CN102543965A - 具有减小的rf损耗的射频封装 - Google Patents

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Abstract

一种器件，包括：中介层和射频(RF)器件，射频(RF)器件接合到中介层的第一侧。中介层包括第一侧和第二侧，第二侧相对于第一侧。中介层中没有形成中介层通孔。第一无源器件形成在中介层的第一侧上，并且电连接到RF器件。第二无源器件形成在中介层的第二侧上。第一无源器件和第二无源器件配置为在第一无源器件和第二无源器件之间无线传输信号。本发明还提供了一种具有减小的RF损耗的射频封装。

Description

具有减小的RF损耗的射频封装
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地，本发明涉及一种射频封装方法及装置。
背景技术
射频(RF)器件广泛用于通信系统。运行在高频率(比如，在GHz频率范围内)的各种RF器件需要与其他器件相结合形成系统。因此，需要将RF器件封装在封装结构中。
有许多类型的传统封装结构可以用于封装RF器件。在第一封装结构中，RF器件形成在器件管芯中，该器件管芯堆叠在封装基板上。封装基板进一步通过倒装接合法接合到印刷电路板(PCB)。接合线用于将直流(DC)电源提供到器件管芯，并且用于在器件管芯和封装基板之间传输RF信号。RF信号进一步通过封装通孔传输到PCB，该封装通孔形成在封装基板中。在这些封装结构中，通常，接合线相比于RF信号的波长而言非常长，接合线上的RF损耗非常大。而且，接合线的形成会导致静电放电(ESD)，静电放电(ESD)会损坏RF器件。器件管芯和封装基板还可能存在热膨胀系数(CTE)的高失配，从而可能会在器件管芯中产生高应力。
在另一种传统基板中，RF器件形成在器件管芯中，其中，器件管芯通过倒装封装接合到中介层。中介层堆叠在封装基板上。封装基板进一步通过倒装接合法接合到PCB。接合线用于将中介层接合到封装基板。接合线用于将DC电源通过中介层提供到器件管芯，并且用于在器件管芯和封装基板之间传输RF信号。RF信号进一步通过形成在封装基板中的封装通孔传输到PCB。此外，在这些封装结构中，接合线相比于RF信号的波长而言较长，并且接合线上的RF损耗较大。而且，封装线的形成还会导致ESD，ESD会损坏RF器件。
发明内容
为了解决现有技术所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种一种器件，包括：中介层，所述中介层包括：第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，所述中介层中不包括中介层通孔；第一无源器件，位于所述中介层的所述第一侧上；以及第二无源器件，位于所述中介层的所述第二侧上，其中，所述第一无源器件和所述第二无源器件配置为在所述第一无源器件和所述第二无源器件之间无线传输信号；以及射频(RF)器件，接合到所述中介层的所述第一侧，并且电连接到所述第一无源器件。
在该器件中，所述中介层进一步包括：第一基板、第二基板、以及粘合剂层，所述粘合剂层将所述第一基板接合到所述第二基板，其中，所述第一无源器件和所述粘合剂层位于所述第一基板的相对侧，所述第二无源器件和所述粘合剂层位于所述第二基板的相对侧；或者其中，所述RF器件选自基本上由低噪声放大器(LNA)、混频器、振荡器、功率放大器、以及上述的组合所构成的组。
在该器件中，所述第一无源器件和所述第二无源器件包括无线信号传输器件，所述无线信号传输器件选自基本上由电容器和变压器构成的组，所述电容器包括第一电容器极板和第二电容器极板，所述第一电容器极板是所述第一无源器件的一部分，所述第二电容器极板是所述第二无源器件的一部分，并且所述变压器包括第一电感器和第二电感器，所述第一电感器是所述第一无源器件的一部分，所述第二电感器是所述第二无源器件的一部分，所述无线信号传输器件包括电容器，或者所述无线信号传输器件包括变压器。
该器件进一步包括：封装基板，接合到所述中介层的所述第二侧；以及印刷电路板(PCB)，接合到所述封装基板，其中，所述中介层和所述PCB位于所述封装基板的相对侧上。
该器件进一步包括：接合线，接合到所述中介层的所述第一侧以及所述封装基板；或者其中，没有接合线接合到所述封装基板上，并且没有接合线被配置为传输连接到RF器件的RF信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种器件，包括：第一中介层，包括第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧；第一无源器件，位于所述第一中介层的所述第一侧，并且是所述第一中介侧的一部分；第二中介层，包括第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，所述第一中介层的第二侧面向并且接合到所述第二中介层的第二侧，其中，在所述第一中介层和所述第二中介层中没有设置金属部件；第二无源器件，位于所述第二中介层的所述第一侧上，并且是所述第二中介层的一部分；
射频(RF)器件，接合到所述第一中介层的所述第一侧；以及封装基板，通过倒装接合法接合到所述第二中介层的所述第一侧，其中，所述RF器件以信号的方式连接到所述封装基板。
在该器件中，所述第一中介层包括第一基板，所述第二中介层包括第二基板，并且，所述器件进一步包括：粘合剂层，位于所述第一基板和所述第二基板之间，并且粘合到所述第一基板和所述第二基板12.根据权利要求11所述的器件，其中，在所述第一基板和所述第二基板中没有形成中介层通孔；或者该器件进一步包括：接合线，将所述第一中介层的第一侧接合到所述封装基板，其中，没有接合线接合到所述封装基板，并且没有接合线被配置为在所述封装基板和所述第一中介层的所述第一侧之间传输RF信号。
该器件进一步包括：RF信号传输器件，包括第一部分和第二部分，所述第一部分是所述第一无源器件的一部分，所述第二部分是所述第二无源器件的一部分，其中，所述RF信号传输器件配置为在所述第一部分和所述第二部分之间传输RF信号，其中，所述RF信号传输器件是电容器，并且，所述第一部分是所述电容器的第一电容器极板，所述第二部分是所述电容器的第二电容器极板；或者所述RF信号传输器件是变压器，并且，所述第一部分是所述变压器的第一电感器，所述第二部分是所述变压器的第二电感器。
根据本发明的另一方面，还提供了一种器件，包括：中介层，所述中介层包括：基板；第一无源器件，位于所述基板的所述第一侧上；以及第二无源器件，位于所述基板的所述第二侧上，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，在所述基板中没有形成金属部件，并且没有金属部件将所述第一无源器件连接到所述第二无源器件；射频(RF)器件管芯，接合到所述中介层的所述第一侧；封装基板，接合到所述中介层的所述第二侧；接合线，接合到所述封装基板，并且电连接到所述RF器件管芯，其中，所述RF器件管芯配置为通过所述接合线连接到DC电源，并且没有接合线接合到所述封装基板或者所述中介层，或者没有接合线被配置为传输射频信号；以及印刷电路板(PCB)，通过焊球接合到所述封装基板。
该器件进一步包括：RF信号传输器件，包括第一部分和第二部分，所述第一部分是所述第一无源器件的一部分，所述第二部分是所述第二无源器件的一部分，其中，所述RF信号传输器件配置为在所述第一部分和所述第二部分之间传输RF信号，其中，所述射频信号传输器件是电容器，并且，所述第一部分是所述电容器的第一电容器极板，所述第二部分是所述电容器的第二电容器极板；或者所述射频信号传输器件是变压器，并且，所述第一部分是所述变压器的第一电感器，所述第二部分是所述变压器的第二电感器。
附图说明
为了全面理解本发明及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1示出了根据实施例的封装结构的横截面图，其中，两个中介层粘合在一起，无源器件形成在每个中介层的一侧上；
图2示出了根据各个其他实施例的封装结构的横截面图，其中，多个射频(RF)器件接合到两个中介层之一；以及
图3示出了根据其他实施例的封装结构的横截面图，其中，无源器件形成在中介层的相对侧上。
具体实施方式
下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。
根据实施例，提供了一种新式2.5维(2.5D)封装结构。然后，论述了实施例的各种变化。在各个附图和所示出的实施例中，相似的参考标号用于表示相似的部件。
图1示出了根据实施例的封装结构的横截面图。提供了印刷电路板(PCB)20。封装基板26接合到PCB 20上，例如，通过倒装接合，利用焊料凸块22(还被称为球栅阵列(BGA)焊球)接合封装基板26和PCB 20，并且在封装基板26和PCB 20之间传输信号和DC电源。在实施例中，封装基板26由诸如有机材料、陶瓷等等的材料形成。封装通孔28形成在封装基板26中。金属层29可以形成在封装基板26的顶侧，该金属层29可以包括金属线和通孔，其中，DC电源和RF信号通过该金属层29传输。
进一步将中介层100和中介层200堆叠在封装基板26上。进一步将器件管芯46设置在中介层200上方，并且通过倒装接合法接合到该中介层200。器件管芯46中可以包括RF器件，比如低噪声放大器(LNA)、压控振荡器(VCO)、混频器、功率放大器(PA)、天线。中介层100面朝下，并且包括基板110、介电层112、以及金属线和通孔114。金属线和通孔114用于传输电信号。在实施例中，无源器件包括一个或者多个电感器116、电容器极板118，并且其他无源器件120形成在介电层112中。无源器件120可以选自基本上由电阻器、不平衡变压器(Balun)、滤波器(比如低通滤波器、高通滤波器、和/或带通滤波器)、双工器、电容器、变压器、以及上述的组合所构成的组。无源器件116、无源器件118、和无源器件120也可以电连接到焊料凸块30，该焊料凸块30将中介层100接合到封装基板26。另外，器件116、器件118、和器件120也可以由介电层112中的金属线和通孔构成。
中介层200面朝上，并且包括基板210、介电层212、以及介电层212中的金属线和通孔214。金属线和通孔214用于传输信号和DC电源。无源器件形成在介电层212中。在实施例中，形成在中介层200中的无源器件包括一个或者多个电感器216、电容器极板218、以及无源器件220，其中，无源器件220可以选自基本上由电阻器、不平衡变压器(Balun)、滤波器(比如低通滤波器、高通滤波器、和/或带通滤波器)、双工器、电容器、变压器、以及上述的组合所构成的组。另外，器件216、器件218、和器件220也可以由介电层112中的金属线和通孔构成。
中介层100的基板110和中介层200的基板210可以由诸如晶体硅的半导体材料，或者诸如陶瓷、玻璃、有机材料等等的介电材料形成。另外，基板110和基板210的热膨胀系数(CTE)可以比封装基板26的CTE更接近于覆盖器件管芯46的CTE。因此，中介层100和中介层200具有减小器件管芯46中所产生的应力的效果。
中介层100和中介层200可以使用，例如，粘合剂层(adhesive)62相接合，其中，粘合剂层62可以接触基板110和基板210。在实施例中，在基板110中没有形成从基板110的顶面延伸到底面的界面通孔。类似地，在基板210中没有形成从基板210的顶面延伸到底面的界面通孔。而且，在实施例中，没有金属部件设置在基板110和基板210之间(例如，在粘合剂层62中)。
中介层200中的电感器216可以与中介层100中的电感器116相结合形成变压器50，其中，电感器216基本上在垂直方向上重叠电感器116。电容器极板218与电容器极板118相结合形成电容器52，其中，电容器极板218基本上在垂直方向上重叠电容器极板118。由于RF信号可以在电感器116和电感器216之间以及电容器极板118和电容器极板218之间传输，因此，变压器50和电容器52称为RF信号传输器件。因此，使用电容器52和/或变压器50，RF信号可以无线传输。例如，RF信号可以通过电容器52和/或变压器50，在器件管芯46和封装通孔28之间传输。由于可以无线传输，因此，不再需要使用接合线来传输RF信号。因此，消除了由于使用接合线而产生的RF损耗。还消除了由于接合线的接合而导致的静电放电(ESD)，从而使得RF器件免于相应的ESD损坏。而且，由于可以无线传输，因此，不再需要在中介层100和中介层200中形成中介层通孔，从而节省了在中介层100和中介层200中形成中介层通孔的成本。
器件管芯46可能需要DC连接，以接收DC电源，例如，电源电压VCC，并且还可能需要VSS连接(可以接地)。DC电源可以通过一个或者多个接合线48提供到器件管芯46和/或从器件管芯46提供，其中，接合线48的一端可以连接到中介层200，一端可以连接到封装基板26。在实施例中，在封装结构中没有接合线用于传输AC信号。在另外的实施例中，接合线48可以用于传输一些低频率AC信号，例如，频率低于大约1MHz的AC信号。然而，在封装结构中，在封装结构中没有接合线用于传输RF信号，例如，频率高于大约1MHz的RF信号。
在实施例中，器件管芯46中的RF信号可以通过金属线和通孔214传输到中介层200中的无源器件216、无源器件218、和无源器件220，然后，器件管芯46中的RF信号可以无线地连接到中介层100中的无源器件116、无源器件118、和无源器件120。然后，将RF信号通过封装通孔28和焊料凸块22，从中介层100中的无源器件116、无源器件118、和无源器件120传输到PCB 20。类似地，RF信号可以在相反方向上传输，即，通过焊料凸块22和封装通孔28，从PCB 20传输到中介层100中的无源器件116、无源器件118、和无源器件120，然后，无线地传输到中介层200中的无源器件216、无源器件218、和无源器件220。然后，器件管芯46从无源器件216、无源器件218、和无源器件220接收RF信号。因此，器件管芯46以信号方式连接到封装基板26和PCB 20。可以看出，在这些RF信号路径中，没有用到接合线。因此，消除了由接合线所导致的RF损耗。
图2示出了根据可选实施例的封装结构的横截面图。这些实施例基本上与图1所示的实施例相同，除了附加的RF器件66(可以以器件管芯或者分立器件的形式出现)处于中介层200上方，并且接合到中介层200。RF器件66可以是低噪声放大器(LNA)、混频器、振荡器、功率放大器等等。类似地，为了提供DC电源以及电接地，可以设置接合线48，并且没有RF信号通过任意接合线传输。在中介层100和中介层200中可以没有中介层通孔。
图3示出了根据可选实施例的封装结构的横截面图。该实施例基本上与图1和图2中所示实施例相同，除了中介层300代替了图1和图2中的中介层100和中介层200。中介层300包括基板310、介电层112和介电层212，该介电层112和介电层212位于基板310的相对侧上。基板310可以形成为一种材料形成的单个层，在其中没有插入由不同于该种材料的材料形成的其他层。基板310还可以由诸如硅的半导体材料，或者诸如玻璃、陶瓷、有机材料等等的介电材料形成。而且，在实施例中，在基板310中没有设置金属，并且在基板310中没有形成中介层通孔。无源器件116、216、118、218、120、和220可以基本上与图1和图2中所示的实施例中的相同，形成在基板310的相对侧上以及介电层112和介电层212中。类似地，为了提供DC电源以及接地，可以设置接合线48，并且没有RF信号通过电连接到中介层300、器件管芯46、和封装基板26中任意一个的接合线传输。在中介层300中可以没有中介层通孔。
根据实施例，封装结构包括中介层和堆叠管芯，从而可以称为2.5维(2.5D)封装结构。这些实施例相比于传统封装结构具有减小的RF损耗。由于不使用接合线进行RF通信，因此，基本上消除了由接合线产生的RF损耗。还消除了由接合线的形成导致的产量损失和ESD损坏。而且，由于在中介层中没有TSV，因此，降低了形成封装结构的成本。
根据实施例的一种器件包括中介层和射频(RF)器件，射频(RF)器件接合到中介层的第一侧。中介层包括第一侧和第二侧，第二侧相对于第一侧。中介层中没有形成中介层通孔。第一无源器件形成在中介层的第一侧上，并且电连接到RF器件。第二无源器件形成在中介层的第二侧上。第一无源器件和第二无源器件配置为在第一无源器件和第二无源器件之间无线传输信号。
根据其他实施例的一种器件包括：第一中介层，包括第一侧和第二侧，第二侧相对于第一侧；第一无源器件，位于第一中介层的第一侧，并且是第一中介层的一部分；第二中介层，包括第一侧和第二侧，第二侧相对于第一侧。第一中介层的第二侧面向并且接合到第二中介层的第二侧。在第一中介层和第二中介层中没有设置金属部件。第二无源器件位于第二中介层的第一侧并且是第二中介层的一部分。RF器件接合到第一中介层的第一侧。封装基板通过倒装接合法接合到第二中介层的第一侧。RF器件以信号的方式连接到封装基板。
根据其他实施例的一种中介层包括：基板；第一无源器件，位于基板的第一侧上；以及第二无源器件，位于基板的第二侧上，第二侧相对于第一侧。在基板中没有形成金属部件，并且没有金属部件将第一无源器件连接到第二无源器件。RF器件接合到中介层的第一侧。封装基板接合到中介层的第二侧。接合线接合到封装基板并且电连接到RF器件管芯，其中，RF器件管芯配置为通过接合线连接到DC电源，并且，没有接合线接合到封装基板，或者中介层被配置为传输射频信号。PCB通过焊球接合到封装基板。
尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种器件，包括：
中介层，所述中介层包括：
第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，所述中介层中不包括中介层通孔；
第一无源器件，位于所述中介层的所述第一侧上；以及
第二无源器件，位于所述中介层的所述第二侧上，其中，所述第一无源器件和所述第二无源器件配置为在所述第一无源器件和所述第二无源器件之间无线传输信号；以及
射频(RF)器件，接合到所述中介层的所述第一侧，并且电连接到所述第一无源器件。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述中介层进一步包括：第一基板、第二基板、以及粘合剂层，所述粘合剂层将所述第一基板接合到所述第二基板，其中，所述第一无源器件和所述粘合剂层位于所述第一基板的相对侧，所述第二无源器件和所述粘合剂层位于所述第二基板的相对侧。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一无源器件和所述第二无源器件包括无线信号传输器件，所述无线信号传输器件选自基本上由电容器和变压器构成的组，所述电容器包括第一电容器极板和第二电容器极板，所述第一电容器极板是所述第一无源器件的一部分，所述第二电容器极板是所述第二无源器件的一部分，并且所述变压器包括第一电感器和第二电感器，所述第一电感器是所述第一无源器件的一部分，所述第二电感器是所述第二无源器件的一部分，
其中，所述无线信号传输器件包括电容器。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述RF器件选自基本上由低噪声放大器(LNA)、混频器、振荡器、功率放大器、以及上述的组合所构成的组。
5.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：
封装基板，接合到所述中介层的所述第二侧；
印刷电路板(PCB)，接合到所述封装基板，其中，所述中介层和所述PCB位于所述封装基板的相对侧上；以及
接合线，接合到所述中介层的所述第一侧以及所述封装基板。
6.一种器件，包括：
第一中介层，包括第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧；
第一无源器件，位于所述第一中介层的所述第一侧，并且是所述第一中介侧的一部分；
第二中介层，包括第一侧和第二侧，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，所述第一中介层的第二侧面向并且接合到所述第二中介层的第二侧，其中，在所述第一中介层和所述第二中介层中没有设置金属部件；
第二无源器件，位于所述第二中介层的所述第一侧上，并且是所述第二中介层的一部分；
射频(RF)器件，接合到所述第一中介层的所述第一侧；以及
封装基板，通过倒装接合法接合到所述第二中介层的所述第一侧，其中，所述RF器件以信号的方式连接到所述封装基板。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述第一中介层包括第一基板，所述第二中介层包括第二基板，并且，所述器件进一步包括：粘合剂层，位于所述第一基板和所述第二基板之间，并且粘合到所述第一基板和所述第二基板。
8.根据权利要求6所述的器件，进一步包括：RF信号传输器件，包括第一部分和第二部分，所述第一部分是所述第一无源器件的一部分，所述第二部分是所述第二无源器件的一部分，其中，所述RF信号传输器件配置为在所述第一部分和所述第二部分之间传输RF信号。
9.根据权利要求6所述的器件，进一步包括：接合线，将所述第一中介层的第一侧接合到所述封装基板，其中，没有接合线接合到所述封装基板，并且没有接合线被配置为在所述封装基板和所述第一中介层的所述第一侧之间传输RF信号。
10.一种器件，包括：
中介层，所述中介层包括：
基板；
第一无源器件，位于所述基板的所述第一侧上；以及
第二无源器件，位于所述基板的所述第二侧上，所述第二侧相对于所述第一侧，其中，在所述基板中没有形成金属部件，并且没有金属部件将所述第一无源器件连接到所述第二无源器件；
射频(RF)器件管芯，接合到所述中介层的所述第一侧；
封装基板，接合到所述中介层的所述第二侧；
接合线，接合到所述封装基板，并且电连接到所述RF器件管芯，其中，所述RF器件管芯配置为通过所述接合线连接到DC电源，并且没有接合线接合到所述封装基板或者所述中介层，或者没有接合线被配置为传输射频信号；
印刷电路板(PCB)，通过焊球接合到所述封装基板；以及
RF信号传输器件，包括第一部分和第二部分，所述第一部分是所述第一无源器件的一部分，所述第二部分是所述第二无源器件的一部分，其中，所述RF信号传输器件配置为在所述第一部分和所述第二部分之间传输RF信号，
其中，所述射频信号传输器件是电容器，并且，所述第一部分是所述电容器的第一电容器极板，所述第二部分是所述电容器的第二电容器极板。
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