DE102017223561A1 - Hochfrequenzbauelement-Packages und Verfahren zum Bilden derselben - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleiterbauelement-Package umfasst einen Integrierte-Schaltung-Chip, der ein Hochfrequenzbauelement aufweist. Das Hochfrequenzbauelement umfasst eine aktive Schaltungsanordnung an einer ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips. Ein Antennensubstrat ist über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips angeordnet. Das Antennensubstrat umfasst eine erste leitfähige Schicht, die über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips angeordnet ist. Die erste leitfähige Schicht umfasst eine erste Übertragungsleitung, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip elektrisch gekoppelt ist. Eine erste Laminatschicht ist über der ersten leitfähigen Schicht angeordnet. Die erste Laminatschicht überlappt einen ersten Teil der ersten Übertragungsleitung. Eine zweite leitfähige Schicht ist über der ersten Laminatschicht angeordnet. Die zweite leitfähige Schicht umfasst eine erste Öffnung, die einen zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung überlappt. Eine zweite Laminatschicht ist über der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet. Eine erste Antenne ist über der zweiten Laminatschicht angeordnet und überlappt die erste Öffnung, den zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung und den Integrierte-Schaltung-Chip.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Hochfrequenzelektronikbauelement und bei bestimmten Ausführungsbeispielen auf Hochfrequenzelektronikbauelement-Packages und Verfahren zum Bilden derselben.
  • Tragbare Geräte wie Tablets, Smartphones und Smartwatches erfreuen sich aufgrund der rasanten Weiterentwicklung von kostengünstigen Halbleitertechnologien in jüngster Zeit großer Beliebtheit. Radarsensoren, die Benutzerbewegungen detektieren können (sogenannte Gestensensoren), können in tragbaren Geräten als eine Schnittstelle ausgebildet sein, um die Funktionalität des Gerätes zu steuern. Zahlreiche tragbare Geräte sind notwendigerweise klein, sodass eingebettete Radarsysteme mit reduzierten Formfaktoren wünschenswert sind. Antennenelemente, die in ein Chip-Package eines Hochfrequenz-(RF, Radio Frequency)-Radarsystems eingebettet sind, machen einen großen Anteil an der Gesamt-Package-Größe aus. Daher kann die Antennenpositionierung bei der Gestaltung der -Packages integrierter HF-Radarsysteme eine entscheidende Rolle spielen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauelement-Package, ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Halbleiterbauelement-Package und ein System mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 15 und ein System gemäß Anspruch 24 gelöst.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Halbleiterbauelement-Package (Halbleiterbauelementgehäuse) einen Integrierte-Schaltung-Chip, der ein Hochfrequenzbauelement aufweist. Das Hochfrequenzbauelement umfasst eine aktive Schaltungsanordnung an einer ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips. Ein Antennensubstrat ist über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips angeordnet. Das Antennensubstrat umfasst eine erste leitfähige Schicht, die über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips angeordnet ist. Die erste leitfähige Schicht umfasst eine erste Übertragungsleitung (bzw. Sendeleitung), die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip elektrisch gekoppelt ist. Eine erste Laminatschicht ist über der ersten leitfähigen Schicht angeordnet. Die erste Laminatschicht überlappt einen ersten Teil der ersten Übertragungsleitung. Eine zweite leitfähige Schicht ist über der ersten Laminatschicht angeordnet. Die zweite leitfähige Schicht umfasst eine erste Öffnung, die einen zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung überlappt. Eine zweite Laminatschicht ist über der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet. Eine erste Antenne ist über der zweiten Laminatschicht angeordnet und überlappt die erste Öffnung, den zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung und den Integrierte-Schaltung-Chip.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Halbleiterbauelement-Package das Bilden eines Integrierte-Schaltung-Chips. Der Integrierte-Schaltung-Chip umfasst ein Hochfrequenzbauelement. Das Hochfrequenzbauelement umfasst eine aktive Schaltungsanordnung an einer ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips. Eine erste leitfähige Schicht wird über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips gebildet. Die erste leitfähige Schicht wird dahin gehend strukturiert, eine erste Übertragungsleitung zu bilden, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip elektrisch gekoppelt ist. Eine erste Laminatschicht wird über der ersten leitfähigen Schicht gebildet. Die erste Laminatschicht überlappt einen ersten Teil der ersten Übertragungsleitung. Eine zweite leitfähige Schicht wird über der ersten Laminatschicht gebildet. Eine erste Öffnung wird in der zweiten leitfähigen Schicht gebildet. Die erste Öffnung überlappt einen zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung. Eine zweite Laminatschicht wird über der zweiten leitfähigen Schicht gebildet. Eine erste Antenne wird über der zweiten Laminatschicht gebildet und überlappt die erste Öffnung, den zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung und den Integrierte-Schaltung-Chip.
  • Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein System eine Leiterplatte und einen Integrierte-Schaltung-Chip. Der Integrierte-Schaltung-Chip umfasst einen Hochfrequenzempfänger, einen Hochfrequenzsender oder ein Hochfrequenz-Sende-Empfangs-Bauelement. Das System umfasst ferner eine erste Masseebene (Groundplane) über dem Integrierte-Schaltung-Chip, einen Übertragungsschlitz in der ersten Masseebene und eine Antenne, die sich über der ersten Masseebene befindet. Die Antenne überlappt den Integrierte-Schaltung-Chip und befindet sich direkt über dem Übertragungsschlitz. Das System umfasst ferner eine Übertragungsleitung zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip und der ersten Masseebene. Die Übertragungsleitung ist mit dem Integrierte-Schaltung-Chip elektrisch gekoppelt. Die Übertragungsleitung ist elektromagnetisch mit der Antenne gekoppelt.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzbauelement-Package veranschaulicht;
    • 2A-2F ein Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindungen veranschaulichen, wobei 2A eine Querschnittsansicht eines Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht über einer ersten Oberfläche einer oberen Laminatschicht und einer leitfähigen Antennenschicht über einer zweiten Oberfläche der oberen Laminatschicht veranschaulicht, wobei 2B eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer unteren Laminatschicht und einer unteren leitfähigen Schicht über der oberen leitfähigen Schicht und der oberen Laminatschicht veranschaulicht, wobei 2C eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Lötmaske über der unteren Laminatschicht und der unteren leitfähigen Schicht und dem Anbringen eines Integrierte-Schaltung-Chips an dem Hochfrequenzbauelement-Package unter Verwendung von leitfähigen Säulen und einer Unterfüllungsschicht veranschaulicht, wobei 2D eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden eines Formmassebereiches über dem Integrierte-Schaltung-Chip und der Unterfüllungsschicht veranschaulicht, wobei 2E eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen durch den Formmassebereich und die Unterfüllungsschicht hindurch veranschaulicht, und wobei 2F eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen über der oberen Laminatschicht zu bilden, veranschaulicht;
    • 3A-3H ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulichen, wobei 3A eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden eines Formmassebereiches um einen Integrierte-Schaltung-Chip herum veranschaulicht, wobei 3B eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Unterfüllungsschicht veranschaulicht, wobei 3C eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von leitfähigen Säulen in der Unterfüllungsschicht veranschaulicht, wobei 3D eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden der unteren leitfähigen Schicht veranschaulicht, wobei 3E eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der unteren leitfähigen Schicht veranschaulicht, wobei 3F eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Lötmaske über der Unterfüllungsschicht und dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht und einer unteren Laminatschicht über der Lötmaske und der unteren leitfähigen Schicht veranschaulicht, wobei 3G eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der oberen leitfähigen Schicht veranschaulicht, und wobei 3H eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht und einer oberen Laminatschicht über der oberen leitfähigen Schicht veranschaulicht;
    • 4 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzbauelement-Package, die ein Kugelrasterarray verwendet, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulicht;
    • 5A-5F ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulichen, wobei 5A eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Anbringen eines Formmassebereiches und eines Integrierte-Schaltung-Chips an einer unteren leitfähigen Schicht auf einer Haftschicht auf einem Träger unter Verwendung einer Unterfüllungsschicht veranschaulicht, wobei 5B eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Lösen der Haftschicht und des Trägers, dem Strukturieren der unteren leitfähigen Schicht und dem darauffolgenden Bilden von Durchkontaktierungen in der Unterfüllungsschicht und der unteren leitfähigen Schicht über dem Integrierte-Schaltung-Chip veranschaulicht, wobei 5C eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer mittleren leitfähigen Schicht und einer unteren Laminatschicht über der unteren leitfähigen Schicht, dem Strukturieren der mittleren leitfähigen Schicht und dem darauffolgenden Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren leitfähigen Schicht, der unteren Laminatschicht und der Unterfüllungsschicht über dem Integrierte-Schaltung-Chip veranschaulicht, wobei 5D eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht und einer mittleren Laminatschicht über der mittleren leitfähigen Schicht und dem Strukturieren der oberen leitfähigen Schicht veranschaulicht, wobei 5E eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht und einer oberen Laminatschicht und dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen über der oberen Laminatschicht zu bilden, veranschaulicht, und wobei 5F eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich veranschaulicht;
    • 6A und 6B noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen, wobei 6A eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer zweiten leitfähigen Antennenschicht und einer zweiten oberen Laminatschicht und dem Strukturieren der zweiten leitfähigen Antennenschicht, um zusätzliche Antennen über der zweiten Laminatschicht zu bilden, veranschaulicht, und wobei 6B eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich veranschaulicht;
    • 7A-7C noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen, wobei 7A eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen Laminatschicht mit einem Hohlraum über der oberen leitfähigen Schicht veranschaulicht, wobei 7B eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht auf einer zweiten oberen Laminatschicht, dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen zu bilden, und dem Anbringen der zweiten oberen Laminatschicht über der oberen Laminatschicht veranschaulicht, und wobei 7C eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich veranschaulicht;
    • 8A-8C mehrere Ausführungsbeispiele eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulichen, wobei 8A eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzbauelement-Package veranschaulicht, wobei 8B eine Draufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzbauelement-Package veranschaulicht, und wobei 8C eine Draufsicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzbauelement-Package veranschaulicht; und
    • 9 eine dreidimensionale Ansicht eines Strahlungsmusters eines Hochfrequenzbauelement-Package veranschaulicht.
  • Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den unterschiedlichen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren sind dahin gehend gezeichnet, die relevanten Aspekte der Ausführungsbeispiele zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben. Die Ränder der in den Figuren gezeichneten Merkmale geben nicht notwendigerweise den Abschluss des Umfanges des Merkmals an.
  • Die Herstellung und Verwendung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele sind nachstehend im Detail erläutert. Es ist jedoch zu beachten, dass die unterschiedlichen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte anwendbar sind. Die besprochenen spezifischen Ausführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend für die spezifischen Arten, unterschiedliche Ausführungsbeispiele herzustellen und zu verwenden, und sollten nicht als einschränkend erachtet werden.
  • Mehrfachantennenelemente werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, zum Beispiel in Fahrzeugradargeräten, Industrieradargeräten, Gestensensoren und Bewegungsdetektoren. Erfassungsanwendungen umfassen unter anderem Füllstandüberwachung in Speichertanks, intelligente Beleuchtungssteuerung, Sicherheitssysteme, intelligente Türöffner und Kollisionsvermeidung in Fahrzeugen. Multikanalradarsysteme werden hauptsächlich anstelle von Einkanalsystemen verwendet, wenn die Detektion der Winkelposition eines Objektes wichtig ist. Bei Telekommunikationsanwendungen können Multikanal-Sende-Empfangs-Bauelemente für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation verwendet werden, wo eine Strahlformung erforderlich ist, z. B., in Anwendungen, die Hochfrequenzen verwenden, wie etwa Mobiltechnologien der 5. Generation (5G) bei 28 GHz.
  • Bei einer Multikanalimplementierung wie etwa einem Gestensensorsystem, das Mehrfachantennenelemente aufweist, basieren die Größe und die Beabstandung der Antennenelemente auf der gewünschten Betriebsfrequenz. Beispielsweise kann der Abstand zwischen zwei Antennenelementen bei 60 Ghz zwischen 3 mm bis 3,5 mm liegen. Fan-Out-Packaging kann verwendet werden, um Antennenelemente in das Hochfrequenzbauelement-Package zu integrieren. Das heißt, Fan-Out-Packaging kann für ein Hochfrequenzbauelement-Package verwendet werden, die integrierte Antennenelemente, einen Integrierte-Schaltung-Chip einschließlich Schaltungen, die dazu entworfen sind, Hochfrequenzsignale zu empfangen, zu verarbeiten und zu senden, und zahlreiche Übertragungsleitungen und Zwischenverbindungen umfasst, um die Komponenten zu koppeln. Allerdings kann die große Größe des endgültigen Bauelement-Package für einige Anwendungen restriktiv sein. Zusätzlich dazu kann eine spezifische Masseebenendefinition auf der Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) notwendig sein, was Gestaltungsüberlegungen weiter einschränkt.
  • Mit anderen Worten schränkt die Package-Gestaltung die PCB-Gestaltung ein, da Komponenten wie etwa Antennenelemente, Integrierte-Schaltung-Chips und Übertragungsleitungen Größenanforderungen basierend auf dem gewünschten Betrieb aufweisen. Wenn diese Komponenten linear auf der PCB angeordnet werden, wird die Größe der PCB durch die Komponenten bestimmt. Die folgenden Ausführungsbeispiele bieten zahlreiche Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Hochfrequenzbauelement-Packages, indem dieselben Komponenten in einer dreidimensionalen (3D) Anordnung auf der PCB integrieren.
  • Im Folgenden bereitgestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben unterschiedliche Verfahren einer Herstellung von Hochfrequenzbauelement-Packages, insbesondere ein Laminat-Package mit einer integrierten Antenne, die im Vergleich zu herkömmlichen Hochfrequenzbauelement-Packages Vorteile aufweisen. Die folgende Beschreibung beschreibt die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele. Ein Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzbauelement-Package wird unter Verwendung von 1 beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package wird unter Verwendung von 2 beschrieben. Unterschiedliche alternative Ausführungsbeispiele einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package werden unter Verwendung von 3-7 beschrieben. Mehrere Ausführungsbeispiele von Hochfrequenzbauelement-Packages werden unter Verwendung von 8 beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel eines Strahlungsmusters eines Hochfrequenzbauelement-Package wird unter Verwendung von 9 beschrieben.
  • 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Integrierte-Schaltung-Chip 10 in einem ersten Gehäusebereich 100 angeordnet. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen umfasst der Integrierte-Schaltung-Chip 10 ein Halbleitersubstrat. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleitersubstrat Silizium. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleitersubstrat Siliziumgermanium (SiGe). Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleitersubstrat Galliumarsenid (GaAs).
  • Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann aktive und passive Bauelemente, Metallschichten, dielektrische Schichten, dotierte und eigenleitende Halbleiterbereiche und Umverdrahtungsschichten sowie andere im Stand der Technik bekannte Komponenten umfassen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen wurde der Integrierte-Schaltung-Chip 10 bereits einer Back-End-of-Line-(BEoL)-Verarbeitung unterzogen, bevor der erste Gehäusebereich 100 gebildet wird.
  • Der erste Gehäusebereich 100 kann ein geeignetes Packagematerial wie etwa Kunststoff, Epoxid, Harz oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Der erste Gehäusebereich 100 kann den Integrierte-Schaltung-Chip 10 auf allen Seiten umschließen oder kann Oberseiten- und/oder Unterseitenoberflächen des Integrierte-Schaltung-Chips 10 freiliegend belassen. Abschnitte des ersten Gehäusebereiches 100 können außerdem daraufhin entfernt werden, um Bereiche des Integrierte-Schaltung-Chips 10 je nach Bedarf freizulegen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 umfasst das Hochfrequenzbauelement-Package außerdem eine Masseebene 104 und eine Antenne 40, die in einem zweiten Gehäusebereich 101 angeordnet sind. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen überlappen die Masseebene 104 und die Antenne 40 den Integrierte-Schaltung-Chip 10. Bei anderen Ausführungsbeispielen befinden sich die Masseebene 104 und die Antenne 40 direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip 10.
  • Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist die Masseebene 104 ein leitfähiges Material auf. Obwohl die Masseebene 104 wie veranschaulicht die gleiche Breite wie der Integrierte-Schaltung-Chip 10 aufweist, kann die Abmessung der Masseebene 104 größer als oder kleiner als die des Integrierte-Schaltung-Chips 10 sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Hochfrequenzbauelement-Package zusätzliche Masseebenen.
  • Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen umfasst das Hochfrequenzbauelement-Package zusätzliche Antennen. Die zusätzlichen Antennen können sich direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip befinden oder denselben teilweise überlappen. Einige der zusätzlichen Antennen überlappen den Integrierte-Schaltung-Chip 10 möglicherweise nicht. Die Antenne 40 kann dazu ausgebildet sein, Funksignale zu senden und/oder zu empfangen und kann elektromagnetisch mit einer Schaltungsanordnung gekoppelt sein, die sich in dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 befindet.
  • Der zweite Gehäusebereich 101 kann ähnliche Materialien wie der erste Gehäusebereich 100 aufweisen. Obwohl die Antenne 40 als durch den zweiten Gehäusebereich 101 eingekapselt veranschaulicht ist, kann die Antenne 40 auch an der Oberseite des Hochfrequenzbauelement-Package freiliegen. Zusätzlich dazu kann der zweite Gehäusebereich 101 gleichzeitig mit dem ersten Gehäusebereich 100 gebildet werden. Der zweite Gehäusebereich 101 kann sich wie veranschaulicht auf die Seiten des ersten Gehäusebereiches 100 erstrecken oder kann eine unterschiedliche Breite aufweisen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist der zweite Gehäusebereich 101 Laminatschichten auf, die den Integrierte-Schaltung-Chip 10, die Masseebene 104 und die Antenne 40 trennen. Der erste Gehäusebereich 100 und/oder der zweite Gehäusebereich 101 können auch Antennenzuleitungen aufweisen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist der erste Gehäusebereich 100 an einer externen Stütze 110 angebracht. Die externe Stütze 110 kann eine Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder eine andere geeignete planare Struktur sein. Die externe Stütze 110 kann zusätzliche Schaltungen umfassen, um das Hochfrequenzbauelement mit anderen Komponenten zu verbinden, die mit der externen Stütze 110 verbunden sind. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können Durchkontaktierungen in dem ersten Gehäusebereich 100 und/oder dem zweiten Gehäusebereich 101 enthalten sein, um den Integrierte-Schaltung-Chip 10, die Masseebene 104 und die Antenne 40 mit Schaltungen zu koppeln, die sich auf der externen Stütze 110 befinden.
  • Die externe Stütze 110 kann zusätzliche Masseebenen umfassen, die von der Masseebene 104 getrennt oder mit derselben verbunden sind. Außerdem können zusätzliche Bauelement-Packages auf der externen Stütze 110 enthalten sein. Die relativen Größen von Merkmalen in dem Hochfrequenzbauelement-Package sind nicht auf die veranschaulichte Konfiguration beschränkt. Die externe Stütze 110 kann größer als oder kleiner als in 1 veranschaulicht sein.
  • 2A-2F veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • 2A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht über einer ersten Oberfläche einer oberen Laminatschicht und einer leitfähigen Antennenschicht über einer zweiten Oberfläche der oberen Laminatschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 2A ist eine obere leitfähige Schicht 33 über einer ersten Oberfläche einer oberen Laminatschicht 23 gebildet und eine leitfähige Antennenschicht 38 ist über einer zweiten Oberfläche der oberen Laminatschicht 23 gebildet. Die obere leitfähige Schicht 33 kann dann unter Verwendung einer Ätztechnik strukturiert werden, um Öffnungen 50 zu bilden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die obere leitfähige Schicht 33 eine Masseebene sein.
  • Die obere leitfähige Schicht 33 und die leitfähige Antennenschicht 38 können eine Metallfolie, eine Metallschicht oder eine Metallisierung aufweisen, die an die obere Laminatschicht 23 laminiert wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die obere leitfähige Schicht 33 Kupfer (Cu). Bei einem Ausführungsbeispiel ist die leitfähige Antennenschicht 38 Kupfer (Cu).
  • Die obere Laminatschicht 23 kann ein verlustarmes Hochfrequenzmaterial wie beispielsweise eine glasfaserverstärkte Kohlenwasserstoffkeramik und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die obere Laminatschicht 23 RO4003 auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die obere Laminatschicht 23 RO4350 auf. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die obere Laminatschicht 23 ein handelsübliches Laminatmaterial sein, das mit einer Kupferkaschierung auf einer oder beiden Oberflächen gefertigt ist.
  • Die vertikale Dicke der oberen Laminatschicht 23 kann bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zwischen 200 µm und 500 µm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die vertikale Dicke der oberen Laminatschicht 23 rund 400 µm. Die vertikale Dicke der oberen Laminatschicht 23 kann derart ausgewählt sein, dass die gewünschte Bandbreite von darauffolgend gebildeten Antennen erreicht wird.
  • 2B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer unteren Laminatschicht und einer unteren leitfähigen Schicht über der oberen leitfähigen Schicht und der oberen Laminatschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 2B sind eine untere Laminatschicht 21 und eine untere leitfähige Schicht 31 über der oberen leitfähigen Schicht 33 gebildet. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können die untere Laminatschicht 21 und die untere leitfähige Schicht 31 durch Stapeln der Schichten über der oberen leitfähigen Schicht 33 gebildet sein. Die untere leitfähige Schicht 31 kann dann unter Verwendung einer Ätztechnik strukturiert werden, um elektronische Anschlussleitungen und Übertragungsleitungen 30 zu bilden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind die Öffnungen 50 vertikal mit Abschnitten der Übertragungsleitungen 30 ausgerichtet. Die untere leitfähige Schicht 31 kann ein ähnliches Material wie die obere leitfähige Schicht 33 und die leitfähige Antennenschicht 38 aufweisen, wie zuvor beschrieben wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die untere leitfähige Schicht 31 Kupfer (Cu) aufweisen.
  • Die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 kann bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zwischen 100 µm und 300 µm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 rund 200 µm. Die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 kann dahin gehend ausgewählt sein, Übertragungsleitungseigenschaften in der unteren leitfähigen Schicht 31 zu optimieren. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Breite der Übertragungsleitungen 30 zwischen 50 µm und 300 µm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite der Übertragungsleitungen 30 rund 90 µm. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt die Breite der Übertragungsleitungen 30 rund 200 µm. Bei einigen Konfigurationen kann eine Übertragungsleitung als Antennenzuleitung bezeichnet werden.
  • Eine Art von Laminatmaterial, das dazu verwendet werden kann, leitfähige Schichten und Laminatschichten zu bilden, wie oben und im Folgenden beschrieben ist, ist kupferkaschiertes Laminat. Bleche aus kupferkaschiertem Laminatmaterial können als ein- oder doppelseitig kupferkaschierte Bleche hergestellt sein. Während des Herstellungsprozesses können Kupferbleche auf eine oder beide Seiten des Laminatmaterials platziert werden. Eine Kombination aus Wärme und Druck kann dann angewendet werden, um das Anbringen der Kupferbleche an dem Laminatmaterial zu erleichtern. Es ist zu beachten, dass es einigen Fällen vorteilhaft sein kann, doppelseitig kupferkaschiertes Laminatmaterial zu verwenden, um die zuvor und in zukünftigen Ausführungsbeispielen besprochenen Laminatschichten zu bilden, wenn nur eine einzelne leitfähige Schicht benötigt wird. Die nicht benötige leitfähige Oberfläche auf dem doppelseitig kupferkaschierten Laminat wird dann vor der Laminierung an ein Substrat abgeätzt. Ein möglicher Vorteil des Abätzens einer leitfähigen Schicht von einem Laminatmaterial vor der Laminierung kann darin bestehen, die Haftung an einem Substrat zu verbessern.
  • Eine leitfähige Schicht auf einer Oberfläche eines Laminatmaterials wie etwa der unteren Laminatschicht 21 kann beispielsweise eine elektroaufgebrachte (electrodeposited, ED) Folie oder eine gerollte Folie sein. Ein gerolltes Folienblech kann durch wiederholtes Befördern des Folienbleches durch Rollen gefertigt werden, um die Dicke des Folienbleches gleichmäßig zu reduzieren. Eine ED-Folie kann steifer sein und eine andere Kornstruktur aufweisen. Im Gegensatz dazu kann gerollte Folie glatt und flexibel sein. In einigen Fällen kann eine gerollte Folie bei Hochfrequenz(HF)-Anwendungen aufgrund der geringeren Oberflächenrauigkeit vorteilhaft sein.
  • 2C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Lötmaske über der unteren Laminatschicht und der unteren leitfähigen Schicht und dem Anbringen eines Integrierte-Schaltung-Chips an dem Hochfrequenzbauelement-Package unter Verwendung von leitfähigen Säulen und einer Unterfüllungsschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 2C ist eine Lötmaske 25 über der unteren Laminatschicht 21 gebildet. Die Lötmaske 25 kann unter Verwendung von Siebdrucktechniken, Lithographietechniken oder anderen geeigneten Mitteln gebildet werden. Die Lötmaske 25 kann eine Epoxidflüssigkeit, eine flüssige photobelichtbare Lötmaskentinte (LPSM, Liquid Photoimageable Solder Mask), oder ein trockenfilmphotobelichtbares Lötmaskenmaterial (DFSM, Dry Film Photoimageable Solder Mask) aufweisen. In der Lötmaske 25 können Öffnungen gebildet werden, um Bereiche der unteren leitfähigen Schicht 31 freizulegen.
  • Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann unter Verwendung eines Bestückungsprozesses derart über der unteren leitfähigen Schicht 31 platziert werden, dass die leitfähigen Säulen 34 durch die Öffnungen in der Lötmaske 25 in elektrischem Kontakt mit freiliegenden Bereichen der unteren leitfähigen Schicht 31 stehen. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann dann durch bekannte Prozesse der Oberflächenmontagetechnologie (SMT, Surface Mount Technology) an der leitfähigen Schicht 31 angebracht werden. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann beispielsweise unter Verwendung eines Aufschmelzlötprozesses angebracht werden, bei dem das Hochfrequenzbauelement-Package einer kontrollierten Wärme ausgesetzt werden kann.
  • Eine Unterfüllungsschicht 26, die ein Isoliermaterial ist, kann in den Bereich zwischen der Lötmaske 25, der unteren leitfähigen Schicht 31 und dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 eingespritzt oder auf eine andere Art eingefügt werden. Die Unterfüllungsschicht 26 kann ein Polymermaterial wie etwa ein gefülltes Epoxid aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Unterfüllungsschicht 26 unter Verwendung eines Kapillarprozesses gebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Unterfüllungsschicht 26 und der zum Anbringen des Integrierte-Schaltung-Chips 10 verwendete Lötprozess durch die Aufnahme von Flussmittelchemie in das Unterfüllungsmaterial kombiniert. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann sich das Unterfüllungsmaterial während des Aufschmelzprozesses verflüssigen, wodurch ein Flussmitteleffekt bereitgestellt wird. Das Unterfüllungsmaterial kann sich dann während des Aufschmelzprozesses verfestigen und aushärten oder einen separaten Aushärtungsschritt benötigen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Unterfüllungsmaterial vor dem Vereinzeln auf den Wafer des Integrierte-Schaltung-Chips 10 aufgetragen werden.
  • Die Unterfüllungsschicht 26 kann die leitfähigen Säulen 34 umgeben und schützen. Die Unterfüllungsschicht 26 kann eine Belastung an den Lötverbindungen durch Bonden des Integrierte-Schaltung-Chips 10 mit der unteren Laminatschicht 21 verringern. Eine Belastung an den Lötverbindungen kann aufgrund einer Vielzahl von Faktoren auftreten, z. B. einer gesteigerten Größe des Integrierte-Schaltung-Chips 10 oder einer erhöhten Abweichung des Koeffizienten der thermalen Ausdehnung zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und der unteren Laminatschicht 21. In einigen Fällen kann die Unterfüllungsschicht 26 ausgelassen werden. Vorteilhafterweise kann die Unterfüllungsschicht 26 außerdem den Integrierte-Schaltung-Chip 10 von der unteren leitfähigen Schicht 31 trennen. Bei Abwesenheit einer ausreichend dicken Unterfüllungsschicht können Übertragungsleitungen, die sich auf dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 befinden, durch die untere leitfähige Schicht 31 beeinflusst werden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen liegt die Dicke der Unterfüllungsschicht 26 zwischen 25 µm und 75 µm. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Unterfüllungsschicht 26 rund 45 µm.
  • Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann eine Hochfrequenzschaltungsanordnung enthalten. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist die Hochfrequenzschaltungsanordnung für den Betrieb in einem Superhochfrequenz-(SHF)- oder einem Extremhochfrequenz-(EHF)-Bereich gestaltet. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann beispielsweise eine Millimeterwellen-(MMW)-Schaltungsanordnung enthalten, die zum Betrieb in dem unlizenzierten Band von 57 GHz bis 64 GHz gestaltet ist. Der Integrierte-Schaltung-Chip kann eine Empfangsschnittstelle, die mit Empfangsantennen verbunden ist, und/oder eine Sendeschnittstelle aufweisen, die mit Sendeantennen verbunden ist. Die Empfangs- und Sendeantennen können in oder auf unterschiedlichen Schichten des Hochfrequenzbauelement-Package angeordnet sein, gekoppelt mit den jeweiligen Schnittstellen unter Verwendung von Übertragungsleitungen, die sich auch in dem Hochfrequenzbauelement-Package befinden. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann außerdem Umverdrahtungsschichten (RDL, Redistribution Layers) umfassen, um Verbindungen umzuverdrahten, um eine Kopplung mit der unteren leitfähigen Schicht 31 zu ermöglichen.
  • 2D veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden eines Formmassebereiches über dem Integrierte-Schaltung-Chip und der Unterfüllungsschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 2D ist ein Formmassebereich 20 beispielsweise unter Verwendung eines Pellets einer Formgebungsmasse und eines Formgebungswerkzeuges über dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und der Unterfüllungsschicht 26 gebildet. Der Formmassebereich 20 kann den Integrierte-Schaltung-Chip 10 umschließen und schützen. Der Formmassebereich 20 kann dazu dienen, die Fläche des Hochfrequenzbauelement-Package zu vergrößern, so dass dieselbe anschließend unter Verwendung einer Technologie, die einen größeren Abstand zwischen Verbindern benötigt, z. B. ein Kugelrasterarray (BGA, Ball Grid Array), an einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) angebracht werden kann. Der Formmassebereich 20 kann ein Epoxidharzmaterial aufweisen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist der Formmassebereich ein wärmeaushärtbares Harz wie etwa ein Bismaleimid-Triazin-Harz (BT-Epoxid) auf. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist der Formmassebereich 20 ein glasfaserverstärktes Epoxid wie etwa ein Material der Klasse FR-4 auf. Der Formmassebereich 20 kann eine spezifische Implementierung des in 1 veranschaulichten ersten Gehäusebereiches 100 sein.
  • 2E veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen durch den Formmassebereich und die Unterfüllungsschicht hindurch. Diese Durchkontaktierungen können dann geleitet werden, um Kontaktstellen zu bilden, die elektrische Verbindungen mit einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) ermöglichen.
  • Unter Bezugnahme auf 2E sind Durchkontaktierungen 35 in dem Formmassebereich 20 und der Unterfüllungsschicht 26 gebildet, um eine elektrische Kopplung zwischen der unteren leitfähigen Schicht 31 und einer freiliegenden Oberfläche des Formmassebereiches 20 bereitzustellen. Die Kontaktpunkte an der freiliegenden Oberfläche können beispielsweise dazu verwendet werden, Verbindungen zu einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) unter Verwendung eines Kugelrasterarrays (BGA, Ball Grid Array) herzustellen. Die Durchkontaktierungen 35 können unter Verwendung eines Laserbohrprozesses gefolgt von Elektroplattieren mit einem leitfähigen Material gebildet werden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weisen die Durchkontaktierungen 35 ein Metall auf und bei einem Ausführungsbeispiel weisen dieselben Kupfer (Cu) auf.
  • 2F veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen über der oberen Laminatschicht zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 2F ist die leitfähige Antennenschicht unter Verwendung einer Ätztechnik oder eines anderen geeigneten Prozesses strukturiert, um Antennen 40 über der oberen Laminatschicht 23 zu bilden. Die Bildung der Antennen 40 kann jederzeit während der Herstellung des Hochfrequenzbauelement-Package stattfinden. Es kann beispielsweise sinnvoll sein, während der in 2A beschriebenen Verarbeitungsstufe eine doppelseitig kupferkaschierte Laminatschicht zu verwenden. In diesem Fall kann die leitfähige Antennenschicht während des Herstellungsprozesses auf der oberen Laminatschicht 23 vorhanden sein, wie in 2A-2E gezeigt ist. Es ist denkbar, dass die Antennen 40 dann während der Herstellung zuerst oder zu jeglichem sinnvollen Zeitpunkt gebildet werden könnten.
  • Abmessungen der Antennen 40 können durch eine gewünschte Antwort auf eine spezifische Wellenlänge oder eine Gruppierung von Wellenlängen (z. B. Frequenzband) bestimmt werden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann eine Antenne, die für Millimeterwellenlängenstrahlung empfindlich ist, eine Länge und Breite zwischen 1 mm und 2,5 mm aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Antenne rund 1,5 mm und die Breite der Antenne beträgt rund 850 µm. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Antenne rund 1,3 mm und die Breite der Antenne beträgt rund 1,2 mm.
  • Die Antenne kann elektromagnetisch mit einer Öffnung gekoppelt sein, die sich unterhalb der Antenne befindet. Die Größe der Öffnung kann auch durch gewünschte Wellenlängenantwort bestimmt werden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Breite der Öffnung zwischen 100 µm und 300 µm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Breite der Öffnung rund 150 µm betragen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Länge der Öffnung zwischen 1 mm und 2 mm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Länge der Öffnung rund 1,2 mm betragen.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Kombination der unteren leitfähigen Schicht 31, der unteren Laminatschicht 21, der oberen leitfähigen Schicht 33 und der oberen Laminatschicht 23 als ein Antennensubstrat 79 betrachtet werden. Das Antennensubstrat 79 kann außerdem zusätzliche leitfähige, dielektrische oder Packelemente umfassen.
  • Das bei vorherigen und zukünftigen Ausführungsbeispielen beschriebene Hochfrequenzbauelement-Package kann Vorteile wie etwa eine reduzierte Gesamt-Package-größe und einen vereinfachten Herstellungsprozess im Vergleich zu herkömmlichen Erweitertes-Wafer-Ebene-Kugelrasterarray--Packages (eWLB, enhanced Wafer Level Ball Grid Array) und erweiterten dünnen anschlußleitungslosen -Packages (ATSLP, Advanced Thin Small Leadless Packages) aufweisen. Zusätzlich dazu kann das Hochfrequenzbauelement aufgrund der Konfiguration der Übertragungsleitungen 30, der Antennen 40 und der Öffnungen 50 verbesserte Bandbreitenfähigkeiten aufweisen.
  • 3A-3F veranschaulichen ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Im Gegensatz zu zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Formmassebereich vor der Bildung von Laminatschichten und leitfähigen Schichten des Bauelement-Package um einen Integrierte-Schaltung-Chip herum gebildet werden.
  • 3A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden eines Formmassebereiches um einen Integrierte-Schaltung-Chip herum.
  • Unter Bezugnahme auf 3A ist ein Formmassebereich 20 um den Integrierte-Schaltung-Chip 10 herum gebildet. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann derart sein, wie zuvor in Bezug auf 1 und 2C beschrieben wurde. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist der Integrierte-Schaltung-Chip 10 bereits einer Back-End-of-Line-(BEoL)-Verarbeitung unterzogen worden und wurde vereinzelt, um einen individuellen Halbleiterchip zu bilden. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann dann in eine Form platziert werden. Eine Formgebungsmasse kann in die Form eingespritzt oder auf andere Art eingefügt werden und danach ausgehärtet werden, um den Formmassebereich 20 zu bilden. Der Formmassebereich 20 kann ein wie zuvor in Bezug auf 2D beschriebenes Material aufweisen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist der Formmassebereich 20 eine spezifische Implementierung des in 1 veranschaulichten ersten Gehäusebereiches 100.
  • 3B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Unterfüllungsschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3B ist eine Unterfüllungsschicht 26 über dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 gebildet. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Unterfüllungsschicht 26 eine Oberfläche des Formmassebereiches 20 bedecken. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist die Unterfüllungsschicht 26 ein dielektrisches Material auf.
  • 3C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von leitfähigen Säulen in der Unterfüllungsschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3C sind leitfähige Säulen 34 in der Unterfüllungsschicht 26 gebildet. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können die leitfähigen Säulen 34 ein leitfähiges Material wie etwa Kupfer (Cu) oder Aluminium (AI) aufweisen. Die leitfähigen Säulen 34 können durch Strukturieren oder durch eine andersartige Entfernung von Abschnitten der Unterfüllungsschicht 26 gefolgt von Abscheidung, Elektroplattierung oder einer anderen geeigneten Technik gebildet werden.
  • 3D veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden der unteren leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3D ist eine untere leitfähige Schicht 31 über der Unterfüllungsschicht 26 gebildet. Die untere leitfähige Schicht 26 kann unter Verwendung von einem Abscheidungs- oder Elektroplattierungsprozess gebildet werden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen weist die untere leitfähige Schicht ein leitfähiges Material wie etwa Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Aluminium (AI) auf.
  • 3E veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der unteren leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3E kann die untere leitfähige Schicht 31 strukturiert sein, wie zuvor beschrieben wurde, um die Umverdrahtungsschicht (RDL, Redistribution Layer) zu bilden, die die Übertragungsleitungen 30 aufweist. Die Übertragungsleitungen 30 können derart sein, wie zuvor in Bezug auf 2B beschrieben wurde.
  • 3F veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer Lötmaske über der Unterfüllungsschicht und dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht und einer unteren Laminatschicht über der Lötmaske und der unteren leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3F kann eine Lötmaske 25 über der Unterfüllungsschicht 26 gebildet werden, wie zuvor beschrieben wurde. Dann können eine untere Laminatschicht 21 und eine obere leitfähige Schicht 33 über der Lötmaske 25 und der unteren leitfähigen Schicht 31 gebildet werden. Die untere Laminatschicht 21 und die obere leitfähige Schicht 33 können derart sein, wie zuvor beschrieben wurde. Die obere leitfähige Schicht 33 kann vor dem Anbringen an dem Hochfrequenzbauelement-Package an die untere Laminatschicht 21 laminiert werden. Wie zuvor besprochen wurde, kann ein doppelseitig oder einseitig kupferkaschiertes Laminatmaterial genutzt werden, um die untere Laminatschicht 21 und die obere leitfähige Schicht 33 zu bilden. Wenn doppelseitig kupferkaschiertes Laminatmaterial verwendet wird, kann die leitfähige Folie auf einer Seite vor dem Anbringen an dem Hochfrequenzbauelement-Package entfernt werden.
  • 3G veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Strukturieren der oberen leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3G kann die obere leitfähige Schicht 33 strukturiert werden, wie zuvor beschrieben wurde, um Öffnungen 50 in der oberen leitfähigen Schicht 33 zu bilden.
  • 3H veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht und einer oberen Laminatschicht über der oberen leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3H kann eine obere Laminatschicht 23 und eine leitfähige Antennenschicht 38 über der oberen leitfähigen Schicht 33 in einem ähnlichen Prozess wie die untere Laminatschicht 21 und die obere leitfähige Schicht 33 gebildet werden. Die leitfähige Antennenschicht 38 kann dann gebildet und strukturiert/gedruckt werden, wie zuvor beschrieben wurde, um ein Hochfrequenzbauelement-Package zu bilden, die der in 2F veranschaulichten ähnelt.
  • Wie zuvor in Bezug auf 2F beschrieben wurde, kann die Kombination der unteren leitfähigen Schicht 31, der unteren Laminatschicht 21, der oberen leitfähigen Schicht 33 und der oberen Laminatschicht 23 bei einigen Ausführungsbeispielen als ein Antennensubstrat 79 betrachtet werden.
  • 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzbauelement-Package, die ein Kugelrasterarray verwendet, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Formmassebereich vorheriger Ausführungsbeispiele ausgelassen, was einen leeren Raum um den Integrierte-Schaltung-Chip herum zur Folge hat.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Integrierte-Schaltung-Chip 10 nach dem Bilden der unterschiedlichen leitfähigen Schichten der Antenne und der Masseebene auf dem Antennensubstrat 79 an einem Antennensubstrat 79 angebracht werden. Unter Bezugnahme auf 4 können Antennen 40, eine obere Laminatschicht 23, eine obere leitfähige Schicht 33, eine untere Laminatschicht 21 und eine untere leitfähige Schicht 31 gebildet werden, wie zuvor geschrieben wurde. Die obere leitfähige Schicht 33 kann Öffnungen 50 umfassen und die untere leitfähige Schicht 31 kann Übertragungsleitungen 30 umfassen, wie zuvor besprochen wurde. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können Passivierungsbereiche 27 auf den jeweiligen Oberflächen des Integrierte-Schaltung-Chips 10 bzw. der unteren leitfähigen Schicht 31 gebildet und strukturiert werden. Dann kann eine Anzahl von kleinen Lötkugeln 70 an dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 angebracht werden. Die kleinen Lötkugeln 70 können dann dazu verwendet werden, den Integrierte-Schaltung-Chip 10 unter Verwendung eines Aufschmelzprozesses an der unteren leitfähigen Schicht 31 anzubringen. Optional können einige oder alle der kleinen Lötkugeln 70 mit Kupfersäulen ersetzt werden und auf ähnliche Weise dazu verwendet werden, den Integrierte-Schaltung-Chip 10 an der unteren leitfähigen Schicht 31 anzubringen. Auch eine Unterfüllungsschicht 26 kann enthalten sein, wie zuvor beschrieben wurde. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen befindet sich die Unterfüllungsschicht 26 primär unter dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und erstreckt sich in lateraler Richtung nicht so weit wie bei vorherigen Ausführungsbeispielen.
  • Im Gegensatz zu vorherigen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von großen Lötkugeln 71 dann dazu verwendet werden, das Hochfrequenzbauelement-Package mit einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) zu verbinden. Die großen Lötkugeln 71 können Teil eines Kugelrasterarrays (BGA, Ball Grid Array) sein. Das BGA kann außerdem dazu dienen, eine vertikale Trennung zwischen der Oberfläche einer PCB oder einem anderen Substrat und dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 bereitzustellen, so dass der Integrierte-Schaltung-Chip 10 geschützt ist und ein Kontakt zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und der PCB oder einem anderen Substrat verhindert ist.
  • Obwohl der Integrierte-Schaltung-Chip 10 in 4 als freiliegender Halbleiterchip gezeigt ist, kann bei anderen Ausführungsbeispielen eine gepackte IS verwendet werden und anstelle von Lötkugeln können Kupfersäulen verwendet werden, um die gepackte IS zu koppeln.
  • 5A-5F veranschaulichen ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • 5A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Anbringen eines Formmassebereichs und eines Integrierte-Schaltung-Chips an einer unteren leitfähigen Schicht auf einer Haftschicht auf einem Träger unter Verwendung einer Unterfüllungsschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 5A ist ein Integrierte-Schaltung-Chip 10 an einer unteren leitfähigen Schicht 31 eines Trägers 60 unter Verwendung einer Unterfüllungsschicht 26 angebracht. Der Träger 60 und die untere leitfähige Schicht 31 sind unter Verwendung einer Haftschicht 61 gebonded, wie zuvor beschrieben wurde. Der Integrierte-Schaltung-Chip 10 kann außerdem eine Umverdrahtungsschicht 37 aufweisen, um die Verbindungen von integrierten Bauelementen auf dem Chip zum zukünftigen Koppeln mit Schichten in dem Hochfrequenzbauelement-Package umzuverdrahten. Zusätzlich zu dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 werden auch Formmassebereiche 20 unter Verwendung der Unterfüllungsschicht 26 angebracht.
  • 5B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Lösen der Haftschicht und des Trägers, dem Strukturieren der unteren leitfähigen Schicht und dem darauffolgenden Bilden von Durchkontaktierungen in der Unterfüllungsschicht und der unteren leitfähigen Schicht über dem Integrierte-Schaltung-Chip.
  • Unter Bezugnahme auf 5B werden die Haftschicht 61 und der Träger 60 von der unteren leitfähigen Schicht 31 entfernt, wie zuvor beschrieben wurde, und eine Verarbeitung beginnt auf der freiliegenden Oberfläche der unteren leitfähigen Schicht 31. Die untere leitfähige Schicht 31 kann dann unter Verwendung einer Ätztechnik oder eines anderen geeigneten Prozesses strukturiert werden, um Öffnungen zu bilden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die untere leitfähige Schicht 31 als eine Masseebene wirken, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und nachfolgenden Schichten zu reduzieren oder zu verhindern, die über der unteren leitfähigen Schicht 31 gebildet werden. Erste Durchkontaktierungen 81 können außerdem in der unteren leitfähigen Schicht 31 und der Unterfüllungsschicht 26 gebildet werden. Die ersten Durchkontaktierungen 81 können die untere leitfähige Schicht 31 mit Bauelementen und Schaltungsanordnungen in dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 koppeln. Die ersten Durchkontaktierungen 81 können entweder nur in der Unterfüllungsschicht 26 oder sowohl in der Unterfüllungsschicht 26 als auch in der unteren leitfähigen Schicht 31 gebildet werden, wie gezeigt ist.
  • 5C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer mittleren leitfähigen Schicht und einer unteren Laminatschicht über der unteren leitfähigen Schicht, dem Strukturieren der mittleren leitfähigen Schicht und dem darauffolgenden Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren leitfähigen Schicht, der unteren Laminatschicht und der Unterfüllungsschicht über dem Integrierte-Schaltung-Chip.
  • Unter Bezugnahme auf 5C sind eine mittlere leitfähige Schicht 32 und eine untere Laminatschicht 21 über der unteren leitfähigen Schicht 31 gebildet, wie zuvor für Laminatschichten und leitfähige Schichten etwa unter beispielhafter Bezugnahme auf 3F beschrieben wurde. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist die mittlere leitfähige Schicht 32 strukturiert, um Übertragungsleitungen zu bilden.
  • Im Gegensatz zu vorherigen Ausführungsbeispielen kann bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 zwischen 50 µm und 150 µm liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 rund 100 µm. Die vertikale Dicke der unteren Laminatschicht 21 kann dazu ausgewählt sein, Übertragungsleitungseigenschaften in der mittleren leitfähigen Schicht 32 zu optimieren.
  • Zweite Durchkontaktierungen 82, die von der mittleren leitfähigen Schicht 32 durch die untere Laminatschicht 21 und die Unterfüllungsschicht 26 hindurch führen und den Integrierte-Schaltung-Chip 10 koppeln, können gebildet sein. Die Öffnungen in der unteren leitfähigen Schicht 31 können dazu dienen, zu verhindern, dass die zweiten Durchkontaktierungen 82 die Masseebene kontaktieren.
  • 5D veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen leitfähigen Schicht und einer mittleren Laminatschicht über der mittleren leitfähigen Schicht und dem Strukturieren der oberen leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 5D sind eine obere leitfähige Schicht 33 und eine mittlere Laminatschicht 22 über der mittleren leitfähigen Schicht 32 unter Verwendung von zuvor beschriebenen Prozessen für Laminatschichten und leitfähige Schichten gebildet, wie etwa in Bezug auf 3F. Die obere leitfähige Schicht 33 kann auch wie zuvor beschrieben strukturiert sein, um Öffnungen 50 in der oberen leitfähigen Schicht 33 zu bilden. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind die obere leitfähige Schicht 33 und die Öffnungen 50 eine zweite Masseschicht, die den Transfer von elektromagnetischen Signalen durch die Öffnungen 50 und die mittlere Laminatschicht 22 hindurch und zu der mittleren leitfähigen Schicht 32 erleichtern kann.
  • 5E veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht und einer oberen Laminatschicht und dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen über der oberen Laminatschicht zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 5E sind eine leitfähige Antennenschicht und eine obere Laminatschicht 23 über der oberen leitfähigen Schicht 33 unter Verwendung von zuvor beschriebenen Prozesse für Laminatschichten und leitfähige Schichten gebildet, wie etwa in Bezug auf 3F. Die leitfähige Antennenschicht wird dann strukturiert oder auf andere Art direkt gedruckt, um Antennen 40 zu bilden, wie zuvor beschrieben wurde. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind die Antennen 40 vertikal mit den Öffnungen 50 in der oberen leitfähigen Schicht 33 ausgerichtet.
  • Im Einzelnen können die Antennen 40 die Öffnungen 50 außer einer Mittelöffnung vollständig überlappen, wie beispielsweise in 5E gezeigt ist. Die Öffnungen, die mit Antennen ausgerichtet sind, können elektromagnetische Signale auf einen definierten Bereich wie etwa Antennen oder Übertragungsleitungen beschränken. Elektromagnetische Signale, die auf der oberen leitfähigen Schicht 33 auftreffen, können durch die Masseverbindung der oberen leitfähigen Schicht 33 abgegeben werden. Außerdem können mehr oder weniger Öffnungen in der oberen leitfähigen Schicht 33 enthalten sein und diese können von der Anzahl von Antennen 40 abhängen. Die Größe der Öffnungen 50 kann von dem Abstand zwischen der oberen leitfähigen Schicht 33 und den Antennen 40 abhängen, der die Dicke der oberen Laminatschicht 23 ist, und außerdem von der Größe der Antennen 40 abhängen.
  • Alternativ dazu kann die beschriebene Struktur, die die drei Laminatschichten (untere Laminatschicht 21, mittlere Laminatschicht 22 und obere Laminatschicht 23) und vier strukturierte leitfähige Schichten (untere leitfähige Schicht 31, mittlere leitfähige Schicht 32, obere leitfähige Schicht 33 und Antennen 40) unter Verwendung anderer möglicher Kombinationen von kupferkaschierten Laminatblechen gebildet sein. Beispielsweise kann die mittlere Laminatschicht 22 über der mittleren leitfähigen Schicht 32 ohne die obere leitfähige Schicht 33 gebildet sein. Dann kann doppelseitig kupferkaschiertes Laminatmaterial für die Kombination der oberen Laminatschicht 23, der oberen leitfähigen Schicht 33 und der Antennen 40 verwendet werden. Das doppelseitig kupferkaschierte Laminatmaterial kann dann strukturiert werden, um Öffnungen zu bilden, an der mittleren Laminatschicht 22 angebracht werden und dann strukturiert werden, um die Antennen 40 zu bilden. Optional können beide leitfähigen Schichten vor dem Anbringen der Struktur an der mittleren Laminatschicht 22 strukturiert werden. Andere Prozessabläufe sind auch möglich und würden dem Fachmann ersichtlich sein.
  • 5F veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich.
  • Unter Bezugnahme auf 5F können große Durchkontaktierungen 83 in den leitfähigen Schichten, den Laminatschichten und dem Formmassebereich gebildet sein, wie zuvor beschrieben wurde. Die großen Durchkontaktierungen 83 können es ermöglichen, das Hochfrequenzbauelement-Package an einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder an einem anderen geeigneten Substrat unter Verwendung eines Kugelrasterarrays (BGA, Ball Grid Array) oder einem anderen geeigneten Verfahren anzubringen. Die großen Durchkontaktierungen 83 können außerdem die Kopplung der leitfähigen Schichten mit Kontakten auf der Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder einem anderen geeigneten Substrat ermöglichen.
  • Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können die großen Durchkontaktierungen 83 separate Durchkontaktierungen sein, die während den Zwischenstufen des Hochfrequenzbauelementprozesses gebildet werden. Beispielsweise können die Abschnitte der großen Durchkontaktierungen 83, die die obere leitfähige Schicht 33 und die untere leitfähige Schicht 31 verbinden, gebildet werden, bevor die obere Laminatschicht 23 gebildet wird. Zusätzlich dazu können die großen Durchkontaktierungen 83 zahlreiche Vorteile bereitstellen, z. B. das Unterdrücken von Parallelplattenmoden zwischen der oberen leitfähigen Schicht 33 und der unteren leitfähigen Schicht 31, indem die obere leitfähige Schicht 33 und die untere leitfähige Schicht 31 elektrisch gekoppelt werden.
  • 6A und 6B veranschaulichen noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 6A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer zweiten leitfähigen Antennenschicht und einer zweiten oberen Laminatschicht und dem Strukturieren der zweiten leitfähigen Antennenschicht, um zusätzliche Antennen über der zweiten oberen Laminatschicht zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 6A kann ein Hochfrequenzbauelement-Package wie in 5F veranschaulicht mehrere Antennenschichten anstatt einer einzelnen Antennenschicht umfassen. Beispielsweise können eine zweite leitfähige Antennenschicht und eine zweite obere Laminatschicht 29 über den Antennen 40 des Hochfrequenzbauelement-Package unter Verwendung zuvor beschriebener Prozesse für Laminatschichten und leitfähige Schichten gebildet sein, wie etwa in Bezug auf 3F. Die zweite leitfähige Antennenschicht kann dann strukturiert werden, um zusätzliche Antennen 43 zu bilden.
  • Das Mehrschichtstapeln von Patch-Antennen wie etwa der Antennen 40 und der zusätzlichen Antennen 43 kann den Gewinn des Hochfrequenzbauelementes erweitern. Falls die Antennenabmessungen für unterschiedliche Schichten unterschiedlich sind, kann die Bandbreite des Hochfrequenzbauelementes auch erweitert werden. Ferner ist die Mehrschichtkonfiguration nicht auf ausschließlich zwei Antennenschichten beschränkt. In Abhängigkeit der Anforderungen des Hochfrequenzbauelementes beispielsweise in Bezug auf Package-Größe, Bandbreite, Gewinn und Kostenanforderungen ist eine beliebige Anzahl von Schichten möglich.
  • 6B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich. Bei diesem Schritt werden große Durchkontaktierungen 83 gebildet, wie zuvor unter Bezugnahme auf 5F beschrieben wurde.
  • 7A-7C veranschaulichen noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Herstellung eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer oberen Laminatschicht mit einem Hohlraum über der oberen leitfähigen Schicht.
  • Unter Bezugnahme auf 7A ist eine obere Laminatschicht 23 über einer oberen leitfähigen Schicht 33 unter Verwendung von zuvor beschriebenen Prozessen gebildet. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann ein Hohlraum 91 in der oberen Laminatschicht 23 über der oberen leitfähigen Schicht 33 vorhanden sein. Der Hohlraum 91 kann durch Laminieren separater Teile der oberen Laminatschicht 23 gebildet werden. Alternativ dazu kann der Hohlraum 91 auf andere Arten gebildet werden, z. B. Ätzen oder Laserbohren.
  • 7B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden einer leitfähigen Antennenschicht auf einer zweiten oberen Laminatschicht, dem Strukturieren der leitfähigen Antennenschicht, um Antennen zu bilden, und dem Anbringen der zweiten oberen Laminatschicht über der oberen Laminatschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 7B ist eine leitfähige Antennenschicht dazu strukturiert, Antennen 40 auf einer zweiten oberen Laminatschicht 29 zu bilden. Die zweite obere Laminatschicht 29 wird dann an der oberen Laminatschicht 23 derart angebracht, dass die Antennen vertikal mit dem Hohlraum 91 in der oberen Laminatschicht ausgerichtet sind. Der Hohlraum 91 kann hermetisch abgedichtet sein und kann ein Gas umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Antennen 40 auf einer Innenoberfläche der zweiten oberen Laminatschicht 29. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist Luft das dielektrische Material, das die Öffnungen 50 und die Antennen 40 trennt. Dieses Ausführungsbeispiel kann vorteilhafterweise den Gewinn des Hochfrequenzbauelementes erhöhen. Zusätzlich dazu können die Antennen aufgrund des Gases einen reduzierten Dissipationsfaktor aufweisen, was eine höhere Strahlungseffizienz (und geringe Verluste) für die Antennen bewirken kann. Die reduzierte dielektrische Konstante von Luft im Vergleich zu anderen Materialien kann außerdem eine Bandbreite des Hochfrequenzbauelementes erhöhen.
  • 7C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Hochfrequenzbauelement-Package nach dem Bilden von Durchkontaktierungen in der mittleren Laminatschicht, der unteren Laminatschicht, der Unterfüllungsschicht und dem Formmassebereich. Bei diesem Schritt werden große Durchkontaktierungen 83 gebildet, wie zuvor unter Bezugnahme auf 5F beschrieben wurde.
  • 8A-8C veranschaulichen mehrere Ausführungsbeispiele eines Hochfrequenzbauelement-Package gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei 8A-8C Draufsichten auf die mehreren Ausführungsbeispiele veranschaulichen.
  • Unter Bezugnahme auf 8A ist ein Hochfrequenzbauelement-Package gezeigt, das ein Bauelement-Package 28 mit Empfangsantennen 41 und Übertragungsantennen 42 umfasst, die über einem Integrierte-Schaltung-Chip 10 angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Antennen über dem Bauelement-Package 28 angeordnet. Die Antennen können sich teilweise oder direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 befinden.
  • Form und Größe der Antennen können je nach Anwendung variieren, z. B. eine gewünschte Frequenzantwort und Bandbreite des Hochfrequenzbauelementes. Die Antennen müssen nicht die gleiche Größe oder Form aufweisen.
  • Das Bauelement-Package 28 umschließt den Integrierte-Schaltung-Chip 10. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann das Bauelement-Package 28 mehrere Schichten aufweisen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann das Bauelement-Package 28 ein Epoxidharz, ein Mischharz und/oder ein Polyimid aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Bauelement-Package eine Epoxidformmasse (EMC, Epoxy Molding Compound) aufweisen. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können Schichten in dem Bauelement-Package 28 ein verlustarmes Hochfrequenzlaminatmaterial wie etwa glasfaserverstärkte Kohlenwasserstoffkeramiken und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen. Das Bauelement-Package 28 kann dazu dienen, die Gesamtfläche des Bauelementes zu erhöhen, was beispielsweise das Befestigen auf einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) unter Verwendung von Aufschmelzlöttechniken wie etwa unter Verwendung eines Kugelrasterarrays (BGA, Ball Grid Array) ermöglicht.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 8A sind Übertragungsleitungen 30 enthalten, um die Bauelemente auf dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 mit den Empfangsantennen 41 und Sendeantennen 42 zu koppeln. Die Übertragungsleitungen 30 können sich auf der Innenseite des Bauelement-Package 28 in einer dreidimensionalen Package-Struktur befinden. Die Übertragungsleitungen 30 können sich in einem Mikrostreifen, einer Streifenleitung, einem koplanaren Wellenleiter oder einer anderen geeigneten Konfiguration befinden. Die Übertragungsleitungen 30 können dazu dienen, ein elektromagnetisches Signal zwischen einer Empfangsantenne 41 oder einer Sendeantenne 42 und dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 zu propagieren.
  • Zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und den Antennen können leitfähige Schichten (nicht gezeigt) enthalten sein. Einige der leitfähigen Schichten können Masseebenen sein, um eine ungewünschte Kopplung zwischen Komponenten zu verhindern. Öffnungen 50 in den Masseebeneschichten sind dazu enthalten, die Antennen-Patches elektromagnetisch mit dem Integrierte-Schaltung-Chip zu koppeln, indem die empfangenen und gesendeten Signale zu und von den Übertragungsleitungen 30 geleitet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 8B und 8C sind Hochfrequenzbauelement-Packages mit möglichen alternativen Antennenkonfigurationen gezeigt. Diese alternativen Konfigurationen sind nur beispielhaft gegeben. Die Anordnung und Anzahl von Empfangsantennen und Sendeantennen ist nicht auf die in 8A-8C veranschaulichten Konfigurationen beschränkt. Das Hochfrequenzbauelement-Package kann mehrere Antennen oder weniger Antennen an unterschiedlichen Positionen relativ zu dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 und relativ zu anderen Antennen umfassen.
  • Die Gesamtgröße des Bauelement-Package 28 kann verringert sein, da sich Antennen direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip 10 befinden können. Befinden sich beispielsweise keine Antennen direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip, kann die Größe des Bauelement-Package rund 9 mm x 13 mm betragen. Wenn sich Antennen direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip befinden, beträgt die Größe des Bauelement-Package bei einem Ausführungsbeispiel rund 8 mm x 8 mm. Die Verringerung der Größe ist eine Folge des Bewegens der Antennen von dem Fan-Out-Bereich zu Bereichen, die den Integrierte-Schaltung-Chip überlappen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel beträgt die Größe des Bauelement-Package rund 7 mm x 7 mm. Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel beträgt die Größe des Bauelement-Package rund 7 mm x 5 mm. Andere Package-Größen sind in Abhängigkeit von den Antennenanforderungen des Hochfrequenzbauelementes auch denkbar. Beispielsweise steht die Package-Größe in Bezug zu der Größe und der Anzahl von Antennen, was von der gewünschten Frequenz abhängt.
  • Die Verringerung der Fläche des Bauelement-Package 28 kann auch unter Verwendung eines Verhältnisses der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips beschrieben werden. Befinden sich beispielsweise keine Antennen direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip, beträgt das Verhältnis der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips rund 4,7:1. Bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen befinden sich Antennen direkt über dem Integrierte-Schaltung-Chip und das Verhältnis der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips beträgt zwischen 3:1 und 1:1. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips rund 2,5:1. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips rund 2:1. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Bauelement-Package-Fläche zu der Fläche des Integrierte-Schaltung-Chips rund 1,4:1.
  • Die dreidimensionale (3D) Integration von Antennen kann außerdem vorteilhafterweise mehr Flexibilität beim Leiten von Übertragungsleitungen und eine einfachere Phasenkompensation bereitstellen, was die Leistung des Hochfrequenzbauelementes verbessern kann. Ein weiterer möglicher Vorteil einer 3D-Integration von Antennen besteht darin, dass die Gestaltung unabhängig von dem Material der Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) ist. Dies ermöglicht mehr Freiheit beim Wählen von optimalen verlustarmen Hochfrequenzmaterialien und hat eine bessere Leistung des Hochfrequenzbauelementes zur Folge.
  • Ferner erfordert eine 3D-Integration von Antennen möglicherweise keine Masseebene der PCB für das Antennen-Array. Stattdessen können spezialisierte Masseebenen wie zuvor erwähnt zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip und dem Antennen-Array eingefügt werden. Dies kann vorteilhafterweise ermöglichen, dass die Antennenbandbreite und die Übertragungsleitungseigenschaften bei dem Gestaltungsprozess unabhängige Parameter sind. Beispielsweise kann die Antennenbandbreite primär durch Schichten über der Masseebene beeinflusst werden, wohingegen die Übertragungsleitungseigenschaften primär durch die Schichten unter der Masseebene beeinflusst werden können. Falls sich die Masseebene auf einer separaten PCB befindet, können die Antennenbandbreite und die Übertragungsleitungseigenschaften eingeschränkt sein. Falls sich die Masseebene beispielsweise auf der PCB befindet, kann der Abstand zwischen der Antenne und der Masseebene abhängig von externen Faktoren wie etwa der Menge einer Lötaufschmelzung variieren.
  • 9 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht eines Strahlungsmusters eines Hochfrequenzbauelement-Package.
  • Unter Bezugnahme auf 9 ist ein Strahlungsmuster gezeigt, das von einem wie in 8 veranschaulichten Hochfrequenzbauelement-Package produziert werden kann. Die Platzierung der Antennen auf dem Hochfrequenzbauelement-Package kann das Strahlungsmuster beeinflussen. Bei einigen Anwendungen ist ein symmetrisches Strahlungsmuster wünschenswert, das sich primär auf einer einzigen Seite des Bauelementes befindet. Es ist jedoch möglich, eine Vielzahl von Strahlungsmustern zu erzeugen. Die hierin beschriebenen Antennenmuster und Strahlungsmuster sind nur Beispiele und sind nicht als einschränkend zu betrachten.
  • Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sollte diese Beschreibung nicht im einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Unterschiedliche Modifizierungen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsbeispiele sowie anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Fachleuten unter Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich. Es ist daher vorgesehen, dass die beigefügten Ansprüche beliebige solcher Modifizierungen oder Ausführungsbeispiele einschließen.

Claims (28)

  1. Halbleiterbauelement-Package, das folgende Merkmale aufweist: einen Integrierte-Schaltung-Chip (10), der ein Hochfrequenzbauelement aufweist, wobei das Hochfrequenzbauelement eine aktive Schaltungsanordnung an einer ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips (10) aufweist; ein Antennensubstrat (79), das über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips (10) angeordnet ist, wobei das Antennensubstrat (79) folgende Merkmale aufweist: eine erste leitfähige Schicht (31), die über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips (10) angeordnet ist, wobei die erste leitfähige Schicht (31) eine erste Übertragungsleitung (30) aufweist, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) elektrisch gekoppelt ist; eine erste Laminatschicht (21), die über der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist, wobei die erste Laminatschicht (21) einen ersten Teil der Übertragungsleitung (30) überlappt; eine zweite leitfähige Schicht (33), die über der ersten Laminatschicht (21) angeordnet ist, wobei die zweite leitfähige Schicht (33) eine erste Öffnung (50) aufweist, die einen zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung (30) überlappt; eine zweite Laminatschicht (23), die über der zweiten leitfähigen Schicht (33) angeordnet ist; und eine erste Antenne (40), die über der zweiten Laminatschicht (23) angeordnet ist und die erste Öffnung (50), den zweiten Teil der Übertragungsleitung (30) und den Integrierte-Schaltung-Chip (10) überlappt.
  2. Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 1, das ferner eine Unterfüllungsschicht (26) aufweist, die zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist.
  3. Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite leitfähige Schicht (33) eine Masseebene ist.
  4. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Antennensubstrat (79) ferner folgende Merkmale aufweist: eine zweite Übertragungsleitung (30), die in der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist; eine zweite Öffnung (50) in der zweiten leitfähigen Schicht (33), wobei die zweite Öffnung (50) einen Teil der zweiten Übertragungsleitung (30) überlappt; und eine zweite Antenne (40), die über der zweiten Laminatschicht (23) angeordnet ist und die zweite Öffnung (50) und den Teil der zweiten Übertragungsleitung (30) überlappt.
  5. Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 4, bei dem die zweite Antenne (40) den Integrierte-Schaltung-Chip (10) überlappt.
  6. Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 4, bei dem die zweite Antenne (40) den Integrierte-Schaltung-Chip (10) nicht überlappt.
  7. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine leitfähige Säule (34) aufweist, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31) elektrisch gekoppelt ist.
  8. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen Formmassebereich (20) aufweist, wobei der Integrierte-Schaltung-Chip (10) in dem Formmassebereich (20) angeordnet ist.
  9. Halbleiterbauelement-Package gemäß Anspruch 8, das ferner eine Durchkontaktierung aufweist, die in dem Formmassebereich (20) angeordnet ist und mit der zweiten leitfähigen Schicht (33) elektrisch gekoppelt ist.
  10. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine kleine Lötkugel (70), die zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist und mit denselben elektrisch gekoppelt ist; und eine große Lötkugel (71), die benachbart zu dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) angeordnet ist und mit der ersten leitfähigen Schicht (31) elektrisch gekoppelt ist, wobei eine maximale vertikale Höhe der großen Lötkugel (71) größer ist als eine maximale vertikale Höhe des Integrierte-Schaltung-Chips (10).
  11. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine dritte leitfähige Schicht, die zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist; und eine dritte Laminatschicht, die zwischen der dritten leitfähigen Schicht und der ersten leitfähigen Schicht (31) angeordnet ist, wobei die dritte leitfähige Schicht mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) elektrisch gekoppelt ist und wobei die dritte leitfähige Schicht eine Masseebene ist.
  12. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine dritte Laminatschicht, die über der ersten Antenne (40) angeordnet ist; und eine zweite Antenne (43), die über der dritten Laminatschicht angeordnet ist, wobei sich die zweite Antenne (43) direkt über der ersten Antenne (40) befindet.
  13. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine dritte Laminatschicht, die zwischen der zweiten leitfähigen Schicht (33) und der zweiten Laminatschicht (23) angeordnet ist; und einen Hohlraum (91), der in der dritten Laminatschicht angeordnet ist, wobei ein dritter Teil der ersten Übertragungsleitung (30) durch den Hohlraum (91) freigelegt ist und wobei die erste Antenne (40) auf einer Oberfläche der zweiten Laminatschicht (23) angeordnet ist, die sich in dem Hohlraum (91) befindet.
  14. Halbleiterbauelement-Package gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Halbleiterbauelement-Package ferner eine Antennenzuleitung aufweist, die mit der ersten Antenne (40) gekoppelt ist, wobei eine Breite der Antennenzuleitung rund 90 µm beträgt, wobei eine Breite der ersten Öffnung rund 150 µm beträgt, wobei eine Breite der ersten Antenne rund 850 µm beträgt und eine Länge der ersten Antenne rund 1500 µm beträgt, wobei eine vertikale Dicke der ersten Laminatschicht (21) zwischen 20 µm und 200 µm liegt, und wobei eine vertikale Dicke der zweiten Laminatschicht (23) zwischen 40 µm und 400 µm liegt.
  15. Verfahren zum Zusammensetzen eines Halbleiterbauelement-Package, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden eines Integrierte-Schaltung-Chips (10), der ein Hochfrequenzbauelement aufweist, wobei das Hochfrequenzbauelement eine aktive Schaltungsanordnung an einer ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips (10) aufweist; Bilden einer ersten leitfähigen Schicht (31) über der ersten Oberfläche des Integrierte-Schaltung-Chips (10); Strukturieren der ersten leitfähigen Schicht (31), um eine erste Übertragungsleitung (30) zu bilden, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) elektrisch gekoppelt ist; Bilden einer ersten Laminatschicht (21) über der ersten leitfähigen Schicht (31), wobei die erste Laminatschicht (21) einen ersten Teil der ersten Übertragungsleitung (30) überlappt; Bilden einer zweiten leitfähigen Schicht (33) über der ersten Laminatschicht (21); Bilden einer ersten Öffnung (50) in der zweiten leitfähigen Schicht (33), wobei die erste Öffnung (50) einen zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung (30) überlappt; Bilden einer zweiten Laminatschicht (23) über der zweiten leitfähigen Schicht (33); und Bilden einer ersten Antenne (40) über der zweiten Laminatschicht (23), die die erste Öffnung (50), den zweiten Teil der ersten Übertragungsleitung (30) und den Integrierte-Schaltung-Chip (10) überlappt.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer zweiten Übertragungsleitung (30) in der ersten leitfähigen Schicht (31) während des Strukturierens der ersten leitfähigen Schicht (31); Bilden einer zweiten Öffnung (50) in der zweiten leitfähigen Schicht (33), wobei die zweite Öffnung (50) einen Teil der zweiten Übertragungsleitung (30) überlappt; und Bilden einer zweiten Antenne (43) über der zweiten Laminatschicht (23), die die zweite Öffnung (50) und den Teil der zweiten Übertragungsleitung (30) überlappt.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, das ferner das Bilden einer leitfähigen Säule (34) aufweist, die mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10), der ersten Übertragungsleitung (30) und der zweiten Übertragungsleitung (30) elektrisch gekoppelt ist.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner das Bilden eines Formmassebereiches (20) aufweist, der den Integrierte-Schaltung-Chip (10) umschließt.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, das ferner das Bilden einer Durchkontaktierung in dem Formmassebereich (20) aufweist, wobei die Durchkontaktierung mit der zweiten leitfähigen Schicht (33) elektrisch gekoppelt ist.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer kleinen Lötkugel (70) oder einer Kupfersäule zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31), wobei die kleine Lötkugel (70) oder die Kupfersäule mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31) elektrisch gekoppelt ist; und Bilden einer großen Lötkugel (71), die zu dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) benachbart ist und mit der ersten leitfähigen Schicht (31) elektrisch gekoppelt ist, wobei eine maximale vertikale Höhe der großen Lötkugel (71) größer ist als eine maximale vertikale Höhe des Integrierte-Schaltung-Chips (10).
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer dritten leitfähigen Schicht zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten leitfähigen Schicht (31); und Bilden einer dritten Laminatschicht zwischen der dritten leitfähigen Schicht und der ersten leitfähigen Schicht (31), wobei die dritte leitfähige Schicht mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) elektrisch gekoppelt ist und wobei die dritte leitfähige Schicht eine Masseebene ist.
  22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer dritten Laminatschicht über der ersten Antenne (40); und Bilden einer zweiten Antenne (43) über der dritten Laminatschicht, wobei sich die zweite Antenne direkt über der ersten Antenne befindet.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer dritten Laminatschicht zwischen der zweiten leitfähigen Schicht (33) und der zweiten Laminatschicht (23); und Bilden eines Hohlraumes (91) in der dritten Laminatschicht, wobei ein zweiter Teil der ersten Übertragungsleitung (30) durch den Hohlraum (91) freigelegt ist und wobei die erste Antenne (40) auf einer Oberfläche der zweiten Laminatschicht (23) angeordnet ist, die sich in dem Hohlraum (91) befindet.
  24. System, das folgende Merkmale aufweist: einer Leiterplatte; einen Integrierte-Schaltung-Chip (10), der einen Hochfrequenzempfänger, einen Hochfrequenzsender oder ein Hochfrequenz-Sende-Empfangs-Bauelement aufweist; eine erste Masseebene (104) über dem Integrierte-Schaltung-Chip (10); einen Übertragungsschlitz in der ersten Masseebene (104); eine Antenne (40), die sich über der ersten Masseebene (104) befindet, wobei die Antenne (40) den Integrierte-Schaltung-Chip (10) überlappt und wobei sich die Antenne (40) direkt über dem Übertragungsschlitz befindet; und eine Übertragungsleitung (30) zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der ersten Masseebene (104), wobei die Übertragungsleitung (30) mit dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) elektrisch gekoppelt ist und wobei die Übertragungsleitung (30) mit der Antenne (40) elektromagnetisch gekoppelt ist.
  25. System gemäß Anspruch 24, das ferner eine zweite Masseebene zwischen dem Integrierte-Schaltung-Chip (10) und der Übertragungsleitung (30) aufweist.
  26. System gemäß Anspruch 24 oder 25, das ferner einen Gehäusebereich (100, 101) aufweist, wobei sich der Integrierte-Schaltung-Chip (10), die Übertragungsleitung (30), die erste Masseebene (104) und die Antenne in dem Gehäusebereich (100, 101) befinden.
  27. System gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei eine Übertragungsenergie von der Übertragungsleitung (30) elektromagnetisch mit dem Übertragungsschlitz gekoppelt ist, wobei die Antenne (40) die Energie von dem Übertragungsschlitz durch elektromagnetische Kopplung abstrahlt.
  28. System gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Leiterplatte für die Antenne (40) keine Masseebene aufweist.
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