[发明专利]用于射频无源件和天线的方法、设备和材料

说明书

技术领域

本说明书涉及射频无源装置和封装领域，并且具体地说，涉及使用纳米磁性复合物上的小型天线的无源装置和封装。

背景技术

小形状因子装置(比如超级本计算机、平板计算机和智能电话)容纳多达5到7个天线或更多天线，以除了其它的之外还覆盖Wi-Fi、蓝牙、蜂窝数据网络，诸如LTE(长期演进)或3G(第三代蜂窝)、FM(频率调制)无线电、GPS(全球定位系统)、RFID(射频识别)、NFC(近场通信)和DTV(数字电视广播)服务。天线的数量、它们的尺寸以及它们的RF隔离要求对装置的形状因子和设计施加了严格约束。传统上，分立组件已经被用于天线和电感器，天线和电感器通常被置于母板上。如果天线尺寸可被显著缩小，则通信装置的总体尺寸可被缩小，或者该装置的更大部分可用于其它目的。

作为一个示例，典型的流行平板计算机可除了其它的之外还具有4个天线，平面倒F蜂窝频带天线(GSM/WCDMA/LTE)和Wi-Fi/蓝牙天线。该蜂窝频带天线的尺寸可大致是35mm×10mm，并且Wi-Fi/蓝牙天线的尺寸可大致是16mm×10mm。这些天线还可具有用于优化接收的复杂形状，其影响该装置其余部分的设计自由度。

高效RF天线只是适合于在移动系统、小型系统和无线系统中所使用的未来微电子封装的小形状因子磁性元件的一个示例。用于功率输出的电感器以及其它组件也是符合需要的。虽然置于母板上的分立组件已经被用于天线和电感器，但这可显著影响最终产品的尺寸。此类组件的尺寸在物理上受材料和电气规范的限制。虽然高的相对磁导率可允许装置更小，但高磁导率材料趋向于也是导电的。这引起涡流损耗以及其它缺陷。

附图说明

本发明的实施例在附图的各图中作为示例而非作为限制例证了，附图中相似的附图标记是指类似的单元。

图1是根据本发明一实施例的RF封装的简化横截面图解。

图2是图1的RF封装的简化顶部俯视图。

图3-8是根据本发明一实施例在形成具有天线的封装时阶段序列的横截面图解，所述天线包含纳米磁性复合材料。

图9是如图3-8中所示形成的封装的横截面图解。

图10-15是根据本发明一实施例在形成具有包含纳米磁性复合材料的天线的替换封装时阶段序列的横截面图解。

图16A是根据本发明一实施例的纳米磁性复合材料的二氧化硅纳米粒子的涂层的分子式的图解。

图16B是根据本发明一实施例的纳米磁性复合材料的二氧化硅纳米粒子的涂层的替换分子式的图解。

图17A是根据本发明一实施例具有非对准磁畴的纳米磁性复合材料的图解。

图17B是根据本发明一实施例在磁畴被对准之后图17A的纳米磁性复合材料的图解。

图18A是根据本发明一实施例使用纳米磁性复合材料形成的电感器的横截面图解。

图18B是图18A的电感器的顶部俯视图。

图19是根据本发明一实施例形成微电子封装的工艺流程图。

图20是根据本发明一实施例合并微电子封装的计算装置的框图。

具体实施方式

可使用沉积在有机封装衬底上的纳米磁性材料层来制作尺寸非常小的天线。该天线可在纳米磁性复合材料层上制作，纳米磁性复合材料层本身层压或模塑在有机封装衬底上。该天线然后可与其它RF组件集成以产生例如可用在超级本、平板计算机和智能电话中的非常小的RF封装或模块。

天线的尺寸与至少三个重要因素相关：RF频率；天线衬底材料的介电常数；以及天线衬底材料的磁导率。

这些关系在数学上可写为：

(等式1)

其中λ是具有介电常数ε_r和磁导率μ_r的衬底中的波长；λ₀是自由空间波长(c/f)；c是自由空间中的光速，并且f是天线的RF频率。

(等式2)

其中η是具有介电常数ε_r和磁导率μ_r的衬底中的阻抗，并且η₀是自由空间的阻抗。

如这些关系式(等式1和2)所指示的，天线尺寸取决于λ，λ又取决于ε_r和μ_r的乘积。阻抗η取决于μ_r和ε_r之比。因此，可通过使用具有高介电常数ε_r的非磁性介电材料(即其μ_r为1的材料)来缩小天线尺寸。