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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf den Entwurf integrierter Schaltungen (Integrated Circuit, IC) und dabei insbesondere auf eine Small-Form-Factor (SFF) System-on-Package(SOP)-Architektur, die eines oder mehrere aus verbesserter Leistung, integriertem Temperaturmanagement und Interferenzabschwächung in der SFF-SOP-Umgebung aufweist.
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2. Allgemeiner Stand der Technik
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Mobile Plattformen weisen immer kleinere Größen auf und enthalten eine zunehmende Anzahl an elektronischen und drahtlosen Funktionen für eine effiziente Kommunikation. Um alle gewünschten elektronischen Funktionen in zukünftige Small-Form-Factor (SFF) mobile Plattformen zu integrieren, werden eingebettete System-on-Package(SOP)-Architekturen entwickelt.
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Derzeit werden mithilfe von mehrschichtigen Substratmaterialien und Hohlräumen verschiedene Verfahren zur Einbettung aktiver Komponenten sowie auch passiver Komponenten entwickelt. Es werden Verfahren zum Einbetten von Bauelementen mithilfe von kostengünstigen Materialien entwickelt, die nicht gut für die Einbettung von Funkfrequenz(Radio Frequency, RF)-Funktionen geeignet sind. Es werden einige Ansätze zum Einbetten 'integrierter passiver Bauelemente' entwickelt, wodurch die Herstellungs- und Montagekosten erhöht werden können, was den Zweck für die Nutzung von kostengünstigen Materialsystemen reduziert. Darüber hinaus können RF-Leistung und Größenreduzierung für Multi-Standard-Drahtlossysteme weiterhin nur schwer erzielt werden. RF-IPDs (Integrated Passive Devices/integrierte passive Bauelemente) werden auch auf Silizium, Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC), Glas oder anderen Materialien verwendet und in die kostengünstigen Materialsysteme für RF-Verbindungen eingebettet. Dies kann zu einer deutlichen Erhöhung der Herstellungs- und Montagekosten führen und die Leistung von komplexen passiven Strukturen, nach dem Einbetten oder Abschirmen anderer Komponenten in der Nähe, verschlechtern/verändern.
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Auf der anderen Seite werden leistungsstarke Materialien verwendet, für die erkannt wird, dass für sie höhere Kosten als für digitale Substratmaterialien anfallen. Diese Materialien können komplexe Entwürfe für RF-Passive in eine mehrschichtige Materialumgebung einbetten. Probleme mit Temperatur- und Rausch-Management wurden bislang in den aktuellen SOP-Strukturen noch nicht behoben. Die konventionellen elektromagnetischen Bandlücken(Electromagnetic Bandgap, EBG)-Strukturen für die Rauschabschwächung in der SFF-SOP-Umgebung neigen dazu, erheblich viel Platz einzunehmen und steigern damit die Gesamtgröße für das SOP. Beide dieser Ansätze weisen auch Probleme mit thermischem Übersprechen auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Querschnitt eines SOP mit Polymerschichten sowohl mit einem hohen als auch einem niedrigen Leistungsniveau zum Bilden eines Stapels aus Materialien gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt einen weiteren Querschnitt eines SOP mit Polymerschichten sowohl mit einem hohen als auch einem niedrigen Leistungsniveau zum Bilden eines Stapels aus Materialien gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
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3a zeigt einen Querschnitt eines SOP, das eingebettete Isolationsstrukturen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst.
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3b zeigt vertikale periodische Mikro-Kontaktlochstrukturen (Micro Via) A und B, die entlang den Linien A und B der 3a aufgenommen wurden.
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3c zeigt horizontale periodische Strukturen, die entlang der Linie C der 3a aufgenommen wurden.
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4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform für eine Vorrichtung umfassend ein Kommunikationsmodul mit einem SOP-Stapel gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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DEFINITIONEN
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Material mit hohem Leistungsniveau: Material mit einem hohem Leistungsniveau bezeichnet ein Material, das bessere elektrische Eigenschaften, einschließlich verlustarmer und niedriger Ausdehnungskoeffizient(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)-Merkmale, im Vergleich zu den Eigenschaften eines Materials mit einem niedrigen Leistungsniveau bietet.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung offenbart, die eine Small-Form-Factor mobile Plattform umfasst, die eine System-on-Package-Architektur enthält, wobei die System-on-Package-Architektur als ein Stapel aus Schichten angeordnet ist, umfassend eine erste Schicht aus einem ersten formanpassungsfähigen Material; eine zweite Schicht aus einem zweiten formanpassungsfähigen Material oder einem anderen festen organischem Material; eine dritte Schicht aus einem dritten Material; und eine oder mehrere elektronische Komponenten, die im Stapel aus Schichten eingebettet sind, wobei das erste formanpassungsfähige Material, das zweite formanpassungsfähige Material oder beide so ausgelegt sind, dass sie eine Hochfrequenzsignalführung zulassen.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung ferner ein wärmeableitendes Element umfassen, das so ausgelegt ist, dass es Wärme, die von einer oder mehreren elektronischen Komponenten erzeugt wird, ableitet, wobei das wärmeableitende Element zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnet ist. Das wärmeableitende Element kann ein hochleitfähiges Material umfassen, wie z. B. Metall oder einen Richtleiter. Das hochleitfähige Material kann aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, KOVAR, das ein Wärmesenkenmaterial ist, Bronze, Siliziumkarbid oder anderen Materialien bestehen, wie z. B. Gold oder Silber, und der Richtleiter kann Graphit umfassen, das ausgelegt ist, um Wärme entlang einer zweidimensionalen Ebene abzuleiten. Darüber hinaus kann die Vorrichtung Merkmale umfassen, wobei das erste formanpassungsfähige Material und das zweite formanpassungsfähige Material dasselbe Material oder unterschiedliche Materialien sind. Ferner kann die Vorrichtung Merkmale umfassen, wobei das erste formanpassungsfähige Material, das zweite formanpassungsfähige Material oder beide ein Polymer, wie z. B. ein Flüssigkristallpolymer, umfassen oder ein festes organisches oder Polymermaterial sein können.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung ferner eine Filterstruktur umfassen, die zwischen dem einen oder den mehreren elektronischen Komponenten angeordnet ist. Die vertikale Filterstruktur kann gestapelte Kontaktlochmuster umfassen, die in einer periodischen Anordnung der vertikalen Filterstruktur angeordnet sind, die eine Filtereigenschaft definieren kann. Die Vorrichtung kann Merkmale umfassen, wobei die vertikale Filterstruktur gestaltet ist, um Funkfrequenz-Rauschen, die Harmonische des digitalen Rauschens oder beide, die von der einen oder den mehreren elektronischen Komponenten produziert werden, zu filtern oder zu isolieren. Darüber hinaus kann die Vorrichtung Merkmale umfassen, wobei sich das dritte Material vom ersten und zweiten formanpassungsfähigen Material unterscheidet.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren offenbart, das das Bilden einer Small-Form-Factor mobilen Plattform umfasst, die eine System-on-Package-Architektur enthält, wobei die System-on-Package-Architektur als ein Stapel aus Schichten angeordnet ist, umfassend das Bereitstellen einer ersten Schicht aus einem ersten formanpassungsfähigen Material; das Bereitstellen einer zweiten Schicht aus einem zweiten formanpassungsfähigen Material; das Bereitstellen einer dritten Schicht aus einem dritten Material; und das Einbetten einer oder mehrerer elektronischer Komponenten in den Stapel der Schichten, wobei das erste formanpassungsfähige Material, das zweite formanpassungsfähige Material oder beide so ausgelegt sind, dass sie eine Hochfrequenzsignalführung zulassen.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann das Verfahren ferner das Anordnen eines wärmeableitenden Elements zwischen dem ersten und zweiten formanpassungsfähigen Material umfassen, wobei das wärmeableitende Element zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnet werden kann. Das erste formanpassungsfähige Material und das zweite formanpassungsfähige Material können dasselbe Material oder unterschiedliche Materialien sein. Beispielsweise können das erste oder zweite formanpassungsfähige Material oder beide ein Polymer umfassen, wie z. B. ein Flüssigkristallpolymer, oder können ein festes organisches oder Polymermaterial sein. Das wärmeableitende Element kann ein hochleitfähiges Material umfassen, wie z. B. Metall oder einen Richtleiter, wobei das hochleitfähige Material aus der Gruppe bestehend aus Kupfer und Aluminium ausgewählt werden kann, und der Richtleiter Graphit umfassen kann, das ausgelegt ist, um Wärme entlang einer zweidimensionalen Ebene abzuleiten.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann das Verfahren das Anordnen einer vertikalen Filterstruktur zwischen dem einen oder den mehreren elektronischen Komponenten umfassen, wobei die vertikale periodische Filterstruktur gestapelte Kontaktlochmuster umfasst. Die Anordnung der vertikalen Filterstruktur kann periodisch sein oder eine Filtereigenschaft definieren, wobei die vertikale Filterstruktur gestaltet ist, um Funkfrequenz-Rauschen, die Harmonische des digitalen Rauschens oder beide, die von der einen oder den mehreren elektronischen Komponenten produziert werden, zu filtern oder zu isolieren. Die vertikale Filterung kann mit der horizontalen periodischen Filterung kombiniert werden, sofern durch das in Betracht gezogene Small-Form-Factor-SOP zugelassen.
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Diese und andere Objekte, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sowie die Betriebsweisen und Funktionen der zugehörigen Elemente der Struktur und die Kombination von Teilen und Einsparungen bei der Herstellung gehen deutlicher unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen hervor, wobei alle davon Teil dieser Spezifikation sind, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen. Es versteht es sich allerdings, dass die Zeichnungen lediglich zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dienen und nicht als eine Definition der Beschränkungen der Erfindung vorgesehen sind. Wie in der Spezifikation und den Ansprüchen verwendet, betreffen die Singularform für „ein/e” und „der/die/das” auch Pluralformen, sofern nicht der Kontext eindeutig ein anderes Verständnis verlangt.
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1 zeigt einen Querschnitt eines SOP mit Polymerschichten sowohl mit einem hohen als auch einem niedrigen Leistungsniveau zum Bilden eines Stapels aus Materialien gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Der im Allgemeinen bei 100 gezeigte heterogenene Stack-up umfasst eine oder mehrere Schichten aus Material mit hohem Leistungsniveau 105, und eine oder mehrere Schichten aus Material mit niedrigem Leistungsniveau 110. Über ein nicht beschränkendes Beispiel kann das Material mit hohem Leistungsniveau 105 ein Polymer sein, wie z. B. ein Flüssigkristallpolymer (Liquid Crystal Polymer, LCP), Rogers RXP oder ein anderes Material, das über einen breiten Frequenzbereich bessere elektrische Eigenschaften im Vergleich zu den Eigenschaften eines Materials mit einem niedrigen Leistungsniveau 110 bietet. Ein niedriger Verlustfaktor ist ein Faktor für das Material mit hohem Leistungsniveau 105 und bezieht sich direkt auf Schaltungssignalverluste und den Qualitäts- bzw. Q-Faktor. Aufgrund dieser Eigenschaften ermöglichen Materialien mit hohem Leistungsniveau, wie z. B. LCP, eine Hochfrequenzsignalführung und Passive. Das Material mit niedrigem Leistungsniveau 110 kann ein Polymer umfassen, wie z. B. ABF (Ajinomoto Build-up Film), 30 FR4, BT oder beliebige andere organische Materialien.
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Das Material mit hohem Leistungsniveau 105, wie z. B. LCP, kann flexibler oder biegsamer sein als das Material mit niedrigem Leistungsniveau 110. Diese Flexibilität des Materials mit hohem Leistungsniveau 105 ermöglicht es diesen Schichten, sich in Bezug auf die Form um die elektrischen Komponenten herum anzupassen, sodass die elektrischen Komponenten zwischen Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau eingebettet werden können. In manchen Aspekten kann eine bestimmte Schicht des Stack-up sowohl das Material mit hohem 105 als auch das Material mit niedrigem Leistungsniveau 110 umfassen. In diesem Fall kann die elektrische und/oder RF-Komponente innerhalb der Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau und neben dem Material mit niedrigem Leistungsniveau auf einer bestimmten Schicht des SOP angeordnet werden.
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Über ein nicht beschränkendes Beispiel kann der in 1 gezeigte Stack-up eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweisen. Die vertikale Abmessung des SOP kann durch eine dünnere Gestaltung der Substrate reduziert werden. In diesem Fall können die eingebetteten IC-Entwürfe, sofern erforderlich, optimiert werden, um die Auswirkung der dünnen Substrate sowie der Polymermaterialumgebungen zu berücksichtigen.
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In einigen Aspekten kann der Stack-up ein homogener Stack-up sein, der nur einen Schichttyp umfasst. Beispielsweise kann der Stack-up Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau oder Schichten des Materials mit niedrigem Leistungsniveau umfassen.
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Der Stack-up kann verschiedene aktive IC-Komponenten 115 umfassen, einschließlich verschiedene elektrische und/oder Funkfrequenzkomponenten, die zwischen den Schichten aus Material mit hohem Leistungsniveau 105 angeordnet werden können. Über ein nicht beschränkendes Beispiel können die verschiedenen elektrischen ICs einen Leistungsverstärker (Power Amplifier, PA) 120, wie z. B. GaAs PA, umfassen. Darüber hinaus können die verschiedenen Funkfrequenz-ICs einen Kombinations-Chipsatz aus zwei hochintegrierten ICs, wie z. B. RFIC und BB/MAC IC 125, enthalten, die nach den Standards IEEE 802.11n und IEEE 802.11a/b/g betrieben werden können. Es können auch andere Chipsätze verwendet werden, die nach anderen drahtlosen Standards betrieben werden. Diese ICs sind nicht auf jene beschränkt, die in einer drahtlosen Anwendung verwendet werden, können jedoch ICs, wie z. B. Speicher, Universalprozessoren oder anwendungsspezifische ICs und System-on-Chips (SOCs) umfassen. Der Stack-up kann auch eine oder mehrere passive Komponenten 130 umfassen, bei denen es sich entweder um eine Funk(Radio Frequency, RF)-Komponente handelt, die Energie verbraucht (jedoch nicht erzeugt) oder eine Komponente, die nicht zu einem Leistungsgewinn in der Lage ist. Beispiele für passive RF-Komponenten können u. a. Kondensatoren, Induktoren, Widerstände, Transformatoren, Multiband RF-Filter mit Unterdrückung bandexterner Interferenzen (High Rejection), Multiplexer und Baluns umfassen. Andere passive Komponenten, wie z. B. eine Antenne 135, können innerhalb von Schichten der mehrschichtigen Metalle eingebettet werden, um eine höhere RF-Leistung zu erzielen. RF-Signale von dem siliziumintegrierten Einzelchip, wie z. B. RFIC 125, können mithilfe der Schichten der Materialien mit hohem Leistungsniveau 105 geleitet werden, wobei digitale Signale mithilfe der Schichten der Materialien mit niedrigem Leistungsniveau 110 durch Metallleitungen 140 geleitet werden.
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In verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann eine gewalzte Version der hochleistungsfähigen, flüssigen kristallinen Polymermaterialien (Liquid Crystal Polymer, LCP) zum Einbetten von RF-Actives und zur Entwicklung eingebetteter RF-Passives mithilfe der LCP-Multi-Metall-Substratschichtstrukturen verwendet werden. Die gewalzten Versionen des LCP sind normalerweise günstiger als die Original-LCP-Materialien. Dadurch kann der SOP-Form-Factor (alle x-, y-, z-Richtungen) durch den Entwurf der optimierten hochleistungsfähigen passiven Komponenten in den Schichten des LCP-Typs um die eingebetteten aktiven Komponenten reduziert werden. Die Materialien des LCP-Typs ermöglichen es den Substratmaterialien, sich in Bezug auf die Form um die eingebetteten aktiven Komponenten herum anzupassen und reduzieren die Notwendigkeit für einen Oberflächenschutz um die eingebetteten aktiven Komponenten. Dünne Schichten von Materialien des LCP-Typs (≤ 25 μm dick) können als Umverteilungsschichten für eine effiziente RF-, Analog- und Digitalsignalverteilung verwendet werden, um einen Small-Form-Factor zu erzielen. Kostengünstigere Materialien des ABF-Typs können im Stack-up verwendet werden, um zusätzliche digitale Funktionen einzubetten.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann ein SOP-Stapel aus Schichten (wie beispielsweise in 1 gezeigt) als ein Stapel betrachtet werden, der einen „Small-Form-Factor” aufweist, wenn mindestens eine Abmessung des gesamten SOP-Stapels kleiner/gleich etwa 0,5 mm ist. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann ein SOP-Stapel aus Schichten (wie beispielsweise in 1 gezeigt) als ein Stapel betrachtet werden, der einen „Small-Form-Factor” aufweist, wenn die Dicke jeder der einzelnen Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau und/oder des Materials mit niedrigem Leistungsniveau kleiner/gleich 25 μm ist. Allerdings sind die vorhergehenden Abmessungen des Stapels und der Schichten nicht in einem einschränkenden Sinn hinsichtlich des Aspekts zu verstehen, was als „Small”-Form-Factor betrachtet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Eigenschaft „Small” des SOP-Stapels in Form von Vorrichtungen (oder Kategorien von Vorrichtungen) definiert werden, in denen der SOP-Stapel eingebaut ist. Beispielsweise kann ein SOP-Stapel in Hinblick auf Desktop- oder Laptop-Computer als einen Small-Form-Factor aufweisend betrachtet werden, wenn er in einen „Netbook”-Computer eingebaut werden kann. Vergleichsweise kann ein SOP-Stapel im Fall von mobilen Vorrichtungen als einen Small-Form-Factor aufweisend betrachtet werden, wenn er in ein Mobiltelefon oder ein Wearable-Gerät (z. B. Brille, Armbanduhr etc.) eingebaut werden kann.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung können die Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau 105 und/oder des Materials mit niedrigem Leistungsniveau 110 im Stack-up 100 (eines SOP) flexibel genug sein, dass die Schichten vollständig oder teilweise in einer oder mehreren Dimensionen (z. B. in einer oder mehreren x-, y- und z-Dimensionen) faltbar sind, ohne dass sie aufgrund des Zusammenlegens gerissen oder gebrochen werden. Bei derartigen Ausführungsformen können die zwischen den Schichten des SOP-Stapels angeordneten aktiven und/oder passiven Komponenten (z. B. Komponenten 115, 130 usw.) auf ähnliche Weise, wie die Schichten selbst, in einer faltbaren Anordnung gestaltet sein. Die betreibbare Funktionalität der Schichten und Komponenten, die damit in der gefalteten Anordnung angeordnet sind, kann dieselbe bleiben (und damit unbeeinflusst) wie in der ausgefalteten Anordnung (z. B. wie in 1 gezeigt). Eine Ausführungsform mit den gefalteten Schichten und der Komponentengestaltung kann in einem elektronischen Gerät, wie z. B. einem mobilen Gerät (Smartphone, Tablet Computer usw.) verwendet werden, das selbst gestaltet ist, um unterschiedliche Größen oder Form Factors zu haben. Beispielsweise kann ein derartiges elektronisches Gerät einen ersten Form Factor als ein Tablet-Computer (mit einer Bildschirmgröße von ca. 8–10 Zoll) haben und kann mit einem flexiblen/klappbaren Bildschirm und Außengehäuse derart gestaltet sein, dass das Gerät in einen kleineren zweiten Form Factor als ein Smartphone (mit einer Bildschirmgröße von ca. 4 oder 6 Zoll) neu gestaltet werden kann. In diesem beispielhaften elektronischen Gerät kann der SOP-Stapel derart angeordnet sein, dass im ersten „Tablet”-Form Factor die Schichten und elektronischen Komponenten zwischen den Schichten in der ausgefalteten Gestaltung sind (z. B. wie in 1 dargestellt), und im zweiten „Smartphone”-Form Factor die Schichten und elektronischen Komponenten zwischen den Schichten in einer gefalteten Gestaltung sind, um in den kleineren Form Factor des Geräts aufgenommen zu werden und (mit denselben Funktionen) betriebsfähig zu sein.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der SOP-Stapel (z. B. wie in 1 dargestellt) in ein RF-Frontend (oder Kommunikationsmodul) von Funkempfängern und/oder anderen Sender/Empfänger-ICs eingebaut sein, wie in 4 gezeigt. Beispielsweise kann der SOP-Stapel in das RF-Frontend oder Kommunikationsmodul von (Multi-)Funkempfängern von drahtlosen Geräten, wie z. B. Tablet-Computer, wearable Computergeräte, Mobiltelefone (basierend auf weithin bekannten Mobilfunktechnologien, wie z. B. CDMA, EDGE, UMTS, OFDM, LTE usw.), Wi-Fi-Empfänger (basierend auf verschiedenen weithin bekannten IEEE 802.11-Standards) usw. eingebettet werden. Im Allgemeinen kann das RF-Frontend in einem Funkempfängerschaltkreis/-modul Schaltungen zwischen der Antenne und der ersten Zwischenfrequenz(Intermediate Frequency, IF)-Stufe umfassen. Das RF-Frontend kann Komponenten im Empfänger umfassen, die das Signal bei der ursprünglichen Empfangsfunkfrequenz verarbeiten, bevor das Signal in eine niedrigere Zwischenfrequenz (IF) umgewandelt wird. Beispielsweise kann das RF-Frontend eine Impedanzanpassungsschaltung, einen Bandpassfilter (BPF), einen RF-Filter, einen RF-Verstärker, einen Lokaloszillator (LO), einen Mischer und/oder andere Komponenten umfassen. Darüber hinaus kann das RF-Frontend in Funkempfängern, die in drahtlosen Geräten, wie z. B. Tablet-Computer, wearable Computergeräte, Mobiltelefone, Wi-Fi-Empfänger usw., eingebaut sind, Komponenten von der Antenne des Geräts zu einem Analog-Digital-Wandler (ADW) umfassen, der das Signal beispielsweise zur IF-Filterung, Demodulation usw. digitalisiert. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere dieser RF-Frontend Komponenten (z. B. in einem Multi-Funkempfänger) in den Schichten des SOP-Stapels eingebaut sein, wie bereits im Vorangegangenen in Hinblick auf 1 diskutiert.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann das bei 100 gezeigte SOP modifiziert werden, indem ein oder mehrere wärmeableitende Elemente umfasst werden. Das eine oder die mehreren wärmeableitenden Elemente können in einem homogenen Stapel aus Materialien angeordnet werden, wie z. B. einem Stapel aus Materialien, der nur Material mit hohem Leistungsniveau oder nur Material mit niedrigem Leistungsniveau aufweist. Das eine oder die mehreren wärmeableitenden Elemente können darüber hinaus in einem homogenen Stapel aus Materialien angeordnet werden, wie z. B. einem Stapel, der sowohl Material mit hohem als auch mit niedrigem Leistungsniveau aufweist. Wie in 1 gezeigt, können das eine oder die mehreren wärmeableitenden Elemente, wie z. B. Wärmesenkenmaterialien 150, in der Nähe der aktiven Hochleistungskomponenten angeordnet werden, um die von der aktiven Komponente erzeugte Wärme abzuleiten. In einem nicht einschränkenden Beispiel befinden sich die wärmeableitenden Elemente in einer Schicht oberhalb oder direkt über der aktiven Komponente. Das wärmeableitende Element kann zwischen Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau oder zwischen Schichten des Materials mit hohem und niedrigem Leistungsniveau angeordnet werden. Die wärmeableitenden Elemente können hochleitfähiges Material umfassen, wie z. B. Metall, und können Kupfer, Aluminium, KOVAR (KOVAR ist eine Handelsmarke der Carpenter Technology Corporation und ist eine Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung, die entwickelt wurde, um mit den Wärmeausdehnungseigenschaften von Borsilicatglas kompatibel zu sein, um direkte mechanische Verbindungen über einen Temperaturbereich zu ermöglichen) und Siliziumkarbid (SiC), oder einen Richtleiter, wie z. B. Graphit, umfassen, das Wärme in einer zweidimensionalen (x-, y-)Ebene ableitet. Die im Folgenden diskutierte Kombination der verschiedenen Wärmeableiter und gestapelten Kontaktlochmuster kann zum Erzielen optimaler Wärmesenkenstrukturen genutzt werden. In dieser Anordnung des einen oder der mehreren wärmeableitenden Elemente im Small-Form-Factor-SOP kann die Notwendigkeit für eine externe Wärmesenke verringert oder beseitigt werden.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung können dünne Platten von Wärmematerialien in Materialien des LCP-Typs aufgrund der formanpassungsfähigen Eigenschaften des hochleistungsfähigen LCP eingebettet werden. Die dünnen Platten aus Kupfer, Graphit, KOVAR, Siliziumkarbid, Messing und anderen Materialien mit guten thermischen Eigenschaften können unter ICs mit hochleistungsfähiger Ableitung (wie z. B. PA) eingebettet werden, um das Wärmemanagement in den SOP-Architekturen zu ermöglichen und trotzdem SFF-Eigenschaften beizubehalten. Die LCPs können um die Materialien herum angeordnet werden, um sich in Bezug auf die Form an die SOPs anzupassen und SOPs ohne Lücken oder Abständen zu erstellen. Graphitmaterialien leiten Wärme in der X-Y-Richtung ab und können in bestimmten Fällen eingebettet werden, um die Wärme auf Wärmeableiter/Metallkontaktlöcher zu verteilen, wie im Folgenden diskutiert, um die Wärme aus der eingebetteten SOP-Struktur zu entfernen.
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2 zeigt einen weiteren Querschnitt eines SOP mit Polymerschichten sowohl mit einem hohen als auch einem niedrigen Leistungsniveau zum Bilden eines Stapels aus Materialien gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 2 ist ähnlich der 1, zeigt jedoch einen Leistungsverstärker 120, GaAs PA, der oben auf dem Substrat befestigt ist. Für kleine IC-Komponenten, wie z. B. GaAs PA, müssen sie nicht eingebettet werden, da sie keinen großen Bereich auf dem Substrat belegen. Eine Ausformungsschicht 205 kann über der oben befestigten Komponente angeordnet sein, um den SOP einzukapseln und zu schützen.
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3a zeigt einen Querschnitt eines SOP, das eingebettete Isolationsstrukturen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst. Die eingebetteten Isolationsstrukturen sind gestaltet und angeordnet, um Probleme mit Rauschkopplung und Übersprechen in einem sehr kleinen Small-Form-Factor-SOP zu verringern. Ähnlich wie die oben diskutierte wärmeableitende Struktur kann die Isolationsstruktur in einem homogenen Stapel aus Materialien angeordnet werden, wie z. B. einem Stapel aus Materialien, der nur Material mit hohem Leistungsniveau oder nur Material mit niedrigem Leistungsniveau aufweist. Darüber hinaus können die Isolationsstrukturen in einem heterogenen Stapel aus Materialien angeordnet werden, wie z. B. einem Stapel, der sowohl Material mit hohem als auch mit niedrigem Leistungsniveau aufweist. ICs werden in 3a gezeigt, IC1 (305), IC2 (310) und IC3 (315) sind unter den Materialien mit hohem Leistungsniveau des SOP angeordnet. Darüber hinaus werden eine oder mehrere passive Komponenten 320 gezeigt, die in Schichten des Materials mit hohem Leistungsniveau eingebettet sind. Die Isolationsstrukturen 325 können in das SOP eingebettet werden, um Probleme mit Rauschkopplung und Übersprechen im SOP zu verringern.
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3b zeigt vertikale periodische Mikro-Kontaktlochstrukturen (Micro Via) A und B, die entlang den Linien A und B der 3a aufgenommen wurden. Die vertikalen Mikro-Kontaktlochstrukturen 330 sind zur Verringerung von Element-zu-Element-Rauschkopplung/-Übersprechen gestaltet und angeordnet. Die Eigenschaft der Isolation für das Übersprechen kann durch Ändern der Periodizität der vertikalen Strukturen abgestimmt werden. 3c zeigt horizontale periodische Isolationsstrukturen 335, die entlang der Linie C der 3a aufgenommen wurden. Sowohl die vertikalen als auch horizontalen Strukturen können kombiniert werden, um eine verbesserte Isolation in der vollständigen SOP-Umgebung zu erstellen. Diese Isolationsstrukturen können verwendet werden, um die Funk- oder digitalen Funktionsblöcke zu umgeben, um das RF-Rauschen sowie die Harmonischen des digitalen Rauschens zu isolieren.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung können Faraday'sche Käfige und horizontale elektromagnetische Bandlücken(Electromagnetic Bandgap, EBG)-Strukturen, die strukturiere Metalle verwenden, für die Isolationsstrukturen verwendet werden. Darüber hinaus können die vertikalen periodischen Strukturen auch mit den horizontalen EBG-Metallmustern kombiniert werden, um wirksame Noise Reducer zur Reduzierung von Rauschen um gewünschte Teile des SOP zu bilden.
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Obwohl die Erfindung im vorliegenden Text detailliert zum Zwecke der Veranschaulichung basierend darauf, was derzeit als praktischste und bevorzugte Ausführungsformen betrachtet wird, beschrieben wurde, ist klar, dass derartige Details ausschließlich für diesen Zweck vorgesehen sind, und dass die Erfindung nicht auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden soll, sondern eher im Gegenteil dafür vorgesehen ist, Modifikationen und vergleichbare Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Geistes und Geltungsbereichs der beiliegenden Ansprüche liegen. Beispielsweise ist klar, dass die vorliegende Erfindung in Erwägung zieht, dass, soweit möglich, eines oder mehrere Merkmale einer der Ausführungsformen mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen der Ausführungsformen kombiniert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.11n [0023]
- IEEE 802.11a/b/g [0023]
- IEEE 802.11-Standards [0027]
