[实用新型]一种基于金属基底的集成天线和射频前端的埋入封装结构

说明书

本实用新型公开了一种基于金属基底的集成天线和射频前端的埋入封装结构，包括：金属基底，所述金属基底具有位于下表面的芯片腔体、过孔腔体和位于上表面的天线腔体；芯片，所述芯片有源面朝外埋入所述芯片腔体中；介质层，所述介质层填充所述过孔腔体和所述芯片与所述芯片腔体之间的间隙，并覆盖所述金属基底的下表面和所述芯片的有源面；导电通孔，所述导电通孔贯穿所述介质层，并与所述芯片电连接；布线层，所述布线层设置在所述介质层的下面，且电连接所述导电通孔；第二基底，所述第二基底设置在所述金属基底的上方；以及天线，所述天线固定设置在所述天线腔体上方的所述第二基底的下表面。

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种基于金属基底的集成天线和射频前端的埋入封装结构。

背景技术

为了进一步提高芯片封装结构的集成度，国际半导体技术发展路线组织提出超越摩尔定律，旨在将处理器、存储器、射频模块、数字模块、模拟模块、光电模块、传感模块等集成在单一封装体中实现系统级封装(SiP)。若将天线也集成在系统级封装中，则可称为天线级封装(AiP)。根据特定的终端应用进行定制，以充分利用各潜在优势，SiP形式涵盖了从传统包括多个有源芯片和无源元件的2D模块到更复杂模块如PiP、PoP、2.5D和3D的集成解决方案。所用基底材料包括LTCC、有机基板、硅、PCB、玻璃和塑封胶。

目前对AiP的研究主要集中在单芯片收发机与天线的集成，然而，实现多芯片射频前端和天线阵列集成，上述封装和集成方法面临的主要技术问题包括：首先，随着集成度的提高，有源芯片的散热量增加，但是在天线级封装中无法再利用封装体上贴装热忱的方式进行散热，因此对于高集成度的、集成天线和射频前端的封装体来说，急需一种高效且结构简单的热管理方式；其次，射频前端所用毫米波芯片多基于化合物半导体工艺，其有源面表面传输线和电感电容空气桥及背部接地要求使芯片的封装形式局限于引线键合，但是随着工作频率升高，键合线的寄生效应不可忽略，同时这种互连方式也限制了多层堆叠封装体剖面的进一步降低；再之，封装体轻薄化和小型化需求限制了天线性能的提高；最后，将天线与射频前端高密度集成时，有源芯片与有源芯片间、天线与有源芯片间的电磁干扰问题尤为严重。

目前基于有机基板的集成射频前端和天线的典型封装结构如图1、图2和图3所示。图1所示的封装结构中射频收发机单芯片分别装配在不同的有机基板LCP上，两有机基板通过BGA互连，收发机芯片通过键合线与外围电路互连，天线置于封装体的最上方。图1所示的封装结构存在如下问题：首先，引线键合互连方式在毫米波波段寄生效应严重；其次，天线基底厚度受限于基板厚度，从而性能受限；最后，分别装配有收发机芯片的基板通过BGA互连，增加了封装体剖面，增加了链路损耗，且不能实现密封。图2所示的封装结构中有源芯片倒装焊于有机基板开槽中，为了增加天线性能，天线基底被挖空。图2所示的封装结构存在如下问题：首先，这种方法不适用于背部要求接金属地的有源芯片的封装；其次，封装体中多层介质形成的空腔不被填充会引起可靠性问题，且挖介质腔这种方法提升天线性能有限。同时，上述两种方案均面临较严重的散热问题。图3所示的封装结构中有源芯片倒装装配在加工有天线的有机基板上，天线通过多层叠孔馈电。图3所示的封装结构存在如下问题：多层叠孔馈电极大增加了链路损耗，且天线性能受限；热沉贴装于芯片RFIC背面，并嵌入到主板PCB中，这种散热方式结果较为复杂且散热效率较低。

针对目前射频前端与天线集成封装结构存在的热管理方式受限、化合物半导体芯片集成方式受限、封装体中天线性能受限及高密度集成时有源芯片间及有源芯片和天线间的电磁兼容性等问题，本实用新型提出一种基于金属基底的集成天线和射频前端的埋入封装结构及其制作方法，较好了克服了上述问题，拓展了射频前端和天线集成封装结构的应用场景。

实用新型内容

针对目前射频前端与天线集成封装结构存在的热管理方式受限、化合物半导体芯片集成方式受限、封装体中天线性能受限及高密度集成时有源芯片间及有源芯片和天线间的电磁兼容性等问题，根据本实用新型的一个实施例，提供一种基于金属基底的集成天线和射频前端的埋入封装结构，包括：