用于已封裝管芯的陶瓷上天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及無線電芯片封裝領(lǐng)域，并且特別地涉及將天線與陶瓷組合以用于到封裝中的芯片的連接。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體和微機電管芯或芯片經(jīng)常被封裝以用于針對外部環(huán)境的保護。該封裝提供物理保護、穩(wěn)定性、外部連接以及在某些情況下對封裝內(nèi)部的管芯的冷卻。通常將管芯附著于基板且然后將附著于基板的蓋放置在管芯上。替換地，管芯被附著于蓋且然后在管芯上形成封裝基板。隨著設(shè)計更多的設(shè)備以提供無線連接，封裝適合于允許天線被連接到在封裝內(nèi)部的一個或多個芯片。外部天線連接增加生產(chǎn)設(shè)備的組裝復(fù)雜性和成本。
[0003]通常在用于設(shè)備的系統(tǒng)板上或在已連接PCB (印刷電路板)上形成天線。到芯片封裝的連接經(jīng)由PCB實現(xiàn)。這是通過PCB以及封裝基板而到達芯片的長且復(fù)雜的連接。阻抗難以控制且在界面處存在反射。雖然PCB上的天線是廉價的，但天線的質(zhì)量受限。在某些情況下，使用單獨外部天線，其生產(chǎn)和封裝起來更加昂貴且可具有甚至更加復(fù)雜的連接路徑。
[0004]隨著無線設(shè)備的尺寸減小，RF (射頻)封裝被放置得更加接近于數(shù)字和基帶封裝。數(shù)字和基帶封裝通常產(chǎn)生可能中斷或損害RF系統(tǒng)的操作的噪聲和干擾。RF封裝和天線通常產(chǎn)生可能中斷相互的及數(shù)字和基帶封裝的操作的噪聲和干擾。結(jié)果，部件被間隔開且被覆蓋封裝內(nèi)部的芯片的金屬外殼所屏蔽。在某些情況下，封裝可包括內(nèi)部屏蔽以避免分別地來自數(shù)字電路或RF部件的干擾。這進一步增加了設(shè)備的尺寸和復(fù)雜性。
【附圖說明】
[0005]在其中相同的附圖標(biāo)記指示類似元件的附圖的各圖中以示例的方式而不是限制的方式舉例說明本發(fā)明的實施例。
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有在陶瓷基板上的天線的eWLB封裝的截面?zhèn)纫晥D。
[0007]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有附著于管芯的陶瓷基板的替換eWLB封裝的截面?zhèn)纫晥D。
[0008]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有從陶瓷基板指向正面RDL的過孔的eWLB封裝的截面?zhèn)纫晥D。
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有在陶瓷基板中的嵌入式天線的eWLB封裝的截面?zhèn)纫晥D。
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的被堆疊在eWLB封裝上的陶瓷基板上的天線的截面?zhèn)纫晥D。
[0011]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的被堆疊在eWLB封裝上的替換陶瓷基板上的天線的截面?zhèn)纫晥D。
[0012]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的被堆疊在eWLB封裝上的另一替換陶瓷基板上的天線的截面?zhèn)纫晥D。
[0013]圖8A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有在陶瓷基板上的嵌入式天線的eWLB封裝的過程流程圖。
[0014]圖SB是根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成具有在陶瓷基板上的嵌入式天線的倒裝芯片封裝的過程流程圖。
[0015]圖9是根據(jù)實施例的結(jié)合了具有在陶瓷基板上的天線的封裝的計算設(shè)備的框圖。
【具體實施方式】
[0016]天線到封裝中的集成允許降低的成本和更簡單的設(shè)備組裝。對于諸如移動電話之類的系統(tǒng)而言，封裝可能包括天線和被連接到天線的RF芯片。該封裝還可包括其它部件，諸如附加芯片、無源部件、重新分布層和屏蔽?？梢酝ㄟ^封裝將該芯片連接到移動電話的系統(tǒng)板且從而至其它部件。集成天線使得將天線連接到芯片更為容易。其允許用于天線及其連接的更容易的阻抗匹配。其呈現(xiàn)出較小的外形因數(shù)、較高的天線質(zhì)量因數(shù)、較高的天線效率和改善的天線靈敏度。
[0017]如本文所述，可以在陶瓷上或其中構(gòu)造天線并將其集成到封裝中或封裝構(gòu)造時的封裝中?？捎杀患傻较嗤庋b中的屏蔽來保護該封裝內(nèi)的有源芯片免于由天線發(fā)射的RF。可以將陶瓷基板上的封裝中的此天線集成到多種不同類型的封裝中，所述封裝除了其它之外包括eWLB (嵌入式晶片級球柵陣列)以及封裝中倒裝芯片。
[0018]在許多情況下，在其諧振頻率下使用天線是有益的。諧振中的天線的最小可能尺寸為約四分之一波長。在被用于移動電話的典型頻率下，此尺寸大于通常被連接到天線的芯片類型的許多封裝。因此，天線將不會配合在封裝中或上面，除非使得封裝大得多，這增加封裝的成本。例如，晶片級封裝的成本與封裝的尺寸直接相關(guān)地增加。
[0019]可以通過在陶瓷基板上形成天線來減小天線的尺寸。可使用具有高介電常數(shù)的陶瓷材料。高介電常數(shù)允許減小天線的尺寸，因為天線的諧振頻率與介電常數(shù)的平方根的倒數(shù)有關(guān)。被用于I類陶瓷電容器的陶瓷材料例如具有達到200的介電常數(shù)和小于0.005的損耗角正切。對于由標(biāo)準(zhǔn)FR4材料制成的PCB而言，介電常數(shù)為約4.2且損耗角正切為約0.02。
[0020]可使用多種不同的陶瓷材料作為用于天線的陶瓷基板。特別常見的陶瓷是鋁
(III)氧化物(Al2O3),其具有9的介電常數(shù)和0.0001的損耗角正切。還可使用低溫共燒陶瓷(LTCC)。這些可采取具有某些玻璃的鋁(III)氧化物的形式以允許在較低溫度下的燒結(jié)。LTCC可以具有約5-16的介電常數(shù)和約0.0005至0.0035的損耗角正切。
[0021]另外，存在針對可使用的電容器開發(fā)的多種陶瓷?？墒褂肐類和2類電容器陶瓷兩者。I 類材料除了其它之外可包括 MgNb206、ZnNb2O6、MgTa2O6、ZnTa2O6、(ZnMg)T13^ (ZrSn)T14, Ba2Ti9O20O 2類材料包括基于鈦酸鋇(BaT13)的具有一個或多個添加物的鐵電材料，該添加物諸如硅酸鋁、硅酸鎂和氧化鋁。
[0022]可以將在陶瓷上形成的減小尺寸的天線集成到典型尺寸的封裝中。結(jié)果，封裝中的芯片與天線之間的連接比在PCB上的單獨天線的情況下短得多。這導(dǎo)致改善的總體性能。可以提供具有在單個封裝中的天線和芯片的完整系統(tǒng)以用于組裝，其然后可以作為單個部件被簡單地附著于設(shè)備系統(tǒng)板。天線封裝還可結(jié)合用于天線連接的任何阻抗匹配。這簡化了系統(tǒng)板的設(shè)計和制造，因為從系統(tǒng)板去除天線連接去除了匹配系統(tǒng)板上的阻抗以用于該去除連接的需要。
[0023]尺寸減小增加了天線質(zhì)量因數(shù)Q，改善了效率并減少了用戶的影響。天線受到設(shè)備如何被用戶持握的影響的可能小得多。
[0024]當(dāng)天線被集成到封裝中時，天線與典型封裝材料接觸或在物理上接近于該典型封裝材料。這些材料中的許多具有相對高的損耗角正切，其導(dǎo)致通過材料的RF能量的強耗散，減小了天線的效率和質(zhì)量因數(shù)。通過在適當(dāng)?shù)奶沾苫迳匣蚱渲袠?gòu)造天線，減少了這些損耗。對于該天線而言，用低損耗陶瓷來替換高損耗封裝材料。陶瓷還可被天線的RF能量高度極化。該極化針對管芯而屏蔽天線的RF場且針對封裝材料而屏蔽天線的RF場。可以進一步地在陶瓷基板上面或管芯之上使用金屬屏蔽來增加屏蔽。
[0025]雖然描述了其中將天線集成到具有管芯的封裝上的實施例。在其它實施例中，將陶瓷上天線作為單獨POP (封裝上封裝)連接到具有管芯的底部封裝。模塊化POP方法簡化了封裝過程，并且允許天線和芯片的獨立測試。
[0026]圖1是具有嵌入式管芯116和在嵌入式陶瓷基板124或陶瓷塊的頂部上形成的天線126的eWLB (嵌入式晶片級)封裝的截面?zhèn)纫晥D。封裝具有重新分布層(RDL) 110或封裝基板，其具有用于到系統(tǒng)板或其它部件的球焊112連接的許多焊盤。嵌入式芯片116被附著于封裝基板110且具有用于到基板的連接的焊盤114。RDL通過球焊陣列112將焊盤114從嵌入式芯片連接到系統(tǒng)板。
[0027]對于典型eWLB封裝而言，首先將芯片116嵌入也稱為成型化合物118的模具化合物中。然后在芯片的正面表面上形成正面重新分布層110。RDL可具有最接近于芯片的第一電介質(zhì)層、具有金屬路徑的導(dǎo)體層以及焊料終止層。芯片被通過第一電介質(zhì)層的過孔連接到金屬路徑。金屬路徑可由包括銅、鋁、鈦、鎢、鎳、鈀、金的多種不同金屬或包括銅、鋁、鈦、鎢、鎳、鈀和金中的一個或多個的金屬合金中的任何一個形成。
[0028]陶瓷基板124也被嵌入成型化合物118中。成型化合物118充當(dāng)封裝蓋且完全包圍嵌入式芯片以用于保護。在模具化合物上和陶瓷上形成第二背面RDL。其在與正面RDL相對的芯片側(cè)面。背面RDL被示為包括天線126及其到通過模具化合物的過孔120的連接122。通過模具化合物的過孔120將天線連接到正面RDL且從而到嵌入式芯片或到焊球以用于外部連接。導(dǎo)電線122將過孔連接到天線124且可用來允許將天線根據(jù)期望接地或供電或在天線與管芯之間傳送信號。雖然僅示出了單個芯片和單個通過模具的過孔，但可存在更多。雖然僅示出了幾個焊球連接，但可存在更多。
[0029]模具或成型化合物可由多種不同材料中的任何一個形成，取決于封裝的性質(zhì)及其預(yù)定用途。適當(dāng)?shù)哪＞呋衔锟砂ㄋ芰喜牧匣蛘呖捎善浣M成，諸如熱固性聚合物或環(huán)氧樹脂或填充環(huán)氧樹脂，諸如熱固性模具化合物。替換地，可使用底層填料或其它材料來保護管芯。
[0030]用成型化合物或與成型化合物118的層壓來嵌入芯片?？呻S著施加成型化合物而將陶瓷板1