專利名稱：用于封裝天線和用于毫米波應(yīng)用的集成電路芯片的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于整體封裝天線部件與半導(dǎo)體IC (集成電路)芯片 的裝置和方法，并且具體而言，涉及用于封裝IC芯片與從封裝框架結(jié)構(gòu)
整體構(gòu)建的天線部件的裝置和方法，以由此形成用于毫米波應(yīng)用的緊湊集 成無(wú)線電/無(wú)線通訊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)例如無(wú)線PAN(個(gè)人局域網(wǎng))、無(wú)線LAN(局域網(wǎng))、 無(wú)線WAN (廣域網(wǎng))、蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和其他類型的無(wú)線電系統(tǒng)中的設(shè)備 之間進(jìn)行無(wú)線通訊，設(shè)備需要裝備接收器、發(fā)射器或者收發(fā)器、以及天線，
號(hào):、、，5 、'、 、、、
在常規(guī)的無(wú)線電通訊系統(tǒng)中，在印刷電路板、封裝或者基板上以低集 成度單獨(dú)包封或單獨(dú)安裝分立元件。例如，對(duì)于毫米波應(yīng)用，典型地使用 昂貴并且大體積的波導(dǎo)和或封裝級(jí)或者板級(jí)微帶結(jié)構(gòu)構(gòu)建無(wú)線電通訊系統(tǒng) 以提供半導(dǎo)體芯片(RF集成電路)之間以及半導(dǎo)體芯片與發(fā)射器或者接 收器天線之間的電連接。

發(fā)明內(nèi)容
由于近期在半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)方面的革新，無(wú)線電通訊系統(tǒng)的尺 寸在不斷變小，因此集成天線與RF集成電路變得切實(shí)可行。在這點(diǎn)上， 提供了本發(fā)明的示例性實(shí)施例用于整體封裝天線與半導(dǎo)體IC(集成電路) 芯片以提供用于毫米波應(yīng)用的具有高度集成無(wú)線電/無(wú)線通訊系統(tǒng)的小而
5緊湊的電子部件。具體而言，本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括用于在緊湊封裝
結(jié)構(gòu)中將IC芯片與天線裝置整體封裝到一起的裝置和方法，其中將所述
天線整體構(gòu)建為所述封裝框架結(jié)構(gòu)的一部分。
例如，在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中， 一種電子裝置包括封裝框架
和安裝到所述封裝框架的IC (集成電路)芯片，所述封裝框架具有被整體
形成為所述封裝框架的 一部分的天線。所述裝置還包括將電連接提供到所
述IC芯片和所述天線的互連，以及封裝罩(cover)。
在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，所述封裝框架可以是封裝引線框架 (無(wú)引線或引線的)、封裝基板、封裝載體、封裝芯(core)等等，其可 以采用公知的半導(dǎo)體制造方法制造以包括整體形成為封裝框架結(jié)構(gòu)的 一部 分的天線單元。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述封裝罩可以完全包封所述IC芯片和所 述封裝框架，或者在另一個(gè)實(shí)施例中，可以形成所述封裝罩以暴露包含所 述整體形成的天線的所述封裝框架的一部分或者區(qū)域。
在本發(fā)明其他的示例性實(shí)施例中，可以使用倒裝或者背面安裝方法將 一個(gè)或多個(gè)IC芯片安裝到所述封裝框架，其中可以使用適宜的電連接例 如線接合、印刷傳輸線路、焊料球連接等等形成到所述IC芯片和天線以 及所述IC芯片與天線之間的電連接。
在本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例中，可以將傳輸線路、天線饋電(feed) 網(wǎng)絡(luò)和/或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)整體形成為所述封裝框架的一部分，用于將電連接 提供到被形成為所述封裝框架的一部分的一個(gè)或多個(gè)的天線。
在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例中，可以封裝天線和IC芯片，所述IC 芯片包括集成無(wú)線電接收器電路、集成無(wú)線電發(fā)射器電路、集成無(wú)線電收 發(fā)器電路和/或其他支持無(wú)線電通訊電路。
在本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例中，可以實(shí)施各種天線，包括折疊偶極 子天線、偶極子天線、貼片(patch)天線、環(huán)路天線等等。對(duì)于接地天線， 接地平面可以被形成為所述芯片封裝的一部分，或者形成在將所述芯片封 裝安裝到其的PCB或PWB上。
6將通過(guò)下列結(jié)合附圖的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述說(shuō)明本發(fā)明的這些和 其他的示例性實(shí)施例、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，或使其變得顯而易見(jiàn)。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示意圖，示例了用于整體封裝天
線和IC芯片的裝置；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的示意圖，示例了用于整體封 裝天線和IC芯片的裝置；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的示意圖，示例了用于整體封 裝天線和IC芯片的裝置；
圖4A、 4B、 5A、 5B、 6A、 6B、 7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施 例的示意圖，示例了一種用于封裝天線和IC芯片的方法，其中
圖4A是被構(gòu)圖以形成天線輻射單元的示例性引線框架結(jié)構(gòu)的示意性 頂-f見(jiàn)圖以及圖4B是沿線4B-4B的圖4A的示意側(cè)碎見(jiàn)圖5A是在安裝IC芯片和形成接合線之后的圖4A的示例性引線框架 結(jié)構(gòu)的示意頂視圖以及圖5B是沿線5B-5B的圖5A的示意側(cè)視圖6A是在形成包封層之后的圖5A的示例性結(jié)構(gòu)的示意頂視圖，以及 圖6B是沿線6B-6B的圖6A的示意側(cè)視圖，其中
圖7A是沿圖6A中的線xl、 x2、 yl和y2切割圖6A的示例性結(jié)構(gòu)所 產(chǎn)生的示例性封裝結(jié)構(gòu)的示意頂視圖；以及圖7B是沿線7B-7B的圖7A 的示意側(cè)4見(jiàn)圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示意圖，示例了在PCB(印刷電 路板)或者PWB (印刷布線板)上安裝的圖7A ~ 7B中所圖示的示例性封 裝結(jié)構(gòu)；
圖9根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例圖示了圖8的安裝了封裝結(jié)構(gòu)的PCB 的示例性尺寸；以及
圖10圖示了才艮據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法可以構(gòu)建和封裝的示 例性折疊偶極子天線。
具體實(shí)施例方式
下面所詳細(xì)描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例通常包括用于整體封裝天線
部件與半導(dǎo)體IC芯片的裝置和方法以形成用于毫米波應(yīng)用的具有高集成、
緊湊無(wú)線電/無(wú)線通訊系統(tǒng)的電子部件。更具體而言，本發(fā)明的示例性實(shí)施
例包括用于整體封裝IC芯片和具有輻射單元的天線部件的裝置和方法，
所述天線部件由 一般用于構(gòu)建芯片封裝的各種封裝框架結(jié)構(gòu)中的 一個(gè)所整 體構(gòu)建。通常，封裝框架是這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常用于構(gòu)建芯片封裝，
其功能為，例如為芯片封裝提供機(jī)械穩(wěn)定性，為機(jī)械地安裝一個(gè)或多個(gè)IC
芯片(或者管芯)提供芯片接合位置，提供用于將電連接制造到在其上安
裝的IC芯片的電子線路和/或接觸。在這一點(diǎn)上，此處使用的術(shù)語(yǔ)"封裝框
架"或者"封裝框架結(jié)構(gòu)"應(yīng)該寬泛地理解為包括寬大范圍的各種封裝結(jié)構(gòu)，
包括但不限于封裝芯、基板、載體、管芯墊(paddle)、引線框架等等 以及提供上面所列舉的功能(例如，機(jī)械穩(wěn)定性、芯片安裝、電氣接口) 的其他封裝結(jié)構(gòu)。
圖1、 2、 3根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例示意性地示例了緊湊封裝結(jié)構(gòu)， 用于整體封裝IC芯片和天線部件以構(gòu)建RF或者無(wú)線通訊芯片。事實(shí)上， 通過(guò)實(shí)例可知，設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的天線以操作在約20GHz或者更高的諧振 頻率，本發(fā)明的天線足夠小以便在尺寸與現(xiàn)有的引線載體或者無(wú)引線芯片 載體相似的緊湊封裝結(jié)構(gòu)中與IC芯片 一起封裝。
具體而言，圖l根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示意性地圖示了用于整 體封裝天線和IC芯片的電子裝置(10)。裝置(10)包括具有一個(gè)或多 個(gè)由封裝框架(11)整體構(gòu)建的天線單元(12)(例如輻射單元、接地平 面)的封裝框架結(jié)構(gòu)(11)。依賴于實(shí)施的封裝技術(shù)和希望的應(yīng)用，如上 所述，封裝框架結(jié)構(gòu)(11)可以為常規(guī)結(jié)構(gòu)中的任何一種，包括但不限于 疊層基板(FR-4、 FR-5、 BTTM和其他)、構(gòu)造(buildup)基板(在疊 層或銅芯上薄有機(jī)構(gòu)造層或者薄膜介質(zhì))、陶瓷M (鋁土 ) 、 HiTCETM 陶瓷、具有BCBTM介質(zhì)層的玻璃基板、引線框架結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體載體、管
8芯墊等等，其都可以被制造為包括一個(gè)或多個(gè)天線單元(12)以形成天線。 裝置(10)還包括IC芯片(13)(或者管芯)，使用接合材料(14) (例如焊料、環(huán)氧樹脂等)將其背面安裝到封裝框架結(jié)構(gòu)(11)的底表面。 裝置(10)包括典型地用于IC芯片的其他結(jié)構(gòu)，例如提供外部環(huán)境保護(hù)/ 絕緣的封裝包封(15)(或者罩、蓋、密封、鈍化等等)；用于制造從芯 片(13)上的接合襯墊和/或封裝框架(11)到合適的封裝端子(16)的電 連接的封裝端子(16)和線接合(17)和(18)。圖1圖示了具有完全包 封的天線的示例性封裝結(jié)構(gòu)，其中來(lái)自天線部件(12)的輻射從裝置(10) 的頂部發(fā)射。
圖2根據(jù)本發(fā)明的另 一示例性實(shí)施例示意性地圖示了用于整體封裝天 線和IC芯片的裝置(20)。電子裝置(20)與圖1中的裝置(10)相似， 除了形成封裝包封(15 )以便暴露具有集成天線(12 )的封裝框架結(jié)構(gòu)(11) 的頂表面以能夠更加有效的輻射。此外，裝置(20)包括焊料球連接器(21 )， 其可以在封裝框架結(jié)構(gòu)(11)與芯片(13)之間提供直接的電連接。
圖3根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例示意性地圖示了用于整體封裝天 線和IC芯片的裝置(30)。設(shè)計(jì)裝置(30)以便將管芯(13)安裝到封 裝框架結(jié)構(gòu)(11)的頂表面使封裝框架結(jié)構(gòu)(11)的一部分從封裝包封(15 ) 突出以暴露天線的輻射單元(12)。此外，在一個(gè)示意性實(shí)施例中，依賴 于實(shí)施的封裝技術(shù)，裝置(30)包括焊料球(31)以能夠倒裝接合到PCB 或者其它基板載體結(jié)構(gòu)等等(在對(duì)面使用引線單元(16))。此外，可以 形成接合線(19)以制造管芯(13)與天線單元(12)之間的電連接。
應(yīng)該理解，可以使用各種芯片封裝和PCB安裝技術(shù)構(gòu)建圖l-3所圖 示的示例性電子裝置，因而本發(fā)明不局限于任何特定的芯片封裝和安裝技 術(shù)。例如，在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以實(shí)施引線框架封裝方法 用于封裝IC芯片與整體形成為封裝引線框架的一部分的天線。
通過(guò)具體的實(shí)例，當(dāng)前技術(shù)水平的低成本封裝技術(shù)典型采用"無(wú)引線 (non-leaded)，，框架結(jié)構(gòu)以允許總封裝體的尺寸非常緊湊。無(wú)引線封裝例 如QFN (四邊扁平無(wú)引線)封裝是這樣的封裝，其特征在于在包封體底部上提供用于提供外部電連接的非突出引線(或襯墊)。由于引線是非突出 的所以包封體顯現(xiàn)出"無(wú)引線的，，特點(diǎn)，因此可以減小總的封裝尺寸。使用
SMT (表面安裝:^支術(shù))在印刷電路板(PCB)上安裝QFN封裝，其中通
封裝電連接到PCB。
為了示例的目的，現(xiàn)在將參考圖4 7討論根據(jù)本發(fā)明的示例性方法， 其用于封裝IC芯片與整體形成為封裝引線框架的一部分的天線。特別是， 圖4 ~ 7圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于采用無(wú)引線封裝方法(例 如QFN)來(lái)整體封裝IC芯片和天線的方法，其中整體形成偶極子天線的 輻射單元作為無(wú)引線封裝的引線框架結(jié)構(gòu)(封裝框架)的一部分。
如圖4A和4B所圖示的，示例性封裝方法的初始步驟包括通過(guò)構(gòu)圖金 屬基板構(gòu)建引線框架結(jié)構(gòu)以包括一個(gè)或多個(gè)天線輻射單元。具體而言，圖 4A是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的引線框架結(jié)構(gòu)(40)的示意平面圖，圖 4B是沿圖4A中的線4B-4B所觀察的示例性引線框架結(jié)構(gòu)(40)的示意性 截面圖。在圖4A和4B中，使用示例性引線框架(40)作為用于安裝IC 芯片和形成天線的無(wú)引線封裝的封裝框架。引線框架(40)包括周邊框架 部分(41)、管芯墊(42)、管芯墊支撐桿(43)、多個(gè)引線單元(44) 和其中形成輻射單元的天線區(qū)域(45)(虛線表示)。在示例性的實(shí)施例 中，天線區(qū)域(45)包括折疊偶極子天線圖形，盡管可以實(shí)施其他的天線 設(shè)計(jì)。
采用公知技術(shù)制造引線框架(40)。例如，可以通過(guò)由金屬材料例如 銅(Cu)、銅基合金或者其他適宜的導(dǎo)體材料制造的具有約l，OOO微米的 厚度的薄金屬片或者金屬板構(gòu)建引線框架(40)?？梢酝ㄟ^(guò)采用公知方法 的蝕刻、沖壓或者沖孔金屬板形成示例性引線框架(40)圖形。此外，使 天線區(qū)域(45)中的金屬板的下金屬表面經(jīng)受半蝕刻工藝，由此蝕刻區(qū)域 (45)中的天線金屬化的底表面形成凹陷(或腔區(qū)域)。這樣進(jìn)行半蝕刻， 例如通過(guò)在引線框架(40)的底部表面上設(shè)置暴露區(qū)域(45)中的金屬表 面的蝕刻掩膜，然后施加蝕刻材料(例如化學(xué)濕法蝕刻)以蝕刻金屬并形
10成凹陷(46)。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，將凹陷區(qū)域(46)形成到約500 微米的深度。正如下面所說(shuō)明的，凹陷區(qū)域(46)在天線輻射單元與在PCB 或PWB上設(shè)置的接地平面之間提供良好限定的腔或間隙(下面將參考圖 8和圖9進(jìn)行說(shuō)明)，其中將集成芯片封裝安裝到所迷PCB或PWB。
在構(gòu)建引線框架(40)之后，示例性封裝方法進(jìn)行芯片安裝工藝和線 接合工藝以將芯片安裝到引線框架(40)并在安裝的芯片與引線框架單元 之間制造適宜的電連接。更具體而言，圖5A是示意性平面圖，示例了具 有在管芯墊上安裝的IC芯片(50)的引線框架(40);圖5B是沿圖5A 中的線5B-5B觀察的圖5A的示意性截面圖。在圖5A和5B中，IC芯片 (50)被圖示為具有在圍繞IC芯片(50)前(有源)表面的周邊區(qū)域設(shè) 置的多個(gè)接觸襯墊(51)，并且將IC芯片(50 )背面安裝到管芯墊(42 )。
可以使用在芯片(50)的底(非有源)表面與管芯墊(42)的表面之 間設(shè)置的任何適宜的接合材料將IC芯片(50)接合到管芯墊(42)。此 后，可以通過(guò)形成各種接合線建立電連接，該各種接合線包括例如制造 從IC芯片(50 )到示例性偶極子天線的差分輸入線路的連接的接合線(52 )， 形成到管芯墊(42)的接地連接的多個(gè)接地接合線(53)，以及連接至適 宜的引線框架單元(44)的多個(gè)接合線(54)。應(yīng)當(dāng)理解，圖5A和5B中 的線接合方法僅僅是示例性的，依賴于實(shí)施的封裝方法和封裝框架結(jié)構(gòu)， 可以使用其他的方法例如倒裝接合方法以將管芯連接到封裝引線和天線饋 電。
示例性封裝方法的接下來(lái)的步驟包括形成封裝包封以密封IC芯片 (50)、接合線等等，例如圖6A和6B中的示例性示意圖所圖示的。更具 體而言，圖6A是具有在引線框架(40)單元、IC芯片(50)和接合線之 上形成的封裝包封(60)(為具體示出)的圖5A的結(jié)構(gòu)的示意平面圖， 圖6B是沿圖6A中的線6B-6B所觀察的圖6A的示意截面圖。封裝包封(60 ) 包括塑料封裝材料例如樹脂材料，具體而言，環(huán)氧樹脂基的材料。
在圖6B中所圖示的本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，進(jìn)行包封工藝使 得在天線區(qū)域(45)之下的凹陷區(qū)域(46)不被包封材料所填充?？梢赃@樣實(shí)施，例如通過(guò)使用在包封工藝期間在腔(46)中臨時(shí)設(shè)置的填充材料 或者柱塞。在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施例中，如果包封材料的介電常數(shù)和/ 或電學(xué)性能適合希望的天線設(shè)計(jì)和性能，可以使用包封材料填充凹陷區(qū)域 (46)。
在形成包封層(60)之后，使產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)經(jīng)受沿封裝結(jié)構(gòu)的周邊的切 割(dicing)工藝以去除保持天線、引線和管芯墊在一起的周圍金屬。例 如，圖7A是示意性平面圖，示例了在沿線xl、 x2、 yl和y2切割圖6A的 示例性結(jié)構(gòu)之后得到的示例性封裝結(jié)構(gòu)(70)，圖7B是沿線7B-7B觀察 的圖7A的封裝結(jié)構(gòu)(70)的示意性截面圖。如圖7A所示，切割工藝去除 了引線框架(40)的支撐框架部分(41)，以由此隔離通過(guò)包封(60)(模 材料)支撐的天線單元(71)、引線(44)和管芯墊(42)。應(yīng)當(dāng)理解， 只要饋電(72)能夠?yàn)樘炀€(71)及其電連接提供足夠的支持和保護(hù)，包 封(60)不需要覆蓋整個(gè)天線結(jié)構(gòu)(71)。
圖8示意性示例了在PCB (80)上安裝的示例性封裝結(jié)構(gòu)(70)。圖 8示例了具有多個(gè)接合襯墊(81)和(82)的PCB (80)，以能夠?qū)o(wú)引 線封裝(70)表面安裝到PCB (80)。接合襯墊包括接合管芯墊(42)的 接地襯墊(81)和將電連接提供到PCB (80)上的線和其他元件的其他接 合襯墊(82)。在示例性實(shí)施例中，將接地襯墊(81)形成為需要的尺寸 并設(shè)置接地襯墊(81)以便其被設(shè)置在天線(71)和饋電(72)之下。設(shè) 置平面金屬接地平面(81)基本上平行于天線(71)。接地平面(81)位 于離開天線(71)的底表面的距離(h)處，由此在接地平面(81)與印 刷天線(71)之間形成間隔(46)(或腔)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可 以使用空氣(介電常數(shù)-l)填充間隔/腔(46)。在另一個(gè)示例性實(shí)施例 中，使用具有接近空氣的相對(duì)低的介電常數(shù)(例如介電常數(shù)-l.l)的泡沫 材料填充間隔/腔(46),其增加了附加的機(jī)械支撐。對(duì)于需要接地平面的 天線，PCB (80)的接地平面(81)可以作為天線(71)的接地平面。對(duì) 無(wú)接地天線類型，可以使用接地平面提供希望的輻射圖形，例如圖8的示 例性實(shí)施例中所圖示的半球形輻射圖形。
12用于MMW應(yīng)用的根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，圖9圖示了安裝了用 于MMW應(yīng)用的圖8的封裝結(jié)構(gòu)的PCB的示例性尺寸。例如，依賴于應(yīng) 用、封裝方法和芯片尺寸，總的封裝(70)具有5-20mm之間的寬度， 同時(shí)天線區(qū)域具有可得的2-5mm的寬度。而且，在示例性實(shí)施例中，天 線(71)位移離開PCB (80)的接地平面(81)大約500微米。
圖10圖示了用于圖7A中的封裝結(jié)構(gòu)的折疊偶極子天線(71)和差分 饋電線路(72)的示例性尺寸。圖10中，折疊偶極子天線(71)包括彼 此平行設(shè)置并以間隙Gd分萬(wàn)的第一 (饋電)半波長(zhǎng)偶極子單元以及第二 半波長(zhǎng)偶極子單元(71c)，所述第一 (饋電)半波長(zhǎng)偶極子單元包括第一 和第二四分之一波長(zhǎng)單元(71a )和(71b )。通過(guò)單元(71d )將單元(71a ) 和(71b)的端部連接(短接)到第二偶極子單元(71c)的端部。
此外，差分饋電線路(72)包括長(zhǎng)度為L(zhǎng)F并通過(guò)間隙GF分離的兩個(gè) 共面平行饋電線路(72a，72b)。在饋電線路(72a， 72b )之間的間隙GF 導(dǎo)致形成了平衡的邊緣耦合帶狀線傳輸線路。差分線路(72)的間隙Gf 將笫一半波長(zhǎng)偶極子單元分離為第一和第二四分之一波長(zhǎng)單元(71a)和 (71b)。例如，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所懂得的，可以通過(guò)變化饋電線路 (72a， 72b)的寬度和饋電線路(72a， 72b )之間的間隙GF的尺寸來(lái)調(diào) 整差分線路(72)的阻抗。
折疊偶極子天線(71)具有表示為L(zhǎng)o的長(zhǎng)度和表示為Wn的寬度。折 疊偶極子天線(71)的參數(shù)Ld將依賴于操作頻率和周圍金屬的介電常數(shù) 而變化。通過(guò)實(shí)例，為提供約60GHz-61.5GHz范圍內(nèi)的諧振頻率，折疊 偶極子天線(71)可以具有約Wd = 40微米、Gd == 40微米以及Ld - 1460 微米的尺寸。
應(yīng)當(dāng)理解，上面討論的芯片封裝裝置和方法僅僅是示例性的實(shí)施例， 本領(lǐng)域中的一個(gè)普通技術(shù)人員可以輕易聯(lián)想到基于此處所教導(dǎo)的方法所構(gòu) 建的其他電子部件。例如，依賴于希望的應(yīng)用和/或操作頻率，可以由封裝 框架結(jié)構(gòu)整體形成各種類型的天線，包括但不限于偶極子天線、環(huán)形天 線、矩形環(huán)路天線、貼片天線、共面貼片天線、單極天線等等。通過(guò)實(shí)例，例如圖4A所示的全部或者一部分的管芯墊(42)可以包括貼片天線，其 中將IC芯片(50 )安裝到具有絕緣接合材料的管芯墊。
另外，可以整體封裝各種類型的IC芯片與一個(gè)或多個(gè)天線以構(gòu)建具 有高集成緊湊無(wú)線電通訊系統(tǒng)的電子部件。例如，可以封裝IC芯片具有 被整體形成為封裝框架的一部分的一個(gè)或多個(gè)天線以提供緊湊無(wú)線電通訊 芯片，所述IC芯片包括集成收發(fā)器電路、集成接收器電路、集成發(fā)射器 電路和/或其他支持電路等等。這些無(wú)線電通訊芯片可以被安裝在各種用于 無(wú)線通訊應(yīng)用的部件中。
在其他的示例性實(shí)施例中，使用包括多個(gè)集成天線的封裝框架結(jié)構(gòu)來(lái) 構(gòu)建無(wú)線電通訊芯片。例如，可以構(gòu)建電子無(wú)線電通訊芯片具有IC接收 器和發(fā)射器芯片以及用于每一個(gè)IC芯片的分開的天線一接收天線和發(fā)射 天線，所述天線^L形成為對(duì)其安裝芯片的封裝框架結(jié)構(gòu)的一部分。
在其他的示例性實(shí)施例中，各種類型的天線饋電網(wǎng)絡(luò)和/或阻抗匹配網(wǎng) 絡(luò)例如平衡差分線路、共面線路等等，可以被整體集成在IC芯片和/或封 裝框架結(jié)構(gòu)上。例如，可以在IC芯片或封裝框架結(jié)構(gòu)上整體形成阻抗匹 配網(wǎng)絡(luò)(例如傳輸線路)以在形成在IC芯片上的部件/元件(如功率^L大 器、LNA等等)與由封裝框架結(jié)構(gòu)整體形成的天線之間提供必要的感性/ 容性阻抗匹配。此外，例如，依賴于給定應(yīng)用和/或?qū)⑻炀€連接到其的部件 類型所需要的阻抗，可以實(shí)施各種類型的饋電網(wǎng)絡(luò)。例如，如果將天線連 接到集成發(fā)射器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)以提供用于例如功率放大器的恰當(dāng)?shù)?連接和阻抗匹配。通過(guò)另外的實(shí)例，如果將天線連接到接收器系統(tǒng)，設(shè)計(jì) 饋電網(wǎng)絡(luò)以提供用于例如LNA(低噪聲放大器)的恰當(dāng)?shù)倪B接和阻抗匹配。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將易于理解本發(fā)明所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以 使用公知的半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)來(lái)構(gòu)建根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具 有集成天線的封裝框架結(jié)構(gòu)，由此提供高容量、低成本的天線制造能力。 而且，本發(fā)明的示例性實(shí)施例能夠形成高度集成的緊湊無(wú)線電通訊系統(tǒng)， 其中將天線整體形成為封裝框架結(jié)構(gòu)的一部分并與IC芯片封裝，由此提 供具有收發(fā)器與天線之間的非常低的損耗的緊湊i殳計(jì)。而且，使用才艮據(jù)本發(fā)明的集成天線/IC芯片封裝可以顯著節(jié)省空間、尺寸、成本和重量，這
是對(duì)任何實(shí)際商業(yè)或軍事應(yīng)用的保障。
為了示例的目的，雖然已經(jīng)在此參考附圖描述了示例性的實(shí)施例，但 是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不局限于這些精確的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在 此做出各種其他的改變和修改而不背離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子裝置，包括封裝框架，包括被整體形成為所述封裝框架的一部分的天線；IC(集成電路)芯片，被安裝到所述封裝框架；互連，將電連接提供到所述IC芯片和所述天線；以及封裝罩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架包括封裝引線框架。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架包括封裝基板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架包括封裝載體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架包括封裝芯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝罩完全包封所述IC芯片和 封裝框架。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架包括在所述封裝框架的 第一面上的天線區(qū)域，其中輻射從所述天線發(fā)射或耦合到所述天線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中形成所述封裝罩以暴露所述封裝框架 的所述笫一面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中形成所述封裝罩以至少暴露在所述封 裝框架的所述第一面上的所述天線區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述IC芯片被安裝到與所述封裝 框架的所述第一面相對(duì)的所述封裝框架的第二面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中將所述IC芯片安裝到所述封裝框 架的所述第一面的鄰近所述天線區(qū)域的區(qū)域中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架還包括整體形成的天 線饋電網(wǎng)絡(luò)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述封裝框架還包括整體形成的阻 抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述互連包括將所述IC芯片上的接合村墊連接到天線饋電網(wǎng)絡(luò)的接合線。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述互連包括被整體形成為所述封 裝框架的一部分的傳輸線路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述互連包括在所述封裝框架與倒 裝安裝到所述封裝框架的所述IC芯片之間的焊料球連接。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述IC芯片包括集成無(wú)線電接收 器電路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述IC芯片包括集成無(wú)線電發(fā)射 器電路。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述IC芯片包括集成無(wú)線電收發(fā) 器電路。
20. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述天線具有約20GHz或者更高的諧振頻率。
21. 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述天線是折疊偶極子天線或者偶 極子天線。
22. —種電子裝置，包括金屬引線框架，其被構(gòu)圖以形成作為所述封裝引線框架的一部分的一 個(gè)或多個(gè)天線單元；IC (集成電路)芯片，被安裝到所述封裝引線框架的管芯墊； 互連，將電連接提供到所述IC芯片和所述天線；以及 封裝罩。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述金屬引線框架是無(wú)引線框架。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述金屬引線框架具有在其中形成 所述一個(gè)或多個(gè)天線單元的其一面上的凹陷區(qū)域。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中使用形成所述封裝罩的材料填充所 述凹陷區(qū)域。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述凹陷區(qū)域包括空氣腔。
27. 根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中所述管芯墊的至少一部分包括所述天線的輻射單元。
28. —種用于構(gòu)建芯片封裝的方法，包括以下步驟 形成具有整體形成的天線的封裝框架；將IC (集成電路)芯片安裝到所述封裝框架；以及 形成封裝罩。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中形成封裝框架包括形成具有封裝引 線單元、管芯墊以及一個(gè)或多個(gè)天線輻射單元的金屬引線框架。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中形成金屬引線框架還包括形成具有 天線饋電結(jié)構(gòu)的金屬引線框架。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中形成金屬引線框架還包括在包括所 述一個(gè)或多個(gè)天線輻射單元的所述金屬引線框架的一個(gè)表面中形成凹陷區(qū) 域。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中安裝IC芯片包括將所述IC芯片 背面安裝到所述管芯墊以及形成從所述IC芯片到所述一個(gè)或多個(gè)天線單 元和封裝引線單元的接合線連接。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中形成封裝罩包括在封裝罩材料內(nèi)完 全包封所述封裝框架和所述IC芯片。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中形成封裝罩包括包封所述封裝框架 的一部分以暴露其中形成所述天線的所述封裝框架的區(qū)域。
全文摘要
提供裝置和方法用于整體封裝半導(dǎo)體IC(集成電路)芯片與從封裝框架結(jié)構(gòu)(例如引線框架、封裝載體、封裝芯等)整體構(gòu)建的天線部件從而形成用于毫米波應(yīng)用的緊湊集成無(wú)線電或無(wú)線通訊系統(tǒng)。例如，電子裝置(30)包括具有整體形成為封裝框架的一部分的天線(12)的封裝框架(11)，安裝到封裝框架(11)的IC(集成電路)芯片(13)，將電連接提供到IC芯片(13)和天線(12)的互連(19)，以及封裝罩(15)。
文檔編號(hào)H04B1/28GK101496298SQ200680016566
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者T·M·茲維克, U·R·普法伊費(fèi)爾, 劉兌現(xiàn), 陳志寧 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司