CN107947823B - 射频装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频装置，包含有一芯片，包括复数个穿孔以及至少一热穿孔；一讯号导线与一接地导线，设置于所述芯片的背面；一讯号金属片、一第一接地金属片与一第二接地金属片，设置于所述芯片的正面，其中，所述讯号金属片跨越形成于所述讯号导线与所述接地导线之间的一第二间隙，所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片通过复数个穿孔耦接于所述接地导线，且所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片至少部分包围该讯号金属片。

Description

射频装置
技术领域
本发明涉及一种射频(Radio Frequency，RF)装置，尤其涉及一种易于组装且可达到良好的高频表现的射频装置。
背景技术
随着科技演进，无线通讯科技已成为人类日常生活中重要的一部份，各式的电子通讯装置(如智能型手机、穿戴式装置、平板计算机等)皆利用无线射频(RF)前端模块(FEM)，以进行无线射频讯号的接收与发送。
近年来发展的射频装置包含有设置于射频装置的一芯片背面的一接地导线与一讯号导线，其中形成于接地导线与讯号导线间的一间隙需具有足够的宽度，才能预防组装时的短路问题，且降低射频装置与一外部电路组装时的难度。然而，该讯号导线间与该接地导线之间的间隙宽度往往牺牲了高频效能(及射频效能)，换句话说，当讯号导线与接地导线之间的间隙增宽度增加时，该射频效能越差。
因此，如何提供易于组装的射频装置，同时又可以达到良好的射频效能，就成了业界所努力的目标之一。
发明内容
本发明主要目的之一在于提供一种易于组装且可达到良好的高频表现的射频装置，以改善现有技术的缺点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种实施例公开了一种射频(Radio Frequency，RF)装置，包含有一芯片、一讯号导线、一接地导线、一讯号金属片、一第一接地金属片和一第二接地金属片，其中，所述芯片包括复数个穿孔(Via)以及至少一热穿孔(Hot Via)；所述讯号导线设置于所述芯片的背面；所述接地导线设置于所述芯片的背面，至少部分包围所述讯号导线，其中所述讯号导线沿一第一方向与所述接地导线之间形成一第一间隙，并沿一第二方向与所述接地导线之间形成一第二间隙；所述讯号金属片设置于所述芯片的正面，且通过所述至少一热穿孔耦接于所述讯号导线，其中所述讯号金属片跨越(Cross Over)所述讯号导线与所述接地导线之间的所述第二间隙；所述第一接地金属片和所述第二接地金属片设置于所述芯片的正面上；所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片通过所述复数个穿孔耦接于所述接地导线，且所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片至少部分包围所述讯号金属片。
附图说明
图1是本发明优选实施例的射频装置的背面示意图；
图2是图1中的射频装置的正面示意图；
图3是图1中的射频装置的正面透视示意图；
图4是图1中的射频装置的背面透视示意图；
图5是图3中A-A’线的剖面示意图；
图6是图1中的射频装置的传输系数与反射系数频率响应示意图；
图7是图2中B-B’线的剖面示意图；
图8是图2中C-C’线的剖面示意图；
图9A是应用本发明优选实施例的射频装置的单晶微波集成电路的正面示意图；
图9B是图9A中的单晶微波集成电路的背面示意图。
附图标记说明：
10 射频装置
90 单晶微波集成电路
100 芯片
102 讯号导线
104 接地导线
106、108、110 接地金属片
1060、1062、1062’ 金属区块
92、94、96 转接结构
D1、D2 方向
G1、G2、G3 间隙
L1、L2、L3 边缘
VA 穿孔
HVA 热穿孔
SP 讯号路径
A-A’、B-B’、C-C’ 线
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
请参考图1至图5，图1及图2分别为本发明优选实施例的射频(RF)装置10的背面及正面示意图，图3及图4为射频装置10的正面及背面透视图，图5为射频装置10沿图3中A-A’线的剖面示图。为方便绘示，图1至图5中标记有射频装置10的一第一边缘L1、一第二边缘L2以及一第三边缘L3。射频装置10可应用于一单晶微波集成电路(Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit，MMIC)，其包含有一芯片100、一讯号导线102、一接地导线104、一讯号金属片106、一接地金属片108以及一接地金属片110，图1中的点线代表讯号金属片106、接地金属片108以及接地金属片110(投影至射频装置10背面)的投影结果的边界，图2与图3中的虚线(邻近第三边缘L3)代表讯号导线102及接地导线104(投影至射频装置10正面)的投影结果的边界，图4中的点线代表将讯号金属片106、接地金属片108以及接地金属片110在射频装置10正面上的边界。芯片100包含有复数个穿孔VA与一热穿孔HVA，其中穿孔VA及热穿孔HVA可为一硅通孔(Through-Silicon Via，TSV)，需注意的是，讯号导线102、讯号金属片106、接地金属片108、接地金属片110、接地导线104、热穿孔HVA以及穿孔VA共同形成一转接结构(Transition Structure)。
具体而言，将讯号导线102与接地导线104设置于芯片100的背面，其中讯号导线102是用于与一外部电路进行一射频讯号的接收或传送，接地导线104是用来提供芯片100的接地，接地导线104包围讯号导线102，使得在芯片100的背面上的讯号导线102与接地导线104可形成一接地─讯号─接地(Ground-Signal-Ground，GSG)结构，需注意的是，讯号导线102与接地导线104之间形成一间隙G1及一间隙G2，详细来说，间隙G1为平行于一第一方向D1(如图1中所示)中讯号导线102与接地导线104间的间隙，间隙G2为平行于一第二方向D2(如图1中所示)中讯号导线102与接地导线104之间的间隙，其中第一方向D1平行于射频装置10的第三边缘L3，且第二方向D2平行于第一边缘L1或第二边缘L2，而为便于组装，间隙G1与间隙G2需够大或够宽，例如大于或宽于50微米(μm)，以避免其短路问题。在一实施例中，间隙G1与间隙G2可为300微米(μm)。
更进一步地，讯号金属片106、接地金属片108与接地金属片110设置在芯片100的正面上，而讯号金属片106跨越(Cross Over)于射频装置10背面的间隙G2，并与讯号导线102经热穿孔HVA相连接，以传递该射频讯号，而接地金属片108与接地金属片110经穿孔VA与接地导线104相连接，用来维持射频装置10的接地稳定性。
需注意的是，在射频装置10正面的讯号金属片106跨越间隙G2(其中间隙G2为平行于第二方向D2且形成于讯号导线102与接地导线104间)，详细来说，讯号金属片106可分割为金属区块1060与金属区块1062(如图2所示)，矩形金属区块1060为一矩形(或正方形)且沿着第三边缘L3设置，而矩形金属区块1062跨越射频装置10背面的间隙G2并与金属区块1060相连接。金属区块1060在射频装置10背面的投影结果与讯号导线102重合，金属区块1062’在射频装置10背面的投影结果跨越或横跨间隙G2及接地导线104，换句话说，讯号金属片106因设置于射频装置10的正面，且跨越形成于射频装置10的背面的间隙G2，因此，在讯号导线102接收该射频讯号后，该射频讯号将经热穿孔HVA传递至射频装置10的正面(即金属区块1060)，再经金属区块1062将该射频讯号传递至射频装置10的一内部电路。除此之外，接地金属片108及接地金属片110是沿着讯号金属片106的边缘设置(即沿着金属区块1060及金属区块1062的边缘设置)，其可形成一共平面波导(Coplanar Waveguide、CPW)结构而加强一射频效能，该射频讯号可经由金属区块1062(或该CPW结构)传递至射频装置10的正面上的一特定点，需注意的是，将该特定点在射频装置10背面的一投影结果位于接地导线104上。
除此之外，接地金属片108与接地金属片110至少部分包围讯号金属片106，详细来说，接地金属片108及接地金属片110沿着金属片106的边缘设置，讯号金属片106与接地金属片108、110之间形成有一间隙G3。请参考图7及图8，图7及图8分别为射频装置10沿着图2中一B-B’线及一C-C’线的剖面示意图。如图7所示，讯号金属片106、接地金属片108与接地金属片110在芯片100正面形成一CPW传输线结构，更进一步地，如图8所示，讯号金属片106、接地金属片108、接地金属片110与接地导线104形成一共面波导接地(CoplanarWaveguidewith Lower Ground Plane、CPWG)结构，而该CPW结构与CPWG结构的性质与特性为本领域所熟知，故在此不多加赘述。
因此，讯号导线102、讯号金属片106与热穿孔HVA可形成一讯号路径SP来传递该射频讯号(如图5所示)，换句话说，来自外部电路的射频讯号可由讯号导线102(在射频装置10背面且相邻于第三边缘L3)接收，经由热穿孔HVA与讯号金属片106(在芯片100的正面上)，并传递至射频装置10的正面。较佳地，将讯号金属片106的阻抗可为50欧姆(Ω)。
需注意的是，讯号金属片106、接地金属片108与接地金属片110跨越间隙G2且形成CPW传输线结构，其代表讯号金属片106、接地金属片108与接地金属片110可形成GSG结构，而为达到较佳的射频效能，接地金属片108与接地金属片110的总面积越大越好，除此之外，接地金属片108与接地金属片110将沿着讯号金属片106的边缘设置，并以间隙G3相隔开来，其可形成CPW结构并增进跨越间隙G2至芯片100正面之间的射频特性。利用该转接结构，来自芯片100的背面的该射频讯号将被传递至芯片100的正面，间隙G3可小于或窄于70微米(μm)，在一实施例中，间隙G3可介于20微米(μm)至70微米(μm)之间。
请参考图6，图6为射频装置10的射频效能的示意图，其中为射频装置10的一传输系数与一反射系数频率响应示意图，如图6所示，其中实线代表射频装置10的传输系数(Transmission Coefficient)，而虚线代表射频装置10的反射系数(ReflectionCoefficient)。由观察图6可知，当射频装置10的一操作频率高达67GHz时，其代表一介入损失(Insertion Loss)的传输系数仅为-0.6dB，而当射频装置10的操作频率低于67GHz时，该反射系数亦低于-15dB。
由上述可知，本发明利用形成于芯片100的背面且位于讯号导线102与讯号导线104之间足够宽的间隙G1与间隙G2，来形成GSG结构以传递射频讯号至外部基板，使其易于与外部电路组装，并防止短路问题。同时，本发明利用讯号金属片106及接地金属片108与接地金属片110在芯片100正面形成CPW结构，以将该射频讯号利用跨越间隙G2的路径传递至芯片100上的主要电路，其可维持良好的射频效能。相较于现有技术，本发明的优点在于易于组装的同时，亦可拥有良好的射频效能。
另外，讯号导线102、讯号金属片106、接地金属片108、接地金属片110、接地导线104、热穿孔HVA以及穿孔VA可共同形成一转接结构，该转接结构可应用于一MMIC上，例如参考图9A与图9B，图9A与图9B分别为应用本发明优选实施例的射频装置的单晶微波集成电路(MMIC)90正面示意图与背面示意图，其中包含有一内部电路96、转接结构92以及转接结构94，该射频讯号可经由转接结构92与转接结构94，传递至单晶微波集成电路90的正面上的内部电路96，尤其在单晶微波集成电路90内没有任何焊线(Bonding Wire)与封装导线(Package Lead)，因此相较于现有技术，单晶微波集成电路90具有容易组装以及良好射频效能的优点。
需注意的是，前述实施例是用以说明本发明的概念，本领域具通常知识者当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，讯号导线102、接地导线104、金属区块1060与金属区块1062的形状并不限于矩形，讯号导线102、接地导线104、金属区块1060与金属区块1062可为其他种类的几何形状，只要讯号金属片106、接地金属片108与接地金属片110在芯片100正面形成GSG结构，即满足本发明要求且属于本发明的范畴。
综上所述，本发明利用接地导线与讯号导线之间够宽的距离，使其便于与外部电路进行组装，除此之外，本发明利用芯片正面的金属片以形成CPW传输线结构，提供讯号路径以维持良好射频效能。相较于现有技术，本发明不但易于组装且达到较佳的射频效能。
以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种射频装置，其特征在于，包含有：
一芯片，包括复数个穿孔以及至少一热穿孔；
一讯号导线，设置于所述芯片的背面；
一接地导线，设置于所述芯片的背面，至少部分包围所述讯号导线，其中所述讯号导线沿一第一方向与所述接地导线之间形成一第一间隙，并沿一第二方向与所述接地导线之间形成一第二间隙；
一讯号金属片，设置于所述芯片的正面，且通过所述至少一热穿孔耦接于所述讯号导线，其中所述讯号金属片跨越所述讯号导线与所述接地导线之间的所述第二间隙；
一第一接地金属片，设置于所述芯片的正面上；以及
一第二接地金属片，设置于所述芯片的正面上；
其中，所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片通过所述复数个穿孔耦接于所述接地导线，且所述第一接地金属片以及所述第二接地金属片至少部分包围所述讯号金属片；
其中，所述第一接地金属片于所述背面具有一第一正交投影，所述第一正交投影具有一第一接地重迭区以及一第一非重迭区，所述第二接地金属片于所述背面具有一第二正交投影，所述第二正交投影具有一第二接地重迭区以及一第二非重迭区，所述第一接地重迭区及所述第二接地重迭区皆与所述接地导线相互重迭，而所述第一非重迭区及所述第二非重迭区皆不与所述接地导线相互重迭；
其中，所述接地导线包含位在所述第一间隙旁的一第一接地边缘以及位在所述第二间隙旁的一第二接地边缘，所述第一接地边缘垂直于所述第一方向，而所述第二接地边缘垂直于所述第二方向；
其中，所述复数个穿孔中复数个第一穿孔设置在所述第一接地边缘的所述第一方向上，所述复数个穿孔中复数个第二穿孔设置在所述第二接地边缘的所述第二方向上，所述复数个穿孔围绕所述至少一热穿孔。
2.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，所述第一间隙与所述第二间隙均大于50微米。
3.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，所述第一间隙与所述第二间隙是300微米。
4.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，所述讯号金属片与所述第一接地金属片之间形成一第三间隙。
5.根据权利要求4所述的射频装置，其特征在于，所述第三间隙小于70微米。
6.根据权利要求4所述的射频装置，其特征在于，所述第三间隙介于20微米至70微米之间。
7.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，在所述芯片的背面，所述讯号导线与所述接地导线之间形成一接地－讯号－接地结构。
8.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，所述讯号金属片、所述第一接地金属片及所述第二接地金属片形成一共面波导传输线，其中所述共面波导传输线跨越于所述芯片的正面的所述第二间隙。
9.根据权利要求1所述的射频装置，其特征在于，所述讯号金属片的阻抗为50欧姆。
10.根据权利要求8所述的射频装置，其特征在于，所述讯号金属片的阻抗为50欧姆。
11.根据权利要求8所述的射频装置，其特征在于，所述复数个穿孔中所述复数个第二穿孔设置不超过所述第一接地边缘的一延伸线。
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