微波芯片封装器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及半导体器件封装和微波波导。
【背景技术】
[0002]微波器件制造商不断地努力着在降低其制造成本的同时增加其产品的性能。微波器件的制造中的成本密集区是封装微波半导体芯片。因此，处于低费用且高产出的半导体器件封装及其制造方法是期望的。此外，期望处于低损失的高功率微波传输。不断的努力以提供更小、更薄或更轻且具有更多样化的功能和提高的可靠性的微波器件带动了在涉及的所有技术领域，特别是在半导体芯片封装和波导技术中的技术创新流。
【附图说明】
[0003]附图被包括以提供对实施例的进一步理解并且被并入且构成该说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用来说明实施例的原理。其他实施例和实施例的许多预期优点将容易领会，因为通过参照下面的详细描述它们变得更好理解。附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记指明了对应的类似部件。
[0004]图1示意性地图示了包括半导体封装、变换器元件和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
[0005]图2示意性地图示了包括含有变换器元件的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
[0006]图3示意性地图示了包括含有配备有片上天线的微波半导体芯片的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示意性微波器件的截面图。
[0007]图4示意性地图示了包括配备有片外天线的半导体封装和连接至半导体封装的波导部分的示例性微波器件的截面图。
[0008]图5A和图5B示意性地图示了被包括在半导体封装中的示例性变换器元件的透视图和平面图。
[0009]图6示意性地图示了包括微波半导体芯片和由半导体封装的电重新分布层(RDL)形成的片外天线的示例性半导体封装的截面图。
[0010]图7示意性地图示了包括半导体封装、多个变换器元件和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图。
[0011]图8示意性地图示了包括半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图。
[0012]图9示意性地图示了含有多个波导的示例性波导部分的透视图。
[0013]图10示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有提供半导体封装间波导连接的波导。
[0014]图11示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有包括微波滤波器部件的波导。
[0015]图12示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有连接至半导体封装间波导连接的波导天线。
[0016]图13示意性地图示了包括多个半导体封装和含有多个波导的波导部分的示例性微波器件的截面图，在多个波导之中有提供用于半导体封装间波导连接的波导。
[0017]图14是用于通过使用嵌入式晶圆级封装(eWLP)技术制造包括半导体芯片和波导部分的微波器件的示例性工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0018]在下面的详细描述中，参考形成其一部分并且其中借助于图示可以实践本发明的具体实施例而示出的附图。在这方面，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等等的方向术语是参照正在描述的图的定向而使用的。因为实施例的部件可以以许多不同定向定位，所以方向术语是用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。应该理解的是，可以利用其他实施例并且可以在不脱离本发明的范围的情况下做出结构性或逻辑性改变。因此下面的详细描述不应被视为具有限制的意义，并且本发明的范围由随附权利要求书限定。
[0019]应该理解的是，这里所描述的各种示例性实施例的特征可以彼此组合，除非另有明确指出。
[0020]如在本说明书中所采用的，术语“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”不意味着元件或层必须直接彼此接触的含义；可以分别在“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”元件之间设置中间元件或层。然而，根据本公开，上面提到的术语可以选择性地也具有元件或层直接接触到一起的特定含义，即分别在“接合的”、“附接的”、“连接的”、“耦合的”和/或“电连接的/电耦合的”元件之间不提供中间元件或层。
[0021]此外，相对于形成于或位于表面“之上”的层或部分而使用的词语“之上”在这里可以用于意味着层或部分“直接地”位于(例如形成于、沉积于等)所说明的表面“上”，即与之直接接触。相对于形成于或位于表面“之上”的层或部分而使用的词语“之上”在这里可以用于意味着层或部件在所说明的表面与层或部分之间布置有一个或多个附加层或间隙的情况下“间接地”位于(例如形成于、沉积于等)所说明的表面“上”。
[0022]本文所描述的半导体封装可以含有一个或多个微波半导体芯片。微波半导体芯片可以是不同类型的、可以通过不同的技术制造并且可以包括例如逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、功率集成电路、电光电路、存储器电路或集成无源器件(iro)。
[0023]本文所描述的微波半导体芯片可以由诸如例如S1、SiC、SiGe、GaAs、GaN、AlGaN、InGaAs、InAlAs等的特定半导体材料制造，并且此外可以含有不是半导体的无机和/或有机材料。
[0024]本文所描述的微波半导体芯片可以包括控制电路、微处理器、存储器电路和/或微机电部件。它们可以例如包括发射器、接收器、收发器、传感器或检测器。特别是，本文所描述的微波半导体芯片可以包括无线部件，诸如例如，微波电路，例如微波发射器、微波接收器、微波收发器、微波传感器或微波检测器。
[0025]一般情况下，本文所考虑的微波频率区域可以是从大约300MHz (大约1米的波长)到大约300GHz (大约1mm的波长)的范围。通过示例的方式，本文所描述的微波半导体芯片可以包括在例如300MHz与300GHz之间的频率范围内操作的集成微波电路，更特别地在例如20GHz与200GHz或例如40GHz与160GHz之间的频率范围内、以及例如以大约60+/-10GHz、80+/-10GHz、120+/-10GHz 或 120+/_10GHz 的频率操作的集成微波电路。
[0026]牵涉到含有各具有一个或多个微波半导体芯片的一个或多个半导体封装的微波器件。微波半导体芯片可以具有水平结构。具有水平结构的半导体芯片可以仅在其两个主表面中的一个主表面上具有芯片电极，例如在其有源表面上具有芯片电极。
[0027]芯片电极(或接触焊盘)允许与包括在微波半导体芯片中的微波集成电路(例如微波发射器/接收器/收发器/检测器电路、控制电路等)进行电接触。芯片电极，例如1/0电极、接地电极、电源电极、微波频率电极、控制电极等，可以包括被施加至半导体材料的一个或多个电极金属层。
[0028]本文所描述的微波器件包括与一个或多个半导体封装相关联并且例如与之连接的波导部分。波导部分被配置成传输由半导体封装提供的或者被引导至半导体封装的微波波导信号。波导部分可以包括诸如例如微波滤波器、微波天线、微波天线阵列、微波谐振器、微波功率合成器或微波功率分配器等的微波部件。
[0029]通过示例的方式，微波部件可以包括或者是波导，特别地，例如被集成在波导部分中并且成形以具有期望的部件功能的矩形波导。微波部件可以在上面提到的频率范围中的一个或多个中来操作。
[0030]波导部分可以包括一个或多个块或者可以是一个或多个块的，每个块具有例如用于微波传输的壁金属化。块可以通过不同的技术形成。块可以例如是塑料的。
[0031]通过示例的方式，波导部分或其一个或多个(例如塑料)块可以通过3D印刷形成。这样一来，可以得到高程度的设计可变性。随着微波部件的设计可变性带来功能多样性，可以通过使用例如用于形成波导部分和例如其中所包含的微波部件的3D印刷技术而在波导部分中实施多种不同的器件性质和器件特征。
[0032]半导体封装可以包括形成内嵌有微波半导体芯片的包封物的包封材料。
[0033]包封材料可以是电绝缘材料并且可以包括或者是热固性材料或热塑性材料。热固性材料可以例如在环氧树脂、有机硅树脂或丙烯酸树脂的基础上制作。热塑性材料可以例如包括从聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚对苯二甲酸乙酯(PET)的组中选出的一个或多个材料。热塑性材料通过在模制或层压期间施加压力和热而熔化并且(可逆地)当冷却和压力释放时硬化。
[0034]包封材料可以包括或者是聚合物材料，例如硬质塑料聚合物材料。包封材料可以包括或者是填充或未填充的模制材料(mold material)、填充或未填充的热塑性材料、填充或未填充的热固性材料、填充或未填充的层压体、纤维增强层压体、纤维增强聚合物层压体和具有填料颗粒的纤维增强聚合物层压体中的至少一个。
[0035]包封材料可以通过借助例如模制或层压将微波半导体芯片嵌入到包封材料内而被施加在微波半导体芯片之上。
[0036]在第一种情况下，即如果包封材料是模制材料，则诸如例如压缩模制、注射模制、粉末模制或液体模制等的各种技术可以用于形成包封物。模制材料可以被施加成以将微波半导体芯片和其上可以放置微波半导体芯片的临时载体进行包覆模制(overmold)。
[0037]在第二种情况下，即如果包封材料由层压体材料制成，则包封材料可以具有一块层的形状，例如被层压在微波半导体芯片之上和其上放置有微波半导体芯片的临时载体之上的一块片材或箔片。热和压力可以被施加适于将该块箔片或片材附接至下层结构的时间。在层压期间，电绝缘的箔片或片材能够流动(即，处于塑性状态)，导致临时载体上的微波半导体芯片和/或其他拓扑结构(诸如，例如微波变换器元件)之