TWI896140B - 天線裝置 - Google Patents

Abstract

一種天線裝置，包括基板、介電結構、導電結構、天線電極、重佈線結構以及晶片。基板具有第一面、相反於第一面的第二面以及從第一面延伸至第二面的基板通孔。介電結構位於基板的第一面上，且具有重疊於基板通孔的開口。導電結構填入基板通孔中。天線電極位於基板的第二面上，且連接導電結構。重佈線結構位於介電結構上，且包括有機絕緣層以及第一導電通孔。有機絕緣層位於介電結構上，且部分填入開口中。第一導電通孔嵌入有機絕緣層，且接觸導電結構。晶片接合至重佈線結構。

Description

天線裝置

本發明是有關於一種天線裝置。

現代生活中無線通訊技術的應用無所不在。例如，智慧型手機通常擁有廣域無線網路系統（Wireless Wide Area Network, WWAN）、數位電視廣播系統（Digital Television Broadcasting System, DTV）、衛星定位導航系統（Global Positioning System, GPS）、無線通訊區域網路系統（Wireless Local Area Network, WLAN）、近場通訊傳輸系統（Near Field Communication, NFC）、長程演進系統（Long Term Evolution, LTE）以及無線個人網路系統（Wireless Personal Network, WLPN）等使用無線通訊技術的系統。此外，在重要城市或公共空間中，提供無線區域網路環境已經成為必要的設施，甚至有許多人在家中也會建立自己的無線區域網路。

無線通訊設備利用其中的天線來傳送或接收無線訊號。隨著無線通訊技術的進展，許多廠商致力於開發效能更好的天線裝置。

本發明提供一種天線裝置，具有高良率以及低成本的優點。

本發明的至少一實施例提供一種天線裝置，包括基板、介電結構、導電結構、天線電極、重佈線結構以及晶片。基板具有第一面、相反於第一面的第二面以及從第一面延伸至第二面的基板通孔。介電結構位於基板的第一面上，且具有重疊於基板通孔的開口。導電結構填入基板通孔中。天線電極位於基板的第二面上，且連接導電結構。重佈線結構位於介電結構上，且包括有機絕緣層以及第一導電通孔。有機絕緣層位於介電結構上，且部分填入開口中。第一導電通孔嵌入有機絕緣層，且接觸導電結構。晶片接合至重佈線結構。

圖1A至圖1Q是依照本發明的一實施例的一種天線裝置10的製造方法的各個階段的剖面示意圖。天線裝置10包括了排成陣列的多個天線單元，而圖1A至圖1Q顯示了天線裝置10中的其中一個天線單元的製造方法。請參考圖1A，提供基板100。在一些實施例中，基板100的材料包括玻璃、石英、有機聚合物或是其他可適用的材料。

基板100具有第一面S1以及相反於第一面S1的第二面S2。接地電極110形成於基板100的第一面S1上，且具有至少一個開口110h。在一些實施例中，接地電極110包括晶種層112以及形成於晶種層112上的金屬層114。舉例來說，形成接地電極110的方法包括：首先，利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的晶種材料層於基板100的第一面S1上。接著，於晶種材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的晶種材料層且暴露出另一部分的晶種材料層。然後，通過電鍍製程於晶種材料層被暴露出來的部分上形成金屬層114。在進行電鍍製程之後，移除光阻圖案以及被其覆蓋的晶種材料層。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除，而光阻圖案下方的部分晶種材料層是通過蝕刻製程或其他合適的製程移除。前述晶種材料層剩餘未被移除的部分即為晶種層112。

在一些實施例中，晶種層112的材料包括銅、鉭、鈦、鉻、鋁或其他合適的材料。在一些實施例中，金屬層114的材料包括銅或其他合適的材料。在一些實施例中，接地電極110的厚度為2微米至10微米。

請參考圖1B，形成第一無機介電層120於基板100的第一面S1以及接地電極110上。在一些實施例中，形成第一無機介電層120的方法包括物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、原子層沉積製程或其他合適的製程。在一些實施例中，利用電漿製程（例如電漿輔助化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積）來形成第一無機介電層120。在形成第一無機介電層120時，基板100中不具有導電通孔，因此，可以避免導電通孔對電漿製程造成的干擾。

在一些實施例中，第一無機介電層120的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或其他合適的材料。

請參考圖1C，形成第一導電層130於第一無機介電層120上。舉例來說，形成第一導電層130的方法包括：利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的導電材料層於第一無機介電層120上。接著，於導電材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的導電材料層且暴露出另一部分的導電材料層。然後，通過蝕刻製程移除被暴露出來的導電材料層，以形成第一導電層130。在進行蝕刻製程之後，移除光阻圖案。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除。

在一些實施例中，第一導電層130的厚度小於接地電極110的厚度。舉例來說，第一導電層130的厚度為0.2微米至1微米。在一些實施例中，第一導電層130的材料包括金、銀、銅、鋁、鉬、鈦、鉭、其他金屬或前述金屬的合金。第一導電層130為單層金屬結構、多層金屬的堆疊層或金屬與其他材料的堆疊層。

請參考圖1D，形成第二無機介電層140於第一無機介電層120上。第一導電層130位於第一無機介電層120與第二無機介電層140之間。在一些實施例中，形成第二無機介電層140的方法包括物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、原子層沉積製程或其他合適的製程。在一些實施例中，利用電漿製程（例如電漿輔助化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積）來形成第二無機介電層140。

在一些實施例中，第二無機介電層140的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或其他合適的材料。

請參考圖1E，形成第二導電層150於第二無機介電層140上。舉例來說，形成第二導電層150的方法包括：利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的導電材料層於第二無機介電層140上。接著，於導電材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的導電材料層且暴露出另一部分的導電材料層。然後，通過蝕刻製程移除被暴露出來的導電材料層，以形成第二導電層150。在進行蝕刻製程之後，移除光阻圖案。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除。

在一些實施例中，在形成第二導電層150之前，先對第二無機介電層140進行蝕刻製程，以在第二無機介電層140中形成暴露出第一導電層130的開口140h。之後形成的第二導電層150至少部分填入開口140h中，並電性連接至第一導電層130。

在一些實施例中，第二導電層150的厚度小於接地電極110的厚度。舉例來說，第二導電層150的厚度為0.2微米至1微米。在一些實施例中，第二導電層150的材料包括金、銀、銅、鋁、鉬、鈦、鉭、其他金屬或前述金屬的合金。第二導電層150為單層金屬結構、多層金屬的堆疊層或金屬與其他材料的堆疊層。

請參考圖1F，形成第三無機介電層160於第二無機介電層140上。第二導電層150位於第二無機介電層140與第三無機介電層160之間。在一些實施例中，形成第三無機介電層160的方法包括物理氣相沉積製程、化學氣相沉積製程、原子層沉積製程或其他合適的製程。在一些實施例中，利用電漿製程（例如電漿輔助化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積）來形成第三無機介電層160。

在一些實施例中，第三無機介電層160的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或其他合適的材料。

在本實施例中，介電結構IS位於基板100的第一面S1上，且包括第一無機介電層120、第二無機介電層140以及第三無機介電層160。介電結構IS是由無機材料構成的。相較於以價格高昂的有機材料覆蓋接地電極110，利用包含無機材料的介電結構IS覆蓋接地電極110具有節省成本的優點。介電結構IS的第一無機介電層120覆蓋接地電極110的側壁。

在本實施列中，介電結構IS具有三層結構，但本發明不以此為限。在其他實施例中，介電結構IS具有單層結構、雙層結構、三層結構或四層以上的結構。

在本實施例中，第一導電層120以及第二導電層150設置於介電結構IS中，但本發明不限於此。在其他實施例中，更多的導電層設置於介電結構IS中。此外，在一些實施例中，半導體層（未繪出）設置於介電結構IS中，並與介電結構IS中的部分導電層組成薄膜電晶體。換句話說，薄膜電晶體可設置於介電結構IS中。

請參考圖1G，形成第一導電圖案170於介電結構IS上。在一些實施例中，第一導電圖案170包括晶種層172以及形成於晶種層172上的金屬層174。舉例來說，形成第一導電圖案170的方法包括：首先，利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的晶種材料層於介電結構IS上。接著，於晶種材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的晶種材料層且暴露出另一部分的晶種材料層。然後，通過電鍍製程於晶種材料層被暴露出來的部分上形成金屬層174。在進行電鍍製程之後，移除光阻圖案以及被其覆蓋的晶種材料層。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除，而光阻圖案下方的部分晶種材料層是通過蝕刻製程或其他合適的製程移除。前述晶種材料層剩餘未被移除的部分即為晶種層172。

在一些實施例中，晶種層172的材料包括銅、鉭、鈦、鉻、鋁或其他合適的材料。在一些實施例中，金屬層174的材料包括銅或其他合適的材料。在一些實施例中，第一導電圖案170的厚度為5微米至10微米。

在一些實施例中，在形成第一導電圖案170之前，先對第三無機介電層160進行蝕刻製程，以在第三無機介電層160中形成暴露出第二導電層150的開口160h。之後形成的第一導電圖案170至少部分填入開口160h中，並電性連接至第二導電層150。

請參考圖1H，在介電結構IS中形成開口OP。開口OP穿過第一無機介電層120、第二無機介電層140以及第三無機介電層160，並暴露出基板100的第一面S1。在一些實施例中，通過一次或多次蝕刻製程形成開口OP。在一些實施例中，開口OP的寬度w為100微米至150微米。

請參考圖1I，形成光阻圖案PR於介電結構IS上，並覆蓋開口OP的側壁。光阻圖案PR暴露出位於開口OP的底部的基板100的部分第一面S1。

請參考圖1J，於基板100中形成基板通孔TH。開口OP重疊於基板通孔TH。舉例來說，先對開口OP的底部的基板100進行雷射改質製程。在一些實施例中，前述雷射改質製程會於開口OP的底部形成穿過基板100的雷射孔。接著，利用濕蝕刻製程擴大前述雷射孔，以形成基板通孔TH。在一些實施例中，在前述濕蝕刻製程中，基板100被光阻圖案PR暴露出來的第一面S1以及基板100的第二面S2都會被蝕刻，使基板通孔TH包括寬度不一樣的第一部分P1以及第二部分P2，其中第一部分P1從第一面S1往內延伸，且第二部分P2從第二面S2往內延伸。第一部分P1的孔徑r1大於第二部分P2的孔徑r2。在一些實施例中，第一部分P1的深度T小於或等於第二部分P2的孔徑r2的一半。

在本實施例中，由於光阻圖案PR覆蓋開口OP的側壁，光阻圖案PR可以在前述濕蝕刻製程中保護介電結構IS，避免蝕刻液對介電結構IS造成損傷。開口OP的寬度w大於基板通孔TH的寬度（即第二部分P2的孔徑r2）。

基板通孔TH在靠近第一面S1處具有階梯結構。

請參考圖1K，通過灰化、剝離或其他合適的製程移除光阻圖案PR。

請參考圖1L，形成導電結構180於基板通孔TH中。在一些實施例中，形成導電結構180的方法包括化學鍍或化學鍍與電鍍的組合。舉例來說，形成導電結構180的方法包括：利用化學鍍製程形成毯覆的晶種材料層於基板通孔TH中、介電結構IS上以及基板100的第二面S2上。接著，於介電結構IS上以及基板100的第二面S2上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋介電結構IS上以及基板100的第二面S2上的部分的晶種材料層且暴露出基板通孔TH中的晶種材料層。然後，通過電鍍製程於基板通孔TH中的晶種材料層上形成金屬層184。在進行電鍍製程之後，移除光阻圖案以及被其覆蓋的晶種材料層。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除，而光阻圖案下方的部分晶種材料層是通過蝕刻製程或其他合適的製程移除。前述晶種材料層剩餘未被移除的部分即為晶種層182。

在一些實施例中，晶種層182的材料包括銅、鉭、鈦、鉻、鋁或其他合適的材料。在一些實施例中，金屬層184的材料包括銅或其他合適的材料。

請參考圖1M，利用乾蝕刻、濕蝕刻、雷射鑽孔或其他合適的製程於介電結構IS中形成通孔ISh。通孔ISh暴露出接地電極110的部分頂面。

請參考圖1N，形成有機絕緣層190於介電結構IS上。有機絕緣層190部分填入介電結構IS的開口OP以及通孔ISh中。在一些實施例中，部分的有機絕緣層190填入基板通孔TH的第一部分內，且橫向地位於導電結構180與基板100之間。有機絕緣層190覆蓋第一導電圖案170，且第一金屬層170位於介電結構IS以及有機絕緣層190之間。

在一些實施例中，有機絕緣層190的材料例如包括聚乙烯（polyethylene，PE）、聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）、聚醯亞胺（Polyimide，PI）等。在一些實施例中，有機絕緣層190的材料例如包括可感光型聚醯亞胺（Photosensitive Polyimide，PSPI）、聚對苯撐苯並二噁唑（Poly(p-phenylene benzobis oxazole，PBO）等。在一些實施例中，形成有機絕緣層190的方法包括將乾膜貼在介電結構IS上或將液態的有機材料（例如液態光阻材料）塗佈在介電結構IS上。

請參考圖1O，在有機絕緣層190中形成開口192、194、196。在一些實施例中，有機絕緣層190包括光阻材料，且形成開口192、194、196的方法包括曝光製程以及顯影製程。在其他實施例中，形成開口192、194、196的方法包括蝕刻製程。有機絕緣層190的開口192暴露出導電結構180。有機絕緣層190的開口194重疊於介電結構IS的通孔ISh，並暴露出接地電極110。有機絕緣層190的開口196暴露出第一導電圖案170。

請參考圖1P，形成第二導電圖案210於有機絕緣層190上，且部分第二導電圖案210填入有機絕緣層190的開口192、194、196中，以分別電性連接至導電結構180、接地電極110以及第一導電圖案170。在一些實施例中，第二導電圖案210包括晶種層212以及形成於晶種層212上的金屬層214。舉例來說，形成第二導電圖案210的方法包括：首先，利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的晶種材料層於有機絕緣層190上。接著，於晶種材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的晶種材料層且暴露出另一部分的晶種材料層。然後，通過電鍍製程於晶種材料層被暴露出來的部分上形成金屬層214。在進行電鍍製程之後，移除光阻圖案以及被其覆蓋的晶種材料層。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除，而光阻圖案下方的部分晶種材料層是通過蝕刻製程或其他合適的製程移除。前述晶種材料層剩餘未被移除的部分即為晶種層212。

在一些實施例中，晶種層212的材料包括銅、鉭、鈦、鉻、鋁或其他合適的材料。在一些實施例中，金屬層214的材料包括銅或其他合適的材料。在一些實施例中，第二導電圖案210的厚度為5微米至10微米。

在本實施例中，第二導電圖案210填入有機絕緣層190的開口192的部分為第一導電通孔211。第一導電通孔211嵌入有機絕緣層190，且接觸導電結構180。第二導電圖案210填入有機絕緣層190的開口194的部分為第二導電通孔213。第二導電通孔213嵌入有機絕緣層190，且接觸接地電極110。第二導電圖案210填入有機絕緣層190的開口196的部分為第三導電通孔215。第三導電通孔215嵌入有機絕緣層190，且接觸第一導電圖案170。在一些實施例中，第一導電通孔211、第二導電通孔213以及第三導電通孔215皆具有上寬下窄的結構。

在本實施例中，重佈線結構RDL位於介電結構IS上，且包括第一導電圖案170、有機絕緣層190以及第二導電圖案210。在其他實施例中，重佈線結構RDL還可以包括更多的絕緣層以及更多的導電圖案。

形成天線電極200於有機絕緣層190基板100的第二面S2上，且連接導電結構180。在一些實施例中，天線電極200包括晶種層202以及形成於晶種層202上的金屬層204。舉例來說，形成天線電極200的方法包括：首先，利用濺鍍製程或化學鍍製程形成毯覆的晶種材料層於基板100的第二面S2上。接著，於晶種材料層上形成光阻圖案，其中光阻圖案覆蓋部分的晶種材料層且暴露出另一部分的晶種材料層。然後，通過電鍍製程於晶種材料層被暴露出來的部分上形成金屬層204。在進行電鍍製程之後，移除光阻圖案以及被其覆蓋的晶種材料層。舉例來說，光阻圖案是通過灰化、剝離或其他合適的製程移除，而光阻圖案下方的部分晶種材料層是通過蝕刻製程或其他合適的製程移除。前述晶種材料層剩餘未被移除的部分即為晶種層202。

在一些實施例中，晶種層202的材料包括銅、鉭、鈦、鉻、鋁或其他合適的材料。在一些實施例中，金屬層204的材料包括銅或其他合適的材料。在一些實施例中，天線電極200的厚度為5微米至10微米。

在一些實施例中，可以利用雙面鍍銅製程同時形成金屬層204以及金屬層214，但本發明不以此為限。金屬層204以及金屬層214也可以在不同的電鍍製程中形成。

在一些實施例中，接地電極110環繞第一導電通孔211，且接地電極110的寬度大於或等於天線電極200的寬度。

在本實施例中，在形成接地電極110、第一導電層130、第二導電層150以及第一導電圖案170之後，才形成第二導電圖案210以及天線電極200。相較於在一開始就先形成天線電極200，在越後面的製程中形成天線電極200越可以減少天線電極200在製程中被刮傷的風險，藉此提升天線裝置的良率。

在一些實施例中，第一導電層130與第二導電層150是通過薄膜沉積製程形成的，且具有較薄的厚度，並可包括較細線寬的訊號線。相較之下，接地電極110、第一導電圖案170、第二導電圖案210以及天線電極200則是通過電鍍製程形成的，且具有較厚的厚度。在一些實施例中，第一導電層130與第二導電層150的材料不同於接地電極110、第一導電圖案170、第二導電圖案210以及天線電極200的材料，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一導電層130、第二導電層150、接地電極110、第一導電圖案170、第二導電圖案210以及天線電極200包括相同的材料。

請參考圖1Q，將晶片220接合至重佈線結構RDL的第二導電圖案210。晶片220通過連接結構222而連接至第二導電圖案210。在一些實施例中，連接結構222包括銲料、導電膠或其他合適的材料。底部填充材230位於晶片220與重佈線結構RDL之間，且環繞晶片220與重佈線結構RDL之間的接點（即連接結構222）。

圖2是依照本發明的一實施例的一種天線裝置10的剖面示意圖。在一些實施例中，天線裝置10包括透光區TR以及不透光區NTR。接地電極110、天線電極200以及晶片220位於不透光區NTR中。在一些實施例中，天線裝置10為透明天線裝置，且可裝設於窗戶、汽車天窗等位置。

10:天線裝置 100:基板 110:接地電極 110h,140h,160h,192,194,196,OP:開口 112,172,182,202,212:晶種層 114,174,184,204,214:金屬層 120:第一無機介電層 130:第一導電層 140:第二無機介電層 150:第二導電層 160:第三無機介電層 170:第一導電圖案 180:導電結構 190:有機絕緣層 200:天線電極 210:第二導電圖案 211:第一導電通孔 213:第二導電通孔 215:第三導電通孔 220:晶片 222:連接結構 230:底部填充材 IS:介電結構 ISh:通孔 NTR:不透光區 P1:第一部分 P2:第二部分 PR:光阻圖案 RDL:重佈線結構 r1,r2:孔徑 S1:第一面 S2:第二面 T:深度 TH:基板通孔 TR:透光區 w:寬度

圖1A至圖1Q是依照本發明的一實施例的一種天線裝置的製造方法的各個階段的剖面示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種天線裝置的剖面示意圖。

10:天線裝置

100:基板

110:接地電極

140h,160h:開口

112,172,182,202,212:晶種層

114,174,184,204,214:金屬層

120:第一無機介電層

140:第二無機介電層

160:第三無機介電層

170:第一導電圖案

180:導電結構

190:有機絕緣層

200:天線電極

210:第二導電圖案

220:晶片

222:連接結構

230:底部填充材

IS:介電結構

RDL:重佈線結構

S1:第一面

S2:第二面

Claims (9)

1. 一種天線裝置，包括： 一基板，具有一第一面、相反於該第一面的一第二面以及從該第一面延伸至該第二面的一基板通孔； 一介電結構，位於該基板的該第一面上，且具有一開口，其中該開口重疊於該基板通孔； 一導電結構，填入該基板通孔中； 一天線電極，位於該基板的該第二面上，且連接該導電結構； 一重佈線結構，位於該介電結構上，且包括： 一有機絕緣層，位於該介電結構上，且部分填入該開口中；以及 一第一導電通孔，嵌入該有機絕緣層，且接觸該導電結構；以及 一晶片，接合至該重佈線結構，其中該天線裝置包括一透光區以及一不透光區，且該晶片位於該不透光區中。
2. 如請求項1所述的天線裝置，更包括： 一接地電極，位於該基板的該第一面上，且位於該基板與該介電結構之間，其中該介電結構覆蓋該接地電極的側壁，其中該重佈線結構更包括： 一第一導電圖案，位於該介電結構以及該有機絕緣層之間；以及 一第二導電圖案，位於該有機絕緣層上，其中該第二導電圖案嵌入該有機絕緣層中的部分包括該第一導電通孔，且該晶片接合至該第二導電圖案。
3. 如請求項1所述的天線裝置，其中該介電結構包括： 一第一無機介電層，位於該基板的該第一面上； 一第二無機介電層，位於該第一無機介電層上，以及 一第三無機介電層，位於該第二無機介電層上，其中該天線裝置更包括： 一第一導電層，位於該第一無機介電層與該第二無機介電層之間；以及 一第二導電層，位於該第二無機介電層與該第三無機介電層之間。
4. 如請求項3所述的天線裝置，其中該第一導電層與該第二導電層的材料不同於該天線電極的材料。
5. 如請求項1所述的天線裝置，更包括一底部填充材，位於該晶片與該重佈線結構之間，且環繞該晶片與該重佈線結構之間的接點。
6. 如請求項1所述的天線裝置，其中該基板通孔包括從該第一面往內延伸的一第一部分以及從該第二面往內延伸的一第二部分，其中該第一部分的孔徑大於該第二部分的孔徑，且其中該第一部分的深度小於或等於該第二部分的孔徑的一半。
7. 如請求項1所述的天線裝置，其中該開口的寬度大於該基板通孔的寬度。
8. 如請求項1所述的天線裝置，其中該第一導電通孔具有上寬下窄的結構。
9. 如請求項1所述的天線裝置，其中部分的該有機絕緣層橫向地位於該導電結構與該基板之間。