CN113113390A - 具有射频芯片和波导结构的射频装置 - Google Patents

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CN113113390A CN202110039511.4A CN202110039511A CN113113390A CN 113113390 A CN113113390 A CN 113113390A CN 202110039511 A CN202110039511 A CN 202110039511A CN 113113390 A CN113113390 A CN 113113390A
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R·费格
M·J·兰
J·米尼克肖弗
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Abstract

本公开的各实施例涉及具有射频芯片和波导结构的射频装置。射频装置包括半导体封装，该半导体封装包括射频芯片和射频天线。半导体封装被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中半导体封装的表面朝向电路板。射频装置还包括波导结构，该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，其中射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。

Description

具有射频芯片和波导结构的射频装置
技术领域
本公开总体上涉及射频(英文“Radio Frequency”(RF))技术。特别地，本公开涉及具有RF芯片和波导结构的RF装置。
背景技术
RF装置例如可以用于汽车安全应用。因此，例如雷达传感器可以用于盲点识别、自动巡航控制、防碰撞系统等。在此，RF装置可以安装在电路板上，该电路板尤其可以具有昂贵的RF层压板。在常规的RF系统中，RF信号可以通过平面波导在布置在电路板上的部件之间传输。在此，在相邻的平面波导之间可能会发生损耗和串扰。RF装置制造商一直在力求改善其产品。特别地，期望的是，提供可以低成本制造的高性能RF装置。
发明内容
各个方面涉及一种射频装置。该射频装置包括半导体封装。该半导体封装包括射频芯片和射频天线，其中半导体封装被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中半导体封装的表面朝向电路板。射频装置还包括波导结构，该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，其中射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。
各个方面涉及一种用于制造射频装置的方法。该方法包括构造半导体封装。该半导体封装包括射频芯片和射频天线，其中该半导体封装被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中该半导体封装的表面朝向电路板。此外，该方法还包括构造波导结构，该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，其中射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的RF装置100的横截面侧视图。
图2包含图2A和图2B，图2A和图2B示意性地示出了根据本公开的波导结构200A和200B的横截面侧视图。
图3示意性地示出了根据本公开的波导结构300中的电场分布的横截面侧视图。
图4示意性地示出了根据本公开的波导结构400中的电场分布的横截面侧视图。
图5包含图5A和图5B，图5A和图5B示意性地示出了根据本公开的RF装置500的俯视图和横截面侧视图。
图6包含图6A和图6B，图6A和图6B示意性地示出了根据本公开的RF装置600的俯视图和横截面侧视图。
图7示意性地示出了根据本公开的RF装置700的横截面侧视图。
图8示意性地示出了根据本公开的RF装置800的横截面侧视图。
图9示意性地示出了根据本公开的RF装置900的横截面侧视图。
图10示意性地示出了根据本公开的RF装置1000的俯视图。
图11示意性地示出了根据本公开的具有RF装置的RF系统1100。
图12示出了根据本公开的用于制造RF装置的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的详细说明中参考附图，其中出于说明目的示出了可以实践本公开的具体方面和实施方式。就此而言，可以参考所描述的附图的定向使用诸如“上”、“下”、“前”、“后”等方向性词语。由于所描述的实施方式的部件可以定位在不同的方向上，因此方向性词语可以用于说明的目的，而绝不是限制性的。在不脱离本公开的概念的情况下，可以使用其他方面并且可以进行结构改变或逻辑改变。也就是说，以下详细说明不应以限制性的意义来理解。
下面将特别地说明根据本公开的RF装置的示意图。在此，可以以一般方式示出RF装置，以定性地说明本公开的各方面。RF装置可以分别具有在附图中为了简单起见而未示出的其他方面。例如，可以以结合根据本公开的其他装置或方法所描述的任何方面来扩展各个RF装置。
图1的RF装置100可以具有带有RF半导体芯片4和RF天线6的半导体封装2。半导体封装2还可以具有包封材料8、重新分布层10和一个或多个连接元件12。半导体封装2可以通过连接元件12与电路板14进行电气和机械连接。在此，半导体封装2的下表面16可以朝向电路板14，并且特别地与电路板14的表面平行地延伸，即，在x方向上延伸。电路板14可以被视为或不被视为RF装置100的一部分。此外，RF装置100可以具有波导结构18。在图1的示例中，波导结构18可以具有在电路板14中的凹部20和布置在凹部20上方的波导22。
RF芯片4可以特别地包括或对应于单片集成微波电路(MMIC，MonolithicMicrowave Integrated Circuit)。RF芯片4可以在不同的频率范围内工作。因此，与RF芯片4电气耦连的RF天线6可以被设计为发射和/或接收具有在这些频率范围内的频率的信号。在一个示例中，RF芯片4可以在通常可以是约10GHz至约300GHz的射频范围或微波频率范围内工作。因此，例如集成在RF芯片4中的电路可以在大于约10GHz的频率范围内工作，并且RF天线6可以发射和/或接收具有大于约10GHz的频率的信号。这样的微波电路可以包括例如微波发射器、微波接收器、微波收发器、微波传感器或微波探测器。在此所描述的RF装置可以用于如下的雷达应用，在这样的雷达应用中可以调制RF信号的频率。雷达微波装置可以例如在汽车应用或工业应用中用于距离确定/距离测量系统。例如，自动巡航控制系统或车辆防撞系统可以在微波频率范围内工作，例如在76GHz至77GHz的频带和77GHz至81GHz的频带中工作。
备选地或附加地，RF芯片4可以在蓝牙频率范围内工作。这样的频率范围可以包括例如在约2.402GHz和约2.480GHz之间的ISM(工业、科学和医学)频带。因此，RF芯片4或集成在RF芯片4中的电路可以更一般性地被设计为在大于约1GHz的频率范围内工作，并且RF天线6可以相应地被设计为发射和/或接收具有大于约1GHz的频率的信号。
RF芯片4可以至少部分地嵌入在包封材料8中。在图1的示例中，RF芯片4的侧面可以被包封材料8覆盖。在另外的示例中，附加地，RF芯片4的上侧可以至少部分地被包封材料8覆盖。在图1中，可以附加地在RF芯片4的上侧和包封材料8的上侧上方布置可选的钝化层24。通过包封材料8可以保护RF芯片4不受诸如湿气、泄漏电流或机械冲击之类的外部影响。包封材料8可以包含例如模塑化合物、层压板，环氧树脂、填充的环氧树脂、玻璃纤维填充的环氧树脂、酰亚胺、热塑性塑料、热固性聚合物、聚合物混合物中的至少一种。
在图1的示例中，为了简单起见仅定性地示出了重新分布层10。重新分布层10可以包含一个或多个呈金属层或金属迹线形式的导体迹线，这些导体迹线可以基本上平行于半导体封装2的表面16延伸。在多个导体迹线之间可以布置多个介电层，以使导体迹线彼此电绝缘。此外，布置在不同平面上的金属层可以例如通过多个通孔(过孔)彼此电气连接。重新分布层10的导体迹线可以实现重新分布或重新布线的功能，以便将RF芯片4的连接端子与连接元件12电气耦连。
在图1的示例中，借助于重新分布层10可以进行RF芯片4的连接端子在连接元件12上的重新分布，在y方向上观察，这些连接元件12可以布置在RF芯片4的轮廓之外。具有芯片连接端子的这种扩展的RF装置可以被称为“扇出”装置或“扇出”封装。在图1的示例中，半导体封装2可以是晶片级封装，该晶片级封装可以根据eWLB(嵌入式晶片级球栅阵列(embedded Wafer Level Ball Grid Array))方法来制造。在这种封装类型中，RF芯片4的下侧和重新分布层10的下侧基于制造工艺而可以位于共同的平面内，即，可以共面地布置(参见图1)。备选地，在eWLB半导体封装中，RF芯片4的下侧和包封材料8的下侧基于制造工艺而可以共面地布置。根据本公开的RF装置不限于特定的半导体封装类型。在图9中示出并说明了根据本公开的RF装置中的另一示例性封装类型。
连接元件12可以分别被设计为：将由RF芯片4提供的电信号或电磁信号耦合到电路板14中，反之亦然。在图1的示例中，连接元件12示例性地示出为焊球或焊料沉积物。在另外的示例中，连接元件12可以被构造为柱状，并且例如可以由铜或铜合金制成。在图1的侧视图中示例性地示出了六个焊球。在另外的示例中，连接元件12的数量可以与此不同，特别地可以更多。
RF天线6可以被构造在电气重新分布层10中，特别地被构造为一个或多个金属层的形式。在图10中示出并说明了可能的RF天线6的更精确的示例性构造方式。在图1的示例中，RF天线6可以布置在半导体封装2的朝向电路板14的下侧上。RF天线6可以被设计为在其纵向方向上(即，在x方向上)发射RF信号。因此，RF天线6可以被设计为在与半导体封装2的表面16平行的方向上向波导结构18中辐射。在此，RF天线6的RF信号可以无线地耦合到波导结构18中。在图1中通过波阵面26示出了通过RF天线6向波导结构18中示例性地辐射电磁波。在图1的示例中，RF天线6可以是发射天线。在另外的示例中，作为RF天线6的发射特性的备选方案或附加方案，RF天线6可以被设计为用作接收天线，即，在与半导体封装2的表面16平行的方向上通过波导结构18接收信号。
RF天线6可以至少部分地突出到波导结构18中。RF天线6的突出到波导结构18中的部分的尺寸x1可以在约0.5mm至约3.0mm的范围内，更精确地在约1.0mm至约2.5mm的范围内，更精确地在约1.5mm至约2.0mm的范围内。RF天线6可以特别地被设计为在中心向波导结构18中辐射。特别地，可以通过RF天线6和波导结构18的适当的相对布置来提供中心辐射。
在一个示例中，RF天线6可以包括或对应于“单端”天线。在另一示例中，RF天线6可以包括或对应于差分天线。RF天线6的与此相关的特性特别地可以取决于波导结构8中的电场分布。在图4中描述了在天线类型和电场分布之间的示例性关系。RF天线6可以通过重新分布层10与RF芯片4的信道或连接端子电气耦连。该信道例如可以是发送信道和/或接收信道。就其信号传输而言，RF芯片4的信道可以不同于RF天线6。例如，RF芯片4的与RF天线6耦连的信道可以是“单端”信道，而RF天线6可以被设计为差分的。在这种情况下，RF装置100可以具有提供信号从RF芯片4的信道到RF天线6的合适过渡的单元，例如从“单端”信号传输到差分信号传输的合适过渡。
在图1的示例中，波导结构18可以构造为两部分。波导结构18的第一部分可以包括或对应于电路板14中的凹部20。凹部20的内壁可以被金属化，使得凹部20可以具有用于传输电磁波的波导特性。在图1的示例中，在x方向上观察，波导结构18可以具有矩形的开口横截面，其中横截面的下部可以由凹部20形成。在图2A和图2B中示出并描述了示例性的矩形开口横截面。在另外的示例中，波导结构18的开口横截面可以具有其他的形状，例如圆形或椭圆形。
凹部20可以通过适当的减材工艺来形成，在该减材工艺中去除电路板14的材料。减材工艺可以包括铣削、磨削、钻孔或冲压中的至少一种。在减材工艺结束之后，可以通过适当的金属化方法简单且低成本地使所形成的凹部20的内壁金属化。
波导结构18的第二部分可以包括或对应于波导22。波导22例如可以由具有矩形开口横截面的一体式波导制成，该一体式波导沿平行于其中心轴线的方向(即，在x方向上)开口。例如，波导22可以对应于具有矩形开口横截面的一体式波导的一半。波导22可以布置在凹部20的上方，使得波导结构18具有矩形的开口横截面。因此，就电磁波的传输而言，图1的两部分式波导结构18可以具有与带有矩形开口横截面的常规(一体式)波导相同或相似的特性。
波导22可以借助于适当的连接技术与电路板14机械连接。例如，连接技术可以包括粘合、螺丝紧固、铆接、焊接或钎焊中的至少一种。在图1的示例中，波导22可以与半导体封装2的上侧齐平地终止。在另外的示例中，可以在半导体封装2的上侧和波导22之间形成间隙。
波导22可以通过减材工艺制造，例如通过铣削、磨削、钻孔或冲压中的至少一种来制造。备选地，波导22可以通过增材工艺来制造，例如通过注塑或3D打印中的至少一种来制造。在一个示例中，波导22可以包括或对应于金属管。该金属管可以由金属或金属合金制成，例如由铜和/或黄铜制成。在另一示例中，波导22可以由塑料、陶瓷材料和/或介电材料制成，并且可以具有金属化的内壁。波导22特别地可以由具有金属化内壁的注射成型塑料形成。在此，注射成型塑料的材料可以是上述用于包封材料8的材料中的至少一种材料。
凹部20和波导22可以形成空腔，耦合或辐射到其中的RF信号可以通过该空腔被传输。在此，该空腔可以特别地填充有空气或气体，即，不含固体或液体。换言之，波导结构18可以是无材料的波导。在y方向上从凹部20的底面到波导22的顶面的空腔尺寸l1在图1中由参数l1表示。在一个示例中，凹部20和波导22可以在y方向上具有基本上相同的尺寸0.511。RF天线6可以与电路板14的上侧间隔开一定的间距y1。在另一示例中，为了提供RF天线6向波导结构18中的中心辐射，波导22在y方向上的尺寸可以稍微大于凹部20在y方向上的尺寸。
波导结构18可以被设计为：将由RF天线6辐射的信号传输到一个或多个另外的部件，反之亦然。另外的部件例如可以与RF装置100一起布置在电路板14上。另外的部件可以被视为或不被视为RF装置100的一部分。另外的部件可以包括辐射元件或者另一RF芯片或半导体封装中的至少一个。在图11中示出并描述了借助于根据本公开的波导结构的、在电路板上的具有示例性信号分布的示例性布置。
在常规的RF系统中，可以通过平面波导(微波传输带、共面波导、带状线等)在电路板上提供信号分布。这种信号分布可能是有损耗的，因为电磁波中的一部分电磁波通常在电路板的基板中传播。为了实现低损耗的分布，可能有必要使用可能比标准电路板贵的RF基板。与此相比，在根据本公开的信号传输的情况下，可以省去这种昂贵的RF基板。换言之，电路板14的、布置在波导结构18下方并朝向波导结构18的表面可以不具有射频传导结构或RF基板。
在通过平面波导进行常规信号传输的情况下，可能会由于平面波导而发生不期望有的电磁波辐射。在此，这可能会导致在彼此距离很小的线路之间发生串扰。为了防止串扰，可能有必要在线路之间提供较大的间距或通过附加的必要结构(例如，通过覆盖线路的吸收器)来防止线路的辐射。与此相比，在根据本公开的信号传输中可以省去这种附加的结构。
图2示出了根据本公开的波导结构200A和200B的横截面侧视图。特别地，当在x方向上观察时，图2A的波导结构200A可以至少部分地类似于图1的波导结构18。波导结构200A可以具有呈波导22形式的第一部分。波导22可以是沿平行于其中心轴线的方向开口的波导。此外，波导结构200A可以具有呈电路板14中的凹部20形式的第二部分。在波导结构200A的第一部分和第二部分之间的机械连接在图2中由在z方向上延伸的线表示。所连接的部分可以形成矩形的开口横截面。
波导结构200A可以在y方向上具有尺寸l1并且在z方向上具有尺寸l2。在图2A的示例中，特别地可以适用：l1>l2。因此，开口横截面的矩形长边可以在y方向上(即，垂直于半导体封装的表面)以长度l1延伸(参见图1)。在图2A的示例中，第一部分和第二部分可以在y方向上具有相同的尺寸0.5l1。尺寸的长宽比l1/l2可以特别地具有2:1的值。向波导结构200A中辐射的RF天线可以例如基本上布置在两个部分的机械连接的高度上。然而，如结合图1所描述的，在RF天线和电路板的上侧之间可以存在微小的间距y1。
与图2A相比，图2B的波导结构200B可以旋转90度，使得开口横截面的矩形短边可以在y方向上以长度l2延伸。与图2A相比，波导结构200B可以在x-z平面中具有提高的空间需求。因此，如图2A所示，波导结构的“竖立”可以代表优选的实施方式，以在x-z平面中节省空间，从而使得能够使用RF芯片的尽可能多的信道(对此参见图10)。
在图2A和图2B的示例中，在波导22与电路板14机械连接的情况下，可以布置一个或多个电磁适配结构(未示出)。电磁适配结构尤其可以被设计用于防止或减弱如下的反射，这样的反射可能阻碍从RF天线6向波导结构18中的最佳辐射。通过使用电磁适配结构，可以改善RF天线6向波导结构18中的辐射，并且可以防止或至少减少在向波导结构18中辐射时的损耗。在一个示例中，电磁适配结构可以包括或对应于一个或多个电磁带隙(EBG，Electromagnetic Band Gap)结构。EBG结构可以被设计用于产生抑制范围或阻带(止带)，其可以被设计为阻止一个或多个频带的电磁波。EBG结构可以例如通过小金属片(金属贴片)的精细的周期性图案构造在电介质材料上。
如示例性地在图2中示出的，具有矩形开口横截面的波导结构(矩形波导)可以包括或对应于WRX(波导矩形X)波导。在波导的WRX命名中，波导的宽度可以以一英寸的百分比表示(1英寸(inch)＝25.4mm)。因此，例如WR-28波导的宽度可以是一英寸的28％，即7.11mm。X的值可以小于100，更精确地小于80，更精确地小于70，更精确地小于60，更精确地小于50，更精确地小于40，更精确地小于30，更精确地小于20，更精确地小于10。具有小于100的X值的WRX波导的所选择的示例包括：WR90、WR75、WR62、WR51、WR42、WR34、WR28、WR22、WR19、WR15、WR10、WR8、WR6、WR5、WR4、WR3。
图3和图4示意性地示出了在根据本公开的波导结构300和400中的电场分布的横截面侧视图。在此，波导结构300(“横置的波导”)或400(“直立的波导”)可以例如类似于图2的波导结构200B和200A。电场强度由箭头表示，其中箭头的大小可以被视为与箭头位置处的电场强度的大小成比例。箭头越大，则电场强度越大。图3和图4特别地示出了在主要的TE10基本模(Grundmode)下的电场分布。在此，电场可以在具有较短尺寸的波导的内表面处具有节点或零点，并且在所述内表面之间的中点取最大值。根据本公开的波导结构可以被设计用于传输TE模。波导结构特别地可以被设计为仅传输TE10基本模，然而绝不限于此。
根据本公开的RF装置的RF天线特别地可以被布置为使得该RF天线(基本上)在中心向图3和图4的相应波导结构中辐射，即，在电场分布的最大值处。回到参考图1，差分RF天线6可以在与半导体封装2的表面16平行的方向上延伸，即，在x方向上延伸。在此，由RF天线6发射的信号的电场的大部分可以位于RF天线6的差分线路或差分结构之间，并且朝向图4所示的电场的方向。因此，当使用根据图4的波导时，特别地，在x方向上延伸的差分RF天线可以适合于向波导中辐射。
图5包含图5A和图5B，图5A和图5B示意性地示出了根据本公开的RF装置500的俯视图和横截面侧视图。RF装置500可以至少部分地类似于图1的半导体装置100。图5的波导结构18可以是“直立的”波导结构，即，矩形波导横截面的较长边可以在y方向上延伸，如同样在图2A的示例中示出的。从图5A的俯视图可以看出，在与半导体封装的表面垂直的方向上观察，波导结构18和半导体封装2可以至少部分地重叠。这种重叠可以特别地被提供以使得RF天线可以至少部分地突出到波导结构中。
图6包含图6A和图6B，图6A和图6B示意性地示出了根据本公开的RF装置600的俯视图和横截面侧视图。图6的波导结构18可以是“横置的”波导结构，即，矩形波导横截面的较长边可以在z方向上延伸，如同样在图2B的示例中所示出的。
图7示意性地示出了根据本公开的RF装置700的横截面侧视图。RF装置700可以至少部分地类似于图1的RF装置100。与图1相比，图7中的RF天线6可以布置在半导体封装2的背离电路板14的表面上。在RF芯片4的连接端子和RF天线6之间的电重新分布尤其可以通过穿过包封材料8延伸的电通孔28来提供。在一个示例中，电通孔28可以是过孔连接。在另一示例中，电通孔28可以具有一个或多个穿过包封材料8延伸的波导。在半导体封装2的上侧上可以布置耦合结构(未示出)，该耦合结构被设计用于将通过电通孔28提供的信号耦合到RF天线6中和/或反之亦然。这种耦合结构例如可以包含一个或多个贴片天线。
图8示意性地示出了根据本公开的RF装置800的横截面侧视图。RF装置800可以至少部分地类似于图7的RF装置700。与图7相比，RF装置800的波导结构18可以由一体式波导30形成，该一体式波导30可以与半导体封装2相邻地布置在电路板14上。因此，波导结构18的下部不一定必须由电路板14中的具有金属化内壁的凹部20形成，如其例如在图1中所示出的。
波导30可以至少部分地类似于图1的波导22，并且可以通过类似的方式制造。波导30特别地可以至少部分地由具有金属化内壁的注塑成型塑料形成。与图1的波导22相比，波导30不是沿平行于其中心轴线的方向开口。在x方向上观察，波导30可以具有矩形的开口横截面。在图8的示例中，电路板14的上侧可以被设计为基本上是平面的。在另外的示例中，电路板14的上侧可以具有凹槽(未示出)，一体式波导30可以至少部分地布置在该凹槽中。通过这样的凹槽可以在y方向上调整波导30的位置，特别地以便提供从RF天线6到波导30中的中心辐射。
图9示意性地示出了根据本公开的RF装置900的横截面侧视图。RF装置900可以至少部分地类似于图7的RF装置700。不同于图7，图9的RF装置900可以具有其他的半导体封装类型。例如，图9的半导体封装2可以是FCBGA(倒装芯片球栅阵列(Flip Chip Ball GridArray))。半导体封装2可以具有基板32，该基板32可以通过一个或多个连接元件12与电路板14进行电气和机械连接。基板32例如可以是BGA(球栅阵列(Ball Grid Array))基板。
可以借助于倒装芯片(Flip Chip)技术将RF芯片4安装在基板32上。在此，RF芯片4可以通过另外的连接元件34与基板32进行电气和机械连接。布置在基板32中的信号引导结构36可以将连接元件12与RF芯片4电气耦连。在基板32的上侧上可以布置有RF天线6，该RF天线6可以被设计为在x方向上向波导结构18中辐射。RF芯片4可以通过信号引导结构36和可选的另外的电重新分布结构(未示出)与RF天线6电气耦连，使得可以在RF芯片4和RF天线6之间传输信号。在图9中，为了简单起见，未示出RF芯片4和RF天线6之间的明确耦连。
图10示意性地示出了根据本公开的RF装置1000的俯视图。RF装置1000可以具有半导体封装2以及在图10中为了简单起见而未示出的另外的部件。半导体封装2可以至少部分地类似于图1的半导体封装2。参考图1，图10可以表示半导体封装2的下侧16的视图。
半导体封装2可以具有嵌入在包封材料8中的RF半导体芯片4。在半导体封装2的下侧16上可以布置多个连接元件12，这些连接元件12中至少一些连接元件可以被设计为将RF芯片4与电路板(未示出)进行电气和机械连接。RF芯片4可以具有多个信道，这些信道可以分配给RF芯片4的对应的连接端子。信道特别地可以彼此不同。在图10的示例中，RF芯片4可以具有两个发送信道TX1、TX2和四个接收信道RX1至RX4。在此，两个发送信道TX1、TX2的连接端子、两个接收信道RX1、RX2的连接端子和两个接收信道RX3、RX4的连接端子可以分别布置在RF芯片4的同一侧。在另外的示例中，可以选择不同数量的发送信道和/或接收信道。通常，发送信道的数量和接收信道的数量可以分别小于或等于6，更精确地小于或等于5，更精确地小于或等于4，更精确地小于或等于3，更精确地小于或等于2。
可以为每个发送信道或接收信道分配RF发送天线或RF接收天线6，RF发送天线或RF接收天线6可以与RF芯片4的对应的连接端子电气连接。各个RF天线6可以包括或对应于差分天线。RF天线6的宽度可以在与半导体封装2的表面16平行的方向上增大。RF天线6可以例如构造在半导体封装2的重新分布层中，并且具有两个天线翼(Antennenflügel)38。在图10的俯视图中，RF天线6的几何形状可以类似于维瓦尔第天线(Vivaldi-Antenne)在对应的视图中的几何形状。RF天线6在该视图中可以具有扇出结构。在一个示例中，RF天线6可以特别地类似于或对应于共面的维瓦尔第天线。
RF装置1000可以具有在图10中为了简单起见而未示出的多个波导结构。这些波导结构中的每个波导结构可以被分配给RF天线6中的一个RF天线，并且例如可以相对于该RF天线6以如图1所示出和描述的方式定向。因此，可以为RF芯片4的每个信道分配RF天线6和波导结构。RF发送天线6可以分别被设计为将信号辐射到该RF发送天线所分配的波导结构中，而RF接收天线6可以分别被设计为通过该RF接收天线所分配的波导结构来接收信号。
在常规的RF装置中，RF芯片的信号可以向上(即，在与半导体封装的主表面垂直的方向上)辐射到波导中。在此，波导可以布置在半导体封装的主表面上方，并且至少部分地在垂直方向上延伸。在这种常规的RF装置中，由于空间原因，分离RF芯片的不同信道并向不同的波导中辐射可能是成问题的。通常，在这样的RF装置中仅可以传输一个信号。与此相比，通过根据本公开向波导结构中侧向或横向地辐射可以提供RF芯片的不同信道的分离，并且可以使用RF芯片的多个信道。为了节省空间并可以使用RF芯片的尽可能多的信道，在根据本公开的RF装置的设计中特别地可以使用“直立的”波导结构，如在图2A和图4中示例性示出的。
图11示意性地示出了RF系统1100，该RF系统1100可以包括根据本公开的一个或多个RF装置。从图11中特别地可以看出在RF系统1100的部件之间的RF信号的示例性分布。
RF系统1100可以包括本地振荡器(LO)电路40、多个接收电路42A、42B以及多个发送电路44A至44C。接收电路42和/或发送电路44中的一个或多个电路可以实施为根据本公开的RF装置的形式。LO电路40可以被设计为向接收电路42和/或发送电路44提供射频的LO信号。此外，RF系统1100还可以具有接收天线元件46或发送天线元件48。天线元件46或48可以特别地被设计用于接收或发送RF信号。在图11的示例中，天线元件46、48中的一个或多个天线元件可以实施为多个导电贴片(或贴片天线)50的形式，这些导电贴片可以特别地以贴片列或贴片分支的形式电气连接。RF系统1100的部件可以布置在电路板14上，并且通过根据本公开的波导结构18彼此连接。
通过波导结构18尤其可以在RF系统1100的部件之间传输RF信号。例如，发送电路44C可以通过波导结构18从LO电路40接收射频的LO信号。通过使用根据本公开的波导结构18，可以避免在间距较小的信号路径之间的串扰。此外，RF系统1100的所有部件可以安装在标准电路板上，其中可以避免使用昂贵的RF基板。此外，可以使用被包含在相应电路中的RF芯片的多个信道。
图12示出了根据本公开的用于制造RF装置的方法的流程图。通过该方法可以制造先前描述的任何RF装置。该方法以一般性方式被呈现，以定性地说明本公开的各方面。可以以结合根据本公开的上述示例所说明的一个或多个方面来扩展该方法。
在52中可以构造半导体封装，该半导体封装可以具有RF芯片和RF天线。半导体封装可以被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中半导体封装的表面朝向电路板。在54中可以构造波导结构，该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上。RF天线可以被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。
示例
在下文中，将借助示例说明具有RF芯片和波导结构的RF装置以及对应的制造方法。
示例1是一种射频装置，该射频装置包括半导体封装和波导结构，该半导体封装包括射频芯片和射频天线，其中半导体封装被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中半导体封装的表面朝向电路板；该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，其中射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。
示例2是根据示例1的射频装置，其中波导结构具有在所述电路板中形成的具有金属化内壁的凹部。
示例3是根据示例2的射频装置，其中：波导结构的第一部分包括电路板中的凹部，并且波导结构的第二部分包括沿着与该第二部分的中心轴线平行的方向开口的波导，该波导布置在凹部上方。
示例4是根据示例3的射频装置，其中在与半导体封装的表面垂直的方向上，波导结构的第一部分和波导结构的第二部分基本具有相同的尺寸。
示例5是根据示例3或4的射频装置，其中在第一部分与第二部分机械连接的情况下，布置有电磁适配结构。
示例6是根据示例1的射频装置，其中波导结构由一体式波导形成，该一体式波导与半导体封装相邻地布置在电路板上。
示例7是根据前述示例中任一项的射频装置，其中波导结构至少部分地由具有金属化内壁的注塑成型塑料形成。
示例8是根据前述示例中任一项的射频装置，其中：波导结构的开口横截面被构造为矩形，并且开口横截面的矩形长边在与半导体封装的表面垂直的方向上延伸。
示例9是根据前述示例中任一项的射频装置，其中射频天线至少部分地突出到波导结构中。
示例10是根据前述示例中任一项的射频装置，其中射频天线被设计为在中心向波导结构中辐射。
示例11是根据前述示例中任一项的射频装置，其中射频天线布置在半导体封装的朝向电路板的表面上、或半导体封装的背离电路板的表面上。
示例12是根据前述示例中任一项的射频装置，其中半导体封装还包括：电气重新分布层，其中射频天线被构造在电气重新分布层中。
示例13是根据前述示例中任一项的射频装置，其中射频天线包括差分天线，该差分天线的宽度在与半导体封装的表面平行的方向上增大。
示例14是根据前述示例中任一项的射频装置，其中：半导体封装包括至少一个另外的射频天线，射频装置包括至少一个另外的波导结构，所述另外的波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，另外的射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向另外的波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号，射频天线和波导结构被分配给射频芯片的一个信道，另外的射频天线和另外的波导结构被分配给射频芯片的另一信道，并且该信道和该另一信道互不相同。
示例15是根据前述示例中任一项的射频装置，其中波导结构被设计用于以下至少一项：将信号从射频天线传输到辐射元件或另外的射频芯片中的至少一者，或者将信号从辐射元件或另外的射频芯片中的至少一者传输到射频天线。
示例16是根据前述示例中任一项的射频装置，其中半导体封装还包括：基板，其中射频芯片通过倒装芯片技术被安装在基板上，并且其中基板通过连接元件与电路板连接。
示例17是根据示例1至15中任一项的射频装置，其中半导体封装还包括：包封材料，其中射频芯片至少部分地由该包封材料封装，其中包封材料的表面和射频芯片的表面位于一个平面中。
示例18是根据前述示例中任一项的射频装置，其中在与半导体封装的表面垂直的方向上观察，波导结构和半导体封装至少部分地重叠。
示例19是根据前述示例中任一项的射频装置，其中波导结构被设计用于传输TE模。
示例20是根据示例19的射频装置，其中波导结构被设计用于仅传输TE10基本模。
示例21是根据前述示例中任一项的射频装置，其中波导结构包括WRX波导，其中X小于100。
示例22是一种用于制造射频装置的方法，其中该方法包括：构造半导体封装，该半导体包括射频芯片和射频天线，其中半导体封装被设计为通过半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中半导体封装的表面朝向电路板；以及构造波导结构，该波导结构被定向在与半导体封装的表面平行的方向上，其中射频天线被设计用于以下至少一项：在与半导体封装的表面平行的方向上向波导结构中辐射，或者在与半导体封装的表面平行的方向上通过波导结构接收信号。
在本说明书的意义上，术语“连接”、“耦连”、“电气连接”和/或“电气耦连”不一定意味着部件必须直接彼此连接或耦连。在“连接”、“耦连”、“电气连接”或“电气耦连”的部件之间可以存在中间部件。
此外，在本说明书中，例如参考被构造在物体表面“上方”或“上”或者位于其“上方”或“上”的材料层所使用的词语“上方”和“上”可以用于如下意义：材料层“直接地”被布置(例如，构造、沉积等)在所指的表面“上”，例如与之直接接触。在本文中，例如参考被构造或布置在表面“上方”或“上”的材料层所使用的词语“上方”和“上”还可以用于如下意义：材料层“间接地”被布置(例如，构造、沉积等)在所指的表面“上”，其中在所指的表面与材料层之间存在例如一个或多个附加层。
只要在详细说明或权利要求中使用词语“有”、“包含”、“具有”、“带有”或其变型，则这些词语旨在以类似于词语“包括”的方式是包括性的。这意味着，在本说明书的意义上，词语“有”、“包含”、“具有”、“有”、“包括”等为开放式词语，这些词语表明所提及的元件或特征的存在，但不排除另外的元件或特征。冠词“一/一个”或“该/所述”应当理解为其包含复数含义以及单数含义，除非上下文明确地表明其他的理解。
此外，在本文中，词语“示例性”用于以下意义：它用作示例、情况或说明。在本文中被说明为“示例性”的方面或设计方案不一定被理解为其相对于其他方面或设计方案具有优势的意义。相反地，“示例性”一词的使用旨在以具体方式呈现概念。在本申请的意义上，词语“或”不是指排他的“或”而是包含性的“或”。也就是说，除非另有说明或上下文不允许其他的含义，否则“X使用A或B”表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X使用A，X使用B或X使用A和B，则在上述情况中的每种情况下都满足“X使用A或B”。另外，在本申请和所附权利要求的意义上，冠词“一/一个”通常可以被解读为“一个或多个”，除非明确指出或可以从上下文中清楚地看出仅意指单数。此外，A和B等中的至少一个通常是指A或B或者A和B。
在本说明书中说明了装置和用于制造装置的方法。与所描述的装置有关的说明还可以适用于对应的方法，反之亦然。例如，如果说明了装置的特定部件，则用于制造装置的相应方法可以包括以合适的方式提供该部件的操作，即使该操作在附图中未明确说明或示出。此外，除非另有明确说明，否则本文所述的各个示例性方面的特征可以彼此组合。
尽管已经参考一个或多个实施方式示出和说明了本公开，但是本领域技术人员可以至少部分地基于对本说明书和附图的阅读和理解进行等价的改变和修改。本公开包括所有这样的修改和改变，并且仅由所附权利要求的概念限制。特别是参考由上述部件(例如，元件、资源等)执行的各种功能，除非另有说明，否则旨在表明，用于说明这些部件的术语对应于执行所描述的部件(其例如在功能上等效)的指定功能的任何部件，即使其在结构上不等同于执行本公开在此所介绍的示例性实施方式的功能的所公开结构。此外，即使仅参考不同实施方式中的一个实施方式公开了本公开的特定特征，只要对于给定的或特定的应用是期望的且有利的，则可以将该特征与另外的实施方式的一个或多个另外的特征相组合。

Claims (22)

1.一种射频装置，包括：
半导体封装，所述半导体封装包括：
射频芯片，和
射频天线，
其中所述半导体封装被设计为：通过所述半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中所述半导体封装的表面朝向所述电路板；以及
波导结构，所述波导结构被定向在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，
其中所述射频天线被设计用于以下至少一项：
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，向所述波导结构中辐射，或者
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，通过所述波导结构接收信号。
2.根据权利要求1所述的射频装置，其中所述波导结构具有在所述电路板中形成的具有金属化内壁的凹部。
3.根据权利要求2所述的射频装置，其中：
所述波导结构的第一部分包括所述电路板中的所述凹部，并且
所述波导结构的第二部分包括沿着与所述第二部分的中心轴线平行的方向开口的波导，所述波导布置在所述凹部上方。
4.根据权利要求3所述的射频装置，其中在与所述半导体封装的所述表面垂直的方向上，所述波导结构的所述第一部分和所述波导结构的所述第二部分基本具有相同的尺寸。
5.根据权利要求3或4所述的射频装置，其中在所述第一部分与所述第二部分机械连接的情况下，布置有电磁适配结构。
6.根据权利要求1所述的射频装置，其中所述波导结构由一体式波导形成，所述一体式波导与所述半导体封装相邻地布置在所述电路板上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述波导结构至少部分地由具有金属化内壁的注塑成型塑料形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中：
所述波导结构的开口横截面被构造为矩形，并且
所述开口横截面的矩形长边在与所述半导体封装的所述表面垂直的方向上延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述射频天线至少部分地突出到所述波导结构中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述射频天线被设计为在中心向所述波导结构中辐射。
11.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述射频天线布置在所述半导体封装的朝向所述电路板的表面上、或所述半导体封装的背离所述电路板的表面上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述半导体封装还包括：
电气重新分布层，其中所述射频天线被构造在所述电气重新分布层中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述射频天线包括差分天线，所述差分天线的宽度在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上增大。
14.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中：
所述半导体封装包括至少一个另外的射频天线，
所述射频装置包括至少一个另外的波导结构，所述另外的波导结构被定向在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，
所述另外的射频天线被设计用于以下至少一项：
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，向所述另外的波导结构中辐射，或者
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，通过所述波导结构接收信号，
所述射频天线和所述波导结构被分配给所述射频芯片的一个信道，
所述另外的射频天线和所述另外的波导结构被分配给所述射频芯片的另一信道，并且
所述信道和所述另一信道互不相同。
15.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述波导结构被设计用于以下至少一项：
将信号从所述射频天线传输到辐射元件或另外的射频芯片中的至少一者，或者
将信号从辐射元件或另外的射频芯片中的至少一者传输到所述射频天线。
16.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述半导体封装还包括：
基板，其中所述射频芯片通过倒装芯片技术被安装在所述基板上，并且其中所述基板通过所述连接元件与所述电路板连接。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的射频装置，其中所述半导体封装还包括：
包封材料，其中所述射频芯片至少部分地由所述包封材料封装，其中所述包封材料的表面和所述射频芯片的表面位于一个平面中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中在与所述半导体封装的所述表面垂直的方向上观察，所述波导结构和所述半导体封装至少部分地重叠。
19.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述波导结构被设计用于传输TE模。
20.根据权利要求19所述的射频装置，其中所述波导结构被设计用于仅传输TE10基本模。
21.根据前述权利要求中任一项所述的射频装置，其中所述波导结构包括WRX波导，其中X小于100。
22.一种用于制造射频装置的方法，其中所述方法包括：
构造半导体封装，所述半导体封装包括：
射频芯片，和
射频天线，
其中所述半导体封装被设计为通过所述半导体封装的至少一个连接元件与电路板进行机械和电气连接，其中所述半导体封装的表面朝向所述电路板；以及
构造波导结构，所述波导结构被定向在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，
其中所述射频天线被设计用于以下至少一项：
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，向所述波导结构中辐射，或者
在与所述半导体封装的所述表面平行的方向上，通过所述波导结构接收信号。
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