[发明专利]封装天线及其制造方法

说明书

本公开涉及一种封装天线及其制造方法，所述封装天线包括：芯片；基板，具有相对的第一表面和第二表面，基板在第一表面上开设有基板槽，芯片固定于基板槽中，且芯片的正面暴露于第一表面且与第一表面平齐，基板设置有基板金属层，该基板金属层形成有反射地平面和连接在第二表面上的多个焊盘，该焊盘与基板中的过孔连接；再布线层，设置在基板的第一表面和芯片的正面上，再布线层包括至少一层RDL金属层，该至少一层RDL金属层形成有第一天线辐射贴片、馈线和多个扇出引线，馈线与芯片连接以向天线辐射贴片馈电；以及多个焊球。本公开提供的封装天线能够在降低封装寄生参数，减小封装尺寸的基础上，优化天线性能。

技术领域

本公开涉及封装天线技术领域，具体地，涉及一种封装天线和封装天线的制造方法。

背景技术

随着近几十年科学技术的发展，毫米波逐渐向民用小型化多功能的方向发展，在汽车雷达、高速数据通信、工业自动化传感器、医疗器材等方面获得了广泛的应用。天线是无线系统中的重要部件，有分离和集成两种形式。其中集成天线包括片上天线(Antenna-on-Chip，简称“AoC”)和封装天线(Antenna-in-Package，简称“AiP”)两大类型。片上天线技术通过半导体材料与工艺将天线与其他电路集成在同一个芯片上，优点是集成度高，不需要额外的互连，寄生效应小，尤其对于太赫兹频段更适用一些。缺点是天线占用成本较高的采用微波工艺的芯片面积，以及工艺本身对天线结构和性能产生了限制。另外集成电路设计和纠错周期长、费用高也限制了AoC技术的应用。AiP技术是通过封装材料与工艺将天线集成在携带芯片的封装内。AiP技术很好地兼顾了天线性能、成本及体积，代表着近年来天线技术重大成就，因而是目前毫米波应用的主流方向。同AoC相比，AiP系统设计周期短，方便灵活，可以采用同一颗芯片搭配不同的天线结构，实现需要的性能。如今几乎所有的60GHz无线通信和手势雷达芯片都采用了AiP技术。除此之外，在79GHz汽车雷达，5G通信，122GHz传感器等应用和研究中也都广泛应用AiP天线解决方案。

毫米波频段在30-300GHz之间，频带非常宽。同微波雷达相比，毫米波雷达具有波束窄、天线体积小的优点、同激光和远红外相比又有穿透性强的优势。天线是毫米波系统中的重要部件，如果将天线设计在系统封装的外面，则需要用同轴线、波导或微带线等实现系统到天线的连接，不仅体积大，而且引入寄生的电感、电容，影响系统的性能，此外制作加工过程引入的误差以及误差控制也提高了成本，使毫米波方案难以普及。封装天线(AiP)技术将天线与射频收发系统集成在一个小的封装模块中，大大减轻了天线到芯片互连的设计问题，在整个系统获得更高集成度的同时，降低了成本，提升了系统性能。

在AiP技术中，天线和MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路)芯片的互连可以采用管脚键合、倒装凸点或者扇出(fan out)技术。采用管脚键合做芯片和天线的互连是最标准和低成本的封装形式，键合管脚直接将芯片的毫米波信号焊盘引出到基板上或接到天线模块的馈线焊盘。由于键合管脚寄生电感大，对带宽产生限制。同时严重影响匹配，需要做补偿。当键合管脚的长度和波长可以比拟时，则形成寄生天线，使天线增益和辐射效率降低。

倒装凸点焊接采用转接基板，是另一种常用的封装形式，通常天线图形做在基板上，芯片通过焊球接到基板上的馈线，由于凸点寄生效应比较小，更适合毫米波连接。但这种结构只能用于芯片焊盘间距较大的情况，对于小尺寸焊盘应用较为困难，实现成本较高。通常采用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的芯片标准50ohm特征阻抗接地共面波导输出焊盘，其焊盘节距限制常常难以应用凸点倒装焊的封装形式。