專利名稱：封裝的集成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種封裝的集成電路(PIC)，它包含至少一個包括在與射頻天線(RFA)相關的集成電路管芯(ICD)中的射頻元件，所述集成電路管芯(ICD)包括在所述封裝的集成電路(PIC)中。
例如從ATMEL網(wǎng)址上發(fā)布的1999年11月8日的ATMEL公告“ATMEL announces Bluetooth solution”以及ATMEL藍牙解決方案背景“No more cables The wireless standard and ATMELCorparation’s instant time-to-market Bluetooth solution”中，這種封裝的集成電路在本技術領域中已經(jīng)是眾所周知的。其中描述了由包括球柵陣列封裝件中的無線電設備、基帶和快速存儲器的多芯片模塊組成的一種藍牙無線電收發(fā)機。此模塊與諸如濾波器和天線之類的各種各樣的外部分立元件一起被裝配在印刷電路板上。由于這種收發(fā)機使用在不同種類的小型便攜式器件中，故這種收發(fā)機器件必須非常小。而且考慮到在支持藍牙技術的器件中可望使用大量這種收發(fā)機，這種收發(fā)機的生產(chǎn)成本和安裝成本應該很低。
本發(fā)明的目的是提供一種上述已知類型的封裝集成電路，但它更小，且相對于已知的集成電路來說，其成本更低。
為達到這一目的，本發(fā)明提供了一種封裝的集成電路，它包含至少一個包括在與射頻天線相關的集成電路管芯中的射頻元件，所述集成電路管芯包括在所述封裝的集成電路中，其特征是所述射頻天線也包括在所述封裝的集成電路封裝件中而不包括在所述集成電路管芯中。
實際上，借助于在封裝集成電路中制作的集成電路管芯中提供至少一個射頻元件，同時射頻天線也集成在同一個封裝件中，可達到這一目的。包括天線的整個封裝件作為一個零件，可以被集成在藍牙應用之類的射頻應用中，而不是為了諸如藍牙這樣的射頻應用而將射頻模塊與分立的天線組合在印刷電路板上。用這種方式，節(jié)省了印刷電路板上以及射頻應用機箱中的空間，且由于僅僅需要一個步驟而不是在印刷電路板上的一個安裝射頻模塊的步驟以及一個安裝天線和主要處置二種元件的互連的步驟，從而同時降低了實現(xiàn)射頻應用的成本。
本發(fā)明的另一個有特點的實施例是所述封裝的集成電路包括安置所述至少一個射頻元件和由作為所述集成電路封裝件的部件的至少一個金屬物體構成的所述射頻天線的集成電路封裝件。
射頻天線由安置封裝的集成電路的各個元件的集成電路封裝件內(nèi)的至少一個金屬物體構成。利用集成電路封裝件中現(xiàn)有的或額外的金屬物體，在集成電路封裝件中建立天線。
本發(fā)明的其它有特點的實施例是所述射頻天線由耦合到所述集成電路管芯的金屬絲鍵合構成，或所述射頻天線被加到所述集成電路封裝件的金屬引線框上。
在二個變通的實施例中，封裝件中的金屬物體被用來形成射頻天線。首先，借助于例如將集成電路管芯的輸出耦合到輸出端子的金屬絲鍵合，來構成集成的射頻天線。若金屬絲鍵合的長度是待要接收或發(fā)射的射頻信號目標波長λ的1/2或1/4，則這是行得通的。其次，作為變通，集成電路封裝件中的金屬引線框被用作射頻天線。
本發(fā)明的再一個有特點的實施例是所述射頻天線由至少一個被絕緣層分隔于接地金屬平面的平面金屬圖形組成。
作為另一種變通的射頻天線，至少一種平面金屬圖形可以被用作天線。借助于將其模塑在封裝件材料中，或在封裝件表面上制作圖形，這樣一種至少一個金屬圖形可以包括在集成電路封裝件中。此外，天線由接地的金屬平面組成。此圖形和接地的平面被集成電路封裝件中的絕緣層分隔開。
本發(fā)明的另一個有特點的實施例是所述平面金屬圖形是金屬縫隙圖形，而所述絕緣層是陶瓷層。
射頻天線由位于接地的襯底上的平面縫隙圖形組成。此襯底被制作在集成電路封裝件的表面上。利用介電常數(shù)高的陶瓷材料，能夠進一步減小陶瓷襯底上的射頻天線的尺寸。
本發(fā)明的另一個有特點的實施例是所述縫隙圖形由第一S形縫隙組成。
接地襯底上的射頻天線的縫隙圖形由第一S形縫隙組成，此第一S形縫隙的長度確定了待要接收或發(fā)射的射頻信號的共振頻率。切口的S形狀導致非線性偏振輻射圖形。利用這一使天線成形的方法，僅僅借助于稍許修正天線的形狀或尺寸，就有助于使射頻天線適用于另一個共振頻率。以這種方式，天線是頻率可調(diào)的。
本發(fā)明的另一有特點的實施例是所述射頻天線包含相對于所述第一S形縫隙旋轉90度的第二S形縫隙。
除了第一S形縫隙之外，有一個相對于第一S形縫隙旋轉90度的第二S形縫隙。此第二S形縫隙抑制了射頻信號工作頻率的諧波頻率中的更高階共振，從而減小了射頻信號的帶寬。切口的S形形狀導致非線性偏振輻射圖形，而二種S形縫隙的組合不僅確定了共振頻率和帶寬，而且借助于抑制除了所需的射頻信號之外的所有其它諧波頻率而構成了一些濾波特性。利用這一使天線成形的方法，僅僅借助于稍許修正天線的形狀或尺寸，就有助于使射頻天線適用于另一個共振頻率，并抑制其它的諧波頻率。以這種方式，天線還是帶寬可調(diào)的。利用第二S形天線，本身就提供了濾波特性，從而減免了使用額外的濾波元件的需要。
本發(fā)明的進一步有特點的實施例還包括所述集成電路封裝件是球柵陣列封裝件，所述集成電路封裝件是四方扁平封裝件，或者所述集成電路封裝件是小外形封裝件。
借助于將這種射頻模塊集成到諸如球柵陣列封裝件、四方扁平封裝件或小外形封裝件之類的標準集成電路封裝件或任何其它的標準封裝件中，能夠用流焊機之類的標準設備或測試設備來處理封裝件，使成本得到降低。利用這些標準封裝件，還降低了整個射頻設備的尺寸和成本。
此外，本發(fā)明還涉及到包括至少一個如上所述的封裝集成電路的射頻模塊。
參照結合附圖的實施例的下列描述，本發(fā)明的上述和其它的目的和特點將變得更加明顯，并將更好地理解本發(fā)明本身，其中

圖1表示一種球柵陣列封裝件，其中射頻模塊與射頻天線被一起制作；圖2表示用于圖1射頻模塊中的縫隙天線的圖形。
在下面的各個段落中，參照附圖來描述如何實現(xiàn)本發(fā)明的方法。在本描述的第一部分中，描述了圖1所示的球柵陣列封裝件ICPA的主要元件，其中實現(xiàn)了本發(fā)明的封裝集成電路。此部分之后，隨之以描述各個上述元件之間的所有互連。隨后描述實現(xiàn)本發(fā)明的實際執(zhí)行過程。
本發(fā)明的球柵陣列(BGA)封裝件ICPA是一種能夠安裝在印刷電路板PCB上的空腔向下的封裝件。這種BGA封裝件基本上由被絕緣層分隔開的平面金屬層GNDPL和ICP組成。絕緣層被制作在陶瓷材料中。在球柵陣列封裝件ICPA的頂部，制作第一金屬化層MET。用眾所周知的縫隙工藝，在金屬化層MET中腐蝕天線RFA。在射頻天線下方，有陶瓷絕緣層和平面金屬層GNDPL，用作接地平面。在接地平面GNDPL下方，有另一個絕緣層和金屬層ICP，用作互連平面。在此層ICP上，腐蝕集成電路管芯ICD的所有管腳與所有輸出連接或內(nèi)部元件之間的互連。BGA封裝件的輸出端子是能夠被焊接在印刷電路板PCB上的焊料球。
集成電路管芯ICD含有諸如晶體管、電容器、電感器和電阻器之類的射頻電子元件。
利用作為絕緣層中的孔的被金屬填充的通道孔，來執(zhí)行所有元件之間的垂直互連。用焊料球來實現(xiàn)到印刷電路板PCB的連接。
射頻天線RFA的端子被諸如V1的通道孔和層ICP上的金屬互連耦合到集成電路管芯ICD。用耦合到印刷電路板PCB上的接地平面GNDPL1的通道孔V3和V6，將接地平面GNDPL連接到地電位。集成電路管芯ICD還被通孔V2耦合到接地平面GNDPL。通孔V4和V5被用來將集成電路管芯信號輸出耦合到安裝在印刷電路板PCB上的其它后續(xù)元件。集成電路管芯ICD的管腳經(jīng)由金屬絲鍵合WB被耦合到互連平面ICP。
在圖2中，更詳細地示出了建立在BGA封裝件頂部上的第一金屬化層中的射頻天線RFA。用眾所周知的縫隙工藝來腐蝕此天線RFA，其中的“縫隙”意味著金屬圖形中的窗口。天線RFA由第一S形縫隙S1和相對于第一S形縫隙旋轉90度的第二S形縫隙S2組成。天線被天線邊沿處的通道孔VH組成的方陣圍繞。
下面解釋上述元件的關系和定位。
首先，利用空腔向下的封裝件，借助于將管芯置于二個接地平面GNDPL與GNDPL1之間，有助于將集成電路管芯屏蔽于輻射。另一方面，利用接地平面GNDPL，射頻天線RFA也被屏蔽于集成電路管芯ICD。此結構使得能夠將集成電路管芯ICD與天線RFA組合在一個封裝件中，而沒有相互影響和/或性能干擾。
天線RFA由位于陶瓷絕緣層上的縫隙圖形組成。由于陶瓷材料的高的介電常數(shù)εr以及準確控制諸如層和圖形布局厚度之類的尺寸的能力，故能夠使天線的尺寸盡可能小，并能夠準確地重復天線尺寸?？p隙圖形本身由S形縫隙S1和旋轉90度的S2組成的二個縫隙。第一S形縫隙S1的長度決定了天線共振頻率。第二S形縫隙S2抑制了工作頻率的諧波頻率處的更高階共振，從而減小了帶寬。切口的S形形狀導致非線性偏振輻射圖形，而二個S形縫隙的組合不僅確定了共振頻率和帶寬，而且借助于抑制除了所需的射頻信號之外的所有其它的諧波頻率，還確定了某些濾波特性。
切口的S形形狀導致非線性偏振輻射圖形。利用這一使天線成形的方法，僅僅借助于稍許修正天線的形狀或尺寸，就有助于使射頻天線RFA適用于另一個共振頻率。以這種方式，天線是頻率可調(diào)的。
而且，利用這一使天線成形的方法，僅僅借助于稍許修正天線的形狀或尺寸，就有助于使射頻天線RFA適用于另一個共振頻率，并抑制其它的諧波頻率。以這種方式，天線還是帶寬可調(diào)的。利用第二S形天線，本身就提供了濾波特性，從而減免了使用額外的濾波元件的需要。
為了避免邊沿效應，用使天線邊沿處的金屬化接地的通道孔組成的方陣來包圍天線。
天線在圖2的點A和B中被差動激活，用此二點上的通道孔構成到管芯的連接。而且，由于天線對稱性的原因，從點A和點B看到的阻抗完全相同。
用來使天線、天線濾波器以及硅與天線之間的屏蔽的尺寸盡可能小的方法，使得有可能將所有的射頻功能集成到一個非常小的芯片封裝件中而用于藍牙應用。
要指出的是，在集成電路封裝件中使用諸如金屬絲鍵合和金屬引線框的實施例，也適合于用來在封裝的集成電路中實現(xiàn)射頻天線。
還要指出的是，小外形封裝件、四方扁平封裝件或任何其它的標準封裝件，也可以代替BGA封裝件被用來提供與BGA封裝件相同的優(yōu)點。本發(fā)明也可以用于包含在陶瓷材料之外的材料中制作的絕緣層的封裝件。
雖然上面結合具體的裝置已經(jīng)描述了本發(fā)明的原理，但要明確理解的是，這種描述僅僅是以舉例的方法而不是對所附權利要求所定義的本發(fā)明的范圍的限制。
權利要求
1.一種封裝的集成電路(PIC)，它包含至少一個包括在與射頻天線(RFA)相關的集成電路管芯(ICD)中的射頻元件，所述集成電路管芯(ICD)包括在所述封裝的集成電路(PIC)中，其特征是所述射頻天線也包括在所述封裝的集成電路封裝件(PIC)中而不包括在所述集成電路管芯(ICD)中。
2.根據(jù)權利要求1的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述封裝的集成電路(PIC)包括安置所述至少一個射頻元件和由作為所述集成電路封裝件的部件的至少一個金屬物體構成的所述射頻天線(RFA)的集成電路封裝件(ICPA)。
3.根據(jù)權利要求2的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述射頻天線(RFA)由耦合到所述集成電路管芯(ICD)的金屬絲鍵合構成。
4.根據(jù)權利要求2的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述射頻天線(RFA)被加到所述集成電路封裝件(ICPA)的金屬引線框上。
5.根據(jù)權利要求1的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述射頻天線(RFA)由至少一個被絕緣層分隔于接地金屬平面的平面金屬圖形組成。
6.根據(jù)權利要求5的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述平面金屬圖形是金屬縫隙圖形，而所述絕緣層是陶瓷層。
7.根據(jù)權利要求6的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述縫隙圖形由第一S形縫隙組成。
8.根據(jù)權利要求7的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述射頻天線(RFA)包含相對于所述第一S形縫隙旋轉90度的第二S形縫隙。
9.根據(jù)權利要求1的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述集成電路封裝件(ICPA)是球柵陣列封裝件。
10.根據(jù)權利要求1的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述集成電路封裝件(ICPA)是四方扁平封裝件。
11.根據(jù)權利要求1的封裝的集成電路(PIC)，其特征是所述集成電路封裝件是小外形封裝件。
12.一種射頻模塊，它包括至少一個根據(jù)權利要求1-11中的任何一個所述的封裝的集成電路(PIC)。
全文摘要
一種用于射頻裝置中的封裝的集成電路,此封裝的集成電路包含一個或多個包括在集成電路管芯中的射頻元件。此集成電路管芯與射頻天線相關。射頻天線還包括在封裝的集成電路中,但不包括在集成電路管芯中。
文檔編號H01L23/28GK1369914SQ0110452
公開日2002年9月18日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權日2000年2月18日
發(fā)明者弗蘭克·尼科·里文·Op't愛恩德, 威利·格拉德·約瑟夫·約蘭德·德黑克, 伊爾斯·吳茲, 史蒂文·歌德·亞歷山大·特利恩, 弗蘭克·奧利斯拉格, 汗德里克·羅吉爾, 丹尼爾·德·祖特, 范·弗里特·里克 申請人:阿爾卡塔爾公司