覆盖的第一金属材料。
22.在一些实施例中，在将第一基板设置在第二基板上之后，形成围绕第一天线设置的穿过第一基板和第二基板的多个开孔，并在多个开孔中填充第二金属材料以形成金属环。
23.在一些实施例中，在将第一基板设置在第二基板上之前，在第一基板中形成穿过第一基板的第一金属柱，在第二基板中形成穿过第二基板的第二金属柱；在将第一基板设置在第二基板上时，第一金属柱和第二金属柱对准，并通过第一焊球相互电连接。
附图说明
24.当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
25.图1a至图7b示出了根据不同实施例的天线封装结构的示意图。
26.图8a至图8e示出了图4所示实施例的天线封装结构的形成过程。
27.图9a和图9b示出了根据本技术另一实施例的天先封装结构的制作及结构。
具体实施方式
28.为更好的理解本技术实施例的精神，以下结合本技术的部分优选实施例对其作进一步说明。
29.本技术的实施例将会被详细的描示在下文中。在本技术说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本技术的基本理解。本技术的实施例不应该被解释为对本技术的限制。
30.如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的
±
10％(例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于
或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
31.在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本技术以特定的方向建构或操作。
32.另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
33.再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。
34.现有的设计使用单一且dk(介电常数)的材料以达成宽频/高增益特性，dk材料增加成本。现有的双频天线共用同一基板材料，要达到高隔离度的挑战度高。现有设计增加频宽的手段包括：(1)增加封装中天线(antenna-in package，aip)的厚度，这样会提高产生翘曲的风险；(2)基板使用低dk材料，低dk材料通常具有低的热膨胀系数(cte)，这和常用的天线材料容易因产生cte的不匹配而导致的翘曲。现有设计提高增益的手段包括增加天线数量，这样的操作增加了aip的面积和成本，提高了产生翘曲的风险。
35.参见附图1a至图3，其中，图3为图1a和图2所示实施例的立体图。本发明的实施例提供了一种天线封装结构200，包括：第一基板10以及位于第一基板上的第一天线101；第二基板12以及位于第二基板12上的第二天线121，第一基板10位于第二基板12上，第一天线101和第二天线121的操作频率不同。在一些实施例中，第一天线101的操作频率低于第二天线121的操作频率。第一基板10和第二基板12设置在载体16上，载体16承载第二基板12以及位于第二基板12上的第一基板10，并且在载体16中设置有导电层18，导电层18内嵌于载体16的上表面处，导电层18接地。在一些实施例中，导电层18为嵌入载体16的整层。载体16的使用也抬高了第一天线101和第二天线121(可为阵列天线)，可降低整体天线模块的高度。
36.在实施例中，第一基板10和第二基板20的厚度可以相同或不同，第一基板10和第二基板20的材料可以相同或不同，第一基板10和第二基板20的可选性材料包括：封装化合物、有机基板、陶瓷基板【例如低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramics，ltcc)】、液晶聚合物(liquid crystal polymer，lcp)基板、玻璃基板。在一些实施例中，第一基板10和第二基板12为有机基板，第二基板12通过倒装芯片的方式接合在载体16上，第一基板10通过第一粘合层19附接至第二基板12。
37.参见图1a，在一些实施例中，天线封装结构200包括：一对并排设置的第二基板12以及分别位于第二基板12上的一对第二天线121，在一对第二基板12之间具有空腔14，第一基板10横跨空腔14。
38.参见图1b，在一些实施例中，包含有数个第一基板10堆叠于第二基板12上(如下示意)，每一个第一基板10上的第一天线101共构形成天线阵列。可透过馈入讯号的相位差控制各个第一天线101的辐射讯号于远场干涉，以控制主要辐射方向以及天线增益。同理，第
二天线121所形成的天线阵列也可具有相同功能。
39.参见图2，其中，未设置有将两相邻第二基板12隔开的空腔14，第二基板12设置为整块。藉此可改变第一天线101下方共振腔(虚线框区域)的dk(介电常数)，应用于合适的天线辐射频率以及增益。
40.参见图4，在一些实施例中，还包括：第一金属材料40，涂覆在第一基板10和第二基板12之间、以及第二基板12的与空腔14相邻的侧面上。第一金属材料40将传输到第一天线101和第二天线121的能量更为集中(例如，辐射讯号可透过第一金属材料40提供反射集中)，增加了第一天线121和第二天线121的增益。在实施例中，导电层18中还设置有设置在第一基板10下方用于馈入的第一开槽42。
41.参见图5，在一些实施例中，在第一基板10和两个第二基板12下方分别设置有用于馈入的第一开槽42和第二开槽50。
42.参见图6，在一些实施例中，还包括：馈入通孔60，穿过第一基板10和第二基板12，并连接载体16和第一天线101。
43.参见图7a和图7b，在一些实施例中，还包括：金属环70，穿过第一基板10和第二基板12并围绕第一天线101设置，金属环70还穿过载体16的部分以连接至导电层18。其中，图7b示出了俯视方向的图7a中第一天线101和金属环70。在一些实施例中，形成金属环70的方法可以包括：在将第一基板10设置在第二基板12上之后，形成围绕第一天线101设置的穿过第一基板10和第二基板12的多个开孔，并在多个开孔中填充第二金属材料以形成金属环70。金属环70围绕在第一天线101四周可增加第一天线101的增益。
44.在一些实施例中，一种形成天线封装结构200的方法包括：将第一天线101和第二天线121分别设置在第一基板10和第二基板12的上表面上；将第一基板10设置在第二基板12上，第一天线101和第二天线121的操作频率不同。
45.参见图8a至图8e，示出了形成图4所示实施例的过程图。参见图8a，和图8b，提供一对第二基板12，并在第二基板12上设置第二天线121。参见图8c和图8d，使用第一金属材料40包封第二基板12及位于第二基板12上的第二天线121。参见图8e，将第二基板12设置在载体16上，并将第一基板10及位于第一基板10上的第一天线101设置在一对由第一金属材料40包封的第二基板12上。再将未被第一基板10覆盖的第一金属材料40去除(例如，通过蚀刻工艺)，得到图4所示的天线封装结构200。
46.参见图9a和图9b，在一些实施例中，在将第一基板10设置在第二基板12上之前，在第一基板10中形成穿过第一基板10的第一金属柱94，在第二基板12中形成穿过第二基板12的第二金属柱96；在将第一基板10设置在第二基板12上时，第一金属柱94和第二金属柱96对准，并通过第一焊球91相互电连接。在一些实施例中，第一基板10和第二基板12为玻璃基板，第二基板12通过第二粘合层99附接至载体16，第一基板10通过第一粘合层19附接在第二基板12上。在实施例中，第一粘合层19和第二粘合层99包括相同的材料。在一些实施例中，还包括：第一焊球91，位于第一基板10和第二基板12之间，第一粘合层19围绕第一焊球91；第二焊球92，位于第二基板12和载体16之间，第二粘合层99围绕第二焊球92。
47.本发明将多频天线基板依据天线操作频率的不同而拆分成符合各自厚度需求的天线模块，以降低基板成本。进一步，天线操作频率较低的天线基板(例如，第一基板10)可堆叠天线操作频率较高的天线基板(例如，第二基板12)上而间隔出一空腔，可降低第一基
板10的厚度(对应的共振腔的介电常数减少)。本技术通过引入具有低dk的空腔，实现了降低整体的介电常数，增加了第一天线101的增益和频宽，并且减少了传统需使用低dk材料所增加的成本；并且通过将第一基板10抬高(堆叠在第二基板上、引入空腔)，增加了第一天线的增益和频宽。本技术的第一天线101和第二天线121所对应的第一基板10和第二基板12可以具有不同的厚度和/或材料，第一天线101和第二天线121设计在不同高度的平面上且不相邻，减少了互相的干扰，实现了高隔离度。本技术的第一天线101和第二天线121的图案暴露，天线特征(场形/增益)不受影响。
48.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。