DE102013114594A1

DE102013114594A1 - Paketstrukturen umfassend auf einem Bauelement angebrachte diskrete Antennen

Info

Publication number: DE102013114594A1
Application number: DE102013114594.9A
Authority: DE
Inventors: Kamgaing Telesphor; Valluri Rao; Ofir Degani
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-21
Also published as: GB201321766D0; WO2014099032A1; US20140176368A1; US9419339B2; JP2015222979A; US20160043471A1; GB2510055B; US9166284B2; JP2014123945A; BR112014016136A2; CN103887186A; KR101587331B1; GB2510055A; KR20150059152A; KR20140080441A; DE102013114594B4; BR112014016136A8

Abstract

Es werden Verfahren zum Bilden einer mikroelektronischen Paketstruktur und dadurch zugehörige gebildete Strukturen beschrieben. Diese Strukturen und Verfahren können das Bilden einer Paketstruktur enthalten, umfassend eine diskrete Antenne, die auf einer Rückseite eines Bauelements angeordnet ist, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat, eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung umfasst, die vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet ist. Eine Bauelementsubstrat-Durchkontaktierung, die vertikal innerhalb des Bauelements angeordnet ist, ist mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung verbunden, und ein Paketsubstrat ist mit einer aktiven Seite des Bauelements verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Integration von Millimeterwellenfunk, der bei 30 GHz oder höher auf Plattformen zum Einsatz kommt, ermöglicht die drahtlose Übertragung von Daten zwischen Bauelementen oder zwischen Chips. Die erfolgreiche Datenübertragung zwischen den Buelementen/Chips erfordert eine oder mehre auf Paketebene integrierte Antennen, die als Schnittstelle fungiert bzw. fungieren. Anwendungen, wie z. B. Chip-zu-Chip-Kommunikation im Ultranahbereich und die Post-Silicon-Validation einer System-on-a-Chip(SoC, dt. Ein-Chip-System)- bzw. einer Central Processing Unit(CPU, dt. zentrale Verarbeitungseinheit)-Vorrichtung, die drahtlose Debug-Ports verwenden, erfahren Weiterleitungsverluste und Verluste von Paketraum im Zusammenhang stehend mit herkömmlichen bzw. nach dem Stand der Technik entwickelten Paketsubstrat/Antennen-Array-Designs.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die Beschreibung mit Ansprüchen abschließt, die insbesondere bestimmte Ausführungsformen betonen und eindeutig beanspruchen, können die Vorteile dieser Ausführungsformen besser anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt
1a bis 1d stellen Strukturen nach verschiedenen Ausführungsformen dar.
2 stellt ein Flussdiagramm nach Ausführungsformen dar.
3 stellt Strukturen nach Ausführungsformen dar.
4 stellt ein System nach Ausführungsformen dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die zur Veranschaulichung konkrete Ausführungsformen zeigen, in denen die Verfahren und Strukturen praktiziert werden können. Diese Ausführungsformen werden hinreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die Praktizierung der Ausführungsformen zu ermöglichen. Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausführungsformen, obgleich verschieden, einander nicht unbedingt ausschließen. Zum Beispiel kann ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im vorliegenden Text in Verbindung mit einer konkreten Ausführungsform beschrieben sind, auch innerhalb anderer Ausführungsformen implementiert werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der Ausführungsformen abzuweichen. Des Weiteren versteht es sich, dass die Position oder Anordnung einzelner Elemente innerhalb jeder offenbarten Ausführungsform modifiziert werden kann, ohne vom Geist und Schutzumfang der Ausführungsformen abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist darum nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der Ausführungsformen wird allein durch die beiliegenden Ansprüche, zweckmäßig interpretiert, zusammen mit dem gesamten Spektrum der Äquivalente, zu denen die Ansprüche berechtigen, definiert. In den Zeichnungen können sich in den verschiedenen Ansichten ähnliche Zahlen auf die gleichen oder auf ähnliche Funktionen beziehen.
Es werden Verfahren zum Bilden und Verwenden von mikroelektronischen Paketstrukturen, wie z. B. zum Bilden einer Paketstruktur umfassend eine diskrete Antenne, die auf der Oberfläche eines mikroelektronischen Bauelements angeordnet ist, beschrieben. Diese Strukturen und Verfahren können das Bilden einer Paketstruktur enthalten, umfassend eine diskrete Antenne, die auf einer Rückseite eines Bauelements angeordnet ist, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat, eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung umfasst, die vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet ist. Eine Substrat-Durchkontaktierung, die vertikal innerhalb des Bauelements angeordnet ist, kann mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung verbunden sein, und ein Paketsubstrat kann mit einer aktiven Seite des Bauelements verbunden sein. Die Paketstrukturen der hier offenbarten verschiedenen Ausführungsformen ermöglichen die Verwendung von diskreten Einzelantennen für Übertragungsanwendungen mit kürzerer Reichweite.
1a bis 1d stellen Ausführungsformen von Paketstrukturen dar, umfassend mindestens eine diskrete Antenne, die auf einem Bauelement angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst eine Paketstruktur 100 mindestens eine diskrete Antenne 102 (1a). Die diskrete Antenne 102 umfasst ein Antennensubstrat 104, das in einigen Ausführungsformen ein Glasmaterial umfassen kann. In anderen Ausführungsformen kann das Antennensubstrat 104 je nach bestimmtem Anwendungsbereich mindestens ein flüssiges kristallines Polymer, ein organisches Material, eine Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC), Aluminiumoxid, undotiertes Silizium oder ein hochleistungsfähiges Millimeterwellen-Substrat umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Antennensubstrat 104 eine Frequenz von ungefähr 30 GHz und höher. In einer Ausführungsform kann das Antennensubstrat 104 abwechselnde Schichten aus leitendem Material und dielektrischem Material umfassen. In einer Ausführungsform kann die diskrete Antenne 102 ein High-k-dielektrisches Material, das in manchen Fällen zur Reduzierung der Abmessungen der diskreten Antenne 102 dienen kann. In einer Ausführungsform kann die diskrete Antenne 102 ein strahlendes Element 106 und eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 umfassen. In einer Ausführungsform kann das strahlende Element 106 mehrere Metallschichten umfassen, die kapazitiv miteinander gekoppelt werden können (z. B. kann das strahlende Element mehrere Metallschichten umfassen, die durch dielektrisches Material getrennt sind), um die Frequenzbandbreite der diskreten Antenne 102 zu erweitern.
In einer Ausführungsform kann das strahlende Element 106 horizontal auf einem oberen Abschnitt des Antennensubstrats 104 angeordnet sein und kann senkrecht mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die diskrete Antenne 102 Abmessungen umfassen, die eine Breite von weniger als ungefähr 2 mm, eine Länge von weniger als ungefähr 2 mm und eine Höhe von weniger als ungefähr 0,4 mm umfassen. Die Abmessungen der diskreten Antenne 102 können in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung variieren. In einer Ausführungsform können die physischen Abmessungen des Antennensubstrats 104 wesentlich kleiner als die Wellenlänge des Frequenzbereichs sein, in dem das Bauelement/die Anwendung betreibbar ist. In einer Ausführungsform kann die Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 nicht physisch mit dem strahlenden Element 106 gekoppelt sein, wobei ein Millimeterwellensignal elektromagnetisch zwischen dem strahlenden Element 106 und einer Substrat-Durchkontaktierung 116 gekoppelt sein kann.
Die Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 kann vertikal innerhalb des Antennensubstrats 104 angeordnet sein. Ein Antennenkontakt 110 kann mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 gekoppelt sein und kann auf einem unteren Abschnitt des Antennensubstrats 104 angeordnet sein. Eine leitende Antennenstruktur 112 kann mit dem Antennenkontakt 110 gekoppelt sein. Ein Bauelementkontakt 114, der eine Umverdrahtungsebene (Redistribution Layer, RDL) 114 umfassen kann, kann mit der leitenden Antennenstruktur 112 gekoppelt sein. Der Bauelementkontakt 114 kann auf einer Rückseite eines Bauelements 118 angeordnet sein. Das Bauelement 118 kann ein Systemchip-Bauelement (SoC, System an Chip) umfassen, den Funk 119, wie z. B. Millimeterwellenfunk, in einer Ausführungsform umfasst, und kann in anderen Ausführungsformen eine beliebige Bauelementart umfassen, die für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.
Eine Substratbauelement-Durchkontaktierung, die eine Substrat-Durchkontaktierung (Through Substrate Via, TSV) 116 umfassen kann, kann mit dem Bauelementkontakt 114 gekoppelt sein und vertikal innerhalb des Bauelements/Bauelementsubstrats 118 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Substrat-Durchkontaktierung 116 mit einem Isolierungsmaterial 121 wie z. B. Siliziumoxid beschichtet sein, z. B. (1d, die einen Abschnitt des Bauelements 118 darstellt, umfassend die TSV 116). Die mit der Isolierung 121 beschichtete Substrat-Durchkontaktierung 116 kann durch ein Bauelementmaterial 135 angeordnet sein, das in manchen Fällen ein Siliziumsubstratmaterial 135 umfassen kann, und das Bauelement 118 kann in Ausführungsformen Verluste von weniger als 1 dB aufweisen. Das Bauelementmaterial 135 kann von dem Bauelementkontakt 114 und einer aktiven Schicht/Seite 120 des Bauelements 118 durch ein Isolierungsmaterial 137, wie z. B. einem Oxidmaterial, isoliert werden.
Bezugnehmend auf 1a kann die Substrat-Durchkontaktierung 116 mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 (mit dem Antennenkontakt 110, der leitenden Struktur 112 und dem Bauelementkontakt 114 dazwischen gekoppelt) elektrisch und physisch gekoppelt sein, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 mit der Substrat-Durchkontaktierung 116 ein Signal von der diskreten Antenne 102 an das Bauelement 118 leiten kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 mit der Substrat-Durchkontaktierung 116 durch eine leitende Struktur oder Metall-Metall-Bindung gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die diskrete Antenne 102 ein hochleistungsfähiges Millimeterwellen-Antennensubstrat 104, wie z. B. Glas, umfassen. Das Millimeterwellensignal, das vom strahlenden Element 106 in/auf dem Antennensubstrat 104 emittiert/fortgeleitet werden kann, kann zwischen der diskreten Antenne 102 und dem Bauelement 118 durch die Koppelung zwischen der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108 und der Substrat-Durchkontaktierung 116 übertragen/fortgeleitet werden.
Ein Erdantennenkontakt 111 kann auf dem unteren Abschnitt des Antennensubstrats 104 angrenzend an dem Antennenkontakt 110 angeordnet sein. Eine leitende Erdantennenstruktur 113 kann mit dem Erdantennenkontakt 111 gekoppelt sein. Ein Erdungs-Bauelementkontakt 115 kann mit der leitenden Erdantennenstruktur 113 gekoppelt sein. Der Erdungs-Bauelementkontakt 115 kann auf einer Rückseite des Bauelements 118 angeordnet sein. Eine Erdungs-Bauelementsubstrat-Durchkontaktierung 117, die eine Erdungssubstrat-Durchkontaktierung 117 umfassen kann, kann mit dem Erdungs-Bauelementkontakt 115 gekoppelt und vertikal innerhalb des Bauelements 118 angeordnet sein. Die Erdungs-Bauelementsubstrat-Durchkontaktierung 117 kann angrenzend an die Substrat-Durchkontaktierung für das Signal 116 sein und kann der diskreten Antenne 102 eine Erdreferenz bereitstellen.
In einer Ausführungsform kann eine zweite diskrete Antenne 102' auf dem Bauelement 118 angeordnet sein und angrenzend an die diskrete Antenne 102 sein. Die zweite diskrete Antenne 102' umfasst ein Antennensubstrat 104' und kann ähnliche Materialien wie das Antennensubstrat 104 umfassen. Die zweite diskrete Antenne 102' kann ein an eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108' gekoppeltes strahlendes Element 106', einen mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108' gekoppelten Antennenkontakt 110' und eine mit dem Antennenkontakt 110' gekoppelte leitenden Antennenstruktur 112' umfassen.
Ein Bauelementkontakt 114' kann mit der leitenden Antennenstruktur 112' gekoppelt sein. Der Bauelementkontakt 114' kann auf einer Rückseite des Bauelements 118 angeordnet sein. Eine Bauelementsubstrat-Durchkontaktierung 116' kann mit dem Bauelementkontakt 114' gekoppelt sein und vertikal innerhalb des Bauelements 118 angeordnet sein. Die Bauelementsubstrat-Durchkontaktierung 116' kann mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung 108' elektrisch und physisch gekoppelt sein.
Ein Erdantennenkontakt 111' kann auf dem unteren Abschnitt des Antennensubstrats 104' angrenzend an dem Antennenkontakt 110' angeordnet sein. Eine leitende Erdantennenstruktur 113' kann mit dem Erdantennenkontakt 111' gekoppelt sein. Ein Erdungs-Bauelementkontakt 115' kann mit der leitenden Erdantennenstruktur 113' gekoppelt sein. Der Erdungs-Bauelementkontakt 115' kann auf einer Rückseite des Bauelements 118 angeordnet sein. Eine Substrat-Durchkontaktierung für die Erdung 117', die eine Substrat-Durchkontaktierung für das Erdungsbauelement 117' umfassen kann, kann mit dem Erdungs-Bauelementkontakt 115' gekoppelt sein und vertikal innerhalb des Bauelements 118 angeordnet sein. Die Erdungssubstrat-Durchkontaktierung 117' kann angrenzend an die Substrat-Durchkontaktierung für das Signal 116' sein und kann eine Erdreferenz auf die diskreten Antenne 102' haben.
Die diskreten Antennen 102, 102' können an/mit der Rückseite des Bauelements 118 angebracht/gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann ein Millimeterwellensignal, das zwischen dem Bauelement und den diskreten Antennen 102, 102' durch die strahlenden Elemente 106, 106' verursacht werden kann, durch eine Reihenschaltung zwischen den Substrat-Durchkontaktierungen für das Signal 116, 116' und den Antennensubstrat-Durchkontaktierungen 108, 108' getragen werden. Darüber hinaus kann jede der Signaldurchkontaktierungen (die die Reihenschaltung zwischen den Substrat-Durchkontaktierungen 116, 116' und den Antennensubstrat-Durchkontaktierungen 108, 108' umfassen können) je nach der jeweiligen Anwendung von einer oder mehreren Substrat-Durchkontaktierungen für die Erdung 117, 117' umgeben sein. Die Substrat-Durchkontaktierungen für die Erdung 117, 117' dienen als ein Rückleitungsweg für das Millimeterwellensignal von den diskreten Antennen 102, 102'.
Die diskreten Antennen 102, 102' weisen deutlich verbesserte elektrische Eigenschaften im Vergleich zu Antennen auf, die in einem Paketsubstrat implementiert sind. Darüber hinaus setzt die vertikale Implementierung der TSVs, die mit den vertikalen Antennensubstrat-Durchkontaktierungen gekoppelt sind, Paketraum frei, der z. B. für herkömmliche CPU-Signalführung benötigt wird, und verbessert so die gesamte Kompaktheit der Paketstruktur 100.
In einer Ausführungsform kann die aktive Seite/Schicht 120 des Bauelements 118 mit einem Substrat 126 durch Lotperlen/Verbindungen 122 gekoppelt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die aktive Seite 120 des Bauelements 118 mit einem Substrat 126 durch eine direkte Metall-Metall-Bindung gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Paketstruktur 100 eine 3D-Paketstruktur 100 umfassen. In einer Ausführungsform kann die Paketstruktur 100 einen Abschnitt einer kernlosen, Bumpless Build-Up Layer(BBUL)-Paketstruktur 100 umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der Abschnitt der Paketstruktur 100 jede beliebige Art von Paketstruktur 100 umfassen, die imstande ist, elektrische Kommunikationen zwischen einem bzw. mehreren mikroelektronischen Bauelement(en), wie z. B. den Bauelementen 102, 102' 102'' und einer Komponente der nächsten Ebene bereitzustellen, an die die Paketstruktur 100 gekoppelt ist (z. B. eine Leiterplatte). In einer anderen Ausführungsform können die hier beschriebenen Paketstrukturen 100 eine geeignete Art von Paketstrukturen umfassen, die imstande ist, elektrische Kommunikation zwischen einem Chip und einem oberen integrierte Schaltungspaket (integrated circuit, IC) bereitzustellen, das mit einem unteren IC-Paket gekoppelt ist.
Das Substrat 126 in den hier beschriebenen Ausführungsformen kann ein mehrschichtiges Substrat 126 umfassen, das abwechselnde Schichten aus einem dielektrischem Material und Metall enthält, das um eine Kernschicht (entweder ein dielektrischer oder Metallkern) aufgebaut ist. In einer anderen Ausführungsform kann das Substrat 126 ein kernloses mehrschichtiges Substrat 126 umfassen. Andere Arten von Substraten und Substratmaterialien können ebenso bei den offenbarten Ausführungsformen Anwendung finden (z. B. Keramik, Saphir, Glas, usw.).
In einer Ausführungsform umfasst die Bauelementpaketstruktur 100 das Bauelement 118, das den Millimeterwellen-Funk 119 umfasst, das als Flip-Chip auf einem mehrschichtigen Paketsubstrat 126 angebracht ist. In einer anderen Ausführungsform können mehrere diskrete Chip-Antennen 102 auf dem Bauelement 118 gebildet bzw. gekoppelt sein, wobei die Anzahl der mit dem Bauelement 118 gekoppelten diskreten Antennen 102 von den jeweiligen Design-Anforderungen abhängt. Die diskreten Antennen 102 der hier beschriebenen Ausführungsformen nehmen eine kleinere Fläche auf dem Paketsubstrat 126 ein und weisen einen deutlich geringeren Signalverlust auf. Darüber hinaus erfordern die Ausführungsformen eine weniger stringente Signalisolationslösung, wodurch die Paketfläche verringert wird.
1b zeigt eine Ausführungsform, wobei das Bauelement 118 (ähnlich wie das in 1a dargestellte Bauelement 118 und zugehörige Paketkomponenten 100) teilweise in ein kernloses Substrat 127, wie z. B. ein BBUL-Substrat 127, eingebettet sein kann. Die Verbindungen 122 können im Substrat 127 angeordnet und mit kernlosen Verbindungsstrukturen 124 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Paketstruktur 131 mindestens zwei diskrete Antennen 102, 102' umfassen. Ein Vorteil durch das Bilden/Koppeln des Bauelements 118 und der diskreten Antennen 102, 102' in einem teilweise eingebetteten Substrat 127 ist eine insgesamte Z-Höhenreduzierung der Paketstruktur 131. In einer anderen Ausführungsform können das Bauelement 118 und die Antennen 102, 102' vollständig in dem Substrat 127 eingebettet sein.
1c zeigt eine Ausführungsform, wobei eine Paketstruktur 132 zwei Bauelemente 118, 118' (ähnlich wie Bauelement 118 und zugehörige Paketkomponenten 100 von 1a) umfasst, die übereinander gestapelt sind. Das erste Bauelement bzw. der erste Chip 118 kann mit/auf dem Paketsubstrat 126 gekoppelt/angeordnet sein, das eine beliebige Art eines geeigneten Paketsubstrats 126 umfassen kann, und das zweite Bauelement bzw. der zweite Chip 118' auf dem ersten Bauelement 118 angeordnet/gestapelt sein. Das erste Bauelement 118 kann mit dem zweiten Bauelement 118' durch Erdungsdurchkontaktierungen 117' und Signaldurchkontaktierungen 116' sowie durch Erdungszwischenverbindungsstrukturen 123 und Signalzwischenverbindungsstrukturen 125 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform, kann die diskrete Antenne 102 (ähnlich wie die diskrete Antenne in 1a) eine Abmessung von 1 mm Breite und 1 mm Länge umfassen und kann auf das erste Bauelement 118 angrenzend an das zweite Bauelement 118' gestapelt werden. Im Allgemeinen umfassen die Abmessungen der diskreten Antenne der Ausführungsformen einen Bruchteil der minimalen Wellenlänge im Frequenzbereich einer bestimmten Anwendung bzw. eines bestimmten Designs.
In einer Ausführungsform kann die Paketstruktur 132 einen Systemchip umfassen, der mindestens eine 3D-gestapelte Millimeterwellen-Chip-Antenne umfasst. In einigen Ausführungsformen können mehrere diskrete Antennen mit einer Rückseite des ersten Bauelements 118 positioniert/gekoppelt werden. In einer Ausführungsform kann eine optionale RFI-Abschirmung (Radio Frequency Interference, Hochfrequenzstörung) 130 um die gestapelten Bauelemente 118, 118' herum angeordnet sein bzw. diese umgeben. In einigen Ausführungsformen kann die RFI-Abschirmung ferner zum Isolieren der diskreten Antenne(n) vom Rest der Paketstrukturkomponenten verwendet werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen umfassen das Ermöglichen einer 3D-Integration der diskreten Antenne mit Paketstrukturen, wobei eine oder mehrere diskrete Millimeterwellen-Chip-Antennen auf der Oberfläche eines Hauptsystems auf einem Chip/einem CPU-Chip/einer Vorrichtung angebracht sind, wobei das Bauelement einen integrierten Millimeterwellenfunk umfasst. Die Antennen können auf hochleistungsfähigen Millimeterwellen-Antennensubstraten implementiert sein, wie z. B. Glas, wobei das Millimeterwellensignal zwischen der diskreten Antenne und des Bauelements mithilfe von Substrat-Durchkontaktierungen gekoppelt werden kann. Die hier offenbarten Ausführungsformen unterstützen die Integration der diskreten 3D-Antennen in Anwendungen, wie z. B. Chip-zu-Chip-Kommunikation im Ultranahbereich und Post-Silicon-Validation eines SoC-/CPU-Chips beispielsweise mithilfe eines drahtlosen Debug-Ports. Anwendungen, wie z. B. ein drahtloses Signal zu Logikanalysator und drahtlose Übertragung über mehrere Antennen zwischen Bauelementen, wie z. B. mobilen Vorrichtungen bzw. zwischen Vorrichtungen wie z. B. DVD- und Anzeigevorrichtungen, werden hier aktiviert.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Paketstruktur in 2 dargestellt. Bei Schritt 202 wird mindestens eine diskrete Antenne auf der Rückseite eines Bauelements gebildet, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat umfasst. Bei Schritt 204 wird durch das Antennensubstrat eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung gebildet, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet ist. Bei Schritt 206 ist die Antennensubstrat-Durchkontaktierung mit einer Substrat-Durchkontaktierung gekoppelt, die vertikal in Bauelementen angeordnet ist, und bei Schritt 208 wird das Bauelement mit einem Paketsubstrat gekoppelt.
Wenden wir uns nun 3 zu, in der eine Ausführungsform eines Computersystems 300 dargestellt ist. Das System 300 umfasst eine Anzahl von Komponenten, die auf einer Hauptplatine 310 oder einer anderen Leiterplatte angeordnet sind. Die Hauptplatine 310 enthält eine erste Seite 312 und eine gegenüberliegende zweite Seite 314, und verschiedene Komponenten können entweder an einer oder beiden ersten und zweiten Seite(n) 312 und 314 angeordnet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Computersystem 300 eine Paketstruktur 340 (die z. B. ähnlich zur Paketstruktur 100 in 1a sein kann), die auf der ersten Seite der Hauptplatine 312 angeordnet ist, wobei die Paketstruktur 340 eine der hier beschriebenen Mikrokanalstrukturausführungsformen umfassen kann.
Das System 300 kann eine Art von Rechnersystem umfassen, wie zum Beispiel eine tragbare oder mobile Rechnervorrichtung (z. B., ein Funktelefon, ein Smartphone, eine mobile Internetvorrichtung, ein Musikabspielgerät, einen Tablet-Computer, einen Laptop-Computer, einen Nettop-Computer, usw.). Die offenbarten Ausführungsformen sind jedoch nicht auf tragbare oder andere mobile Rechnervorrichtungen beschränkt und diese Ausführungsformen können bei anderen Arten von Rechnersystemen Anwendung finden, wie Desktop-Computern und Servern.
Wie oben angegeben, kann die Hauptplatine 310 jede geeignete Art von Leiterplatte oder einem anderen Substrat umfassen, die bzw. das eine elektrische Kommunikation zwischen einer oder mehreren der verschiedenen Komponenten bereitstellen kann, die auf der Platte angeordnet sind. In einer Ausführungsform umfasst die Hauptplatine 310 zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB), die mehrere Metallschichten umfasst, die voneinander durch eine Schicht dielektrisches Material getrennt und durch elektrisch leitende Durchkontaktierungen verbunden sind. Eine oder mehrere der Metallschichten können in einem gewünschten Schaltungsmuster gebildet sein, um – möglicherweise in Verbindung mit anderen Metallschichten – elektrische Signale zwischen den Komponenten zu leiten, die mit der Platte 310 gekoppelt sind. Es sollte jedoch klar sein, dass die offenbarten Ausführungsformen nicht auf die oben beschriebene PCB beschränkt sind und dass ferner die Hauptplatine 310 jedes andere geeignete Substrat umfassen kann.
Zusätzlich zu der Paketstruktur 340 können eine oder mehrere zusätzliche Komponenten an einer oder beiden Seiten 312 und 414 der Hauptplatine 310 angeordnet sein. Beispielsweise und wie in den Figuren dargestellt, können die Komponenten 301a an der ersten Seite 312 der Hauptplatine 310 angeordnet sein und die Komponenten 301b an der gegenüberliegenden Seite 314 der Hauptplatine angeordnet sein. Zusätzliche Komponenten, die auf der Hauptplatine 310 angeordnet sein können, umfassen andere IC-Vorrichtungen (z. B. Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Signalverarbeitungsvorrichtungen, drahtlose Kommunikationsvorrichtungen, Grafiksteuerungen und/oder -treiber, Audioprozessoren und/oder -steuerungen, usw.), Energieabgabekomponenten (z. B. ein Spannungsregler und/oder andere Energiemanagementvorrichtungen, eine Energieversorgung wie eine Batterie und/oder passive Vorrichtungen wie ein Kondensator) und eine oder mehrere Benutzerschnittstellenvorrichtung(en) (z. B., eine Audioeingangsvorrichtung, eine Audioausgangsvorrichtung, eine Tastatur oder eine andere Dateneingabevorrichtung wie eine Berührungsbildschirmanzeige und/oder eine Grafikanzeige, usw.) wie auch jede Kombination aus diesen und/oder anderen Vorrichtungen.
In einer Ausführungsform enthält das Rechnersystem 300 eine Strahlungsabschirmung. In einer weiteren Ausführungsform enthält das Rechnersystem 300 eine Kühllösung. In einer weiteren Ausführungsform, enthält das Rechnersystem 300 eine Antenne. In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung 300 in einem Gehäuse oder einem Kasten angeordnet sein. Wenn die Hauptplatine 310 in einem Gehäuse angeordnet ist, können einige der Komponenten des Rechnersystems 300 – z. B. eine Benutzerschnittstellenvorrichtung (wie eine Anzeige oder eine Tastatur) und/oder eine Energieversorgung (wie eine Batterie) – mit der Hauptplatine 310 (und/oder einer Komponente, die auf der Platine angeordnet ist) elektrisch gekoppelt sein, aber mit dem Gehäuse mechanisch gekoppelt sein.
4 eine schematische Darstellung eines Computersystems 400 gemäß einer Ausführungsform ist. Das Computersystem 400 (auch als das elektronische System 400 bezeichnet), wie dargestellt, kann eine Paketstruktur umfassen, die eine der mehreren offenbarten Ausführungsformen und deren Äquivalente, wie in dieser Offenbarung angeführt, verkörpern/umfassen. Das Computersystem 400 kann eine mobile Vorrichtung wie ein Netbook-Computer sein. Das Computersystem 400 kann eine mobile Vorrichtung wie ein drahtloses Smartphone sein. Das Computersystem 400 kann ein Tischcomputer sein. Das Computersystem 400 kann ein tragbares Lesegerät sein. Das Computersystem 400 kann in ein Kraftfahrzeug integriert sein. Das Computersystem 400 kann in ein Fernsehgerät integriert sein.
In einer Ausführungsform ist das elektronische System 400 ein Computersystem, das einen Systembus 420 enthält, um die verschiedenen Komponenten des elektronischen Systems 400 elektrisch zu koppeln. Der Systembus 420 ist ein einzelner Bus oder eine Kombination von Bussen gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das elektronische System 400 enthält eine Spannungsquelle 430, die der integrierten Schaltung 410 Energie liefert. In einigen Ausführungsformen liefert die Spannungsquelle 430 Strom durch den Systembus 420 zur integrierten Schaltung 410.
Die integrierte Schaltung 410 ist elektrisch kommunikativ an den Systembus 420 gekoppelt und enthält jede Schaltung oder Kombination von Schaltungen gemäß einer Ausführungsform, einschließlich des Pakets/Bauelements der hierin enthaltenen verschiedenen Ausführungsformen. In einer Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung 410 einen Prozessor 412, der eine beliebige Art von Paketstrukturen gemäß der hier enthaltenen Ausführungsformen umfassen kann. Wie hierin verwendet, kann der Prozessor 412 jede Art von Schaltung bedeuten, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen Mikroprozessor, eine Mikrosteuerung, einen Graphikprozessor, einen Digitalsignalprozessor oder einen anderen Prozessor. In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 412 eine der Ausführungsformen der hier offenbarten Paketstrukturen. In einer Ausführungsform werden SRAM-Ausführungsformen in Speicher-Caches des Prozessors gefunden.
Andere Arten von Schaltungen, die in der integrierten Schaltung 410 enthalten sind, sind eine benutzerdefinierte Schaltung oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), wie eine Kommunikationsschaltung 414 zur Verwendung in drahtlosen Vorrichtungen wie Mobiltelefonen, Smart-Phones, Pagern, tragbaren Computer, Funksprechgeräten und ähnlichen elektronischen Systemen. In einer Ausführungsform enthält der Prozessor 412 einen integrierten Speicher 416 wie einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM). In einer Ausführungsform, enthält der Prozessor 412 einen eingebetteten integrierten Speicher 416 wie einen eingebetteten dynamischen Direktzugriffsspeicher (eDRAM).
In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung 410 mit einer nachfolgenden integrierten Schaltung 411 ergänzt. In einer Ausführungsform enthält die duale integrierte Schaltung 411 einen eingebetteten integrierten Speicher 417 wie eDRAM. Die duale integrierte Schaltung 411 enthält einen dualen RFIC-Prozessor 413 und eine duale Kommunikationsschaltung 415 und einen dualen integrierten Speicher 417 wie SRAM. Die duale Kommunikationsschaltung 415 kann insbesondere zur HF-Bearbeitung konfiguriert werden.
Mindestens ein passives Bauelement 480 ist an die nachfolgende integrierte Schaltung 411 gekoppelt. In einer Ausführungsform enthält das elektronische System 400 auch einen externen Speicher 440, der seinerseits ein oder mehr Speicherelement(e) enthalten kann, das bzw. die für die besondere Anwendung geeignet ist bzw. sind, wie einen Hauptspeicher 442 in der Form eines RAM, eine oder mehrere Festplatten 444 und/oder ein oder mehrere Laufwerke, die entfernbare Medien 446 bedienen, wie Disketten, Compact Disks (CDs), digitale variable Discs (DVDs), Flash-Speicherlaufwerke und andere entfernbare Medien, die nach dem Stand der Technik bekannt sind. Der externe Speicher 440 kann auch ein eingebetteter Speicher 448 sein. In einer Ausführungsform enthält das elektronische System 400 auch eine Anzeigevorrichtung 450 und einen Audioausgang 460. In einer Ausführungsform enthält das elektronische System 400 eine Eingabevorrichtung wie eine Steuerung 470, die eine Tastatur, eine Maus, ein Berührungsfeld, ein Nummernfeld, ein Trackball, eine Spielkonsole, ein Mikrofon, eine Spracherkennungsvorrichtung oder jede andere Eingabevorrichtung sein kann, die Informationen in das elektronische System 400 eingibt. In einer Ausführungsform enthält eine Eingabevorrichtung 470 eine Kamera. In einer Ausführungsform enthält eine Eingabevorrichtung 470 ein digitales Tonaufnahmegerät. In einer Ausführungsform enthält eine Eingabevorrichtung 470 eine Kamera und ein digitales Tonaufnahmegerät.
Auch wenn in der vorhergehenden Beschreibung bestimmte Schritte und Materialien aufgeführt sind, die den Verfahren der Ausführungsformen zum Einsatz kommen können, leuchtet es dem Fachmann ein, dass viele Modifikationen und Ersetzungen vorgenommen werden können. Demnach ist vorgesehen, dass derartige Modifikationen, Änderungen, Ersetzungen und Ergänzungen in den Geist und Schutzumfang der Ausführungsformen fallen, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus veranschaulichen die hier angegebenen Figuren nur Teile von beispielhaften mikroelektronischen Bauelementen und zugehörigen Paketstrukturen, die die Ausführung der Ausführungsformen betreffen. Daher sind die Ausführungsformen nicht auf die im vorliegenden Dokument beschriebenen Strukturen beschränkt.

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Paketstruktur, das Folgendes umfasst: Bilden einer diskreten Antenne auf der Rückseite eines Bauelements, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat umfasst; Bilden einer Antennensubstrat-Durchkontaktierung durch das Antennensubstrat, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet ist; Koppeln der Antennensubstrat-Durchkontaktierung mit einer Substrat-Durchkontaktierung, die vertikal innerhalb des Bauelements angeordnet ist; und Koppeln des Bauelements mit einem Paketsubstrat.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend das Bilden eines strahlenden Elements, das senkrecht mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung gekoppelt und auf einem oberen Abschnitt der diskreten Antenne angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat abwechselnde Schichten aus leitendem Material und dielektrischem Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 ferner umfassend, wobei das strahlende Element abwechselnde Schichten aus leitendem Material und dielektrischem Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat mindestens Glas, undotiertes Silizium oder flüssiges kristallines Polymer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung mit der Substrat-Durchkontaktierung durch eine leitende Struktur oder Metall-Metall-Bindung gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat eine Frequenz von mindestens ungefähr 30 GHz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei die mit der Substrat-Durchkontaktierung gekoppelte Antennensubstrat-Durchkontaktierung in der Lage ist, ein Millimeterwellensignal fortzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend das Bilden eines Erdantennenkontakts auf einem unteren Abschnitt der diskreten Antenne.
Verfahren nach Anspruch 9 ferner umfassend, wobei der Erdantennenkontakt mit einer geerdeten Substrat-Durchkontaktierung gekoppelt ist, die vertikal innerhalb des Bauelements angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Bauelement einen Systemchip umfasst, der Millimeterwellenfunk umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei eine aktive Seite des Bauelements mit einem Paketsubstrat durch eine direkte Metall-Metall-Bindung oder Lothöcker gekoppelt.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Paketsubstrat ein mehrschichtiges Paketsubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei das Paketsubstrat ein BBUL-Paketsubstrat umfasst und wobei das Bauelement teilweise in das BBUL-Paketsubstrat eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei die diskrete Antenne physische Abmessungen umfasst, die kleiner als ein Frequenzbereich sind, in dem das Bauelement betreibbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8 ferner umfassend, wobei die Erdungssubstrat-Durchkontaktierung angrenzend an die Substrat-Durchkontaktierung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend das Bilden mehrerer diskreter Antennen auf dem Bauelement.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend, wobei ein zweites Bauelement auf das Bauelement gestapelt und angrenzend an die diskrete Antenne ist.
Verfahren nach Anspruch 18 ferner umfassend das Bilden einer Strahlungsabschirmung, die das Bauelement und das zweite Bauelement umgibt.
Verfahren nach Anspruch 18 ferner umfassend, wobei das zweite Bauelement eine Speichervorrichtung umfasst.
Paketstruktur umfassend: eine diskrete Antenne, die auf der Rückseite eines ersten Bauelements gebildet ist, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat umfasst; eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet ist; eine Substrat-Durchkontaktierung, die vertikal innerhalb des ersten Bauelements angeordnet und mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung gekoppelt ist; und ein Paketsubstrat, das mit einer aktiven Seite der ersten Vorrichtung gekoppelt ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend eine strahlendes Elements, das senkrecht mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung gekoppelt und auf einem oberen Abschnitt der diskreten Antenne angeordnet ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat mindestens Glas, undotiertes Silizium oder flüssiges kristallines Polymer umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat abwechselnde Schichten aus leitendem Material und dielektrischem Material umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 22 ferner umfassend, wobei das strahlende Element abwechselnde Schichten aus leitendem Material und dielektrischem Material umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung mit der Substrat-Durchkontaktierung durch eine leitende Struktur oder Metall-Metall-Bindung gekoppelt ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat eine Frequenz von mindestens ungefähr 30 GHz umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 26 ferner umfassend, wobei die mit der Substrat-Durchkontaktierung gekoppelte Antennensubstrat-Durchkontaktierung in der Lage ist, ein Millimeterwellensignal zu senden.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend einen Erdantennenkontakt, der auf einem unteren Abschnitt der diskreten Antenne angeordnet ist.
Paketstruktur nach Anspruch 29 ferner umfassend, wobei der Erdantennenkontakt mit einer geerdeten Substrat-Durchkontaktierung gekoppelt ist, die vertikal innerhalb des Bauelements angeordnet ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das erste Bauelement einen Silicon-on-Chip umfasst, der Millimeterwellenfunk umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei eine aktive Seite des ersten Bauelements mit einem Paketsubstrat durch eine direkte Metall-Metall-Bindung oder Lothöcker gekoppelt ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das Paketsubstrat ein mehrschichtiges Paketsubstrat umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei das Paketsubstrat ein BBUL-Paketsubstrat umfasst und wobei das erste Bauelement teilweise in das BBUL-Paketsubstrat eingebettet ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei die diskrete Antenne physische Abmessungen umfasst, die kleiner als ein Frequenzbereich sind, in dem das Bauelement betreibbar ist.
Paketstruktur nach Anspruch 30 ferner umfassend, wobei die Erdungssubstrat-Durchkontaktierung angrenzend an die Substrat-Durchkontaktierung ist.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend mehrere diskrete Antennen, die auf dem ersten Bauelement angeordnet sind.
Paketstruktur nach Anspruch 21 ferner umfassend, wobei ein zweites Bauelement auf dem ersten Bauelement angeordnet ist.
Paketstruktur nach Anspruch 38 ferner umfassend eine Strahlungsabschirmung, die das erste Bauelement und das zweite Bauelement umgibt.
Paketstruktur nach Anspruch 38 ferner umfassend, wobei das zweite Bauelement eine Speichervorrichtung umfasst.
Paketstruktur umfassend: eine diskrete Antenne, die auf der Rückseite eines Chips gebildet ist, wobei die diskrete Antenne ein Antennensubstrat und der Chip Funk umfasst; ein strahlendes Element, das horizontal auf einem oberen Abschnitt der diskreten Antenne angeordnet ist; eine Antennensubstrat-Durchkontaktierung, wobei die Antennensubstrat-Durchkontaktierung vertikal durch das Antennensubstrat angeordnet und mit dem strahlenden Element gekoppelt ist; eine Substrat-Durchkontaktierung, die vertikal innerhalb des Chips angeordnet und mit der Antennensubstrat-Durchkontaktierung gekoppelt ist; und ein Paketsubstrat, das mit einer aktiven Seite des Chips gekoppelt ist.
Paketstruktur nach Anspruch 41 ferner umfassend ein System, das Folgendes umfasst: einen Bus, der kommunikativ mit der Paketstruktur gekoppelt ist; und einen eDRAM, der kommunikativ mit dem Bus gekoppelt ist.
Paketstruktur nach Anspruch 41 ferner umfassend, wobei der Chip einen Systemchip umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 41 ferner umfassend, wobei der Funk Millimeterwellenfunk umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 41 ferner umfassend, wobei das Antennensubstrat eine Frequenz von mindestens ungefähr 30 GHz umfasst.
Paketstruktur nach Anspruch 41 ferner umfassend, wobei die mit der Substrat-Durchkontaktierung gekoppelte Antennensubstrat-Durchkontaktierung in der Lage ist, ein Millimeterwellensignal zu senden.