微波芯片封裝器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及半導體器件封裝和微波波導。
【背景技術】
[0002]微波器件制造商不斷地努力著在降低其制造成本的同時增加其產品的性能。微波器件的制造中的成本密集區是封裝微波半導體芯片。因此，處于低費用且高產出的半導體器件封裝及其制造方法是期望的。此外，期望處于低損失的高功率微波傳輸。不斷的努力以提供更小、更薄或更輕且具有更多樣化的功能和提高的可靠性的微波器件帶動了在涉及的所有技術領域，特別是在半導體芯片封裝和波導技術中的技術創新流。
【附圖說明】
[0003]附圖被包括以提供對實施例的進一步理解并且被并入且構成該說明書的一部分。附圖圖示了實施例并且與描述一起用來說明實施例的原理。其他實施例和實施例的許多預期優點將容易領會，因為通過參照下面的詳細描述它們變得更好理解。附圖的元件不一定相對于彼此成比例。相同的附圖標記指明了對應的類似部件。
[0004]圖1示意性地圖示了包括半導體封裝、變換器元件和連接至半導體封裝的波導部分的示例性微波器件的截面圖。
[0005]圖2示意性地圖示了包括含有變換器元件的半導體封裝和連接至半導體封裝的波導部分的示例性微波器件的截面圖。
[0006]圖3示意性地圖示了包括含有配備有片上天線的微波半導體芯片的半導體封裝和連接至半導體封裝的波導部分的示意性微波器件的截面圖。
[0007]圖4示意性地圖示了包括配備有片外天線的半導體封裝和連接至半導體封裝的波導部分的示例性微波器件的截面圖。
[0008]圖5A和圖5B示意性地圖示了被包括在半導體封裝中的示例性變換器元件的透視圖和平面圖。
[0009]圖6示意性地圖示了包括微波半導體芯片和由半導體封裝的電重新分布層(RDL)形成的片外天線的示例性半導體封裝的截面圖。
[0010]圖7示意性地圖示了包括半導體封裝、多個變換器元件和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖。
[0011]圖8示意性地圖示了包括半導體封裝和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖。
[0012]圖9示意性地圖示了含有多個波導的示例性波導部分的透視圖。
[0013]圖10示意性地圖示了包括多個半導體封裝和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖，在多個波導之中有提供半導體封裝間波導連接的波導。
[0014]圖11示意性地圖示了包括多個半導體封裝和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖，在多個波導之中有包括微波濾波器部件的波導。
[0015]圖12示意性地圖示了包括多個半導體封裝和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖，在多個波導之中有連接至半導體封裝間波導連接的波導天線。
[0016]圖13示意性地圖示了包括多個半導體封裝和含有多個波導的波導部分的示例性微波器件的截面圖，在多個波導之中有提供用于半導體封裝間波導連接的波導。
[0017]圖14是用于通過使用嵌入式晶圓級封裝(eWLP)技術制造包括半導體芯片和波導部分的微波器件的示例性工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]在下面的詳細描述中，參考形成其一部分并且其中借助于圖示可以實踐本發明的具體實施例而示出的附圖。在這方面，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等等的方向術語是參照正在描述的圖的定向而使用的。因為實施例的部件可以以許多不同定向定位，所以方向術語是用于說明的目的并且不以任何方式進行限制。應該理解的是，可以利用其他實施例并且可以在不脫離本發明的范圍的情況下做出結構性或邏輯性改變。因此下面的詳細描述不應被視為具有限制的意義，并且本發明的范圍由隨附權利要求書限定。
[0019]應該理解的是，這里所描述的各種示例性實施例的特征可以彼此組合，除非另有明確指出。
[0020]如在本說明書中所采用的，術語“接合的”、“附接的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”不意味著元件或層必須直接彼此接觸的含義；可以分別在“接合的”、“附接的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”元件之間設置中間元件或層。然而，根據本公開，上面提到的術語可以選擇性地也具有元件或層直接接觸到一起的特定含義，即分別在“接合的”、“附接的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”元件之間不提供中間元件或層。
[0021]此外，相對于形成于或位于表面“之上”的層或部分而使用的詞語“之上”在這里可以用于意味著層或部分“直接地”位于(例如形成于、沉積于等)所說明的表面“上”，即與之直接接觸。相對于形成于或位于表面“之上”的層或部分而使用的詞語“之上”在這里可以用于意味著層或部件在所說明的表面與層或部分之間布置有一個或多個附加層或間隙的情況下“間接地”位于(例如形成于、沉積于等)所說明的表面“上”。
[0022]本文所描述的半導體封裝可以含有一個或多個微波半導體芯片。微波半導體芯片可以是不同類型的、可以通過不同的技術制造并且可以包括例如邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號集成電路、功率集成電路、電光電路、存儲器電路或集成無源器件(iro)。
[0023]本文所描述的微波半導體芯片可以由諸如例如S1、SiC、SiGe、GaAs、GaN、AlGaN、InGaAs、InAlAs等的特定半導體材料制造，并且此外可以含有不是半導體的無機和/或有機材料。
[0024]本文所描述的微波半導體芯片可以包括控制電路、微處理器、存儲器電路和/或微機電部件。它們可以例如包括發射器、接收器、收發器、傳感器或檢測器。特別是，本文所描述的微波半導體芯片可以包括無線部件，諸如例如，微波電路，例如微波發射器、微波接收器、微波收發器、微波傳感器或微波檢測器。
[0025]一般情況下，本文所考慮的微波頻率區域可以是從大約300MHz (大約1米的波長)到大約300GHz (大約1mm的波長)的范圍。通過示例的方式，本文所描述的微波半導體芯片可以包括在例如300MHz與300GHz之間的頻率范圍內操作的集成微波電路，更特別地在例如20GHz與200GHz或例如40GHz與160GHz之間的頻率范圍內、以及例如以大約60+/-10GHz、80+/-10GHz、120+/-10GHz 或 120+/_10GHz 的頻率操作的集成微波電路。
[0026]牽涉到含有各具有一個或多個微波半導體芯片的一個或多個半導體封裝的微波器件。微波半導體芯片可以具有水平結構。具有水平結構的半導體芯片可以僅在其兩個主表面中的一個主表面上具有芯片電極，例如在其有源表面上具有芯片電極。
[0027]芯片電極(或接觸焊盤)允許與包括在微波半導體芯片中的微波集成電路(例如微波發射器/接收器/收發器/檢測器電路、控制電路等)進行電接觸。芯片電極，例如1/0電極、接地電極、電源電極、微波頻率電極、控制電極等，可以包括被施加至半導體材料的一個或多個電極金屬層。
[0028]本文所描述的微波器件包括與一個或多個半導體封裝相關聯并且例如與之連接的波導部分。波導部分被配置成傳輸由半導體封裝提供的或者被引導至半導體封裝的微波波導信號。波導部分可以包括諸如例如微波濾波器、微波天線、微波天線陣列、微波諧振器、微波功率合成器或微波功率分配器等的微波部件。
[0029]通過示例的方式，微波部件可以包括或者是波導，特別地，例如被集成在波導部分中并且成形以具有期望的部件功能的矩形波導。微波部件可以在上面提到的頻率范圍中的一個或多個中來操作。
[0030]波導部分可以包括一個或多個塊或者可以是一個或多個塊的，每個塊具有例如用于微波傳輸的壁金屬化。塊可以通過不同的技術形成。塊可以例如是塑料的。
[0031]通過示例的方式，波導部分或其一個或多個(例如塑料)塊可以通過3D印刷形成。這樣一來，可以得到高程度的設計可變性。隨著微波部件的設計可變性帶來功能多樣性，可以通過使用例如用于形成波導部分和例如其中所包含的微波部件的3D印刷技術而在波導部分中實施多種不同的器件性質和器件特征。
[0032]半導體封裝可以包括形成內嵌有微波半導體芯片的包封物的包封材料。
[0033]包封材料可以是電絕緣材料并且可以包括或者是熱固性材料或熱塑性材料。熱固性材料可以例如在環氧樹脂、有機硅樹脂或丙烯酸樹脂的基礎上制作。熱塑性材料可以例如包括從聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)和聚對苯二甲酸乙酯(PET)的組中選出的一個或多個材料。熱塑性材料通過在模制或層壓期間施加壓力和熱而熔化并且(可逆地)當冷卻和壓力釋放時硬化。
[0034]包封材料可以包括或者是聚合物材料，例如硬質塑料聚合物材料。包封材料可以包括或者是填充或未填充的模制材料(mold material)、填充或未填充的熱塑性材料、填充或未填充的熱固性材料、填充或未填充的層壓體、纖維增強層壓體、纖維增強聚合物層壓體和具有填料顆粒的纖維增強聚合物層壓體中的至少一個。
[0035]包封材料可以通過借助例如模制或層壓將微波半導體芯片嵌入到包封材料內而被施加在微波半導體芯片之上。
[0036]在第一種情況下，即如果包封材料是模制材料，則諸如例如壓縮模制、注射模制、粉末模制或液體模制等的各種技術可以用于形成包封物。模制材料可以被施加成以將微波半導體芯片和其上可以放置微波半導體芯片的臨時載體進行包覆模制(overmold)。
[0037]在第二種情況下，即如果包封材料由層壓體材料制成，則包封材料可以具有一塊層的形狀，例如被層壓在微波半導體芯片之上和其上放置有微波半導體芯片的臨時載體之上的一塊片材或箔片。熱和壓力可以被施加適于將該塊箔片或片材附接至下層結構的時間。在層壓期間，電絕緣的箔片或片材能夠流動(即，處于塑性狀態)，導致臨時載體上的微波半導體芯片和/或其他拓撲結構(諸如，例如微波變換器元件)之