[发明专利]一种基于晶圆级封装工艺的波导过渡结构

说明书

本发明公开了一种基于晶圆级封装工艺的波导过渡结构，该波导过渡结构包括晶圆级封装基板和PCB载板，所述晶圆级封装基板的主体为注模材料衬底，其下表面覆盖有封装背金层；晶圆级封装基板的上表面主要包括屏蔽围框、折叠偶极子阵列及共面波导传输线及芯片的供电、控制信号走线；注模材料衬底嵌有射频芯片；注模材料衬底上设有注模通孔；该波导过渡结构还包括与屏蔽围框和芯片供电、控制信号走线相连接的BGA焊球，其另一侧与PCB板上的焊盘接触；所述封装背金层、注模通孔及屏蔽围框围成一天线背腔，天线背腔与由共面波导馈电的折叠偶极子阵列、BGA焊球组成晶圆级封装基板波导过渡部，所述晶圆级封装基板波导过渡部一端与射频芯片的射频输入输出端口相连，另一端与标准波导对接。

技术领域

本发明属于封装技术领域，具体涉及一种基于晶圆级封装工艺的波导过渡结构。

背景技术

射频前端电路和模块正在朝着小型化和集成化的方向发展。作为一种先进封装工艺，晶圆级封装工艺可以实现多芯片的高度集成和封装，同时可有效降低芯片间的互连损耗，是一种理想的毫米波封装工艺。然而在一些场合，需要整个系统以波导的方式输出射频信号，这就需要设计专门的波导过渡结构，以便将封装内射频芯片的高频信号转换成波导传输模式。

传统的波导过渡结构一般在金属腔体中通过石英探针实现，然而由于封装工艺的差别，这种结构并不适用于晶圆级封装技术。为了引出晶圆级封装内部的高频信号，更一般的方法是将射频信号通过BGA焊球从晶圆级封装内部引出至PCB板上，再在PCB板上设计波导过渡结构。但随着频率的上升，射频信号经过BGA焊球和PCB传输线的损耗会急剧增加，造成射频功率的损失。而在一些由晶圆级封装到波导的直接过渡结构中，由于需要将高阻硅加工成特殊的椎体，并和晶圆封装、PCB板、金属波导准确的对位和安装，在增加加工成本的同时，其装配难度也急剧增加，同时其插入损耗也较大(3.4dB)。因此急需一种易加工实现、损耗较小且适合批量生产的晶圆级封装至波导的过渡结构，用于解决晶圆级封装内部高频信号的输入输出问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明旨在提供一种晶圆级封装至波导的过渡结构，实现毫米波信号由晶圆级封装直接传输至波导中，减少高频信号的传输路径和损耗，同时结构简单，便于实际加工生产。具体方案如下：

一种基于晶圆级封装工艺的波导过渡结构，该波导过渡结构包括晶圆级封装基板和PCB载板，二者之间通过焊接连接；所述晶圆级封装基板的主体为注模材料衬底，其下表面覆盖有封装背金层；晶圆级封装基板的上表面主要包括屏蔽围框、折叠偶极子阵列及共面波导传输线及芯片的供电、控制信号走线；注模材料衬底嵌有射频芯片，射频芯片通过制作于注模材料衬底表面的金属线路实现电信号的输入输出；注模材料衬底上设有注模通孔，注模通孔的侧壁镀有金属；该波导过渡结构还包括与屏蔽围框和芯片供电、控制信号走线相连接的BGA焊球，其另一侧与PCB板上的焊盘接触，并通过回流焊工艺实现电连接及固定；所述封装背金层、注模通孔及屏蔽围框围成一天线背腔，天线背腔与由共面波导馈电的折叠偶极子阵列、BGA焊球组成品圆级封装基板波导过渡部，所述晶圆级封装基板波导过渡部一端与射频芯片的射频输入输出端口相连，另一端与标准波导对接，从而将射频芯片输出的射频信号传输至标准波导中，或者将由标准波导进入的射频信号输入射频芯片内。

进一步，PCB载板上开有窗口，窗口的四个侧面由金属覆盖，从而形成等效矩形波导。

进一步，窗口的形状、尺寸与标准波导的波导口一致。

进一步，共面波导传输线的阻抗为50Ω。

进一步，所述晶圆级封装基板通过晶圆级封装工艺加工制得。

进一步，PCB载板表面有与晶圆级封装基板上的BGA焊球相对应的焊盘，焊盘用于经PCB布线将晶圆级封装基板内部的信号引出至PCB载板上，同时将晶圆级封装基板固定于PCB载板上。

进一步，所述注模材料衬底层厚0.5mm。

进一步，所述注模材料衬底的材料为环氧树脂。