CN109088181A - 射频器件模块及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作射频(RF)模块的方法包括由基片集成波导(SIW)带通滤波器对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波。天线设置在基片的第一侧处。接口结构设置在基片的与第一侧相对的第二侧处。SIW带通滤波器在基片内设置在天线与接口结构之间。操作RF模块的方法还包括由接口结构在SIW带通滤波器与RF前端电路之间传送RF信号。

Description

射频器件模块及其形成方法
技术领域
本发明总体上涉及射频电子器件，并且在特定实施例中涉及射频电子器件模块及其形成方法。
背景技术
很多无线通信技术现在使用多天线系统以用于各种应用，诸如波束成形、发射分集和多输入多输出(MIMO)配置。诸如基站的服务设备可以并入一个或多个天线阵列以增加网络容量。另外，由于低成本半导体技术的快速发展，诸如平板计算机、智能电话和智能手表的便携式设备近来变得流行起来。便携式设备还可以利用多个天线元件以用于波束成形、发射分集和MIMO配置。用于便携式设备的多个天线的另一应用是作为可以检测用户运动的雷达传感器(称为手势传感器)，其可以在便携式设备中被配置为用于控制设备的功能的接口。很多便携式设备必然很小，因此希望具有减小的形状因子的嵌入式雷达系统。能够进行定向通信和雷达感测的模块可能具有非常密集的部件。因此，在集成的多天线系统的封装设计期间，封装件内的部件尺寸和位置可能是优先考虑的事项。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种操作射频(RF)模块的方法包括由基片集成波导(SIW)带通滤波器对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波。天线设置在基片的第一侧。接口结构设置在基片的与第一侧相对的第二侧。SIW带通滤波器在天线与接口结构之间设置在基片内。操作RF模块的方法还包括由接口结构在SIW带通滤波器与RF前端电路之间传送RF信号。
根据本发明的另一实施例，一种射频(RF)模块包括天线、接口结构和基片集成波导(SIW)带通滤波器。天线设置在基片的第一侧。接口结构设置在基片的与第一侧相对的第二侧。SIW带通滤波器在天线与接口结构之间设置在基片内。SIW带通滤波器被配置为对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波。接口结构被配置为耦合到RF前端电路。
根据本发明的又一实施例，一种半导体器件模块包括设置在基片的第一层压层处的第一天线。第一层压层设置在基片的第一侧。半导体器件模块还包括耦合到第一天线的第一带通滤波器。第一带通滤波器包括设置在基片的第二层压层中的第一波导腔体。第二层压层设置在第一层压层的下方。半导体器件模块还包括耦合到第一带通滤波器的接口结构。接口结构设置在基片的第三层压层处。第三层压层设置在基片的与基片的第一侧相对的第二侧。接口结构被配置为耦合到射频集成电路(RFIC)芯片。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1A图示了示例电子可操纵阵列RF系统，图1B图示了使用实施例有源相控阵RF系统的示例电信使用场景，图1C图示了包括雷达前端电路和处理电路的实施例雷达系统的框图，以及图1D图示了包括被实现为射频集成电路的雷达前端电路和耦合在雷达前端电路与设置在基片上的天线之间的实施例滤波器的有源相位阵列部件的平面图；
图2图示了根据本发明的一个实施例的包括多个天线和多个滤波器的射频模块的功能框图；
图3图示了根据本发明的一个实施例的包括天线、基片集成波导带通滤波器和射频集成电路芯片的射频器件模块的一部分的横截面图；
图4图示了根据本发明的一个实施例的包括缝隙天线、基片集成波导带通滤波器和射频集成电路芯片的射频器件模块的一部分的横截面图；
图5图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层与基片集成波导带通滤波器的间接耦合；
图6图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层与基片集成波导带通滤波器的直接耦合；
图7图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片和在基片的天线层的外表面上方延伸的过孔；
图8图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片和基片内在天线与基片集成波导带通滤波器之间的腔体；
图9图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、五阶基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层与基片集成波导带通滤波器的间接耦合；
图10图示了根据本发明的一个实施例的基片集成波导带通滤波器，图10A图示了基片集成波导带通滤波器的俯视图，以及图10B图示了基片集成波导带通滤波器的横截面图；
图11图示了根据本发明的一个实施例的包括具有集成变频器和波束成形发射/接收部分的射频集成电路芯片的射频模块的框图；
图12图示了根据本发明的一个实施例的包括天线元件阵列的射频模块的俯视图；
图13图示了根据本发明的一个实施例的包括波束成形发射/接收部分的射频集成电路芯片和变频器的单独的射频集成电路芯片的射频模块的框图；
图14图示了根据本发明的一个实施例的包括天线元件阵列的射频模块的俯视图；
图15图示了根据本发明的一个实施例的包括天线元件阵列的射频模块的俯视图；
图16图示了根据本发明的一个实施例的形成射频模块的方法；以及
图17图示了根据本发明的一个实施例的操作射频模块的方法。
除非另有指示，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。附图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。附图中绘制的特征的边缘不一定指示特征的范围的终止。
具体实施方式
下面详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应当认识到，本文中描述的各种实施例适用于各种各样的具体上下文中。所讨论的具体实施例仅仅说明制作和使用各种实施例的具体方式，而不应当在有限的范围内被解释。
将针对特定上下文中的实施例描述本公开，特定上下文中的实施例是用于可以在诸如雷达系统和蜂窝通信系统的RF系统中使用的电子可操纵有源相控阵天线的射频器件模块。本发明的实施例还可以应用于接收或发射定向RF信号的其他系统和应用。
电子可操纵天线阵列适合于在诸如电信、汽车雷达、工业雷达、手势传感器和运动检测器的多种应用中使用。在电信应用中，多信道收发器可以用于需要波束成形的点对点通信。例如，即将到来的第五代(5G)移动技术可以采用利用多个天线元件的各种特征，诸如针对专用用户的自适应波束成形、智能天线场景、发射分集以及多输入多输出(MIMO)配置。
相控阵天线系统可以被实现为个体天线的阵列，个体天线被配置为在电子可控的方向上发射无线电波束而不物理地移动单个天线元件。相控阵可以是其中所有天线连接到单个发射/接收模块(TRM)的无源相控阵、其中每个天线连接到不同TRM的有源相控阵、或者其中天线的组连接到相应阵列的组合。有源相控阵天线模块可以用作用于5G通信的基站的构建模块。
有源相控阵也可以被称为有源电子扫描阵(AESA)。类似地，无源相控阵可以被称为无源电子扫描阵(PESA)。
可能的感测应用包括存储罐中的液位监测、智能照明控制、安全系统、智能开门器和车辆中的碰撞避免等。当对象的角位置的检测很重要时，代替单信道系统，主要使用多信道雷达系统。当AESA用于雷达应用时，系统可以被称为有源相控阵雷达(APAR)。
为了使包含天线元件阵列的RF模块的尺寸最小化，射频前端电路的很多部件可以集成在RFIC芯片上。RFIC芯片尺寸可能受到阵列中的天线元件的栅格间隔或间距的限制，栅格间隔或间距又可能取决于期望的操作频率范围。例如，在28GHz，两个元件之间的距离可以是约5mm到6.5mm。在60GHz，该距离可以在约3mm与约3.5mm之间的范围内。将与每个天线相对应的射频前端电路的部件适配到小于栅格间隔的区域中可能是有益的。这可以允许模块的整体尺寸是相控阵天线系统中的天线阵列的尺寸。
射频模块的可能的设计考虑是杂散发射和/或带外发射的生成。远远超出射频器件的期望操作范围而发射的RF信号可以被认为是杂散发射。使用滤波器，可以减少或消除不希望的杂散发射和带外发射的生成。例如，带通滤波器是一种处理包含宽频率范围的输入信号并且仅输出在带通滤波器的通带中的频率的滤波器。换言之，带通滤波器使在通带内的频率通过装置并且拒绝或衰减在通带之外的频率。然而，RF带通滤波器可能体积大，这可能会增加射频模块的尺寸。
图1A图示了包括控制器102、RF前端104、波束成形电路106和电子可操纵阵列天线108的电子可操纵阵列RF系统100的示例实施例。在操作期间，控制器102确定电子可操纵阵列天线108经由波束角度控制端口发射和接收RF波束110的波束角θ。在一些实施例中，控制器102可以提供全局相对时间延迟设置和/或针对波束成形电路106内的每个时间延迟电路或时间延迟电路的组的时间延迟参数和设置。在一些实施例中，例如，在蜂窝通信系统，控制器102可以执行基带处理。RF前端104向波束成形电路106提供RF信号和/或从波束成形电路106接收RF信号。波束成形电路106向电子可操纵阵列天线108提供根据所请求的波束角度和电子可操纵阵列天线108的天线元件之间的间隔被延迟的个体RF信号。
尽管图1A仅将电子可操纵阵列天线108示出为具有被布置为一维阵列的八个天线元件，但是在本发明的备选实施例中，电子可操纵阵列天线108可以具有多于或少于的八个元件，和/或可以将其元件布置成多维阵列。
图1B图示了使用实施例有源相控阵RF系统的示例电信使用场景。如图所示，可以是蜂窝电话、智能电话或其他RF使能的设备的移动设备122经由定向RF波束178向基站124发射数据，并且基站124经由定向RF波束180向移动设备122发射数据。类似地，基站124和数据网络126在回程连接中经由定向RF波束182和184向彼此发射数据。定向RF波束178、180、182和184可以由实施例波束成形电路和天线阵列来产生。
除了通信系统之外，实施例波束成形电路和有源相控阵RF系统可以应用于雷达系统，诸如汽车雷达系统、手势识别雷达系统和其他类型的雷达系统。图1C示出了包括雷达前端电路132和处理电路134的雷达系统130的框图。在操作期间，目标114的位置和行为可以由雷达系统130检测。尽管目标114在图1C中被描绘为手，但是雷达系统130也可以被配置为确定其他类型的目标(诸如人体、汽车、机械和其他类型的有生命或无生命对象)的位置和行为。例如，雷达系统130可以使用测量目标114的位置和相对速度的二维毫米波相控阵雷达来实现。毫米波相控阵雷达发射和接收在50GHz到80GHz的范围内的信号。备选地，也可以使用在该范围之外的频率。在一些实施例中，雷达前端电路132作为具有多个发射和接收信道的调频连续波(FMCW)雷达传感器来操作。备选地，可以使用其他类型的雷达系统。
雷达前端电路132发射和接收用于在三维空间中检测目标114的无线电信号。例如，雷达前端电路132发射入射RF信号并且接收来自目标114的对入射RF信号的反射的RF信号。接收到的经反射的RF信号由雷达前端电路132下变频以确定拍频信号。这些拍频信号可以用于确定目标114在三维空间中的信息，诸如位置、速度、角度等。
在各种实施例中，雷达前端电路132被配置为经由发射天线142朝向目标114发射入射RF信号，并且经由接收天线144从目标114接收经反射的RF信号。雷达前端电路132包括耦合到发射天线142的发射器前端电路138和耦合到接收天线144的接收器前端电路140。
在操作期间，发射器前端电路138可以一次一个或同时朝向目标114发射RF信号。尽管在图1C中描绘了两个发射器前端电路138，但是应当理解，雷达前端电路132可以包括少于或多于两个发射器前端电路138。每个发射器前端电路138包括被配置为产生入射RF信号的电路。这样的电路可以包括例如RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率分配器和其他类型的电路。
接收器前端电路140接收并且处理来自目标114的经反射的RF信号。如图1C所示，接收器前端电路140被配置为耦合到四个接收天线144，这四个接收天线144可以被配置为2×2天线阵列。在备选实施例中，接收器前端电路140可以被配置为耦合到多于或少于四个天线，其中所得到的天线阵列具有取决于具体实施例及其规格的各种n×m维度。接收器前端电路140可以例如包括RF振荡器、上变频混频器、RF放大器、可变增益放大器、滤波器、变压器、功率组合器和其他类型的电路。
雷达电路136提供待被发射到发射器前端电路138的信号，从接收器前端电路140接收信号，并且可以被配置为控制雷达前端电路132的操作。在一些实施例中，雷达电路136包括但不限于频率合成电路、上变频和下变频电路、可变增益放大器、模数转换器、数模转换器、用于基带信号的数字信号处理电路、偏压生成电路和电压调节器。
雷达电路136可以从处理电路134接收基带雷达信号，并且基于所接收的基带信号来控制RF振荡器的频率。在一些实施例中，该所接收的基带信号可以表示待发射的FMCW频率码片(chip)。雷达电路136可以通过向锁相环的频率控制输入施加与所接收的基带信号成比例的信号来调节RF振荡器的频率。备选地，可以使用一个或多个混频器对从处理电路134接收的基带信号进行上变频。雷达电路136可以经由数字总线(例如，USB总线)发射和数字化基带信号，经由模拟信号路径发射和接收模拟信号，和/或向处理电路134发射和/或从处理电路134接收模拟和数字信号的组合。
处理电路134获取由雷达电路136提供的基带信号，并且执行一个或多个信号处理步骤以评估它们。在一个实施例中，处理电路134获取表示拍频信号的基带信号。信号处理步骤可以包括执行快速傅里叶变换(FFT)、短时傅里叶变换(STFT)、目标分类、机器学习等。信号处理步骤的结果用于确定和执行对设备的操作。除了处理所获取的基带信号之外，处理电路134还可以控制雷达前端电路132的各方面，诸如由雷达前端电路132产生的传输。
雷达系统130的各种部件可以以各种方式划分。例如，雷达前端电路132可以在一个或多个RF集成电路(RFIC)上实现，天线142和144可以设置在电路板上，以及处理电路134可以使用设置在一个或多个集成电路/半导体基片上的处理器、微处理器、数字信号处理器和/或定制逻辑电路来实现。处理电路134可以包括执行存储在非暂态存储器中的指令以执行处理电路134的功能的处理器。然而，在一些实施例中，处理电路134的全部或部分功能可以被并入其上设置有雷达前端电路132的同一集成电路/半导体基片上。
在一些实施例中，雷达前端电路132的一些或全部部分可以在包含发射天线142、接收天线144、发射器前端电路138、接收器前端电路140和/或雷达电路136的封装中实现。在一些实施例中，雷达前端电路132可以被实现为设置在电路板上的一个或多个集成电路，并且发射天线142和接收天线144可以在与集成电路相邻的电路板上实现。在一些实施例中，发射器前端电路138、接收器前端电路140和雷达电路136形成在相同的雷达前端集成电路(IC)裸片上。发射天线142和接收天线144可以是雷达前端IC裸片的一部分，或者可以是雷达前端IC裸片之上或与雷达前端IC裸片相邻的单独的天线。雷达前端IC裸片还可以包括用于路由和/或用于实现雷达前端电路132的各种无源或有源器件的导电层，诸如再分布层(RDL)。在一个实施例中，发射天线142和接收天线144可以使用雷达前端IC裸片的RDL来实现。
在各种实施例中，雷达系统130可以用于实现手势识别系统，该手势识别系统用于直接控制诸如计算机、智能电话或平板计算机的设备，或者用于控制诸如车辆、建筑物内的电子系统或家用电器的远程设备。例如，当远程设备是汽车时，实施例手势检测系统允许人类行动者从汽车外部控制汽车的各种操作。
图1D图示了可以用于实现有源相控阵通信系统或雷达系统的实施例的有源相控阵组件108的平面图。如图所示，被实现为RFIC的RF前端电路132耦合到被实现为设置在基片152上或基片152内的贴片天线的发射天线142和接收天线144。在一些实施例中，基片152可以使用电路板来实现，RF前端电路132设置在该电路板上并且发射天线142和接收天线144在该电路板上使用电路板的导电层被实现。备选地，基片152表示其上设置有一个或多个RDL并且其上使用在一个或多个RDL上的导电层实现有发射天线142和接收天线144的晶片基片。
另外，滤波器160耦合在RF前端电路132与发射天线142之间。滤波器160可以被实现为基片152内的基片集成波导滤波器。在各种备选实施例中，更多或更少的滤波器160可以被包括在有源相控阵组件108。应当理解，图1D的实现仅仅是可以实现实施例有源相控阵RF系统的很多方式中的一种。
对于利用有源相控阵RF传输的各种应用，RF信号滤波可能是重要的。例如，如果有源相控阵雷达系统操作在接近由其他并置(collocated)设备使用的占用频带的频率范围内，则RF信号滤波可能是有用的。除了用于雷达之外，当有源相控阵系统中的天线用于射频通信时，RF信号滤波也可能是有用的。取决于具体的设计考虑和功能，RF信号滤波可以在有源相控阵系统内的天线中的一些或全部天线处实现。
在各种实施例中，包括天线阵列和一个或多个RFIC的有源相控阵模块在每个天线处与RF信号滤波一起被实现。天线阵列位于多层印刷电路板(PCB)的一侧上，并且一个或多个RFIC被附接到PCB的相对侧。射频模块还包括集成在天线阵列与一个或多个RFIC之间的PCB的若干层内的多个基片集成波导(SIW)带通滤波器。有源相控阵模块可以在每个天线处提供简便且高效的RF信号滤波。
通过使用SIW带通滤波器的RF信号滤波，可以减少或消除在有源相控阵模块的操作频带之外的不希望的电磁发射，诸如杂散发射和带外发射。有源相控阵模块可以被设计为满足杂散发射要求，以防止与其他设备的偶然干扰。例如，在28GHz，有源相控阵模块中每个天线处的RF信号滤波可以满足由国际电信联盟在ITU-R SM.329中提供的建议。
每个天线耦合到对应的SIW带通滤波器，并且与相邻天线间隔开一致的距离。该距离可以被称为天线阵列的栅格间隔，并且可以基于有源相控阵模块的操作频带来选择。每个SIW带通滤波器可以位于对应的天线下方，并且适配在天线阵列的栅格间隔内。这样的布置可以用于减小有源相控阵模块的尺寸，同时提供对天线阵列中的每个天线的滤波。与集成部件相比，封装部件可能体积大，因此PCB上用于封装部件的空间可能会受到限制。将SIW带通滤波器集成在PCB内可以释放PCB上原本被指定用于滤波设备的空间。
下文提供的实施例描述RF模块和RF器件封装的各种结构以及制造RF模块和RF器件封装的各种方法，特别地，包含具有多个天线元件的层压基片和集成到层压基片中的多个滤波器的RF模块与传统RF模块相比可以具有各种优点。以下描述描述了各种实施例。使用图2来描述实施例RF模块。使用图3至9来描述各种实施例RF器件模块。使用图10来描述集成到基片中的实施例带通滤波器。使用图11来描述实施例RF模块框图。使用图12来描述实施例RF模块。使用图13来描述备选实施例RF模块框图。使用图14和15来描述一对备选实施例RF模块。使用图16来描述形成RF模块的实施例方法。使用图17来描述操作RF模块的实施例方法。
图2图示了根据本发明的一个实施例的包括多个天线和多个滤波器的射频模块的功能框图。
参考图2，射频模块1包括天线基片3、射频前端电路2和附加电路7。天线基片3包括连接到一个或多个滤波器6的一个或多个天线4。每个天线4可以被配置为发射和/或接收RF信号。例如，在各种实施例中，天线4中的一些可以是接收天线，并且天线4中的一些可以是发射天线。在其他的一些实施例中，天线4中的一个或多个天线可以被配置为既接收又发射无线电信号。
射频模块1可以用于雷达应用，诸如图1C所示的汽车或手势感测应用。另外，射频模块1可以用于诸如5G应用的通信应用中，例如如图1B所示的通信应用。
在各种实施例中，每个天线4可以直接连接到单个滤波器6。在其他的一些实施例中，可以基于射频模块1的具体功能来实现天线4和滤波器6的任何组合。作为示例，具体功能可以通过将每个天线4连接到滤波器6的相应串来实现。另外，同一天线基片3中的不同天线4可以具有不同的滤波功能。例如，天线4的子集可以不执行滤波并且因此不被连接到任何滤波器6。同时，在同一天线基片3上，天线4的不同子集中的每个天线4可以连接到若干滤波器6。天线4和滤波器6的数目和配置不限于具体配置，并且其他配置对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。
每个滤波器6可以通过允许一些频率通过滤波器6同时拒绝或衰减其他频率来修改RF信号。在各种实施例中，滤波器6是模拟滤波器。在一个实施例中，滤波器6是带通滤波器。带通滤波器可以在很少或没有信号功率损耗的情况下允许一定频率范围通过，同时拒绝或衰减在频率范围之外的频率。通过给定的带通滤波器的频率范围可以被称为通带。在各种实施例中，滤波器6是SIW滤波器并且在一个实施例中是SIW带通滤波器。在其他的一些实施例中，滤波器6可以包括其他类型的滤波器，诸如例如低通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器。
在一些实施例中，取决于射频模块1的设计参数，滤波器6可以包括不同类型和实现的滤波器。例如，滤波器6可以包括低通滤波器和高通滤波器两者。滤波器6不限于单一类型，并且滤波器的其他可能组合对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。
针对诸如滤波器6等滤波器的具体设计考虑可以是滤波器的阶。较高阶滤波器可以增加通带与阻带之间的截止的锐度。较高阶滤波器的可能折衷可能包括在通带中引入的波纹、以及滤波器的尺寸和复杂度的增加。如前所提及的，在设计射频模块1时，滤波器6的尺寸和成本可能是重要的考虑因素。可以基于性能、尺寸和成本考虑来选择滤波器6的阶。
RF前端电路2被配置为处理无线电信号，并且可以包括各种电路部件，例如诸如变频器、功率分配器/组合器、放大器和移相器。还应当注意，RF前端电路2可以包括附加滤波器。被包括在RF前端电路2中的任何附加滤波器可以被实现为模拟滤波器或数字滤波器。
RF前端电路2可以被设计为以超高频(SHF)或极高频(EHF)机制操作。例如，RF前端电路2可以包含被设计为以28GHz机制操作的毫米波(MMW)电路(例如，在5G应用中)。在各种实施例中，RF前端电路2可以包含被设计为在约27.5GHz与30GHz之间的频率范围内操作的MMW电路。另外地或备选地，RF前端电路2可以包含被设计为在从57GHz到64GHz的未授权频带中操作的MMW电路。
射频前端电路2使用一个或多个连接而连接到天线基片3的滤波器6。如图2所示，模块1具有从每个滤波器6到射频前端电路2的连接，但是其他连接方案也是可能的。例如，RF前端电路2与天线基片3之间的单个连接可以被分成天线基片3内的连接到滤波器6的多个连接。
在一些实施例中，RF前端电路2还可以连接到位于射频模块1中的附加电路7。附加电路可以包括任何类型的电路，例如诸如微控制器单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)和/或调制解调器。在其他的一些实施例中，附加电路7可以被省略或与射频模块1分开实现。RF前端电路2、天线基片3和附加电路7的任何组合可以一起封装在射频器件模块中。下面描述射频器件模块的各种实施例。
图3图示了根据本发明的一个实施例的包括天线、基片集成波导带通滤波器和射频集成电路芯片的射频器件模块的一部分的横截面图。
参考图3，RF器件模块300包括RFIC芯片11。RFIC芯片11包括半导体基片。在一个实施例中，半导体基片包括硅。例如，半导体基片可以是绝缘体上硅(SOI)，诸如二氧化硅(SiO2)上硅或者蓝宝石上硅(SOS)。在另一实施例中，半导体基片包括硅锗(SiGe)。在又一实施例中，半导体基片包括砷化镓(GaAs)。
RFIC芯片11可以包括有源和无源器件、金属层、电介质层、掺杂和本征半导体区域和再分布层(RDL)、以及本领域已知的其他部件。RFIC芯片11可以具有连接到接收天线的接收接口和/或连接到发射天线的发射接口。在一些配置中，接收接口和发射接口可以组合成单个接口。在这个和其他的一些实施例中，RFIC芯片11可以是封装或未封装的芯片。
RF前端电路2可以被集成在RFIC芯片11中。RF前端电路2可以是如先前的实施例中所描述的。例如，集成在RFIC芯片11中的RF前端电路2可以是如参考图2描述的射频模块中的RF前端电路的具体实现。
再次参考图3，RF器件模块300还包括天线基片3。RFIC芯片11设置在天线基片3的底面上。在各种实施例中，RFIC芯片11在被附接到天线基片3之前已经经历了后道工艺(BEOL)处理。RFIC芯片11可以包括用于重新分布连接的一个或多个再分布层(RDL)，以实现与导电层30的耦合。导电层30还可以包括传输线42。传输线42可以用于将RFIC芯片11上的器件耦合到天线基片3的部件。电磁信号可以沿着RFIC芯片11与天线基片3之间的传输线42传播。
在各种实施例中，天线基片3可以包括设置在层压层20上的多个绝缘和导电层(诸如导电层30)。在各种实施例中，层压层包括低损耗高频材料，诸如玻璃布增强碳氢化合物陶瓷和/或聚四氟乙烯(PTFE)。天线基片3可以包括共烧陶瓷材料，诸如低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。备选地，天线基片3可以包括液晶聚合物(LCP)材料。天线基片3的材料不限于所给出的示例。其他可能的材料对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。
在一个实施例中，传输线42是被图案化到导电层30中的微带，如图3所示。备选地，传输线42可以使用带状线、共面波导或其他合适的配置来实现。传输线42可以以3维封装结构位于RF器件模块300的内部。
导电层30可以包括接地平面，以减少或防止RFIC芯片11与设置在导电层30之上的后续层之间的电磁耦合。导电层30的接地平面中可以包括各种开口，以允许导电层30中与接地平面电隔离的再分布线和/或附加传输线。以这种方式，导电层30可以用作RDL以及接地平面。备选地，导电层30可以包括再分布线和/或传输线，但是可以省略接地平面。
RFIC芯片11可以使用连接器44而附接到导电层30。RFIC芯片11可以被取向以使得连接器44与导电层30的暴露区域电接触。在一个实施例中，例如，连接器44可以焊球，焊球是用于嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装的球栅阵列(BGA)的一部分。焊球可以例如允许RFIC芯片11上的电路与天线基片3(诸如接地平面、再分布线和传输线)之间的电耦合。
在各种实施例中，连接器44包括导电材料，诸如锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)和锰(Mn)。例如，连接器44可以是18/64/14/4Sn-Ag-Cu-Zn。备选地，连接器44可以是18/64/16/2Sn-Ag-Cu-Mn。然而，这些材料仅仅是示例。连接器44可以包括本领域已知的各种可焊接材料中的任何可焊接材料。
RFIC芯片11可以使用与表面安装技术(SMT)一起使用的公知工艺附接到导电层30。例如，RFIC芯片11可以使用回流焊接工艺来附接，在回流焊接工艺期间，天线基片3可以经历受控的热量。连接器44可以直接附接到设置在层压层20的底面上的导电层30。RFIC芯片11的附接也可以使用其他公知的表面安装技术来实现。例如，连接器44可以是导电柱。在各种实施例中，导电柱包括诸如铜(Cu)或铝(Al)的导电材料。
天线基片3可以包括多个导电层。导电层30是导电层的一个具体示例。导电层可以被图案化以形成接地平面、再分布线、传输线等。在一些实施例中，导电层可以由已经层压到层压层的金属箔、金属层或金属化物形成。在一个实施例中，导电层包括铜(Cu)。在一些实施例中，导电层包括诸如银(Ag)和铝(Al)的其他导电材料。在一些实施例中，导电层可以包括不同的导电材料。
仍然参考图3，层压层20可以包括层压材料，并且在一些实施例中是其中纤维用热塑性树脂或热固性树脂预先浸渍的预浸材料。在各种实施例中，第一信号层20可以包括用于印刷电路板制作的层压材料。
天线基片3还可以包括分开导电层并且为天线基片3提供结构支撑的多个层压层。层压层20是层压层的一个具体示例。在一些实施例中，层压层包括预浸渍复合材料(PPG)。在一个实施例中，层压层包括FR-4玻璃环氧树脂。在另一实施例中，层压层包括Rogers层压材料，诸如RO4003或RO4350。在又一实施例中，层压层包括为预浸材料的GHPL-970LF。取决于每个层压层的期望功能，RF器件模块300的各种层压层可以包括不同的材料。然而，天线基片3不限于层压层结构。在各种实施例中，天线基片3可以使用任何合适的多层基片来实现。
层压层中的一个或多个层压层可以是在一个或两个表面上用铜来包覆而制造的商业层压材料。覆铜层压材料的板可以被制成单面或双面覆铜板。在制作过程中，铜板可以放置在层压材料的一面或两面。然后可以施加热量和压力的某种组合以促进铜板与层压材料的附接。应当注意，在一些情况下，即使当仅需要单个导电层时，使用双面覆铜层压材料来形成先前讨论的和未来实施例中的层压层可以是有利的。然后在层压到基片之前，蚀刻掉双面覆铜层压板上的不需要的导电表面。在层压之前从层压材料蚀刻掉导电层的可能的益处可以是提高了与基片的粘附力。
层压层的表面上的导电层可以例如是电沉积(ED)箔或压延箔。通过重复地馈送箔板通过辊子以均匀地减小箔板的厚度，可以产生压延箔板。ED箔可能更刚性，并且具有不同的晶粒结构。相比之下，压延箔可以是光滑且柔性的。在一些情况下，由于表面粗糙度降低，压延箔在RF应用中可能是有利的。
再次参考图3，天线基片3还包括由多个导电层和一个或多个层压层构成的SIW带通滤波器60。如图3所示，导电层33、34、35、38和层压层23、24、25的交替堆叠设置在层压层20上，以形成SIW带通滤波器60。过孔41延伸通过SIW带通滤波器60的层中的一些或全部层，以与导电层33、34、35、38相结合形成波导腔体49。在一些实施例中，层压层23、24、25可以填充波导腔体49以形成电介质填充的波导。备选地，例如，SIW带通滤波器60的波导腔体49中的一个或全部可以被挖空并且例如填充有不同的材料，诸如空气。
导电层33、34、35、38可以被图案化，以用作至少在过孔41之间的区域中的接地平面。过孔41可以与导电层33、34、35、38电接触，以在每个波导腔体49的顶面和底面以及过孔41本身上保持恒定的参考电位。波导腔体49的尺寸可以由SIW带通滤波器的期望通带确定。
耦合槽52在过孔41之间的区域中被图案化到导电层33中。耦合槽52可以用于将SIW带通滤波器60与传输线42电磁耦合。耦合槽53和54分别被图案化到导电层34和35中。耦合槽53、54电磁耦合SIW带通滤波器60中的相邻波导腔体49。应当注意，为了清楚起见，在图3和后续的图中仅标出了一个波导腔体49。耦合槽57被图案化到导电层38中，并且类似地用于将SIW带通滤波器60电磁耦合到天线基片3中的附加部件和/或传输线，诸如随后描述的天线40。
电磁耦合也可以被称为间接耦合。耦合槽52、53、54、57可以将电磁信号限制到限定的区域。在导电层33、34、35、38的接地平面部分上入射的电磁信号可以通过接地连接来耗散。槽也可以被称为孔，并且这种类型的电磁耦合可以被称为孔耦合。在一个实施例中，SIW带通滤波器60使用孔耦合而耦合到传输线42。接地层中还可以包括更多或更少的槽。
SIW带通滤波器60的阶可以由集成到天线基片3中的波导腔体49的数目确定。例如，图3所示的SIW带通滤波器60具有三个波导腔体49，并且是三阶SIW带通滤波器。
应当理解，RF器件模块300不限于特定阶的SIW带通滤波器。例如，可以使用更少的层来形成更低阶SIW带通滤波器，诸如二阶SIW带通滤波器。备选地，可以并入更多层以形成更高阶SIW带通滤波器，诸如五阶SIW带通滤波器。图9中示出了实施例五阶SIW带通滤波器。另外，同一天线基片3中可以存在不同阶的SIW带通滤波器。不要求天线基片3中的所有SIW带通滤波器具有相同的阶。
图3所示的横截面图仅示出了在SIW带通滤波器60的每一侧上的一个过孔41。然而，SIW带通滤波器60可以是具有延伸进入绘图平面和从绘图平面延伸出来的波导腔体49的3维器件。过孔41可以沿着SIW带通滤波器60的周边布置，以包围或部分包围SIW带通滤波器60以形成波导腔体49。图10A中示出了这样的可能的配置。
仍然参考图3，层压层28设置在导电层38上。导电层39设置在层压层28上。在一个实施例中，导电层39在天线基片3的顶面上。天线基片3的顶面也可以是RF器件模块300的顶面。导电层39可以被图案化以包括天线40。天线40在各种实施例中是平面天线，并且在一个实施例中是贴片天线。在其他的一些实施例中，天线40可以是另一类型的平面天线，诸如槽、环、螺旋和蝴蝶结天线配置、锥形缝隙天线(TSA)、维瓦尔第(Vivaldi)天线、对数周期偶极子天线(LPDA)、八木-宇田(Yagi-Uda)天线、准八木天线、漏波天线(LWA)等。在一个实施例中，天线40可以被配置为在垂直于天线基片3的表面的方向上辐射电磁辐射。在其他的一些实施例中，天线40可以被配置为在其他方向上辐射。并不限制天线基片上的所有天线40在相同的方向上辐射。
在各种实施例中，天线40可以包括导电材料。例如，在一个实施例中，天线40包括铜(Cu)。在一些实施例中，同一RF器件模块300中可以存在由不同导电材料制成的天线40。
在一个实施例中，耦合槽56用于将SIW带通滤波器60电磁耦合到天线40。应当注意，过孔41和导电层38及39的组合形成可以不被认为是SIW带通滤波器60的一部分的波导腔体49。波导腔体49可以在天线基片3中存在于SIW带通滤波器60的外部，以在部件之间以及在其他部件内引导电磁信号。
在图3中，天线40的横向范围被描绘为小于SIW带通滤波器60的横向范围。然而，这不是必需的。在一些实施例中，天线40的横向范围可以大于SIW带通滤波器60的横向范围。另外，天线40的一些横向尺寸可以小于SIW带通滤波器60，而其他尺寸可以大于SIW带通滤波器60。在图12、图14和图15所示的RF模块中作为示例示出了这样的配置。
在各种实施例中，天线40可以由过孔41包围或部分包围。过孔41可以从导电层39延伸到天线基片3中。在各种实施例中，过孔41可以有利地将天线40与天线基片3的其他区域电磁和/或静电隔离。例如，过孔41可以用作屏蔽壁，以抑制或消除天线元件、寄生模式、平行板模式和/或在其他传输线和天线元件中生成的较高阶模式之间的相互耦合的影响。包围SIW带通滤波器60和天线40的过孔可以被实现为单独的过孔组。如果SIW带通滤波器60和天线40的形状或尺寸足够不同，则可以使用这样的配置。过孔41也可以在导电层38处终止并且因此不包围天线40。
覆盖物13可选地设置在RFIC芯片11和天线基片3的组合结构的底面上。覆盖物13可以包括导热材料并且用作用于RF器件模块300的散热器。导热层12可以可选地设置在RFIC芯片11与覆盖物13之间。导热层12可以促进从RFIC芯片11到覆盖物13的改进的热传递。
在各种实施例中，覆盖物13可以包括导电材料并且包含特定形状的体积，该体积用作通过传输线42从RFIC芯片11发射到天线基片3的RF信号的短路面(back short)43。短路面43可以定位在天线基片3中的电磁耦合的区域下方。短路面43的尺寸可以由在传输线42中发射的信号的频率范围来确定。
如图3所示，RF器件模块300可以在任一横向方向上进一步延伸，并且可以包含附加部件，诸如集成电路芯片、分立电路部件、短路面、天线、接触垫、滤波器、过孔、再分布线、传输线等。
RF器件模块300中的天线、滤波器和接地平面中的一些或全部可以直接位于RFIC芯片11上。滤波器和天线元件到RFIC芯片11的封装中的完全集成的可能的益处是减小封装的整体尺寸，同时仍然在每个天线处提供滤波。
图4图示了根据本发明的一个实施例的包括缝隙天线、基片集成波导带通滤波器和射频集成电路芯片的射频器件模块的一部分的横截面图。
参考图4，RF器件模块400包括如先前所描述的那样设置在天线基片3的底面上的RFIC芯片11。RF器件模块400和RF器件模块300的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。导电层38位于天线基片3的顶面处，并且缝隙天线45设置在导电层38中。缝隙天线45由耦合槽57形成，并且通过耦合槽57耦合到SIW带通滤波器60。在该配置中，耦合槽57可以是缝隙天线45的辐射元件。
通过使用耦合槽57作为辐射元件来实现缝隙天线45的可能益处可以是提高天线效率。附加优点可以是减少天线基片3中的层数，以减小尺寸和/或成本。
图5图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层与基片集成波导带通滤波器的间接耦合。
参考图5，RF器件模块500包括如先前所描述的那样设置在天线基片3的底面上的RFIC芯片11。RF器件模块500和RF器件模块300的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF器件模块500包括导电层31和32以及层压层21和22。导电层31、32和层压层21、22在天线基片3中设置在层压层20与导电层33之间。包括附加的导电层和层压层可以允许直流(DC)和中频(IF)信令的附加路由。
传输线42可以使用耦合槽50和51通过导电层31、32和层压层21、22而耦合到SIW带通滤波器60。在一个实施例中，传输线42与SIW带通滤波器60的耦合使用孔耦合来实现。导电层31、32、层压层21、22和耦合槽50、51的组合可以被称为接口结构62。接口结构62和传输线42可以用于将RFIC芯片11或其他合适的结构耦合到SIW带通滤波器60。耦合槽50和51可以分别在导电层31和32中被图案化。可以包括过孔48，以形成用于引导RF信号竖直地通过导电层31、32和层压层21、22的波导腔体。
图6图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层与基片集成波导带通滤波器的直接耦合。
参考图6，RF器件模块600包括如先前所描述的那样设置在天线基片3的底面上的RFIC芯片11。RF器件模块600以及RF器件模块300和500的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF器件模块600包括从传输线42延伸通过导电层31、32和层压层21、22并且终止于导电层33处的传输过孔46。传输过孔46可以用于提供传输线42与SIW带通滤波器60之间的电耦合。在一个实施例中，传输过孔46至少部分由过孔48包围。过孔48可以连接到诸如地电位的参考电位，并且可以用于屏蔽传输过孔46。过孔48、导电层31、32、层压层21、22和传输过孔46的组合可以被称为接口结构64。在电耦合的情况下，RF信号可以通过直接电传导在部件之间被传送。电耦合也可以被称为直接耦合。在一个实施例中，传输过孔46使用过孔耦合提供传输线42与SIW带通滤波器60之间的电耦合。应当注意，在直接耦合的情况下，覆盖物13中可能不需要短路面。
图7图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片和在基片的天线层的外表面上方延伸的过孔。
参考图7，RF器件模块700包括如先前所描述的那样设置在天线基片3的底面上的RFIC芯片11。RF器件模块700和RF器件模块300的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF器件模块700包括导电层80和81以及层压层70和71。导电层80、81和层压层70、71设置在天线基片3的顶面上。过孔41可以从顶面向上延伸通过导电层80和层压层70、71并且终止于导电层81。导电层80、81和层压层70、71可以被图案化以暴露天线基片3的顶面。例如，导电层80、81和层压层70、71随后可以被蚀刻或铣削掉，从而暴露出天线基片3的顶面。以这种方式，天线基片的顶面可以变成RF器件模块700的外表面。过孔41在天线基片3的顶面上方的延伸可以用于进一步将天线40与天线基片3上的其他部件隔离并且还形成天线40的辐射方向图(radiation pattern)。
取决于天线40的期望的辐射方向图和期望的隔离水平，可以包括更多或更少的导电层和层压层。取决于设计参数，天线基片3上的其他天线可以具有相同或不同的配置。
图8图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片和基片内在天线与基片集成波导带通滤波器之间的腔体。
参考图8，RF器件模块800包括如先前所描述的那样设置在天线基片3的底面上的RFIC芯片11。RF器件模块800和RF器件模块300的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF器件模块800包括导电层80、层压层70和在层压层28中的天线腔体47。天线腔体47可以用于增加天线40的带宽和/或辐射效率。
在各种实施例中，天线腔体47填充有绝缘材料，并且在一些实施例中，填充有气态的绝缘材料。在一些实施例中，绝缘材料是介电材料。在一个实施例中，气态的介电材料是空气。其他的介电材料可以是固体、凝胶、液体或气体，并且可以基于天线40的期望功能来选择。取决于每个天线的个体功能，天线基片3上的其他天线可以具有或不具有空气腔体。
图9图示了根据本发明的一个实施例的如下的射频器件模块的一部分的横截面图，该射频器件模块包括天线、五阶基片集成波导带通滤波器、射频集成电路芯片、以及射频集成电路芯片通过多个信号层到基片集成波导带通滤波器的间接耦合。
参考图9，RF器件模块900包括如先前所描述的那样设设置在如上所述的天线基片3的底面上的RFIC芯片11。与RF器件模块900和RF器件模块300和500的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF器件模块900包括导电层36和37以及层压层26和27。导电层36、37和层压层26、27在天线基片3中设置在层压层26与导电层38之间。耦合槽55和56可以分别被图案化到导电层36和37中。与先前的实施例相比，导电层36、37和层压层26、27可以增加SIW带通滤波器60的阶。例如，如图9所示的SIW带通滤波器60包括五个波导腔体49，并且是五阶SIW带通滤波器。
应当注意，如图9所示，RF器件模块900包括在传输线42与SIW带通滤波器60之间的接口结构。为了清楚起见，接口结构未在图9中标记，并且可以如先前参考图4所描述的那样。在一个实施例中，接口结构使用孔耦合将传输线42耦合到SIW带通滤波器60。备选地，接口结构可以提供直接耦合，并且如先前参考图5所描述的那样。例如，在一个备选实施例中，接口结构可以使用过孔耦合将传输线42耦合到SIW带通滤波器60。
为了参考的目的，图9还示出了RF器件模块900的代表性尺寸。这些尺寸也可以在适用的情况下描述其他实施例中的类似特征的可能尺寸。
在各种实施例中，覆盖物13具有从天线基片3的底面测量的、在约2与约15mm之间的覆盖物厚度90。在一个实施例中，覆盖物厚度90约为5mm。在另一实施例中，覆盖物厚度90约为7.5mm。在又一实施例中，覆盖物厚度90约为10mm。覆盖物厚度90可以通过考虑RF器件模块900的保护、散热和尺寸考虑来确定。
在各种实施例中，RFIC芯片11具有在约0.5mm与约1mm之间的RFIC芯片厚度91。在一个实施例中，RFIC芯片厚度91约为0.8mm。
在各种实施例中，短路面43具有在约0.5mm与约5mm之间的短路面深度92。在一个实施例中，短路面深度92约为1mm。在另一实施例中，短路面深度92约为2mm。在又一实施例中，短路面深度92约为4mm。用于任何传输线42的短路面深度92可以取决于在传输线42中传输的信号的频率。
图3至图9所图示的RF器件模块的各种特征，诸如贴片天线、缝隙天线、直接耦合、间接耦合、附加布线层、天线的延伸的过孔隔离、天线腔体和高阶SIW带通滤波器，可以在RF器件模块中以任何配置进行组合。应当理解，由于大量的可能组合，并不是所有可能的特征组合被一起示出。然而，可能的配置不限于所图示的组合，并且附加组合对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。
使用图3至图9描述的RF器件模块可以是如在其他实施例中描述的射频模块的具体实现。备选地，RF器件模块可以是包含封装到射频模块中的附加部件的射频模块中的一个部件，如其他实施例中所描述的。
图10图示了根据本发明的一个实施例的基片集成波导带通滤波器，其中图10A图示了基片集成波导带通滤波器的俯视图，以及图10B图示了基片集成波导带通滤波器沿着图10A中的10B-10B线的横截面图。SIW带通滤波器可以是先前参考图2至图9描述的滤波器或SIW带通滤波器的具体实现。
参考图10A和图10B，SIW带通滤波器60包括设置在基片29的导电层33、34、35和38中的耦合槽52、53、54和58。过孔41包围耦合槽53、54、58、59，以在层压层23、24和25中形成波导腔体49。层压层23、24、25、导电层33、34、35、38、耦合槽53、54和过孔41如先前所描述的那样。传输线42设置在基片29上方和下方，并且使用耦合槽52和58而耦合到SIW带通滤波器60。
当从上方观察时，耦合槽52、53、54、58的形状在一个实施例中是矩形的。然而，任何形状均是可能的并且可以取决于SIW带通滤波器60的操作参数。例如，耦合槽52、53、54、58的形状可以是大致圆形的、大致椭圆形的或大致正方形的。其他形状对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。在各种实施例中，耦合槽52、53、54、58可以在横向位置之间交替，使得一些耦合槽与其他的一些耦合槽竖直对准。例如，如图10A和10B所示，耦合槽52和54大致竖直对准，并且耦合槽53和58大致竖直对准。
类似地，当从上方观察时，波导腔体49的形状在一个实施例中是矩形的，但是也可以是产生SIW带通滤波器60的期望功能所需要的任何形状。矩形波导腔体的可能优点是利用TE101的腔体模式。如先前参考图3至图9所描述的，在一个实施例中，过孔41可以包围SIW带通滤波器60的耦合槽52、53、54、58和波导腔体49。在其他的一些实施例中，过孔41可以仅部分包围耦合槽52、53、54、58和波导腔体49。
过孔41可以被定位，以使得SIW带通滤波器60内部的RF信号由过孔41反射并且保持在SIW带通滤波器60内部。在SIW带通滤波器60外部的信号也可以由过孔41反射，这也可以用于静电隔离SIW带通滤波器60，如先前参考图3至图9所描述的。
波导腔体49的实现不限于过孔41，并且可以取决于材料类型、基片和制作方法以及SIW带通滤波器60的设计参数。在一些实施例中，其他的导电结构可以用于形成SIW带通滤波器60的波导腔体49。例如，过孔41可以由诸如导电柱或金属壁的图案化结构代替。其他的备选结构对于本领域普通技术人员来说可以是明显的。
出于参考目的，在图10A和图10B中，标注了SIW带通滤波器60的代表性尺寸。这些尺寸也可以在适用的情况下描述其他实施例中的类似特征的尺寸。其他附加尺寸可以从如图所示的比例尺确定。
在各种实施例中，耦合槽52具有在约0.125mm与约0.5mm之间的耦合槽宽度93。在一个实施例中，耦合槽宽度93约为0.25mm。类似地，在各种实施例中，耦合槽52也具有在约1.5mm与约2.5mm之间的耦合槽长度94。在一个实施例中，耦合槽长度94约为1.8mm。应当注意，在该具体实施例中，耦合槽53和54具有与耦合槽52和58不同的尺寸。也可以不是这种情况。在其他的一些实施例中，任何耦合槽可以是由SIW带通滤波器60的具体功能确定的任何尺寸。
在各种实施例中，波导腔体49具有从在波导腔体49的相对侧上的过孔41的中心测量的波导腔体宽度95，其在约3.5mm与约4.5mm之间。在一个实施例中，波导腔体宽度95约为3.9mm。波导腔体宽度95可以根据由SIW带通滤波器60进行滤波的信号的频率或频率范围来选择。
在各种实施例中，层压层23具有在约0.25mm与约0.5mm之间的层厚度96。在一个实施例中，层厚度96约为0.3mm。层压层24和25可以具有与层压层23相同的厚度或不同的厚度。层压层23、24和25的竖直厚度可以被选择以优化SIW带通滤波器60中的传输线特性。
SIW带通滤波器60的可能的优点是当被实现到包含天线元件阵列的射频模块中时实现个体天线元件的成本有效的滤波。由于SIW带通滤波器60的多层竖直性质，SIW带通滤波器60可以有利地适配到阵列栅格(天线元件之间的间隔)中。例如，波导腔体49的大小可以如先前讨论的那样取决于针对SIW带通滤波器60的通带的波长，而栅格间隔的大小还可以取决于由天线阵列发射/接收的RF信号的波长。以这种方式，可以选择适配在针对天线阵列的任何操作波长范围的阵列栅格内的SIW带通滤波器60。
SIW带通滤波器60的另一可能的益处是允许RFIC芯片和其他部件占据基片(诸如天线基片)的表面区域，如其他实施例中所描述的。由于SIW带通滤波器60可以有利地完全集成在基片内，所以SIW带通滤波器60不占用基片的任一侧上的表面区域。在一些配置中，SIW带通滤波器60可以完全集成在基片内，基片的一个主表面可以专用于天线阵列，而另一主表面可专用于封装的RFIC芯片。
SIW带通滤波器的另一可能的优点是允许较高阶的带通滤波器而不增加基片的占用面积。例如，在参考图10A和图10B描述的SIW带通滤波器60的情况下，可以通过添加两个更多层来形成五阶带通滤波器。所得到的基片可能较厚，但是与五阶传输线滤波器或五阶单层波导滤波器相比，所增加的厚度可能是小的。
SIW带通滤波器60的另一可能的益处在于，与传输线滤波器相比，波导腔体49的Q因子可以高，从而导致更低的损耗。例如，对于包括中等性能材料的基片而言，波导腔体49的Q因子在30GHz的频率下可以为约200。取决于SIW带通滤波器60的性能和成本考虑，可以使用更高或更低性能的材料。与传输线滤波器相比，典型的SIW带通滤波器60可以有利地具有更低的损耗。例如，在一些实施例中，SIW带通滤波器60的插入损耗可以小于约3dB。在其他的一些实施例中，SIW带通滤波器60的插入损耗可以大于约3dB。例如，SIW带通滤波器60的插入损耗可能受针对特定应用的具体操作参数和设计考虑的影响。
图11图示了根据本发明的一个实施例的包括具有集成变频器的射频集成电路芯片的射频模块的框图。图11所示的框图可以是如在先前的实施例中描述的射频模块的一个具体实施例。例如，图11所示的射频模块的框图可以是针对图2的射频模块的具体布局。
参考图11，射频模块1100包括天线基片3、RF前端电路2和信号分离器17。射频模块1100和射频模块1的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
信号分离器(splitter)17可以连接到RF前端电路2，RF前端电路2又可以连接到天线基片3。信号分离器17可以接收单个信号，并且将其分成两个或更多个信号。另外，信号分离器17可以将两个或更多个接收到的信号组合成单个信号。在一个实施例中，信号分离器17可以以低于传输频率的中间频率接收RF信号。信号分离器17可以被实现为电阻性功率分配器、电抗性功率分配器、Wilkinson功率分配器等。在各种实施例中，信号分离器17可以是被配置为在输出之间平均拆分功率的混合分离器。
在各种实施例中，RF前端电路2可以包括一个或多个RFIC芯片11。在一个实施例中，RF前端电路包括十六个RFIC芯片11。RFIC芯片11可以执行各种信号处理功能，例如诸如信号的上/下变频、信号分离、信号组合、频率调制、移相、时间延迟和信号放大。
在一些实施例中，RFIC芯片11中的每一个包括射频转换器5。射频转换器5可以执行RF信号的上/下变频。射频转换器5可以包括锁相环15和一个或多个混频器14以及其他部件。
RFIC芯片11中的每一个还可以包括功率组合器16。功率组合器16可以将来自多个源的信号组合成单个信号。另外，功率组合器16可以将单个信号分成多个信号。在各种实施例中，可以使用电阻性功率分配器、电抗性功率分配器或Wilkinson功率分配器来实现功率组合器16。
RFIC芯片11中的每一个还可以包括多个移相器18、功率放大器8和低噪声放大器9，如图11所示。连接到功率放大器8的移相器18可以移位信号的相位并且在信号的发射之前放大信号。类似地，连接到低噪声放大器9的移相器18可以放大信号并且在信号的接收之后移位信号的相位。
仍然参考图11，天线基片3包括一个或多个滤波器6和一个或多个天线4。在一个实施例中，滤波器6和天线4以一对一的关系连接。滤波器6可以用于在发射之前或在接收之后对信号进行滤波。包括滤波器6的可能的益处是限制在射频模块1100的操作范围之外的RF信号的杂散发射和带外发射。例如，在各种实施例中，滤波器6是带通滤波器。在一个实施例中，带通滤波器是SIW带通滤波器。带通滤波器可以仅允许处于允许波长范围内的信号通过带通滤波器。先前已经更详细地描述了这样的滤波器，诸如参考图2至图10。
在图11的配置中，每个天线4连接到功率放大器8、低噪声放大器9和两个移相器18。这可以允许每个天线4在时分双工配置中用作发射器和接收器。其他配置也是可能的。例如，天线基片3中的天线4中的一些或全部天线可以专用于发射RF信号或专用于接收RF信号。在一个实施例中，每个RFIC芯片11连接到四个天线4。然而，RFIC芯片11可以连接到任何数目的天线4，并且不限于每个RFIC芯片11四个天线的配置。
图12图示了根据本发明的一个实施例的包括天线元件阵列的射频模块的俯视图。图12的射频模块可以是如参考图2描述的射频模块的一个具体实现，其布局类似于参考图11描述的框图。
参考图12，多个天线4被布置为射频模块1200内的天线元件阵列63。在各种实施例中，滤波器6和RFIC芯片11也布置在天线元件阵列63的边界内。射频模块1200和射频模块1的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
天线元件阵列63可以被配置为用作用于雷达感测或空间分辨无线电通信的相控阵。在一些情况下，RFIC芯片11可以被称为发射/接收(T/R)芯片。射频模块1200可以具有用于与附加封装、模块、基片和/或电路电磁地、电气地或机械地进行接口连接的一个或多个连接点。
在一个实施例中，波束成形可以由射频模块1200使用混合波束成形配置来实现。混合波束成形配置的可能的优点是与纯数字或纯粹模拟波束成形配置相比减少了数字处理侧和模拟前端两者的负担(strain)。混合波束成形配置可以是在自适应波束成形场景中实现信道估计和应用权重的有用手段。当操作在毫米波长时，混合波束成形可以提供有效信道估计和应用后续权重的附加益处。
在一个实施例中，单个RFIC芯片11可以连接到四个滤波器6和四个天线4，如图所示。在备选实施例中，可以使用其他组合。例如，每个RFIC芯片可以连接到八个天线4，并且每个天线4可以连接到两个滤波器6。很多备选配置对于本领域普通技术人员来说可以是明显的，并且所示的布局不旨在是限制性的。
为了参考的目的，图12还示出了射频模块1200的代表性尺寸。这些尺寸也可以在适用的情况下描述其他实施例中的类似特征的尺寸。
在一些实施例中，天线元件阵列63具有在约2.5mm与约7.5mm之间的栅格间隔97。在一个实施例中，栅格间隔97约为5mm。栅格间隔97可以通过由天线4发射和/或接收的波长范围确定。在一些实施例中，栅格间隔97约为主操作波长的一半。作为一个具体示例，处于28GHz的RF信号的波长约为10.7mm，因此栅格间隔97可以约为5.35mm。然而，在很多情况下，使用频带的波长。在包括28GHz的频带中操作的天线元件阵列63可以例如具有约5mm或约5.5mm的栅格间隔97。任何栅格间隔97是可能的，并且可以取决于应用而不同。一个方向上的栅格间隔97也可以不同于另一方向上的栅格间隔。
在各种实施例中，RFIC芯片11中的每一个具有在约2.5mm与约10mm之间的RFIC芯片宽度98。在一个实施例中，RFIC芯片宽度98约为6.2mm。在另一实施例中，RFIC芯片宽度约为4.5mm。RFIC芯片宽度98可以取决于射频前端电路中的部件的数目和类型以及可以被集成到RFIC芯片11中的附加功能。另外，可以基于射频封装1中的可用区域来选择RFIC芯片宽度98，该可用区域可以基于天线元件阵列63的栅格间隔97。RFIC芯片11的任何大小是可能的，正如栅格间隔97的任何大小是可能的。
图12所示的RFIC芯片11是方形的，但是RFIC芯片11可以是任何形状。此外，并不限制RFIC芯片11全部具有相同的尺寸和/或形状。取决于应用，一些RFIC芯片11可以包含更多或更少的电路。在一些情况下，将尽可能多的射频电路集成到RFIC芯片11中可能是有益的。射频模块1200可以包括中频(IF)分配网络、上/下变频器、将信号分到模拟前端信道中的射频分离网络、以及天线元件阵列63。射频分离网络例如可以包括时间延迟元件、移相器元件、功率放大器和低噪声放大器。滤波器6在天线4与RFIC芯片11之间的集成可以提供如下的优点：实现对个体信道的有效滤波，同时将射频模块1200的尺寸限制为天线元件阵列63的最小尺寸。在基片内以多层配置来集成滤波器6的可能有点是在保持滤波效率的同时降低成本。
图12示出了射频模块1200的俯视图。在诸如横截面区域99的适当区域中，结构可以如图2至图8所图示的那样。另外，图12中的适当元件(诸如滤波器6)可以具有与图10A和图10B所图示的相似的结构。
图13示出了根据本发明的一个实施例的包括射频集成电路芯片和单独的变频器的射频模块的框图。例如，如图13所示的射频模块的框图可以是针对图2的射频模块的一个具体布局。
参考图13，射频模块1300包括天线基片3、RF前端电路2、信号分离器17、滤波器6和射频转换器5。射频模块1300与射频模块1和1100的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
RF前端电路2包括不包括射频转换器5的两个或更多个RFIC芯片11。射频转换器5被单独包括，使得每个射频转换器5可以连接到多个RFIC芯片11。
如图13所示，滤波器61也可以被包括在RF前端电路2与射频转换器5之间。这些可以在信号分配网络中实现。例如，直接连接到射频转换器5的滤波器61可以在天线基片3中。备选地，滤波器61也可以被实现为附接到天线基片3的部件。滤波器61也可以在不同的基片上实现。
另外，滤波器61可以与RF前端电路2分开地被包括，以在输出被拆分并且被发送给每个RFIC芯片11之前对每个射频转换器5的输出进行滤波。如前所述，尽管仅示出了两个射频转换器5和四个RFIC芯片11，但是取决于信号处理功能，可以包括任何数目的任何部件。也可以存在框图中未示出的附加电路部件。
图14图示了根据本发明的实施例的包括天线元件阵列的射频模块的俯视图，而图15图示了根据本发明的实施例的包括天线元件阵列的另一射频模块的俯视图。图14和图15的RF模块可以是如图2所示的射频模块的具体实现，其电路布局类似于参考图13描述的布局。
参考图14，多个天线4被布置为射频模块1400中具有滤波器6和RFIC芯片11的天线元件阵列63。多个RF转换器芯片19与RFIC芯片11分开实现。射频模块1400与射频模块1和1200的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，这里没有重复对这样的特征的具体描述。
如前所述，在一些实施例中，天线元件阵列63可以被配置为用作相控阵。在一个实施例中，波束成形可以由射频模块1400使用混合波束成形配置来实现。在一个实施例中，每个RF转换器芯片19馈送四个RFIC芯片11。RF转换器芯片19可以与RFIC芯片11一起设置在天线基片3上，或者可以在单独的基片上实现。
由每个RF转换器芯片19馈送的RFIC芯片11的数目不限于每个RF转换器芯片19四个RFIC芯片11。任何数目和配置是可能的，并且可以基于期望的操作和设计考虑来选择。
参考图15，示出了包括馈送多个RFIC芯片11中的每个RFIC芯片11的单个RF转换器芯片19的射频模块1500。射频模块1500与射频模块1和1200的相同元件使用相同的附图标记来标记，并且如先前所描述的那样。为了简明起见，之类没有重复对这样的特征的具体描述。
如前所述，天线元件阵列63在一些实施例中可以被配置为用作相控阵，并且在一个实施例中是有源相控阵配置。在一个实施例中，RF转换器芯片19和RFIC芯片11以一对一的关系连接。在其他的一些实施例中，任何数目的RF转换器芯片19可以连接到任何数目的RIC芯片11。所有其他元件如先前所描述。
图16示出了根据本发明的一个实施例的形成射频模块的方法。
参考图16，形成射频模块的方法可以包括形成基片的步骤1601。在一些实施例中，在步骤1601中形成的基片可以是如先前所描述的天线基片。在一个实施例中，基片可以是PCB。基片可以包含一个或多个电介质层和一个或多个导电层。层中的部分或全部层可以被层压。可以使用本领域中已知的技术对层中的部分或全部层进行图案化以形成再分布线、传输线和器件部件。
方法还可以包括在基片上形成一个或多个天线的步骤1602。备选地，一个或多个天线中的一些或全部可以形成在基片内。在步骤1602中形成的一个或多个天线可以被配置为发射和/或接收RF信号。在步骤1602中形成的一个或多个天线可以是如先前参考图3至图9描述的任何类型的天线，并且不需要是相同的。在步骤1602中形成的一个或多个天线可以在基片上布置成天线元件阵列。
天线元件阵列可以如先前所描述的那样。在一个实施例中，射频模块被配置为在RF信号的发射期间电子地调节RF信号的空间方向。在一个实施例中，天线元件阵列被配置为用作相控阵。在一个实施例中，相控阵被配置为用作有源相控阵，其被配置为在RF信号的发射期间单独调节在一个或多个天线处的RF信号的信号功率。
仍然参考图16，方法还可以包括在基片内形成一个或多个滤波器的步骤1603。在各种实施例中，在步骤1603中形成的滤波器是SIW滤波器并且如先前所描述的那样。在各种实施例中，在步骤1603中形成的滤波器是带通滤波器并且如先前所描述的那样。在步骤1603中形成的滤波器在一些实施例中是SIW带通滤波器，并且在一个实施例中是多层带通滤波器。多层滤波器可以竖直延伸通过基片的两个或更多个层。
在基片内形成一个或多个滤波器的步骤1603还可以包括将一个或多个滤波器耦合到在步骤1602中形成的一个或多个天线。在一个实施例中，一个或多个滤波器与一个或多个天线的耦合可以处于一对一的关系。换言之，每个滤波器可以耦合到一个天线。在其他的一些实施例中，如先前所描述的，其他配置也是可能的。
再次参考图16，方法还可以包括在基片内形成一个或多个接口结构的步骤1604。在各种实施例中，在步骤1604中形成的接口结构包括多个导电层和层压层，并且如先前所描述的那样。例如，在步骤1604中形成的接口结构可以提供传输线与滤波器之间的耦合。该耦合可以是直接耦合(诸如过孔耦合)或间接耦合(诸如孔耦合)。
应当注意，本文中描述的方法步骤可以以任何顺序执行。例如，步骤1601、1602、1603和1604的顺序可以重新布置。在一些实施例中，在滤波器和接口结构形成之前形成天线。在其他的一些实施例中，在滤波器和天线之前形成接口结构。另外，接口结构、滤波器和/或天线可以作为形成基片的步骤的一部分而被形成。
方法还可以包括形成RF前端电路的步骤1605。RF前端电路可以如先前所描述的那样。在一些实施例中，形成RF前端电路的1605还包括将RF前端电路耦合到在步骤1604中形成的一个或多个接口结构、在步骤1603中形成的一个或多个滤波器和/或在步骤1602中形成的一个或多个天线。可选地，诸如传输线、再分布线、焊球、导电柱等的各种结构也可以形成在基片上和基片内，以实现与附加部件和电路的耦合。
在各种实施例中，形成RF前端电路的步骤1605还包括形成一个或多个射频转换器。在一个实施例中，一个或多个射频转换器可以是上/下变频器。一个或多个射频转换器可以被配置为将RF信号传送给在步骤1604中形成的一个或多个天线。每个射频转换器可以将RF信号传送给天线中的一个或多个天线。例如，在其中多个天线形成在基片上的实施例中，第一射频转换器可以将RF信号传送给多个天线的第一子集，并且第二射频转换器可以将RF信号传送给多个天线的第二子集。在这个具体示例中，还应当注意，第一子集和第二子集是不同的。
在一些实施例中，形成RF前端电路的步骤1605还包括形成耦合到在步骤1603中形成的一个或多个滤波器的一个或多个移相器。在各种实施例中，步骤1604还包括形成耦合到一个或多个滤波器的一个或多个功率放大器。如先前描述的，其他部件也可以被包括在RF前端电路中，并且可以在步骤1604期间形成。这些部件包括但不限于低噪声放大器、可变放大器、滤波器、振荡器、混频器、锁相环、模数转换器、解调器和数字信号处理器。
方法还可以包括将RF前端电路附接到基片的步骤1606。例如，RF前端电路可以被集成到RF集成电路(RFIC)芯片中，并且然后被附接到基片。在一个实施例中，RF前端电路附接到基片的与包含天线元件的一侧相反的一侧。备选地，在步骤1605中形成的RF前端电路可以集成到基片中。
基片可以被配置为在RF前端电路、一个或多个滤波器与一个或多个天线之间传送RF信号。换言之，基片的结构可以促进用于RF信号在天线与RF前端电路之间行进的路径。RF信号路径可以使用波导、传输线或其组合来形成。
图17图示了根据本发明的一个实施例的操作射频模块的方法。图17的方法可以是操作如图2和图11至15所示的射频模块的一个具体方法。
参考图17，操作射频模块的方法可以包括由SIW带通滤波器对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波的步骤1701。例如，射频模块、SIW带通滤波器和接口结构可以如先前参考图2至15所描述的那样。在各种备选实施例中，取决于射频模块的具体功能，滤波可以由不同类型的滤波器执行。
天线在射频模块内可以位于在基片的第一侧。接口结构可以位于基片的与第一侧相对的第二侧。SIW带通滤波器可以在基片内位于天线与接口结构之间。SIW带通滤波器可以使用直接或间接耦合而耦合到天线和接口结构两者，使得RF信号可以通过SIW带通滤波器在天线与接口结构之间传播。例如，SIW带通滤波器可以使用孔耦合而耦合到天线和接口结构两者。备选地，SIW带通滤波器可以使用过孔耦合而耦合到天线和接口结构两者。作为另一选项，SIW带通滤波器可以使用过孔耦合而耦合到接口结构，而同时天线使用孔耦合而耦合到SIW带通滤波器。其他形式的直接和间接耦合以及其他组合是可能的。
方法还可以包括由接口结构在SIW带通滤波器与RF前端电路之间传送RF信号的步骤1702。例如，RF前端电路可以如先前参考图2至9和图11至16所描述的那样。接口结构可以被配置为将RF前端电路直接或间接耦合到SIW带通滤波器。接口结构还可以包括传输线、再分布线、焊球、导电柱等。RF前端电路中的一些或全部可以被包括在RFIC芯片中，RFIC芯片可以位于基片的第二侧。备选地，RF前端电路可以直接集成在基片上或基片内或者位于基片的外部。
该方法还可以包括由天线发射RF信号的步骤1703。备选地或另外地，方法还可以包括由天线接收RF信号的步骤。例如，天线可以被配置为仅发射RF信号、仅接收RF信号、或者使用时分双工(TDD)操作模式来发射和接收RF信号。
这里总结了本发明的示例实施例。其他实施例也可以从本文中提交的整个说明书和权利要求来理解。
示例1.一种操作射频(RF)模块的方法，该方法包括：由基片集成波导(SIW)带通滤波器对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波，其中天线设置在基片的第一侧处，接口结构设置在基片的与第一侧相对的第二侧处，并且SIW带通滤波器在基片内设置在天线与接口结构之间；以及由接口结构在SIW带通滤波器与RF前端电路之间传送RF信号。
示例2.根据示例1所述的方法，其中天线包括多个天线；SIW带通滤波器包括多个SIW带通滤波器，其中多个天线中的每个天线耦合到多个带通滤波器中的对应SIW带通滤波器；以及接口结构包括多个接口结构，其中多个接口结构中的每个接口结构耦合到多个SIW带通滤波器中的对应SIW带通滤波器、以及RF前端电路的对应端子。
示例3.根据示例1和2中的一项的方法，还包括从天线发射RF信号。
示例4.根据示例1至3中的一项的方法，还包括对RF信号的空间方向进行电子调节，电子调节包括调节从多个天线传播的RF信号的相位。
示例5.根据示例1至4中的一项的方法，其中RF前端电路设置在基片的所述第二侧上。
示例6.根据示例1至5中的一项的方法，其中基片是印刷电路板，并且SIW带通滤波器延伸通过印刷电路板的多个层。
示例7.根据示例1至6中的一项的方法，其中RF信号包括在频率范围内的频率，并且对于在该频率范围内的任何频率，SIW带通滤波器的插入损耗小于3dB。
示例8.一种射频(RF)模块，包括：天线，设置在基片的第一侧处；接口结构，设置在基片的与第一侧相对的第二侧处；以及基片集成波导(SIW)带通滤波器，在基片内设置在天线与接口结构之间，其中SIW带通滤波器被配置为对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波，并且接口结构被配置为耦合到RF前端电路。
示例9.根据示例8的RF模块，其中天线包括多个天线；SIW带通滤波器包括多个SIW带通滤波器，其中多个天线中的每个天线耦合到多个带通滤波器中的对应SIW带通滤波器；并且接口结构包括多个接口结构，其中多个接口结构中的每个接口结构耦合到多个SIW带通滤波器中的对应SIW带通滤波器。
示例10.根据示例8和9中的一项的RF模块，其中天线被配置为发射RF信号。
示例11.根据示例8至10中的一项的RF模块，还包括RF前端电路，其中RF前端电路被配置为：通过调节在RF前端电路与多个天线中的每个天线之间传播的RF信号的相应相位，来对RF信号的空间方向进行电子调节。
示例12.根据示例8至11中的一项的RF模块，还包括设置在基片的第二侧处的RF前端电路。
示例13.根据示例8至12中的一项的RF模块，其中基片是印刷电路板，并且SIW带通滤波器延伸通过印刷电路板的多个层。
示例14.根据示例8至13中的一项的RF模块，其中RF信号包括在频率范围内的频率，并且对于在该频率范围内的任何频率，SIW带通滤波器的插入损耗小于3dB。
示例15.一种半导体器件模块，包括：设置在基片的第一层压层处的第一天线，第一层压层设置在基片的第一侧处；耦合到第一天线的第一带通滤波器，第一带通滤波器包括设置在基片的第二层压层中的第一波导腔体，第二层压层设置在第一层压层的下方；以及耦合到第一带通滤波器的接口结构，接口结构设置在基片的第三层压层处，第三层压层设置在基片的与基片的第一侧相对的第二侧处，其中接口结构被配置为耦合到射频集成电路(RFIC)芯片。
示例16.根据示例15的半导体器件模块，其中第一带通滤波器还包括：设置在基片的第四层压层中的第二波导腔体，第四层压层设置在第一层压层与第三层压层之间；以及被配置为将第二波导腔体耦合到第一波导腔体的槽。
示例17.根据示例15和16中的一项的半导体器件模块，其中第一带通滤波器还包括：设置在第一带通滤波器的第一侧处的第一导电表面，设置在第一带通滤波器的与第一带通滤波器的第一侧相对的第二侧处的第二导电表面，以及围绕第一带通滤波器的周边设置的多个过孔，多个过孔耦合到第一导电表面和第二导电表面，其中第一导电表面、多个过孔和第二导电表面包围所述第一带通滤波器。
示例18.根据示例15至17中的一项的半导体器件模块，还包括：在基片内设置在第一天线与第一带通滤波器之间的槽，槽被配置为将第一天线耦合到第一带通滤波器；以及设置在第一天线与槽之间的第二波导腔体，第二波导腔体包括处于气态的绝缘体。
示例19.根据示例15至18中的一项的半导体器件模块，还包括设置在基片的第一侧处并且沿着第一带通滤波器的周边设置的多个过孔，其中多个过孔从设置在基片的第一侧处的第一表面延伸到基片中，并且多个过孔至少部分地围绕第一天线和第一带通滤波器。
示例20.根据示例15至19中的一项的半导体器件模块，其中多个过孔还从第一表面延伸出基片。
应当注意，关于本发明的特征的“顶”和“底”的指定仅仅是方便的标签，并不一定反映特征在所有实施例中的取向。例如，可以设想，本文中描述的实施例射频器件模块安装成顶面面向外部支撑件。因此，在一些情况下，顶面可以更准确地被描述为器件封装的底面。类似地，射频器件模块可以相对于外部支撑件或外壳成角度附接。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本说明书不意图被解释为限制意义。说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合在参考说明书的情况下对于本领域技术人员来说可以是明显的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种操作射频(RF)模块的方法，所述方法包括：
由基片集成波导(SIW)带通滤波器，对在天线与接口结构之间传播的RF信号进行滤波，其中
所述天线设置在基片的第一侧处，
所述接口结构设置在所述基片的与所述第一侧相对的第二侧处，并且
所述SIW带通滤波器在所述基片内设置在所述天线与所述接口结构之间；以及
由所述接口结构在所述SIW带通滤波器与RF前端电路之间传送所述RF信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述天线包括多个天线；
所述SIW带通滤波器包括多个SIW带通滤波器，其中所述多个天线中的每个天线耦合到所述多个带通滤波器中的对应SIW带通滤波器；以及
所述接口结构包括多个接口结构，其中所述多个接口结构中的每个接口结构耦合到：
所述多个SIW带通滤波器中的所述对应SIW带通滤波器，以及
所述RF前端电路的对应端子。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括从所述天线发射所述RF信号。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括对所述RF信号的空间方向进行电子调节，所述电子调节包括调节从所述多个天线传播的所述RF信号的相位。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述RF前端电路设置在所述基片的所述第二侧上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
所述基片是印刷电路板，并且
所述SIW带通滤波器延伸通过所述印刷电路板的多个层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
所述RF信号包括在频率范围内的频率，并且
对于所述频率范围内的任何频率，所述SIW带通滤波器的插入损耗小于3dB。
8.一种射频(RF)模块，包括：
天线，设置在基片的第一侧处；
接口结构，设置在所述基片的与所述第一侧相对的第二侧处；以及
基片集成波导(SIW)带通滤波器，在所述基片内设置在所述天线与所述接口结构之间，其中
所述SIW带通滤波器被配置为对在所述天线与所述接口结构之间传播的RF信号进行滤波，并且
所述接口结构被配置为耦合到RF前端电路。
9.根据权利要求8所述的RF模块，其中
所述天线包括多个天线；
所述SIW带通滤波器包括多个SIW带通滤波器，其中所述多个天线中的每个天线耦合到所述多个带通滤波器中的对应SIW带通滤波器；并且
所述接口结构包括多个接口结构，其中所述多个接口结构中的每个接口结构耦合到所述多个SIW带通滤波器中的所述对应SIW带通滤波器。
10.根据权利要求9所述的RF模块，其中所述天线被配置为发射所述RF信号。
11.根据权利要求10所述的RF模块，还包括所述RF前端电路，其中所述RF前端电路被配置为：通过调节在所述RF前端电路与所述多个天线中的每个天线之间传播的RF信号的相应相位，来对所述RF信号的空间方向进行电子调节。
12.根据权利要求8所述的RF模块，还包括设置在所述基片的所述第二侧上的所述RF前端电路。
13.根据权利要求8所述的RF模块，其中
所述基片是印刷电路板，并且
所述SIW带通滤波器延伸通过所述印刷电路板的多个层。
14.根据权利要求8所述的RF模块，其中
所述RF信号包括在频率范围内的频率，并且
对于所述频率范围内的任何频率，所述SIW带通滤波器的插入损耗小于3dB。
15.一种半导体器件模块，包括：
第一天线，设置在基片的第一层压层处，所述第一层压层设置在所述基片的第一侧处；
第一带通滤波器，耦合到所述第一天线，所述第一带通滤波器包括设置在所述基片的第二层压层中的第一波导腔体，所述第二层压层设置在所述第一层压层的下方；以及
接口结构，耦合到所述第一带通滤波器，所述接口结构设置在所述基片的第三层压层处，所述第三层压层设置在所述基片的与所述基片的所述第一侧相对的第二侧处，其中所述接口结构被配置为耦合到射频集成电路(RFIC)芯片。
16.根据权利要求15所述的半导体器件模块，其中所述第一带通滤波器还包括：
第二波导腔体，设置在所述基片的第四层压层中，所述第四层压层设置在所述第一层压层与所述第三层压层之间；以及
槽，被配置为将所述第二波导腔体耦合到所述第一波导腔体。
17.根据权利要求15所述的半导体器件模块，其中所述第一带通滤波器还包括：
第一导电表面，设置在所述第一带通滤波器的第一侧处，
第二导电表面，设置在所述第一带通滤波器的与所述第一带通滤波器的所述第一侧相对的第二侧处，以及
多个过孔，围绕所述第一带通滤波器的周边设置，所述多个过孔耦合到所述第一导电表面和所述第二导电表面，其中所述第一导电表面、所述多个过孔和所述第二导电表面包围所述第一带通滤波器。
18.根据权利要求15所述的半导体器件模块，还包括：
槽，在所述基片内设置在所述第一天线与所述第一带通滤波器之间，所述槽被配置为将所述第一天线耦合到所述第一带通滤波器；以及
第二波导腔体，设置在所述第一天线与所述槽之间，所述第二波导腔体包括处于气态的绝缘体。
19.根据权利要求15所述的半导体器件模块，还包括设置在所述基片的所述第一侧处并且沿着所述第一带通滤波器的周边设置的多个过孔，其中
所述多个过孔从设置在所述基片的所述第一侧处的第一表面延伸到所述基片中，并且
所述多个过孔至少部分地围绕所述第一天线和所述第一带通滤波器两者。
20.根据权利要求19所述的半导体器件模块，其中所述多个过孔还从所述第一表面延伸出所述基片。
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