半导体封装结构的制作方法

本实用新型属于半导体封装领域，特别是涉及一种半导体封装结构。

背景技术：

随着经济的发展和科技的进步，各种高科技的电子产品层出不穷，极大方便和丰富了人们的生活，这其中以手机和平板电脑(pad)为代表的各种便携式移动通信终端的发展尤为引人注目。

现有的便携式移动通信终端通常内置有天线结构用于通信功能，比如实现语音和视频连接以及上网冲浪等。目前天线内置的普遍方法是将天线直接制作于电路板的表面，但这种方法因天线需占据额外的电路板面积导致装置的整合性较差，制约了移动通信终端的进一步小型化。同时，由于电路板上电子线路比较多，天线与其他线路之间存在电磁干扰等问题，甚至还存在着天线与其他金属线路短接的风险。

虽然在封装领域已出现将天线和芯片一起封装的结构，但现有的封装结构因采用多种塑封层，不仅使其整体体积偏大，而且因封装结构的性能严重依赖于塑封技术，制备工艺的复杂导致其生产成本较高而限制了其进一步使用。另外，现有的天线封装多为单层结构，其天线效率较低，已不足以满足对天线性能日益提高的需求。

基于以上所述问题，提供一种具有高整合性以及高效率的半导体封装结构实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体封装结构，用于解决现有技术中天线封装结构整合性较低、器件体积偏大以及天线的效率较低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种半导体封装结构，所述半导体封装结构包括：重新布线层，具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述重新布线层包括介质层及位于所述介质层内的金属连接层；第一玻璃基板，位于所述重新布线层的第二表面；金属连接柱，贯穿所述第一玻璃基板，且与所述金属连接层电性连接；第一天线层，位于所述第一玻璃基板远离所述重新布线层的表面，所述第一天线层与所述金属连接柱电性连接；第二玻璃基板，覆盖所述第一天线层；第二天线层，位于所述第二玻璃基板远离所述第一天线层的表面；金属凸块，位于所述重新布线层的第一表面，且与所述金属连接层电性连接；以及芯片，位于所述重新布线层的第一表面，且与所述金属连接层电性连接。

可选地，所述第一天线层包括多个间隔分布的天线，所述半导体封装结构还包括位于所述天线之间的保护层。

可选地，所述第二天线层包括多个间隔分布的天线，所述第一天线层与所述第二天线层包括的天线数量相同且所述第一天线层的天线与所述第二天线层的天线一一对应设置。

可选地，所述半导体封装结构还包括填充于所述芯片与所述重新布线层之间的底部填充层。

可选地，所述第一玻璃基板的厚度大于所述第二玻璃基板的厚度。

可选地，所述第一玻璃基板上具有沟槽，所述第一天线层位于所述沟槽内。

可选地，所述第一天线层的厚度低于所述沟槽的深度。

可选地，所述第二玻璃基板上具有沟槽，所述第二天线层位于所述沟槽内。

可选地，所述第二天线层表面还具有金属引线。

可选地，所述第一天线层上还具有对位标记，所述第一天线层和所述第二天线层通过所述对位标记对准。

如上所述，本实用新型的半导体封装结构采用重新布线层及多层玻璃基板实现两层或更多层天线金属层的整合，有助于封装结构的体积缩小，提高器件集成度，同时有助于其制备工艺的简化和生产成本的降低，有利于其性能的提升。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一的半导体封装结构的结构示意图。

图2至图4显示为本实用新型实施例一的半导体封装结构中的第一天线层的俯视结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例二的半导体封装结构的结构示意图。

图6至图8显示为本实用新型实施例二的半导体封装结构中的第一天线层的俯视结构示意图。

图9显示为本实用新型实施例一的半导体封装结构的制备方法的流程图。

图10至12显示为依图9的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。

元件标号说明

11重新布线层

111介质层

112金属连接层

12第一玻璃基板

13金属连接柱

14第一天线层

141天线

15第二玻璃基板

16第二天线层

17金属凸块

18芯片

19保护层

20底部填充层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供一种半导体封装结构，所述半导体封装结构包括：重新布线层11，具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述重新布线层11包括介质层111及位于所述介质层111内的金属连接层112；第一玻璃基板12，位于所述重新布线层11的第二表面；金属连接柱13，贯穿所述第一玻璃基板12，且与所述金属连接层112电性连接；第一天线层14，位于所述第一玻璃基板12远离所述重新布线层11的表面，所述第一天线层14与所述金属连接柱13电性连接；第二玻璃基板15，覆盖所述第一天线层14；第二天线层16，位于所述第二玻璃基板15远离所述第一天线层14的表面；金属凸块17，位于所述重新布线层11的第一表面，且与所述金属连接层112电性连接；以及芯片18，位于所述重新布线层11的第一表面，且与所述金属连接层112电性连接。本实用新型的半导体封装结构采用重新布线层11及多层玻璃基板实现两层或更多层天线金属层的整合，有助于封装结构的体积缩小，提高器件集成度，同时有助于降低成本，有利于其性能的提升；多层玻璃基板的利用有助于其制备工艺的简化。

所述重新布线层11包括介质层111和位于所述介质层111内的单层的金属连接层112，所述金属连接层112位于所述介质层111内以避免所述金属连接层112被氧化污染而导致其电阻增大而引发器件性能下降甚至完全失效。所述金属连接层112可从所述介质层111的表面部分露出以便于其和其他结构的电性连接。作为示例，所述介质层111的材料包括但不限于环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，形成所述介质层111的方法包括但不限于化学气相沉积法或物理气相沉积法；形成所述金属连接层112的方法包括但不限于物理气相沉积法或电镀法，比如通过光刻刻蚀等方法在所述介质层111内形成对应所述金属连接层112的图形后再采用前述的方法填充金属以形成所述金属连接层112，之后再形成覆盖所述金属连接层112的介质材料；所述金属连接层112的材料包括但不限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。在其他示例中，所述介质层111和所述金属连接层112的层数可以为3层或更多，但需确保多层的所述金属连接层112之间电性连接。

作为示例，所述第一玻璃基板12和所述第二玻璃基板15的材质可以是硅酸盐等材质的无机玻璃，或者也可以为有机玻璃，重要的是其为透明或者说可透光，本实施例中优选硅酸盐等材质的无机玻璃。所述第一玻璃基板12的厚度可以和所述第二玻璃基板15的厚度相同或不同。本实施例中，作为示例，所述第一玻璃基板12的厚度大于所述第二玻璃基板15的厚度，所述第一玻璃基板12的厚度设置得比较厚有助于避免包括所述金属连接层112在内的其他金属线层对所述第一天线层14的电磁干扰，同时有助于避免短路。

作为示例，所述金属连接柱13的材料包括但不限于金、银、铝、铜中的一种或多种，且所述金属连接柱13和所述金属连接层112相连接处还可以形成由镍等金属形成的、横截面比所述金属连接柱13大的焊垫(未标示)以确保所述金属连接柱13和所述金属连接层112的充分电连接。

所述第一天线层14的材料包括但不限于铜、铝和银等金属材料中的一种或多种，比如所述第一天线层14可以为铜金属层表面镀有银层的复合金属层，以提高所述第一天线层14的性能。

如图2所示，在一示例中，所述第一天线层14包括多个间隔分布的天线141，所述半导体封装结构还包括位于所述天线141之间的保护层19，所述保护层19包括但不限于聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种或多种。多个所述天线141可以均匀间隔，也可以非均匀间隔；所述天线141的结构可以完全相同，也可以彼此不同，本实施例中优选多个所述天线141的结构和尺寸完全相同且均匀间隔排列，因而各个所述天线141的发射频率和强度均相同，有利于提高所述半导体封装结构的总体性能。

如图3所示，在另一示例中，所述第一天线层14的天线141呈螺旋状，这种结构有利于增强所述第一天线层14的辐射耦合，提高所述半导体封装器件的性能。

如图4所示，在又一示例中，所述第一天线层14可包括一个或多个圆环形天线141，这种结构有利于增大所述第一天线层14的辐射方向，提高所述半导体封装器件的性能。

当然，根据不同的需要，所述第一天线层14的具体结构还可以有其他选择，本实施例中并不严格限制。本实施例中的所述第一天线层14都是形成在所述第一玻璃基板12的表面上，为避免所述第一天线层14被外界环境污染或氧化，通常其外围和天线间的间隙被所述保护层19保护，图2至图4中示意了所述第一天线层14和所述保护层19，且所述第一天线层14通过还通过接地线(未图示)接地。

作为示例，所述第二天线层16包括多个间隔分布的天线141，所述第一天线层14与所述第二天线层16包括的天线141数量相同且所述第一天线层14的天线141与所述第二天线层16的天线141一一对应设置，即所述第二天线层16的天线141与所述第一天线层14的天线141在结构、尺寸和排列方向上完全一样，这种结构的设置有助于增强天线场强，提高天线增益，提高所述半导体封装结构的性能。当然，在其他示例中，根据不同的需要，所述第二天线层16和所述第一天线层14的结构、尺寸和排列方向可以不完全相同甚至完全不同，比如所述第一天线层14的天线141和所述第二天线层16的天线141排列方向可呈45°夹角，本实施例中并无严格限制。所述第二天线层16可与所述第一天线层14电性连接，或者可以通过在其表面设置金属引线(未图示)实现与其他结构的电性连接，因而无需提供刻蚀通孔并填充金属形成导电金属柱，有助于简化制备工艺。当然，天线的结构除两层结构外，还可以为三层或三层以上，最上层的天线层优选在其表面设置金属引线以便于其电性引出，而下层的天线层则优选通过形成类似所述金属连接柱13的结构依次与其下层结构电性连接，且各个天线层通常都需要通过接地结构(未图示)接地。多个天线层的设置有助于缩小封装结构的体积，提高器件集成度，同时有助于降低成本，有利于提高器件性能。

作为示例，所述半导体封装结构还包括填充于所述芯片18与所述重新布线层11之间的底部填充层20，所述底部填充层20可提高所述芯片18与所述重新布线层11的结合强度并保护所述重新布线层11。所述底部填充层20的材料包括但不限于聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种或多种，形成所述底部填充层20的方法包括但不限于喷墨、点胶、压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种或多种。

作为示例，所述金属凸块17包括但不限于锡焊料凸块、银焊料凸块及金锡合金焊料凸块中的一种或多种，所述金属凸块17和所述金属连接层112的相接处可设置有诸如镍材质的焊垫(未标示)以确保所述金属凸块17和所述金属连接层112的充分电连接。所述金属凸块17的下表面优选相较于所述芯片18的下表面向外凸出以保护所述芯片18(如图1中所示，两者的下表面不在同一水平面)。

作为示例，所述第一天线层14上还形成有对位标记(未图示)，所述第一天线层14和所述第二天线层16通过所述对位标记对准。所述对位标记可为圆形、三角形、十字形、米字形或其他任意结构中的一种或多种，其数量可以为一个或多个。所述对位标记优选位于所述第一天线层14的边缘，且其材质优选与所述第一天线层14的天线141的材料相同，即都为金属材料，且其优选和所述天线141一起形成，有助于其制备工艺的简化。由于所述第一玻璃基板12和所述第二玻璃基板15均为透明材质，因而在封装过程中可以借助所述对位标记实现对准，有利于降低生产成本。

实施例二

如图5所示，本实施例提供另一种结构的半导体封装结构，本实施例的半导体封装结构与实施例一的半导体封装结构的区别在于：实施例一中，所述第一天线层14形成于所述第一玻璃基板12的上部，两者的上表面不在一个水平面上，所述第一天线层14的天线141之间存在的间隙被所述保护层19填充以保护所述第一天线层14；而本实施例中，所述第一玻璃基板12内形成有沟槽(未图示)而所述第一天线层14形成在所述沟槽内，因而本实施例中所述沟槽之间的所述第一玻璃基板12对所述第一天线层14形成了良好的保护而无需另外制作所述保护层19，因而从图6至图7中例示的所述第一天线层14的俯视图来看，所述第一天线层14从所述第一玻璃基板12的表面露出，即所述第一天线层14嵌入在所述第一玻璃基板12中。在其他示例中，所述第二天线层16也可以采用此种嵌入式结构。这种设计有利于结构的简化和封装成本的降低。此外，所述第一天线层14的上表面优选不高于所述第一玻璃基板12的上表面，比如两者的上表面可以相平齐或者所述第一天线层14的上表面低于所述第一玻璃基板12的上表面(也即所述第一天线层14的厚度低于所述沟槽的深度)，两者的高度差部分可被涂胶层填充以固定所述第一天线层14，同时有助于所述第二玻璃基板15和所述第一玻璃基板12的紧密贴合，有助于提高封装结构的品质和性能。除此之外，本实施例的半导体封装结构的其他部分均与实施例一中的半导体封装结构一样，具体请参考实施例一，出于简洁的目的不再赘述。

实施例三

图9示例了本实用新型的实施例一的半导体封装结构的制备方法，故实施例一中对相关结构的说明完全适用于本实施例，出于简洁的目的本实施例中对相同的内容尽量不重复介绍，具体请参考实施例一。

作为示例，所述制备方法包括步骤：

s1：提供第一玻璃基板12，所述第一玻璃基板12具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，于所述第一玻璃基板12的第一表面上形成重新布线层11，所述重新布线层11包括介质层111及位于所述介质层111内的金属连接层112；

s2：形成金属连接柱13，所述金属连接柱13贯穿所述第一玻璃基板12且暴露于所述第一玻璃基板12的第二表面，所述金属连接柱13与所述金属连接层112电性连接；

s3：于所述第一玻璃基板12的第二表面上形成第一天线层14，所述第一天线层14与所述金属连接柱13电性连接，得到的结构如图10所示；

s4：提供第二玻璃基板15，所述第二玻璃具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，于所述第二玻璃基板15的第一表面形成第二天线层16，得到的结构如图11所示；

s5：将形成有所述第一天线层14的所述第一玻璃基板12与形成有所述第二天线层16的所述第二玻璃基板15相贴合以得到贴合片，其中，所述第一天线层14所在的面和所述第二玻璃基板15的第二表面为贴合面，得到的结构如图12所示；

s6：将所述贴合片的所述重新布线层11远离所述第一玻璃基板12的表面与芯片18接合，所述芯片18与所述金属连接层112电性连接；

s7：于所述重新布线层11远离所述第一玻璃基板12的表面形成金属凸块17，所述金属凸块17与所述金属连接层112电性连接。

作为示例，在形成所述重新布线层11之前还包括对所述第一玻璃基板12进行清洁的步骤，以提高所述第一玻璃基板12的清洁度，提高封装结构的性能，比如采用吹扫等干法清洁，或者采用超声清洗和干燥等方法进行清洁，本实施例中并不严格限制。在其他示例中，还可以对所述第一玻璃基板12的所述第一表面进行粗糙化处理以使其表面凹凸不平，以增强所述第一玻璃基板12和所述重新布线层11的结合面积以使两者结合地更加紧密。需要说明的是，第一表面和第二表面只是为了描述的简便而并不具有特别的意义。

作为示例，所述介质层111的材料包括但不限于环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，形成所述介质层111的方法包括但不限于化学气相沉积工艺；形成所述金属连接层112的方法包括但不限于电镀法或物理气相沉积法；所述金属连接层112的材料包括但不限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。所述介质层111和所述金属层的层数可以为单层，也可以为2层或更多层，但需确保多层的所述金属连接层112之间电性连接。

作为示例，形成所述金属连接柱13的方法可以为，在所述第一玻璃基板12对应要连接所述金属连接层112的位置通过激光刻蚀出贯穿所述第一玻璃基板12的通孔，之后采用物理气相沉积法或电镀法于所述通孔内填充金属形成所述金属连接柱13。采用的激光可以为紫外激光或光纤激光，采用激光刻蚀相较于常规的等离子体刻蚀的优点很多，比如刻蚀速度快、刻蚀精度高、刻蚀过程可精确控制、无需化学腐蚀，可减少环境污染，降低刻蚀成本等；而所述第一玻璃基板12因其为玻璃而具有的透明特性，故形成所述金属连接柱13的过程中无需利用掩膜，可有效降低生产成本。

在一示例中，于所述第一玻璃基板12的第二表面上形成所述第一天线层14的步骤包括：

于所述第一玻璃基板12的所述第二表面上形成第一天线金属层；

对所述第一天线金属层进行光刻刻蚀以将所述第一天线金属层分隔成多个间隔分布的天线141；

于所述天线141之间的间隙内形成保护层19。

作为示例，形成所述第一天线金属层的方法包括但不限于电镀或物理气相沉积法，比如蒸镀法，所述第一天线金属层的材料包括但不限于铜、铝和银中的一种或多种，比如为铜层表面镀银层的复合金属层；所述保护层19的材料包括但不限于聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种，形成所述保护层19的方法包括但不限于喷墨、点胶、压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种或多种。

在一示例中，在形成所述第一天线层14的过程中还包括于所述第一天线层14上形成对位标记的步骤，所述第一玻璃基板12与所述第二玻璃基板15相贴合的过程中，通过所述对位标记实现对准。所述对位标记的材质可以和所述第一天线层14的材料完全相同，其数量可以为一个或多个，通常位于所述第一天线层14的天线141外围。

当然，在另一示例中，也可以先于所述第一玻璃基板12的第二表面形成所述保护层19，于所述保护层19上定义出所述第一天线层14的形状后再通过物理气相沉积法或电镀法形成所述第一天线层14，本实施例中并不严格限制。

作为示例，形成所述第二天线层16的方法可以为，采用电镀法或物理气相沉积法于所述第二玻璃基板15上形成第二天线金属层，之后通过光刻刻蚀所述第二天线金属层以得到所需形状的所述第二天线层16，所述第二天线金属层的材料包括但不限于铜、铝和银中的一种或多种，比如为铜层表面镀银层的复合金属层。

作为示例，可于所述第一玻璃基板12和所述第二玻璃基板15的待贴合表面涂胶后将所述第一玻璃基板12和所述第二玻璃基板15相贴合，且贴合后还优选采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

作为示例，可通过焊线工艺将所述芯片18与所述金属连接层112电性连接。

作为示例，在形成所述金属凸块17前还包括在将所述芯片18与所述重新布线层11接合后形成填充于所述芯片18与所述重新布线层11之间的底部填充层20的步骤。所述底部填充层20可提高所述芯片18与所述重新布线层11的结合强度并保护所述重新布线层11。所述底部填充层20的材料包括但不限于聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种或多种，形成所述底部填充层20的方法包括但不限于喷墨、点胶、压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种或多种。

通过本实施例制备的半导体封装结构如图1所示。

实施例四

本实施例还提供另一种半导体封装结构的制备方法，用于制备实施例二中的半导体封装结构。本实施例的制备方法与实施例三的区别在于，实施例三中制备的半导体封装结构中，所述第一天线层14形成于所述第一玻璃基板12的上表面上，所述第一天线层14的天线141之间存在的间隙被所述保护层19填充以包括所述第一天线层14；而本实施例制备的半导体封装结构中，所述第一玻璃基板12内形成有沟槽而所述第一天线层14形成于所述沟槽内，该沟槽可通过光刻刻蚀形成或通过激光刻蚀而形成，优选激光刻蚀，可有效降低刻蚀成本，因而本实施例中所述沟槽之间的所述第一玻璃基板12对所述第一天线层14形成了良好的保护而无需另外制作所述保护层19。所述第一天线层14从所述第一玻璃基板12的表面露出，即所述第一天线层14嵌入在所述第一玻璃基板12中。作为示例，所述第一天线层14的上表面优选不高于所述第一玻璃基板12的上表面，比如两者的上表面可以相平齐或者所述第一天线层14的上表面低于所述第一玻璃基板12的上表面，两者的高度差部分可涂胶填充以固定所述第一天线层14，同时有助于所述第二玻璃基板15和所述第一玻璃基板12的紧密贴合，有助于提高封装结构的品质和性能。所述第二天线层16也可以采用和所述第一天线层14同样的方式形成，即在所述第二玻璃基板15内通过激光刻蚀形成对应所述第二天线层16的沟槽，之后在所述沟槽内采用电镀或蒸镀法填充金属以形成所述第二天线层16。除此之外，本实施例的制备方法的其他步骤均与实施例三中的步骤相同，具体请参考实施例三，出于简洁的目的不再赘述。

通过本实施例制备的半导体封装结构如图2所示。

如上所述，本实用新型提供一种半导体封装结构，所述半导体封装结构包括重新布线层，具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，所述重新布线层包括介质层及位于所述介质层内的金属连接层；第一玻璃基板，位于所述重新布线层的第二表面；金属连接柱，贯穿所述第一玻璃基板，且与所述金属连接层电性连接；第一天线层，位于所述第一玻璃基板远离所述重新布线层的表面，所述第一天线层与所述金属连接柱电性连接；第二玻璃基板，覆盖所述第一天线层；第二天线层，位于所述第二玻璃基板远离所述第一天线层的表面；金属凸块，位于所述重新布线层的第一表面，且与所述金属连接层电性连接；以及芯片，位于所述重新布线层的第一表面，且与所述金属连接层电性连接。本实用新型的半导体封装结构采用重新布线层及多层玻璃基板实现两层或更多层天线金属层的整合，有助于封装结构的体积缩小，提高器件集成度，同时有助于降低成本，有利于所述半导体封装结构的性能提升。多层玻璃基板的使用有利于其制备工艺的简化。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。