专利名称：集成电路封装的制作方法
集成电路封装技术领域
本公开一般涉及封装，更具体地，涉及集成电路封装。
技术背景
在以毫米测量的射频操作的集成电路芯片的封装可以导致信号插入损耗和电磁干扰。此外，尽管减小电子系统的尺寸是电子设备制造商们共同的目标，但是作为尺寸减小的结果，对于给定的性能，系统的复杂度增大。因此，减少信号插入损耗且改善封装隔离的用于雷达应用的低成本射频封装方案将是有用的。发明内容
根据本发明一个方面，提供了一种装置，其包括耦合到插入器(interposer)的集成电路管芯，该集成电路管芯接收毫米波长信号；插入器，其包括微带馈线，所述微带馈线耦合到所述集成电路管芯以接收毫米波长信号；以及位于集成电路管芯和微带馈线上方的盖，驻留于所述盖和所述管芯之间的充气间隙；所述盖包括直接位于集成电路管芯之上的有损EBG结构和直接位于所述微带馈线之上的无损EBG结构。
根据本发明另一方面，提供了一种方法，包括基于有损EBG结构，吸收从集成电路管芯发射的第一射频信号的第一频率范围的TE模式，该有损EBG结构包括第一导电贴片和第二导电贴片之间的第一有效电阻，其中所述第一射频信号在所述集成电路管芯之上并且以与所述集成电路管芯平行的方向传播，所述集成电路管芯的背面金属位于所述第一和第二导电贴片的下方；以及基于无损EBG结构，吸收从槽式谐振器发射的第二射频信号的第一频率范围的TE模式，该无损EBG结构包括将第三导电贴片电耦合到第四导电贴片的第二有效电阻，其中所述第二射频信号在微带馈线之上并且以与微带馈线平行的方向传播， 所述第二有效电阻至少是所述第一电阻的十倍，并且所述微带馈线直接位于所述无损EBG 结构的下方。
根据本发明又一方面，还提供了一种方法，包括提供置于插入器之上的集成电路管芯，所述插入器包括具有导电平面的第一主表面和具有微带馈线的第二主表面，所述微带馈线被耦合以发送所述半导体管芯处产生的毫米波信号；提供盖结构，所述盖结构包括有损EBG结构和无损EBG结构，所述有损EBG结构包括电耦合到第二导电贴片的第一导电贴片，而所述无损EBG结构包括与第四导电贴片电隔离的第三导电贴片；以及将所述盖结构耦合到所述插入器以在盖和插入器之间形成空腔，其中所述集成电路管芯在所述有损 EBG结构和所述插入器之间，并且所述微带天线在所述无损EBG结构下。
根据本发明再一方面，还提供了一种装置，包括耦合到插入器的集成电路管芯， 该集成电路管芯提供毫米波长信号；所述插入器，其包括微带馈线，所述微带馈线耦合到所述集成电路管芯以接收毫米波长信号；以及位于所述集成电路管芯和所述微带馈线之上的盖，充气间隙位于所述盖和所述管芯之间；所述盖包括直接位于所述集成电路管芯之上的有损EBG结构和直接位于所述微带馈线之上的无损EBG结构。


通过参考附图可以更好地理解本公开，并且它的许多特征和优点对于本领域技术人员来说变得明显。
图1为根据本公开具体实施例的集成天线封装的侧视图。
图2为根据本公开具体实施例的图1的集成封装的一部分的侧视图。
图3为根据本公开具体实施例的图2的集成封装的部分的侧视图。
图4为根据本公开具体实施例的图2的天线结构的外部的平面图。
图5为根据本公开具体实施例的图4的天线结构的外部的平面图。
图6为根据本公开具体实施例的图3的天线结构的内部的平面图。
图7为根据本公开具体实施例的图2的集成封装部分的外部的平面图。
图8为根据本公开具体实施例的插入器的外部的平面图。
图9为根据本公开具体实施例的插入器110的内部的平面图。
图10为根据本公开具体实施例的示出衬底穿通通孔位置的图9的平面图。
图11为根据本公开具体实施例的更详细地示出插入器的一部分的图9的平面图的一部分。
图12为根据本公开具体实施例的更详细地示出插入器的一部分的图9的平面图的一部分。
图13为根据本公开具体实施例的图9的平面图所示的贴片(patch)的一部分。
图14为根据本公开具体实施例的包括图13所示的贴片的电磁带隙单位单元的截面图。
图15为根据本公开具体实施例的还包括安装在插入器上的管芯的图2的集成封装的部分的侧视图。
图16示出了根据本公开具体实施例的图2的管芯和插入器的一部分的侧视图。
图17示出了根据本公开具体实施例的图9的平面图以及管芯和管芯互连的相对位置。
图18为根据本公开具体实施例的更具体地示出图18的平面图的一部分的平面图。
图19为根据本公开具体实施例的包括环形结构的图15的集成封装的一部分的侧视图。
图20为根据本公开具体实施例的包括图15的管芯和图19的环形结构的图9的平面图。
图21为根据本公开具体实施例的集成天线装置的侧视图。
图22为根据本公开具体实施例的图21的集成天线装置的一部分的侧视图。
图23为根据本公开具体实施例的示出盖的外部的图21的集成天线装置的平面图。
图M为根据本公开具体实施例的集成天线装置的盖的内部的第一导电层的平面图。
图25为根据本公开具体实施例的进一步示出下方管芯120的位置和衬底穿通通孔的图M的平面图。
图沈为根据本公开具体实施例的更为详细的图25的集成天线封装的一部分的平面图。
图27为根据本公开具体实施例的进一步示出在盖的第二导电层处的导电贴片的位置的图25的集成天线封装的平面图。
图观为根据本公开具体实施例的更为详细的图27的集成天线封装的一部分的平面图。
图四为根据本公开具体实施例的方法的流程图。
图30为根据本公开具体实施例的方法的流程图。
图31为根据本公开具体实施例的方法的流程图。
图32为根据本公开具体实施例的天线结构的替换实施例的平面图。
图33示出了根据本公开具体实施例的雷达模块的俯视图。
图34示出了根据本公开具体实施例的雷达模块的正视图。
图35示出了根据本公开具体实施例的图1的雷达模块的各个部分的等距视图。
图36更详细地示出了根据本公开具体实施例的图35的电子组件的背面的等距视图。
图37更详细地示出了根据本公开具体实施例的图36的电子组件的正面的一部分的等距视图。
图38更详细地示出了根据本公开具体实施例的电子组件的一部分的截面图。
图39示出了根据本公开具体实施例的截面中的图1的雷达模块的等距视图。
图40示出了根据本公开具体实施例的图39的雷达模块的截面视图。
图41示出了根据本公开具体实施例的图40的雷达模块的截面视图中被反射的雷达信号。
图42示出了根据本公开具体实施例的集成到机动车辆中的雷达模块。
具体实施方式
公开了一种适用于低成本商业应用的集成天线封装，比如雷达模块。根据本公开具体实施例该雷达模块针对避免碰撞雷达的应用。集成天线封装架构包括插入器，该插入器利用倒装芯片突柱(stude bump)接合技术将管芯与球栅阵列(BGA)接口连接。射频(RF) 信号传输结构(比如，共面波导(CPW))被集成在插入器中从而在管芯与同样被集成到集插入器的微带馈线之间传递RF信号。盖被附接到插入器，以将管芯、传输结构、和微带馈线包封在空腔中，从而避免管芯的直接包封，直接包封会造成操作特性比如中心频率的不期望的变化。
和插入器一起封装管芯的盖包括不同类型的元材料(metamaterial)，以促进集成天线封装在期望的毫米波频率(比如，77GHz)的有效操作。在具体的实施例中，不同类型的元材料包括有损和无损元材料，比如有损和无损电磁带隙(EBG)表面，其被调谐以使在操作期间可能出现在集成天线封装的空腔内的RF模式衰减。槽式谐振器(slot resonator) 形成在与微带馈线相反的插入器的共面表面上。将包括外表面处的印刷天线的天线结构， 比如贴片天线，附接到插入器的外表面，从而形成槽式谐振器上的空腔。在RF传输期间，槽式谐振器激发贴片天线。
参考图1-32将可以更好地理解这种集成封装的具体实施例，其中示出了一种雷达模块，通过设置单独的发射部和接收部该雷达模块同时进行发射和接收操作。单独的发射部和接收部每一个与相应的天线相关联，并且相互独立地进行操作。通过向作为模块主馈送的发射天线元件供电来实现发射系统，这里主馈送元件可以是印刷天线，比如贴片天线。馈送天线元件的实现方式可以是传播电磁(EM)能的任意天线元件，比如这里参考集成电路天线所描述的贴片天线。发射天线元件照射次级天线(secondary antenna)或复合天线(compound antenna)，比如反射器表面、透镜或二者的组合，其以所要避开的潜在物体的期望方向再辐射EM能量。发射部分包括单独的反射器表面，它独立于任何其他的接收反射器表面。接收系统由一组接收部分实现，该组接收部分中的每一个具有相应的抛物面反射器，对于期望频率附近的频率范围，该抛物面反射器将几乎所有的EM能反射向相应的天线元件。正如这里所讨论的，天线元件为贴片天线，但是接收天线元件的实现方式可以是能够接收EM能的任意天线元件。这些接收天线被次级天线或复合天线照射，比如抛物面反射器表面、透镜、或二者的组合。接收系统部包括单独的反射器表面，其独立于发射反射器表面。 接收反射器表面的目的在于将从潜在目标物体返回的雷达信号(比如，发射雷达脉冲)所反射的EM能量再辐射。另外，极化滤波器的使用使得总的系统易受来自环境的雷达杂乱回波(radar clutter)影响性最小花。
发射部分和接收部分的组合、次级天线元件、和系统电子设备被封装到一个或多个壳体中，该壳体包括机械封装、环境封装和用于雷达系统的安装结构。参考图33-42将能够更好地理解这种雷达模块的具体实施例。
这里所示的具体实施例是就77GHz应用而描述的。正如随后更详细的讨论的，应当理解，所示的各种形状、尺寸、和材料可以改变，只要对于给定的频率范围保持其特定的目的。
图1所示出了集成封装100的截面图，为了说明各特征的相对位置，该截面图未按比例绘制。集成封装100包括插入器110、管芯120、盖130、天线元件140、和间隔物150。管芯120为半导体管芯，其可以包括用硅、硅锗、砷化镓、氮化硅等实现的电路。管芯120包括有源元件和无源元件，比如晶体管、电阻器和电容器，并通过互连121被附接至插入器110， 从而在管芯120和插入器110之间传递信息。在一个实施例中，发射器管芯，或者收发器管芯的发射器部分，包括集成PLL、功率放大器和本地振荡器(LO)输出、以及片上斜波(ramp) 发生器。
在一个实施例中，插入器110为具有至少ΙΟΟΩ-cm，比如大约UK Ω-cm范围内的电阻率的具有低损耗因数(loss tangent)的高电阻率硅衬底，并且包括内导电层117、 外导电层116、以及衬底穿通通孔(TSV)115。插入器的内导电层117包括传输结构113，外导电层包括116包括槽式谐振器114。在管芯120和插入器110之间形成空腔。插入器110 的区域111位于管芯120之下并且包括元材料，比如近周期有损EBG结构，以提供片下模式抑制。盖130包括至少ΙΟΟΩ-cm比如大约Ω-cm的电阻率的具有低损耗因数的高电阻率硅衬底，并通过间隔物150附接至插入器110以生成空腔152。盖130包括外导电层 136、内导电层137和TSV 135。盖130的区域131位于管芯120之上并且包括近周期有损 EBG结构。盖的区域132位于传输结构113的微带部分之上并且被描述为包括多层周期无损EBG结构。
天线结构140被连接至插入器110，且具有被外围部分141包围的中心部分142。 天线结构140包括在离插入器110最远的主表面处的外导电层146、在离插入器110最近的主表面处的内导电层147、以及将外导电层146的部分连接到内导电层147的TSV 145。外导电层146包括贴片天线143、和与元材料相关联的外围部分141处的周期结构，比如无损 EBG结构。空腔141驻留于天线结构140和插入器110之间。将参考图2-28详细讨论图1 的集成天线。
图2示出了附接到插入器110的天线结构140的具体实施例的侧视图。除图1所示元件之外，图2示出了封装互连160(比如，焊料球互连)的相对位置。天线结构140包括具有至少100 Ω -cm比如IK-IΩ -cm的电阻率的具有低损耗因数的、被附接到插入器110 上的高电阻率硅衬底445、离插入器110最近的内主表面、以及与内主表面相反的外主表面。天线结构140的内主表面和外主表面每一个包括多个抬升部，包括中心位置142处的上平面部分和外围位置141处的下平面部分。
图3更详细地示出了图2的一部分，包括天线结构140和插入器110的多种特征。 天线结构140的所示特征包括外导电层146、内导电层147、空腔144、以及TSV 145 (图3示出了一个)。外导电层146和内导电层147驻留于硅衬底445的相反主表面。插入器110 的所示特征包括衬底118、外导电层116、内导电层、以及TSV 115(图3示出了一个)。导电层116和117驻留于硅衬底118的相反的主表面。
导电层116、117、146和147中的每一个均为图案化的层，并且可以包括厚度为尺寸11的金。注意，所有的尺寸由表1中的参考数字列出。
天线140的硅衬底445具有外围部分141处的厚度尺寸441、和自外围部分141的外部低平面表面至中心位置142处的外部高平面部分的厚度尺寸。因此天线140的硅衬底的总厚度为尺寸443。空腔144由插入器110和具有高度尺寸460的天线结构140形成。 离插入器110最近的空腔142的长度为尺寸447，离插入器110最远的空腔142的长度为尺寸 446。
通过导电层449，比如具有尺寸12的厚度的导电环氧树脂(未示出)，天线结构 140的内导电层147被机械且电连接至插入器110的外导电层116。
图4示出了天线结构140的外部的平面图，包括内部空腔的位置和TSV 145与外导电层146接触的位置。外部导电表面146包括贴片天线143和多个周期性贴片410。通过蚀刻导电层来定义每一个周期性贴片410。周期性贴片410被以列411-418和行421-428 布置，以形成网格结构，其中天线结构140的外围位置141 (图3)处的各贴片之间具有固定空隙。多个TSV 145与所述多个贴片410相接触，使得每个贴片140与不同的TSV 145相接触。由天线结构140形成的空腔144在其最宽处具有χ尺寸447和y尺寸448，在其最窄处具有χ尺寸446和y尺寸456。天线结构140的外部平面部分(中心位置142处)具有 χ尺寸448和y尺寸458。硅衬底的各向异性蚀刻导致这样的平面，所述平面以基于优选的湿蚀刻工艺的结果和硅衬底的晶格结构的7度的角度，分别在内外表面的上平面部分和下平面部分之间过渡。定义54. 7度的角度的表面的外周边，在它与天线结构140的低平面部分相遇的位置处，具有χ尺寸449和y尺寸459。具有χ尺寸431和y尺寸432的贴片天线143位于所述上平面部分，并且在空腔144上位于中心。
图5更详细地示出了图4的天线装置140的一部分以标识各尺寸。特别地，每个贴片140具有χ尺寸461、y尺寸462、同一列或行中相邻贴片之间的周期尺寸463、以及同一列或行中相邻贴片之间的间隙尺寸464，最外的贴片以尺寸466从天线结构140的边缘偏移。TSV 145位于贴片410内的中心，因此具有与贴片410相同的周期尺寸463。TSV 145 在它们与贴片145连接的位置具有直径尺寸467。
图6示出了天线结构140的内部平面图，包括内导电层147、空腔结构144、和TSV 145与导电层147接触的相对位置。TSV 145在它们与导电层147连接处具有直径477。
图7示出了插入器110的外导电层116和天线结构140的相对位置的平面图。外导电层116包括地平面166，和被地平面166包围并与地平面166电隔离的多个焊料球垫 (pad) 161。焊料球垫161被连接到下方的TSV (未示出)，TSV还被连接到内导电层117，焊料球垫为对其附接球形封装互连160(图2)的结构。焊料球垫161的直径为尺寸163。地平面161中的开口定义了槽式谐振器114，如这里所详细描述的。
图8示出了图7的外导电层116的平面图，并且包括驻留于插入器110的硅衬底 445中的多个TSV 115与导电层116相接触的位置。TSV 115的四个同心环位于导电层116 的外围附近的硅衬底445中。TSV 115的每个同心环从相邻同心TSV环偏移，以形成从边缘旋转45度的方形格子，其提供紧密布置的通孔，这些通孔充分衰减了电磁穿透，从而改善了不同区域之间的隔离。每行中的TSV的周期为尺寸181。TSV行之间的周期为尺寸184。 TSV 115的第五和第六行位于插入器110的外围的右侧部分附近以定义部分同心环。
图9示出了插入器110的内导电层117的平面图。导电层117包括导电环形 (annular)结构124，该导电环形结构IM定义了接地环、多个管芯垫134、多个隔离的TSV 着落件(landing) 133、导电结构127-129、传输结构113、以及贴片139。管芯垫134为对其附接管芯120的突点(bump)结构互连121的导电结构，从而有助于将管芯20倒装芯片附接至插入器110。导电环状结构124、隔离的TSV着落件133、导电结构127-129、以及贴片 139中的每一个与相应TSV115相接触，如图10所示。注意，TSV 115还被连接至位于插入器110的相对表面的外导电层116的地平面166(图8)。
图11更详细地示出了图10的一部分。每一个贴片139具有χ尺寸176和y尺寸 177。如所示的，贴片之间的间隙以交替的方式在尺寸171和尺寸172之间以重复的图案 (pattern)变化，因此，贴片阵列被称为近周期，其具有等于每隔一个贴片之间的周期的二分之一的贴片之间平均周期。尺寸178为TSV 115在它们与导电层117相接触处的直径。 导电结构127具有y尺寸179。注意，导电结构128(图9)和127具有相同的尺寸。
图12更详细地示出了图10的另一部分，包括槽式谐振器114相对于插入器110 的内层117的不同导电部分的位置以及TSV 115。
槽式谐振器114的具体实施例为插入器110的外导电层116中的I形开口，并具有间隙尺寸193、x尺寸191、和y尺寸192。内导电层117处的共面波导(CPW)包括传输结构113的部分和作为地平面的导电结构129，二者在y方向上以尺寸153隔开。特别地，传输结构113的较细导电部分167为CPW的导体部分，该导体部分被连接到被称为微带馈线 165的传输结构113的较粗部分。微带馈线165具有χ尺寸194和y尺寸195。微带馈线 165和导体部分167之间存在过渡部196。
围绕槽式谐振器114的导电结构129的环形部分具有宽度尺寸180。作为CPW的一部分的传输结构114的较细部分的任意一侧的导电结构1 的较粗部分具有y尺寸182， 并以尺寸173在微带馈线165的方向上延伸经过地平面139的环部分。在导电结构219的环部分内的插入器110的暴露衬底定义了具有χ尺寸197和y尺寸198的孔径。TSV 115 以如下的方式接触导电结构129 =TSV以相邻TSV 115之间具有周期尺寸189围绕CPW的导电部分167和孔径。包括微带馈线165和CPW导体175的传输结构113的总长度为χ尺寸 185(未示出)。
回到图10，将理解，贴片139中的每一个通过相应的TSV 115连接到插入器110的相反侧的地平面116。贴片139、TSV 115和地平面166的组合定义了 EBG单位单元，多个 EBG单位单元组合地定义了被称为EBG结构的元材料。类似地，回到图4的天线结构，将理解，贴片410、TSV 145和导电层147的每一个组合定义了 EBG单位单元，多个EBG单位单元形成了元材料，该元材料也是一个与天线结构140集成在一起的EBG结构。这里所描述的 EBG结构被选择用于支持77GHz雷达应用。
这里提到了两种类型的EBG单位单元。第一种类型的EBG单位单元这里被称为无损EBG单位单元，其结合其它无损EBG单位单元来形成无损EBG结构，其中无损EBG结构之所以这样命名是因为它在期望频率范围上没有显著地吸收横向电模式(TE模式)下的功率。因此，尽管TW模式可能经受反应性衰减，但是它们不经受吸收性衰减。在一个实施例中，通过确保相邻EBG单位单元的贴片相互电隔离来实现无损EBG单位单元，其中如果相邻贴片之间的有效电阻大，比如大于10ΜΩ，则它们被视为相互电隔离。注意，这里使用的有关 EBG单位单元贴片之间的有效电阻的术语“有效电阻”表示要被测量的直流(DC)电阻，假设相邻EBG贴片不通过它们各自的TSV电连接且位于地平面下方。天线结构140的EBG结构为无损EBG结构。
第二种类型的EBG单位单元这里被称为有损EBG单位单元，它结合其它有损EBG 单位单元形成元材料，该元材料这里被称为有损EBG结构，其中有损EBG结构在期望频率范围上显著吸收TE模式下的功率。例如，这里所描述的有损EBG结构可以吸收这里公开的用于以至少每EBG单位单元3dB(比如，每EBG单位单元5dB)在管芯120之上和之下传播的 77GHz信号的集成天线封装的TE模式下的功率，而这里所述的无损EBG单位单元基本不吸收槽式谐振器上的集成天线封装的TE模式下的功率。代之以，与吸收相反，由槽式谐振器激发的TE模式被无损EBG结构反应衰减，使得反应E场和H场在给定点不能传播，这是因为它们90度异相。图13以布局图形式和示意图形式示出了根据特定实施例的有损EBG结构的一个实施例，其中有损EBG单位单元的贴片139通过有效电阻190(示意地示出)电连接至相邻EBG单位单元的贴片139，该有效电阻比无损EBG结构的相邻贴片之间的有效电阻小。例如，有效电阻190可以至少比无损EBG贴片的相邻贴片之间的有效电阻小一个数量级、两个数量级或三个数量级。在一个实施例中，有效电阻190为175 Ω。在如图14所示的特定的实施例中，通过用电阻性材料(比如，具有IkQ/方地薄层电阻的掺杂地多晶硅)填充形成相邻EBG单位单元之间的网格的间隙，来定义贴片之间的有效电阻180，而无损EBG 单元的贴片之间的材料的薄层电阻显著地大，比如至少为10倍、100倍、或1000倍大。在图 14的截面图，该电阻层的一些部分168被示出为在贴片139之间。在无损EBG结构中并不存在与有意地在有损EBG结构的贴片之间形成的电阻器相关的物理结构。
图15示出了添加了附接到插入器110的管芯120的图2的截面图。管芯120可以是包括有源和无源电元件的RF接收器芯片，该有源和无源电元件在操作期间解调微带馈线165处接收的RF信号，以将信息(比如，基带信息)提供给其它控制装置。替代地，管芯120可以是RF发射器芯片，在操作期间该RF发射器芯片将信息(比如，基带信息)调制成RF信号以提供给微带馈线165。替代地，管芯120可以是RF收发器芯片，该RF收发器芯片如上所述地既接收又发射RF信号。在操作中，管芯120的有源结构包括用来放大正在被接收或发射的毫米波长信号(比如，77(ihZ信号)的RF放大器(未示出)。管芯120可以具有边缘密封，所述边缘密封包括沿有源侧(未示出)的外周边的一个或多个接地环，该有源侧是管芯的离插入器最近的一侧，所述接地环通过TSV以等于或小于期望频率的波长的周期尺寸连接到接地背面。
图16更详细地示出了图15的插入器110和管芯120的一部分。在图16中，管芯 120被示出为包括在管芯衬底的背面之上的导电层123、管芯焊垫134、和突柱互连121。导电层123可以包括厚度为尺寸220的金。突柱互连121被连接到管芯焊垫134和插入器焊垫134(图9)。在包括管芯垫134的管芯的金属层和插入器的导电层117之间定义了具有尺寸223的空间。突柱互连121可以包括铜。包括数据信息和参考电压(比如，地)的信号通过突柱互连121在管芯120和插入器110之间传递。
在操作中，管芯120的电路和互连可以发射不期望的无线电信号，比如，操作作为 RF噪声源，其响应于流经它们的RF电流发射信号。当被装入所述类型的屏蔽封装中时，能够在宽范围的频率上导致不期望的TE模式，其可以耦合至插入器110处的CPW。为了减少由管芯120产生的不期望的TE模式的影响，管芯120下的EBG单位单元，以及与管芯120相邻的第一全EBG单位单元，被定义为有损EBG单元。参考图17，指示线13左侧的贴片139 与图14所示类型的有损EBG单位单元相关联。其余的EBG单位单元(图17的指示线13 的右侧)与无损EBG单元相关联。对于这里所描述的77GHz装置来说，例如，与宽的范围频率(比如，从60GHz到130GHz，或从65GHz到120GHz)相关联的TE模式下的功率可以被吸收。
图17示出了图15的组件的俯视图，以示出管芯120及其到插入器110的突柱互连219的相对位置。图18更详细地示出了图17中的接近导电层117的CPW部分的一部分。 特别地，从导电层129的左边缘到围绕CPW的导电部分167的间隙的左边缘的距离为尺寸 158。在X方向上导电部分167和导电层1 之间的距离为尺寸152。导电部分167和导电层1 之间的y方向上的距离为尺寸153。导电结构167的CPW部分的最左侧边缘和管芯 120的最右侧边缘之间的距离为尺寸151。
图19示出了向插入器110添加了导电间隔物150的图17的截面图。间隔物150 高度为尺寸511，并且间隔物150通过导电粘接层521(图22)连接到插入器110。间隔物 150包括电连接到衬底插入器110的导电环124的导电材料。在一个实施例中，间隔物150 包括围绕导电较差的中间部分的导电外层，比如金属层。图20示出了图19的组件的平面图，示出了间隔物150、管芯120、插入器110和槽式谐振器114的相对位置。间隔物150具有环形形状，具有从其内部边缘到其外部边缘的尺寸512、总体的χ尺寸513、和总体的y尺寸 514。
图21示出了添加了盖130的与图19相同的截面图。盖130具有χ尺寸301和厚度尺寸302，并且通过导电粘接层522(图22)连接到间隔物150。图22示出了图21的一部分，包括球型互连160、插入器110、间隔物150、盖130、以及导电粘接层521和522，该导电粘接层521和522可以是具有0. 02 Ω -cm的电阻率和厚度尺寸523的环氧树脂层。
图23示出了包括作为实(solid)地平面的外导电层136的盖130，该外导电层136 与盖130的硅衬底的边缘的偏移尺寸331。盖130具有总体的χ尺寸333和总体的y尺寸 332。外导电层136具有χ尺寸335和y尺寸334。
图M示出了导电层342，它是由电介质分离的定义内导电层137的两个共面导电层中的一个。两个导电层342和343(图27)中的每一个可以是厚度为尺寸11的金，以具有尺寸13的电介质层的厚度分开。导电层342是离盖130的硅衬底最近的层，其包括贴片 346，并且图27所示的第二导电层包括位于导电层342上方的贴片356。
图M示出了包括导电环341、贴片345、贴片346和导电结构349的导电层342的各个部分。导电环341具有环形形状，具有从其内边缘到其外边缘的尺寸312、总体的χ尺寸313、和总体的y尺寸314。贴片345为方形贴片，其具有与上述贴片139相同的尺寸和间隔。导电环341的左侧部分具有y尺寸316和χ尺寸315。导电结构349的环部分具有 y尺寸317的厚度和χ尺寸317的厚度。导电环341、导电结构349、贴片345和贴片346的每一个被连接到相应的TSV135，如参考图25所详细讨论的。
图25示出了图M的平面图，指出了 TSV 135与层137的导电层342相接触的位置以及管芯120的相对位置。如图所示，靠近层342的外围形成TSV 135的6个同心环。 TSV的每个同心环从其相邻的同TSV环偏移以形成三角形格子结构。每一行内TSV的周期为尺寸381。TSV 135在它们与导电层137连接处的直径为尺寸382(未示出)。将理解， 贴片345和346中的每一个通过相应的TSV 135连接到盖130的相反侧的地平面136。贴片345、TSV 135和地平面136中的每一个组合定义了上述EBG单位单元。在特定的实施例中，被示出为位于或部分位于管芯120的外围位置内的EBG单位单元，以及与管芯120的位置相邻的单位单元，为上述的有损EBG单位单元，因此将显著抑制管芯120之上的TE模式。 与贴片346相关联的其它EBG单位单元中的每一个为无损EBG单位单元，因此将不会显著吸收TE模式。同样地，贴片346、TSV 135和地平面316的每一个组合定义了无损EBG单位单元的一部分，其也与图27所示的位于导电层343上的多个贴片相关联。
如图沈所示，贴片346以偏移的行和列排列，在共同的行中的贴片具有周期尺寸 351，贴片346的行和列之间的距离为周期尺寸352。贴片346的每一个具有χ尺寸353和 y尺寸353。贴片346的最左和最右的列以尺寸邪4从导电结构349的环部分偏移。贴片 346的最上和最下行以尺寸355从导电结构349的环部分偏移。
图27示出了如图M中所示的第一导电层342，以及位于第一导电层上方的第二导电层343，使得第一导电层342位于第二导电层343和盖结构130的衬底之间。在一个实施例中，第二导电层包括多个贴片356，该多个贴片356排列成行和列以形成网格图案，其通过电介质层与贴片346分离，并且如图所示地与贴片346交叠。特别地，第二导电层343 的四个贴片356与第一导电层342的每个贴片346的相应角部交叠。第二导电层343的贴片356彼此电隔离，因此不连接到通孔135。如图28所示，每个贴片356为具有边尺寸347 的正方形，位于共同贴片346上方的相邻贴片356的中心-到-中心间距为χ尺寸362和 y尺寸363。贴片346、其4个覆盖贴片346 (与其他贴片346共享)、TSV 135和地平面136 的每一个组合形成具有多层贴片的无损EBG单位单元。
图四示出了根据本公开具体实施例的方法的流程图。在节点601，在从集成电路管芯辐射的RF信号的第一频率范围上的TE模式的功率被集成电路管芯上方的元材料所吸收。在一个实施例中，元材料为有损频率选择性表面(FSS)，比如所公开的在图1所示的盖 130的位置131处的有损EBG结构，被吸收的信号在管芯120上以平行于管芯120的主表面的方向传播。在一个实施例中，在等于在期望中心频率任何一侧加上或减去期望带宽的频率范围内的TE模式被以每EBG单位单元至少3dB吸收，比如每EBG单位单元5dB。例如， 对于具有中心频率为77GHz的期望信号的集成天线封装，从60(ihZ到130GHz或者从74GHz 到83GHz的频率范围上的TE模式下的功率被位于集成电路管芯上方的有损EBG结构衰减每单位单元至少3dB。
在节点602处，从槽式谐振器发射的RF信号的频率范围的TE模式下的功率被微带馈线上方的元材料反应衰减，但是不被吸收，其中被反应衰减的电磁场在所有的径向方向上从槽式谐振器向远处传播。在一个实施例中，元材料为无损频率选择性表面(FSS)，比如所公开的图1所示的盖130的位置132处的无损EBG结构。在一个实施例中，在等于在期望地中心频率任何一侧至少加上或减去期望带宽的频率范围内，微带馈线上方的元材料反应衰减TE模式，但不吸收TE模式。例如，对于具有中心频率为77GHz的期望信号的集成天线封装，从74GHz到80GHz的频率范围内的TE模式下的功率基本不被吸收，但是被反应衰减。因此，TE模式下的场随着距槽地径向距离衰减，但是基本没有功率被微带上的位置 132处的无损EBG结构传递或吸收。注意，与由于有损EBG结构的吸收而造成的TE模式的衰减相比，由于无损EBG结构的反应衰减而造成的TE模式的衰减出现在更窄的带宽上。
图30示出了根据本发明的具体实施例的方法的流程图。在节点611处，从集成电路管芯辐射的RF信号的第一频率范围上的TE模式下的功率被集成电路管芯下的元材料吸收。在一个实施例中，元材料为图1所示的插入器110的位置111处的有损EBG结构，被吸收的信号在管芯120下方以平行于管芯120的主表面的方向传播。在一个实施例中，在等于在期望地中心频率的任何一侧至少加上或减去期望带宽的频率范围内的TE模式下的功率被以每EBG单位单元至少3dB(比如，每EBG单位单元5dB)吸收。例如，对于具有中心频率为77GHz的期望信号的集成天线封装，从60GHz到130GHz或从74GHz到80GHz的频率范围上的TE模式下的功率被位于集成电路管芯上方的有损EBG结构以每单位单元至少3dB 衰减。
在节点612处，从槽式谐振器发射的RF信号的频率范围的TE模式下的功率被微带馈线上方的元材料反应衰减，但不被吸收。被反应衰减的信号在所有的径向方向上从槽式谐振器传播开去。在一个实施例中，元材料为如图1所示的盖130的位置132处的无损 EBG结构。在一个实施例中，在等于在期望地中心频率的任何一侧至少加上或减去期望带宽的频率范围内，微带馈线上方的元材料反应衰减TE模式，但不吸收TE模式。例如，对于具有中心频率为77GHz的期望信号的集成天线封装，从74GHz到80GHz的频率范围上的TE模式下的功率基本不被吸收，但是TE模式场被反映衰减。注意，与由于有损EBG结构的吸收而造成的TE模式下的功率的衰减相比，由于无损EBG结构的反应衰减而造成的TE模式下的功率的衰减出现更窄的带宽上。
图31示出了根据包括管芯之上和之下的频率选择性表面的本公开特定实施例的方法的流程图。在节点621，从集成电路发射的第一频率范围的TE模式下的功率被衰减，如图四的节点601处所描述的。在节点622，从集成电路管芯发射的第一频率范围的TE模式下的功率被衰减，如图30的节点611处所描述的。在节点623，从槽式谐振器发射的第一频率范围的TE模式被衰减，如图四的节点602处所描述的。
图32示出了替代的天线结构的平面图。图32的天线结构具有长度尺寸654，宽度尺寸655、空腔长度尺寸652、空腔宽度尺寸653，并且具有两个贴片天线，包括贴片625 和626。贴片625和6 中的每一个在下方插入器的外导电表面处具有相应的槽式谐振器 614和615。槽式谐振器614和615中的每一个与插入器的内导电表面处的相应微带馈线 (未示出)相关联，并被连接到分开的管芯触点。贴片625和626的尺寸可以与贴片143的相同。谐振器槽614和615的尺寸可以和槽式谐振器114的相同。在信号处理过程中，比如对于下述雷达系统来说，可以使用从两个贴片天线接收器接收的信息来产生和图案(Sum pattern)以及差图案(difference pattern)，以在单脉冲雷达系统中提供更精确的角度测量。在替代的实施例中，两个贴片天线中的一个可以与发射器相关联，而所述两个贴片天线中的另一个可以与在集成天线封装中实现的接收器相关联。
权利要求
1.一种装置，包括耦合到插入器的集成电路管芯，该集成电路管芯接收毫米波长信号； 插入器，其包括微带馈线，所述微带馈线耦合到所述集成电路管芯以接收毫米波长信号；以及位于集成电路管芯和微带馈线上方的盖，驻留于所述盖和所述管芯之间的充气间隙； 所述盖包括直接位于集成电路管芯之上的有损EBG结构和直接位于所述微带馈线之上的无损EBG结构。
2.如权利要求1的装置，其中有损EBG结构的第一导电贴片和第二导电贴片之间的第一有效电阻小于无损EBG结构的第三导电贴片和第四导电贴片之间的第二有效电阻，所述第一和第二导电贴片彼此相邻，所述第三和第四导电贴片彼此相邻。
3.如权利要求2的装置，其中所述第二有效电阻至少是所述第一有效电阻的10倍。
4.如权利要求2的装置，其中所述第一电阻是基于将所述第一导电贴片耦合到所述第二导电贴片的第一层的第一部分，该第一部分具有第一薄层电阻，所述第一薄层电阻小于将第三导电贴片耦合到第四导电贴片的第二层的第二部分的第二薄层电阻。
5.如权利要求4的装置，其中所述第二有效薄层电阻至少是所述第一薄层电阻的10倍。
6.如权利要求2的装置，其中包括第一贴片和第二贴片的多个相邻导电贴片之间的平均周期为250 μ m。
7.如权利要求6的装置，其中所述多个导电贴片中的每一个导电贴片是长为大约 230 μ m的正方形。
8.如权利要求1的装置，其中所述无损EBG结构包括多个层级的导电贴片。
9.如权利要求1的装置，其中所述有损EBG结构是第一有损EBG结构，并且该装置还包括直接位于所述集成电路管芯下方的第二有损EBG结构，其中集成电路在第一有损EBG 结构和第二有损EBG结构之间。
10.如权利要求1的装置，其中所述无损EBG结构是第一无损EBG结构，并且该装置还包括天线结构，所述天线结构包括耦合到插入器的贴片天线，该天线结构包括外围位置处的无损EBG结构。
11.如权利要求1的装置，其中所述无损EBG结构是第一无损EBG结构，该装置还包括 包括耦合到插入器的贴片天线的天线结构，该天线结构包括外围位置处的无损EBG结构。
12.如权利要求1的装置，其中所述插入器还包括槽式谐振器。
13.如权利要求12的装置，其中所述微带馈线具有160μπι的宽度尺寸。
14.如权利要求1的装置，其中所述第二充气间隙在所述集成电路管芯和所述插入器之间。
15.一种方法，包括基于有损EBG结构，吸收从集成电路管芯发射的第一射频信号的第一频率范围的TE模式，该有损EBG结构包括第一导电贴片和第二导电贴片之间的第一有效电阻，其中所述第一射频信号在所述集成电路管芯之上并且以与所述集成电路管芯平行的方向传播，所述集成电路管芯的背面金属位于所述第一和第二导电贴片的下方；以及基于无损EBG结构，吸收从槽式谐振器发射的第二射频信号的第一频率范围的TE模式，该无损EBG结构包括将第三导电贴片电耦合到第四导电贴片的第二有效电阻，其中所述第二射频信号在微带馈线之上并且以与微带馈线平行的方向传播，所述第二有效电阻至少是所述第一电阻的十倍，并且所述微带馈线直接位于所述无损EBG结构的下方。
16.如权利要求15的方法，其中所述有损EBG结构是第一有损EBG结构，并且该方法还包括基于第二有损EBG结构，吸收所述第一射频信号的所述第一频率范围的TE模式，该第二有损EBG结构包括第五导电贴片和第六导电贴片，所述集成电路管芯位于所述第五导电贴片和所述第一导电贴片之间。
17.如权利要求16的方法，其中所述第一导电贴片和所述第三导电贴片由公共导电层形成。
18.如权利要求16的方法，其中所述第一有效电阻以及第五和第六导电贴片之间的第三有效电阻比第二电阻至少小十倍。
19.一种方法，包括提供置于插入器之上的集成电路管芯，所述插入器包括具有导电平面的第一主表面和具有微带馈线的第二主表面，所述微带馈线被耦合以发送所述半导体管芯处产生的毫米波信号；提供盖结构，所述盖结构包括有损EBG结构和无损EBG结构，所述有损EBG结构包括电耦合到第二导电贴片的第一导电贴片，而所述无损EBG结构包括与第四导电贴片电隔离的第三导电贴片；以及将所述盖结构耦合到所述插入器以在盖和插入器之间形成空腔，其中所述集成电路管芯在所述有损EBG结构和所述插入器之间，并且所述微带天线在所述无损EBG结构下。
20.如权利要求19的方法，其中所述无损EBG结构是第一无损EBG结构，并且提供设置于所述插入器之上的半导体管芯还包括该插入器包括基本包围槽式谐振器的第二无损 EBG结构。
21.一种装置，包括耦合到插入器的集成电路管芯，该集成电路管芯提供毫米波长信号；所述插入器，其包括微带馈线，所述微带馈线耦合到所述集成电路管芯以接收毫米波长信号；以及位于所述集成电路管芯和所述微带馈线之上的盖，充气间隙位于所述盖和所述管芯之间；所述盖包括直接位于所述集成电路管芯之上的有损EBG结构和直接位于所述微带馈线之上的无损EBG结构。
全文摘要
集成天线封装(100)包括插入器(110)、集成电路管芯(120)、和在集成天线封装(100)内部形成空腔的盖(130)。有损EBG结构(131)驻留于盖处，位于集成电路装置上。无损EBG结构(132)驻留于盖处，位于微带馈线(131)上。雷达模块(1100)包括多个接收部分(1111-1114)，每个接收部分包括具有反射表面(1633)的抛物线结构(1420)、吸收器结构(1675)、透镜(1653)、以及天线(1313)。
文档编号G01S7/28GK102543906SQ20111035653
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月12日
发明者J·麦克唐纳, L·鲁宾, W·帕蒙, W·麦克金齐三世 申请人:飞思卡尔半导体公司