单极化封装天线及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，涉及一种单极化封装天线及其制备方法。

背景技术

随着高科技电子产品的普及，特别是为了配合移动的需求，大多数高科技电子产品都增加了无线通讯的功能。

封装天线(Antenna in Package，简称AiP)是基于封装材料与工艺，将天线与集成电路(IC)集成在封装内，实现系统级无线功能的一门技术，其可携带高度集成的无线电或雷达收发模块。AiP技术由于顺应了硅基半导体工艺集成度提高的潮流，为系统级无线芯片提供了良好的天线与封装解决方案，因此，AiP技术已被芯片制造商广泛应用于无线电和雷达。AiP技术在性能、尺寸、成本等方面都达到了很好的平衡，是近年来天线技术的一项重要成果。

随着5G(5th Generation)通信的到来，对低延迟、高速度和大容量的通信提出了更高的要求，其中，主要问题集中于如何利用天线的布置来降低毫米波在移动信道中的损耗。

鉴于此，设计一种新型的单极化封装天线及其制备方法，以降低封装天线的信号损耗实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单极化封装天线及其制备方法，用于解决现有技术中封装天线的信号损耗的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单极化封装天线的制备方法，包括以下步骤：

提供支撑基底，于所述支撑基底上形成分离层；

于所述分离层上形成重新布线层，所述重新布线层包括与所述分离层相接触的第一面及相对的第二面；

于所述重新布线层的第二面上形成金属连接柱，所述金属连接柱与所述重新布线层电连接；

形成封装层，所述封装层覆盖所述重新布线层的第二面及金属连接柱，且显露所述金属连接柱的顶面；

去除部分所述封装层，形成贯穿所述封装层的沟槽，以显露所述重新布线层的金属布线层；

形成空气介质层，所述空气介质层填满所述沟槽；

于所述封装层上形成天线金属层，所述天线金属层覆盖所述空气介质层，且所述天线金属层与所述金属连接柱电连接；

去除所述空气介质层，以在所述封装层中形成空气腔，所述空气腔以所述天线金属层作为顶部，且以所述金属布线层作为底部；

去除所述分离层及支撑衬底，以显露所述重新布线层的第一面。

可选的，所述空气介质层包括PI介质层。

可选的，形成所述空气介质层的步骤包括：

于所述封装层的表面沉积空气介质层材料，所述空气介质层材料填满所述沟槽；

对位于所述沟槽中的所述空气介质层材料进行曝光及显影；

对所述空气介质层材料进行表面极化，以形成填满所述沟槽的所述空气介质层。

可选的，形成所述天线金属层的方法包括电镀法，其中，电镀法制备所述天线金属层的步骤包括：

于所述封装层及空气介质层的表面形成金属种子层；

于所述金属种子层上形成掩膜层，并图形化所述掩膜层；

沉积天线金属层材料，并去除所述掩膜层及位于所述掩膜层下方的所述金属种子层，以形成所述天线金属层。

可选的，所述掩膜层包括光阻及PI层中的一种。

本发明还提供一种单极化封装天线，所述单极化封装天线包括：

重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面；

金属连接柱，形成于所述重新布线层的第二面上，且与所述重新布线层电连接；

封装层，覆盖所述重新布线层的第二面及金属连接柱，且所述封装层的顶面显露所述金属连接柱；

空气腔，贯穿所述封装层，以显露所述重新布线层的金属布线层；

天线金属层，位于所述封装层上并与所述金属连接柱电连接，且所述空气腔以所述天线金属层作为顶部，以所述金属布线层作为底部。

可选的，所述天线金属层与所述封装层之间还包括金属种子层。

可选的，所述金属布线层包括铜层、铝层、镍层、金层、银层及钛层中的一种或组合；所述天线金属层包括铜层、铝层、镍层、金层、银层及钛层中的一种或组合。

可选的，所述金属连接柱包括铜金属柱、金金属柱、银金属柱及铝金属柱中的一种或组合。

可选的，所述封装层包括聚酰亚胺层、硅胶层及环氧树脂层中的一种或组合。

如上所述，本发明的单极化封装天线及其制备方法，在封装层中形成以天线金属层作为顶部，以金属布线层作为底部的空气腔，从而可减少封装天线在移动信道中的损耗，使得信号传输速度更快，以凭借其高速度、低延迟的特点，在5G市场中占据有利地位。

附图说明

图1显示为本发明中的单极化封装天线的制备工艺流程图。

图2～图17显示为本发明中的制备单极化封装天线各步骤所呈现的结构示意图，其中，图17显示为本发明中的单极化封装天线的结构示意图。

元件标号说明

101 支撑基底

102 分离层

103 重新布线层

113 PI-0重新布线介质层

123 金属种子层

133 M-1金属布线层

143 PI-1重新布线介质层

153 M-2金属布线层

163 PI-3重新布线介质层

173 M-3金属布线层

104 单极化天线结构

114 金属连接柱

124 封装层

134 沟槽

144 PI介质层材料

154 PI介质层

164 金属种子层

174 光阻

184 天线金属层

194 空气腔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图17。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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1，本实施例提供一种单极化封装天线的制备方法，本实施例的单极化封装天线在封装层中形成以天线金属层作为顶部，以金属布线层作为底部的空气腔，从而可减少封装天线在移动信道中的损耗，使得信号传输速度更快，以凭借其高速度、低延迟的特点，在5G市场中占据有利地位。

如图2～图17，示意了本实施例中制备所述单极化封装天线各步骤所呈现的结构示意图。

如图2，首先提供支撑基底101，于所述支撑基底101上形成分离层102。

具体的，所述支撑基底101可包括玻璃基底、金属基底、半导体基底、聚合物基底及陶瓷基底中的一种；所述分离层102可包括在加热或光照条件下粘度降低的聚合物层，所述聚合物层可包括LTHC光热转换层。由于所述玻璃基底成本较低，容易在其表面形成所述分离层102，且能降低后续的剥离工艺难度，因此在本实施例中，所述支撑基底101优选为玻璃基底，所述分离层102优选采用旋涂工艺涂覆于所述支撑基底101表面，经紫外固化或热固化工艺使其固化成型的LTHC光热转换层，以便于在后续的剥离工艺中，可以基于激光对所述LTHC光热转换层进行加热，以使所述支撑基底101自所述LTHC光热转换层处分离。

如图3～图7，于所述分离层102上形成重新布线层103，所述重新布线层103包括与所述分离层102相接触的第一面及相对的第二面。

具体的，所述重新布线层103至少包括堆叠设置的2层金属布线层。如图7，本实施例中所述重新布线层103包括3层所述金属布线层，但并非局限于此，根据需要，所述重新布线层103也可仅包括2层或包括更多层的所述金属布线层，如4层、5层等。其中，构成所述重新布线层103的重新布线介质层的材料可包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种或组合，构成所述重新布线层103的金属布线层的材料可包括铜、铝、镍、金、银及钛中的一种或组合。制作所述重新布线介质层的方法可包括物理气相沉积及化学气相沉积中的一种或组合，制作所述金属布线层的方法可包括物理气相沉积、化学气相沉积、电镀及化学镀中的一种或组合。所述重新布线介质层及金属布线层的具体制备方法、材料、层数及分布形貌，可根据具体需要进行选择，此处不作限制。

如图3，本实施例中，首先在所述分离层102上形成PI-0重新布线介质层113。之后，如图4，可采用蒸镀、溅镀的方式，在所述PI-0重新布线介质层113的表面形成金属种子层123。所述金属种子层123可包括Ti/Cu层。之后如图5，在所述金属种子层123上形成M-1金属布线层133。其中，形成所述M-1金属布线层133的方法可采用电镀法，即在所述金属种子层123上沉积M-1金属布线层材料，并图形化，以形成所述M-1金属布线层133。当然形成所述M-1金属布线层133的方法也可采用物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀或物理气相沉积、化学气相沉积、电镀及化学镀的组合，具体形成方法此处不作过分限制。之后如图6～图7，形成PI-1重新布线介质层143、M-2金属布线层153、PI-3重新布线介质层163及M-3金属布线层173，制备方法可根据需要进行选择，此处不再赘述。

如图8～图16，于所述重新布线层103的第二面上形成带有空气腔194的单极化天线结构104。

具体的，如图8，于所述重新布线层103的第二面上形成金属连接柱114，所述金属连接柱114与所述重新布线层103电连接。

作为该实施例的进一步实施例，形成所述金属连接柱114的方法可包括焊线法、物理气相沉积、化学气相沉积、电镀及化学镀中的一种或组合，所述金属连接柱114的材料可包括铜、金、银及铝中的一种或组合。

之后，形成封装层124，所述封装层124覆盖所述重新布线层103的第二面及金属连接柱114，且显露所述金属连接柱114的顶面。

作为该实施例的进一步实施例，所述封装层124的材料可包括聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种或组合。形成所述封装层124的方法可包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种或组合。在形成所述封装层124后，还可采用化学机械研磨的方法作用于所述封装层124的上表面，提供平整的所述封装层124，以进一步提高产品质量。

如图9，去除部分所述封装层124，形成贯穿所述封装层124的沟槽134，以显露所述重新布线层103的所述金属布线层。

具体的，去除所述封装层124的方法可包括干法蚀刻及湿法蚀刻中的一种或组合。通过去除部分所述封装层124，以在所述封装层124中形成显露所述M-3金属布线层173的所述沟槽134，所述沟槽134的具体形貌及尺寸可根据需要进行选择，此处不作限制。

接着，如图10～图13，形成空气介质层，所述空气介质层填满所述沟槽134。

作为该实施例的进一步实施例，形成所述空气介质层的步骤可包括：

于所述封装层124的表面沉积空气介质层材料，所述空气介质层材料填满所述沟槽134；

对位于所述沟槽134中的所述空气介质层材料进行曝光及显影；

对所述空气介质层材料进行表面极化，以形成填满所述沟槽134的所述空气介质层。

作为该实施例的进一步实施例，所述空气介质层可包括PI介质层154。

具体的，所述空气介质层可采用正性光阻、负性光阻或所述PI介质层154，本实施例中优选采用性能稳定的所述PI介质层154，以避免后续在形成所述天线金属层时，对所述空气介质层造成影响。

具体的，如图10，于所述封装层124的表面形成PI介质层材料144，以填满所述沟槽134。之后，如图11～图13，对位于所述沟槽134中的所述PI介质层材料144进行曝光及显影，并采用表面极化工艺，以形成填满所述沟槽134的所述PI介质层154。其中，优选所述PI介质层154与所述封装层124具有同一水平面，以降低后续制备所述天线金属层的工艺难度。

之后，如图13～图15，于所述封装层124上形成天线金属层184，所述天线金属层184覆盖所述空气介质层，且所述天线金属层184与所述金属连接柱114电连接。

作为该实施例的进一步实施例，形成所述天线金属层184的方法可包括电镀法，其中，电镀法制备所述天线金属层184的步骤可包括：

于所述封装层124及空气介质层的表面形成金属种子层164；

于所述金属种子层164上形成掩膜层，并图形化所述掩膜层；

沉积天线金属层材料，并去除所述掩膜层及位于所述掩膜层下方的所述金属种子层164，以形成所述天线金属层184。

作为该实施例的进一步实施例，所述掩膜层可包括光阻及PI层中的一种。

具体的，如图13，于所述封装层124及PI介质层154的表面形成所述金属种子层164。之后，如图14，于所述金属种子层164上形成光阻材料，并图形化所述光阻材料，以形成所述光阻174。如图15及图16，沉积天线金属层材料，并去除所述光阻174及位于所述光阻174下方的所述金属种子层164，以形成覆盖所述PI介质层154的所述天线金属层184。

之后，如图16，去除所述空气介质层，以在所述封装层124中形成所述空气腔194，所述空气腔194以所述天线金属层184作为顶部，且以所述金属布线层作为底部。

具体的，去除所述光阻174及所述PI介质层154的方法可采用湿法蚀刻的方式，但并非局限于此。本实施例中，形成所述天线金属层184的方法采用所述电镀法，所述掩膜层采用所述光阻174，但并非局限于此。如形成所述天线金属层184的方法也可采用物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀或物理气相沉积、化学气相沉积、电镀及化学镀的组合，具体形成方法此处不作过分限制。所述掩膜层也可采用所述PI层，且当所述PI层与所述PI介质层154为相同材料时，也可仅进行一次湿法蚀刻工艺，以去除位于所述沟槽134及位于所述封装层124表面的所述PI介质层154。

之后，如图17，去除所述分离层102及支撑衬底101，以显露所述重新布线层103的第一面。

具体的，在去除所述分离层102及支撑衬底101以显露所述重新布线层103的所述PI-0重新布线介质层113的底面之后，根据需要还可在所述重新布线层103上形成与所述金属布线层电连接的半导体芯片及金属凸块等，此处不作介绍。

本实施例还提供了一种单极化封装天线，所述单极化封装天线的制备方法可采用上述制备方法，但并不局限于此。本实施例的单极化封装天线，在封装层中形成以天线金属层作为顶部，以金属布线层作为底部的空气腔，从而可减少封装天线在移动信道中的损耗，使得信号传输速度更快，以凭借其高速度、低延迟的特点，在5G市场中占据有利地位。

如图17，所述单极化封装天线包括：重新布线层103及单极化天线结构104。

具体的，所述单极化封装天线包括：

重新布线层103，所述重新布线层103包括第一面及相对的第二面；

金属连接柱114，形成于所述重新布线层103的第二面上，且与所述重新布线层103电连接；

封装层124，覆盖所述重新布线层103的第二面及金属连接柱114，且所述封装层124的顶面显露所述金属连接柱114；

空气腔194，贯穿所述封装层124，以显露所述重新布线层103的金属布线层；

天线金属层184，位于所述封装层124上并与所述金属连接柱114电连接，且所述空气腔194以所述天线金属层184作为顶部，以所述金属布线层作为底部。

作为该实施例的进一步实施例，所述天线金属层184与所述封装层124之间还可包括金属种子层164。

作为该实施例的进一步实施例，所述金属布线层可包括铜层、铝层、镍层、金层、银层及钛层中的一种或组合；所述天线金属层184可包括铜层、铝层、镍层、金层、银层及钛层中的一种或组合。

作为该实施例的进一步实施例，所述金属连接柱114可包括铜金属柱、金金属柱、银金属柱及铝金属柱中的一种或组合。

作为该实施例的进一步实施例，所述封装层124可包括聚酰亚胺层、硅胶层及环氧树脂层中的一种或组合。

作为该实施例的进一步实施例，还可包括位于所述重新布线层103的第一面上的半导体芯片及金属凸块。

综上所述，本发明的单极化封装天线及其制备方法，在封装层中形成以天线金属层作为顶部，以金属布线层作为底部的空气腔，从而可减少封装天线在移动信道中的损耗，使得信号传输速度更快，以凭借其高速度、低延迟的特点，在5G市场中占据有利地位。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。