專利名稱：：內(nèi)嵌于無(wú)線外圍設(shè)備中的非諧振天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：無(wú)
背景技術(shù)：
：已提供各種技術(shù)用于將外圍設(shè)備連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站和相關(guān)主機(jī)裝置。傳統(tǒng)上，常見的方法為從外圍設(shè)備到主機(jī)裝置中提供的標(biāo)準(zhǔn)串行或并行端口的電纜連接。另外，一些技術(shù)已經(jīng)用于提供外圍設(shè)備與主機(jī)裝置之間的無(wú)線通信。一些所述無(wú)線技術(shù)已涉及紅外發(fā)射器和接收器。其它無(wú)線技術(shù)已涉及射頻(RF)通信鏈接。使用RF鏈接的所述無(wú)線外圍設(shè)備通常包括形成于包含在外圍設(shè)備內(nèi)的印刷電路板上或甚至其中的環(huán)形天線。例如，無(wú)線鼠標(biāo)可包括具有直接形成于其表面上的環(huán)形天線的鼠標(biāo)印刷電路板。當(dāng)操作所述裝置時(shí)，例如在27MHz下，形成于印刷電路板上的環(huán)形天線可為30毫米×60毫米。具有所述尺寸的27MHz天線從與主機(jī)裝置相對(duì)接近的外圍設(shè)備(例如當(dāng)它們相隔小于1-2米時(shí))提供良好的信號(hào)。然而，所述天線包括電阻損耗。甚至在試圖使RF發(fā)射器的阻抗與天線阻抗匹配時(shí)，會(huì)一直存在與天線連接相連的電阻損耗。事實(shí)上，會(huì)存在與天線本身相連的損耗。所述電阻損耗包括形成天線的金屬跡線的電阻，且包括其中迫使電流高頻率地在印刷電路板的表面附近的金屬薄層中流動(dòng)的集膚效應(yīng)。一些無(wú)線外圍設(shè)備也可以較高頻率操作，諸如2.4GHz。然而，這些較高頻率設(shè)備還未具有與外圍設(shè)備一樣的顯著實(shí)際成效。這部分歸因于與相對(duì)較低頻率的裝置(諸如27MHz裝置)相比，這些較高頻率裝置的功率消耗增加。另外，所述裝置通常略微復(fù)雜且因而昂貴。由于在電路板上射頻信號(hào)從一個(gè)地點(diǎn)移動(dòng)到另一地點(diǎn)，所以這些在千兆赫范圍內(nèi)的較高頻率裝置通常要求顯著的阻抗控制。另外，所有引線通常必須被屏蔽且保持盡可能的短，且必須盡可能嚴(yán)格地控制所有信號(hào)跡線的尺寸，以防止反射或功率損耗。所述要求通常并不能滿足許多應(yīng)用的低成本和低功率要求。為此以及其它原因，存在對(duì)本發(fā)明的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于主機(jī)裝置的外圍設(shè)備。所述外圍設(shè)備包括一外殼、一半導(dǎo)體裝置和一天線。所述外圍設(shè)備產(chǎn)生射頻(RF)控制信號(hào)并將其發(fā)射到主機(jī)裝置。所述半導(dǎo)體裝置包含于外殼內(nèi)且產(chǎn)生RF控制信號(hào)。所述天線完全包含于半導(dǎo)體裝置內(nèi)，并向主機(jī)裝置發(fā)射RF控制信號(hào)。包含附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且將其并入并組成本說明書的一部分。所述圖示說明本發(fā)明的實(shí)施例且連同描述以解釋本發(fā)明的原理。將易于了解本發(fā)明的其它實(shí)施例和本發(fā)明的許多期望的優(yōu)點(diǎn)，且通過參考下列詳細(xì)描述可更好地理解。所述圖示的元件并不需要相對(duì)于彼此成比例。相同參考數(shù)字表示相應(yīng)類似部分。圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外圍設(shè)備的俯視圖。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成于硅層上的單片天線的俯視圖。圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成于引線框架封裝內(nèi)部的天線。具體實(shí)施例方式在下列詳細(xì)描述中，參考形成本文一部分的附圖，且其中以說明的方式展示可實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。在這方面，諸如“頂部”、“底部”、“前方”、“后方”“頭部”、“尾部”等方向術(shù)語(yǔ)用于所描述的圖的方向的參考。因?yàn)楸景l(fā)明實(shí)施例的組件可以多個(gè)不同方向定位，所以方向術(shù)語(yǔ)用于實(shí)現(xiàn)說明的目的，而決非用于限制。應(yīng)了解可利用其它實(shí)施例，且在可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，下列詳細(xì)描述并無(wú)限制意義，且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書所界定。圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線外圍設(shè)備10。無(wú)線外圍設(shè)備10包括一外殼12、一印刷電路板14和半導(dǎo)體芯片16。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線外圍設(shè)備10為一無(wú)線鼠標(biāo)，其可連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)用于控制個(gè)人計(jì)算機(jī)上的指針。在其它實(shí)施例中，無(wú)線外圍設(shè)備10可包含其它外圍設(shè)備，諸如軌跡球、鍵盤、數(shù)字板(digitizingtable)等。在每一種情況下，無(wú)線外圍設(shè)備10與計(jì)算機(jī)、工作站或相關(guān)主機(jī)裝置相通信，以向主機(jī)裝置發(fā)送控制信息。例如，當(dāng)無(wú)線外圍設(shè)備10為無(wú)線鼠標(biāo)時(shí)，其將發(fā)送控制信息以控制主機(jī)計(jì)算機(jī)上的屏幕指針的位置。無(wú)線外圍設(shè)備10利用射頻(“RF”)發(fā)射器和接收器對(duì)來(lái)發(fā)射控制信息，其消除了對(duì)外圍設(shè)備與主機(jī)裝置之間電纜連接的需要。在無(wú)線外圍設(shè)備10為無(wú)線鼠標(biāo)的一實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片16為導(dǎo)航傳感器，其接收光電鼠標(biāo)下方反射的光學(xué)信號(hào)。大量所述導(dǎo)航傳感器半導(dǎo)體芯片可用于光電鼠標(biāo)應(yīng)用。一所述光學(xué)導(dǎo)航傳感器芯片為來(lái)自AgilentTechnologies的ADNS-2030。所述導(dǎo)航傳感器將一非機(jī)械跟蹤引擎用于計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。導(dǎo)航傳感器通過以光學(xué)方式獲得連續(xù)的表面圖像或畫面并以數(shù)學(xué)方式計(jì)算移動(dòng)的方向和量值來(lái)測(cè)量鼠標(biāo)位置的變化。在諸如ADNS-2030導(dǎo)航傳感器芯片的現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中，將指示移動(dòng)方向和量值的導(dǎo)航傳感器內(nèi)的信號(hào)從所述芯片通過一微控制器和額外電路發(fā)送到設(shè)置于印刷電路板14上或其內(nèi)的環(huán)形或類似天線。以此方式，將來(lái)自半導(dǎo)體芯片16的導(dǎo)航控制信息發(fā)射到電路板14上的天線，且接著經(jīng)由天線發(fā)射到位于與無(wú)線外圍設(shè)備10相通信的主機(jī)裝置中的接收器。形成于印刷電路板上的環(huán)形天線可為約2英寸直徑的環(huán)形天線。例如，一30毫米×60毫米的環(huán)形天線可形成為印刷電路板上的一跡線。對(duì)2.4GHz應(yīng)用而言，所述天線可形成于印刷電路板上，以使得其為諧振且在主機(jī)裝置相對(duì)極接近于外圍設(shè)備的情況下發(fā)射RF信號(hào)時(shí)運(yùn)行良好，尤其在外圍設(shè)備與主機(jī)裝置相隔僅兩米或更少的情況下。然而，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片16也包括一內(nèi)嵌天線，以使得印刷電路板14上不需要天線。以此方式，在半導(dǎo)體芯片16內(nèi)的控制信號(hào)被發(fā)送到主機(jī)裝置前，不需要將其投送出芯片16并投送到印刷電路板14。更確切地說，將控制信號(hào)從半導(dǎo)體芯片16內(nèi)部經(jīng)由RF信號(hào)直接發(fā)射到主機(jī)裝置。因而，在半導(dǎo)體芯片16為一導(dǎo)航傳感器的無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用的情況下，用于發(fā)射RF信號(hào)的天線內(nèi)嵌于導(dǎo)航傳感器芯片內(nèi)。指示移動(dòng)方向和量值的導(dǎo)航傳感器內(nèi)的控制信號(hào)因而經(jīng)由RF信號(hào)被發(fā)射到主機(jī)裝置。圖2說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有完全集成天線24的圖1半導(dǎo)體芯片16的一部分。半導(dǎo)體芯片16包含復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層和金屬化層。在圖2中移除了半導(dǎo)體芯片16的某些部分以說明其上內(nèi)嵌有天線24的半導(dǎo)體層22。天線24圍繞鄰近半導(dǎo)體層22的芯片16的外圍安置。在一個(gè)實(shí)施例中，天線24形成于鄰近半導(dǎo)體層22的半導(dǎo)體芯片16的金屬化層中。以此方式，天線24為半導(dǎo)體芯片16中的單片天線。第一、第二和第三天線終端焊盤26、27和28電耦接到天線24。在一個(gè)實(shí)施例中，第三天線焊盤28通過半導(dǎo)體層22中的一通孔連接到地面或一基底層。因此，耦接到第一和第三終端焊盤26和28的天線24的末端為天線24的接地端。接著向第二終端焊盤27提供天線24的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在這個(gè)實(shí)施例中，建構(gòu)三個(gè)終端而不是兩個(gè)終端以利于使用市場(chǎng)上可購(gòu)買的探測(cè)裝備所進(jìn)行的測(cè)量。應(yīng)了解可將終端焊盤26和28結(jié)合成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，且盡管所述探測(cè)焊盤便于測(cè)量，但為從單片的電路和天線組合發(fā)射RF能量并不需要它。在操作中，產(chǎn)生于無(wú)線外圍設(shè)備10的半導(dǎo)體芯片16內(nèi)的控制信號(hào)被驅(qū)送到天線24的第二終端焊盤27。以此方式，將控制信號(hào)(全部都來(lái)自半導(dǎo)體芯片16內(nèi)部)經(jīng)由天線24上的RF信號(hào)直接發(fā)射到主機(jī)裝置。將天線從印刷電路板14移到半導(dǎo)體芯片16內(nèi)在許多方面是反直覺的。經(jīng)由天線發(fā)射的RF信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度為天線的相對(duì)長(zhǎng)度與所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)的函數(shù)。在許多外圍設(shè)備到主機(jī)的無(wú)線應(yīng)用中，諸如在無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用中，需要一諧振天線。所述天線經(jīng)配置以使得天線長(zhǎng)度是所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)的至少四分之一。在許多當(dāng)前無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用中，27MHz為常見頻率，使得相應(yīng)的信號(hào)波長(zhǎng)大約為11米。從而，用于所述無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用的天線已被置于其中僅對(duì)具有較小的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)比率的天線存在足夠空間的印刷電路板上。在用于某些無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用的2.4GHz頻率下，相應(yīng)的信號(hào)波長(zhǎng)約為5英寸，且諧振天線已被置于通常存在安置它們的足夠空間的印刷電路板上。然而，本發(fā)明的天線24內(nèi)嵌在半導(dǎo)體芯片16內(nèi)。在半導(dǎo)體芯片16的一個(gè)實(shí)施例中，天線24的尺寸受天線24所圍繞延伸的半導(dǎo)體層22的外圍的大小限制。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層22的外圍約為大約3毫米×5毫米。因而，天線的邊緣長(zhǎng)度使在所述空間內(nèi)創(chuàng)建一諧振天線幾乎為不可能。然而，使用本發(fā)明，可創(chuàng)建充分非諧振天線24，其足以良好操作且提供額外優(yōu)點(diǎn)。盡管天線24非常小，但其仍具有表示發(fā)射波長(zhǎng)的一足夠顯著百分比的足夠長(zhǎng)度以充分發(fā)揮功能。例如，不再需要通常將信號(hào)送到芯片外的一天線所需的連接。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片16除了包括復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層，還包括復(fù)數(shù)個(gè)金屬化層。所述金屬化層(例如可為復(fù)數(shù)個(gè)鋁層)使半導(dǎo)體芯片16內(nèi)的信號(hào)互連。接著，復(fù)數(shù)個(gè)引線焊接(wirebond)將芯片內(nèi)的信號(hào)帶出所述芯片。不依靠所述引線焊接，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例借助金屬化層本身形成天線24，使得所述金屬化層形成可借助RF發(fā)射器驅(qū)動(dòng)天線24的導(dǎo)電環(huán)(conductiveloop)。以此方式，不需要引線焊接或連接即可將信號(hào)耦合到天線24。這將限制與將信號(hào)從半導(dǎo)體芯片16投送到位于印刷電路板14上的天線相關(guān)的信號(hào)損耗和阻抗問題。為延長(zhǎng)天線24，從而加強(qiáng)所產(chǎn)生的RF信號(hào)，可在數(shù)個(gè)金屬化層上配置天線24。在某些情況下，可使用多達(dá)5個(gè)金屬化層。另外，通過將天線24制成一個(gè)或一個(gè)以上層上的螺旋天線，可增加額外長(zhǎng)度。在無(wú)線外圍設(shè)備10為無(wú)線鼠標(biāo)的實(shí)施例中，外圍設(shè)備10將與主機(jī)裝置(在某一情況下為計(jì)算機(jī))相對(duì)緊密接近。在許多應(yīng)用中，無(wú)線外圍設(shè)備10(例如，無(wú)線鼠標(biāo))與主機(jī)裝置計(jì)算機(jī)僅相隔1米或2米。在此類情況下，即使當(dāng)天線24(例如)基于其長(zhǎng)度和27MHz或2.4GHz的發(fā)射頻率為非諧振時(shí)，天線24的長(zhǎng)度仍足夠表示發(fā)射波長(zhǎng)的一足夠顯著的百分比以充分發(fā)揮功能。圖3說明制造期間的圖1半導(dǎo)體芯片16的部分。其說明了引線框架30的一部分，其上可附著復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體芯片，諸如半導(dǎo)體芯片16。圖中顯示引線框架30的主體32具有復(fù)數(shù)個(gè)向外延伸的引線33。圖中顯示從主體32向外延伸的引線33中點(diǎn)綴有來(lái)自毗鄰主體(圖3中未顯示)的引線。如所屬領(lǐng)域中眾所周知，在半導(dǎo)體芯片16附著于引線框架30上后，每一單獨(dú)引線框架封裝分開。接著，可彎曲復(fù)數(shù)個(gè)引線33以附著到印刷電路板或類似機(jī)構(gòu)上。然而，與引線框架30上的常規(guī)芯片附著不同，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述主體32具有一完全集成的天線34。在一個(gè)實(shí)施例中，在半導(dǎo)體裝置附著到引線框架30上之前，天線34與引線框架30的主體32同時(shí)形成，如圖3所說明。以此方式，類似于先前所描述的單片天線24，天線34與封裝的半導(dǎo)體芯片16完全集成。因此，避免了與將信號(hào)從半導(dǎo)體芯片16投送到位于印刷電路板14上的天線相關(guān)的信號(hào)損耗和阻抗問題。與上文所描述的單片天線對(duì)比，引線框架30上的內(nèi)嵌天線34具有提供額外空間的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)半導(dǎo)體封裝約為1英寸長(zhǎng)、0.6英寸寬，以使得引線框架30的主體32提供內(nèi)部可形成天線34的約0.5×0.5英寸的空間。在所述空間內(nèi)，天線34可被制成圓的、方的或其它形狀，以提供具有等于信號(hào)波長(zhǎng)的足夠部分的長(zhǎng)度的天線。以此方式，即使當(dāng)天線34(例如)基于其相較于發(fā)射頻率(例如，27MHz或2.4GHz)的長(zhǎng)度為非諧振時(shí)，天線24的長(zhǎng)度仍足夠表示發(fā)射波長(zhǎng)的一足夠顯著的百分比以充分發(fā)揮功能。因?yàn)閮?nèi)嵌天線34形成在引線框架30上，其將具有引線焊接或類似的連接器以將待發(fā)射的信號(hào)投送到天線34。所述連接將稍微增加信號(hào)損耗和阻抗變化，其超出在上文所描述的單片天線24中所經(jīng)歷的信號(hào)損耗和阻抗變化。與單片天線24比較，從芯片到芯片也存在一些變化，因?yàn)榇颂幱糜谠诮饘倩瘜又行纬商炀€24的光刻或類似處理比結(jié)合天線34所用的引線焊接和類似的連接器處理更精確地可控制。在任何情況下，將天線34內(nèi)嵌于引線框架30上仍可避免與將信號(hào)從半導(dǎo)體芯片16投送到位于印刷電路板14上的天線相關(guān)的信號(hào)損耗和阻抗問題。盡管本文已說明和描述了特定實(shí)施例，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解多種替代和/或等同實(shí)施可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下代替所展示和描述的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)案意在涵蓋本文所論述的特定實(shí)施例的任何改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明僅受權(quán)利要求書和其等同物所限制。權(quán)利要求1.一種用于產(chǎn)生射頻(RF)控制信號(hào)并將其發(fā)射到一主機(jī)裝置的外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包含一外殼；一包含于所述外殼內(nèi)且產(chǎn)生所述RF控制信號(hào)的半導(dǎo)體裝置；和一完全包含于所述半導(dǎo)體裝置內(nèi)用于向所述主機(jī)裝置發(fā)射所述RF控制信號(hào)的天線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層，且包括至少一個(gè)金屬層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述天線形成于所述復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層中的一個(gè)上且形成于所述金屬層中。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述天線形成于所述半導(dǎo)體裝置的一5毫米×5毫米的空間內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述天線具有一在30毫米與300毫米之間的總長(zhǎng)度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述發(fā)送RF控制信號(hào)以一27MHz與2.4GHz之間的頻率發(fā)射。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含一引線框架和形成于所述引線框架上的復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述天線直接形成于所述引線框架上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述天線形成于所述引線框架的一12毫米×12毫米的空間內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述天線為具有一在100毫米與500毫米之間的總長(zhǎng)度的一環(huán)形天線。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述發(fā)送RF控制信號(hào)以一27MHz與2.4GHz之間的頻率發(fā)射。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述天線為一具有復(fù)數(shù)個(gè)環(huán)的環(huán)形天線。13.一種外圍設(shè)備，包含一外圍設(shè)備外殼；和一安裝于所述外圍裝置外殼內(nèi)的半導(dǎo)體裝置，其用于產(chǎn)生射頻(RF)控制信號(hào)并將其發(fā)送到一主機(jī)裝置，所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含一引線框架；復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層；復(fù)數(shù)個(gè)金屬化層；一天線；和一塑料外殼，其包含所述引線框架、所述復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層和所述天線。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述天線形成于所述復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體層中的一個(gè)上或形成于所述金屬層中的一個(gè)中。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述發(fā)送RF控制信號(hào)以一27MHz與2.4GHz之間的頻率發(fā)射。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述天線直接形成于所述引線框架上。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述發(fā)送RF控制信號(hào)以一27MHz與2.4GHz之間的頻率發(fā)射。18.一種用于制造在一外圍設(shè)備中使用的一半導(dǎo)體裝置的方法，所述外圍設(shè)備產(chǎn)生射頻(RF)控制信號(hào)并將其發(fā)送到一主機(jī)裝置，所述方法包含提供一引線框架；將一具有半導(dǎo)體材料層的半導(dǎo)體芯片附著于所述引線框架上；提供金屬化層；制造一天線；和將所述引線框架、所述半導(dǎo)體芯片、所述金屬化層和所述天線密封于一塑料外殼中。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中制造所述天線包括在所述金屬化層中制造所述天線。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中制造所述天線包括在所述引線框架上制造所述天線。全文摘要本發(fā)明提供一種包括一外殼、一半導(dǎo)體裝置和一天線的外圍設(shè)備。所述外圍設(shè)備產(chǎn)生射頻(RF)控制信號(hào)并將其發(fā)射到一主機(jī)裝置。所述半導(dǎo)體裝置包含于所述外殼內(nèi)且產(chǎn)生所述RF控制信號(hào)。所述天線完全包含于所述半導(dǎo)體裝置內(nèi)，且向所述主機(jī)裝置發(fā)射所述RF控制信號(hào)。文檔編號(hào)H01L27/00GK1797304SQ20051008884公開日2006年7月5日申請(qǐng)日期2005年7月29日優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日發(fā)明者邁克爾·J·布羅斯南申請(qǐng)人:安捷倫科技公司