[发明专利]用于封装应用的叠层天线结构

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于整体封装天线器件与半导体IC（集成电路）芯片的装置和方法。更具体地说，本发明涉及用于封装IC芯片和具有叠层波导结构的叠层天线结构的装置和方法，所述叠层波导结构被整体构造为天线封装的一部分以形成用于毫米波应用的紧凑型集成无线电/无线通信系统。

背景技术

在无线网络中，设备之间的连接和通信借助附接到接收器或发射器的天线实现，从而将希望的信号辐射到网络中的其它元件或从中接收希望的信号。在诸如毫米波无线电装置之类的无线电通信系统中，分立的部件一般以较低的集成水平组装。这些系统通常使用昂贵、庞大的波导和封装级或板级微带结构进行组装，以将半导体及其所需的发射天线或接收天线进行互连。随着半导体技术和封装工程的最新发展，这些无线电通信系统的尺寸逐渐减小。对于无线通用串行总线（USB）之类的应用，操作距离被限于约1米，可在60GHz上使用单个7dBi天线提供必要的天线增益。对于点对点应用中的10米（如无线视频）或更长的距离（如雷达），依据应用的不同，最高需要30dBi的天线增益。然而，用于无线视频应用的高增益天线具有非常窄的束宽度，因此使用者很难指向天线。鉴于人们在室内环境中移动，所以无法在室内环境中保证视距信号传输。因此，便需要辐射图形可操纵阵列（例如相控阵列）来帮助束对准和/或在堵塞情况下寻找其它信号传输通道。相控阵列也广泛用于军事雷达。但是，封装具有集成天线或相控阵列的RF芯片需要昂贵的部件和大量的劳动投入，因此该过程极为困难且成本巨大。

发明内容

一般而言，本发明的实施例包括用于整体封装天线器件与半导体IC（集成电路）芯片的装置和方法。更具体地说，本发明涉及用于封装IC芯片和具有叠层波导结构的叠层天线结构的装置和方法，所述叠层波导结构被整体构造为天线封装的一部分以形成用于毫米波应用的紧凑型集成无线电/无线通信系统。

例如，在一个示例性实施例中，一种天线封装包括第一封装级，包括叠层天线；第二封装级，包括用于将能量耦合到所述叠层天线的叠层波导；以及第三封装级，包括天线馈线，其中垂直引出部（probe）与所述天线馈线的端部相连以将来自所述天线馈线的能量耦合到所述叠层波导。在一个实施例中，所述叠层天线包括填充腔（filled-cavity）天线结构，其中所述能量通过在所述波导的金属壁中形成的孔耦合到所述天线。在其它示例性实施例中，所述叠层天线和波导的垂直金属壁由多个金属过孔限定。

在天线封装的其他示例性实施例中，所述天线馈线可以是具有一个垂直引出部的单个微带线，所述垂直引出部通过在所述叠层波导的底壁中形成的孔延伸到所述叠层波导中，或者所述天线馈线可以是具有两个垂直引出部的差分馈线，所述垂直引出部通过在所述叠层波导的底壁中形成的单独的孔从所述差分馈线的每个各自的端部延伸到所述叠层波导中。

在天线封装的其他示例性实施例中，可以包括第四封装级，其中包括多个金属线迹和垂直过孔以实现与集成电路芯片接口的电源和控制信号线。

在另一示例性实施例中，一种集成电路芯片封装包括天线封装，所述天线封装包括第一封装级，包括叠层天线；第二封装级，包括用于将能量耦合到所述叠层天线的叠层波导；第三封装级，包括天线馈线，以及垂直引出部，其与所述天线馈线的端部相连以将来自所述天线馈线的能量耦合到所述叠层波导，以及与所述第三封装级的所述天线馈线倒装芯片接合的集成电路芯片。

在又一集成电路芯片封装示例性实施例中，可以包括第四封装级，其中包括多个金属线迹和垂直过孔以实现将集成电路芯片与印刷电路板进行接口的电源和控制信号线，其中所述集成电路芯片被置于所述印刷电路板的切断区域中。

在本发明的又一示例性实施例中，一种天线阵列封装包括第一封装级，包括叠层天线阵列；第二封装级，包括叠层波导阵列，每个叠层波导单独形成和放置以将能量耦合到所述叠层天线中的各个叠层天线；以及第三封装级，包括多个天线馈线，每个天线馈线具有与其端部相连的垂直引出部，用于将来自所述天线馈线的能量耦合到所述叠层波导中的各个叠层波导。每个叠层天线可以包括填充腔天线结构。

在天线阵列封装的其他示例性实施例中，每个天线馈线是具有一个垂直引出部的单个微带线，所述垂直引出部通过在所述叠层波导的底壁中形成的孔延伸到所述叠层波导中的各个叠层波导，或者每个天线馈线可以是具有两个垂直引出部的差分馈线，所述垂直引出部通过在所述叠层波导的底壁中形成的单独的孔从所述差分馈线的每个各自的端部延伸到所述叠层波导中的各个叠层波导。