[发明专利]一种基于BCB/Au制作集成射频贴片微带天线的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种采用微电子工艺制作的微波射频天线方法，用于圆片级封装，属于圆片级射频封装技术领域。

背景技术

天线在无线射频领域不可或缺。微带天线是20世纪70年代初期研制成功的一种新型天线。和常用的微波天线相比，它有如下一些优点：体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，制造简单，成本低；电器上的特点是能得到单方向的宽瓣方向图，最大辐射方向在平面的法线方向，易于和微带线路集成，易于实现线极化或圆极化。相同结构的微带天线可以组成微带天线阵，以获得更高的增益和更大的带宽。因此微带天线得到愈来愈广泛的重视。传统的射频贴片天线一般做在PCB(印刷电路板)上，通过同轴电缆与发射电路连接。此种方法虽然具有上述诸多优点，但是基板材料的介电常数，厚度，以及天线的尺寸一致性较差，特别是在比较高的频带，这些误差会对天线参数造成很大影响，往往在制作出来后，需要进一步的调试才能使用，使生产效率降低，增加了成本。另外，传统的贴片天线和集成电路是分开的，连在一起时会受到连接器的限制，产生一些问题：如阻抗匹配，寄生电感，寄生电容等。

由于以上缺点，制作在硅片上的天线应运而生，它和集成电路一起，这种天线制作工艺精确，一致性好，得到了广泛的应用。但是，这种天线有一种缺点，即基板较薄，一般只有几十μm甚至不到1μm，使带宽大大降低。提高基板厚度h在硅上实现比较困难，文献报道中常用的办法是在硅上刻蚀槽，在槽中填充固体介电材料使与周围高度一致，然后用液体把天线图形做在其上，这种方法使得天线基板材料有至少两种，天线损耗增大，而且天线图形和馈线的基板材料不同，容易产生阻抗不匹配，同时仿真和工艺制作较麻烦；另一种是在槽中填充和其他区域形同的介电材料(一般为液体)，然后固化，这种方法在槽的深度较浅的时候还可以使用，但是在大深度时候，经常导致天线表面的平整性不好，对天线造成不良影响。

发明内容

针对传统贴片天线的缺点，本发明的目的在于提出一种基于BCB/Au制作集成射频贴片微带天线的方法，特别是对上述腐蚀槽的方法进行了改进，使得在大深度情况下，可以用同样的材料并且使槽上方的平整度和周围保持一致。此方法和埋置型圆片级射频封装工艺完全兼容，可以和MMIC(单片微波集成电路Monolithic Microwave Integrated Circuit)封装工艺一起制作，不需要增加额外的步骤。

本发明的具体制作方案：a)以氧化硅为掩膜，用各向异性腐蚀液KOH在硅片上刻蚀一个深度为200-400μm的深槽；

b)在步骤a形成的深槽中，填充相对介电常数＜3.5的BCB材料，利用液体的表面张力，使BCB(苯并环丁烯benzocyclobutene)液体表面高出硅片的平面，高出的体积补偿填充的BCB固化时的收缩；

c)将步骤b深槽中填充有BCB的硅片放在热回流炉中分二阶段固化，第一阶段固化温度为170-190℃；第二阶段固化温度为210-250℃，然后降至常温；以确保后续的高温中充填的BCB介电材料不再收缩；同时，固化后充填的BCB表面不平，中间凹陷四周凸起；

d)步骤c固化后，植球形成Au焊球，引出所述天线的地线；

e)在涂胶机上再涂覆一层BCB，涂覆后静止2-4小时，然后固化，由常温升温到210-230℃，时间为20-40min，保温40-60min，最后线性降温，降温时间为20-40min；使表面的平整度进一步提高；

f)在步骤e完成之后，进行CMP(化学机械抛光Chemical Mechanical Planarization)工艺，使表面更平整，Au焊球露出；

g)光刻电镀的方法在深槽上方制作天线的图形，其步骤是：

①首先在BCB表面溅射一层种子层TiW/Au，厚度分别为

②然后涂覆光刻胶，光刻，显影，在槽的上方露出天线图形窗口，然后电镀Au；

③最后去胶、去除种子层，留下天线图形。

其进一步特征是：

(1)所述的步骤e中再涂覆一层BCB介质层厚度为20-50μm。

(2)所述的步骤c中第一阶段固化温度为180℃，第二阶段固化温度为230℃。

(3)步骤d所述的Au焊球高度为20-50μm。

(4)步骤d所述的Au焊球高度为30-40μm。

(5)所述的步骤e中再涂覆一层BCB介质层厚度为25-40μm。

(6)所述的步骤g中②所述电镀Au厚度为2-5μm。

(7)所述的方法，其特征在于：