CN101390253B - 陶瓷天线模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供包含复合特异材料(composite meta-material)电介质体的电路模块及其构建方法，该特异材料实际介电常数有效值高，但通过采用相对介电常数实质上小于植入其中的陶瓷介质夹杂物的主电介质(有机的或陶瓷的)材料而使反射损耗达到最小。复合特异材料体可以使导电元件，例如天线元件的物理长度减小而不会负面影响辐射效率。该特异材料的结构还提供了通常由典型地出现在RF前端的其他元件提供的频段滤波功能。

Description

陶瓷天线模块及其制造方法

技术领域

本发明总体上涉及实际介电常数为高有效值而体损耗最小的陶瓷介质特异材料元件的构造，特别涉及在射频(RF)光谱下工作的、包含至少一个天线元件或至少一个超低损耗传输线路的小尺寸架构无线电路模块。 

背景技术

以下说明中使用的术语“特异材料(meta-materials)”表示，由于主体材料内的精密刻度复制或一个或更多的第二材料的改变，改变了散体的绝缘或导电特性，而拥有独特宏观特性的材料。 

“电磁能带隙”(EBG)材料，所属技术领域的技术人员公知还称为“光子能带隙”材料，为包含一个或多个第二相介质夹杂物的特异材料，夹杂物为周期间隔的周期阵列，大小为中心频率波长的可测量，以便引起电磁频率在特定范围内的相长或相消干涉。由于周期阵列反射的相消干涉，所以EBG材料有效地削弱了落在能带隙或截止波段内的频率，同时周期介质夹杂物会阻止传播。 

术语“理想导电体”(PEC)系指无限导电面，其使得入射到PEC的电磁波的电场分量完全与入射波成180°异相反射。 

术语“理想磁导体”(PMC)系指由相互连接的感应器和电容元件的周期阵列产生的假想表面，其使得入射到PMC上的电磁波的电场分量完全与入射波同相反射。有限大小的非理想PMC实际上可以利用在介质主体中使用介质材料夹杂物的特异材料构建技术构建，上述介质主体有适当的介电常数和磁导率值以及周期，以模拟假想PMC中连接的感应器和电容元件。PMC还被公知称为人工磁导体(AMC)。 

术语“EBG缺陷谐振器”系指谐振结构，其通过从形成EGB特异材料的周期阵列中移除或除去一个或多个介质夹杂物元件形成，，形成方式允许EGB能带隙或截止波段的窄频段中的波在媒质内自由传播，且/或在由缺陷确定的特异材料介质的特定区域中局部化。 

RF电子模块典型地包含一个(或多个)半导体芯片，其通过被动互连结构与被动电路元件(电阻器、感应器和电容器)和/或例如二极管、晶体管开关、SAW滤波器、不平衡变压器或阻抗匹配网络的其他分立电路元件连接。通过导线中的路由电信号形成被动互连结构，上述导线安装在有机或陶瓷介质层表面或植入上述有机或陶瓷介质层。射频电子模块代表了微电子集成的下一代，其中上述模块集成半导体芯片与无法集成制造的作为独立部件的半导体IC的附加元件。因为模块减少了设备制造商(OEM)的零件数量和加工成本，所以在市场应用中得以普及。在对成本敏感产品的应用中，模块最好具有由有机介质形成的互连结构；但是，在使用高频工作的信号(例如f≥1GHz)或经受高热量负载影响的应用中，可以采用更贵的陶瓷介质以减小吸收介质损耗并有利于信号的完整性。因此，包含低成本并能改进信号完整性的被动陶瓷互连结构的模块在无线电路应用中有很大价值。 

因为无线电路的低成本和易于安装，其用于在移动平台(例如手机或膝上型电脑)间形成网络连接，在固定的局域网和雷达系统中发现也有应用的增加。无线电通信典型地在接近或在GHz信号频率内工作的装置的射频前端处理，而被动电路元件的介入损耗增加是公知的。 

移动平台设计中功率预算通常为主要考量，所以使用于组成前端的元件中的介入损耗最小化是十分有价值的。例如，CDMA手机的前端可以典型地包含功率放大器(PA)芯片、交替调谐天线的发送和接收模式的双工转换器、隔离电路、以及区分各个感兴趣频率的开关/双工元件。上述前端电路典型地加以大约4dB的损耗，所以大多数PA芯片设计成在PA的输出接口和天线馈点之间容许有4dB的损耗。因而，能减小上述损耗的方法可以通过使功率预算专用于无线电传播，使其工作时间比传统的前端电路长许多，而延长电池寿命。 

通过限制信号必须流经的PA和天线间的全长、减小从PA向天线引导信号的传输线路的每单位长度上的信号损耗、最小化沿上述通路处理信号所需的产生损耗的元件的数目、以及保证沿信号源(PA)和天线之间全部通路很好的阻抗匹配以便最小化沿上述通路的反射能量，来最小化模块中的信号损耗。 

移动平台设计中，物理尺寸是另一重要问题。目前技术的情况为将手机前端的面积尺寸减小为大约1.5平方英寸。因此，将具有全部功能的RF前端的面积减小为大约等于PA芯片的尺寸(4mm×4mm或0.02平方英寸)的发明有极高的价值。 

半导体芯片能以倒装法安装到互连结构上时，互连结构对物理尺寸的要求更大。如图1所示的输入/输出(I/O)接触焊垫101安装在植入了传统的互连结构103的介质111的表面，使得井105形成于从介质表面穿出的焊垫101之间。，焊接遮罩107用于防止在流回处理并在邻近的焊垫间形成短路电路时，焊接球状物109通过毛细作用进入井105中，其中该焊接球状物将互连结构103连接至半导体芯片113。近来半导体集成的增加产生了超过焊接遮罩制造公差的I/O焊垫贴片。这迫使许多模块制造商倒装半导体芯片，并通过位于芯片外围的导线粘接物将其连接到互连结构，其进而占据更大的管脚。因此，具有植入互连结构的介质中的I/O接触焊垫的模块，使得将要在无线电路中倒装安装的高密度半导体芯片变得重要并具有极高价值。 

授予德·罗什蒙等人的第6,027,826号美国专利中公开的装置和方法为，在金属衬底上形成氧化物陶瓷，利用液体气雾喷雾技术形成层压材料、细丝和导线金属-陶瓷复合衬底。德·罗什蒙等人的第6,323,549号和第6,742,249号美国专利公开了包括互连结构的装置和构建互连结构的方法，上述互连结构利用至少一个植入硅陶瓷的分立导线将半导体芯片电连接至较大的系统，以及在上述互连结构中植入被动元件的方法。德·罗什蒙等人的第5,707,715号和第6,143,432号美国专利公开了缓解金属-陶瓷电路板、金属-陶瓷和陶瓷-陶瓷复合结构中的热致机械压力的装置和方法。每个上述参考文件的内容都引用于此，起到全部公开的作用。 

发明内容

本发明提供的电路模块包含至少一个天线元件或互连结构中的至少一个超低损耗传输线路，向天线元件提供RF电磁能量，该天线元件通过将分立导线或其他类型的导体植入包括纯无定形硅、氧化铝、氧化钛或其他合适的陶瓷介质形成。本发明还提供了构建具有高实际介电常数有效值，而通过使用相对介电常数实质上小于植入其中以形成电介质特异材料的陶瓷介质夹杂物的主电介质(有机的或陶瓷的)，而使反射损耗达到最小的陶瓷介质特异材料的方法，该特异材料还使得由分立导线导体或图案化的薄膜形成的天线元件的物理长度最小化，而不负面影响辐射效率。特异材料结构还可以提供正常情况下由典型地出现在RF前端的其他元件提供的频段滤波功能，及其构建方法。在本发明的较佳实施例中，选择具有最小损耗正切值的主体电介质，使电路模块的效率最大化。 

对本发明的需求如上所述，其他的对本发明的需求和本发明的优点通过下面说明的实施例得以实现。 

一方面，本发明提供一种构建半导体模块，例如天线模块的方法，其包含形成特异材料介质区，在该区中将高介电常数(高κ)介质陶瓷加入主体介质媒质内，最好是超低损耗无定形硅、氧化铝、氧化钛或其他合适的陶瓷介质主体，以便在最小化特异材料介质的介质损耗的同时提高实际介电常数。植入的高κ区的尺寸、大小和其他方面适于连接半导体模块的电元件。在某些实施例中，包括由一个或多个陶瓷介质夹杂物形成的复合(特异材料)介质体，陶瓷介质夹杂物由相对介电常数≥10且/或相对介质磁导率≠1的材料构成，并植入包含无定形硅、氧化钛、钽酸盐、纯氧化铝及上述材料的混合物和/或有机媒质的介质主体材料。主体材料和夹杂物的化合物使得复合介质体的有效介电常数≥4。天线模块还包括接地层和邻近复合介质体的金属层中的至少一个接触焊垫，以及一个或多个导电元件，例如，由于复合介质体的存在而在频段谐振、长度为保持同样的谐振而没有复合介质体时所需长度的≤50％的天线模块。如下所述，控制夹杂物的晶粒尺寸以增加天线模块稳定性。 

另一方面，本发明提供了一种可与至少一个半导体芯片连接的天线模块和构建包括AMC接地层的该模块的方法。AMC接地层结构包括复合(特异材料)介质体，电接地层和接触焊垫(通过其可使一个或多个天线元件与一个或多个对应的半导体芯片电连接)，置于复合介质体的表面、通过复合介质体短路的电容焊垫周期阵列。阵列的周期和间隔实质上一致。对于入射到AMC接地层结构且频率处于能带隙频率范围内的电磁波，其反射E场分量经受输入相位变换，其生成反射E场分量与从至少一个导电元件散射的、方向传播向量与反射E场分量基本相同的E场分量产生相长干涉的条件。 

另一方面，本发明还提供了一种新颖的的低损耗互连结构，用于需要连接半导体芯片和微电子元件的任意类型电路模块。上述互连接构包括植入一个或多个传输线和电连接器的介质体(全部在介质体中或其表面上)。介质主体包含多层主体介质材料，材料的相对介电常数≤4.5或者，可选择地，损耗正切值≤3×10^-3。在某些实施例中，通过在模块中使用相对介电常数ε_R≥25的高κ陶瓷材料层，并使导电元件的横截面积和形状实质上相同，得到不同电子元件(包括由分立导线形成的元件)间的阻抗匹配。 

另一方面，本发明提供了一种用于多种电路模块的特异材料介质体及其构建方法。该特异材料介质体可以通过在损耗正切值≤3×10^-3的主体材料体中植入一个或多个介质夹杂物形成，使得复合(特异材料)介质体的有效介电常数≥4。在此使用的术语“植入”不表示任何特殊形式的操作，以下将进行阐明。在超低损耗无定形硅或低损耗氧化钛主体中植入高μ材料，将会提高实际磁导率而减小特异材料介质的磁损耗。在较佳实施例中，控制最大标称晶粒尺寸≤50纳米，或最好是≤35纳米，使得特异材料介质体的有效介电常数作为温度的函数变化≤5×10^-2℃^-1(≤50纳米的实施例)，在后一实施例中为≤8×10^-3℃^-1。主体材料可以由无定形硅、氧化钛、或例如Rogers公司的Duroid，GTek及聚四氟乙烯(PFTE，Teflon)的有机材料及其混合物，以及无定形硅(α-SiO₂)与氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)的混合物构成。对应的化学式为Si_1-XY_XO₂，其中0≤x≤1，Y为Ti或Al，其他组合物在下面说明。 

另一方面，本发明提供的电路模块包括一个或多个平行于含有接地层和至少一个接触焊垫的金属化层的导电元件(也就是天线元件或传输线)。电 路模块包括与导电元件的接地层同侧的金属化层邻近的复合介质体。复合介质体包括至少一个植入相对介电常数≤4.5的主体材料的陶瓷介质夹杂物。在可选实施例中，主体材料的损耗正切值≤3×10^-3，复合介质体的有效相对介电常数≥4。 

在一较佳实施例中，本发明提供了一种频率选择天线(FSA)元件，以及通过在超低损耗特异材料介质内植入至少一个作为导电元件的窄直径分立导线导体制造该选择天线的方法。 

在另一实施例中，本发明提供了终端电容垫，以便在进一步减小长度的同时控制导线粘接物长度的制造误差，而不负面影响植入特异材料介质的小型化频率选择天线元件的偶极臂长度。 

在另一实施例中，本发明提供了一种小型化的天线元件及其制造方法，该方法采用气雾喷雾，将至少一个导电元件沉积(植入)到复合(特异材料)介质体(或表面上)，该介质体包括植入了无定形硅、氧化铝、氧化钛和其他合适的介质主体、包括有机介质的高κ陶瓷微观区域。 

在导电接地层上方可以设置至少一个频率选择天线(FSA)或小型化天线元件，该接地层为位于上述导电接地层对侧的至少一个功率放大器(PA)芯片屏蔽辐射天线元件的电磁散射。 

在另一实施例中，本发明提供了一种半导体模块，其包含至少一个频率选择或小型化的天线元件，置于人工磁导体(AMC)特异材料结构的一侧，该结构为置于AMC对侧的至少一个PA芯片屏蔽辐射频率选择或小型化天线元件的电磁散射，为天线提供正增益，抑制可以将天线元件辐射的能量耦合到附近的另外元件的表面波形式，反之亦然。 

可以通过将低介电常数无定形硅和/或通过气雾喷雾得到的铁酸盐材料结合到AMC特异材料结构中，使AMC的截止带隙最大化。 

在另一实施例中，本发明提供了一种具有高介电常数(高κ)或高磁导率(高μ)的介质区域的半导体模块，上述区域周期间隔地置于主体介质材料中，实际尺寸结合产生EGB缺陷谐振器，缺陷谐振器的通带被调整为接合到上述主体介质材料中的天线元件的辐射带宽，上述材料为天线屏蔽杂散信号干涉。 

另一方面，本发明提供了一种减小损耗的方法，其通过调整至少一个植入无定形硅主体介质中的天线元件的输入阻抗，使其与电连接到天线元件的至少一个PA芯片2Ω、5Ω或10Ω的输出阻抗匹配。 

另一方面，本发明提供了一种低介入损耗馈电网络(互连结构)及其制造方法，其使得半导体模块中的电反射和信号衰减最小化，该半导体模块通过植入超低损耗无定形硅介质材料中的分立导线传输线将至少一个PA芯片与至少一个天线元件电连接。无定形硅或其混合物保持足够的光学透明度，以便应用准许通孔和接触垫结构的自动光学检查和标定，上述结构的实际尺寸名义上与用于分立导线传输线路的导电元件的直径相等。 

接触垫可以植入陶瓷介质表面，使得PA(或其他半导体)芯片可以倒装安装到低介入损耗馈电网络中，而不需要焊接遮罩。 

PA(或其他半导体)芯片可以倒装安装到模块的低介入损耗馈电网络中，使得散热器可以安装到PA(或其他半导体)芯片的背面。 

本发明还提供一种陶瓷模块和构建陶瓷模块的方法，该陶瓷模块包括至少一个PA芯片，其具有单或多输入输出端，并且电连接至少一个窄波段(高Q)频率选择天线元件，定义上述窄波段的带宽小于3％，最好是小于0.5％。频率选择天线元件被特定地调整为与输入输出端特定所需的频段匹配，这样模块利用各个天线元件隔离特定频率并将其信号引导到适当的输入/输出端，而与射频前端执行同样的功能，有效地代替传统射频前端结构中的多个元件(SAW滤波器、开关、双工器、隔离器、前置放大器等)的整体功能。 

在一特定实施例中，陶瓷模块包括至少一对高Q频率选择天线元件，其中一个天线元件的中心频率被调整为特定通信波段的接收信道，其他天线元件的中心频率被调整为特定通信波段的发射信道，天线元件各自的带宽被调整为提供它们之间的足够的信号隔离，使得发射信号不与其他天线接收的信号发生干扰。 

另一方面，本发明提供了用于例如手机的无线通信装置或无线网络接入端的射频前端电路，其包括上述新颖的天线和电路模块，带有下述合适的附加电子元件。 

本发明一个重要的方面是能够构建高Q传输线路，其用于形成在较宽的工作温度范围内保持频率通带稳定的天线或互连网络。 

通过减小半导体模块结构内的内反射，本发明有益地改进了辐射效率。 

附图说明

为了更好地理解本发明上述和其他方面，以下说明将结合附图作为参照，其中： 

图1表示公知技术的模块，其中用于连接倒装安装的半导体芯片和互连结构的接触焊垫从馈电网络介质表面突出； 

图2A-2E为全部组装的模块的俯视图和横截面图，该模块包括功率放大器芯片，其通过超低损耗馈电网络(图2C-2E中详细说明)电连接芯片一侧的两个折叠偶极天线，和芯片的另一侧的散热器； 

图3表示终端焊垫形状，控制导线粘接器的制造公差而不使电容负载明显改变； 

图4表示特异材料介质体，其包含植入无定形硅主体的第二相材料区； 

图5A-5J表示用于制造植入介质或特异材料介质体的分立导线天线的连续步骤，以及可以用于使天线元件阻抗与半导体芯片匹配的方法； 

图6A-C表示包含由导电金属而非分立导线形成的天线元件的不同天线模块的横截面； 

图7A-7B表示逆反射覆盖层的应用，用于在天线模块和周围的介质媒质间加强EM传输； 

图8A-8D表示不同非限制性的天线元件而非分立导线，其可以结合到天线模块中以便达到特定带宽的设计标准； 

图9A-9B表示人工磁导体(AMC)结构，其包含无定形硅或用于增加低阻抗天线模块的增益的氧化钛介质主体材料； 

图10为典型的相位相对频率变换的图表，表示人工磁导体反射的电磁波的特性； 

图11为表示作为抑制沿人工磁导体表面传输的电磁表面模式的频率的函数的特征带隙的图表； 

图12A-12F表示构建包含人工磁导体的天线元件的方法步骤，人工磁导体包含作为阻抗匹配天线模块的接地层的超低损耗无定形硅或氧化钛介质主体材料； 

图13A-B表示包含超低损耗硅或氧化钛的特异材料主体，作为介质主体被构建为满足布拉格散射条件的电磁带隙(EBG)材料； 

图14为表示特异材料体的电磁带隙特性的图表，特异材料体被构造为满足布拉格散射条件，并且其产生的EBG材料有最佳滤波特性； 

图15表示通过抑制杂散信号和接地回路，利用电磁带隙特异材料使天线元件与噪声源隔离； 

图16表示将电磁带隙材料与天线模块介质体结合，结合方式用于隔离或过滤上述EBG介质体表面或内部的天线元件的电磁信号频率； 

图17为天线元件周围的EM场局部的俯视图，通过在缺陷谐振器中心安置上述天线元件，天线元件与天线周围环境中发射和接收不需要的频率下的杂散信号电隔离； 

图18表示在缺陷谐振器的无夹杂物区周围的电场强度的衰减规律特征曲线； 

图19表示缺陷谐振器内无夹杂物区中的偶极天线； 

图20表示缺陷谐振器内无夹杂物区中的折叠天线； 

图21表示缺陷谐振器内无夹杂物区中的螺旋偶极天线； 

图22表示包含安装到天线结构的功率放大器(或其他半导体)芯片的天线模块； 

图23A-E表示天线模块及其制造方法，包含通过互连馈电网络安装到天线结构的功率放大器(或其他半导体)芯片； 

图24表示包含AMC接地层的互连结构； 

图25A-D表示低损耗互连馈电网络，其作为独立个体与功率放大器(或其他半导体)芯片和天线结构、或其他电子元件分开，其用于将上述功率放大器(或其他半导体)芯片与上述天线结构或其它电子元件电连接并机械分离； 

图26表示集成于电连接功率放大器(或其他半导体)芯片或其他电子元件的天线模块内的互连馈电网络的使用； 

图27A，B表示直接组装在功率放大器(或其他半导体)芯片表面的互连馈电网络和天线结构； 

图28表示公知技术中的多频射频前端结构，其结合有用以分隔并处理需要的特定频率下的信号通信的滤波器网络和开关，； 

图29A表示频率选择天线模块的应用，其用以使多频射频前端结构不再需要双工器； 

图30表示多频射频前端结构，其利用频率选择天线将每一个接收端和发射端简化为一个单独的放大器，该放大器连接至频率选择天线的阵列都将其带宽调整为需要的特定频率； 

图31表示多频射频前端结构，利用频率选择天线将每一个接收端和发射端简化为一个放大器，该放大器连接的频率选择天线的带宽为需要的特定频率； 

图32表示高Q天线的中心频率f₀中不需要的移位的图，其可以由环境工作温度的改变引起； 

图33为表示作为包含BST陶瓷的晶粒尺寸的函数的BST陶瓷相对环境温度的介质响应的图表； 

图34表示用于在用户建筑中对使用者的发射进行转播的小型化CPE无线电设备的天线结构。 

图35A-B表示将天线模块用于减小超过安全周界处的对无线网络安全的威胁； 

图36A-B表示天线模块在膝上型电脑中的使用； 

图37A-B表示天线模块在手机中的使用； 

图38表示天线模块在无线装置中的使用；以及 

图39表示其表面安装有根据本发明的天线模块的无线装置。 

具体实施方式

现参照表示根据本发明的无线电路模块115的多个方面较佳实施例的图2A至图4，图6至图11，和表示用于制造电路模块的步骤的图5A-5J和12A、12B。在最完整实施例中，电路模块115包括天线模块114，该天线模块又包含复合陶瓷介质主体，至少一个导电元件，低衰减互连结构，邻近复合介质体并包括接地层结构和至少一个接触点的金属化层。涉及的“分立导线”指的是预制的沿长度方向形状均匀的导线体，与金属相比，导线主体的冶金纯度和几何均匀度高于由导浆料或图案化薄膜所可能形成的线路。应当知道“圆导线”定义为横截面部分实质上为圆形的导线结构。相反，“带”导线指的是横截面形状大约为正方形或矩形的导线。总之，不管怎样，都可以假定分立导线具有任何不受限制形状(十字形，六边形，星形)的横截面，以增加设计效率。圆形形状具有较高的自感，因而在传输线结构和天线元件构造中是首选。带状导线具有较低的自感，更多地用于低损耗(低阻抗)传输线。图2A表示分立导线偶极天线的两臂117A、118B(在该实例中两臂折叠)，在馈电点119A、119B处电连接放大器(功率放大器(PA)或低噪声放大器(LNA))或其他位于天线模块114反面的半导体芯片135，在各自的电容焊垫121A、121B处终止。图中还表示了带有馈电点125A、125B和终端电容127A、127B的第二偶极天线元件123A、B。天线元件117和123构建在馈电点处穿孔的接地层133上，经由其通过电互连结构137电接触至少一个安装的功率放大器芯片135。虽然半导体芯片135可以使用多种方法安装，但为了使热量处理变得容易，最好以倒装芯片法安装，采用热量储存装置139使PA芯片135背面136的温度稳定。在倒装芯片结构中，半导体芯片135安装在使天线元件的馈电点119，125和将无线电路模块115连接到更大的系统的电路板模块140建立电连接的馈电网络137的反面。传统的互连结构包括阻抗匹配网络，其补偿半导体芯片的典型为2-10Ω的电源阻抗与天线元件的典型为50Ω的负载阻抗 间的失配。可以通过将天线的负载匹配为半导体芯片的电源阻抗2-10Ω，提高天线模块的效率。上述阻抗匹配应当维持在整个互连结构137和天线馈电点中。为了获得合适的阻抗匹配并减小沿馈电网络的信号反射，必须将传输线(和天线元件)构建成本征阻抗调整为2-10Ω，并保持线路、焊垫和通孔结构中的所有导电元件的物理尺寸接近一致。如下所述，说明采用圆形小尺寸分立导线构建频率选择天线元件。由以下公式计算接地层上导线的特性阻抗Z₀： 

Z₀＝SQRT(L/C)                        (1) 

其中，L＝2×10^-7.ln(2B/R)，C＝1.17×10^-17·ε_R/L，B是层上导线的中心高度，R是导线的半径。在导线(天线元件117和123)和接地层133之间插入高介电常数(κ)陶瓷衬底电介质层131，其相对介电常数ε_R≥10，较好的是≥25，更好的是ε_R≥100，就由实用的小直径(18μm)导线制成了低阻抗(2-10Ω)分立导线天线元件结构。(可以在构造互连结构时使用类似技术)阻抗低(2-5Ω)、直径小(18μm)的圆导线馈电网络需要高介电常数的陶瓷层131(例如ε_R＝100和150)，对于5Ω的输入阻抗，其层厚可以分别为t＝1.4和3.3μm。现有制造能力中上述厚度是可以实现的。然而，对于由直径≤25μm的分立导线构建的电路，层厚大约1μm的更高介电常数的陶瓷层(例如ε_R＝450)可以使输入阻抗达到2Ω。高阻抗(10Ω)和大直径导线(≥25μm)，或者采用带状导线导体，不再需要分隔导线(天线元件117和123)与接地层133的、相对介电常数ε_R≥100的电介质层131，因而，大直径(≥25微米)的导线或带状导线分离的导线导体与天线模块组合时，高κ介质层最好是ε_R≥60的高κ介质。例如，当模块由分立元件组成时，可以方便地使用任何所属技术领域的技术人员公知的、将组件机械固定到固体结构的固体底部填充剂或胶粘剂130。 

天线元件可以安置在复合介质体129上方或(完全或部分地)植入其中，由至少一个植入低介电常数介质主体材料(ε_R≤10，最好是ε_R≤4.5)中的陶瓷介质夹杂物构成，上述介质主体材料包括有机介质、无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、钽酸盐和/或其混合物。介质夹杂物的相对介电常数≥10且/或相对介电渗透性≠1，这就使复合介电体的有效相对介电常数增加而不会使主体的反射度变得过强。如下所述，复合体的较高的有效介电常数(ε_REff≥10，最好是ε_R≥4)使得植入复合体的任何谐振天线元件实际长度减小得比50％多，并且也可以对天线模块进行光谱过滤。复合介质体和导电元件可能有各种结构。在一实施例中，复合介质体仅包含安置有导电元件的表面的基底介质层，安置在基底介质层上方并覆盖至少一个导电元件的介质主体层。在该实施例中，介质夹杂物可以植入基底介质层和介质主体层或植入其中之一中。在另一实施例中，复合介质体包括多个介质层和其之间的任意间隔层。传导元件和介质夹杂物可以根据需要植入任意附加层。

图2C-E详细表示在功率放大器(或其他)半导体芯片135和天线元件之间建立电通信的电互连结构。如上面提到的，互连结构可以包含传统的在内部集成有阻抗匹配网络(和其他元件)的互连结构。在本发明一较佳实施例(见图2C)中，电互连结构137含有以一致间距置于一层或多层金属化层上方的传输线路网络132，金属化层包括位于电互连结构137顶部134A或底部134B并植入介质层120A、B之间的接地层134。在位于互连结构137的主面的反面的装置之间，通过插入介质层中的传导装置122，建立电接触，其中介质层将传输线网络132贴装到位于形成接地层134的金属化层中、但与其电绝缘的接触焊垫124上。传输线路网络132可选择地包括类似于121A/B的焊垫结构(图中未表示)，其或者可以用作传输线结构、电容元件或局部停止层的终端，用以提供一种方法，即在介质层钻孔并插入传导装置122，以便电连接比传输线路网络132的位置高的介质表面上的传导元件(传输线路、天线元件或接触焊垫)。如下述阻抗匹配的原因，由天线元件由分立导线形成时，传输线网络132的物理尺寸(直径和横截面形状)与最好天线元件相同。在包含小直径(≤50μm)分立导线的实施例中，需要由包含高κ陶瓷介质的介质层120A、B提供电互连结构，其本征阻抗与半导体芯片的源阻抗匹配。高κ介质材料典型地具有高损耗因素。因此，本发明另一较佳实施例为在介质层120A、B和连接如图2D所示的各介质层的传输线路网络层132A、B之间插入低损耗介质层126。该低损耗介质层126可以包含纯有机或陶瓷介质材料，或为包含介质夹杂物的纯有机或陶瓷介质主体材料的复合介质体，该夹杂物使得低损耗介质层126的有效相对介电常数增加或与基底介质的相对介电常数匹配。在上述结构中，导电装置122用于在每个传输线网络132A、B和接触焊垫124之间形成电连接。或者基底介质层也可以由包含介质夹杂物的包 括纯有机或陶瓷介质主体材料的介质材料构成，该夹杂物提高上述层的有效介电常数。本发明包括更复杂的互连结构，其可能需要组成在彼此顶部以形成插入半导体芯片135和天线元件之间的电路的多个互连结构137。将至少一个电互连结构137贴在至少一个安装在热量存储装置139和利用附加传导装置138的外部电路140上的半导体芯片135上以完成模块，其最好使用合适的固体底部填充剂或胶粘剂130。要减少模块的管脚，最好将电连接外部电路124A的上述接触焊垫置于作为周边阵列的外部电路上，而将那些用于使半导体装置124B电连接的接触焊垫置于电互连结构137的底部接地层134B的内部区域中，(见图2E)。上述原理还可以选用于分立导线带或贴片天线元件，因为上述结构的较低自感自然地导致较低的本征阻抗，所以不需要极限介电常数(ε_R≥150)。 

尽管图2A-2B表示双波段天线模块，其中偶极天线117、123中的一个可以用于发送频率，其它的用于接收频率，或者可选择地，其中两个偶极天线都可以用于处理无线接口的单频段、双频段或多频段发送(或接收)，如802.11g的应用情形；也就是，本发明的范围不限于单波段、双波段或多波段天线模块或折叠偶极。根据本发明的天线模块可以包含单个直的偶极，偶极阵列、对数周期偶极阵列、或螺旋天线、梯形、水滴形、不同于图2A中表示折叠形状的多偶极天线。除非另外说明，应当假定是采用薄膜沉积技术形成特定的金属化层，例如喷射或蒸汽沉积、或电镀、或低成本薄/厚膜沉积网版印刷、或局部使用导浆料或墨水以金属化的喷墨技术，而不管其是用于形成天线元件、传输线、电容器或接触焊垫还是接地层结构。单一天线元件或阵列的特定设计可以由技术标准、为特定应用而适当地确定。天线模块的结构和架构以及用于减小单一天线元件带宽的方法提供充分的光谱过滤，以产生高的频率选择度。在此提供的方法可以使整个尺寸小型化，与传统的射频前端组件相比，通过减小能量损耗会增加执行效率。其他选择包括为半导体芯片和单一的天线元件屏蔽由彼此发出的，或周围的及邻近的另一个源点发出的杂散电磁信号。 

一般来说，选择每个偶极臂117A、117B的全长的使得两臂组合后的长度使其在需要的输出/输入频率上谐振。对于自由空间的偶极，谐振长度l为 

1～λ/2，                      (2) 

其中λ是需要的中心频率的自由空间波长。天线设计技术领域的技术人员应当知道，增加天线的电容负载也会缩短谐振长度l，同时增加天线元件的带宽。可以通过增加平行的平板电容器(图中未示)的电容负载取得上述效果，该电容器位于接地层133和终止偶极臂117A、117B的焊垫121A、121B之间。因为高κ陶瓷材料的薄层分开了焊垫和接地层，所以采用很小的表面积便可以增加实际电容负载，为提高小型化(通过缩短偶极臂长度)和天线带宽的调整提供有重要意义的余地。 

所属技术领域的技术人员应当知道，对于无限介质体，介质负载将谐振长度减小为： 

$1~\mathrm{\λ}/\left(2\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_R}\right)---\left(3\right)$

其中，ε_R是介质体的相对介电常数。因此如果天线元件植入ε_R＝100的无限介质体，与自由空间的谐振长度相比，偶极的谐振长度减小10倍。天线元件的带宽随介质负载的增加而减小，直径更小的导线构成的天线元件也可以获得更窄的带宽。本发明提供的方法结合了导线粘接过程，利用生产具有自然界中未知的介质特性的陶瓷的制造过程，精确地安置小直径的分立导线(通用标准可以用18μm导线)。公知技术中多层陶瓷模块的现有线路形状的最小尺寸大约为2000分之一英寸(50μm)，限制了频率选择、不良表面粗糙度(≈5μmRMS)和冶金纯度，导致高频下的相位噪声和阻抗损耗。反之，导线粘接导体提供近乎理想的微米尺寸控制，可忽略的表面粗糙度和最高的可能的冶金纯度，以及在克服金属浆构成的导电元件的很多高频限制中有用的特性。上述特性可使天线元件在频率选择(窄带宽)的同时尺寸较小，因而排除了对射频前端的昂贵的并产生阻抗的过滤和开关元件的需求，并减少像手机和笔记本电脑的移动平台的管脚，这意味着减小较大的占用体积。采用数字方法确定详细规格以选择适合的天线元件数目、其导线直径、用于环绕天线元件的高κ介质材料的介质特性和体积、以及用作分立导线天线元件终端的电容负载，以得到确定的尺寸、带宽和频率性能目标。 

还应当注意的是，应该将终端的电容焊垫121A、121B设计为容许制造公差，以便可重复地控制天线元件的中心频率。在导线粘接组合产生时，形成天线元件的导线的机械变形可以使粘接天线元件自动点焊步骤之间的导线长度变松驰(如下所述)。导线全部长度的微小改变可以明显地改变天线的调谐。例如，植入ε_R＝100的介质材料129的天线中的、使得两个偶极臂的组合长度改变±10μm的松弛导线将使得谐振(中心)频率改变±1MHz。因此，带有管理粘接长度的系统的导线粘接器是较佳的组合工具。此外，应当将电容焊垫的形状和尺寸设计为不仅增加调整带宽和中心频率的电容负载，而且也通过变为确定偶极谐振长度的集成元件来容许导线粘接长度的制造误差。虽然终端电容焊垫的形状为简单的矩形，同时还容许影响导线粘接长度的制造公差，然而在一较佳实施例中，还需要使用焊垫的特定区域以便适应导线粘接长度可能的变化，该区域既不影响电容器焊垫的馈电点、又基本不会改变焊垫的电容负载。图3表示终端焊垫139的可能结构，其使得加到焊垫结构上的电容负载最小，补偿基本不影响焊垫的电馈电点的导线粘接长度的变化。焊垫139包括窄颈或宽度为W的“平台带”141，其宽度(约为5μm或更小)略大于粘接导线143的直径，且足以适应偏离需要的导线粘接终点147的最可能的导线长度145A、145B。“平台带”的长度足够长，以提供距离d使邻接主焊垫结构149的“平台带”的点148成为电容焊垫的有效馈电点，而不管导线终端位于焊垫145A还是点145B。平台带最好与包含至少95％电容负载的垂直焊垫区域151A、151B通信。垂直焊垫区域151A、151B不一定需要是如图3所示的正方形或矩形，而可以假定其为三角形、数字形、圆形或任意合适的几何形状，在特定设计标准对空间限制下由其提供有效电容负载。作为上述结构的结果，导线、平台带和电容焊垫确定偶极臂的谐振长度l_a。 

在一实施例中，分别采用如ε_R＝3.9及2.2≤ε_R≤4.6的纯无定形硅(α-SiO₂)或有机媒介的低介电常数材料(例如FR4，Rogers Duroid^TM，GTEK或PFTETeflon^TM)用作主介质体，使得导电元件形成天线或传输线结构和用作特异材料修饰剂的陶瓷介质夹杂物。在该实例中，最好是选择ε_R≥9.3物质组群作介质夹杂物，其包括纯氧化铝、氧化钛(TiO₂)、钽氧化物、铌氧化物、钕氧化物、锆氧化物、铪氧化物或其任意混合物。在另一实施例中，具有适当低损耗的 介电常数更高的陶瓷主体(60≤ε_R≤100)也可以用作主体材料，例如纯氧化铝、五氧化二钽(Ta₂O₅， ${\mathrm{\ϵ}}_R\≅60$ )、钛氧化物(ε_R＝90)。在该实例中，介质夹杂物可以包含锆介电常数陶瓷(ε_R≥200)，最好、但不限于从由钛酸锶钡陶瓷(Ba_XSr_1-XTiO₃)、锆钛酸锶钡(Ba_XSr_1-XZr_YTi_1-YO₃)和锆钛酸镧铅(Pb_XLa_1-XZr_YTi_1-YO₃)构成的组群中选出，其中0≤X≤1且0≤Y≤1。有机或陶瓷介质主体中用作特异材料修饰剂的介质夹杂物也可以包含磁性材料(μ_R≠1)，例如铁酸盐(Fe₂O₃)、碱土铁酸盐(MFe₁₂O₁₉)，其中M从含有Mg、Ca、Sr、Ba或掺有周期表中任意元素的镧锰酸盐(LaMnO₃)的群组中选出。 

有机主体材料因其低成本而更有吸引力，但是其经常产生高损耗，并且介质参数不像频率或温度函数一样稳定，所以最好采用陶瓷材料。主介质体也可以由无定形硅(α-SiO₂)和氧化钛(TiO₂)的混合物组成，其化学成分为Si_1-xTi_xO₂，其中O≤x≤1；或者由无定形硅和氧化铝[1-X]·SiO₂·X·Al₂O₃的混合物组成，其中0≤X≤1。可以利用液体气雾喷雾工艺制造陶瓷主介质体、分层结构或陶瓷介质夹杂物，如上述德·罗什蒙的专利中公开的一样，其中采用液体气雾喷雾和包括惰性运载气体中的CO/CO₂反应气体，使得氧化物陶瓷在250℃≤T_sub≤475℃的处理温度下沉积。上述方法较佳，原因为其允许极具吸引力的陶瓷合成物和金属成分的无穷变化，在大气压力和高制造生产率下的成品中包括该元件。然而，将有机聚合体用作介质主体材料时，液体气雾喷雾不是合适的沉积方法。可以使用通过喷雾的有机介质主体需要用低温粉雾喷雾过程形成陶瓷介质夹杂物。陶瓷沉积技术领域的技术人员都知道，上述粉雾喷雾过程可以包括喷射喷雾散开极细陶瓷粉末，在真空大气压下、低于周围环境(室温)的温度中，上述喷雾在基底上沉积。粉末气雾喷雾过程还可以用于制造介质主体材料。两种喷雾方法都可以用于形成根据本发明的模块。然而，由于有较好的控制下述沉积陶瓷微结构(晶粒尺寸)特性的能力，所以最好利用液体气雾金属有机前驱物。 

无定形硅是自然界中能获得的最透明的电磁材料之一。在环保的陶瓷氧化物中，无定形硅的实际介电常数最低(ε_R＝3.9)，室温下其介质损耗正切值为tanδ＝2×10^-5，优于用于流延装配的陶瓷约两个数量级。氧化钛也是损耗(tanδ＝9×10^-4)的高κ(ε_R＝90)介质。然而，两种材料都具有高耐火特性，在传统的多 层元件中禁止应用其纯构成，因为将不同的粉末固化形成绿带的温度会毁坏该结构中设计的任何高导电率的金属元件。传统的硅基底或氧化钛基底带必须包括将巩固带板需要的烧结温度降低到组合组件的金属熔点之下的化学添加剂。上述添加物增加了介质损耗的正切(tanδ)和介质体的实际介电常数。在温度≤450℃时制造无定形硅的能力提供了将超低损耗材料组合为特异材料介质体的主体材料而非补充层的方法，以便增加植入特异材料介质内的小型化天线的辐射效率。 

图4表示通过在纯无定形硅主体157中结合一个或多个的第二相材料区155而形成的特异材料介质体153。第二相材料区155最好包括铁酸盐、铁电(包括氧化钛、锆酸盐、钽酸盐、铌酸盐)氧化物陶瓷和其他物质。特异材料介质体153假定为平均介质响应频率，即组合在介质体的每个材料区的千分之几的加权和，其中，无论第二相材料区155是随意分布还是在周期序列中有组织的排列，第二相材料区155的物理尺寸d小于上述频率的自由空间波长的1/20(λ/20)。当介质主体157上随意分布第二相材料区155，且第二相材料区的实际尺寸d大约等于辐射体的自由空间波长即～≥λ/10时，电磁辐射从特异材料介质体153向四周扩散。当上述第二相材料区155的物理尺寸d大约等于自由空间波长(～≥λ/10)并以适当间隔周期性排列时，其满足布拉格散射条件，形成电磁带隙(EGB)材料。表I表示了介质损耗减少的因数分析，与特异材料介质中典型的流延陶瓷主体相比，将无定形硅和/或氧化钛用作介质体时会增加辐射效率。表I中反映出的数值表示包括23％的高κBST陶瓷(ε_R＝453)的特异材料体，并将其有效的实际介电常数(-100)设计为大约相同，但是无定形硅主体的损耗是典型流延陶瓷体的50％或更低。将高介电常数、低体积比例(5％)的高损耗锆钛酸镧铅(PLZT，ε_R＝2000)在各自的层中组合会产生类似的改进。随着介质损耗tanδ的适当增加，系统中的氧化钛夹杂物会相当大地实质上改进实际介电常数ε_R。 

表1 

                    纯介质特性                   有效介质特性 

介质材料          ε_R      

            ε_REff         

无定形硅(α-SiO₂)        3.9        2×10^-5        ---       --- 

氧化钛(TiO₂)             90         9×10^-4        ---       --- 

四乙基氟聚乙烯           2.1        4×10^-4        ---       --- 

(PFTE) 

Rogers Duroid(Duroid)    2.3        5×10^-4        ---       --- 

LTCC绿带(TAPE)           ≈5        2×10^-3        ---       --- 

钛酸钡锶(BST)            423        9×10^-3        ---       --- 

锆钛酸镧铅(PLZT)         2000       5×10^-2        ---       --- 

α-SiO₂(58％)/TiO₂(42％) ---        ---            40        4.3×10^-4

PFTE(58％)/TiO₂          ---        ---            39        6.1×10^-4

(42％) 

Duroid(58％)/TiO₂        ---        ---            39        6.7×10^-4

(42％) 

TAPE(58％)/TiO₂          ---        ---            41        1.5×10^-3

(42％) 

TiO₂(54％)/α-SiO₂       ---        ---            50        5.0×10^-4

(46％) 

TiO₂(54％)/TAPE          ---        ---            51        1.4×10^-3

(46％) 

α-SiO₂(77％)/BST                                  100       2.0×10^-3

(23％) 

TiO₂(77％)/BST(23％)     ---        ---            167       3.1×10^-3

PFTE(77％)/BST           ---        ---            99        2.4×10^-3

(23％) 

Duroid(77％)/BST         ---        ---            99        2.5×10^-3

(23％) 

TAPE(77％)/BST        ---      ---      102        3.6×10^-3

(23％) 

α-SiO₂(95％)/PLZT    ---      ---      100        2.3×10^-3

(5％) 

PFTE(95％)/PLZT       ---      ---      99         2.9×10^-3

(5％) 

Duroid(95％)/PLZT     ---      ---      99         3.0×10^-3

(5％) 

TiO₂(95％)/PLZT(5％)  ---      ---      181        3.3×10^-3

TAPE(95％)/PLZT       ---      ---      102        4.4×10^-3

(5％) 

 类似地，考虑到H场对于天线设计来说很重要，最好通过包括相对磁导率μ_R≠1材料(如上所述)的介质夹杂物构成特异材料。 

为了便于理解，参见图5A-H，其表示制造根据本发明的天线模块的构建步骤。包含载体薄片161、胶粘阻挡层(通常为铬酸盐薄膜)163和电镀传导金属薄膜165的剥离金属薄片159牢固地安装于平的导热基底167上(见图5A)。薄片提供了具有极平滑的表面结构(≤0.5μm RMS)的金属化层的组合方法，通过陶瓷绿带工艺形成模块时无法得到上述结构。如图5所示，根据达成特定设计目标的需要，利用光刻技术图案化接触焊垫169和接地层结构171，制成电镀金属薄膜165。随后利用气雾喷雾方法，在模块表面沉积带有厚度的基底介质层173(如图5C所示)。基底介质层173可以包含有机介质或由无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、钽氧化物或其混合物组成的组群、中选出的陶瓷介质，或者可以包括由植入有机介质的一个或多个陶瓷介质夹杂物组成的复合介质体，或从无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、钽氧化物或其混合物组成的组群中选出的陶瓷介质。优选的液体气雾喷雾方法在德·罗什蒙等提出的专利号为6,027,826、6,323,549、5,707,715、6,143,432和6,742,249的美国专利中有所说明，这些全部内容结起来合作为参考。如图5D所示，基底介质层173可以包含有机介质、无定形硅、氧化钛、高κ陶瓷氧化物、或者包含植入 主要介质材料179的陶瓷氧化物介质夹杂物177的特异材料介质体。根据电子设计的需要，确定形成基底介质层173的介质及其厚度t，需要将在层173的表面沉积的导电元件的阻抗与最终连接导电元件的半导体芯片的源阻抗进行匹配。根据本发明，与公知技术方法中的回填穿透主介质材料的二次介质材料相反，由介质层173组成的特异材料介质体通过选择性喷雾沉积介质夹杂物177，并随后喷雾沉积有机介质、无定形硅、纯氧化铝或氧化钛主材料179而制备。喷墨喷雾技术是选择性沉积介质夹杂物177的最好方法，但也可以采用其他方法，例如通过掩膜或遮罩喷雾、或者也可以喷雾均匀的一层，其利用光刻技术选择性蚀刻。通常，为了填满空部或槽并提供平均介质层表面粗糙度≤±0.2μm RMS、最好≤±0.1μm RMS的表面光滑度，由雾化金属有机前驱体溶液制成陶瓷合成物时，喷雾的介质材料的表面粗糙或呈波浪形，其可以采用一个或多个、相同或类似的陶瓷合成物的旋涂层181使其平滑。需要喷雾层形成共价粘接物并牢固地粘接金属薄片159。旋涂金属有机液膜总体上在热分解后不能很好地粘附到金属底板上，但是，在具有类似组合物的介质材料上热分解时粘接良好。将氧化表面带入平面或粗糙容许公差时，制作厚沉积物最好采用快速喷雾法，反之典型地采用旋涂薄膜热分解。因而，例如可以在金属化层上旋涂介质材料层得到平滑度≤1μm RMS的表面。 

参考图5E，可以用多种技术将终端电阻焊垫183粘在氧化物陶瓷介质层173(可以包括或不包括平滑层181)上，例如薄膜沉积、网版印刷等。激光穿孔的通孔185暴露出通过光刻图案化电镀金属薄膜层165形成的接触焊垫169。无定形硅的透明性使机器指数和电路注册变得容易，因而可使接触焊垫长轴尺寸的最小物理尺寸达到50μm级。尺寸减小的接触焊垫提供减小频率为GHz信号的反射的显著优点。多层陶瓷互连通常要求焊垫的尺寸大约为8-10mil(200-250μm)。，为了在形成激光钻成的通孔时便于使用光学搜索技术，可以在形成氧化陶瓷介质层173时有选择地在紧邻接触焊垫169旁边的区域182中使用光学透明的无定形硅介质(如图5D所示)。紧邻应当理解为表示从接触焊垫周围延长一定距离的区域，其足以在光学检测时从旁边的焊垫或接地层结构完全处理该焊垫。 

参照图5F，可以通过在每个通孔185中插入钉187，从而与相应的接触焊垫169电连接以形成微带传输线路结构(天线或互连)。上述钉大约等于接触焊垫169和分立导线导电元件191的物理尺寸，其高度分别大约等于氧化物陶瓷介质层173的厚度t。如果氧化层陶瓷介质层173的厚度t小于5微米，可以将分立导线直接缝粘到每个暴露的接触焊垫169。也可以将其他的可能更好的方法例如采用传导浆或电镀回填通孔、或者薄膜金属沉积，用于需要高输入/输入计数的应用。但是在低输入/输出模块应用如天线中，钉是较佳传导装置，其成本价值效益已被证实。在包含分立导线导电元件的天线模块的实施例中，聚合粘接柱189暂时且可选择地安装在基底介质层173的表面。上述聚合粘接柱使得分立导线导体元件191精确地缝粘到模块上。每个传导元件191粘接在钉187中的一个和终端电容焊垫183之间。聚合粘接柱189用于控制从钉和终端焊垫之间拔出分立导线时的晃动，典型地沿直通路每隔10mil(254微米)放置，或者放置在计划引入分立导线导体元件191的弯曲部的反射点中。每个聚合粘接柱189都由低温热固塑料构成，该聚合粘接柱足够柔软，使得拔出粘接工具193并将其沿需要的导线通路降到接近模块表面的触点位置，使得绕导线横穿聚合粘接柱189时，分立导线导体元件191下垂到塑料。但是，将粘接工具193拔出到另一接触位置时，聚合粘接柱189应当保持足够的粘度以保持导线的适当位置。在包括陶瓷基底或主介质层的实际实施例中，低温热固塑料的聚合体处方可以改变并取决于用于缝粘分立导线元件的温度，该温度范围在150-250℃，但是可广泛地适用商业上的多种可行处方。在上述实施例中，低温热固塑料最好含有添加剂，在UV固化步骤之后增加交联，上述固化步骤使得分立导线导体元件191即使在随后的350℃高温下的步骤中也牢固地固定。聚合体处方技术领域的技术人员应当知道很多种这类添加剂。 

参照图5G和5H中不包括有机介质的实施例。在这些实例中，一旦缝接分立导线导体元件，将模块加热到300℃至350℃之间，进入利用一直粘贴分立导线导体元件191的液体前驱物将可选择地沉积陶瓷粘接柱195上的处理步骤。(见图G)。还可以在室温下通过雾化粉末加上这些陶瓷粘接柱。如图5H所示，随后通过热分解除掉聚合体粘接柱189，将模块加温到≤450℃。 如图5I所示，可以在模块顶部任意喷雾成附加介质层197。上述附加介质层197可以由有机介质、无定形硅、纯氧化铝、氧化钛介质，或包括形成介质夹杂物的有机介质、无定形硅、氧化铝和氧化钛主体的特异材料介质构成，上述层具有经过考虑选择的厚度以满足设计目的。图5J表示完全组合的天线模块199，其含有可选择地位于模块的较佳区域的介质夹杂物。在不包括有机介质并由雾化液体前驱物形成的实施例中，喷雾沉积的陶瓷具有无定形的微结构。为了将高κ陶瓷元件烧结到需要的结晶相实际介电常数值E_R，上述实施例可以在15到60分钟的期间内在氧化还原空气中加热到500°至900°范围内。利用无定形硅或氧化钛主体的优点在于其几乎不受上述烧结步骤的影响。可以通过激光或来自红外或紫外光源的聚焦光束局部加热结晶体。在含有有机介质的实施例中，利用粉末雾化喷雾陶瓷介质夹杂物，其中在雾化喷雾沉积步骤之前的粉末状态下，在陶瓷介质夹杂物中加入结晶体并控制微结构(晶粒尺寸)，而不需要实施雾化喷雾沉积后的热处理步骤。载体金属薄片161与平整的热传导基底167分离，从陶瓷天线模块199去除阻挡层163。如图所示，从模块上去除载体金属薄片161和阻挡层163之后，接触焊垫169和接地层结构171仍在基底介质层173之中。类似的方法也被用来构建用作图2所示的电互连结构137的互连结构，通过增加穿过任意另外介质层120B或126和120B的附加通孔的其他步骤，暴露终端焊垫或传输线路网络132，从而将传导装置122插入暴露上述传输线网络或终端焊垫的通孔。在图2C所示的单一带状导线的实施例中，在介质层120B上安置金属化层以形成接地层134A和接触焊垫124。在图2D所示的双带状导线的实施例中，在介质层126上安置金属化层形成第二传输线网络132B，其通过传导装置122与基底介质层120A和介质层126之间的第一传输线网络132A通信。在该实例中，在第二传输线网络132B顶部沉积第二基底介质层120B。可以在上述第二介质层120B穿孔，其中加以附加传导装置122形成与金属化层134A中的接触焊垫通信的通孔，其中金属化层也用于提供第二接地层。重复上述步骤形成与现有结构顶部电互连结构137类似的附加结构，其可根据电路复杂度的情况类推，并仍被认为落在本发明的范围内。 

图6A和B表示更普通的实施例，其中天线模块192可以由一个或多个导电天线元件194组成，其可以包括薄或厚薄膜，或至少一个电容焊垫处断开的、植入金属化层198表面的复合陶瓷介质体196内的分立导线，金属化层一部分用作接地层200，另一部分用作通过传导装置202与导电天线元件194通信的接触焊垫201。如下所述，金属化层198还可以与例如半导体芯片的任何附加电子元件的表面或主要部分结合成一体，或与其互连用作电连接结构，或制作成如图5所示的可分离的制品，其随后组合为如图2所示的更复杂的模块。复合陶瓷介质体196可以包含安置导电天线元件194的单一基底介质层203。其还可以包含顶部加有附加间隔介质层204的基底介质层203和天线元件194。此外，天线模块192可以包含基底介质层203、间隔介质204和附加介质层205，或如图6B所示的基底介质层203和附加介质层205，而不包括间隔介质层204。基底介质层203和附加介质层205可以从由有机介质组成的组群中选择，或从由无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、氧化钽及其任意混合物组成的组群中选择的陶瓷介质中选择，或由包含一个或多个植入有机介质的陶瓷介质夹杂物的复合介质体组成，或从包含无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、氧化钽或其混合物组成的组群中选择的陶瓷介质中选择。间隔介质层204最好包含有机介质，或是从由无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、氧化钽及其任意混合物组成的组群中选择的陶瓷介质。如图6B所示，还可以通过将基底介质层置于接地层区200与接触焊垫区201之间的区域206内，将其用于电分离金属化层198的区域。图6B还表示包括单极天线的实施例，其用于与传导天线元件194建立通信。图6C表示本发明更详细的实施例，其中基底介质层204包含复合介质体，光学透明的无定形硅陶瓷位于接近接触焊垫区域201的接地层区200的邻近区域207内，以便插入传导装置202在上述接触焊垫和传导天线元件194之间建立通信时增强配准。图6C还参考旋涂陶瓷介质层的应用，用于将金属化层和陶瓷层208之间的面、或者介质陶瓷层和另一介质陶瓷层209之间的面的表面粗糙度减小到小于或等于±0.2μm RMS。 

本发明提供的另一装置通过减小组合在天线模块上的介质介面的反射损耗提高天线辐射率。穿过两个介质区之间的介面的电磁波的部分能量根据斯涅耳定律(Snell′s Law)在边界处反射。相对介电常数差异较大的介质边界处， 内部反射很强，从而导致越过介面的电磁传输急剧降低。例如，如果天线元件植入传统的(非特异材料)高 $\mathrm{\κ}({\mathrm{\ϵ}}_R\≅100)$ 介质体，高κ材料和空气 $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅1)$ 的介电密度的差异将导致96％的电磁能量在介面处向内反射，仅有4％的能量越过边界传输，对该结构产生无法接受的低辐射效率。采用低介电常数，例如ε_R≤4.5的有机介质或无定形硅的介质主体，提供增加传输到复合陶瓷介质体内的能量的“空窗”。可以增加介质夹杂物到足够的数量和体积，产生改变天线元件谐振特性的有效相对介电常数(ε_REff)。由于无定形硅同时具备低介电常数(ε_R＝3.9)和超低损耗 $(\tan \∂=2\×{10}^{-5}),$ 所以最好采用无定形硅作为复合介质体的主要材料。包含无定形硅主体的特异材料复合介质与允许传送89％的入射电磁能量的空气形成介质介面，其中上述无定形硅主体包含有重复的合适比例的、其量足以产生有效介电常数 ${\mathrm{\ϵ}}_R\≅100$ 的高κ陶瓷介质夹杂物。能量的11％向内反射回产生能量的介质媒质。强内部反射在无定形硅主体和高κ介质夹杂物间的介面发生，但由于上述主体比辐射波长小，所以该反射主要以上述讨论缺陷谐振器时所述的方式影响波前相位调整。低介质密度和高介质密度材料之间的相对介电常数的值之差减小的介质介面上的传输效率最高。因而如图7A所示，本发明的进一步实施例包含含有至少一个相对介电常数比模块的复合陶瓷介质体196小的低κ覆盖层210的天线模块192，或包含在其中的任意主体介质，其加在改进传导天线元件194发射电磁散射传输效率的复合陶瓷介质体196的辐射面211上，。例如，如果低κ减反射覆盖层210包含具有相对介电常数 ${\mathrm{\ϵ}}_R\≅2.2$ 的聚四氟乙烯(polyflouro-tetraethylene，PFTE-Teflon)，和以无定形硅(ε_R＝3.9)作为主材料的特异材料介质体，则输入到PETE-空气介面的能量有96％经过上述第一介质边界传送，输入到PETE-硅介面的能量有98％经过上述第二介质边界传送。因而，经过复合结构后传送的总能量为94％(98％×96％)。在结构中增加多层低介电常数覆盖层212(图7B)，产生梯级或持续倾斜的介电常数，进一步减小穿过辐射面的内部反射，从而进一步增加电磁传输效率。根据设计目的和复合介质体196中包含的主体介质材料，上述低介电常数层可以包含有机、陶瓷或有机和陶瓷材料的组合物。实施例中有用的详细的较低介电常数层包含内有无定形硅介质主体的复合介质体196，其包括但不限于，或多于至少以下材料聚四氟乙 烯(polyfluoro-tetraethylene，Teflon) $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅2.2),$ 双苯并环丁烯(BCB) $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅2.7),$ 聚乙烯醇缩甲醛 $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅3),$ 聚乙烯醇缩丁醛，Rogers Duroid $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅2.3)$ 和聚酰亚胺 $({\mathrm{\ϵ}}_R\≅3.1).$

参照图8A-8D，用于形成导电天线元件194的导电薄或厚膜天线可以为螺旋形213，对数周期阵列215，水滴形216或片状217(仅为实例的目的表示为圆形)，其带有或没有一个或多个可选择几何形状的间隔或缝状区域或其任意结合，例如正方形219或三角形221，或其任意组合，其由特定设计目的的带宽规格决定。 

再次参照图2，表示调谐天线模块114阻抗、使其分别与功率放大器(PA)的源阻抗或输入阻抗或者低噪声放大器(LNA)(或其他)的可以集成在模块体内的半导体芯片135匹配的方法。上述半导体芯片的源或输入阻抗通常在2-10Ω的范围内，所以，为了调整天线模块115的阻抗与半导体芯片135匹配，需要将导电元件117、123和132置于离地面很近的位置。当半导体的阻抗降到2-5Ω的范围内，且将直径很窄(～18-25μm或更小)的圆形分立导线半径用作电路中的传导元件时，这将更加明显。在该实例中，基底介质层120A/B和131应当包括厚度t大约为1-3μm或更大的高κ介质层(ε_R≥10，最好是ε_R≥60)，以使导电元件117、123和132与包含在金属层133或134(A，B)内的所有接地层分离。 

辐射元件接近导电地面时，通常传输线效率的任何由匹配天线负载阻抗与半导体芯片的输出或源阻抗实现的增益都因辐射元件的无效率而消除。天线设计技术领域的技术人员都知道理想导电(PEC)接地层上的天线元件将其约50％的能量辐射到接地层外，将其另外约50％的能量直接辐射到接地层，其中能量反射回天线元件。反射电磁波的电子元件在从接地层反射时进行180°的相位转换。最好将辐射元件置于PEC接地层上方四分之一波长(λ/4)处，这样反射电磁波的相位将有180°的额外相位延迟，因而会对辐射元件发射的信号相长干涉。因此，从非常接近辐射元件的PEC或导电接地层反射的电磁信号与天线发射的信号实时地相消干涉，导致由于大约50％的辐射能量与接地层反射出的50％的能量相消干涉，而使得辐射体的辐射效率为零或低至可忽略。 

将辐射元件置于构成做为人工磁导体(AMC)的接地层上时，上述情况则相反。现有技术中AMC还以高阻抗面、Sievenpiper面或理想磁导体(PMC)来说明。参照图9A&B，通过将介质体225置于电接地层227上，将电容焊垫阵列229放在电接地层227的反面介质面上，在电容焊垫阵列229与使其同电接地层227通信的电接地面之间插入导电通孔231，从而组成AMC223，其中电容焊垫阵列229以上述导电通孔231为中心。电容焊垫229不一定是如图所示的方形，只要最大物理尺寸l≤P而使得上述电容焊垫之间有尺寸为g的空隙，则可以有任意形状和形式。AMC的谐振特性由介质体225的特定特性和电容焊垫阵列的结构决定。谐振条件下，入射到AMC面的电磁波(EM)的E场分量从接地层反射，相位不变。因此，将天线邻近AMC接地层放置，提高了反射EM分量与具有由天线远离接地层表面方向上的辐射的E场分量相长干涉的条件。因此，将AMC结构集成到天线模块的接地层中，会使辐射天线元件的本征阻抗减小到更接近地匹配PA/LNA(或其他半导体)芯片的水平。由于消除了对阻抗匹配网络和附加损耗产生元件的需求，本发明该实施例使得发射/接收(TfR)模块的结构与传统系统相比，具有更高的系统整体效率。 

图10和图11分别表示AMC面对入射到表面上和穿过表面传播的EM波的特征频率响应。在f₀到f₁的频带内，入射到AMC接地层的EM波的反射系数在反射电场分量中引起从+180°变化到-180°的相位变化，在中心频率f_c处相位变化为0°。频率为f_c时，设置为平行并接近AMC接地层的天线元件的辐射效率达到最大。虽然最好将AMC接地层构建成使f_c与天线的谐振频率一致，但多个频率工作的多个天线设置在同一AMC接地层上时，这并不总是可能的。因而，通常有利的做法是设计AMC接地层，使得置于AMC上的一个或多个天线的工作频率与一频率范围交叠，该频率范围中AMC引起反射电场分量中±90°的相位变化，最好是±45°的相位变化。 

AMC接地层还将穿越AMC面的EM波的平行电磁分量传播抑制在f₂至f₃的频率范围之间。这种平面波模式的抑制从而使多个天线无论是否在相同或相近似的频率下工作，在设置在同一AMC面上时，天线都能各自独立地工作(而不引起干涉)。辐射不与邻近元件耦合的频率范围f₂至f₃是AMC设计的一个属性，不一定与相位变化频带相关或匹配。上述频率范围f2至f3还可以作为AMC能带隙的参考。从而，AMC接地层可以设计成使置于其上的一个或多个天线的工作频带与AMC能带隙交叠。

接地层223的设计主要受以下影响：接地层的表面积，电容焊垫的周期P，电容焊垫229之间的空隙g，通孔231的直径和高度h(长度)，分隔电容焊垫229和导电接地层227的介质媒质225的特性。AMC的中心频率通常由公式决定： 

$f_c=\sqrt{(L/C)}---\left(4\right)$

其中L是导电通孔短于单个电容焊垫229内导电接地层227的产生的感应系数，C是单个电容焊垫的电容。AMC带宽通常受介质媒质225的特性的影响。总体上，介质媒质225具有低介质损耗和低实际介电常数时，AMC带宽较宽。在所有已知陶瓷介质材料中，无定形硅具有最低的实际介电常数(ε_R＝3.9)和最低的介质损耗(tanδ＝2×10^-5)。AMC带宽还因结构中结合高磁导率材料(μ_R≠1)而变宽。谐振AMC结构的大尺寸对于其在移动装置上的应用有实际的限制。如上所述，采用高磁导率的材料用于减小谐振结构的物理尺寸。因而，本发明提供的方法和产品将高介电常数(ε_R≥9.3)陶瓷与高磁导率(μ_R≠1)材料和无定形硅结合，使AMC的物理尺寸最小，而带宽最大。本发明的一个特定目的在于构建与AMC接地层组合，以增加与连接天线元件的半导体模块匹配的阻抗的特异材料天线模块。其他实施例要求AMC接地结构，其包含高磁导率高介电常数介质层和/或植入介质主体或置于其上的夹杂物，主体的损耗正切值小于5×10^-3，或者一般也可能是绿带陶瓷结构。适当的主体包括有机介质，例如PFTE Teflon、Rogers Duroid和Rogers GTek，其典型地损耗正切值在1.5-3×10^-3范围内。本发明一较佳实施例采用无定形硅主体，其损耗正切值为2×10^-5。现详细参照图12A到E详述本发明的该方面，其表示天线模块228，其包含至少一个小阻抗传导天线元件230，天线元件直接置于高κ陶瓷介质层或夹杂物232A上和作为模块接地层的AMC233上，其中AMC233可以包含传统的介质材料或本发明的复合介质体。在另一方面，本发明说明了具有全部或部分包含低损耗介质元件的复合介质体234的AMC233，其损耗正切值小于5×10^-3，最好小于1×10^-3。本发明的一个特定目 的在于AMC接地层233的构建，其包含的复合介质具有从无定形硅、有机介质，ε_R≥9.3的高介电常数陶瓷介质、μ_R≠1的高磁导率陶瓷介质组成的组群中选出的介质元件，其物理尺寸≤80％，工作带宽大于或等于类似设置的、不使用无定形硅或高κ、高μ陶瓷介质构造的AMC。除了以上已详述的外，本实施例可以任意组合复合介质体，其中组合高κ或高μ陶瓷介质作为低损耗介质主体235的分散夹杂物。可选择地，复合介质体234中可以包含陶瓷介质作为高接点常数陶瓷层232B或高磁导率陶瓷层236。陶瓷介质层和/或夹杂物可以置于复合介质体234内的任意位置，最优化AMC的谐振特性，达到特定应用的设计规格。可以通过在有机介质的预制薄片上使用介质层夹杂物、在该结构中钻孔、用所属技术领域的技术人员公知的技术如电镀技术实施金属化，以形成电容焊垫阵列223，通孔231和电接地层227，而构建复合有机介质体234。类似的，复合陶瓷AMC可选择地可以由基底开始制造，例如石英或其他合适的无机材料在列于其上，其中利用粉末化或液体气雾技术类似地施加附加陶瓷/金属化元件。可选择地，AMC介质元件可以完全通过沉积金属化层的气雾喷雾过程制造，如果需要，该金属化层具有可选图案，其中金属化层自身可以包括例如可剥离的薄片的可分离层，或固定在例如互连或半导体芯片的元件表面，得到集成的天线模块。在利用可剥离的薄片组成有机介质体以表明接地层227和接触焊垫240与通孔239(如果需要的话)通信的情况下，最好通过粉末气雾喷雾方法施加陶瓷介质层和/或夹杂物，通过液体气雾沉积施加有机介质。在沉积的介质上钻孔形成通孔。金属化孔，并利用电镀或其他方式形成焊垫阵列。还可以采用金属化薄片制造包含陶瓷主体介质的AMC结构。尽管可以完全利用液体或粉末气雾方法制造陶瓷结构，但采用液体气雾喷雾方法的主要优势在于制备一致性高的介质主体材料，包含无定形硅、氧化钛、纯氧化铝、钨氧化物、铌氧化物、以及上述材料的混合物，以及晶粒尺寸/微结构受控的高κ/高μ陶瓷介质。采用液体前驱物和全陶瓷结构另外的优点在于能够选择利用旋涂层形成极平滑表面237，其在喷雾陶瓷介质和可能置于其上的其他任意材料体(金属、介质、空气)之间的介面的粗糙度小于或等于±0.2μm RMS，增强受介面质量影响的物理特性。如图12A至F所示，天线模块可以选择性地包括置于其上的、包含如图6和7所示的任一或所有特征的附加复合陶瓷介质体238，导电天线元件230可以包含上述偶极天线元件、片状或单极天线。通过可选择地构造为植入AMC体233中的通孔239的馈电点处理与导电天线元件230的通信，使金属化层230与至少一个接触焊垫240电接触，其中通孔239和接触焊垫240与电接地层227和电容焊垫240阵列电绝缘。或者如图12A和D所示，馈电点可以包含横穿高k表面而非穿入AMC体233的传输线241，至少穿过天线模块的侧面243电连接。通孔239、接触焊垫240和传输线241如图12所示放置，但只要使设计特性最优化，其可以在天线模块228中的任意位置。上述通孔由导浆料回填，或最好由钉状柱负载形成与天线元件和接触焊垫的物理尺寸大约相同的通孔结构。但是在一些实例中，有利的是用分立导线保持至少一个接触焊垫240与导电天线元件230的通信。例如，天线元件230由分立导线组成时，最好用连续的分立导线连接接触焊垫240和终端电容222。如图12E所示，通过将导线粘接工具的毛细管插入到激光钻成的通孔中并将导线粘接到至少一个接触焊垫240上，形成球状粘接物244。在该实例中，最好构建高度h大于100微米，大于150微米更好的AMC接地层结构233，使分立导线可以具有能使导线沿AMC面折叠缝合的弹性弯曲点245，如图5A-J所示。对于避免由导线末端燃烧熄灭产生的球状物引起的分立导线的机械性弱点，上述最小高度较佳。燃烧熄灭过程中产生机械性弱点的区域246被导线粘接技术领域的技术人员确定为热影响区(Heat Affected Zone，HAZ)，其可以根据燃烧熄灭条件从球状物向外延伸100-150微米。在导线的HAZ部分的结或弯曲部断开的导线具有高影响范围，所以最好在将导线弯曲到平行于AMC(或其他)接地层结构前，使沉积导线的长度大于HAZ。接触焊垫240和分立导线天线元件的终端焊垫222电接触后，钻成的带分立导线和球状粘接物244的通孔随后由介质主体材料247填充。 

天线设计技术领域的技术人员应当知道，在天线阻抗的无功分量接近0的多个频率下，谐振天线元件性能增强。例如，谐振偶极输入阻抗的无功分量在谐振频率处为0值，确定上述频率，其中偶极臂的组合长度l为多个排列顺序的频率半波长： 

l≈{λ_R(n+1)}/2，n＝0，2，4，...                (5) 

结果，天线模块(构造为192或228)设计成专用于在主谐振频率下工作，还易于受高阶谐振频率的影响。在偶极的实例中，主谐振频率的波长为λ_Ro≈21，，，但对具有相应于λ_Rn≈2l/(n+1)，其中n＝2，4，6....，波长的电磁频率的信号很敏感，不能适当滤波时其会引起噪声和干涉。在无线通信系统上展开的天线模块通常被邻近天线模块的附加微电子元件包围，其将辐射具有与主谐振频率和高阶谐振频率的相应的电势的杂散信号。本发明一特定目的是构建如图6和12所示的元件数目减少的天线模块，其不需要附加元件绝缘主要影响无线通信装置的信号。为达上述目的，可以将实施例中可选择地加到192和228上的复合介质体196和238分别用作频率滤波器，抵制近远场源发出的高阶谐振频率，以及位于模块的导电天线元件旁边而不是正前方的微电子元件发出的谐振频率上的杂散信号。 

可以将复合介质体196或238构建为电磁能带隙(EBG)特异材料介质，建立抑制上述杂散信号的方法。参照图13和14，EBG特异材料介质251包含低κ主体介质主体255中的高κ介质夹杂物253的周期阵列。EBG产生波长为X₀的电磁(EM)频率的截止频带257，该电磁频率可与介质夹杂物253之间的周期性间隔P相比较。低介电常数主体介质255中包含的介质夹杂物253对入射到其上的EM波强散射/反射。夹杂物之间的周期性间隔P使散射分量与没有入射到夹杂物上的传输EM波分量相消干涉时，电磁波传播被阻止，上述频率范围在波段的较低截止频率f_l和波段的较高截止频率f_U之间。截止波段典型地以波段中心的频率f_c为特征。EGB截止波段257的带宽作为与介质夹杂物253ε_R(incl)和低k介质主体255ε_R(host)之间的相对介电常数比率的函数而变化。介质夹杂物和介质主体之间的相对介电常数比率处于10≤ε_R(incl)/ε_R(host)≤50范围，且使用低损耗介质形成夹杂物和主体时，宽频段内的相消干涉的条件通常达到最佳。用气雾喷雾将可选择的基底主介质层255A加到基底248上制成EBG特异材料复合介质251。基底248可以是单独的介质或导电层、或作为天线模块、半导体芯片、微电子装置等的一部分的这样的层、或者可以是分隔EBG特异材料复合介质251和作为自由体的基底248的牺牲层。本发明采用有机介质作为EGB特异材料复合介质体196/238的主体材料，最好是低损耗有机的，如Rogers Duroid、GTek或PFTE Teflon，或 者陶瓷介质，最好是损耗小于5×10^-3的陶瓷介质。在需要大幅减小天线模块(与自由空间等同的相比)时，据称相对介电常数ε_R＝90损耗正切为9×10^-4的氧化钛、钽氧化物、纯氧化铝或任何与无定形硅的混合物用作介质主体介质都很适合。介质夹杂物253可选择地沉积在可选的基础主介质层255A或基底248上。同有机媒质或无定形硅一样，氧化钛(TiO₃)是低介电常数主体介质中的较佳介质夹杂物253材料。介质夹杂物253可以具有任意的形状、陶瓷成分和物理尺寸，使特定设计目的的截止波段性能最大化。波长为X₀的电磁波中心频率f_c用于确定波段位置。一般而言，周期P不能大于0.15λ_c或小于0.05λ_c，最好是不大于0.12λ_c或小于0.08λ_c。高κ介质夹杂物253可以设定为任意几何形状，矩形、圆形等，包含具有一致的介质特性的单一陶瓷成分，或多种陶瓷成分，其中夹杂物的介质特性根据夹杂物阵列中的相对位置相应地改变。通常较佳地是根据主要尺寸a和次要尺寸b确定夹杂物252，其中长轴不大于0.075λ_c或小于0.025λ_c，最好不大于0.06λ_c并小于0.04λ_c，次要尺寸b通常在0.5a到0.01a范围内，最好是0.25a到0.075a范围内。通过数字分析选择不同参数P，a，b和ε_R(mcl)，以抑制由邻近元件杂散散射产生的干涉信号穿过模块并屏蔽天线元件。在组成有机介质主体的实施例中，利用气雾粉末粉雾沉积形成夹杂物253。可以将各种方法应用于选择的位置，例如遮罩喷雾，或喷雾成同一层，并利用光刻方法暴露合适的夹杂物形状和尺寸以便可选择地除去部分喷雾层在全陶瓷的实施例中，雾化粉末沉积方法也可以用于形成夹杂物，但是，液体气雾沉积方法对于超微结构控制和更快的处理速度而言更好。液体气雾的陶瓷喷雾还可以通过遮罩施加或利用光刻过程实施，但是，以夹杂物的复杂度(多种介质组分)作为设计目的时，最好采用喷墨喷雾沉积方法增加制造效率。采用激光清理方法保证夹杂物的尺寸和形状达到设计容许公差。利用液体或粉末气雾技术，将介质主体材料加到组件中完成EBG特异材料介质251。在全陶瓷的实施例中，可以将表面粗糙度≤±0.2μm RMS的旋涂层可选择地加在介面247和249上以增加设计容许公差。 

现参照图15和14，表示还包含至少一个半导体芯片259A和散热器260的天线模块258，其与互连电路261和附加半导体芯片259B、C通信，其中至少一个EBG特异材料介质体262邻近天线模块258放置，以绝缘附近的半 导体芯片259A、B或天线模块辐射范围263外的分立EM源254发射的杂散电磁信号252。EBG特异材料介质体262还可以作为介质屏蔽层262A，即任何连接或邻近天线模块的互连电路261的一部分，或固定在容纳上述电路的容器上(图中未示)的屏蔽材料。电磁散射的频率落入截止波段内，EBG特异材料介质体将完全无效。对传统的由地面回路微扰引入的系统和相位噪声的屏蔽方法来说，这提供了更好的选择。应该将该用途的EBG特异材料介质体262安排为截止波段257为，从低于天线的基谐振通带(n＝0)的低截止频率f_L，延伸到高于通带的高阶(n＝2，4，6，...)谐振频率f_R2，f_R4，f_R6，...等的高截止频率f_U。 

参照图16，17和18，本发明另一实施例表明了包含导电天线元件265的天线模块264，基底介质层270将其与金属化层266分隔，金属化层包括用作接地层267的部分和通过传导装置269电接触传导天线元件265接触焊垫268。该实施例还包含复合介质体271，由介质主体272和多个相对介电常数大于介质主体272的介质夹杂物273组成，其中将复合介质体271构建为用作EBG缺陷谐振器并将导电天线元件265置于复合介质体271的无夹杂物区273中。EBG谐振器包括标准EBG251(见图13)，其具有至少一个从主体介质255包含的周期阵列中除去的介质夹杂物253。缺陷谐振器实质上将电场限制在截止波段的中心频率f_c四周频率的窄通带277中传播，EGB特异材料不包括有缺陷的“无夹杂物区”时出现截止频带。结果是无夹杂物区使得EBG截止波段分为低截止波段279(f_Llower和f_Lupper之间)和高截止波段281(f_Ulower和f_Uupper之间)。通带频率的EM场分量强烈地局部化到无夹杂物区内的区域，在最近的第一列夹杂物273外延伸的第一周界283内(从无夹杂物区中心大约一个(1)周期P的距离)减弱5-20dB，在最近的第二列夹杂物273外延伸的第二周界285内(从无夹杂物区中心大约两个(2)周期P的距离)减弱≥40dB。场局部化和窄通带277的宽度是高κ介质夹杂物273和介质主体275的实际介电常数比率ε_R(incl)/ε_R(host)的复函数。用于形成复合介电体264的介质减小损耗正切时，获得较好的局部化和频率滤波。本发明的上述实施例中，将导电天线元件265置于无夹杂物区273的中心，复合介质体提出了两个目的：一方面，将其用作高有效介电常数介质，在辐射耦合效率变高的同时使天线元件的尺寸变小， 另一方面，其为天线元件屏蔽了不需要的信号噪声和干涉。在该实例中，最好调整谐振导电天线元件265使其基谐振频率f_R0与EBG缺陷谐振器的中心频率f_c相近(≤±2％)。通常，在从谐振解调以达到特定的设计目的时，不可能将天线的全窄波段曲线设计为与频率一样尖锐。本发明的一特定实施例包含天线模块264，其中将设置作为缺陷谐振器271的复合介质体设计成具有比天线元件的谐振波段曲线285窄的窄通带277。本发明较佳实施例利用EBG缺陷谐振器结构，其采用介质主体273和高κ介质夹杂物273中的低损耗(损耗正切值≤5×10^-3)材料。该实施例包含Rogers′Duroid，GTek或PFTE Teflon有机介质，以及作为主体材料的低介电常数无定形硅陶瓷，以及低损耗氧化钛(TiO₂)为基础的夹杂物介质。或者可选择地利用小浓度(0-5mol％)的钽氧化物(Ta₂O₅)、锆氧化物(ZrO₂)、钕氧化物(Nd₂O₅)、铪氧化物(HfO₂)和铅氧化物(PbO)添加剂修饰上述氧化钛夹杂物混合物，获得最佳介电常数比ε_R(incl)/ε_R(host)，通过在钛氧化物前驱中混合上述添加物，喷雾沉积以形成高κ介质夹杂物周期阵列。上述添加剂量的增加使得上述喷雾高κ介质夹杂物与无定形硅主体的相对实际介电常数的比率在25≤ε_R(incl)/ε_R(host)≤40的范围内。 

对选定的EM场极化来说，通常需要使模块效率最大化。图19表示偶极天线，其具有臂301A、301B和位于EBG特异材料介质缺陷谐振器307中心的无夹杂物区305中共同放置的与其关联的连接馈点303A、303B。偶极的臂301A、302B是直的并可以定向，以使高κ介质夹杂物309的主尺寸a平行于臂301A、301B的主尺寸。如图20所示的另一结构中，天线可以是折叠偶极315，位于EBG特异材料缺陷谐振器313的无夹杂物区311的中心，使折叠天线臂316A、316B在x和y方向上的传导部分近似等长，因此，天线可以接收圆极化、或交叉极化电磁波。在该实例中，高κ介质夹杂物317可以以交叉杆(+)的形状植入介电常数减小的主介质319，其具有排成平行于折叠偶极臂316A、316B的主尺寸的两个主轴。可选择地，可以在EBG特异材料缺陷谐振器325的无夹杂物区323中或其上方设置一个或多个螺旋形或圆形天线元件321(见图21)，高κ介质夹杂物327的形状可以是圆柱对称的，与圆形或螺旋形天线元件产生的电场模式一致，在上述无夹杂物区的中心并穿过其同样具有它们的馈点。在EBG特异材料缺陷谐振器的无夹杂物区的中心组 合有天线元件的各个实施例中，最好在上述无夹杂物区周围提供包含至少两排高κ介质夹杂物的特异材料介质阵列。 

现说明四个非限制性方法，根据本发明，利用该方法，包含至少一个PA/LNA(或其他)半导体芯片135的无线电路模块115可以通过互相连接的电互连结构连接天线元件114(见图2B)。参照图22，半导体芯片329可以是通过导电装置331直接安装到天线模块333的倒装芯片，其中接触焊垫328植入基底介质层327的表面，以使介质材料332置于用于形成接触焊垫328的金属化层和接地层336的结构之间，使得接触焊垫328和接地层336不从天线模块的面339上突出。粘接的固体底部填充剂330保证芯片位于模块上，并保护金属接触免受环境腐蚀。上述结构仅适用于芯片的信号输入/输出(I/Os)设计并安排成与天线I/O匹配而不需要如图2B所示的各自相互连接电互连结构137，或将相互连接的电互连结构集成到半导体芯片329/135中。但是，这种情况很少，通常需要在芯片135和天线模块114之间提供相互连接的互连结构137以完成无线电路模块115。虽然本发明说明了电互连结构137的新颖的实施例和方法，市场上现有的一些由有机或陶瓷介质构成的、与插入的互连结构互相连接的结构也可以使用并落入本发明的范围内。传统的互连结构包括从介质面100突出并需要使用焊接遮罩107完成倒装法安装的接触焊垫101(见图1)。用倒装法安装芯片时，使用焊接遮罩107通常会使能可靠应用的焊垫的密度达到上限。高焊垫密度的半导体装置通常装在互连网络的背面，利用导线连接建立芯片上的高密度焊垫和电互连电路之间的电连接。在移动平台中经常采用无线电路，有利于电路的尺寸/管脚最小化。因此，需要改进装置以消除焊接遮罩107在高密的半导体芯片倒装安装到无线电路模块中使用的需要。此外，目前可用的互连结构还包括焊垫结构，其物理尺寸与电导通的导体线路和通孔实质上不相同，从而会产生较高信号频率下互连结构内部的不希望出现的信号反射和损耗。 

现参照图2B-D和23A-E，说明本发明的一目的，其提供了无线电路模块115，包含天线模块114，互相连接的电互连结构137，植入基底介质层120表面的接触焊垫124使得介质材料341位于形成接触焊垫的金属化材料和接地层结构之间，这样接触焊垫和接地层不从互相连接的互连结构表面或天线模块突出。本发明进一步的目的是使接触焊垫124/238的尺寸约等于其与其保持通信的传输线路的尺寸。图23A-E说明将互相连接的电互连结构342构建为分离体的方法，其通过在固定在基底装置350上的剥离金属薄片345表面上沉积基底介质层343，基底装置为在其上构建的组件提供热控制和机械稳定性能。接地层结构347和用于连接具有电互连结构的半导体芯片内部接触焊垫349A以及用于连接系统与电互连结构342的外部接触焊垫349B都制成剥离金属薄片的电镀薄膜。基底介质可以包含无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、钽氧化物及其混合物，或者其也可以包含将无定形硅或有机聚合体组成主体介质的特异材料介质。为了将极窄直径的导线做成低阻抗(2-5Ω)传输线路，基底介质层应包含高κ陶瓷氧化物(如图6所示的层173)。但是，上述基底介质层还可以包含具有所需有效介电常数的特异材料介质体，最好是具有均一介质特性的高κ陶瓷组成的基底介质层。孔351A、351B钻入基底介质层343，以暴露接触焊垫349A、349B，其上附有传导装置，最好是钉353A、353B。用导电墨水或浆料粘贴用于形成垂直电接触的金属终端焊垫355A。在导电装置353B附近可以选择使用终端焊垫355B以确保与外部线路349B通信的质量。可以采用与上述说明类似的安置分立导线导电元件的方法构造分立导线传输线路357A、357B，只是上述作为导线终点的电容焊垫在这里还包含用作传输线终点的终端焊垫355A、355B。终端焊垫355A、355B最好与传输线路357A、357B，也可选择与钉353A、353B的尺寸大约相同。如图23B所示，还可以采用可选择地包括感应薄片的导电墨水或浆料制成的传统线路结构358A、358B电连接回填孔352A、352B和终端焊垫355A。利用网版印刷技术在植入的导体结构上沉积第二基底介质层359，和可选择的图案化的接地层结构361完成互相连接的互连结构。可以通过第二基底介质层359钻出井363A、363B，以暴露终端焊垫355A、355B。虽然为了使通孔结构的物理尺寸最小化，最好在井上沉积钉365A、365B，但是还可以通过在井363A、363B中填充导电材料垂直连接互相连接的互连结构的顶面。通过从组件中除去剥离金属薄片的载体层和截止层完成互相连接的互连结构，得到如图23C所示的结构。包含有如图2D所示的附加低损耗介质层126的互相连接的互连结构组件从组装在图23A和B中的基底结构354直接延伸。参照图23D和E，将从由无定形硅、纯氧化铝、氧化钛、钽氧化物及其混合物组成的群组中选出的低损耗介质层356，或者包含有机、无定形硅或纯氧化铝主体介质的特异材料介质加到基底结构354上。较佳实施例为在用于垂直互连的终端焊垫355A附近喷雾成光学上透明的无定形硅360A、360B沉积区，从而可以在高精度激光钻孔技术中使用自动光学成像(AOL)技术，构建用导电装置填充的通孔362，该装置可以是金属电镀、圆钉堆(如图23D所示)或回填的导电浆料和墨水。通过应用传输线357A/357B，可选择地应用终端焊垫355A以制成另一垂直互连结构和第二基底介质层359，完成互相连接的电互连结构340。如图23E所示，通过在第二基底介质层359上钻孔364，在用于形成基地层区370和接触焊垫区372的顶部金属化层368插入包含钉、电镀金属或回填的导电浆料和墨水的导电装置366，并将组件结构与用作支承结构的热/机械基底的牺牲体342分隔，来完成互相连接的电互连结构340。 

在某些实例中，需要除去组合在互相连接的电互连结构中的传输线路间在特定频段上的感应耦合和误接干扰。参照图24和23A-E，构成基底AMC接地层374时使用上述组成AMC接地层(见图12A)的方法，在接地层上方组成互相连接的电互连结构376。基底AMC接地层374代替上述牺牲层342，提供了一种抑制表面模式的装置，该表面模式会引起导电连接AMC面378上相邻组件、例如传输线的邻近元件间产生感应耦合。因而基底AMC接地层将减小误接干扰的互相连接的电互连结构380集成为整体。 

参照图25A-D，可以使用接线方法产生电连接PA(或其他半导体)芯片并使其与天线(或其他)电路机械分离的互相连接的互连结构。可以利用缝粘物369A、369B的方式将导线367A、367B固定在井373A、373B底部的终端焊垫371A、371B上，可以缠绕以控制导线的长度，使其从第二基底介质层377的顶面375突出。利用燃烧熄灭技术可以在导线末端形成球状物379A、379B。所述的导线结构有时参考“翻转的球状连接处”或“T形高尔夫球”。利用所属技术领域的技术人员认为是添加聚合物类有机材料涂覆物381A，381B涂覆翻转球状连接处的球状物和导线，在其加热到热解温度前保持完整的特性，在该温度下其他聚合物彻底地分解，在涂覆表面剩下测不出的残余。通过在第二基底介质层377的顶部表面375上加以金属有机前驱物的液体涂覆物383的 陶瓷氧化物，完成互相连接的互连结构，其量足以填充井373A、373B并在翻转球状连接处产生至少比翻转的球状物的高度高25％的液体涂覆层。(见图25B、C)。为了使液体金属有机先驱物涂覆层383热分解为固体陶瓷氧化物层385(如图25C所示)，增加的聚合物涂覆层381A、381B的热解温度选择为超过250℃。选择性地使用接地金属化层387。将结构加热到250℃以上，而后从翻转球状连接处除去增加的聚合物涂覆层381A、381B，暴露出置于机械保护井389A、389B中的球状物379A、379B，从牺牲层342中分开互相连接的电互连结构。上述互连结构的构造解决了RF电路经受的重要机械问题。通常，PA(或其他半导体)芯片产生大量热量(≥10W)。硅基底芯片的热散射系数较低(CTE＝2.6×10^-6℃^-1)。连接到传统的互相连接的、典型地具有大约为CTE＝8-10×10^-6℃^-1的热散射系数的带铸件互连结构时，RF放大器芯片产生相当大的修剪压力。因此，热量产生放大器(或其他半导体)芯片可以连接到由无定形硅(CTE≈1×10^-6℃^-1)形成的互相连接的互连结构。但是如图25D所示，在必须将PA(或其他半导体)芯片391电连接到电路元件393的实例中，半导体芯片391和其他电路元件393的CTE极度失谐，但电路元件393和插入的连接器之间有良好的CTE匹配，可以包括互相连接的电互连结构395，其包含在CTE失谐元件之间提供机械分离的电连接的翻转球状粘接物379A、379B，翻转球状粘接物在上述其他聚合有机材料分解后保存的井389A、389B中机械弯曲。 

图26A说明无线电路模块115的另一可选实施例，其中巩固了本发明说明的组装天线模块(见图5A-J，图12A-E及图6A-C)的方法和其他形成互相连接的电互连结构(见图23A和E及图24)的方法，制成了包含基本的陶瓷天线部分388和集成到模块体中的互相连接的电互连结构390的天线模块386。在该实施例中，无线电路模块392由与天线模块386通信的一个(或多个)半导体芯片394组成。 

参照图27A和B，表示由于气雾喷雾形成的陶瓷的低沉积温度(≤450℃)，以晶片的比例集成在单个半导体芯片397上的无线电路模块396单片。无线电路包含植入半导体晶片399中的集成电路398、电互连结构400和天线模块401。参考线402确定的电路电池被定为识别单一集成电路398的实际边界， 并标记划分半导体晶片399形成单个芯片397的位置。采用上述方法，在划分晶片半导体399前，电互连结构400和天线模块401部分的无线电路模块396构建在单一芯片397的每个集成电路398上方。为了使无线电路模块396电连接直接远离芯片，穿过参考线402的导电装置403可以在芯片成型前可选择地植入电互连结构400，使上述导电装置403一直暴露在成型的芯片表面404。本发明的低工艺温度提供了制备全集成结构的方法，而实质上不需要改变微量掺杂物或植入、扩散或沉积在半导体材料中或其上的材料结构。全集成的结构可以在硅基底晶片(MOS或CMOS)、硅锗半导体、III-V族复合半导体、II-VI族化合物半导体和碳基底半导体上组装。 

许多无线系统在多个频段上发射并接收数据。例如，现在的设计为在北美工作的手机典型地、但不是必须地，在以860MHz为中心的AMPS波段处理一些声音通信，而在1850-1930MHz的PCS波段处理其他声音和数据通信。一些手机还分别在位于400MHz、800MHz和1800MHz频带内的GSM-400、GSM-800和GSM-1800的GSM频段内提供全球通信服务。其他手机可以沿无线互联网接入802.11a，b，g(2400MHz和5000MHz)或2200MHz的全球定位系统提供部分或所有上述通信协议。通常将给定频段分为发射(Tx)和接收(Rx)波段，AMPS Tx模式在824-849MHz下工作，Rx模式在869-894MHz下工作。传统的天线组件带宽与两个或多个上述通信波段交迭，从而需要在RF前端安排大量滤波和转换功能，增加了成本和原始设备制造商的复杂度(OEM)。图28表示有代表性的电路框图，与现有技术的手机或其他无线设备组件中的典型多波段RF前端大致相同。未在图中详细说明的其他元件中，上述天线组件405通常包括天线407、包括(其它组件中的)一个或多个从上述天线接收频率中分离感兴趣频率的双工器的滤波器409、将信号通路从发射模式转到接收模式的的扳扭开关411、阻抗匹配网络信号绝缘体413、(接收端信道的)低噪声放大器414和与信号处理单元和/或无线电收发控制器电连接的(发送端信道的)功率放大器415。增加元件的其他通信频率和服务时，上述电路的整体复杂度和成本都增加。 

现有技术中RF前端元件通常可以占据相当大的管脚并包括大部分加在转换成本上的价值。它们还会引入明显消耗功率的信号损耗。例如，通常用 于在特定波段中将无线电功能从Tx模式转换到Rx模式的SAW滤波器典型地产生3dB的能量损耗。设置如手机的移动平台时，传统设置的前端的所有上述性质全部都是希望出现的。因此，移动平台的应用中所需的方法要减小尺寸、以及转换的成本和能量损耗，并提供与传统RF前端一样的功能。具体说，RF前端不需要SAW过滤器的方法将分配的功率预算扩大50％(3dB)。现说明用于RF前端模块的三个非限定性方法，通过组合至少一个仅在特定通信频段中调谐的频率选择天线，减小元件数目、形状因素或能量损耗。图29A表示了第一个这种实施例，通过采用各自具有特有频率的天线408A，408B，......，408N，将其调整为模块工作设计需要的每个通信带宽，多个波段RF前端模块406不需要滤波器409绝缘不同的通信能带。各个具有特有频率的天线408A，408B，......，408N依次通向开关410A，410B，......，410N(参照图29B、C)，可选择地在发射412A和接收412B信道间转换，例如无线或蓝牙通信波段416，或在802.11(或类似)无线通信波段420的情况中用于发送和接收的单一低噪声信道418。如果必要的话，多波段RF前端模块406可以可选择地包括阻抗匹配网络413、接收端的低噪声功率放大器414A，414B，......，414N、发射端的功率放大器415A，415B，......，415N和(可选择的)收发/单信号处理芯片417。图30表示另一可选RF前端模块419的结构，本发明提出阻抗匹配和高Q天线特性，其中将单频选择天线调整为特定的发送或接收频率，从而消除对滤波器、隔离器和存储器组件的需求。该实施例包括功率放大器组421A，421B，......，421N，其直接与调整成每个发送频率的带宽的频率选择天线422A，422B，......，422N通信，低噪声放大器组423A，423B，......，423N，其与将带宽调整为每个接收频率的频率选择天线424A，424B，......，424N直接通信，以及可选择的信号处理/收发芯片425。 

用于软件无线电的多频率RF前端427的一个可选低复杂度结构如图31所示。在该实例中，用电压控制振荡器429A、B用于调整发送端单一功率放大器431的振幅和相位输入，在信号发射需要的频率f_T1，f_T2，......，f_TN合成调谐信号。功率放大器431的信号输出端直接与频率选择天线阵列433A，433B，......，433N电接触，其中将阵列中每个频率选择天线调整为在信号输出需要的频率f_T1，f_T2，......，f_TN中的一个上具有窄带谐振。在包含频率选择天线 阵列435A，435B，...，435N的接收端实现类似的结构，其中将每个上述频率选择天线调整为具有信号接收需要的频率f_R1，f_R2，......，f_RN中的一个的窄带谐振，并且可以包括调整为在全球定位系统(GPS)需要的频率f_RGPS＝2.5GHz谐振的附加频率选择天线437。分别构造接收器阵列，使其直接电连接低噪声放大器439并与无线装置的发射端电绝缘。到达中央处理单元443前，可以通过信号混合或滤波器441可选择地引出低噪声放大器439的输出，分离需要的用于信号接收的各个频率f_R1，f_R2，......，f_RN，和f_RGPS。 

目前，需要在手机中采用声波过滤器以在发射(“说”或“发送”模式)和接收(“听”模式)间转换，这在给定的期限内的特定时刻，将移动平台和广播塔之间的信号限定在一个方向。移动平台或者处于其听模式，或者处于其说模式。上述通信协议用于模拟声音，也用于数字声音和数据流，公知为半双工模式。电信服务供应商发现了越来越多的向移动终端传输内容的请求。半双工模式通信带来的限定限制了高级内容服务，例如可流向通信链的两端的双向音频视频流的质量。因此，视频电话通信通常表现为波浪形或锯齿形。如图30和31所示的RF前端结构的性能使其可以同时在多个频率下全双工通信，而不需要大量信号处理和植入软件，可以构建高Q频率选择天线仅在发射频率信道进行语音/数据通信，而不干涉接收频率信道获得的语音/数据通信。从而，在此所述的RF前端结构在无线通信设备服务中非常有用，例如，作为WCDMA和/或WEDGE 3G通信协议中特别需要的、一个或多个同时工作的无线通信频段下的全双工模拟或数字语音/数据流或双向音频视频流。 

高Q电路的实际应用中的基本问题是需要保持参数稳定。植入了天线的高κ介质体的相对介电常数的精确值ε_R对天线元件的频率调谐影响很大。长度为1的偶极天线元件的中心频率f₀的变化约为： 

$f_0\∝c\×1/\left(2\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_R}\right),---\left(6\right)$

其中c是光速。例如，如果天线元件所植入的媒质的有效相对介电常数ε_R＝100，对于有效介电常数ε_R＝110或90有10％的改变，则会使f₀约改变20％。对于相对介电常数为ε_R＝101或99的1％的改变将使f₀约改变0.5％。因为通带很窄(1％或更小)，制造容许公差或散热改变的任何波动都将使有效介电常 数的值ε_R不期望地改变1％或更多，因为其将使天线需要的通带调谐445偏移出如图32所示的需要的通带447。三个基本参数将改变植入了天线元件的介质特异材料的有效相对介电常数的值ε_R。第一个是特异材料介质中加入的高κ材料的分体积。本发明利用沉积技术控制高κ材料的分体积的体积容许公差在±0.1％以内。也可以采用能十分精确地控制介质夹杂物的位置和喷雾体积的喷墨喷雾方法。还可以对喷墨介质夹杂物实施激光焊接技术，以保证体积容许公差保持在±0.1％以内，最好是±0.05％以内。 

第二个参数涉及加入介质特异材料中的高κ材料成分的一致性。高κ材料最好含有单一金属氧化物成分和单一化合价状态，例如五氧化二钽(Ta₂O₅)、氧化锆(ZrO)或氧化铪(HfO)，因为如果先驱物的冶金纯度水标准值大于99.99％，最好是99.999％，则相对介电常数ε_R不会有大的依赖合成物的波动。最好也需要公知的其他具有多化合价状态的单一成分高κ材料，例如铌氧化物(NbO，NbO₂，Nb₂O₅)或钽氧化物(TiO，Ti₂O₃，TiO₂)，因为氧化还原的工艺条件足以维持喷墨沉积中化合价一致，且先驱物的冶金纯度水标准值大于99.99％，最好是99.999％，则相对介电常数ε_R不会有大的依赖合成物的起伏。相对介电常数相当低的，典型地为ε_R≤90的单一成分高κ材料需要上述材料的相对高的体积部分，用于获得特异材料介质，其具有对许多设计而言并不是最理想的适当的有效相对介电常数。因此，在许多情况下，最好采用基本相对介电常数ε_R≥200的多组分高κ介质材料。多组分高κ介质材料可以包括，但不限于其组成为(Ba_XSr_1-XTiO₃)钛酸锶钡(BST)陶瓷，其组成为(Ba_XSr_1-XZr_YTi_1-YO₃)的锆钛酸锶钡(BSZT)陶瓷或其组成为(Pb_XLa_1-XZr_YTi_1-YO₃)的锆钛酸镧铅(PLZT)。采用上述陶瓷化合物的重要缺点在于其易于因化合物的均一性而剧烈波动，对微观和可见范围内的相对介电常数有很大影响。对于粉末加工的陶瓷而言更是这样。但是液体气雾喷雾技术使溶液中无数先驱体在摩尔量级化学混合。再在喷雾热解沉积中达到多种先驱体中上述化学均匀性的分布程度，用到目前为止未确定的高化学均匀度产生极高复杂度的化合物。 

本发明公开的影响高Q天线结构的温度(和频率)稳定性的第三个参数涉及对特异材料介质中加入的材料的温度依赖性。为了在手机中使用，天线 模块必须在-40℃到85℃的工作温度下保持中心频率。为达到上述性能标准，构成特异材料介质的材料应当有热依赖性，如果在室温(20℃)下特异材料的有效介质常量ε_R＝100，其介质常量的改变小于 

使得温度极限时，相对介电常数的改变为±1％。这是对高κ介质材料的具体情况。在规定的温度范围内，无定形硅的膨胀系数和介质常量的热依赖性在上述容许公差内，使其成为特异材料介质体的理想主体。高κ陶瓷，具体说是多成分化合物更有问题，突出了对液体气雾喷雾沉积技术的需求。图32(引自卫斯，铁电体，102，53-68(1990))与由金属有机液体前驱物制备的BST陶瓷的相对介电常数的热依赖性相关。金属有机分解后，液体前驱物制备的高κ陶瓷随即具有无晶体结构的无定形结构。随后的加热处理提高了晶体的品质。见图33中最下方的曲线449，很短的烧结周期(900℃时≤10分钟)产生晶粒尺寸(  35纳米(nm))极细的陶瓷。上述小晶粒尺寸将相对介电常数减小为ε_R＝200，与更长周期(900℃时20分钟)中产生的中等晶粒尺寸( 

100纳米(nm))的陶瓷出现的更典型的值 ${\mathrm{\ϵ}}_R\≅400$ 不同(见图33中的中间曲线451)。对陶瓷晶体结构加热处理更长时间(900℃时30分钟)，产生更大的晶粒尺寸( 

200纳米(nm))和更高的介电常数的值  ${\mathrm{\ϵ}}_R\≅1000$ (见图33中的上部曲线453)。但是，大晶粒尺寸也提供了相对介电常数的热依赖性，其与介质对温度的稳定响应矛盾，该温度为制造在-40℃到85℃的温度范围内有效的高Q天线所需要的温度。在一较佳实施例中，可以使用最大标称晶粒尺寸≤0.050微米(50nm)的高κ陶瓷夹杂物，以得到作为温度函数的有效介电常数的改变 

的复合介质体。在另一较佳实施例中，将最大标称晶粒尺寸≤0.035微米(35nm)的夹杂物加入复合特异材料介质体，以得到作为温度函数的有效介电常数的改变 

的复合介质体。用于粉末基底气雾喷雾的最小晶粒尺寸约为50微米，因而本发明最佳方法是利用液体气雾喷雾达到更好的控制高κ陶瓷微结构中最重要的晶粒尺寸。利用激光、红外光或紫外光源的快速热退火技术的使用更好地控制晶粒生长步骤中传递到陶瓷上的能量。 

上述天线模块和制造方法在需要重量轻、尺寸紧凑、耗能低的RF应用中很有价值，例如空载雷达、车辆雷达和移动通信系统。在此说明的陶瓷天线 模块的辐射方式为从包含天线元件的半空间中穿出。精确的辐射方式是天线元件的形状、用于形成辐射方式的天线元件数目、以及相对于导电天线元件的位置和植入主体的陶瓷夹杂物的相对介质特性的函数。如图34所示，可以利用上述天线模块发展用于宽带通信系统的窄板型(low-profile)用户端设备(customer premises equipment，CPE)类无线电广播设备。许多上述系统中使用的信号频率大于或等于2.4GHz。上述频率在空气和窗玻璃中良好地传播，但因墙壁和其他建筑结构而急剧衰减，产生”最后一英里”(last mile)的宽带无线传输系统的问题。许多”最后一英里”的无线系统需要使用大的碟形天线或不会引起家庭用户兴趣的其他天线系统。本发明将CPE电波设备455的解决方法结合到窄聚焦的辐射曲线459的高增益陶瓷天线模块457中，模块直接朝向网络基站461传输塔，用于管理基站和用户建筑间的无线收发机的功能。窄板型CPE电波设备455置于可见到基站传输塔461的窗463上，或不能直视(NLOS)的位置的强反射点上。CPE电波设备455还包含具有在用户终端中广泛扩散/探测信号的辐射方式467的第二天线模块465。如图35A和B所示，本发明的陶瓷天线模块的方向灵敏度提供了提高无线安全性的方法。由于电磁辐射471将从网络中暴露的用户终端473延伸到安全黑客附近，所以无线局部区域网络通常对安全威胁和不期望的网络敏感。包含具有一个或多个接收天线元件的接收天线模块479的小尺寸架构收发单元477的范围475，用于探测从该终端473内发射的电磁散射481。电磁散射481穿过放大器483，该放大器使相位反转(相位改变180度)，并通过发射天线模块487在与电磁散射481相同的方向上重新传播相位反转了的电磁信号485。适当调谐的放大器483传播的相位反转信号具有使得原信号与反转信号之间的比率小于0.05dB的振幅。网络电磁散射487和相位反转信号485相位相消，使得用户终端473发射的信号在安全范围475外减小到无法探测到的限度。 

本发明能够减小天线元件和天线元件阵列的物理尺寸，因而在移动平台，特别是手机和膝上型电脑的宽带无线通信中有效用。对于通信波长谐振天线的长度(≈75cm-37.5cm)大于该装置，在400-800MHz频段中的宽带通信更是这样。图36A和B说明天线模块在膝上型电脑489中的使用，其中膝上型电脑主体489中的天线模块490A、B、C邻近键盘492，位于顶部490A或侧 面490B。可选择地，天线模块493A、B还可以置于包含显示屏494的膝上型电脑主体的后(顶)侧。通常需要邻近第一天线模块493A的第二天线模块493B来解决输入信号中的空间差异性。在同一模块中可以安置频率很高的天线对。在手机应用中，更频繁需要解决部分用户工作中的移动的全方向天线系统。如图37A和B所示，需要用两个天线模块494A、B在全方向覆盖，在模块的接地层确定的半平面中，每个模块都辐射/接收信号。通过在手机装置495中放置天线模块494A来实现以上方式，这样模块的发射/接收辐射方式为从包含装置的麦克498和扬声器499的面497导向496。在大多手机装置中，上述面与接触手机用户的耳部或脸部的面一致。第二天线模块为494B，其发射/接收辐射方式从相反的面501导向500。上述天线结构还提供了一种方法，预防微波散射引起的公认的对人类健康的危害，该损耗因手机制造商将天线模块494A的发射功率调整到低于天线模块494B的发射水平而引起。尽管图37A、B表示了植入手机装置天线模块494A、B的外表面中的天线模块494A、B，应当理解的是模块494A、B还可以置于面497，501下方。现参照图38，说明向天发射的卫星电话装置502。在该实施例中，最好将天线模块503置于电话的较小面504内，其邻近包含电话扬声器506和麦克风507的面505或与其相对的面，并在正常工作使用中，模块503的发射/接收辐射方式为向天空的方向发射。 

因此，本发明使小尺寸架构的陶瓷天线模块可用于所有具有无线界面的装置、电脑、打印机、智能冰箱等。然而，上述模块还可以通过将无线天线模块509A、B置于无线装置512的上(前)501或侧511面之上或之中，用于如图39所示的无线装置。 

虽然本发明已对许多相关实施例进行了说明，但是应当认识到在权利要求的精神和范围内，本发明的进一步和其他实施例可以作更多改变。 

Claims (132)

1.一种天线模块，包含：复合介质体，其包括至少一个由从相对介电常数≥10的材料和相对介质磁导率≠1的材料组成的群组中选出的至少一种材料构成的陶瓷介质夹杂物，上述至少一个陶瓷介质夹杂物植入从包括无定形硅、氧化钛、钽酸盐、纯氧化铝、及上述材料的混合物和有机媒质的群组中选出的介质主体材料，使复合介质体的有效介电常数≥4；

位于复合介质体的下方，并包括接地层和至少一个接触焊垫的金属化层；

至少一个与金属化层平行的、电连接上述至少一个接触焊垫的导电元件，每个导电元件位于复合介质体的上方或者完全或部分地植入其中，使得导电元件在一频段上谐振，其长度≤50％为保持同样的谐振而没有复合介质体时所需的长度，

其中，每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于50纳米。

2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤5×10^-2℃^-1。

3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于35纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤9×10^-3℃^-1。

4.根据权利要求1所述的模块，其特征在于复合介质体还包含加在上述介质主体材料上的表面光滑度≤0.1μm RMS的介质材料旋涂层，在该表面安置上述至少一个导电元件。

5.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含加在金属化层上的介质材料旋涂层，其表面光滑度≤1μm RMS。

6.根据权利要求1所述的模块，其特征在于复合介质体还包含至少一个减反射覆盖层，安置在复合介质体的上方，由包括聚四氟乙烯、双苯并环丁烯，聚乙烯醇缩甲醛，聚乙烯醇缩丁醛和聚酰亚胺的群组中选出的材料构成。

7.根据权利要求1所述的模块，其特征在于复合介质体还包含由至少一个由间隔层分开的多个介质主体材料层。

8.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

复合介质体还包含基底介质层，由植入了多个介质夹杂物的主体材料的至少一部分构成；以及

上述至少一层导电元件安置在基底介质层表面。

9.根据权利要求8所述的模块，其特征在于基底介质层还包含表面的介质材料旋涂层，在该表面安置至少一个导电元件。

10.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

复合介质体还包含表面安置有上述至少一个导电元件的基底介质层，基底介质层上方安置有介质主体层，遮盖上述至少一个导电元件；以及

至少一个基底介质层和主体介质层由植入了多个介质夹杂物的主体材料组成。

11.根据权利要求10所述的模块，其特征在于基底介质层还包含表面的介质材料旋涂层，在该表面安置至少一个导电元件。

12.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

复合介质体还包含表面安置有上述至少一个导电元件的基底介质层，遮盖上述至少一个导电元件和基底介质层的间隔层，和安置在间隔层上方的介质主体层；以及

基底介质层、间隔层和主体介质层中的至少一个由植入了多个介质夹杂物的主体材料组成。

13.根据权利要求12所述的模块，其特征在于基底介质层还包含表面的介质材料旋涂层，在该表面安置至少一个导电元件。

14.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含至少一个包含在半导体晶片中的半导体芯片，上述半导体晶片位于金属化层的与上述导电元件相对的一侧，上述至少一个半导体芯片与上述至少一个导电元件通过至少一个接触焊垫通信。

15.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含：

位于金属化层的与上述导电元件相对的一侧并包括至少一个传输线和至少一个导电接头的电互连结构；以及

至少一个包含在半导体晶片中的半导体芯片，上述半导体芯片与相应的导电元件通过接触焊垫、传输线和导电接头通信。

16.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含：

与至少一个接触焊垫接触的至少一个导电连接器；以及

通过上述至少一个导电连接器和上述至少一个接触焊垫与相应的导电元件通信的半导体芯片。

17.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含：

包括至少一个传输线和至少一个植入互连结构表面的导电焊垫的电互连结构；

与至少一个接触焊垫接触的至少一个导电连接器；以及

与相应的导电元件通过相应的接触焊垫、传输线和导电连接器通信的半导体芯片。

18.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，至少一个导电元件通过至少部分安置在复合介质体的通孔中的一个或多个导电钉电连接到相应的接触焊垫。

19.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，至少一个导电元件通过复合介质体中以一种或多种导电材料回填的通孔电连接到相应的接触垫。

20.根据权利要求18或19所述的模块，其特征在于还包含通孔周围的电屏蔽。

21.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含将接地层与至少一个接触焊垫分离的金属化层的介质材料。

22.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含互连结构，其包括：

位于与上述至少一个导电元件相对的金属化层的侧面的氧化物陶瓷体；

植入氧化物陶瓷体的第一表面的至少一个第一导电接头；

氧化物陶瓷体的第二表面上的至少一个第二导电接头；以及

至少一个传输线，其以一致的距离植入接地层上方的氧化物陶瓷体中，并通过氧化物陶瓷体提供第一导电接头和第二导电接头之间的电通路；

其中第一导电接头或第二导电接头与至少一个接触焊垫电连接。

23.根据权利要求22所述的模块，其特征在于第一导电接头、第二导电接头和上述至少一个传输线中的至少一个标称的实际横截面面积，与金属化层相应的至少一个接触焊垫相同。

24.根据权利要求22所述的模块，其特征在于氧化物陶瓷体由实质上光学上透明的氧化物陶瓷组成。

25.根据权利要求22所述的模块，其特征在于第二导电接头包含：

从氧化物陶瓷体的第二表面延伸到相应的传输线末端的井；以及

至少部分安置在井中的一个或多个导电钉，每个导电钉标称的实际横截面面积与相应的至少一个传输线相同。

26.根据权利要求22所述的模块，其特征在于互连结构还包含：

从氧化物陶瓷体的第二表面延伸到相应的传输线末端的井；以及

至少部分位于井中的分立导线球状粘接物。

27.根据权利要求22所述的模块，其特征在于，互连结构还包括安置在金属化层和至少一个传输线间的ε_R≥10的高介电常数陶瓷层，上述陶瓷层具有相应的一个或多个通孔，容纳穿过氧化陶瓷体的电通路。

28.根据权利要求27所述的模块，其特征在于至少一个传输线的本征阻抗调整为，使其与电连接至第一导电接头和第二导电接头的半导体芯片的输出阻抗实质上匹配。

29.根据权利要求27所述的模块，其特征在于高介电常数陶瓷层由至少一种从包括氧化钛、钽酸盐和铌酸盐氧化物陶瓷的群组中选出的材料构成。

30.根据权利要求22所述的模块，其特征在于互连结构还包含：

植入氧化物陶瓷体内的电容焊垫；以及

从传输线和电容焊垫的终端伸出的分枝。

31.根据权利要求30所述的模块，其特征在于上述传输线由分立导线构成。

32.根据权利要求22所述的模块，其特征在于氧化物陶瓷体包括表面光滑度≤0.1μm RMS的氧化物陶瓷材料旋涂层，该表面安置至少一个传输线。

33.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件包含多个天线元件。

34.根据权利要求33所述的模块，其特征在于每个天线元件可在明显不同的频率带宽内操作。

35.根据权利要求1所述的模块，其特征在于还包含至少一个电容焊垫，相应的上述至少一个导电元件中的一个在其上终止，其中至少一个天线元件由分立导线构成。

36.根据权利要求35所述的模块，其特征在于电容焊垫包括连接部，其宽度比在其上终止的导电元件分立导线的横截面直径宽2.5um到10um，其长度足以容纳分立导线在粘接过程中的变化，其表面积小于等于整个电容焊垫的表面积的5％。

37.根据权利要求1所述的模块，其特征在于复合介质体还包含安置在接地层附近的相对介电常数ε_R≥10的高κ陶瓷材料基底介质层，上述基底介质层具有相应的一个或多个通孔，提供至少一个导电元件和至少一个接触焊垫之间的电连接，基底介质层的尺寸均匀，以便电连接至少一个接触焊垫时改变至少一个导电元件的输入阻抗，使其与至少一个半导体芯片的输出阻抗实质上匹配。

38.根据权利要求37所述的模块，其特征在于还包含：

互连结构，其提供至少一个接触焊垫和至少一个半导体芯片间的电连接，上述互连结构包括氧化物陶瓷体，至少两个导电接头，至少一个传输线，该传输线在接地层上方以一致的距离植入氧化物陶瓷体，并提供穿过氧化物陶瓷体的至少两个导电接头之间的电通路；以及

其中，至少一个导电元件的输入阻抗实质上匹配至少一个传输线的输出阻抗。

39.根据权利要求37所述的模块，其特征在于高κ陶瓷层的相对介电常数ε_R≥60。

40.根据权利要求37所述的模块，其特征在于，高κ陶瓷层由从包括氧化钛、五氧化钽和铌酸盐的群组中选出的至少一种高介电常数陶瓷构成。

41.根据权利要求37所述的模块，其特征在于至少一个导电元件的本征阻抗小于或等于50Ω。

42.根据权利要求37所述的模块，其特征在于：

上述至少一个导电元件由分立导线构成；以及

高κ陶瓷材料层的厚度小于25微米。

43.根据权利要求37所述的模块，其特征在于，高κ陶瓷基底介质层的相对介电常数ε_R大于或等于100，厚度在0.25到25微米之间。

44.根据权利要求37所述的模块，其特征在于，高κ陶瓷材料层的相对介电常数ε_R大于或等于400，厚度在0.25到5微米之间。

45.根据权利要求1所述的模块，其特征在于接地层包含：

具有第一表面和第二表面的接地层介质体；

位于接地层介质体的第一表面上的电接地层；以及

安置在接地层介质体第二表面、通过接地层介质体短路的电容焊垫周期阵列，上述阵列具有均匀的周期性并在电容焊垫之间间隔，使得入射到接地层并且频率在频率带隙范围内的电磁波E场反射分量引起需要的相位变换。

46.根据权利要求45所述的模块，其特征在于，当入射电磁波的中心频率在带隙范围内，并且与一个或多个上述至少一个导电元件的辐射曲线的最高频率实质上一致时，感应相位变换为0°。

47.根据权利要求45所述的模块，其特征在于：

上述至少一个导电元件包含多个工作频率在带隙范围内的天线元件；以及

感应相位变换≤±90°。

48.根据权利要求45所述的模块，其特征在于感应相位变换≤±45°。

49.根据权利要求45所述的模块，其特征在于接地层介质体包含：

主材料体，其具有的损耗正切≤3×10^-3；以及

植入主材料体内的至少一个接地层陶瓷介质夹杂物。

50.根据权利要求49所述的模块，其特征在于至少一个接地层陶瓷介质夹杂物安排在分层结构中。

51.根据权利要求49所述的模块，其特征在于，上述至少一个接地层陶瓷介质夹杂物包含相对介电常数≥10的高κ夹杂物，使得接地层介质体的有效相对介电常数至少为4，损耗正切值小于8×10^-3。

52.根据权利要求45所述的模块，其特征在于接地层介质体包含由至少一种从无定形硅和纯氧化铝中选出的材料构成的主要层。

53.根据权利要求52所述的模块，其特征在于上述接地层介质体还包含至少一个相对磁导率≠1的接地层陶瓷夹杂物，使得接地层介质体产生的频率的带隙范围比没有上述高μ接地层陶瓷夹杂物时可允许的频率的带隙范围大。

54.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个陶瓷介质夹杂物包含多个排列在分层结构中的陶瓷介质夹杂物。

55.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，多个陶瓷介质夹杂物周期性排列，周期为频率在至少一个导电元件的辐射带宽内的电磁波波长的5％到15％，因而产生调整成高于或低于电磁波频率的频率截止波段，在无夹杂物区选择性地允许与辐射带宽基本匹配的电磁波传播，辐射带宽外的杂散电磁波将至少被抑制3dB。

56.根据权利要求55所述的模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于50纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤5×10^-2℃^-1。

57.根据权利要求55所述的模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于35纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤9×10^-3℃^-1。

58.根据权利要求55所述的模块，其特征在于：

多个陶瓷介质夹杂物包含高κ夹杂物；以及

高κ陶瓷介质夹杂物的相对介电常数与主体材料的相对介电常数的比值在10到50之间。

59.根据权利要求55所述的模块，其特征在于截止波段的中心频率与至少一个导电元件的工作中心频率实质上相等。

60.根据权利要求55所述的模块，其特征在于至少一个导电元件的辐射带宽小于至少一个导电元件的中心频率的3％。

61.根据权利要求55所述的模块，其特征在于上述周期为波长的8％到12％，上述波长与频率在截止波段内的电磁波相对应。

62.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物在主体材料中周期性排列，并且每个都具有由长轴a和短轴b名义上确定的横截面面积，a的长度是波长λ_c的2.5％到7.5％，b的长度是a的1％到50％，波长λ_c对应的电磁波的频率处于调整为上述至少一个导电元件的辐射带宽的截止波段内，在其内选择性地允许复合介质体的夹杂物区内的电磁波在辐射带宽内传播，将截止波段外的杂散电磁波至少抑制3dB。

63.根据权利要求62所述的模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于50纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤5×10^-2℃^-1

64.根据权利要求62所述的模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于35纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤9×10^-3℃^-1。

65.根据权利要求62所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件包含直臂且方向平行于长轴a的偶极天线。

66.根据权利要求62所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件的

辐射带宽小于上述至少一个导电元件的中心频率的3％。

67.根据权利要求62所述的模块，其特征在于：

上述至少一个导电元件包含折叠偶极，其包括第一导电段和正交安置的等长的第二导电段；以及

每个陶瓷介质夹杂物由与第一导电段实质上平行的第一轴和与第二导电段实质上平行的第二轴确定。

68.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

陶瓷介质夹杂物周期性排列，并由至少一种加入0至95mo1％之间的添加剂修饰的氧化钛构成，该添加剂为从镁氧化物(MgO)、钙氧化物(CaO)、锶氧化物(SrO)、钡氧化物(BaO)、锆氧化物(ZrO₂)、铪氧化物(HfO₂)、镧氧化物(La₂O₃)、钕氧化物(Nd₂O₃)、钽氧化物(Ta₂O₅)、铌氧化物(NbO、NbO₂或Nb₂O₅)、钨氧化物(WO₂，WO₃)和铅氧化物(PbO)组成的群组中选出；以及

陶瓷介质夹杂物与主体材料的相对介电常数的比值在10到50之间。

69.根据权利要求68所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物与主体材料的相对介电常数的比值在25到40之间。

70.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物周期性排列，其每个的形状实质上平行于上述至少一个导电元件的导电段。

71.根据权利要求55所述的模块，其特征在于：

使上述至少一个导电元件适合于产生球对称的电磁波；以及

周期陶瓷介质夹杂物的形状匹配上述至少一个导电元件产生的电磁波的球对称。

72.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物包含各自相对介电常数ε_R≥10的高κ夹杂物。

73.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物包含各自相对磁导率≠1的高μ夹杂物。

74.根据权利要求1所述的模块，其特征在于主体材料包含单组分氧化物陶瓷。

75.根据权利要求74所述的模块，其特征在于单组分氧化物陶瓷包含至少97％的纯氧化铝。

76.根据权利要求75所述的模块，其特征在于单组分氧化物陶瓷包含纯的无定形硅。

77.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件由分立导线构成。

78.根据权利要求77所述的模块，其特征在于上述至少一个分离导线天线元件的带宽小于上述至少一个分离导线天线元件的谐振频率的3％。

79.根据权利要求1所述的模块，其特征在于介质主体材料为有机介质。

80.根据权利要求79所述的模块，其特征在于上述有机介质是低损耗有机介质。

81.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

金属化层还包含至少一个通孔，上述至少一个接触垫通过其电连接结合的至少一个导电元件；以及

金属化层的高度足以使得分立导线球状粘接物位于上述至少一个通孔中。

82.根据权利要求1所述的模块，其特征在于主体材料是ε_R为60到100之间的陶瓷介质材料。

83.根据权利要求1所述的模块，其特征在于主体材料由无定形硅(α-SiO₂)和钛氧化物(TiO₂)的混合物构成，其化学成分为Si_1-xTi_xO₂，其中0≤x≤1。

84.根据权利要求1所述的模块，其特征在于主体材料由无定形硅(α-SiO₂)和氧化铝(Al₂O₃)的混合物构成，化学成分为(1-X)·[SiO₂]_(1-x)·[Al₂O₃]_(X)，其中0≤x≤1。

85.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物由一种或多种ε_R在200到2000之间的陶瓷材料构成。

86.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物由相对介电常数ε_R≥200的多组分介质材料构成。

87.根据权利要求86所述的模块，其特征在于多组分介质材料从由钛酸锶钡陶瓷(Ba_XSr_1-XTiO₃)、锆钛酸锶钡(Ba_XSr_1-XZr_YTi_1-YO₃)和锆钛酸镧铅(Pb_XLa_1-XZr_YTi_1-YO₃)组成的群组中选出，其中0≤X≤1且0≤Y≤1。

88.根据权利要求1所述的模块，其特征在于陶瓷介质夹杂物由包含单一金属氧化物组分和至少一种价态的材料构成。

89.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件包含导电薄膜。

90.根据权利要求89所述的模块，其特征在于导电薄膜的表面粗糙度小于1微米均方根。

91.根据权利要求89所述的模块，其特征在于导电薄膜的冶金纯度大于97％。

92.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件包含天线，天线的形状从由直偶极、折叠偶极、对数周期偶极、梯形、水滴形、对数周期梯形、螺旋形、贴片、开槽贴片组成的群组中选择。

93.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件植入复合介质体的表面，以便暴露上述至少一个导电元件的一部分。

94.根据权利要求1所述的模块，其特征在于上述至少一个导电元件包含直径小于或等于100微米的圆导线。

95.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：

上述至少一个导电元件包含直径小于或等于100微米的圆导线；以及

复合介质体还包含厚度＞25μm的高κ材料层，使得圆导线的本征阻抗在2欧姆到10欧姆之间。

96.一种可与至少一个半导体芯片连接的天线模块，包含：

有第一表面和第二表面的天线介质体；

置于上述天线介质体的第一表面的至少一个导电元件；

接地层结构，包含：

具有第一表面和第二表面的复合介质体，其包括由从相对介电常数≥10的材料和相对介质磁导率≠1的材料组成的群组中选出的至少一种材料构成的至少一个陶瓷介质夹杂物，上述至少一个陶瓷介质夹杂物植入从由无定形硅、纯氧化铝及上述材料的混合物和有机媒质组成的群组中选出的介质主体材料，使得复合介质体的有效介电常数≥4；

置于复合介质体的第一表面的金属化层，上述金属化层包括导电接地层和至少一个电容焊垫，其中每个电容焊垫与穿过复合介质体和天线介质体的至少一个通孔的至少一个导电元件中相关的一个电连接，并可与半导体芯片电连接；以及

置于复合介质体的第二表面的电容焊垫周期阵列，电容焊垫通过复合介质体短路，上述阵列有一致的周期性并在电容焊垫之间间隔，使得入射到接地层结构的频率且带隙范围内的电磁波的反射E场分量产生感应相位变换，该变换使反射E场分量和从至少一个导电元件散射的、方向传播向量与反射E场分量实质上相同的E场分量产生相长干涉。

97.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于50纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤5×10^-2℃^-1。

98.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸小于35纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤9×10^-3℃^-1。

99.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于复合介质体还包含安置在邻近接地层的相对介电常数ε_R≥10的高κ陶瓷材料基底介质层，上述基底介质层具有相应的一个或多个通孔，提供至少一个导电元件和至少一个接触焊垫之间的电连接，基底介质层的尺寸均匀，以便电连接至少一个接触焊垫时改变至少一个导电元件的输入阻抗，使其与至少一个半导体芯片的输出阻抗实质上匹配。

100.根据权利要求99所述的天线模块，其特征在于还包含：

互连结构，其提供至少一个接触焊垫和至少一个半导体芯片间的电连接，上述互连结构包括氧化物陶瓷体，至少两个导电接头，至少一个传输线，该传输线在接地层上方以一致的距离植入氧化物陶瓷体，并提供穿过氧化物陶瓷体的至少两个导电接头之间的电通路；以及

其中，至少一个导电元件的输入阻抗实质上匹配至少一个传输线的输出阻抗。

101.根据权利要求99所述的天线模块，其特征在于上述天线介质体包括高κ陶瓷层，其接地层结构上具有相对介电常数≥10的旋涂层。

102.根据权利要求101所述的天线模块，其特征在于旋涂的高κ陶瓷层的相对介电常数≥50。

103.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于上述复合介质体还包含复合介质体第二表面上的高κ陶瓷层。

104.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于还包含植入电容焊垫阵列和电接地层之间的介质主材料中的至少一个高μ材料区。

105.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于，当入射电磁波的中心频率在带隙范围内，并且与一个或多个上述至少一个导电元件的辐射曲线的最高频率实质上一致时，感应相位变换为0°。

106.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于：

上述至少一个导电元件包含工作频率在带隙范围内的多个天线元件；以及

感应相位变换≤±90°

107.根据权利要求106所述的天线模块，其特征在于感应相位变换≤±45°。

108.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于接地层结构的高度足以使得分立导线球状粘接物位于每一个上述一个或多个通孔中。

109.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于介质主材料的损耗正切值≤3×10^-3。

110.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于分层结构中排列多个陶瓷夹杂物。

111.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于多个高κ陶瓷夹杂物的相对介电常数≥40，使得介质体的有效相对介电常数≥25，损耗正切值≤5×10^-3。

112.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于还包含位于金属化层的与上述导电元件相对的一侧的半导体晶片中包含的至少一个半导体芯片，上述至少一个半导体芯片与上述至少一个导电元件通过上述至少一个接触焊垫电通信。

113.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于还包含：

位于金属化层的与上述导电元件相对的一侧并包括至少一个传输线和至少一个导电接头的电互连结构；以及

位于金属化层的与上述导电元件相对的一侧的半导体晶片中包含的至少一个半导体芯片，上述半导体芯片与相应的导电元件通过相应的接触焊垫、传输线和导电接头电通信。

114.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于还包含：

与上述至少一个接触焊垫接触的至少一个导电连接器；

半导体芯片，其与相应的导电元件通过上述至少一个导电连接器和至少一个接触焊垫电通信。

115.根据权利要求96所述的天线模块，其特征在于还包含；

包括至少一个传输线和至少一个植入互连结构表面的导电焊垫的电互连结构；

与至少一个接触焊垫接触的至少一个导电连接器；以及

与相应的导电元件通过相应的接触焊垫、传输线和导电连接器电通信的半导体芯片。

116.一种特异材料介质体，包含：

复合介质体，其包括损耗正切值≤3×10^-3的主体材料，和植入主体材料的至少一个介质夹杂物，使得复合介质体的有效相对介电常数≥4，其中，至少一个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸≤50纳米。

117.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于：

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤5×10^-2℃^-1。

118.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于：

每个介质夹杂物的最大标称晶粒尺寸≤35纳米；以及

复合介质体的有效介电常数作为温度的函数的变化≤8×10^-3℃^-1。

119.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述主体材料由从无定形硅和氧化钛组成的群组中选出的材料构成。

120.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于：上述主体材料由有机材料构成。

121.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述主体材料由无定形硅(α-SiO₂)和氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)的混合物构成，其对应的化学成分为Si_1-xTi_xO₂，其中O≤x≤1，Y为钛或铝。

122.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于主体材料包含陶瓷介质材料，其ε_R在60到100之间。

123.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述介质夹杂物从相对介电常数ε_R≥10的夹杂物和相对磁导率μ_R≠1的夹杂物组成的群组中选出。

124.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述夹杂物由一种或多种ε_R在200到2000之间的陶瓷材料构成。

125.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于多组分介质材料从由钛酸锶钡陶瓷(Ba_XSr_1-XTiO₃)、锆钛酸锶钡(Ba_XSr_1-XZr_YTi_1-YO₃)和锆钛酸镧铅(Pb_XLa_1-XZr_YTi_1-YO₃)组成的群组中选出，其中0≤X≤1且0≤Y≤1。

126.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述夹杂物由包含单一金属氧化物组分和至少一种价态的材料构成。

127.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于上述介质夹杂物由从铁酸盐、铁电氧化物陶瓷和氧化钛组成的群组中选出的材料构成。

128.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于，多个陶瓷介质夹杂物周期性排列，周期为频率在至少一个导电元件的辐射带宽内的电磁波波长的5％到15％，因而，将产生高于或低于电磁波频率的宽频率截止波段，在该电磁波频率上电磁频率传播将至少被抑制3dB。

129.根据权利要求128所述的特异材料介质体，其特征在于还包含主体材料中的无夹杂物区，在其中允许高于和低于电磁波频率的电磁频率窄带传播，窄带外、截止波段内的电磁波将至少被抑制3dB。

130.根据权利要求128所述的特异材料介质体，其特征在于介质夹杂物的相对介电常数与主体材料的相对介电常数的比值在10到50之间。

131.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于，介质夹杂物在主体材料中周期性排列，并且每个都具有由长轴a和短轴b名义上确定的横截面面积，a的长度是波长λ_c的2.5％到7.5％，b的长度是a的1％到50％，波长λ_c对应于具有居于电磁波传播频率的截止波段中心的频率的电磁波，之外的电磁波实质上被抑制。

132.根据权利要求116所述的特异材料介质体，其特征在于：

介质夹杂物周期性排列，并由至少一种加入0.1至5mol％之间的添加剂修饰的氧化钛构成，该修饰为从镁氧化物(MgO)、钙氧化物(CaO)、锶氧化物(SrO)、钡氧化物(BaO)、锆氧化物(ZrO₂)、铪氧化物(HfO₂)、镧氧化物(La₂O₃)、钕氧化物(Nd₂O₃)、钽氧化物(Ta₂O₅)、铌氧化物(NbO、NbO₂或Nb₂O₅)、钨氧化物(WO₂，WO₃)和铅氧化物(PbO)组成的群组中选出的至少一种；以及

介质夹杂物与主体材料的相对介电常数的比值在25到40之间。

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