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CN111276466A - 通过集成式金属层或重布层来形成天线 - Google Patents

通过集成式金属层或重布层来形成天线 Download PDF

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CN111276466A CN201911230065.4A CN201911230065A CN111276466A CN 111276466 A CN111276466 A CN 111276466A CN 201911230065 A CN201911230065 A CN 201911230065A CN 111276466 A CN111276466 A CN 111276466A
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Abstract

本申请案涉及通过集成式金属层或重布层来形成天线。本发明揭示具有一体式天线的半导体装置的系统及制造方法。所述半导体装置包含衬底，所述衬底在所述衬底内具有多个金属层，其中所述多个金属层邻近于所述衬底的作用侧。天线结构形成于金属层中的一者上。所述天线结构可经配置以连接到外部装置。所述衬底可包含连接到所述衬底的所述作用侧的重布层。所述天线结构可形成于所述重布层中而非形成于所述金属层中的一者上。所述天线结构的面积可经配置以使得连接到所述天线结构的装置能够在通信网络上操作。所述天线结构可配置为5G网络天线。

Description

通过集成式金属层或重布层来形成天线
技术领域
本文中所描述的实施例涉及集成到半导体装置的金属层或半导体装置的重布层中的天线，例如毫米波天线。
背景技术
随着计算装置越来越融入社会，数据存取及移动性对于典型消费者越来越重要。紧凑无线计算装置(例如手机、平板计算机、膝上型计算机等)变得更快、更小且更具移动性。为了满足新一代产品的需求，移动装置内的处理及存储器封装必须变得更快且更紧凑。第5代无线系统(5G)提供高吞吐量、低等待时间、高移动性及高连接密度。针对移动数据通信利用毫米波带(24GHz到86GHz)对于生产5G系统是有益的。
用于毫米波通信的天线通常包含移动装置内放置于印刷电路板(PCB)上的天线阵列。可用于由天线占据的面积或占用面积随着附接到PCB的装置的密度增加而减少，这可导致较大、移动性较低的装置。这些因素可使得难以将毫米波天线并入到移动装置中。可能存在其它问题、缺点及缺陷。
发明内容
在一方面中，提供一种半导体装置。所述半导体装置包括：衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；所述衬底内的多个金属层，所述多个金属层邻近于所述衬底的第一侧；及天线结构，其形成于金属层中的一者上，其中所述天线结构经配置以连接到外部装置。
在另一方面中，提供一种半导体装置。所述半导体装置包括：衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；重布层，其连接到所述衬底的所述第一侧，所述重布层经配置以将所述半导体装置连接到外部装置；及天线结构，其形成于所述重布层中，所述衬底通过所述重布层连接到所述天线结构。
在又一方面中，提供一种半导体装置组合件。所述半导体装置组合件包括：半导体装置；天线结构，其与所述半导体装置成一体；及外部装置，其连接到所述天线结构。
在再一方面中，提供一种用于制作半导体装置组合件的方法。所述方法包括：提供具有作用侧及非作用侧的衬底；在所述衬底内邻近于所述衬底的所述作用侧形成多个金属层；及在所述多个金属层中的一者上形成天线结构。
在另一方面中，提供一种用于制作半导体装置组合件的方法。所述方法包括：提供具有作用侧及非作用侧的衬底；在所述衬底的所述作用侧上形成重布层；及在所述重布层内形成天线结构。
附图说明
图1是具有具集成式天线的半导体装置的半导体装置组合件的一个实施例的横截面侧视示意图。
图2是半导体装置内的集成式天线的实施例的示意图。
图3是半导体装置内的集成式天线的实施例的示意图。
图4是将集成式天线并入半导体装置的重布层内的半导体装置组合件的一个实施例的横截面侧视示意图。
图5是半导体装置的重布层内的集成式天线的实施例的示意图。
图6是展示制造并入有集成式天线的半导体装置的方法的实施例的流程图。
图7是展示制造并入有集成式天线的半导体装置的方法的实施例的流程图。
虽然本发明易于发生各种修改及替代形式，但已在图式中以实例方式展示且将在本文中详细描述特定实施例。然而，应理解，本发明并不打算限于所揭示的特定形式。而是，本发明欲涵盖属于如由所附权利要求书界定的本发明的精神及范围内的所有修改、等效内容及替代方案。
具体实施方式
在本发明中，论述众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻且使能描述。所属领域的普通技术人员将认识到，本发明可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践。可能未展示及/或可能未详细描述通常与半导体装置相关联的众所周知的结构及/或操作以避免使本发明的其它方面模糊。一般来说，应理解，除本文中所揭示的那些特定实施例外，各种其它装置、系统及/或方法也可在本发明的范围内。
术语“半导体装置组合件”可指可包含中介层、支撑件及/或其它适合衬底的一或多个半导体装置、半导体装置封装及/或衬底的组合件。半导体装置组合件可制造为但不限于离散封装形式、条带或矩阵形式及/或晶片面板形式。术语“半导体装置”通常指包含半导体材料的固态装置。举例来说，半导体装置可包含半导体衬底、晶片、面板或者来自晶片或衬底的单个裸片。半导体装置可进一步包含放置于衬底上的一或多个装置层。半导体装置可在本文中指半导体裸片，但半导体装置不限于半导体裸片。
术语“半导体装置封装”可指具有并入到共同封装中的一或多个半导体装置的布置。半导体封装可包含部分地或完全地囊封至少一个半导体装置的外壳或壳体。半导体封装还可包含承载一或多个半导体装置的衬底。衬底可附接到或以其它方式并入于所述外壳或壳体内。
如本文中所使用，术语“垂直”、“横向”、“上部”及“下部”可指图中所展示的半导体装置及/或半导体装置组合件中的特征的相对方向或位置。举例来说，“上部”或“最上部”可指一特征比另一特征定位为更接近于页面的顶部。然而，这些术语应广义地解释为包含具有其它定向(例如其中顶部/底部、上方/下方、上面/下面、上/下及左/右可取决于定向而互换的翻转或倾斜定向)的半导体装置及/或半导体装置组合件。
本发明的各种实施例针对于半导体装置、半导体装置组合件、半导体封装以及制作及/或操作半导体装置的方法。在一个实施例中，一种半导体装置包括：衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；及所述衬底内的多个金属层，所述多个金属层邻近于所述衬底的第一侧。所述半导体装置包括形成于金属层中的一者上的天线结构，其中所述天线经配置以连接到外部装置。
在另一所揭示实施例中，一种半导体装置包括：衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；及重布层，其连接到所述衬底的所述第一侧。所述重布层经配置以将所述半导体装置连接到外部装置。所述半导体装置包括形成于所述重布层中的天线结构，所述衬底通过所述重布层连接到所述天线结构。
在另一所揭示实施例中，一种半导体装置组合件包括：半导体装置；天线结构，其与所述半导体装置成一体；及外部装置，其连接到所述天线结构。所述半导体装置可在所述半导体装置内包含多个金属层，其中所述天线结构形成于所述多个金属层中的一者上。所述半导体装置可包含形成于所述半导体装置的表面上的重布层，其中所述天线结构形成于所述重布层内。
另一所揭示实施例是一种制作半导体装置组合件的方法。所述方法包括提供具有作用侧及非作用侧的衬底。所述方法包括在所述衬底内邻近于所述衬底的所述作用侧形成多个金属层及在所述多个金属层中的一者上形成天线结构。
还揭示一种用于制作半导体装置组合件的方法。所述方法包括提供具有作用侧及非作用侧的衬底。所述方法包括在所述衬底的所述作用侧上形成重布层及在所述重布层内形成天线结构。
图1是包含连接到外部装置500的半导体装置100的半导体装置组合件200的横截面侧视示意图。半导体装置100是具有第一或作用表面110及与第一表面110相对的第二或非作用表面120的衬底。所述衬底可为硅衬底。半导体装置100包含第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5及第六金属层M6，其共同称为金属层130。金属层130可通过各种方法而邻近于第一或作用表面110形成于衬底内，如受益于本发明的所属领域的普通技术人员将了解。
根据所揭示实施例，所述金属层并入有集成式天线。多个金属层130中的第四金属层M4形成为天线结构140。所述天线可为但不限于用于与一5G装置或若干5G装置一起使用的5G毫米波天线。半导体装置100的第一侧110包含多个互连件150，所述互连件可为经配置以将半导体装置100连接到外部装置500的焊料球栅格。外部装置500可为但不限于经配置以在5G网络上操作的无线电通信装置。天线结构140经由导电路径145连接到多个互连件150。同样地，多个金属层130中的其余金属层各自经由导电路径135连接到多个互连件150。可使用相同导电路径来连接天线结构140及多个金属层130中的其它金属层M1到M3及M5到M6，如受益于本发明的所属领域的普通技术人员将了解。
在半导体装置100的金属层130内使用一体式天线结构140消除对在半导体装置100的顶部上、在连接到半导体装置100的印刷电路板上或在类似位置提供额外天线结构的需要。出于图解说明性目的展示形成于第四金属层M4上的天线结构140，且多个金属层130中的金属层M1到M6中的任一者可形成为天线结构。同样地，多个金属层130可包括多于或少于图1中所展示的六(6)个层M1到M6。天线结构140经配置以使得外部装置500能够使用经由多个互连件150电连接到外部装置500的天线结构140来进行发射及/或接收。
图2是半导体装置100内的集成式天线结构140的实施例的示意图。如本文中所论述，天线结构140可形成于半导体装置100内的金属层上。半导体装置100具有为半导体装置100的宽度W1与半导体装置100的长度L1的乘积的第一面积。举例来说，半导体的面积可介于但不限于50mm2到130mm2之间的范围内。集成式天线结构140经配置为具有为天线结构的宽度W2与天线结构140的长度L2的乘积的第二面积。天线结构140的第二面积经配置以使得连接到天线结构140的外部装置能够利用天线结构140。
在一实施例中，天线结构140的第二面积可不必与半导体装置100的第一面积一样大。举例来说，所述第二面积可小于所述第一面积，但为所述第一面积的至少50％。在一个实例中，所述第二面积可小于所述第一面积的50％。在另一实例中，所述第二面积可大于所述第一面积的10％。在一个实例中，所述第二面积可介于25mm2到100mm2之间的范围内。天线结构140可在天线结构140中包含多个穿孔或孔口141。穿孔141可增加天线结构140到半导体装置100的衬底的粘合。还可利用穿孔141的设计、形状、大小及/或图案来将天线结构140配置为具有所规定总体面积及/或形状，如受益于本发明的所属领域的普通技术人员将了解。
图3是半导体装置100内的集成式天线结构140的实施例的示意图。如本文中所论述，天线结构140可形成于半导体装置100内的金属层上。半导体装置100具有为半导体装置100的宽度W1与半导体装置100的长度L1的乘积的第一面积。集成式天线结构140经配置为具有为天线结构的宽度W3与天线结构140的长度L3的乘积的第三面积。天线结构140的第三面积可大于图2的天线结构的第二面积。天线结构140的第三面积可稍微小于半导体装置100的第一面积。天线结构140的第三面积经配置以使得连接到天线结构140的外部装置能够利用天线结构140。
图4是包含经由连接件510连接到外部装置500的半导体装置100的半导体装置组合件200的横截面侧视示意图。外部装置500可通过各种机构连接到半导体装置100，如受益于本发明的所属领域的普通技术人员将了解。半导体装置100是具有第一或作用表面110及与第一表面110相对的第二或非作用表面120的衬底。半导体装置100包含形成于半导体装置100的作用表面110上的重布层160。重布层160可经配置以将半导体装置100连接到另一装置，如所属领域的普通技术人员将了解。重布层160可将半导体装置100连接到天线结构140以及将天线结构140连接到外部装置500。
重布层160包含使得半导体装置100能够连接到另一装置的多个导电路径165。重布层160包含形成于重布层160内的天线结构140。所述天线可为但不限于与一5G装置或若干5G装置一起使用的5G毫米波天线。天线结构140经配置以使得外部装置500能够使用经由多个互连件150电连接到外部装置500的天线结构140来进行发射及/或接收。
图5是重布层160内的集成式天线结构140的实施例的示意图。集成式天线结构140的面积可经配置以使得经由重布层160连接到天线结构140的特定外部装置能够操作。举例来说，天线结构140的面积可经配置以使得能够在5G网络上进行通信。图5中所展示的天线结构140是出于图解说明性目的，且天线结构140的形状、大小及/或配置可取决于应用而变化。
图6是制作半导体装置组合件的方法300的一个实施例的流程图。方法300包含在310处提供具有作用侧及非作用侧的衬底。方法300包含在320处在衬底内邻近于衬底的作用侧形成多个金属层。方法300包含在330处在多个金属层中的一者上形成天线结构。方法300可包含在340处将天线结构连接到衬底外部的装置。
图7是制作半导体装置组合件的方法400的一个实施例的流程图。方法400包含在410处提供具有作用侧及非作用侧的衬底。方法400包含在420处在衬底的作用侧上形成重布层。方法400包含在430处在重布层内形成天线结构。方法400可包含在440处经由重布层将天线结构连接到衬底外部的装置。
尽管已展示及描述了各种实施例，但本发明不限于此且将理解为包含所有此些修改及变化形式，如所属领域的技术人员将明了。

Claims (20)

1.一种半导体装置，其包括：
衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；
所述衬底内的多个金属层，所述多个金属层邻近于所述衬底的第一侧；及
天线结构，其形成于金属层中的一者上，其中所述天线结构经配置以连接到外部装置。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述天线结构是5G毫米波天线。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述衬底具有第一面积且所述天线结构具有第二面积，其中所述第二面积是所述第一面积的至少10％或更多。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述衬底的所述第一侧是所述半导体装置的作用表面。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中天线结构包括多个穿孔。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述衬底包括硅衬底。
7.一种半导体装置，其包括：
衬底，其具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；
重布层，其连接到所述衬底的所述第一侧，所述重布层经配置以将所述半导体装置连接到外部装置；及
天线结构，其形成于所述重布层中，所述衬底通过所述重布层连接到所述天线结构。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述重布层经配置以将所述天线结构连接到所述外部装置。
9.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述天线结构是5G毫米波天线。
10.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述衬底的所述第一侧是所述半导体装置的作用表面。
11.一种半导体装置组合件，其包括：
半导体装置；
天线结构，其与所述半导体装置成一体；及
外部装置，其连接到所述天线结构。
12.根据权利要求11所述的半导体装置组合件，所述半导体装置在所述半导体装置内包括多个金属层，其中所述天线结构形成于所述多个金属层中的一者上。
13.根据权利要求11所述的半导体装置组合件，所述半导体装置包括形成于所述半导体装置的表面上的重布层，其中所述天线结构形成于所述重布层内。
14.根据权利要求13所述的半导体装置组合件，其中所述外部装置经由所述重布层连接到所述半导体装置及所述天线结构两者。
15.根据权利要求11所述的半导体装置组合件，其中所述外部装置包括无线电通信装置。
16.一种用于制作半导体装置组合件的方法，所述方法包括：
提供具有作用侧及非作用侧的衬底；
在所述衬底内邻近于所述衬底的所述作用侧形成多个金属层；及
在所述多个金属层中的一者上形成天线结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括将所述天线结构连接到所述衬底外部的装置。
18.一种用于制作半导体装置组合件的方法，所述方法包括：
提供具有作用侧及非作用侧的衬底；
在所述衬底的所述作用侧上形成重布层；及
在所述重布层内形成天线结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括经由所述重布层将所述天线结构连接到所述衬底。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述重布层将外部装置连接到所述天线结构。
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