CN101336475B - 电子装置及构成电子装置的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于将半导体IC(集成电路)芯片与天线整体封装的装置和方法，所述天线具有由封装引线形成的一个或多个辐射元件和调谐元件，对所述封装引线进行适当定形和设置，以形成用于毫米波应用的天线结构。在一个方面中，一种电子装置(20)，包括：IC(集成电路)芯片(22)；和天线系统(23)，其中将所述IC芯片(22)和天线系统(23)一起整体封装在有引线的芯片级封装(21)中，并且其中所述天线系统(23)包括天线，所述天线具有由封装引线形成的辐射元件。

Description

电子装置及构成电子装置的方法
技术领域
本发明总的涉及用于整体封装半导体IC(集成电路)芯片的装置和方法，所述半导体IC芯片具有使用芯片封装引线形成的天线结构，从而提供用于毫米波应用的高度集成无线电/无线通信系统。
背景技术
在无线系统和设备中的技术创新促使了用于无线PAN(个域网)、无线LAN(局域网)、无线WAN(广域网)、蜂窝网络和其它类型无线通信系统的无线网络应用的广泛发展。为了能够在无线网络中的设备之间无线通信，所述设备必须配备有可以向/从网络中的其它设备有效发射/接收信号的接收器、发射机或收发器以及天线。
通常，使用单独包装和/或以低集成度设置在印刷电路板上的分立元件构成传统无线电通信系统。例如，图1示意性示出传统无线电通信系统(10)。系统(10)包括：有引线芯片封装(11)，其具有集成电路芯片(12)和突出封装引线(13)。封装引线(13)连接至例如在PCB(印刷电路板)或印刷接线板上形成的互连结构(14)。互连结构(14)提供与发射机或接收器天线(15)(例如，形成在板级上的印刷天线结构)的电连接。通常，使用昂贵和大量波导和/或封装级或板级微带结构建立电互连(14)。
然而，对于具有集成发射机/接收器/收发器和天线系统的更紧凑无线电系统的市场需求正逐渐增加，这种系统提供了高性能、高数据传输率、高容量、低功耗、低成本和轻量级的解决方案。当然，当前的通信系统需要用以提供例如宽带宽、高增益和高效率运行特征的高性能天线系统。随着运行频率的增加，传统波导前端的制造和组装变得更加困难。在这点上，与更高运行频率需求相关的在半导体制造和封装技术上的创新使得将天线与RF集成电路的集成以提供高度集成的无线电通信系统变得实际可行。
发明内容
概括地，本发明的示例性实施例包括用于将半导体IC(集成电路)芯片与天线整体封装的装置和方法，其中所述天线是通过将芯片封装引线用作辐射元件而形成的，从而提供了用于毫米波应用的高度集成无线电/无线通信系统。
在一个示例性实施例中，一种电子装置，包括：IC(集成电路)芯片；和天线系统，其中所述IC芯片和天线系统一起整体封装在有引线的芯片级封装中。所述天线系统包括天线，所述天线具有由封装引线形成的辐射元件。例如，所述辐射元件是直线引线、具有至少一个弯曲部分的引线、或倒置翼形引线。在另一个示例性实施例中，所述天线包括由配置在所述辐射元件附近的封装引线形成的调谐元件。在另一个示例性实施例中，所述装置还包括集成天线馈电网络，所述集成天线馈电网络包括：在所述IC芯片的有源表面上形成的芯片上馈电结构；以及将所述芯片上馈电结构与所述辐射元件的一端连接的引线接合件。所述芯片上馈电结构包括CPW(共面波导)，所述CPW包括与所述天线的所述辐射元件引线接合连接的中心导体，以及配置在所述中心导体的相对边上并与其分开的第一和第二接地元件。所述天线还包括由配置在所述辐射元件附近的引线形成的调谐元件，其中所述调谐元件与所述CPW的所述第一和第二接地元件中的一个引线接合。
在另一个示例性实施例中，所述芯片上馈电结构包括平衡差分馈电线，其包括第一和第二共面馈电线，其中将所述天线的辐射元件与所述第一馈电线引线接合。所述天线还包括与所述第二馈电线引线接合的第二辐射元件，其中所述第一和第二辐射元件形成例如双引极的平衡天线结构。在另一个实施例中，所述天线可以包括由配置在所述辐射元件附近的引线形成的调谐元件，其中所述调谐元件与所述第二馈电线引线接合。
在另一个示例性实施例中，提供一种无线通信装置，包括：印刷电路板；和安装于所述印刷电路板的芯片封装。所述芯片封装包括一起整体封装在有引线的芯片级封装中的IC(集成电路)芯片和天线系统，其中所述天线系统包括天线，所述天线具有由封装引线形成的辐射元件。在另一个实施例中，所述印刷电路板包括金属接地结构，该金属接地结构用作天线接地元件、辐射反射器、或两者。
在本发明的各个实施例中，所述辐射元件可以是直线引线，其基本上平行于金属接地元件并与该金属接地元件分开地延伸，或者所述辐射元件可以是具有与所述金属接地元件连接的弯曲部分的封闭引线，或者所述辐射元件可以是配置在所述金属接地元件上的开放的倒置翼形引线。在本发明的其它示例性实施例中，所述天线可以包括配置在一个或多个辐射元件附近的一个或多个封闭和/或开放的调谐元件。
本发明的这些和其它示例性实施例、方面、目的、特点和优点将被描述或根据示例性实施例的以下详细描述将变得清楚，结合附图来说明本发明示例性实施例。
附图说明
图1示意性示出传统无线电通信系统。
图2是根据本发明示意性实施例的用于整体封装IC芯片和天线的装置的高度示意性示图，其中所述天线是由一个或多个封装引线形成的。
图3A和3B示意性示出根据本发明示例性实施例的电子封装装置，其用于整体封装IC芯片和由一个或多个封装引线形成的天线结构。
图4A和4B示出在图3A和3B中所述的电子封装装置的尺度，其用于构成在大约60GHz的基频下运行的集成无线电通信系统。
图5A和5B示意性示出根据本发明示例性实施例的接地共面波导结构。
图6A示意性示出根据本发明示例性实施例的集成天线系统。
图6B用曲线示出图6A的天线结构的模拟回波损耗。
图6C用曲线示出图6A的示例性天线系统的模拟辐射效率。
图7A示意性示出根据本发明另一示例性实施例的集成天线系统。
图7B用曲线示出图7A的天线结构的模拟回波损耗。
图8A示意性示出根据本发明示例性实施例的集成天线系统。
图8B用曲线示出图8A的天线结构的模拟回波损耗。
图9A示意性示出根据本发明示例性实施例的集成天线系统。
图9B用曲线示出图9A的天线结构的模拟回波损耗。
图10A和10B示意性示出根据本发明示例性实施例的集成天线系统。
图10C用曲线示出图10A、10B的天线结构的模拟回波损耗。
具体实施方式
图2是根据本发明示意性实施例的用于整体封装IC芯片和天线的装置的高度示意性示图。具体地，图2示出装置(20)，其包括芯片级封装结构(21)，该结构具有IC芯片(22)和天线(23)，所述天线(23)是由所述封装(21)的引线框架的一个或多个封装引线形成的。IC芯片(22)可包括芯片上无线电通信系统，其具有以毫米波频率(例如，20GHz和更高频率)运行的集成接收器、发射机或收发器系统。IC芯片(22)可包括其它集成RF有源或无源器件/电路，例如天线馈电装置、传输线、低噪音放大器、滤波器等。
根据本发明示例性实施例，可使用多种引线封装技术来形成具有一个或多个封装引线的引线框架结构，其中对所述引线设置大小，定形和/或配置以形成天线结构。一般地，引线芯片封装通常基于引线的形状命名，例如翼形引线、J引线、C引线或直线I引线。在芯片封装处理期间，封装引线通常在封装模塑(molding)处理之后定形。封装引线首先形成直线，其通过附加在组件本体的金属环机械支撑，这防止了引线在处理期间损坏。随后，使用适当的工具切除环，并使用常用的整齐和成形设备对封装引线定形。
可以理解，在引线形成处理期间，可对一个或多个引线设置大小，定形和/或配置以形成具有期望天线特征(例如谐振运行频率、辐射效率、增益、运行带宽等)的天线结构。可将引线设计成具有给定长度，从而大部分引线从用于形成封装模具(或包装)的有损耗绝缘材料突出，并且不被该材料覆盖。当然，引线可被定形和设置大小成从封装结构突出的辐射元件，从而大部分天线区域被空气围绕。
在更详细描述的其它示例性实施例中，如果必要，可以以与板级接地平面和/或接地连接相结合的方式设计具有引线天线元件的天线结构。具体地，根据应用，引线天线元件可以在具有开口或短路的板级上终止，以提供所需的边界条件。板级接地平面可用作用于天线引线元件的接地终端，可作为用于单极辐射器的天线接地平面运行，以及可作为反射表面运行，以将辐射指引到给定方向上。
在更详细描述的其它示例性实施例中，可通过使用一个或多个接地或末端开放(open-ended)引线元件(调谐元件)形成天线结构，所述一个或多个接地或末端开放引线元件(调谐元件)配置在辐射引线元件的附近用于对天线进行调谐，以实现期望的天线属性。可对引线调谐元件设定大小、定形并将其配置用于控制天线阻抗，增加天线带宽，控制天线辐射模式等。
图3A和3B示意性示出根据本发明示例性实施例的电子封装装置(30)，其用于整体封装IC芯片和由一个或多个封装引线形成的天线结构。图3A是装置(30)的顶视平面图，图3B是装置(30)的沿图3A中的线3B-3B的侧视图。装置(30)包括：封装模具(31)(或封装包装)、承载基板(32)(或封装框结构)、IC芯片(33)、多个封装引线(34)、(35)、(36)和引线接合连接件(37)、(38)。将电子封装(30)描述为安装于PCM(印刷电路板)(39)，在其表面上具有金属接地平面(39a)。金属接地平面(39a)可用作天线接地平面和/或辐射反射器。
承载基板(32)和引线(34)、(35)和(36)是使用已知技术(例如，蚀刻、冲压)形成的金属引线框架结构的一部分。管芯支架(die paddle)(32)用于在封装制造期间机械支撑IC芯片(33)。使用已知技术，在管芯装配处理期间将IC芯片(33)背面安装于基板(32)。IC芯片(33)(或管芯)可包括集成无线电通信系统(例如，接收器、发射机、收发器等)。在引线接合处理期间，引线(34)、(35)和(36)通过引线接合件(37)和(38)连接至芯片(33)的有源表面上的适当接合焊盘。引线(34)在PCM(39)上的外部布线/焊盘和IC芯片(33)的有源表面上的BEOL(后段工艺)焊盘/布线之间提供I/O连接和电源连接。
此外，在图3A和3B的示例性实施例中，形成封装引线(36)，以作为天线结构的辐射元件运行。将封装引线(36)定形成倒置翼形引线，但这仅是示例性的，并且其它引线形状也可以形成天线辐射元件。在本发明的其它示例性实施例中，可形成多个引线，作为辐射元件，以构成包括例如天线阵列或多频天线等的各种类型天线结构。
如上所述，可通过使用一个或多个接地或末端开放引线元件形成根据本发明示例性实施例的天线结构，所述一个或多个接地或末端开放引线元件配置在辐射引线元件的附近用于对天线进行调谐，以实现期望的天线属性。例如，在图3A/3B的示例性实施例中，可将引线(35)用作天线调谐元件，其配置在辐射元件(36)的每一侧，并连接至PCB(39)的接地平面(39a)。对引线元件(35)设定大小、定形并将其配置用于控制天线阻抗，增加天线带宽，控制天线辐射模式等。在图3A/3B的示例性实施例中，以与PCM(39)上形成的板级接地平面(39a)相连接的方式形成具有辐射元件(36)和调谐元件(35)的天线结构，其中辐射元件(36)相对于接地平面(39a)开放，并且调谐元件(35)具有与接地平面(39a)(或接地焊盘/接触件)短路的终端。同样地，形成天线结构的引线可以在具有开口或短路的板级上终止，以提供所需的边界条件。以下将参照例如图6A、7A、8A、9A和10A所述的示例性实施例来讨论根据利用板级接地结构的本发明其它示例性实施例的天线结构。
根据本发明的其它实施例，通过馈电网络以阻抗控制方式实现集成的芯片与天线连接，其中所述馈电网络通过接合线和芯片上馈电结构构成，以提供期望的天线输入阻抗。例如，根据本发明示例性实施例的天线馈电网络包括：芯片上馈电结构，例如CPW(共面波导)、差动馈电线等，它们作为IC芯片的BEOL金属化的一部分而形成；和接合线，用于将芯片上馈电结构与引线天线元件连接。以下将参照例如图6A、7A、8A、9A和10A所示的示例性实施例来讨论根据本发明示例性实施例的集成天线系统，其具有由芯片上馈电结构和接合线形成的芯片上馈电系统。
图4A和4B示出在图3A和3B中所示的电子封装装置(30)的尺度，其用于构成在大约60GHz的基频下运行的集成无线电通信系统。在示例性实施例中，将封装模具(31)表示为具有1mm的厚度、5mm的长度和100微米的封装偏移。优选地，封装模具(31)可以由具有相对低的介电常数和相对低的介电损失的材料(塑胶、环氧树脂)形成。引线元件(34)、(35)和(36)由铜(或其它适合的金属材料)形成，并且具有300微米的厚度，而接合线(37)的厚度是50微米。在PCB(39)的表面上形成的接地平面(39a)配置在天线引线元件(35)和(36)下方。引线元件(35)和(36)的总长度是2.2毫米，并且分开500微米的距离。元件(36)的上弯曲部分(36a)的长度(具有600微米的示例性长度)影响谐振频率。在上弯曲部分(36a)和接地平面(39a)之间的1.2毫米的间隔影响天线的带宽。天线引线元件(35)、(36)连接至由接合线(37)和芯片(33)的有源表面上的芯片上馈电结构(例如CPW)形成的天线馈电网络。
图5A和5B示意性示出根据本发明示例性实施例的天线馈电结构。具体地，图5A和5B示出根据本发明示例性实施例的用于实现不均衡馈电网络的共面波导(CPW)结构，所述不均衡馈电网络用于向由封装引线形成的天线结构供电。图5A是包括与一对接地元件(50b，50c)分开的中心导体(50a)的CPW馈电结构(50)的平面图。CPW(50)的元件(50a，50b和50c)共面(形成在相同平面上)。CPW(50)可作为BEOL互连结构的上金属层的一部分形成在芯片上。图5B示意性示出在电介质(51)的中心平面区域(50’)中嵌入的CPW馈电结构。电介质(51)配置在PCB(59)的接地平面(59a)上方。
对具有图5A和5B所示的示例性结构尺度的CPW馈电结构执行计算机模拟，以提供75欧姆CPW。在图5A的示例性实施例中，将中心导体(50a)定义为具有500微米的长度和100微米的宽度。将接地元件(50b)和(50c)定义为具有类似尺度，500微米×500微米的长度×宽度。将中心导体(50a)与每一个接地元件(50b)和(50c)分开50微米。在图5B中，将电介质(51)定义为具有1毫米的厚度，并且与接地平面(59a)分开100微米。将CPW馈电结构与接地平面(59a)分开600微米的距离。将电介质(51)定义为由介电常数为2.7和损耗因数为0.04的材料形成。
可以理解，如图5A所示的CPW结构和引线接合一起可用于形成天线馈电网络，其用于对引线元件形成的天线不均衡供电。例如，将参照图6A、7A、8A和9A的示例性实施例讨论通过由CPW馈电网络供电的开放和接地引线天线元件所设计的各种天线系统。为了确定图6A、7A、8A和9A的示例性CPW供电天线结构的电性能、属性和特征，基于用于大约60GHz的基本运行频率的在图6A、7A、8A和9A中所示的天线元件和馈电结构的示例性尺度执行计算机模拟。将参照图6B、6C、7B、8B和9B讨论计算机模拟的结果。对于每一个计算机模拟，假设在图6A、7A、8A和9A中的天线CPW馈电结构嵌入在电介质中，并按照如参照图5B所述的示例性尺度和介电性能与接地平面间隔开。
图6A示意性示出根据本发明示例性实施例的集成天线系统。具体地，图6A示出天线馈电网络(60)，其包括CPW结构(61)和引线接合件(62)，所述天线馈电网络(60)向包括辐射元件(65)的天线结构供电。在示例性实施例中，辐射元件(65)是与接地平面(64)平行配置并且与其分开的直线、开放的封装引线。CPW结构(61)包括中心导体(61a)和邻近的接地元件(61b)和(61c)。引线接合件(62)在CPW(60)的中心导体(61a)和引线辐射元件(65)的一端(供电端)之间提供电连接。将天线馈电网络(60)和辐射元件(65)的供电端嵌入在电介质(63)中。
图6A示出为用于大约60GHz运行频率的图6A的天线系统的计算机模拟所定义的示例性布局和结构尺度。在图6A中，将天线元件(65)定义为具有2050微米的长度。在示例性实施例中，将长度L1(其包括引线接合件(62)和元件(65)的嵌入电介质(63)的一部分)选择为运行频率的大约四分之一波长，将长度L2选择为运行频率的大约一半波长。将CPW结构(61)的元件定义为具有如参照图5A所讨论的相同平面尺度，其中将CPW结构(61)配置在距离电介质(63)的侧边1500微米。将电介质(63)定义为具有如图5B所述的上述厚度和间隔尺度。
图6B和6C示出用于图6A的示例性天线系统的模拟结果。具体地，图6B用曲线示出标准化为31欧姆的天线结构的模拟回波损耗，具体地，对于频率范围50-70GHz的以dB为单位的模拟回波损耗(S11)。图6B中的模拟结果示出至少4GHz的带宽，其中基于S11被测量为大约-10dB或更好的频率范围定义带宽。图6C用曲线示出在频率范围50-70GHz上图6A的示例性天线系统的模拟辐射效率。模拟的结果示出在频率范围59-64GHz上辐射效率为80％或更好。
图7A示意性示出根据本发明另一示例性实施例的集成天线系统。具体地，图7A示出天线馈电网络(70)，其包括CPW结构(71)和引线接合件(72)，所述天线馈电网络(70)向包括辐射元件(75)的天线供电。在示例性实施例中，辐射元件(75)是具有长度L的直线部分和非馈电(终止)端的接地引线，所述直线部分配置为与接地平面(74)平行并且与其分开，所述非馈电(终止)端向接地平面(74)弯曲并且与其连接。CPW结构(71)包括中心导体(71a)和邻近的接地元件(71b)和(71c)。引线接合件(72)在CPW(70)的中心导体(71a)和引线辐射元件(75)的一端之间提供电连接。将天线馈电网络(70)和辐射元件(75)的馈电端部分嵌入电介质(73)中。与其中辐射模式仅具有水平一个极化的图6A中的天线结构不同，图7A的天线具有水平和垂直两个极化。
图7A示出为用于大约60GHz运行频率的图7A的天线系统的计算机模拟所定义的示例性布局和结构尺度。在图7A中，将天线元件(75)定义为具有3050微米的长度L。在示例性实施例中，将长度L1(其包括线接合(72)和元件(75)的嵌入电介质(73)的一部分)选择为运行频率的大约四分之一波长，将长度L2选择为运行频率的大约四分之三波长。将CPW结构(71)定义为配置在距离电介质(73)的侧边1500微米，但是(相比于图6A的CPW结构(60)的1200微米)具有600微米的更窄尺度。将电介质(73)定义为具有如图5B所述的示例性厚度和间隔尺度。
图7B示出用于图7A的示例性天线系统的模拟结果。具体地，图7B用曲线示出标准化为37欧姆的天线结构的模拟回波损耗，具体地，对于频率范围50-70GHz的以dB为单位的模拟回波损耗(S11)。图7B中的模拟结果示出至少2.5GHz的带宽，其中基于S11被测量为大约-10dB或更好的频率范围定义带宽。
图8A示意性示出根据本发明另一示例性实施例的集成天线系统。具体地，图8A示出天线馈电网络(80)，其包括CPW结构(81)和引线接合件(82)和(87)，所述天线馈电网络(80)向天线结构供电，所述天线结构包括由封装引线形成的辐射元件(85)和调谐元件(86)。CPW结构(81)包括中心导体(81a)和邻近的接地元件(81b)和(81c)。引线接合件(82)在CPW(80)的中心导体(81a)和辐射元件(85)的一端之间提供电连接。引线接合件(87)在CPW(80)的接地元件(81b)和调谐元件(86)之间提供电连接。将天线馈电网络(80)和辐射与调谐元件(85)和(86)的馈电端嵌入电介质(83)中。
在图8A的示例性实施例中，辐射元件(85)是开放的、直线封装引线，其配置为与接地平面(84)平行并且与其分开。此外，调谐元件(86)是开放的、直线封装引线，其平行于接地平面(84)和天线辐射元件(85)，并且与它们分开。与图6A的天线系统相比，图8A的天线系统包括配置在辐射元件(85)附近的调谐元件(86)，作为用以调节由于天线元件(85)和(86)之间的电磁(EM)耦合引起的天线共振频率和阻抗的装置。
图8A示出为用于大约60GHz运行频率的图8A的天线系统的计算机模拟所定义的示例性布局和结构尺度。在图8A中，将天线辐射元件(85)定义为具有2050微米的长度，将天线调谐元件(86)定义为具有1500微米的长度。此外，CPW结构(81)的接地元件(81b)和(81c)的尺度不同，与调谐天线元件(86)连接的接地元件(81b)比接地元件(81c)更宽。将电介质(83)定义为具有如图5B所述的示例性厚度和间隔尺度。
图8B示出用于图8A的示例性天线系统的模拟结果。具体地，图8B用曲线示出标准化为31欧姆的天线结构的模拟回波损耗，具体地，对于频率范围50-70GHz的以dB为单位的模拟回波损耗(S11)。图8B中的模拟结果示出至少4GHz的带宽，其中基于S11被测量为大约-10dB或更好的频率范围定义带宽。将图6B和8B中所示的模拟结果相比较，可以看出，配置在辐射元件(85)附近的附加引线调谐元件(86)导致天线共振频率和阻抗的偏移。
图9A示意性示出根据本发明另一示例性实施例的集成天线系统。具体地，图9A示出天线馈电网络(90)，其包括CPW结构(91)和引线接合件(92)、(97)和(99)，所述天线馈电网络(90)向天线结构供电，所述天线结构包括由封装引线形成的辐射元件(95)和调谐元件(96)和(98)。CPW结构(91)包括中心导体(91a)和邻近的接地元件(91b)和(91c)。引线接合件(92)在CPW(91)的中心导体(91a)和辐射元件(95)的一端之间提供电连接。引线接合件(97)在CPW(91)的接地元件(91b)和调谐元件(96)之间提供电连接。引线接合件(99)在CPW(91)的接地元件(91c)和调谐元件(98)之间提供电连接。将天线馈电网络(90)和辐射与调谐元件(95)、(96)和(98)的馈电端嵌入电介质(93)中。
在图9A的示例性实施例中，辐射元件(95)是由开放的、直线封装引线形成的，其配置为与接地平面(94)平行并且与其分开。此外，调谐元件(96)和(98)是由开放的、直线封装引线形成的，它们平行于接地平面(94)并且在天线辐射元件(95)的相对端。与图8A的天线系统相比，图9A的天线系统包括配置在辐射元件(95)附近，并且配置在相对端的多个调谐元件(96)和(98)，作为用以调节由于天线元件(95)和(96)和(98)之间的电磁耦合引起的天线共振频率和阻抗的装置。
图9A示出为用于大约60GHz运行频率的图9A的天线系统的计算机模拟所定义的示例性布局和结构尺度。在图9A中，将天线辐射元件(95)定义为具有2050微米的长度，将天线调谐元件(96)和(98)定义为具有1500微米的长度。此外，类似地定义CPW结构(91)的接地元件(91b)和(91c)的尺度。将电介质(93)定义为具有如图5B所述的示例性厚度和间隔尺度。
图9B示出用于图9A的示例性天线系统的模拟结果。具体地，图9B用曲线示出标准化为31欧姆的天线结构的模拟回波损耗，具体地，对于频率范围50-70GHz的以dB为单位的模拟回波损耗(S11)。图8B中的模拟结果示出至少2.5GHz的带宽，其中基于S11被测量为大约-10dB或更好的频率范围定义带宽。将图6B、8B和9B中所示的模拟结果相比较，可以看出，配置在辐射元件(92)附近的附加引线调谐元件(99)导致天线共振频率和阻抗的偏移。
图10A和10B示意性示出根据本发明另一示例性实施例的集成天线系统。具体地，图10A示出天线馈电网络(1000)，其包括平衡差分馈电线(1001)和引线接合件(1002)和(1007)，所述天线馈电网络(1000)向天线结构供电，所述天线结构包括由封装引线形成的辐射元件(1005)和调谐元件(1006)。差分馈电结构(1001)包括两个共面的馈电线(1001a)和(1001b)。引线接合件(1002)在差分线(1001a)和辐射元件(1005)的一端之间提供电连接。引线接合件(1007)在差分线(1001b)和调谐元件(1006)之间提供电连接。将天线馈电网络(1000)和辐射与调谐元件(1005)和(1006)的馈电端嵌入电介质(1003)中。
图10B是图10A的示例性天线结构的透视图。在图10B的示例性实施例中，辐射元件(1005)是开放的封装引线，其定形为具有直线部分(1005a)和弯曲部分(1005b)和(1005c)的倒置翼形引线。此外，调谐元件(1006)是具有直线部分(1006a)的封闭的封装引线，其与辐射元件(1005)的接地平面(1004)和部分(1005a)两者平行，并且与它们分开。此外，调谐元件(1006)具有弯曲部分(1006b)，其从直线部分(1006a)的端部朝向接地平面(1004)向下延伸，并与接地平面(1004)接触。
图10A和10B示出为用于大约60GHz运行频率的天线系统的计算机模拟所定义的示例性布局和结构尺度。在图10A中，将天线辐射元件(1005)定义为具有1300+200+200微米的长度(在x方向上)，将天线调谐元件(1006)定义为具有1300+200微米的长度(在x方向上)。此外，平衡馈电线(1001a，1001b)分开150微米的距离分开(其中可修改所述距离，以调谐所述馈电线阻抗)。将示例性偏移距离定义为175微米。可改变这种偏移距离，以调节在(1005)和(1006)之间的分开距离，从而调整天线性能。将馈电线(1001)和引线(1005，1006)之间的引线接合件(1002)和(1007)在“x”方向之间的示例性长度定义为400微米(可变化所述长度，以改变天线共振频率)。将电介质(1003)定义为具有如图5B所述的示例性厚度和间隔尺度。
图10C示出用于图10A和10B的示例性天线系统的模拟结果。具体地，图10C用曲线示出标准化为150欧姆的天线结构的模拟回波损耗，具体地，对于频率范围50-70GHz的以dB为单位的模拟回波损耗(S11)。图10C中的模拟结果示出至少6GHz的带宽，其中基于S11被测量为大约-10dB或更好的频率范围定义带宽。将图6B、7B、8B、9B和10C中所示的模拟结果相比较，可以看出，主要由于在辐射元件(1005)和接地平面(1004)之间的相对大的分开距离，所以差分馈电天线结构提供了相对更宽的运行带宽。
在本发明的另一示例性实施例中，可修改图10A和10B的天线构架，从而使得元件(1006)不接地，而是将元件(1005)和(1006)形成在由平衡差分线供电的平衡天线结构(例如，偶极子天线)中。例如，可以将引线(1005)和(1006)在y方向上以彼此相反方向弯曲并分开，以形成半波长偶极子辐射器。
上文讨论的集成天线系统仅是用以示出使用封装引线形成天线结构的示例性实施例。基于这里的教导，本领域普通技术人员可以容易地想象出其它实施例，在这些实施例中可形成一个或多个引线以作为天线辐射元件运行，从而形成包括例如天线阵列和多带天线结构的天线结构，以及在这些实施例中可形成一个或多个封装引线以作为用于控制天线阻抗的天线调谐元件运行，从而增加天线带宽或控制天线辐射模式。上文讨论的示例性天线结构用以示出具有引线的天线设计的灵活性，并且不应该理解为对于由权利要求所主张的本发明范围的限制。例如，在图8A和9A的示例性实施例中，可形成调谐元件代替能够进行多带运行的具有共振频率的辐射元件。通过具体实例，在图8A中，元件(85)和(86)可以是用于提供双带运行的在不同频带中具有共振频率的单独辐射元件，以及图9A中的元件(95)、(96)和(98)可以是用于提供三带运行的在不同频带中具有共振频率的单独辐射元件。
本领域普通技术人员容易理解与根据本发明实施例的天线和集成天线封装相关的各个优点。例如，使用已知技术的封装引线整体形成的示例性天线设计能实现高容量天线制造能力。此外，根据本发明示例性实施例的集成IC封装使得天线与IC芯片(例如收发器芯片)整体封装，从而提供在收发器和天线之间具有很低损耗的紧凑设计。此外，根据本发明使用集成天线/IC芯片封装节省了很大的空间、尺寸、成本和重量，这对于实质上任意商业或军事应用都是具有优势的。
尽管为了说明的目的在这里参照附图描述了示例性实施例，但是可以理解，本发明不限于这些精确的实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下，可以由本领域普通技术人员进行各种其它改变和修改。

Claims (21)

1.一种电子装置，包括：
集成电路IC芯片；和
天线系统，
其中所述IC芯片和天线系统一起整体封装在有引线的芯片级封装中，并且
其中所述天线系统包括天线，所述天线具有由封装引线形成的辐射元件，
其中所述天线包括由配置在所述辐射元件附近的封装引线形成的调谐元件，其中所述调谐元件的至少一部分与所述辐射元件的一部分平行地延伸。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述辐射元件是直线引线。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述辐射元件是具有至少一个弯曲部分的引线。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述辐射元件是倒置翼形引线。
5.如权利要求1所述的装置，还包括集成天线馈电网络，所述集成天线馈电网络包括：在所述IC芯片的有源表面上形成的芯片上馈电结构；以及将所述芯片上馈电结构与所述辐射元件的一端连接的引线接合件。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述芯片上馈电结构包括共面波导CPW，所述CPW包括与所述天线的所述辐射元件引线接合连接的中心导体，以及配置在所述中心导体的相对的两侧并与所述中心导体分开的第一和第二接地元件。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述调谐元件与所述CPW的所述第一和第二接地元件中的一个引线接合。
8.如权利要求5所述的装置，其中所述芯片上馈电结构包括平衡差分馈电线，所述平衡差分馈电线包括共面的第一和第二馈电线，其中所述天线的辐射元件与所述第一馈电线引线接合。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述天线还包括与所述第二馈电线引线接合的第二辐射元件，其中所述辐射元件和所述第二辐射元件形成平衡天线结构。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述平衡天线结构是偶极子。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述调谐元件与所述第二馈电线引线接合。
12.一种无线通信装置，包括：
印刷电路板；和
安装于所述印刷电路板的芯片封装，其中所述芯片封装包括一起整体封装在有引线的芯片级封装中的集成电路IC芯片和天线系统，其中所述天线系统包括天线，所述天线具有由封装引线形成的辐射元件，
其中所述天线包括由配置在所述辐射元件附近的封装引线形成的调谐元件，其中所述调谐元件的至少一部分与所述辐射元件的一部分平行地延伸。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述印刷电路板包括金属接地元件，所述金属接地元件用作天线接地元件和辐射反射器中的至少一个。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述辐射元件是直线引线，其平行于金属接地元件并与所述金属接地元件分开地延伸。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述辐射元件是具有与所述金属接地元件连接的弯曲部分的引线。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述辐射元件是配置在所述金属接地元件上的开放的倒置翼形引线。
17.如权利要求13所述的装置，其中所述调谐元件具有与所述金属接地元件连接的弯曲部分。
18.如权利要求12所述的装置，还包括集成天线馈电网络，所述集成天线馈电网络包括：在所述IC芯片的有源表面上形成的芯片上馈电结构；以及将所述芯片上馈电结构与所述辐射元件的一端连接的引线接合件。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述芯片上馈电结构包括共面波导CPW，所述CPW包括与所述天线的所述辐射元件引线接合连接的中心导体，以及配置在所述中心导体的相对的两侧并与所述中心导体分开的第一和第二接地元件。
20.如权利要求18所述的装置，其中所述芯片上馈电结构包括平衡差分馈电线，所述平衡差分馈电线包括共面的第一和第二馈电线，其中所述天线的辐射元件与所述第一馈电线引线接合。
21.一种用于构成电子封装装置的方法，包括：
将IC芯片和天线一起整体封装在有引线的芯片级封装中，其中所述天线由一个或多个封装引线形成；
形成具有多个引线的引线框架结构；
对至少一个引线定形，以形成天线辐射元件；和
对至少一个其它引线定形，以形成配置在所述天线辐射元件附近的天线调谐元件，其中所述天线调谐元件的至少一部分与所述天线辐射元件的一部分平行地延伸。
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