TWI728742B

TWI728742B - 天線封裝、天線封裝系統及製造天線封裝的方法

Info

Publication number: TWI728742B
Application number: TW109108239A
Authority: TW
Inventors: 郭豐維; 廖文翔
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-05-21
Also published as: TW202115796A

Abstract

製造天線封裝的方法包括：在載體上沉積包括聚苯并二噁唑之絕緣層；在黏合層上形成包括聚亞醯胺之背側層；在背側層之上形成晶粒附接膜；在第二背側層上形成一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構；將諸如射頻積體電路晶粒之晶粒置放在晶粒附接膜上；藉由模塑料來嚢封晶粒、一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構，以形成包括一或多個天線區域之天線封裝；以及在嚢封封裝體上形成重佈層結構。重佈層結構可包括耦接至晶粒之一或多個天線結構。一或多個天線結構中的每一者可定位在一或多個天線區域上方。

Description

天線封裝、天線封裝系統及製造天線封裝的方法

本揭露涉及一種天線封裝、天線封裝系統及製造天線封裝的方法。

微波及毫米(mm)波分別佔據自1GHz至30GHz以及自30GHz至300GHz之頻譜。印刷電路板(printed circuit board,PCB)及互補金屬氧化物半導體(CMOS)基板可用以將毫米波天線與射頻(radio frequency,RF)積體電路(IC)整合在一起。互補金屬氧化物半導體射頻晶片可包括整合至低溫共燒陶瓷(low-temperature co-fired ceramic,LTCC)基板載體中之垂直內嵌式折疊單極天線。然而，實施低溫共燒陶瓷可能需要過大的面積，同時其所包括之部件(例如，電感器、電容器及平衡-不平衡變換器)的數目會導致不期望發生之電磁與基板耦合的干擾效能。

根據本揭露的部分實施例，一種製造天線封裝的方法包括以下操作。首先，沉積介電層在載體基板上。接著，形成晶粒附接膜在介電層之上。然後，形成一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構在介電層上。接著，安置晶粒在晶粒附接膜上。然後，嚢封晶粒、一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構以形成嚢封封裝體，此嚢封封裝體包括一或多個天線區域。接著，在嚢封封裝上形成互連結構，其中此互連結構包括耦接至晶粒及一或多個中介層通孔壁結構之一或多個金屬接線。

根據本揭露的部分實施例，一種天線封裝包括介電層、多個天線區域結構、晶粒、模塑料以及互連層。天線區域結構中之每一者包括：與介電層接觸之一或多個中介層通孔壁，以及與介電層接觸之一或多個中介層通孔光柵。晶粒附接至介電層且相鄰天線區域結構。模塑料安置在晶粒與天線區域結構的每一者之間。互連層安置在晶粒及天線區域結構上。

根據本揭露的部分實施例，一種天線封裝系統包括背側層、一或多個晶粒、多個天線區域結構、模塑料以及金屬層。各個天線區域結構包括：用以電耦接一或多個晶粒的中介層通孔壁，及用以電耦接至一或多個接地平面的中介層通孔光柵。模塑料圍繞一或多個晶粒及天線區域結構。金屬層位在模塑料上。

100:封裝

105:射頻傳輸

120:第一背側層

130:第二背側層

142a:第一通孔壁

142b:第二通孔壁

142c:第三通孔壁

142d:第四通孔壁

143:導體

144a:第一中介層通孔光柵

144b:第二中介層通孔光柵

144c:第三中介層通孔光柵

144d:第四中介層通孔光柵

150:晶粒附接膜

152:射頻晶粒

157a:第一襯墊端子

157b:第二襯墊端子

157c:第三襯墊端子

160:嚢封層

170:互連結構

171:第一頂側重佈層

171a:第一層級導體(RDL-1)

171b:第一層級通孔(RDL-1通孔)

171c:介電層

172:第二頂側重佈層

172a:重佈層配線

172b:第二層級通孔(RDL-2通孔)

172c:介電層

173:第三頂側重佈層

173a:第三層級導體(RDL-3)

173c:介電層

174,175,176:凸塊下金屬層

180:焊料凸塊

200:方法

205,210,215,220,225,230:操作

235,240,245,250:操作

300:載體基板

310:光熱轉換層

320:保護層

330:背側層

600:光阻層

610,620:中介層通孔開口

610a,610b:中介層通孔壁

620a,620b:中介層通孔光柵

630:天線區域

700:鈦及銅種晶層堆疊

800:銅層

1000:晶粒

1010:晶粒附接膜

1100:模塑料

1300:聚合物層

1320:金屬接線

1400:第二重佈層

1500:頂部聚合物層

1510:凸塊下金屬層接觸件

1520,1530,1540:焊料凸塊

當結合隨附諸圖閱讀時，得以自以下詳細描述最佳地理解本揭示案之態樣。應注意，根據行業上之一般實務，各種特徵並未按比例繪製。事實上，為了說明及論述的清楚，可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。

第1A圖至第1B圖為根據一些實施例之結合有電連接器之絕緣基板天線的圖示。

第2圖為根據一些實施例之用於形成絕緣基板天線之方法的流程圖。

第3圖至第15圖為根據一些實施例之與用於形成絕緣基板天線之方法相關聯之結構的圖示。

第16圖為根據一些實施例之對絕緣基板天線效能特性的圖示。

併入本文中且形成本說明書之一部分的隨附圖式圖示出本揭示案，且與描述一起進一步用以解釋本揭示案之原理並使得熟習相關技藝者能夠製作並使用本揭示案。

以下揭示內容提供用於實施所提供標的之不同特徵的許多不同實施例或實例。以下描述部件及佈置之特定實例以簡化本揭示案各實施例。當然，此些僅為實例，且並不意欲為限制性的。另外，本揭示案各實施例可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複本身並不表示所論述之各種實施例及/或配置之間的關係。

應注意，說明書中對「一個實施例」、「實施例」、「示例性實施例」、「示例性」等之引用指示所描述實施例可包括特定特徵、結構或特性，但每一實施例可並非必須包括此特定特徵、結構或特性。此外，此些短語未必代表同一實施例。另外，當結合實施例描述特定特徵、結構或特性時，無論是否明確描述，結合其他實施例實現此特徵、結構或特性將在熟習此項技藝者的知識範圍內。

應理解，本文中之措辭或術語是出於描述而非限制性目的，以使得本說明書之術語或措辭將由熟習(若干)相關技藝者根據本文中之教示進行解釋。

在一些實施例中，術語「約」及「大體上」可指示給定量的值在目標值之5%(例如，此目標值之±1%、±2%、±3%、±4%及±5%)內變化。

概述

本文中所述之元件及方法針對絕緣基板天線，此絕緣基板天線包括一或多個發射器及藉由中介層通孔(through interposer via,TIV)安置的一或多個接地平面(ground planes)。中介層通孔形成一或多個天線區域。與其他CMOS射頻晶片相比，本文所述之實施例尤其達成了更佳的效能、更小的面積及更高的整合度。

本揭示案之實施例關於對天線封裝之設計，此天線封裝包括射頻晶粒及具有一或多個天線區域的絕緣基板。此天線封裝包括低成本、高效率的垂直中介層通孔壁(TIV-wall)及中介層通孔光柵(TIV-gratings)，以在嚢封封裝體(encapsulated package)中形成天線區域。垂直中介層通孔天線區域使得例如能夠橫向地傳輸及接收射頻訊號。

包括上述天線區域之天線封裝(本文中亦稱作「封裝」)是有利的，且適合於在高頻下操作之應用，諸如，5G應用(例如，大於5.8GHz)及車載雷達(例如，大約77GHz至大約120GHz)。此些高頻應用可針對例如射頻收發器以及可攜式、可佩戴的物聯網(internet of thing,IoT)及智慧型電話產品。

在一些實施例中，天線封裝包括在射頻晶粒上方之模塑料(molding compound,MC)層(本文中亦稱作介電層或絕緣層)，其中模塑料層包括聚亞醯胺(PI)且具有低的相對介電常數(k)，例如，約2.8或在約2.8至約3.0之間。模塑料層可減少由射頻晶粒部件(諸如，電感器、電容器及平衡-不平衡變換器)所引起之耦合效應。

在一些實施例中，絕緣體基板可由各種材料形成，諸如，聚亞醯胺(polyimide,PI)、聚苯并二噁唑 (polybenzobisoxazole,PBO)、模塑料、聚合物、二氧化矽(SiO₂)、玻璃上矽晶(silicon-on-glass,SOG)、玻璃、陶瓷、藍寶石(Al₂O₃)及其他類似材料。在一些實施例中，可將絕緣體基板製造成具有在約200μm至2mm之間的柔性厚度。此外，將天線封裝整合至較小的三維積體電路(3D IC)封裝中使得元件適合於高頻5G及車載雷達應用(例如，5.8GHz、28GHz以及77GHz至120GHz之應用)。

具有天線區域之絕緣基板

第1A圖至第1B圖圖示封裝100(本文中亦稱作「絕緣基板天線」、「嚢封封裝體」或「天線封裝」)。封裝100可包括一或多個IC晶粒(例如，射頻IC晶粒)及一或多個天線區域。積體扇出(integrated fan-out,InFO)封裝可與封裝100整合在一起，此封裝100包括耦接至一或多個IC晶粒之一或多個天線區域。舉例而言，一或多個天線區域可經由整合式扇出重分佈結構與IC晶粒整合在一起，此整合式扇出重分佈結構包括金屬化層(例如，重佈層或「RDL」結構)，此金屬化層藉由內嵌於其中之IC晶粒耦接至封裝模塑料。以下所述之一些實施例是在InFO封裝的上下文中。基於本文之描述，本揭示案之實施例適用於其他類型的封裝；此些其他類型的封裝在本揭示案多個實施例的精神及範疇內。

第1A圖繪示封裝100之例示性俯視平面圖。封裝100包括可為射頻IC晶粒之晶粒152，此晶粒152藉由重佈層(RDL)配線172a耦接至第一通孔壁142a、第二通孔壁142b、第三通孔壁142c及第四通孔壁142d。根據一些實施例，第一中介層通孔壁142a至第四中介層通孔壁142d可耦接至晶粒152以充當射頻發射器。

封裝100包括第一中介層通孔光柵144a至第四中介層通孔光柵144d。如此處所示，在一些實施例中，第一中介層通孔光柵144a至第四中介層通孔光柵144d可分別橫向地(例如，在第1A圖之x方向上或在y方向上)佈置在第一中介層通孔壁142a至第四中介層通孔壁142d之外。根據一些實施例，第一中介層通孔光柵144a至第四中介層通孔光柵144d可耦接至一或多個接地端子以充當射頻接地平面。每一射頻接地平面充當電導體，以反射並導向自第一中介層通孔壁142a至第四中介層通孔壁142d發射之輻射。因此，可藉由第一中介層通孔光柵144a至第四中介層通孔光柵144d所提供之射頻接地平面來導向射頻傳輸105。儘管本文中論述了射頻傳輸，但其他類型之訊號傳輸在本揭示案實施例的精神及範疇內。

第1B圖以橫截面圖圖示封裝100。如第1B圖中所示，封裝100包括第一背側層120、第二背側層130、第一通孔壁142a、第三通孔壁142c、第一通孔光柵144a、第三通孔光柵144c、晶粒附接膜150、射頻晶粒152、第一射頻晶粒連接器至第三射頻晶粒連接器、第一襯墊至第三襯墊、第一襯墊端子157a至第三襯墊端子157c，及嚢封層160。中介層通孔壁142a及142c分別包括導體143。中介層通孔光柵144a及144c分別包括導體143。中介層通孔壁142b及142d以及中介層通孔光柵144b及144c(第1B圖之橫截面圖中未示出)亦包括導體143。

互連結構170(亦稱作RDL結構或頂側RDL)安置在嚢封層160之上。互連結構170包括介電層171c及第一層級導體171a。互連結構170進一步包括形成在介電層171c之上的介電層173c以及第三層級導體173a。

參考第1B圖，提供背側層120。背側層120為介電層，其可包括聚合物。背側層120可充當封裝100之最終保護性絕緣體。此聚合物可為例如聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(polybenzoxazole,PBO)、苯并環丁烯(benzocyclobutene,BCB)、味之素堆積膜(ajinomoto buildup film,ABF)、阻焊膜(solder resist film,SR)或其他適當材料。背側層120為具有均勻厚度之平坦層，其中厚度可大於約2μm(例如，在約2μm至約40μm之間)。背側層120之頂表面及底表面亦為平坦的。

參考第1B圖，在背側層120之上設置背側層130。背側層130為介電層，其可包括聚合物。背側層130可充當封裝100之最終保護性絕緣體。此聚合物可為例如聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)、苯并環丁烯(BCB)、味之素堆積膜(ABF)、阻焊膜(SR)或其他適當材料。背側層130為具有均勻厚度之平坦層，其中厚度可大於約2μm(例如，在約2μm至約40μm之間)。背側層130之頂表面及底表面亦為平坦的。

中介層通孔壁142a及142d安置在背側層130之上，從而形成間隔開之第一中介層通孔開口及第二中介層通孔開口。中介層通孔壁142a至142d可電耦接至晶粒(諸如，以下所述之射頻晶粒)，以藉由射頻訊號進行收發通訊。可藉由首先在背側層130上設置光阻層，且蝕刻此光阻層以形成間隔開之中介層通孔開口來形成中介層通孔壁142a至142d。可在光阻層上沉積鈦及銅種晶層結構，且可在此鈦及銅種晶層上電鍍銅層。可接著移除光阻層，留下中介層通孔壁142a至142d。儘管在第1A圖中圖示了四個壁(兩者在第1B圖中以橫截面示出)，但中介層通孔壁之數目並不限於任何特定數目。中介層通孔光柵144a至144d可以與中介層通孔壁142a至142d類似的方式形成。中介層通孔光柵連接至一或多個接地平面。因此，藉由在中介層通孔壁142a至142d及中介層通孔光柵144a與144d之間設置的每一間距形成天線區域結構。

各個天線區域可填充有與封裝處理(例如，InFO封裝處理)相容之多個絕緣體材料中之任何一者，而不受絕緣體之介電常數限制。在以下所述之一些實施例中，絕緣體可具有低的相對介電常數(亦即，k；例如，約2.8，或約2.8至約3.0)。在其他實施例中，絕緣體可具有由InFO封裝之製造所指定的相對介電常數。因此，可使用高介電常數或低介電常數材料在封裝(例如，InFO封裝)製程中穩健地實施本揭示案各實施例的天線封裝。

晶粒152(例如，諸如射頻IC晶粒之射頻晶粒)被置放在背側層130上。可使用晶粒附接膜(die-attach-film,DAF)150將晶粒152黏附至背側層130。在非限制性實例中，晶粒152可包括半導體基板(例如，矽基板)，此半導體基板具有與晶粒附接膜150接觸之背表面。晶粒152之一部分(諸如，頂部部分)可包括導電柱(例如，由銅、其他金屬或包括一或更多種金屬之合金形成)，此些導電柱將晶粒152電連接至其他導電元件及互連結構。

封裝100包括在晶粒上之輸入/輸出(I/O)引腳與封裝I/O引腳之間的扇出配線，此些封裝I/O引腳可形成在晶粒之上的互連層(例如，重佈層(RDL))中。晶粒由媒介(諸如，模塑料、嚢封劑、環氧樹脂或其類似者)橫向地圍繞。互連層可橫向地延伸超過晶粒之周邊。互連層包括可圖案化之介電材料，在此可圖案化之介電材料中可形成導電圖案及導電通孔。與用於晶粒封裝技術之其他扇出結構相比較而言，諸如InFO封裝之封裝可提供顯著更薄的封裝，連同更緊密的重分佈接線間距(例如，10μm)。 InFO封裝可提供勝於其他封裝(諸如，倒裝晶片球狀柵格陣列(FC-BGA)封裝)之優勢，因為可在IC晶粒的周邊上方(例如，在模塑料之上)形成被動元件(例如，電感器及電容器)，用於降低基板損耗並提高電效能。InFO封裝可導致緊湊的晶粒外形尺寸，此可導致在相同功率預算下得以改善之熱效能及較低的工作溫度。在一些實施例中，藉由改善之熱效能，對於與FC-BGA封裝相同之溫度曲線而言，可達成更快的電路運行速度。

如第1B圖中所示，重佈層(RDL)結構170包括三個互連(本文中亦稱作頂側重佈線(RDL))層171、172及173。在其他實施例中，可包括不同數目的重佈層。每一互連層包括為金屬導體特徵之重佈層及通孔，此些金屬導體特徵提供經由重佈層結構170及在重佈層結構170內之電互連。在一些實施例中，重佈層接線及通孔可包括銅。在第一互連層171中，第一層級導體(RDL-1)171a及第一層級通孔(RDL-1通孔)171b提供互連。在第一頂側重佈層互連層171中，介電層171c設置在第一層級導體171a之上。在第二頂側重佈層172中，重佈層配線172a及第二層級通孔(RDL-2通孔)172b提供互連。在第二頂側重佈層172中，介電層172c設置在重佈層配線172a之上。在第三頂側重佈層173中，第三層級導體(RDL-3)173a以及凸塊下金屬層(under ball metal,UBM)174、175及176提供互連。焊料凸塊180形成在凸塊下金屬層174至176上。在第三頂側重佈層173中，介電層173c設置在第三層級導體173a之上。接地平面可電連接至一或多個焊料凸塊180。

可使用晶粒附接膜(DAF)150將晶粒152黏附至背側層130。晶粒152可包括半導體基板(例如，矽基板)，此半導體基板之背表面與晶粒附接膜150接觸。晶粒152包括形成為晶粒152之頂部部分的襯墊端子157a至157c(例如，銅柱)，此些頂部部分將晶粒152電連接至其他導電元件及互連結構。

具有天線區域之絕緣基板的製造製程

將參考第3圖至第15圖來描述方法200。第3圖至第15圖係僅用於說明目的並且未按比例繪製。另外，第3圖至第15圖可能並未反映出真實結構、特徵或層之實際幾何形狀。出於說明及清楚之目的，可能已故意增添或省略了一些結構、層或幾何形狀。

參考第2圖，例示性製造方法200以操作205開始，此處提供具有安置於其上之光熱轉換層(light to heat convention layer,LTHC)310的載體基板300(諸如，玻璃載體基板)，如第3圖中所示。在一些實施例中，載體基板300為在方法200之後續操作中附接或製造的結構元件提供機械支撐。光熱轉換層310為黏合層，此黏合層可藉由紫外線(UV)光固化以在聚合物層與載體基板300之間形成臨時接合。一旦完成封裝(例如，InFO封裝)，便可斷開此臨時接合以自載體基板300釋放聚合物層。藉助於實例而非限制，以聚焦雷射束經由載體基板300之背側照射光熱轉換層310可產生足夠的熱量以分解光熱轉換層310並自聚合物層釋放載體基板300。為了成功釋放，要求載體基板300為透明的以便使可照射並分解光熱轉換層310之光源穿透(例如，雷射)。

參看第2圖，方法200繼續操作210，此處在光熱轉換層310上形成保護層320，如第4圖中所示。藉助於實例而非限制，保護層320可包括聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)或另一適當的聚合物材料。在一些實施例中，保護層320(本文中亦稱作「聚合物層320」)為在形成射頻區域結構之前用作保護層或「緩衝塗層」之應力釋放塗層。在一些實施例中，可藉由旋塗製程繼之以固化製程來沉積保護層320並使其硬化。

參考第2圖，方法200繼續操作215及形成背側層之製程，如第5圖中所示。藉助於實例而非限制，背側層330可包括聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)或另一適當的聚合物材料。在一些實施例中，背側層330(本文中亦稱作「聚合物層330」)為輻射抑制層，此輻射抑制層允許將背側輻射恢復至射頻區域結構中並進行相長疊加以形成橫向指向之光束。在一些實施例中，可藉由旋塗製程繼之以固化製程來沉積背側層330並使其硬化。

參考第2圖，方法200繼續操作220及在背側層330之上形成通過中介層通孔(TIV)的製程。在一些實施例中，中介層通孔中之一或更多者可用以限定相應中介層通孔壁之表面積，而同時一或多個中介層通孔可用以限定相應中介層通孔光柵之表面積。藉助於實例而非限制，可使用光微影及蝕刻操作形成操作220中之中介層通孔。舉例而言，參考第6圖，在操作220處，可在背側層330之上旋塗具有約180μm至約250μm之厚度的光阻層600。光阻層600可隨後經圖案化以形成中介層通孔開口610及620，如第6圖中所示。

在一些實施例中，中介層通孔開口610用以限定中介層通孔壁之表面積，而中介層通孔開口620用以形成中介層通孔光柵。可將中介層通孔開口610設計成具有與中介層通孔開口620不同的尺寸。舉例而言，中介層通孔開口610可具有10μm之寬度及50,000μm之長度以形成條帶式板材結構，而中介層通孔開口可具有10μm之寬度及10μm之長度以形成光柵板材結構。在一些實施例中，中介層通孔開口610可具有與中介層通孔開口620之相應寬度及長度不同的20μm之寬度及90,000μm之長度，如第6圖中所示。在其他實施例中，中介層通孔開口610可具有與中介層通孔開口620相同的100μm之寬度及100μm之長度。

參考第2圖及第7圖，方法200繼續操作225，此處在經圖案化之光阻層600之上(例如，藉由PVD製程)沉積鈦及銅種晶層堆疊700以覆蓋開口610及620之側壁及底表面。在一些實施例中，在光阻層600之上沉積種晶層堆疊700，如第7圖中所示。在一些實施例中，鈦層可為約1000Å厚，且銅種晶層可為約5000Å厚。

參考第2圖及第8圖，方法200繼續操作230，此處在鈦及銅種晶層堆疊700上電鍍銅層800以填充開口610及620並形成相應的中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b。在一些實施例中，如此沉積之銅層800可在種晶層堆疊700上之光阻層600之上生長。可隨後藉由化學機械平坦化(CMP)製程來平坦化並研磨銅層800，以移除銅層800之在光阻層600之頂表面之上的部分。在一些實施例中且在銅CMP製程期間，亦自光阻層600之頂表面移除種晶層堆疊700，如第8圖中所示。在製造製程之此階段中，光阻層600之厚度(其在一些實施例中範圍可為約100μm至約1000μm之間)限定中介層通孔壁610a及610b及中介層通孔光柵620a及620b之高度。

參考第2圖中之方法200，在操作235處，在形成中介層通孔壁610a及610b及中介層通孔光柵620a及620b之後，可藉由濕式蝕刻製程移除光阻層600，如第9圖中所示。根據一些實施例，與以上參考第6圖中所示之開口610及620所述的中介層通孔光柵620a及620b相比較，中介層通孔壁610a及610b具有不同的寬度。舉例而言，中介層通孔壁610a及610b可具有約10μm至約1000μm之間的寬度，而中介層通孔光柵620a及620b可具有約10μm至100μm的寬度。中介層通孔壁610a與610b及中介層通孔光柵620a與620b在天線封裝中在背側層330與InFO封裝之間提供了天線區域結構。

參考第2圖，方法200繼續操作240及將晶粒1000置放(例如，附接)在保護層320上之製程，如第10圖中所示。在一些實施例中，晶粒1000可具有例如射頻通訊功能，諸如，射頻積體電路(RF IC)晶粒。晶粒1000可具有其他或額外功能。可能已使用晶片製造製程預先製造晶粒1000，且晶粒1000可包括電晶體及用以實施其功能(例如，射頻通訊)之多個互連層。在一些實施例中，晶粒1000之一部分(諸如，頂部部分)可包括導電柱(例如，由銅、其他金屬或包括一或更多種金屬之合金形成)，此些導電柱將晶粒1000電連接至其他導電元件及互連結構。

在一些實施例中，晶粒附接膜(DAF)1010充當膠層且插入在晶粒1000與背側層330之間。藉助於實例而非限制，晶粒附接膜1010可具有在約10μm至約20μm之間的厚度。在一些實施例中，晶粒附接膜1010為介電材料。藉助於實例而非限制，晶粒1000之高度可與中介層通孔壁610a及610b、中介層通孔光柵620a及620b之高度相當。若晶粒1000高於中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b，則其可凹陷至與中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b相同的高度。根據一些實施例，可在操作240期間將多個晶粒附接至聚合物層330。為了避免在中介層通孔與晶粒1000之間形成寄生電容，在約20μm至30μm之間的最小間距S可為適當的。若具有足夠低之相對介電常數(例如，低於約2.8)的材料可用以隔離中介層通孔與晶粒1000，則可將間距S調整成低於約20μm。

參考第2圖及第11圖，方法200繼續操作245及在聚合物層320上安置模塑料(MC)1100以圍繞晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b的製程。藉助於實例而非限制，可將模塑料1100旋塗在聚合物層320上。根據一些實施例，模塑料1100為環氧基樹脂材料(epoxy-based material)，其在室溫下為固體且當在高於例如250℃之溫度下加熱時為液體。在一些實施例中，在將模塑料1100旋塗在背側層330上之前，使模塑料1100熔化。藉助於實例而非限制，旋塗之模塑料可具有約230μm至約300μm之間的厚度。此意謂如此塗佈之模塑料1100可具有約50μm之覆蓋層。例如，其可在晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b 以及中介層通孔光柵620a及620b之頂表面之上延伸約50μm。

根據一些實施例，晶粒1000及中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b可嵌入在具有低相對介電常數(例如，大約2.8)之模塑料1100中，以形成天線區域。此實例並未限制性的，且天線區域630可具備且填充有與封裝處理(例如，InFO封裝處理)相容之多個絕緣體材料中之任何一者，而不受絕緣體之介電常數限制。根據本揭示案之一些實施例提供的天線區域結構(例如，天線區域630，其包括中介層通孔壁610a及610b、中介層通孔光柵620a及620b以及模塑料1100)可提高InFO封裝中之絕緣基板天線結構的反射係數(S11參數)，尤其是在採用5.8GHz及更高頻率之天線效率的高頻應用中。天線區域結構亦有助於減少天線至附近電路的不當耦合，並防止來自電路之非所想要的雜訊到達天線。在一些實施例中，中介層通孔光柵620a及620b之佈置橫向地延伸至中介層通孔壁610a及610b之外，此實現了改善接地及回波損耗。

在將模塑料1100塗覆在載體基板300上之後，可使得模塑料1100冷卻並硬化。一旦模塑料1100硬化，則可部分地研磨模塑料1100，以便移除約98%的50μm之覆蓋層，如第12圖中所示。研磨製程使得模塑料1100之頂表面粗糙。根據一些實施例，可隨後使用CMP 製程來平坦化、拋光及移除模塑料1100之剩餘部分(例如，約1μm，此為50μm覆蓋層之剩餘部分的約2%)，直至晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b之頂表面被暴露為止。在一些實施例中，模塑料1100為晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b提供結構支撐及電隔離。因為模塑料1100在高於約250℃之溫度下熔化，所以任何後續製造操作之熱預算應被限制在約250℃。若使用具有更高溫度容限之模塑料，則可在不存在其他熱預算限制的情況下增大後續製造操作之熱預算。

參考第2圖，方法200繼續至操作250，形成一或多個重佈層用以為晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b提供電連接的製程。在操作250期間，可形成與其他元件及中介層通孔之電連接。舉例而言，在操作250期間亦可完成晶粒1000與中介層通孔壁610a及610b之間的電連接。

藉助於實例而非限制，每一額外重佈層可包括新的聚合物層。舉例而言，參考第13圖，在模塑料1100上安置聚合物層1300(其類似於聚合物層320)。在一些實施例中，聚合物層1300為具有約2.8之介電常數值及約4.5μm之厚度的低介電常數介電材料。聚合物層1300可隨後經圖案化以在其中形成開口，重佈層金屬接線將形成在此些開口中。舉例而言，在第13圖中，可在晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b上形成第一重佈層。可藉由一或多個光微影及蝕刻操作來達成第一重佈層與晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b的對準。藉助於實例而非限制，可將光阻層旋塗在聚合物層1300之上。可圖案化光阻層，以使得可在光阻層中形成與晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b對準之開口。後續蝕刻製程可移除聚合物層1300之未被光阻劑遮罩之部分，以形成大體上與晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b對準之開口。一旦聚合物層1300中之開口已形成，則可移除光阻層，且可沉積並圖案化毯覆金屬堆疊以形成第一重佈層之金屬接線1320。

金屬接線1320可包括電鍍之銅頂層、銅種晶中間層及鈦底層的金屬堆疊。藉助於實例而非限制，鈦底層及銅種晶中間層可藉由PVD製程分別沉積成約100nm及500nm之厚度。電鍍之銅頂層可具有約7μm或更厚之厚度。在一些實施例中，金屬堆疊可部分地填充聚合物層1300中之開口，如第15圖中所示。

可連續重複以上操作，以形成第二重佈層1400，如第14圖中所示。本文中所提供之重佈層層級的數目為例示性的，且不應被視為限制性的。因此，可取決於InFO封裝設計而形成更少的或額外的重佈層層級。藉助於實例而非限制，可在晶粒1000、中介層通孔壁610a及610b以及中介層通孔光柵620a及620b之上形成四個或更多個重佈層。參考第15圖，且一旦已形成所有重佈層，在最頂重佈層(例如，第14圖中之第二重佈層1400)之上安置頂部聚合物層1500，且隨後將其圖案化。根據一些實施例，金屬沉積後以圖案化操作形成了凸塊下金屬層(under bump metallurgy,UBM)接觸件1510。凸塊下金屬層接觸件1510形成重佈層1400與焊料凸塊1520、1530及1540之間的界面。在一些實施例中，凸塊下金屬層接觸件1510可包括電鍍之銅頂層、銅種晶中間層及鈦底層的金屬堆疊。或者，凸塊下金屬層接觸件1510可包括合金，諸如，鈦(Ti)與銅(Cu)、鈦(Ti)-鎢(W)與銅(Cu)、鋁(Al)-鎳(Ni)-釩(V)與銅(Cu)，或鉻(Cr)與銅(Cu)。焊料凸塊1520、1530及1540可為球形柵格陣列(BGA)之一部分，且可由可含有錫(Sn)、銀(Ag)及銅(Cu)之金屬合金，或可含有鉛(Pb)及錫(Sn)之金屬合金製成。

在一些實施例中，可自聚合物層320拆離(釋放)載體基板300。舉例而言，經由玻璃載體基板300之背側以聚焦雷射束照射光熱轉換層310可以產生足夠的熱量以分解光熱轉換層310並自聚合物層320釋放載體基板300。在一些實施例中，聚合物層320充當天線封裝之背側保護層。

在一些實施例中，焊料凸塊1520及1540(其可電連接至中介層通孔光柵620a及620b)可連接至外部接地連接。焊料凸塊1530(其電連接至晶粒1000)可電耦接至外部IC，此外部IC經由凸塊下金屬層接觸件1510及金屬接線1320向晶粒1000提供輸入及功率訊號。另外，第15圖中所示之焊料凸塊的數目並非限制性的。因此，額外焊料凸塊在本揭示案之精神及範疇內。

根據一些實施例，焊料凸塊(如焊料凸塊1520、1530及1540)可將InFO封裝電連接至一或多個外部電源或電連接至接地連接。外部電源為例如並未整合至InFO封裝中之電源。舉例而言，具有晶粒1000之InFO封裝可經由焊料凸塊1520、1530及1540附接至具有焊料凸塊接收器之晶粒或印刷電路板(PCB)。晶粒1000可供InFO封裝之內部或外部部件使用。

如上所述，根據本揭示案之一些實施例的天線區域結構可改善InFO封裝中之整合式塊狀天線的反射係數(S11參數)，尤其是在採用5.8GHz及更高頻率之天線效率的高頻應用中。第16圖為具有第15圖中所示的填充有絕緣體之天線區域630之絕緣基板天線結構之S11參數(反射係數)的曲線圖。S11值由第15圖中所示之絕緣基板天線結構之一實施例的模擬產生。如曲線圖中所示，天線有效地輻射5.8GHz及以上之頻率，包括120GHz及以上之頻率。根據本揭示案之實施例的具有天線區域之天線封裝具有適合於滿足行動通訊應用中之第四代(例如，大約5.8GHz)及第五代(例如，大約38GHz)之高頻射頻收發器之規範的射頻特性。如本文中所述，如本文中所述之天線封裝、系統及其形成方法包括晶粒及天線區域結構。天線區域結構可包括在背側層上之一或多個中介層通孔(TIV)壁結構和一或多個中介層通孔光柵結構。藉由模塑料嚢封晶粒及天線區域結構。此天線封裝獲得了傳播訊號傳輸(包括高頻橫向射頻傳輸)方面之益處，連同改善的接地及回波損耗。

一種製造天線封裝的方法包括在載體基板上沉積介電層；在介電層之上形成晶粒附接膜；在介電層上形成一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構；在晶粒附接膜上安置晶粒；嚢封晶粒、一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構以形成嚢封封裝體，此嚢封封裝體包括一或多個天線區域；以及在嚢封封裝上形成互連結構，其中此互連結構包括耦接至晶粒及一或多個中介層通孔壁結構之一或多個金屬接線。

在某些實施例中，上述製造天線封裝的方法更包括形成第二互連結構在互連結構上。在某些實施例中，上述製造天線封裝的方法更包括：形成第三互連結構在第二互連結構上；將多個焊料凸塊附接至第三互連結構；將印刷電路板附接至焊料凸塊；以及移除載體基板。在某些實施例中，形成介電層的步驟包括形成包含聚苯并二噁唑 (PBO)的保護層。在某些實施例中，形成一或多個中介層通孔壁結構及一或多個中介層通孔光柵結構在介電層上的步驟包括：形成光阻層在介電層上；蝕刻光阻層以形成間隔開的第一中介層通孔開口及第二中介層通孔開口；沉積鈦及銅種晶層結構在光阻層上；電鍍銅層在鈦及銅種晶層上；以及移除光阻層。在某些實施例中，介電層包括聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)、苯并環丁烯(BCB)、味之素堆積膜(ABF)、阻焊膜(SR)或其組合。在某些實施例中，形成互連結構包括在一或多個天線區域中之至少一者上方定位互連層。

一種天線封裝包括介電層、天線區域結構，其中天線區域結構中之每一者包括：與介電層接觸之一或多個中介層通孔壁；與介電層接觸之一或多個中介層通孔光柵；附接至介電層且相鄰天線區域結構的晶粒；安置在晶粒與天線區域結構中每一者之間的模塑料；以及安置在晶粒及天線區域結構上的互連層。

在某些實施例中，天線封裝進一步包括第二互連層以及多個焊料凸塊，其中第二互連層用以電連接互連層且這些焊料凸塊用以電連接第二互連層。在某些實施例中，一或多個中介層通孔壁的每一者具有一深度為約120μm至約150μm。在某些實施例中，這些天線區域結構的每一者具有一厚度為約200μm至約2mm。在某些實施例中，模塑料具有一相對介電常數為約2.8至約3.0。在某些實施例中，介電層包括聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)、苯并環丁烯(BCB)、味之素堆積膜(ABF)、阻焊膜(SR)或其組合。在某些實施例中，這些天線區域結構包括具有第一中介層通孔壁及第一中介層通孔光柵的第一天線區域結構，及具有第二中介層通孔壁及第二中介層通孔光柵的第二天線區域結構。

一種天線封裝系統包括背側層、一或多個晶粒、天線區域結構，其中各個天線區域結構包括：用以電耦接一或多個晶粒之中介層通孔壁；及用以電耦接至一或多個接地平面之中介層通孔光柵；圍繞一或多個晶粒及天線區域結構之模塑料；以及在模塑料上的金屬層。

總結

在某些實施例中，模塑料具有一相對介電常數為約2.8至約3.0。在某些實施例中，中介層通孔壁具有一深度為約120μm至約150μm。在某些實施例中，天線封裝系統進一步包括保護層，且此保護層包括聚苯并噁唑(PBO)。在某些實施例中，背側層包括聚亞醯胺(PI)、聚苯并噁唑(PBO)、苯并環丁烯(BCB)、味之素堆積膜(ABF)、阻焊膜(SR)或其組合。

前述揭示內容概述了若干實施例之特徵，使得熟習此項技藝者可較佳地理解本揭示案各個實施例。熟習此項技藝者應瞭解，他們可容易地使用本揭示案各個實施例作為設計或修改用於實現本文中所介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優勢的其它製程及結構的基礎。熟習此項技藝者亦應認識到，此些等效構造不脫離本揭示案各個實施例之精神及範疇，且其可在不脫離本揭示案各個實施例之精神及範疇的情況下在本文中進行各種改變、代替及變更。