專利名稱：集成電路封裝的制作方法
集成電路封裝技術領域
本公開一般涉及封裝，更具體地，涉及集成電路封裝。
技術背景
在以毫米測量的射頻操作的集成電路芯片的封裝可以導致信號插入損耗和電磁干擾。此外，盡管減小電子系統(tǒng)的尺寸是電子設備制造商們共同的目標，但是作為尺寸減小的結果，對于給定的性能，系統(tǒng)的復雜度增大。因此，減少信號插入損耗且改善封裝隔離的用于雷達應用的低成本射頻封裝方案將是有用的。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種裝置，其包括耦合到插入器(interposer)的集成電路管芯，該集成電路管芯接收毫米波長信號；插入器，其包括微帶饋線，所述微帶饋線耦合到所述集成電路管芯以接收毫米波長信號；以及位于集成電路管芯和微帶饋線上方的蓋，駐留于所述蓋和所述管芯之間的充氣間隙；所述蓋包括直接位于集成電路管芯之上的有損EBG結構和直接位于所述微帶饋線之上的無損EBG結構。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種方法，包括基于有損EBG結構，吸收從集成電路管芯發(fā)射的第一射頻信號的第一頻率范圍的TE模式，該有損EBG結構包括第一導電貼片和第二導電貼片之間的第一有效電阻，其中所述第一射頻信號在所述集成電路管芯之上并且以與所述集成電路管芯平行的方向傳播，所述集成電路管芯的背面金屬位于所述第一和第二導電貼片的下方；以及基于無損EBG結構，吸收從槽式諧振器發(fā)射的第二射頻信號的第一頻率范圍的TE模式，該無損EBG結構包括將第三導電貼片電耦合到第四導電貼片的第二有效電阻，其中所述第二射頻信號在微帶饋線之上并且以與微帶饋線平行的方向傳播， 所述第二有效電阻至少是所述第一電阻的十倍，并且所述微帶饋線直接位于所述無損EBG 結構的下方。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，還提供了一種方法，包括提供置于插入器之上的集成電路管芯，所述插入器包括具有導電平面的第一主表面和具有微帶饋線的第二主表面，所述微帶饋線被耦合以發(fā)送所述半導體管芯處產(chǎn)生的毫米波信號；提供蓋結構，所述蓋結構包括有損EBG結構和無損EBG結構，所述有損EBG結構包括電耦合到第二導電貼片的第一導電貼片，而所述無損EBG結構包括與第四導電貼片電隔離的第三導電貼片；以及將所述蓋結構耦合到所述插入器以在蓋和插入器之間形成空腔，其中所述集成電路管芯在所述有損 EBG結構和所述插入器之間，并且所述微帶天線在所述無損EBG結構下。
根據(jù)本發(fā)明再一方面，還提供了一種裝置，包括耦合到插入器的集成電路管芯， 該集成電路管芯提供毫米波長信號；所述插入器，其包括微帶饋線，所述微帶饋線耦合到所述集成電路管芯以接收毫米波長信號；以及位于所述集成電路管芯和所述微帶饋線之上的蓋，充氣間隙位于所述蓋和所述管芯之間；所述蓋包括直接位于所述集成電路管芯之上的有損EBG結構和直接位于所述微帶饋線之上的無損EBG結構。


通過參考附圖可以更好地理解本公開，并且它的許多特征和優(yōu)點對于本領域技術人員來說變得明顯。
圖1為根據(jù)本公開具體實施例的集成天線封裝的側視圖。
圖2為根據(jù)本公開具體實施例的圖1的集成封裝的一部分的側視圖。
圖3為根據(jù)本公開具體實施例的圖2的集成封裝的部分的側視圖。
圖4為根據(jù)本公開具體實施例的圖2的天線結構的外部的平面圖。
圖5為根據(jù)本公開具體實施例的圖4的天線結構的外部的平面圖。
圖6為根據(jù)本公開具體實施例的圖3的天線結構的內(nèi)部的平面圖。
圖7為根據(jù)本公開具體實施例的圖2的集成封裝部分的外部的平面圖。
圖8為根據(jù)本公開具體實施例的插入器的外部的平面圖。
圖9為根據(jù)本公開具體實施例的插入器110的內(nèi)部的平面圖。
圖10為根據(jù)本公開具體實施例的示出襯底穿通通孔位置的圖9的平面圖。
圖11為根據(jù)本公開具體實施例的更詳細地示出插入器的一部分的圖9的平面圖的一部分。
圖12為根據(jù)本公開具體實施例的更詳細地示出插入器的一部分的圖9的平面圖的一部分。
圖13為根據(jù)本公開具體實施例的圖9的平面圖所示的貼片(patch)的一部分。
圖14為根據(jù)本公開具體實施例的包括圖13所示的貼片的電磁帶隙單位單元的截面圖。
圖15為根據(jù)本公開具體實施例的還包括安裝在插入器上的管芯的圖2的集成封裝的部分的側視圖。
圖16示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖2的管芯和插入器的一部分的側視圖。
圖17示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖9的平面圖以及管芯和管芯互連的相對位置。
圖18為根據(jù)本公開具體實施例的更具體地示出圖18的平面圖的一部分的平面圖。
圖19為根據(jù)本公開具體實施例的包括環(huán)形結構的圖15的集成封裝的一部分的側視圖。
圖20為根據(jù)本公開具體實施例的包括圖15的管芯和圖19的環(huán)形結構的圖9的平面圖。
圖21為根據(jù)本公開具體實施例的集成天線裝置的側視圖。
圖22為根據(jù)本公開具體實施例的圖21的集成天線裝置的一部分的側視圖。
圖23為根據(jù)本公開具體實施例的示出蓋的外部的圖21的集成天線裝置的平面圖。
圖M為根據(jù)本公開具體實施例的集成天線裝置的蓋的內(nèi)部的第一導電層的平面圖。
圖25為根據(jù)本公開具體實施例的進一步示出下方管芯120的位置和襯底穿通通孔的圖M的平面圖。
圖沈為根據(jù)本公開具體實施例的更為詳細的圖25的集成天線封裝的一部分的平面圖。
圖27為根據(jù)本公開具體實施例的進一步示出在蓋的第二導電層處的導電貼片的位置的圖25的集成天線封裝的平面圖。
圖觀為根據(jù)本公開具體實施例的更為詳細的圖27的集成天線封裝的一部分的平面圖。
圖四為根據(jù)本公開具體實施例的方法的流程圖。
圖30為根據(jù)本公開具體實施例的方法的流程圖。
圖31為根據(jù)本公開具體實施例的方法的流程圖。
圖32為根據(jù)本公開具體實施例的天線結構的替換實施例的平面圖。
圖33示出了根據(jù)本公開具體實施例的雷達模塊的俯視圖。
圖34示出了根據(jù)本公開具體實施例的雷達模塊的正視圖。
圖35示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖1的雷達模塊的各個部分的等距視圖。
圖36更詳細地示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖35的電子組件的背面的等距視圖。
圖37更詳細地示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖36的電子組件的正面的一部分的等距視圖。
圖38更詳細地示出了根據(jù)本公開具體實施例的電子組件的一部分的截面圖。
圖39示出了根據(jù)本公開具體實施例的截面中的圖1的雷達模塊的等距視圖。
圖40示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖39的雷達模塊的截面視圖。
圖41示出了根據(jù)本公開具體實施例的圖40的雷達模塊的截面視圖中被反射的雷達信號。
圖42示出了根據(jù)本公開具體實施例的集成到機動車輛中的雷達模塊。
具體實施方式
公開了一種適用于低成本商業(yè)應用的集成天線封裝，比如雷達模塊。根據(jù)本公開具體實施例該雷達模塊針對避免碰撞雷達的應用。集成天線封裝架構包括插入器，該插入器利用倒裝芯片突柱(stude bump)接合技術將管芯與球柵陣列(BGA)接口連接。射頻(RF) 信號傳輸結構(比如，共面波導(CPW))被集成在插入器中從而在管芯與同樣被集成到集插入器的微帶饋線之間傳遞RF信號。蓋被附接到插入器，以將管芯、傳輸結構、和微帶饋線包封在空腔中，從而避免管芯的直接包封，直接包封會造成操作特性比如中心頻率的不期望的變化。
和插入器一起封裝管芯的蓋包括不同類型的元材料(metamaterial)，以促進集成天線封裝在期望的毫米波頻率(比如，77GHz)的有效操作。在具體的實施例中，不同類型的元材料包括有損和無損元材料，比如有損和無損電磁帶隙(EBG)表面，其被調諧以使在操作期間可能出現(xiàn)在集成天線封裝的空腔內(nèi)的RF模式衰減。槽式諧振器(slot resonator) 形成在與微帶饋線相反的插入器的共面表面上。將包括外表面處的印刷天線的天線結構， 比如貼片天線，附接到插入器的外表面，從而形成槽式諧振器上的空腔。在RF傳輸期間，槽式諧振器激發(fā)貼片天線。
參考圖1-32將可以更好地理解這種集成封裝的具體實施例，其中示出了一種雷達模塊，通過設置單獨的發(fā)射部和接收部該雷達模塊同時進行發(fā)射和接收操作。單獨的發(fā)射部和接收部每一個與相應的天線相關聯(lián)，并且相互獨立地進行操作。通過向作為模塊主饋送的發(fā)射天線元件供電來實現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)，這里主饋送元件可以是印刷天線，比如貼片天線。饋送天線元件的實現(xiàn)方式可以是傳播電磁(EM)能的任意天線元件，比如這里參考集成電路天線所描述的貼片天線。發(fā)射天線元件照射次級天線(secondary antenna)或復合天線(compound antenna)，比如反射器表面、透鏡或二者的組合，其以所要避開的潛在物體的期望方向再輻射EM能量。發(fā)射部分包括單獨的反射器表面，它獨立于任何其他的接收反射器表面。接收系統(tǒng)由一組接收部分實現(xiàn)，該組接收部分中的每一個具有相應的拋物面反射器，對于期望頻率附近的頻率范圍，該拋物面反射器將幾乎所有的EM能反射向相應的天線元件。正如這里所討論的，天線元件為貼片天線，但是接收天線元件的實現(xiàn)方式可以是能夠接收EM能的任意天線元件。這些接收天線被次級天線或復合天線照射，比如拋物面反射器表面、透鏡、或二者的組合。接收系統(tǒng)部包括單獨的反射器表面，其獨立于發(fā)射反射器表面。 接收反射器表面的目的在于將從潛在目標物體返回的雷達信號(比如，發(fā)射雷達脈沖)所反射的EM能量再輻射。另外，極化濾波器的使用使得總的系統(tǒng)易受來自環(huán)境的雷達雜亂回波(radar clutter)影響性最小花。
發(fā)射部分和接收部分的組合、次級天線元件、和系統(tǒng)電子設備被封裝到一個或多個殼體中，該殼體包括機械封裝、環(huán)境封裝和用于雷達系統(tǒng)的安裝結構。參考圖33-42將能夠更好地理解這種雷達模塊的具體實施例。
這里所示的具體實施例是就77GHz應用而描述的。正如隨后更詳細的討論的，應當理解，所示的各種形狀、尺寸、和材料可以改變，只要對于給定的頻率范圍保持其特定的目的。
圖1所示出了集成封裝100的截面圖，為了說明各特征的相對位置，該截面圖未按比例繪制。集成封裝100包括插入器110、管芯120、蓋130、天線元件140、和間隔物150。管芯120為半導體管芯，其可以包括用硅、硅鍺、砷化鎵、氮化硅等實現(xiàn)的電路。管芯120包括有源元件和無源元件，比如晶體管、電阻器和電容器，并通過互連121被附接至插入器110， 從而在管芯120和插入器110之間傳遞信息。在一個實施例中，發(fā)射器管芯，或者收發(fā)器管芯的發(fā)射器部分，包括集成PLL、功率放大器和本地振蕩器(LO)輸出、以及片上斜波(ramp) 發(fā)生器。
在一個實施例中，插入器110為具有至少ΙΟΟΩ-cm，比如大約UK Ω-cm范圍內(nèi)的電阻率的具有低損耗因數(shù)(loss tangent)的高電阻率硅襯底，并且包括內(nèi)導電層117、 外導電層116、以及襯底穿通通孔(TSV)115。插入器的內(nèi)導電層117包括傳輸結構113，外導電層包括116包括槽式諧振器114。在管芯120和插入器110之間形成空腔。插入器110 的區(qū)域111位于管芯120之下并且包括元材料，比如近周期有損EBG結構，以提供片下模式抑制。蓋130包括至少ΙΟΟΩ-cm比如大約Ω-cm的電阻率的具有低損耗因數(shù)的高電阻率硅襯底，并通過間隔物150附接至插入器110以生成空腔152。蓋130包括外導電層 136、內(nèi)導電層137和TSV 135。蓋130的區(qū)域131位于管芯120之上并且包括近周期有損 EBG結構。蓋的區(qū)域132位于傳輸結構113的微帶部分之上并且被描述為包括多層周期無損EBG結構。
天線結構140被連接至插入器110，且具有被外圍部分141包圍的中心部分142。 天線結構140包括在離插入器110最遠的主表面處的外導電層146、在離插入器110最近的主表面處的內(nèi)導電層147、以及將外導電層146的部分連接到內(nèi)導電層147的TSV 145。外導電層146包括貼片天線143、和與元材料相關聯(lián)的外圍部分141處的周期結構，比如無損 EBG結構?？涨?41駐留于天線結構140和插入器110之間。將參考圖2-28詳細討論圖1 的集成天線。
圖2示出了附接到插入器110的天線結構140的具體實施例的側視圖。除圖1所示元件之外，圖2示出了封裝互連160(比如，焊料球互連)的相對位置。天線結構140包括具有至少100 Ω -cm比如IK-IΩ -cm的電阻率的具有低損耗因數(shù)的、被附接到插入器110 上的高電阻率硅襯底445、離插入器110最近的內(nèi)主表面、以及與內(nèi)主表面相反的外主表面。天線結構140的內(nèi)主表面和外主表面每一個包括多個抬升部，包括中心位置142處的上平面部分和外圍位置141處的下平面部分。
圖3更詳細地示出了圖2的一部分，包括天線結構140和插入器110的多種特征。 天線結構140的所示特征包括外導電層146、內(nèi)導電層147、空腔144、以及TSV 145 (圖3示出了一個)。外導電層146和內(nèi)導電層147駐留于硅襯底445的相反主表面。插入器110 的所示特征包括襯底118、外導電層116、內(nèi)導電層、以及TSV 115(圖3示出了一個)。導電層116和117駐留于硅襯底118的相反的主表面。
導電層116、117、146和147中的每一個均為圖案化的層，并且可以包括厚度為尺寸11的金。注意，所有的尺寸由表1中的參考數(shù)字列出。
天線140的硅襯底445具有外圍部分141處的厚度尺寸441、和自外圍部分141的外部低平面表面至中心位置142處的外部高平面部分的厚度尺寸。因此天線140的硅襯底的總厚度為尺寸443?？涨?44由插入器110和具有高度尺寸460的天線結構140形成。 離插入器110最近的空腔142的長度為尺寸447，離插入器110最遠的空腔142的長度為尺寸 446。
通過導電層449，比如具有尺寸12的厚度的導電環(huán)氧樹脂(未示出)，天線結構 140的內(nèi)導電層147被機械且電連接至插入器110的外導電層116。
圖4示出了天線結構140的外部的平面圖，包括內(nèi)部空腔的位置和TSV 145與外導電層146接觸的位置。外部導電表面146包括貼片天線143和多個周期性貼片410。通過蝕刻導電層來定義每一個周期性貼片410。周期性貼片410被以列411-418和行421-428 布置，以形成網(wǎng)格結構，其中天線結構140的外圍位置141 (圖3)處的各貼片之間具有固定空隙。多個TSV 145與所述多個貼片410相接觸，使得每個貼片140與不同的TSV 145相接觸。由天線結構140形成的空腔144在其最寬處具有χ尺寸447和y尺寸448，在其最窄處具有χ尺寸446和y尺寸456。天線結構140的外部平面部分(中心位置142處)具有 χ尺寸448和y尺寸458。硅襯底的各向異性蝕刻導致這樣的平面，所述平面以基于優(yōu)選的濕蝕刻工藝的結果和硅襯底的晶格結構的7度的角度，分別在內(nèi)外表面的上平面部分和下平面部分之間過渡。定義54. 7度的角度的表面的外周邊，在它與天線結構140的低平面部分相遇的位置處，具有χ尺寸449和y尺寸459。具有χ尺寸431和y尺寸432的貼片天線143位于所述上平面部分，并且在空腔144上位于中心。
圖5更詳細地示出了圖4的天線裝置140的一部分以標識各尺寸。特別地，每個貼片140具有χ尺寸461、y尺寸462、同一列或行中相鄰貼片之間的周期尺寸463、以及同一列或行中相鄰貼片之間的間隙尺寸464，最外的貼片以尺寸466從天線結構140的邊緣偏移。TSV 145位于貼片410內(nèi)的中心，因此具有與貼片410相同的周期尺寸463。TSV 145 在它們與貼片145連接的位置具有直徑尺寸467。
圖6示出了天線結構140的內(nèi)部平面圖，包括內(nèi)導電層147、空腔結構144、和TSV 145與導電層147接觸的相對位置。TSV 145在它們與導電層147連接處具有直徑477。
圖7示出了插入器110的外導電層116和天線結構140的相對位置的平面圖。外導電層116包括地平面166，和被地平面166包圍并與地平面166電隔離的多個焊料球墊 (pad) 161。焊料球墊161被連接到下方的TSV (未示出)，TSV還被連接到內(nèi)導電層117，焊料球墊為對其附接球形封裝互連160(圖2)的結構。焊料球墊161的直徑為尺寸163。地平面161中的開口定義了槽式諧振器114，如這里所詳細描述的。
圖8示出了圖7的外導電層116的平面圖，并且包括駐留于插入器110的硅襯底 445中的多個TSV 115與導電層116相接觸的位置。TSV 115的四個同心環(huán)位于導電層116 的外圍附近的硅襯底445中。TSV 115的每個同心環(huán)從相鄰同心TSV環(huán)偏移，以形成從邊緣旋轉45度的方形格子，其提供緊密布置的通孔，這些通孔充分衰減了電磁穿透，從而改善了不同區(qū)域之間的隔離。每行中的TSV的周期為尺寸181。TSV行之間的周期為尺寸184。 TSV 115的第五和第六行位于插入器110的外圍的右側部分附近以定義部分同心環(huán)。
圖9示出了插入器110的內(nèi)導電層117的平面圖。導電層117包括導電環(huán)形 (annular)結構124，該導電環(huán)形結構IM定義了接地環(huán)、多個管芯墊134、多個隔離的TSV 著落件(landing) 133、導電結構127-129、傳輸結構113、以及貼片139。管芯墊134為對其附接管芯120的突點(bump)結構互連121的導電結構，從而有助于將管芯20倒裝芯片附接至插入器110。導電環(huán)狀結構124、隔離的TSV著落件133、導電結構127-129、以及貼片 139中的每一個與相應TSV115相接觸，如圖10所示。注意，TSV 115還被連接至位于插入器110的相對表面的外導電層116的地平面166(圖8)。
圖11更詳細地示出了圖10的一部分。每一個貼片139具有χ尺寸176和y尺寸 177。如所示的，貼片之間的間隙以交替的方式在尺寸171和尺寸172之間以重復的圖案 (pattern)變化，因此，貼片陣列被稱為近周期，其具有等于每隔一個貼片之間的周期的二分之一的貼片之間平均周期。尺寸178為TSV 115在它們與導電層117相接觸處的直徑。 導電結構127具有y尺寸179。注意，導電結構128(圖9)和127具有相同的尺寸。
圖12更詳細地示出了圖10的另一部分，包括槽式諧振器114相對于插入器110 的內(nèi)層117的不同導電部分的位置以及TSV 115。
槽式諧振器114的具體實施例為插入器110的外導電層116中的I形開口，并具有間隙尺寸193、x尺寸191、和y尺寸192。內(nèi)導電層117處的共面波導(CPW)包括傳輸結構113的部分和作為地平面的導電結構129，二者在y方向上以尺寸153隔開。特別地，傳輸結構113的較細導電部分167為CPW的導體部分，該導體部分被連接到被稱為微帶饋線 165的傳輸結構113的較粗部分。微帶饋線165具有χ尺寸194和y尺寸195。微帶饋線 165和導體部分167之間存在過渡部196。
圍繞槽式諧振器114的導電結構129的環(huán)形部分具有寬度尺寸180。作為CPW的一部分的傳輸結構114的較細部分的任意一側的導電結構1 的較粗部分具有y尺寸182， 并以尺寸173在微帶饋線165的方向上延伸經(jīng)過地平面139的環(huán)部分。在導電結構219的環(huán)部分內(nèi)的插入器110的暴露襯底定義了具有χ尺寸197和y尺寸198的孔徑。TSV 115 以如下的方式接觸導電結構129 =TSV以相鄰TSV 115之間具有周期尺寸189圍繞CPW的導電部分167和孔徑。包括微帶饋線165和CPW導體175的傳輸結構113的總長度為χ尺寸 185(未示出)。
回到圖10，將理解，貼片139中的每一個通過相應的TSV 115連接到插入器110的相反側的地平面116。貼片139、TSV 115和地平面166的組合定義了 EBG單位單元，多個 EBG單位單元組合地定義了被稱為EBG結構的元材料。類似地，回到圖4的天線結構，將理解，貼片410、TSV 145和導電層147的每一個組合定義了 EBG單位單元，多個EBG單位單元形成了元材料，該元材料也是一個與天線結構140集成在一起的EBG結構。這里所描述的 EBG結構被選擇用于支持77GHz雷達應用。
這里提到了兩種類型的EBG單位單元。第一種類型的EBG單位單元這里被稱為無損EBG單位單元，其結合其它無損EBG單位單元來形成無損EBG結構，其中無損EBG結構之所以這樣命名是因為它在期望頻率范圍上沒有顯著地吸收橫向電模式(TE模式)下的功率。因此，盡管TW模式可能經(jīng)受反應性衰減，但是它們不經(jīng)受吸收性衰減。在一個實施例中，通過確保相鄰EBG單位單元的貼片相互電隔離來實現(xiàn)無損EBG單位單元，其中如果相鄰貼片之間的有效電阻大，比如大于10ΜΩ，則它們被視為相互電隔離。注意，這里使用的有關 EBG單位單元貼片之間的有效電阻的術語“有效電阻”表示要被測量的直流(DC)電阻，假設相鄰EBG貼片不通過它們各自的TSV電連接且位于地平面下方。天線結構140的EBG結構為無損EBG結構。
第二種類型的EBG單位單元這里被稱為有損EBG單位單元，它結合其它有損EBG 單位單元形成元材料，該元材料這里被稱為有損EBG結構，其中有損EBG結構在期望頻率范圍上顯著吸收TE模式下的功率。例如，這里所描述的有損EBG結構可以吸收這里公開的用于以至少每EBG單位單元3dB(比如，每EBG單位單元5dB)在管芯120之上和之下傳播的 77GHz信號的集成天線封裝的TE模式下的功率，而這里所述的無損EBG單位單元基本不吸收槽式諧振器上的集成天線封裝的TE模式下的功率。代之以，與吸收相反，由槽式諧振器激發(fā)的TE模式被無損EBG結構反應衰減，使得反應E場和H場在給定點不能傳播，這是因為它們90度異相。圖13以布局圖形式和示意圖形式示出了根據(jù)特定實施例的有損EBG結構的一個實施例，其中有損EBG單位單元的貼片139通過有效電阻190(示意地示出)電連接至相鄰EBG單位單元的貼片139，該有效電阻比無損EBG結構的相鄰貼片之間的有效電阻小。例如，有效電阻190可以至少比無損EBG貼片的相鄰貼片之間的有效電阻小一個數(shù)量級、兩個數(shù)量級或三個數(shù)量級。在一個實施例中，有效電阻190為175 Ω。在如圖14所示的特定的實施例中，通過用電阻性材料(比如，具有IkQ/方地薄層電阻的摻雜地多晶硅)填充形成相鄰EBG單位單元之間的網(wǎng)格的間隙，來定義貼片之間的有效電阻180，而無損EBG 單元的貼片之間的材料的薄層電阻顯著地大，比如至少為10倍、100倍、或1000倍大。在圖 14的截面圖，該電阻層的一些部分168被示出為在貼片139之間。在無損EBG結構中并不存在與有意地在有損EBG結構的貼片之間形成的電阻器相關的物理結構。
圖15示出了添加了附接到插入器110的管芯120的圖2的截面圖。管芯120可以是包括有源和無源電元件的RF接收器芯片，該有源和無源電元件在操作期間解調微帶饋線165處接收的RF信號，以將信息(比如，基帶信息)提供給其它控制裝置。替代地，管芯120可以是RF發(fā)射器芯片，在操作期間該RF發(fā)射器芯片將信息(比如，基帶信息)調制成RF信號以提供給微帶饋線165。替代地，管芯120可以是RF收發(fā)器芯片，該RF收發(fā)器芯片如上所述地既接收又發(fā)射RF信號。在操作中，管芯120的有源結構包括用來放大正在被接收或發(fā)射的毫米波長信號(比如，77(ihZ信號)的RF放大器(未示出)。管芯120可以具有邊緣密封，所述邊緣密封包括沿有源側(未示出)的外周邊的一個或多個接地環(huán)，該有源側是管芯的離插入器最近的一側，所述接地環(huán)通過TSV以等于或小于期望頻率的波長的周期尺寸連接到接地背面。
圖16更詳細地示出了圖15的插入器110和管芯120的一部分。在圖16中，管芯 120被示出為包括在管芯襯底的背面之上的導電層123、管芯焊墊134、和突柱互連121。導電層123可以包括厚度為尺寸220的金。突柱互連121被連接到管芯焊墊134和插入器焊墊134(圖9)。在包括管芯墊134的管芯的金屬層和插入器的導電層117之間定義了具有尺寸223的空間。突柱互連121可以包括銅。包括數(shù)據(jù)信息和參考電壓(比如，地)的信號通過突柱互連121在管芯120和插入器110之間傳遞。
在操作中，管芯120的電路和互連可以發(fā)射不期望的無線電信號，比如，操作作為 RF噪聲源，其響應于流經(jīng)它們的RF電流發(fā)射信號。當被裝入所述類型的屏蔽封裝中時，能夠在寬范圍的頻率上導致不期望的TE模式，其可以耦合至插入器110處的CPW。為了減少由管芯120產(chǎn)生的不期望的TE模式的影響，管芯120下的EBG單位單元，以及與管芯120相鄰的第一全EBG單位單元，被定義為有損EBG單元。參考圖17，指示線13左側的貼片139 與圖14所示類型的有損EBG單位單元相關聯(lián)。其余的EBG單位單元(圖17的指示線13 的右側)與無損EBG單元相關聯(lián)。對于這里所描述的77GHz裝置來說，例如，與寬的范圍頻率(比如，從60GHz到130GHz，或從65GHz到120GHz)相關聯(lián)的TE模式下的功率可以被吸收。
圖17示出了圖15的組件的俯視圖，以示出管芯120及其到插入器110的突柱互連219的相對位置。圖18更詳細地示出了圖17中的接近導電層117的CPW部分的一部分。 特別地，從導電層129的左邊緣到圍繞CPW的導電部分167的間隙的左邊緣的距離為尺寸 158。在X方向上導電部分167和導電層1 之間的距離為尺寸152。導電部分167和導電層1 之間的y方向上的距離為尺寸153。導電結構167的CPW部分的最左側邊緣和管芯 120的最右側邊緣之間的距離為尺寸151。
圖19示出了向插入器110添加了導電間隔物150的圖17的截面圖。間隔物150 高度為尺寸511，并且間隔物150通過導電粘接層521(圖22)連接到插入器110。間隔物 150包括電連接到襯底插入器110的導電環(huán)124的導電材料。在一個實施例中，間隔物150 包括圍繞導電較差的中間部分的導電外層，比如金屬層。圖20示出了圖19的組件的平面圖，示出了間隔物150、管芯120、插入器110和槽式諧振器114的相對位置。間隔物150具有環(huán)形形狀，具有從其內(nèi)部邊緣到其外部邊緣的尺寸512、總體的χ尺寸513、和總體的y尺寸 514。
圖21示出了添加了蓋130的與圖19相同的截面圖。蓋130具有χ尺寸301和厚度尺寸302，并且通過導電粘接層522(圖22)連接到間隔物150。圖22示出了圖21的一部分，包括球型互連160、插入器110、間隔物150、蓋130、以及導電粘接層521和522，該導電粘接層521和522可以是具有0. 02 Ω -cm的電阻率和厚度尺寸523的環(huán)氧樹脂層。
圖23示出了包括作為實(solid)地平面的外導電層136的蓋130，該外導電層136 與蓋130的硅襯底的邊緣的偏移尺寸331。蓋130具有總體的χ尺寸333和總體的y尺寸 332。外導電層136具有χ尺寸335和y尺寸334。
圖M示出了導電層342，它是由電介質分離的定義內(nèi)導電層137的兩個共面導電層中的一個。兩個導電層342和343(圖27)中的每一個可以是厚度為尺寸11的金，以具有尺寸13的電介質層的厚度分開。導電層342是離蓋130的硅襯底最近的層，其包括貼片 346，并且圖27所示的第二導電層包括位于導電層342上方的貼片356。
圖M示出了包括導電環(huán)341、貼片345、貼片346和導電結構349的導電層342的各個部分。導電環(huán)341具有環(huán)形形狀，具有從其內(nèi)邊緣到其外邊緣的尺寸312、總體的χ尺寸313、和總體的y尺寸314。貼片345為方形貼片，其具有與上述貼片139相同的尺寸和間隔。導電環(huán)341的左側部分具有y尺寸316和χ尺寸315。導電結構349的環(huán)部分具有 y尺寸317的厚度和χ尺寸317的厚度。導電環(huán)341、導電結構349、貼片345和貼片346的每一個被連接到相應的TSV135，如參考圖25所詳細討論的。
圖25示出了圖M的平面圖，指出了 TSV 135與層137的導電層342相接觸的位置以及管芯120的相對位置。如圖所示，靠近層342的外圍形成TSV 135的6個同心環(huán)。 TSV的每個同心環(huán)從其相鄰的同TSV環(huán)偏移以形成三角形格子結構。每一行內(nèi)TSV的周期為尺寸381。TSV 135在它們與導電層137連接處的直徑為尺寸382(未示出)。將理解， 貼片345和346中的每一個通過相應的TSV 135連接到蓋130的相反側的地平面136。貼片345、TSV 135和地平面136中的每一個組合定義了上述EBG單位單元。在特定的實施例中，被示出為位于或部分位于管芯120的外圍位置內(nèi)的EBG單位單元，以及與管芯120的位置相鄰的單位單元，為上述的有損EBG單位單元，因此將顯著抑制管芯120之上的TE模式。 與貼片346相關聯(lián)的其它EBG單位單元中的每一個為無損EBG單位單元，因此將不會顯著吸收TE模式。同樣地，貼片346、TSV 135和地平面316的每一個組合定義了無損EBG單位單元的一部分，其也與圖27所示的位于導電層343上的多個貼片相關聯(lián)。
如圖沈所示，貼片346以偏移的行和列排列，在共同的行中的貼片具有周期尺寸 351，貼片346的行和列之間的距離為周期尺寸352。貼片346的每一個具有χ尺寸353和 y尺寸353。貼片346的最左和最右的列以尺寸邪4從導電結構349的環(huán)部分偏移。貼片 346的最上和最下行以尺寸355從導電結構349的環(huán)部分偏移。
圖27示出了如圖M中所示的第一導電層342，以及位于第一導電層上方的第二導電層343，使得第一導電層342位于第二導電層343和蓋結構130的襯底之間。在一個實施例中，第二導電層包括多個貼片356，該多個貼片356排列成行和列以形成網(wǎng)格圖案，其通過電介質層與貼片346分離，并且如圖所示地與貼片346交疊。特別地，第二導電層343 的四個貼片356與第一導電層342的每個貼片346的相應角部交疊。第二導電層343的貼片356彼此電隔離，因此不連接到通孔135。如圖28所示，每個貼片356為具有邊尺寸347 的正方形，位于共同貼片346上方的相鄰貼片356的中心-到-中心間距為χ尺寸362和 y尺寸363。貼片346、其4個覆蓋貼片346 (與其他貼片346共享)、TSV 135和地平面136 的每一個組合形成具有多層貼片的無損EBG單位單元。
圖四示出了根據(jù)本公開具體實施例的方法的流程圖。在節(jié)點601，在從集成電路管芯輻射的RF信號的第一頻率范圍上的TE模式的功率被集成電路管芯上方的元材料所吸收。在一個實施例中，元材料為有損頻率選擇性表面(FSS)，比如所公開的在圖1所示的蓋 130的位置131處的有損EBG結構，被吸收的信號在管芯120上以平行于管芯120的主表面的方向傳播。在一個實施例中，在等于在期望中心頻率任何一側加上或減去期望帶寬的頻率范圍內(nèi)的TE模式被以每EBG單位單元至少3dB吸收，比如每EBG單位單元5dB。例如， 對于具有中心頻率為77GHz的期望信號的集成天線封裝，從60(ihZ到130GHz或者從74GHz 到83GHz的頻率范圍上的TE模式下的功率被位于集成電路管芯上方的有損EBG結構衰減每單位單元至少3dB。
在節(jié)點602處，從槽式諧振器發(fā)射的RF信號的頻率范圍的TE模式下的功率被微帶饋線上方的元材料反應衰減，但是不被吸收，其中被反應衰減的電磁場在所有的徑向方向上從槽式諧振器向遠處傳播。在一個實施例中，元材料為無損頻率選擇性表面(FSS)，比如所公開的圖1所示的蓋130的位置132處的無損EBG結構。在一個實施例中，在等于在期望地中心頻率任何一側至少加上或減去期望帶寬的頻率范圍內(nèi)，微帶饋線上方的元材料反應衰減TE模式，但不吸收TE模式。例如，對于具有中心頻率為77GHz的期望信號的集成天線封裝，從74GHz到80GHz的頻率范圍內(nèi)的TE模式下的功率基本不被吸收，但是被反應衰減。因此，TE模式下的場隨著距槽地徑向距離衰減，但是基本沒有功率被微帶上的位置 132處的無損EBG結構傳遞或吸收。注意，與由于有損EBG結構的吸收而造成的TE模式的衰減相比，由于無損EBG結構的反應衰減而造成的TE模式的衰減出現(xiàn)在更窄的帶寬上。
圖30示出了根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的方法的流程圖。在節(jié)點611處，從集成電路管芯輻射的RF信號的第一頻率范圍上的TE模式下的功率被集成電路管芯下的元材料吸收。在一個實施例中，元材料為圖1所示的插入器110的位置111處的有損EBG結構，被吸收的信號在管芯120下方以平行于管芯120的主表面的方向傳播。在一個實施例中，在等于在期望地中心頻率的任何一側至少加上或減去期望帶寬的頻率范圍內(nèi)的TE模式下的功率被以每EBG單位單元至少3dB(比如，每EBG單位單元5dB)吸收。例如，對于具有中心頻率為77GHz的期望信號的集成天線封裝，從60GHz到130GHz或從74GHz到80GHz的頻率范圍上的TE模式下的功率被位于集成電路管芯上方的有損EBG結構以每單位單元至少3dB 衰減。
在節(jié)點612處，從槽式諧振器發(fā)射的RF信號的頻率范圍的TE模式下的功率被微帶饋線上方的元材料反應衰減，但不被吸收。被反應衰減的信號在所有的徑向方向上從槽式諧振器傳播開去。在一個實施例中，元材料為如圖1所示的蓋130的位置132處的無損 EBG結構。在一個實施例中，在等于在期望地中心頻率的任何一側至少加上或減去期望帶寬的頻率范圍內(nèi)，微帶饋線上方的元材料反應衰減TE模式，但不吸收TE模式。例如，對于具有中心頻率為77GHz的期望信號的集成天線封裝，從74GHz到80GHz的頻率范圍上的TE模式下的功率基本不被吸收，但是TE模式場被反映衰減。注意，與由于有損EBG結構的吸收而造成的TE模式下的功率的衰減相比，由于無損EBG結構的反應衰減而造成的TE模式下的功率的衰減出現(xiàn)更窄的帶寬上。
圖31示出了根據(jù)包括管芯之上和之下的頻率選擇性表面的本公開特定實施例的方法的流程圖。在節(jié)點621，從集成電路發(fā)射的第一頻率范圍的TE模式下的功率被衰減，如圖四的節(jié)點601處所描述的。在節(jié)點622，從集成電路管芯發(fā)射的第一頻率范圍的TE模式下的功率被衰減，如圖30的節(jié)點611處所描述的。在節(jié)點623，從槽式諧振器發(fā)射的第一頻率范圍的TE模式被衰減，如圖四的節(jié)點602處所描述的。
圖32示出了替代的天線結構的平面圖。圖32的天線結構具有長度尺寸654，寬度尺寸655、空腔長度尺寸652、空腔寬度尺寸653，并且具有兩個貼片天線，包括貼片625 和626。貼片625和6 中的每一個在下方插入器的外導電表面處具有相應的槽式諧振器 614和615。槽式諧振器614和615中的每一個與插入器的內(nèi)導電表面處的相應微帶饋線 (未示出)相關聯(lián)，并被連接到分開的管芯觸點。貼片625和626的尺寸可以與貼片143的相同。諧振器槽614和615的尺寸可以和槽式諧振器114的相同。在信號處理過程中，比如對于下述雷達系統(tǒng)來說，可以使用從兩個貼片天線接收器接收的信息來產(chǎn)生和圖案(Sum pattern)以及差圖案(difference pattern)，以在單脈沖雷達系統(tǒng)中提供更精確的角度測量。在替代的實施例中，兩個貼片天線中的一個可以與發(fā)射器相關聯(lián)，而所述兩個貼片天線中的另一個可以與在集成天線封裝中實現(xiàn)的接收器相關聯(lián)。
權利要求
1.一種裝置，包括耦合到插入器的集成電路管芯，該集成電路管芯接收毫米波長信號； 插入器，其包括微帶饋線，所述微帶饋線耦合到所述集成電路管芯以接收毫米波長信號；以及位于集成電路管芯和微帶饋線上方的蓋，駐留于所述蓋和所述管芯之間的充氣間隙； 所述蓋包括直接位于集成電路管芯之上的有損EBG結構和直接位于所述微帶饋線之上的無損EBG結構。
2.如權利要求1的裝置，其中有損EBG結構的第一導電貼片和第二導電貼片之間的第一有效電阻小于無損EBG結構的第三導電貼片和第四導電貼片之間的第二有效電阻，所述第一和第二導電貼片彼此相鄰，所述第三和第四導電貼片彼此相鄰。
3.如權利要求2的裝置，其中所述第二有效電阻至少是所述第一有效電阻的10倍。
4.如權利要求2的裝置，其中所述第一電阻是基于將所述第一導電貼片耦合到所述第二導電貼片的第一層的第一部分，該第一部分具有第一薄層電阻，所述第一薄層電阻小于將第三導電貼片耦合到第四導電貼片的第二層的第二部分的第二薄層電阻。
5.如權利要求4的裝置，其中所述第二有效薄層電阻至少是所述第一薄層電阻的10倍。
6.如權利要求2的裝置，其中包括第一貼片和第二貼片的多個相鄰導電貼片之間的平均周期為250 μ m。
7.如權利要求6的裝置，其中所述多個導電貼片中的每一個導電貼片是長為大約 230 μ m的正方形。
8.如權利要求1的裝置，其中所述無損EBG結構包括多個層級的導電貼片。
9.如權利要求1的裝置，其中所述有損EBG結構是第一有損EBG結構，并且該裝置還包括直接位于所述集成電路管芯下方的第二有損EBG結構，其中集成電路在第一有損EBG 結構和第二有損EBG結構之間。
10.如權利要求1的裝置，其中所述無損EBG結構是第一無損EBG結構，并且該裝置還包括天線結構，所述天線結構包括耦合到插入器的貼片天線，該天線結構包括外圍位置處的無損EBG結構。
11.如權利要求1的裝置，其中所述無損EBG結構是第一無損EBG結構，該裝置還包括 包括耦合到插入器的貼片天線的天線結構，該天線結構包括外圍位置處的無損EBG結構。
12.如權利要求1的裝置，其中所述插入器還包括槽式諧振器。
13.如權利要求12的裝置，其中所述微帶饋線具有160μπι的寬度尺寸。
14.如權利要求1的裝置，其中所述第二充氣間隙在所述集成電路管芯和所述插入器之間。
15.一種方法，包括基于有損EBG結構，吸收從集成電路管芯發(fā)射的第一射頻信號的第一頻率范圍的TE模式，該有損EBG結構包括第一導電貼片和第二導電貼片之間的第一有效電阻，其中所述第一射頻信號在所述集成電路管芯之上并且以與所述集成電路管芯平行的方向傳播，所述集成電路管芯的背面金屬位于所述第一和第二導電貼片的下方；以及基于無損EBG結構，吸收從槽式諧振器發(fā)射的第二射頻信號的第一頻率范圍的TE模式，該無損EBG結構包括將第三導電貼片電耦合到第四導電貼片的第二有效電阻，其中所述第二射頻信號在微帶饋線之上并且以與微帶饋線平行的方向傳播，所述第二有效電阻至少是所述第一電阻的十倍，并且所述微帶饋線直接位于所述無損EBG結構的下方。
16.如權利要求15的方法，其中所述有損EBG結構是第一有損EBG結構，并且該方法還包括基于第二有損EBG結構，吸收所述第一射頻信號的所述第一頻率范圍的TE模式，該第二有損EBG結構包括第五導電貼片和第六導電貼片，所述集成電路管芯位于所述第五導電貼片和所述第一導電貼片之間。
17.如權利要求16的方法，其中所述第一導電貼片和所述第三導電貼片由公共導電層形成。
18.如權利要求16的方法，其中所述第一有效電阻以及第五和第六導電貼片之間的第三有效電阻比第二電阻至少小十倍。
19.一種方法，包括提供置于插入器之上的集成電路管芯，所述插入器包括具有導電平面的第一主表面和具有微帶饋線的第二主表面，所述微帶饋線被耦合以發(fā)送所述半導體管芯處產(chǎn)生的毫米波信號；提供蓋結構，所述蓋結構包括有損EBG結構和無損EBG結構，所述有損EBG結構包括電耦合到第二導電貼片的第一導電貼片，而所述無損EBG結構包括與第四導電貼片電隔離的第三導電貼片；以及將所述蓋結構耦合到所述插入器以在蓋和插入器之間形成空腔，其中所述集成電路管芯在所述有損EBG結構和所述插入器之間，并且所述微帶天線在所述無損EBG結構下。
20.如權利要求19的方法，其中所述無損EBG結構是第一無損EBG結構，并且提供設置于所述插入器之上的半導體管芯還包括該插入器包括基本包圍槽式諧振器的第二無損 EBG結構。
21.一種裝置，包括耦合到插入器的集成電路管芯，該集成電路管芯提供毫米波長信號；所述插入器，其包括微帶饋線，所述微帶饋線耦合到所述集成電路管芯以接收毫米波長信號；以及位于所述集成電路管芯和所述微帶饋線之上的蓋，充氣間隙位于所述蓋和所述管芯之間；所述蓋包括直接位于所述集成電路管芯之上的有損EBG結構和直接位于所述微帶饋線之上的無損EBG結構。
全文摘要
集成天線封裝(100)包括插入器(110)、集成電路管芯(120)、和在集成天線封裝(100)內(nèi)部形成空腔的蓋(130)。有損EBG結構(131)駐留于蓋處，位于集成電路裝置上。無損EBG結構(132)駐留于蓋處，位于微帶饋線(131)上。雷達模塊(1100)包括多個接收部分(1111-1114)，每個接收部分包括具有反射表面(1633)的拋物線結構(1420)、吸收器結構(1675)、透鏡(1653)、以及天線(1313)。
文檔編號G01S7/28GK102543906SQ20111035653
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者J·麥克唐納, L·魯賓, W·帕蒙, W·麥克金齊三世 申請人:飛思卡爾半導體公司