CN103855458A - 在天线中嵌入低k材料 - Google Patents

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Abstract

一种器件包括贴片天线，该贴片天线包括馈线和位于馈线上方的接地板。接地板具有位于其中的孔。低k介电模块位于孔的上方并且与孔对准。贴片位于低k介电模块的上方。本发明还提供了在天线中嵌入低K材料。

Description

在天线中嵌入低K材料
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及一种天线及其制造方法。
背景技术
内置天线广泛用于诸如手机的移动应用中。通常，利用低温共烧陶瓷(LTCC)形成天线，其中，多个LTCC层用于分离天线的馈线(feeding line)、接地板和贴片。天线的特性与LTCC层的厚度相关。为了增加天线的可用带宽，需要增加LTCC层的数量。这为高频应用带来了问题。由于LTCC层的数量增加，天线的总厚度增加，因而最终应用的厚度增加。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种器件，包括：贴片天线，包括：馈线；接地板，位于所述馈线的上方，所述接地板包括位于其中的孔；低k介电模块，位于所述孔的上方并且与所述孔对准；以及贴片，位于所述低k介电模块的上方。
该器件还包括：环绕所述低k介电模块的成型材料。
该器件还包括：在所述成型材料中模制的器件管芯，其中，所述器件管芯与所述贴片天线电连接。
在该器件中，所述成型材料的顶面与所述低k介电模块的顶面基本上齐平，并且所述成型材料的底面与所述低k介电模块的底面基本上齐平。
在该器件中，所述接地板包括顶面，所述顶面包括：第一部分，与所述低k介电模块的底面接触；以及第二部分，与所述成型材料的底面接触。
在该器件中，从上往下看时，所述低k介电模块的区域不同于所述接地板的区域。
该器件还包括：附加贴片天线，包括：附加馈线；附加接地板，位于所述附加馈线的上方并且包括位于其中的附加孔；附加低k介电模块，位于所述附加孔的上方并且与所述附加孔对准；和附加贴片，位于所述附加低k介电模块的上方；以及介电区，位于所述低k介电模块和所述附加低k介电模块之间并且使所述低k介电模块和所述附加低k介电模块分离，所述介电区和所述低k介电模块由不同材料形成。
在该器件中，所述低k介电模块包括选自基本上由膨胀的聚苯乙烯泡沫、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硬橡胶、和多孔材料所组成的组的材料。
根据本发明的另一方面，提供了一种器件，包括：器件管芯；成型材料，其中模制有所述器件管芯；以及贴片天线，包括：贴片；接地板，所述贴片和所述接地板位于所述成型材料的相对侧；和馈线，与所述器件管芯电连接。
该器件还包括位于所述贴片和所述接地板之间的低k介电模块，其中，所述低k介电模块被所述成型材料环绕。
在该器件中，所述低k介电模块包括选自基本上由泡沫聚苯乙烯、特氟纶、卢塞特树脂、硬橡胶和多孔材料所组成的组的材料。
在该器件中，所述贴片和所述接地板与所述低k介电模块的相对表面接触，并且所述器件管芯的表面与所述成型材料的表面齐平。
在该器件中，所述贴片和所述馈线与所述低k介电模块的相对表面接触，并且所述馈线和所述接地板处于相同水平。
在该器件中，所述贴片和所述馈线与所述低k介电模块的相对表面接触，并且所述低k介电模块和所述接地板位于所述馈线的相对侧。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：在第一载体上方放置器件管芯和低k介电模块；在成型材料中模制所述器件管芯和所述低k介电模块；在所述成型材料的上方形成贴片天线的接地板；在所述接地板的上方形成所述贴片天线的馈线，其中，所述馈线与所述器件管芯电连接；以及在所述低k介电模块的下方形成所述贴片天线的贴片。
在该方法中，模制步骤和形成所述接地板的步骤包括：在所述器件管芯和所述低k介电模块的上方施加所述成型材料，其中，所述成型材料填充在所述器件管芯和所述低k介电模块之间的间隙中；研磨所述成型材料；暴露所述器件管芯的金属连接件；以及形成位于所述成型材料上方并且与所述金属连接件电连接的所述接地板。
该方法还包括：在形成所述接地板和形成所述馈线之后，使所述第一载体与所述成型材料脱离；在形成所述贴片的步骤之前，附接第二载体，其中，将所述第一载体和所述第二载体附接至所述成型材料和所述器件管芯的相对侧；以及在形成所述贴片之后，使所述第二载体与包括所述成型材料的封装件脱离。
在该方法中，形成所述接地板、所述馈线和所述贴片的步骤包括喷镀。
在该方法中，放置所述低k介电模块的步骤包括放置预先形成的介电模块，所述预先形成的介电模块包含选自基本上由泡沫聚苯乙烯、特氟纶、卢塞特树脂、硬橡胶和多孔材料所组成的组的材料。
该方法还包括，在形成所述贴片天线时，同时形成多个贴片天线，其中，所述多个贴片天线中的每一个都包括位于所述成型材料的相对侧的部分。
附图说明
为了更充分地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1至图12是根据一些示例性实施例制造具有嵌入的低k介电材料的贴片天线的中间阶段的截面图；
图13和图14分别示出利用图1至图12中的工艺步骤所形成的贴片天线的一部分的截面图和俯视图；
图15A和图15B分别示出根据可选实施例的贴片天线的截面图和俯视图，其中，馈线和接地板位于相同层处；以及
图16A和16B分别示出根据又一个可选实施例的贴片天线的截面图和俯视图，其中，馈线位于低k介电模块和接地板之间。
具体实施方式
下面，详细讨论本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，本实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的构思。所讨论的具体实施例仅仅是示例性的，而不用于限制本发明的范围。
根据各种示例性实施例提供了包括其中含有低k介电材料的天线的封装件及其形成方法。说明了形成封装件的中间阶段。讨论了实施例的变型例。在各个示图和示例性实施例中，类似的参考数字用于指定类似的元件。
图1至图12是根据一些示例性实施例制造包括内置贴片天线(patchantenna)的封装件的中间阶段的截面图。图1示出载体20以及在其上形成的粘合层22。载体20可以是玻璃载体、陶瓷载体等。粘合层22可以由诸如紫外线(UV)胶的粘合剂形成。器件管芯24设置在载体20上方，例如通过粘合层22固定在载体20上。器件管芯24可以是其中包括逻辑晶体管的逻辑器件管芯。在一些示例性实施例中，为移动应用设计器件管芯24。尽管示出了单个管芯24，但是更多管芯可以置于在载体20上方并且相互齐平。
在一些实施例中，预先形成低k介电模块28，然后，放置在粘合层22上。低k介电模块28包括低k介电材料，该低k介电材料的介电常数(k值)小于约3.8、小于约3.0、小于约2.5、小于约2.0或小于约1.5。低k介电模块28的厚度可以等于或稍微大于器件管芯24的厚度。低k介电模块28的材料可以包括(但不限于)膨胀的聚苯乙烯泡沫(总名称为泡沫聚苯乙烯(Styrofoam)，道化学公司(Dow Chemical Company)的注册商标)、聚四氟乙烯(PTFE，被称为特氟纶(Teflon)，杜邦公司的注册商标)、聚甲基丙烯酸甲酯(也被称为卢塞特树脂(lucite)，璐彩特国际公司的注册商标)、硬橡胶(Ebonite)、或其中具有气体空隙(也被称为气孔)的多孔材料。泡沫聚苯乙烯的k值可以等于约1.03。特氟纶可以的k值等于约2.1。卢塞特树脂的k值可以等于约2.5。硬橡胶的k值可以等于约2.7。低k介电模块28的底面基本上与器件管芯24的底面齐平。低k介电模块28可以是具有均一组分的单层模块，或包括由不同材料所形成的多个层。低k介电模块28的俯视图形状包括矩形、六边形、圆形或任何其他形状。在一些实施例中，在图1中的结构的俯视图中，分配多个低k介电模块28作为阵列。低k介电模块28的数量可以大于2、4、6或任何其他数量。
在一些示例性实施例中，将电连接件26(诸如铜柱或金属焊盘)形成为器件管芯24的顶部并且与器件管芯24中的器件(未示出)电连接。在一些实施例中，电连接件26从周围的介电材料的顶面突出。在可选实施例中，电连接件26与周围的介电材料的顶面齐平。
参照图2，在器件管芯24和低k介电模块28上模制成型材料30。成型材料30填充器件管芯24和低k介电模块28之间的间隙，并且可以与粘合层22接触。另外，成型材料30可以包括位于器件管芯24和低k介电模块28上方的部分。成型材料30可以包括模塑料、成型底部填充物、环氧树脂或树脂。成型材料30的k值可以大于约3.5、大于约5.5、或大于约7.5。此外，成型材料30的k值大于低k介电模块28的k值。例如，成型材料30的k值与低k介电模块28的k值之间的差值可以大于约0.5、大于约1.0、或大于约2.0。成型材料30的顶面高于电连接件26和低k介电模块28的顶端。在可选实施例中，其中，电连接件26是突出部件，成型材料30还可以填充电连接件26之间的间隔。
接下来，实施可以包括研磨步骤的减薄步骤以减薄成型材料30。由于减薄步骤，低k介电模块28的顶面28A可以与成型材料30的顶面30A基本上齐平。在随后的步骤中，如图3所示，实施蚀刻步骤以在成型材料30中形成开口32，通过开口32暴露器件管芯24的电连接件26。
接下来，参照图4，例如，通过喷镀在开口32中形成金属凸块34。金属凸块34可以包括铜、铝、钨等。在可选实施例中，其中，电连接件26是突出部件，在成型材料30的模制和成型材料30的减薄之后，电连接件26被暴露，并且与减薄的成型材料30的顶面齐平。因此，在这些实施例中，可以省略蚀刻成型材料30以形成开口32(图3)和喷镀以形成金属凸块34。
接下来，参照图5，再分布线(RDL)42和接地板(ground panel)44在成型材料30的上方形成，并且与电连接件26连接。在一些实施例中，通过沉积金属层，并且图案化该金属层来形成RDL42。在可选实施例中，利用镶嵌工艺来形成RDL42和接地板44。RDL42和接地板44可以包括金属或金属合金，该金属或金属合金包含铝、铜、钨和/或它们的合金。接地板44与低k介电模块28重叠并且接地板44的俯视图尺寸可以大于、等于、或小于低k介电模块28的俯视图尺寸。接地板44在最终的封装件中电接地。接地板44还可以通过RDL42与器件管芯24电连接。每个接地板44可以包括与下面的低k介电模块28对准的孔45。
参照图6，介电层46在RDL42和接地板44的上方形成，并且填充RDL42和接地板44之间的间隙。在一些实施例中，介电层46由低k介电材料形成，该低k介电材料可以具有小于约3.5、3.0、2.5或2.0的介电常数。介电层46还可以由诸如聚苯并恶唑(PBO)、聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)等的聚合物形成。
图7示出RDL48和馈线50的形成。RDL48和馈线50由导电材料形成，该导电材料可以是包括铝、铜、钨、镍等的金属或金属合金。形成工艺可以包括图案化介电层46以暴露RDL42，并且例如，通过喷镀形成RDL48和馈线50。馈线50与器件管芯24电连接，因此可以从器件管芯24接收信号或为器件管芯24提供所接收的信号。接下来，如图8所示，形成可以包括氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、PBO等的介电层52以覆盖RDL48和馈线50。在随后的步骤中，可以形成电连接件54(在图7中未示出，参照图13)以电连接RDL48，并且可能电连接接地板44和/或馈线50。根据一些示例性实施例，连接件54的形成可以包括在RDL48的暴露部分上放置焊球，然后对该焊球进行回流。在可选实施例中，连接件54的形成包括实施喷镀步骤以在RDL48上方形成焊料区，然后对该焊料区进行回流。连接件54还可以包括可以通过喷镀形成的金属柱、或金属柱和焊料覆盖件。在整个说明书中，包括器件管芯24、低k介电模块28、成型材料30、和上面的RDL42和48、接地板44、馈线50、和介电层46以及52的组合结构被称为封装件100，封装件100在该步骤可以具有晶圆形式。
参照图9和图10，实施载体转换。使图8中的载体20和相应的粘合层22与封装件100脱离，并且在图9中示出了生成的结构。例如，当粘合层22由UV胶形成时，可以将粘合层22暴露于UV光下，使得粘合层22失去粘附性，因此可以使载体20和粘合层22与封装件100脱离。接下来，如图10所示，将载体56附接至封装件100，其中，将载体20和56附接至封装件100的相对侧。可以通过可以是UV胶、胶带等的粘合剂58将载体56附接至封装件100。
参照图11，在载体转换之后，暴露低k介电模块28、器件管芯24、和成型材料30。在所示的结构中，低k介电模块28的背面28B与器件管芯24的背面24A齐平。低k介电模块28的背面28B也可以与成型材料30的表面30B基本上齐平。然后，在封装件100的背面上形成贴片60。贴片60由导电材料形成，该导电材料可以是包括铝、铜、钨、镍等的金属或金属合金。贴片60的底面可以与低k介电模块28重叠，并且可以与低k介电模块28的底面28B接触。贴片60还可以延伸到成型材料30上并且与成型材料30接触。贴片60的俯视图尺寸可以大于、等于、或小于各自下面的低k介电模块28的俯视图尺寸。
图12示出用于覆盖贴片60和器件管芯24的介电层62的形成。介电层62可以包括氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、PBO等。在随后的步骤中，使载体56和粘合层58与封装件100脱离。可以切割开相应的晶圆，多个封装件100相互分离。
图13示出封装件100，其中，示意性地示出电连接件54。封装件100包括贴片天线64，根据一些实施例，贴片天线64可以形成天线阵列。每个贴片天线64都包括馈线50中的一条、接地板44中的一个和贴片60中的一个。在成型材料30中形成低k介电模块28，并且低k介电模块28的顶面可以与成型材料30的顶面齐平，并且可以与器件管芯24的背面齐平。低k介电模块28的底面可以与成型材料30的底面齐平。同一天线64的贴片60和接地板44位于低k介电模块28中的同一低k介电模块的相对侧上并且可以与该低k介电模块28中同一低k介电模块接触。接地板44包括与相应的低k介电模块28对准的孔45。
图14示出一个贴片天线64的仰视图。孔45位于接地板44中。馈线50横穿孔45，并且与接地板44间隔开。在天线64运行期间，接地板44电接地。器件管芯24为馈线50提供高频(诸如射频)信号，从而馈线50通过孔45将该信号传送至贴片60。然后，贴片60发射该信号。可选地，贴片60接收信号、将信号传送至馈线59，并且到达器件管芯24。
图15A至16B示出根据可选实施例的贴片天线64的截面图和俯视图。除非另有规定，这些实施例中的元件的材料和形成方法与通过如图1至图14所示的实施例中的类似参考数字指示的类似元件基本上相同。因此，可以在图1至图14中所示的实施例的论述中找到与图15A至16B中所示的元件的形成工艺和材料相关的细节。
参照图15A，贴片天线64包括贴片60、位于贴片60下方的低k介电模块28以及位于低k介电模块28下方的接地板44和馈线50。在一些实施例中，在同一RDL层中形成接地板44和馈线50，除了根据这些实施例的金属图案与图5中示出的金属图案不同之外，该RDL层可以基本上是在图5中形成的同一层。当实施图5所示的步骤之后，同时形成接地板44和馈线50。
图15B示出图15A中的贴片天线64的俯视图。如图15B所示，接地板44包括开口51。馈线50延伸至开口51中并且通过填充有介电材料的空间51与接地板44间隔开。低k介电模块28和贴片天线64可以与馈线50和空间51的至少一些部分重叠。
图16A示出根据又一可选实施例的贴片天线64。除了根据这些实施例的馈线50位于接地板44和低k介电模块28之间之外，这些实施例类似于图13和图14中的实施例。低k介电模块28和贴片天线64可以与馈线50的至少一些部分重叠。在这些实施例中，可以利用图5所示的步骤形成馈线50，并且可以利用图7所示的步骤形成接地板44。图16B示出了图16A所示的贴片天线64的俯视图。
通过利用天线64中低k介电模块28，天线64的可用频率范围增加而不需要增加例如贴片60和接地板44之间的距离。此外，可以通过选择用于低k介电模块28的合适材料来调节天线64的特性。
根据实施例，一种器件包括贴片天线，该贴片天线包括馈线和位于馈线上方的接地板。接地板具有位于其中的孔。低k介电模块位于孔的上方并且与孔对准。贴片位于低k介电模块的上方。
根据其他实施例，一种封装件包括：器件管芯；成型材料，器件管芯模制在其中；和贴片天线。贴片天线包括贴片和接地板。贴片和接地板位于成型材料的相对侧上。贴片天线还包括与器件管芯电连接的馈线。
根据又一些实施例，一种方法包括在载体上方放置器件管芯和低k介电模块，以及在成型材料中模制器件管芯和低k介电模块。在成型材料的上方形成贴片天线的接地板。在接地板的上方形成贴片天线的馈线，其中，馈线与器件管芯电连接。在低k介电模块的下方形成贴片天线的贴片。
虽然已经详细地描述了实施例及其优点，但是应该理解，在不背离如通过所附的权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，在本文中可以进行多种变化、替换以及更改。而且，本申请的范围并不是意在受限于说明书中所述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明将很容易地理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每条权利要求都构成一个单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合也在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种器件，包括：
贴片天线，包括：
馈线；
接地板，位于所述馈线的上方，所述接地板包括位于其中的孔；
低k介电模块，位于所述孔的上方并且与所述孔对准；以及
贴片，位于所述低k介电模块的上方。
2.根据权利要求1所述的器件，还包括：
环绕所述低k介电模块的成型材料。
3.根据权利要求2所述的器件，还包括：
在所述成型材料中模制的器件管芯，其中，所述器件管芯与所述贴片天线电连接。
4.根据权利要求2所述的器件，其中，所述成型材料的顶面与所述低k介电模块的顶面基本上齐平，并且所述成型材料的底面与所述低k介电模块的底面基本上齐平。
5.根据权利要求2所述的器件，其中，所述接地板包括顶面，所述顶面包括：
第一部分，与所述低k介电模块的底面接触；以及
第二部分，与所述成型材料的底面接触。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，从上往下看时，所述低k介电模块的区域不同于所述接地板的区域。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括：
附加贴片天线，包括：
附加馈线；
附加接地板，位于所述附加馈线的上方并且包括位于其中的附加孔；
附加低k介电模块，位于所述附加孔的上方并且与所述附加孔对准；和
附加贴片，位于所述附加低k介电模块的上方；以及
介电区，位于所述低k介电模块和所述附加低k介电模块之间并且使所述低k介电模块和所述附加低k介电模块分离，所述介电区和所述低k介电模块由不同材料形成。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述低k介电模块包括选自基本上由膨胀的聚苯乙烯泡沫、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硬橡胶、和多孔材料所组成的组的材料。
9.一种器件，包括：
器件管芯；
成型材料，其中模制有所述器件管芯；以及
贴片天线，包括：
贴片；
接地板，所述贴片和所述接地板位于所述成型材料的相对侧；和
馈线，与所述器件管芯电连接。
10.一种方法，包括：
在第一载体上方放置器件管芯和低k介电模块；
在成型材料中模制所述器件管芯和所述低k介电模块；
在所述成型材料的上方形成贴片天线的接地板；
在所述接地板的上方形成所述贴片天线的馈线，其中，所述馈线与所述器件管芯电连接；以及
在所述低k介电模块的下方形成所述贴片天线的贴片。
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