DE102018202364A1

DE102018202364A1 - Moduleinheit mit integrierten antennen

Info

Publication number: DE102018202364A1
Application number: DE102018202364.6A
Authority: DE
Inventors: Ivan Ndip; Kai Zoschke; Klaus-Dieter Lang
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: US20190252772A1; US11283166B2; DE102018202364B4

Abstract

Eine Moduleinheit umfasst ein Trägersubstrat sowie ein Antennensubstrat. Das Trägersubstrat umfasst zumindest einen eingebetteten Chip sowie eine auf der ersten Hauptoberfläche angeordnete Umverdrahtungsschicht. Das Antennensubstrat, umfassend ein Basismaterial, weist eine auf Seiten der ersten Hauptoberfläche angeordnete Antennenstruktur sowie eine auf Seiten der zweiten Hauptoberfläche eingebrachten Kavität auf, wobei die Kavität zumindest bereichsweise fluchtend mit der Antennenstruktur ist. Das Antennensubstrat ist mit der zweiten Hauptoberfläche an die erste Hauptoberfläche des Trägersubstrats angebunden, so dass das Antennensubstrat zusammen mit dem Trägersubstrat einen Schichtstapel bildet.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Moduleinheit sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Moduleinheit mit einer oder mehreren integrierten Antennen. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Kavität-basierte Systemintegrationsplattform mit integrierten Antennen.
Die Integration von. Antennen und zugehörigen Chip, wie zum Beispiel einem HF-Chip, in eine gemeinsame Moduleinheit gewinnt immer mehr an Bedeutung, da so die Komplexität beim Zusammenbau von elektrischen Geräten, wie z. B. bei drahtlose Kommunikationsgeräten (z.B. Smartphone) oder Radarsensoren erheblich reduziert werden kann. Im Stand der Technik gibt es bereits zahlreiche Ansätze, wie Chip und Antenne auf einer gemeinsamen Plattform integriert sein können. Beispielsweise sei hier auf die 6a-6c verwiesen.
6a zeigt eine Integration mit einem Trägersubstrat 12, einem auf einer Hauptoberfläche 12h1 des Trägersubstrats 12 aufgesetzten Chip 14a (Clipchipmontage) sowie einen Antennensubstrat 16c. Dieser umfasst eine Kavität 16k sowie eine in der Kavität angeordnete Pitch-Antenne 16p. Der Antennensubstrat 16c ist auf dem Träger 12 bzw. insbesondere auf der Hauptoberfläche 12h1 des Trägers 12 derart angeordnet, dass die Kavität 16k und die Hauptoberfläche 12h1 sich einander gegenüberstehen.
6b zeigt eine weitere Moduleinheit. Hier ist ein Trägersubstrat 12' vorgesehen, das zwei Kavitäten 12'k1 und 12'k2 aufweist. In der Kavität 12'k1 ist der Chip 14a vorgesehen, wobei in der Kavität 12'k2 ein Reflektor 12'r angeordnet ist. Der Chip wird über eine weitere Schicht, markiert mit dem Bezugszeichen 12'u, nun kontaktiert. Auf dieser Schicht 12'u im Bereich der Kavität 12'k2 ist die Antenne 16p' vorgesehen.
6c zeigt eine weitere Anordnung. Diese umfasst mehrere (z. B. laminierte) Lagen. Diese sind mit dem Bezugszeichen L0-L4 gekennzeichnet, wobei zwischen diesen Lagen immer eine Metallschicht M0-M4 vorgesehen ist. Die Lagen L3-L4 weisen eine Aufsparung auf, in welcher der Chip 14a angeordnet ist. Die Lage L1 weist mehrere Aussparungen auf, die als Kavitäten L1k ausgebildet sind. Angrenzend zu diesen Kavitäten L1k ist die Metalllage M0 vorgesehen. Innerhalb dieser Metalllage M0 Patch-Antennen M0P geformt, die im Bereich der Kavitäten L1k angeordnet sind.
Alle oben erläuterten Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, dass unterschiedlichste Materialien für beispielsweise das Antennensubstrat 16c, das Trägersubstrat 12 und den Chip 14a verwendet werden (vgl. 6a). Zusätzlich sind auch noch Hohlräume, z. B. durch die Kavität 12'k1 (vgl. 6b) bzw. die Aussparung in den Lagen L3 und L4 für den Chip 14a (vgl. 6c) eingebracht. Dieser Materialmix sowie die diskontinuierliche Materialanordnung kann ein Problem für die Haltbarkeit darstellen, da z.B. im Falle von thermischen Ausdehnungen die Materialübergänge sich als Schwachstelle herauskristallisiert haben. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zur Moduleinheit mit integrierten Antennen zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss hinsichtlich Integrationsgrad, Performanz, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Haltbarkeit bietet.
Die Aufgabe durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Moduleinheit mit einem Trägersubstrat und einem Antennensubstrat. Das Trägersubstrat umfasst zumindest einen eingebetteten Chip sowie eine auf der ersten Hauptoberfläche angeordnete Umverdrahtungsschicht. Das Antennensubstrat umfasst ein Basismaterial, wie z. B. ein Glas oder ein Silizium. Das Antennensubstrat umfasst eine auf Seiten der ersten Hauptoberfläche angeordnete Antennenstruktur sowie eine auf Seiten der zweiten Hauptoberfläche eingebrachte Kavität. Diese ist zumindest bereichsweise fluchtend mit der Antennenstruktur. Das Antennensubstrat ist mit seiner zweiten Hauptoberfläche (gegenüberliegend zu der ersten Hauptoberfläche) an die erste Hauptoberfläche des Trägersubstrats angebunden, so dass das Antennensubstrat zusammen mit dem Trägersubstrat einen Schichtstapel bildet. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Basismaterial für das Antennensubstrat und das Trägersubstrat dasselbe.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch ein Trägersubstrat mit einem in diesem Substrat geformten bzw. eingebetteten (d. h. materialschlüssig integrierten) Chip ein hochintegriertes und einfach herzustellendes Trägerelement geformt werden kann, das - deshalb, weil es ohne Hohlräume auskommt - auch wesentlich ausgereifter in Bezug auf die Haltbarkeit ist. Auf dieses Trägersubstrat wird dann ein sog. Antennensubstrat mit integrierten Antennenelement(en) aufgebracht, das bevorzugterweise aus demselben Material geformt ist wie das Trägersubstrat, um hier auch bei thermischen Ausdehnungen zu verhindern, dass es zu mechanischen Spannungen zwischen dem Trägersubstrat und dem Antennensubstrat kommt. Durch die Kavität in dem Antennensubstrat ist es möglich, die HF-Eigenschaften zu optimieren. Exemplarisch wäre es beispielsweise denkbar, dass in der obersten Schicht des Trägersubstrats, d. h. also auf der dem Antennensubstrat zugewandten Seite ein Reflektor vorgesehen ist, der die HF-Eigenschaften weiter optimiert.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist auf der ersten Hauptoberfläche des Antennensubstrats, d. h. also zwischen der Antennenstruktur und dem Antennensubstrat eine Polymerschicht oder Oxidschicht vorgesehen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist auf der Antennenstruktur ein dielektrisches Substrat (z.B. Glassubstrat) vorgesehen, die die Moduleinheit abschließt. Durch diese dielektrische Substrat (z.B. Glasanordnung) ist es möglich, das Basismaterial des Antennensubstrats im Bereich der Kavität weiter zu reduzieren, so dass, wenn man von der Variante ausgeht, entsprechend welcher eine Polymer/Oxidlage zwischen den Antennenstrukturen und dem Antennensubstrat vorgesehen ist, die Kavität bis auf die Polymer bzw. Oxidschicht hinunterreichen kann. Alternativ kann der sonst typischerweise in diesem Bereich übrigbleibende Rest des Basismaterials auch perforiert werden. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel auch eine Perforierung der zusätzlich aufgebrachten Glasschicht vorgesehen sein kann. All diese Mittel (Perforation und Entfernung des Basismaterials in der Kavität) beeinflussen HF-Eigenschaften und dienen zur Optimierung selbiger. Beispielsweise ist es denkbar, dass durch einen perforierten Bereich ein elektromagnetischer Filter geschaffen wird.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen auf der ersten Hauptoberfläche des Trägersubstrats eine Umverdrahtungsschicht, in einem oder mehreren Metalllagen vorgesehen ist. Diese Umverdrahtungsschicht kann auch einen integrierten Reflektor aufweisen. Dieser integrierte Reflektor ist bevorzugterweise im Bereich der Kavität oder allgemein im Bereich der einer oder mehreren Antennenstrukturen vorgesehen (im Sinne von lateral angeordnet). Die Kontaktierung der einen oder mehreren Antennenstrukturen erfolgt beispielsweise über diese Umverdrahtungsschicht. Hier kann eine direkte elektrische Kopplung, z.B. mittels eines Vias (das durch das Antennensubstrat hindurchragt und um beispielsweise ein zusätzliches Via in der Polymer/Oxidschicht ergänzt ist) oder auch elektromagnetisch erfolgen. Bei der direkte elektrischen Kopplung stellt eine direkte Verbindung dar, während bei der elektromagnetischen Kopplung mittels elektromagnetische Feld ein elektromagnetisches Signal in die Antennenstruktur induziert wird. Dieser elektromagnetische Signalpfad kann beispielsweise sich durch die Kavität hindurch erstrecken. Wenn man davon ausgeht, dass die Umverdrahtungsebene einen Reflektor aufweist, so wird entsprechend Ausführungsbeispielen dieser Reflektor in einem Bereich der Feedline geöffnet, so dass hier durch die Öffnung hindurch ein elektromagnetisches Signal gerichtet werden kann.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann, um beispielsweise diesen elektromagnetischen Pfad abzuschirmen und allgemein um die Übertragungseigenschaften zu verbessern, ein oder mehrere dieser Schirmvias vorgesehen sein. Diese können beispielsweise um die Kavität herum angeordnet sein oder auch um das Signalvia. Alternativ oder additiv wäre es auch denkbar, dass die Innenseite bzw. insbesondere die Innenwände der Kavität mittels einer Metallisierung versehen ist, die die Schirmung übernimmt bzw. Schirmung beiträgt.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist das Trägersubstrat auf der zweiten Hauptoberfläche (gegenüberliegend zu der ersten Hauptoberfläche) eine sogenannte Kontaktierungsebene auf. Diese kann mit Lotkugeln oder anderen Verbindungsmitteln ausgestattet sein. Additiv oder alternativ kann diese Kontaktierungsebene auch Kühlelemente, z. B. im Bereich des Chips umfassen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der eingebettete Chip sich über die gesamte Tiefe des Trägersubstrats erstreckt, so dass die „Unterseite“ (Seite der zweiten Hauptoberfläche) direkt gekühlt werden kann oder eine Kontaktierung über selbige Seite erfolgen kann.
Nachfolgend werden vier bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert. Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel weist sowohl das Antennensubstrat als auch das Trägersubstrat einen Halbleiter, wie z. B. ein Silizium oder eine Siliziumbasis auf. Auf dem Antennensubstrat ist eine Polymer/Oxidlage vorgesehen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel auf die zusätzliche Glasscheibe verzichtet wird. Im Bereich der Antennenstruktur ergibt sich also folgender Schichtstapel (in entsprechender Reihenfolge):

1. Antennenstruktur bzw. Antennenstrukturen
2. Polymer/Oxidschicht
3. unterhalb der Kavität verbliebenes Basismaterial (Halbleiter, wie z.B. Silizium)
4. Luftvolumen bzw. Luft in der Kavität

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das ebenfalls ohne die zusätzliche Glasschicht (Superstrate) auskommt, ist vergleichbar mit dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei statt dem Halbleiter-/ und insbesondere dem Siliziummaterial als Basismaterial für das Antennensubstrat und das Trägersubstrat ein Glasmaterial zum Einsatz kommt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel geht ebenfalls davon aus, dass nur ein Glasmaterial als Basismaterial für das Antennensubstrat und das Trägersubstrat zum Einsatz kommt, wobei hier auch noch zusätzlich eine Glaslage auf das Antennensubstrat bzw. die Antennenstrukturen aufgebracht ist. Diese Glaslage wird als Superstrate bezeichnet. Ausgehend hiervon ergibt sich dann im Bereich der Antennenstruktur folgende Anordnung:

1. Superstrate Glasscheibe
2. Antennenstruktur bzw. Strukturen
3. Oxid/Polymerlage
4. Luftvolumen der Kavität

Durch das Verwenden der zusätzlichen Glaslage kann „unterhalb“ der Polymer/Oxidschicht auf das Basismaterial verzichtet werden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen sogenannten hybriden Ansatz, der mit dem Ansatz 3 mit der Superstrate Glaslage vergleichbar ist, wobei hier statt dem Glasmaterial für das Antennensubstrat und das Trägersubstrat ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium zum Einsatz kommt.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Herstellungsverfahren mit dem zentralen Schritt des Anordnens des Antennensubstrats auf ein Trägersubstrat. Dieses Herstellungsverfahren ist wenig komplex und ermöglicht, wie oben bereits erläutert, qualitativ hochwertige und langlebige Bauteile mit guten HF-Eigenschaften zu schaffen.
Weiterbildungen sind unten entsprechend definiert. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockdiagramm einer Moduleinheit gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2a-e schematische Darstellungen von Moduleinheiten auf Basis von Halbleitermaterialien ohne Superstrate gemäß Ausführungsbeispielen;
3a-3h schematische Darstellungen von Moduleinheiten basierend auf Glasmaterialien mit und ohne Superstrate gemäß Ausführungsbeispielen;
4a-4d schematische Darstellungen von Moduleinheiten gemäß einem hybriden Ansatz mit Superstrate gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen;
5a eine schematische Darstellung einer Moduleinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5b-5c schematische Darstellungen von Moduleinheiten gemäß zusätzlichen Ausführungsbeispielen; und
6a-6c schematische Darstellungen von Stand-der-Technik-Lösungen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Strukturen und Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
1 zeigt eine Moduleinheit 20 mit einem Trägersubstrat 22 und einem Antennensubstrat 24 im Detail. Das Trägersubstrat 22 hat eine erste Hauptoberfläche 22h1. Das Antennensubstrat hat ebenso eine erste Hauptoberfläche 24h1 sowie eine zweite Hauptoberfläche 24h2, die einander gegenüberliegen. Der Antennensubstrat 24 ist mittels seiner Hauptoberfläche 24h2 mit der Hauptoberfläche 22h1 des Trägersubstrat verbunden, z. B. mittels Bonden oder anderen Verbindungstechniken.
Der Trägersubstrat 22 hat einen eingebetteten Chip, wie z. B. einen integrierten Schaltkreis zur Verarbeitung von HF-Signalen (also ein HF-Chip), der mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist. Hierbei ist eingebettet derart zu verstehen, dass kein Hohlraum in dem Trägersubstrat 22 entsteht. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Chip 26 direkt beim Prozessieren in dem Träger 22 hergestellt ist. Dadurch, dass der Chip 26 eingebettet ist, d. h. also materialschlüssig mit dem Träger 22 verbunden ist, können die Lebensdauer in Folge von dem Verbindungsprozess vermieden werden, da der Chip 26 sowie das Trägersubstrat 22 im Wesentlichen dieselben Materialien und damit auch dieselben Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Das Antennensubstrat 24 weist eine oder mehrere Antennenstrukturen 28 auf. Diese Antennenstrukturen sind bevorzugterweise, aber nicht zwingenderweise, in einem lateral nicht mit dem Chip 26 fluchtenden Bereich angeordnet. Die Antennenstruktur 28 ist auf der Hauptoberfläche 24h1 des Antennensubstrats geformt oder in diese Oberfläche eingebettet. Fluchtend zu der Antennenstruktur 28 ist eine Kavität 24k in dem Antennensubstrat 24 vorgesehen. Diese Kavität 24k stellt eine Öffnung von der zweiten Hauptoberfläche 24h2 dar und erstreckt sich also von der gegenüberliegenden Seite zu der Antennenstruktur 28 hin.
Bevorzugterweise weisen beide Substrate 22 und 24 dieselben Materialien, wie z. B. ein Halbleitermaterial (Si, GaAs oder ähnliches) oder ein Glasmaterial auf. Dadurch, dass die beiden Materialien bevorzugterweise identisch gewählt sind, sind auch deren thermische Ausbildungskoeffizienten identisch, so dass es nicht zu thermischen bzw. mechanischen Spannungen zwischen den zwei Substraten 22 und 24 kommt, was hinsichtlich Haltbarkeit vorteilhaft ist. Hintergrund hierzu ist, dass bei HF-Anwendungen typischerweise hohe Energiedichte erfordern, so dass es beispielsweise im Bereich des ICs 26 zu thermischen Ausdehnungen kommen kann.
Bezüglich des IC 26 sei angemerkt, dass dieser sich bevorzugterweise über die gesamte Dicke des Substrats 22 erstreckt, so dass dieser von der Unterseite (vgl. zweite Hauptoberfläche 22h2) kontaktiert werden kann. Zusätzlich wäre es auch denkbar, auf dieser zweiten Hauptoberfläche 22h2 im Bereich des Chips 26 einen Kühlkörper oder Kühlmittel vorzusehen.
Bezüglich der Kavität 24k sei angemerkt, dass diese vorteilhafterweise so tief wie möglich in das Substrat 24 (von der Hauptoberfläche 24h2) hineinragt, so dass der Basismaterialbereich (vgl. Bezugszeichen 24r) so dünn als möglich gestaltet ist. Dies hat den technischen Effekt, dass die von dem Antennenelement 28 emittierte elektromagnetische Strahlung so wenig als möglich durch das Substratmaterial, insbesondere im Bereich 24r beeinflusst wird. Um hier eine weitere Entkopplung des Antennenelements 28 von dem Substrat 24 zu schaffen, so kann entsprechend weiteren optionalen Ausführungsbeispielen eine Polymer- oder Oxidschicht 24o des Substrats 24 verstanden werden kann, vorgesehen sein. Diese Oxidschicht 24o ist zwischen dem Basismaterial des Substrats 24 und den Antennenstrukturen 28 vorgesehen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der Chip 26 mit den Antennenstrukturen 28 elektrisch kontaktiert. Hierfür gibt es grundsätzlich immer zwei verschiedene Ansätze, nämlich eine direkte elektrische Kontaktierung, z. B. über Vias, die die vertikale elektrische Verbindung schaffen und beispielsweise durch das Antennensubstrate 24 hindurch ragen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass eine elektromagnetische Ankopplung der Antennenstruktur 28 vorgesehen ist. Hierfür würde beispielsweise in einem zu dem Antennensubstrat 28 fluchtenden Bereich ein sogenanntes Feeding-Element vorgesehen sein, das eine elektromagnetische Kopplung durchführt. Da, wie auch hier dargestellt, typischerweise oder auch bevorzugterweise der IC 26 gegenüber der Antenne 28 versetzt ist, kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen eine Umverdrahtungsebene, z. B. auf der Hauptoberfläche 22h des Trägersubstrats 22 vorgesehen sein. Diese Umverdrahtungsebene ermöglicht die elektrische Kontaktierung in lateraler Sicht in den zwei Elementen 26 und 28. Um auf die elektromagnetische Kopplung zurückzukommen, kann diese Umverdrahtungsebene die sogenannte Feeding Line aufweisen. Die Umverdrahtungsebene ist nicht nur auf eine Lage beschränkt, sondern kann auch mehrlagig ausgeführt sein, um z. B. eine Ground Line oder eine Schirmung zu realisieren. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass die Umverdrahtungsebene nicht zwingend zur Verbindung der Elemente 26 und 28 genutzt werden muss, sondern auch zur Verbindung von anderen Komponenten, z. B. beide angeordnet in dem Substrat 22 angeordnet sein kann. Bezugnehmend auf die nachfolgenden Figuren werden nun detaillierte Ausführungsbeispiele erläutert.
Bei den Ausführungsbeispielen aus den 2a bis 2e wird davon ausgegangen, dass sowohl das Trägersubstrat als auch das Antennensubstrat 22' bzw. 24' aus einem Halbleiter wie z.B. Silizium besteht bzw. Silizium umfasst. Weiter wird davon ausgegangen, dass das Antennensubstrat 24' eine dünne Polymer- bzw. Oxidlage 240' auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Seite aufweist.
2a zeigt eine Moduleinheit 20' mit dem Trägersubstrat 22' und dem Antennensubstrat 24', die als Schichtstapel ausgeführt sind. Das Antennensubstrat 24' weist die Oxid- bzw. Polymerlage 24o' auf. Auf der Oberseite (Nichtverbindungsseite) dieser Oxid- bzw. Polymerlage 24o' ist eine Antennenstruktur 28' vorgesehen, die sich hier über eine große laterale Breite des Substrats 24' erstreckt (überlappend zu dem IC 26'). Unterhalb (d. h. innerhalb des Substrats 24') ist die Kavität 24k' vorgesehen, die hier einen signifikanten Volumenanteil des Basismaterials des Antennensubstrats 24' einnimmt. Die Tiefe der Kavität 24k' ist so gewählt, dass ein Restbereich 24r' des Basismaterials des Antennensubstrats 24' unterhalb der Antennenstruktur 28' stehen bleibt.
Das Trägersubstrat 22' weist auf Seiten des Antennensubstrats 24' eine Umverdrahtungsebene 22u' mit mehreren Lagen auf. Die Umverdrahtungsebene 22u' hat direkte Kontakte zu dem Chip 26'. Hier ist der Chip 26' wiederum eingebettet, d. h. also beispielsweise in dem Basismaterial (Silizium) des Trägersubstrats 22' prozessiert bzw. geformt. Diese Kontakte sind mit dem Bezugszeichen 22uk' versehen. In einer weiteren Ebene der Umverdrahtungsschicht 22u' ist beispielsweise ein Ground Shield 22ug' vorgesehen. Dieses Ground Shield 22ug' überlappt mit der Kavität 24k' bzw. der Antennenstrukturen 28' und dient so zur Abschirmung des Chips 26' und andere eingebettete Komponenten (z.B. passive Elemente, wie Kapazität oder Induktivität) gegenüber der von der Antennenstruktur 28' emittierten elektromagnetischen Strahlung. Die Umverdrahtungsebene 22u' kann beispielsweise ein Oxid oder ein Dielektrikum umfassen, die die einzelnen Metallebenen voneinander isoliert.
Auf der zweiten Hauptoberfläche 22h' des Trägersubstrats 22' ist eine sogenannte Kontaktierungsebene 22k' vorgesehen. Diese Kontaktierungsebene 22k' kann beispielsweise Lotkugeln 22kl' oder andere Verbindungsmittel umfassen, mittels welchen das Element 20' von extern, das heißt z. B. von einem PCB-Board elektrisch kontaktiert werden kann. Im Bereich des Chips 26' kann ebenfalls eine Kontaktierung mittels derartiger Lotkugeln 42kl' erfolgen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass über diese Lotkugeln 22kl' im Bereich des Chips 26' eine Wärmeabfuhr erfolgt. Diese Lotkugeln sind mit dem separaten Bezugszeichen 22kkl' versehen. Hierzu können entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen als Kühlmittel designte Elemente 22kl' im Bereich des Chips 26' vorgesehen sein. Um diese Kontaktierungsebene 22k' elektrisch an den Chip 26' anzukoppeln (für Grundversorgung oder Signalverteilung), kann hier entweder eine direkte Kontaktierung über die Unterseite erfolgen oder auch die Kontaktierung über die Umverdrahtungsebene 22uk'. Hierfür sind sogenannte Vias 22v' vorgesehen, die die Umverdrahtungsebene 22uk' mit der Kontaktierungsebene 22k' verbinden. Diese Vias 22v' sind neben dem Chip 26' vorgesehen.
Um eine elektrische Kontaktierung des Chips 26' über die Umverdrahtungsebene 22u' mit der Antennenstruktur 28' zu ermöglichen, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Kontaktierung über ein Signalvia 24v', welches sich durch das Antennensubstrat 24' erstreckt. Das Signalvia 24v' ist neben der Kavität 24k' angeordnet. Neben dem Signalvia 24v' sind sogenannte Schirm- oder Return-Vias 24rv' vorgesehen. Diese optionalen Elemente können entweder zwischen der Kavität 24k' und dem Signalvia 24v' angeordnet sein und/oder auch auf der gegenüberliegenden Seite. Entsprechend einem alternativen Ausführungsbeispiel wäre auch eine Anordnung um das Signalvia 24v' herum möglich, so dass die Return-Vias 24rv', also das Signalvia 24v' wie ein Koaxialkabel umschließen. Die Return-Vias 24rv' haben einerseits den Zweck einer Schirmung und andererseits auch den Zweck Ground entsprechend zu verteilen. Im Detail: Insbesondere die Vias 24rv' neben der Kavität 24k' dazu dienen, um die von der Antennenstruktur 28' emittierte elektromagnetische Strahlung gegenüber dem Rest des Chips abzuschirmen. Entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass über dieses Return-Via 24rv' (insbesondere das Return-Via 24rv' auf der Seite gegenüberliegend zu dem Signalvia 24v') eine Ankopplung eines Reflektors 22ug' (Teil der Umverdrahtungsebene 22' bzw. Teil des Ground-Levels 22ug') ermöglicht.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die hier im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 1 zusätzlich erläuterten Objekte, wie z. B. die Umverdrahtungsebene 22u', die Kontaktierungsebene 22k', die Vias 22v', 24v' und 24rv' sich nicht zwingend gegenseitig bedürfen, so dass die Beschreibung derer als einzelne zu verstehen ist. Es sei beispielsweise darauf hingewiesen, dass das Signalvia 24v' selbstverständlich ohne die Return-Vias 24rv' betrieben werden kann. Ebenso sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Kontaktierungsebene 24k' auch so ausgeführt sein kann, dass sie ohne die Vias 22v' auskommt, wenn beispielsweise die komplette Kontaktierung über die Unterseite des Chips 26' erfolgt. Umgekehrt ist es nicht zwingend, dass der Chip 26' über die Unterseite kontaktiert wird. Eine Einbettung kann auch nur dann vorliegen, wenn der Chip 26' nicht zwingend bis zu der Unterseite 22h' hinunterragt.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf 2b-2e weitere Ausführungsbeispiele erläutert, die im Wesentlichen in einer Variation des Ausführungsbeispiels aus 2a darstellen.
2b zeigt eine Moduleinheit 20", die im Wesentlichen einer Moduleinheit 22' entspricht, wobei allerdings der Bereich 14r" (Bereich zwischen der Antennenstruktur 28' und der Kavität 24') perforiert ist. Diese Perforationen sind mit dem Bezugszeichen 24rp" versehen. Diese Perforation hat den Zweck, dass die von der Antennenstruktur 28" emittierte elektromagnetische Strahlung in ihrer Charakteristik beeinflusst werden kann, z. B. durch Filterung. Außerdem führt die Perforation zu einer Reduzierung der effektiven Dielektrizitätskonstant. Das beeinflusst die Abmessungen sowie die elektrische Performanz der Antenne.
Das Ausführungsbeispiel der Moduleinheit 20'" aus 2c weist ein mit den Ausführungsbeispielen aus 2a und 2b vergleichbares Trägersubstrat 22"' auf, wobei allerdings das Antennensubstrat 24' anders ausgeführt ist. Das hier dargestellte Antennensubstrat 24'" hat ebenfalls eine oder mehrere Antennenstrukturen 28'" auf der freiliegenden Oberseite bzw., um genau zu sein, auf der Oxid/Polymerlage 24'". Es sei angemerkt, dass hier nur ein Antennenelement 28'" dargestellt ist, dies allerdings auch als Array ausgeführt sein kann. Das Antennenelement 28'" ist wiederum im Bereich der Kavität 24k'" vorgesehen, die hier allerdings etwas kleiner ausgeführt ist. Das Antennensubstrat 24'" weist keine Vias zur Signalkopplung auf, da hier die Kopplung elektromagnetisch erfolgt. Hierzu ist in der Umverdrahtungsebene 22u'" eine sogenannte Feeding Line 22uf''' vorgesehen, die durch eine Blende 22ub'" ein elektromagnetisches Signal in Richtung des Antennenelements 28'" abgibt und hier sozusagen dieses einkoppelt. Sowohl die Blende 22ub'" und Feeding Line 22uf"' als auch das Antennenelement 28'" sind im Bereich der Kavität 24k'" (Fluchten mit dieser vorgesehen). An dieser Stelle sei angemerkt, dass, für den Fall, dass mehrere Antennenelement 28'" als Array vorgesehen sind, beispielsweise jedes Antennenelement 28'" mittels einer eigenen Feeding Line 22uf'" bzw. eigenen Blende 24ub'" in der Groundlage 22ug"' versorgt werden kann. Um die Einkopplung bzw. allgemein das elektromagnetische Verhalten zu verbessern, kann die Wand der Kavität 24kw'" metallisiert sein. Diese Metallisierung (Groundlage 22ug'") dient zur Schirmung.
Wie in 2d dargestellt ist, ist diese Metallisierung 24kw'" allerdings optional, da die elektromagnetische Einkopplung von der Feeding Line 22uf'" in das Antennenelement 28'" auch ohne die Metallisierung erfolgen kann.
Das in 2e dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit der Moduleinheit 20'" aus 2d (ohne Metallisierung) vergleichbar, wobei, um die Schirmung zu verbessern, neben der Kavität 24k'" in dem Antennensubstrat 24"' Schirm-Vias 24rv'" (z. B. mit Ground 22ug'") der Umverdrahtungsebene 22u'" verbunden vorgesehen sein können. Diese Schirmvias 24rv'" haben wie in der Schirmung entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch eine weitere Funktion, nämlich dass sie die Kavität um die Antenne 28'" formen.
Bezugnehmend auf 3a-3h werden nun Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen das Basismaterial für Trägersubstrate und Antennensubstrat Glas ist. 3a zeigt eine Moduleinheit 20*, bei welcher das Trägersubstrat 22* vom strukturellen Aufbau dem Trägersubstrat 22' aus 2a entspricht, wobei allerdings das Basismaterial Glas darstellt. Auch das Antennensubstrat 24* entspricht dem Antennensubstrat 24' aus 2a hinsichtlich seiner Struktur, wobei allerdings wiederum Glas als Basismaterial gewählt ist.
Das Trägersubstrat 22* weist hier analog zu dem Trägersubstrat 22' eine Umverdrahtungsebene 22u* sowie eine Kontaktierungsebene 22k* auf. Diese Kontaktierungsebene 22k* mit den Lotkugeln 22kl* bzw. Lotkugeln 22kkl*, die ausgebildet sind, um im Modul entstehende Wärme abzuführen, ist auf der von dem Antennensubstrat 24* abgewandten Oberfläche des Trägerelements 22* angeordnet und dient zur Kontaktierung des gesamten Elements 20*. Hierzu kann die Kontaktierungsebene 22k* mit der Umverdrahtungsebene 22u* über Vias 22v* durch das Basismaterial verbunden sein.
Das Antennensubstrat 24*, das als Basismaterial Glas hat, umfasst auf der dem Trägersubstrat 22* abgewandten Seite wiederum die Polymerlage 24o* auf welcher die Antennenstruktur 28* angeordnet ist. In dem Glas ist die Kavität 24k* eingebracht und zwar im Bereich unterhalb der Antennenstruktur 28*. Die Kontaktierung der Antennenstruktur 28* erfolgt direkt über die eine oder mehreren Signalvias 24v*, wobei auch noch zusätzliche Schirm-Vias 24rv* vorgesehen sein können. 3b zeigt eine Moduleinheit 20**, die der Moduleinheit 20* entspricht, wobei hier wiederum wie in Bezug auf 2b erläutert, das Basismaterial 24r** des Antennensubstrats 24** im Bereich der Kavität 24k** perforiert ist (vgl. Perforationsstrukturen 24rp**).
Die Ausführungsbeispiele 20*** aus 3c und 3d sind vergleichbar mit den Ausführungsbeispielen 20'" aus den 2c und 2d, wobei hier als Basismaterial für das Antennensubstrat 24*** und das Trägersubstrat 22*** ein Glas verwendet wird. Insofern wird anhand der Ausführungsbeispiele aus 3c und 3d ersichtlich, dass die elektromagnetische Kopplung von der Feeding Line 22uf*** die über die Öffnung 22ub*** (im Ground Shield zu der Antenne 28***) ebenso mit Glas als Ausgangsmaterial für die Substrate 22*** und 24*** realisiert sein kann. Auch an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kavität 24k*** mit einer Metallisierung 24kw*** im Bereich der Wand ausgeführt sein kann (vgl. 3c), aber nicht muss (vgl. 3d).
Die Ausführungsbeispiele aus den 3e und 3f basieren auf den Ausführungsbeispielen aus den 3a und 3b. 3e zeigt die Moduleinheit 20****, bei welcher auf der Hauptoberfläche 24h1**** bzw. auf dem Antennenelement 28**** eine zusätzliche Glaslage 25**** vorgesehen ist. Diese Glaslage 25**** wird als Glas Substrate betitelt. Herstellungstechnisch ist es so, dass auf die Glaslage 25**** das Antennensubstrats 24**** aufgebaut wird, wobei durch die zusätzliche Stabilität der Glaslage 25**** die Kavität 24**** in ihre Tiefe über das gesamte Basismaterial des Antennensubstrats 24**** hinunterragt, so dass das Polymermaterial bzw. die Oxidschicht 24o**** freigelegt bzw. zumindest partiell freigelegt ist.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Antennensubstrat 24**** beispielsweise identisch zu dem Antennensubstrat 22*** sein kann, wird auf die Elemente der Verdrahtungsebene oder Kontaktierungsebene nicht weiter eingegangen.
3f zeigt ein zusätzliches Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel aus 3e entspricht und deshalb auch mit demselben Bezugszeichen 20**** versehen ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kavität 24k**** so ausgeführt, dass kein Rest des Basismaterials des Antennensubstrats 24**** zwischen der Kavität 24k**** und den Antennenstrukturen 28**** zurückbleibt. Dies hat Vorteile bezüglich der Abstrahlcharakteristik. Um hier die Abstrahlcharakteristik weiter zu optimieren, sind in das Superstrate Glassubstrat 25**** Perforationsstrukturen 25p**** eingebracht.
3g und 3h zeigen beiden Moduleinheiten 20*****, die auf den Ausführungsbeispielen 20*** aus den 3c und 3d basieren. Die Moduleinheiten 20***** weisen ein Trägersubstrat 22***** auf, das mit dem Trägersubstrat 22*** vergleichbar bzw. identisch ist. Das Trägersubstrat ist vergleichbar, wobei hier die Kavität leicht modifiziert ausgeführt ist, nämlich so, dass die Kavität 24k***** bis zu der Oxid/Polymerlage 240***** hinunterragt. Zusätzlich ist auf das Antennensubstrat 24***** bzw. um genau zu sein auf die Hauptoberfläche 24h1***** und/oder auf die Antennenstruktur 28***** die Superstrate Glaslage 25***** aufgebracht. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3h weist die Glaslage 25***** auch noch zusätzliche Perforationen 25p***** auf.
4a und 4b zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit Superstrate Glassubstraten zur Unterstützung des Antennensubstrats.
4a zeigt eine Moduleinheit 20"", die mit der Moduleinheit 20' im Wesentlichen, insbesondere im Hinblick auf das Trägersubstrat 22"" übereinstimmt, wobei allerdings das Antennensubstrat 24"" etwas modifiziert ausgeführt ist. Das Antennensubstrat 24"" weist eine Kavität 24k"" auf, die bis zu der Polymer/Oxidschicht 24o"" hinunterragt. Zusätzlich ist, wie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen aus 3g und 3h erläutert auf der Hauptoberfläche 24h1"" eine Glasschicht (Superstrate Glassubstrat 25"") vorgesehen.
4b zeigt ebenso eine Moduleinheit 20"", wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Glasschicht 25"" zusätzlich mit Perforationen 25p"" versehen ist.
4c und 4d stellen Moduleinheiten 20"'" dar. Diese Moduleinheiten entsprechen im Wesentlichen den Moduleinheiten 20"' aus 2c bzw. 2d. Die Moduleinheit 20" aus 4c ist hierbei vergleichbar mit der Moduleinheit 20'" aus 2c, während die Moduleinheit 20'"" aus 4d vergleichbar ist mit der Moduleinheit 20'" aus 2d. Dies gilt insbesondere für die Basismaterialwahl, hier ein Halbleitermaterial.
Bei beiden Ausführungsbeispielen entsprechend 4c und 4d ist das Trägersubstrat 22'"" vergleichbar mit den Trägersubstraten 22"'. Das Antennensubstrat 24", das entsprechend 2c auch noch die zusätzliche Metallisierung 24kw""' umfasst, ist im Prinzip vergleichbar mit dem Antennensubstrat 24" aus den 2c und 2d, wobei allerdings die Kavität 24k'"" tiefer ausgeführt ist, so dass zwischen der Kavität 24k'"" und der Antenne 28'"" nur die Polymerlage/Oxidlage 24o'"" vorgesehen ist. Im Gegensatz zu der Anordnung aus 2c und 2d weisen die hier dargestellten Moduleinheiten 20'"" zusätzlich das Superstrate Glassubstrat 25'"" auf der ersten Hauptoberfläche 14h1""' auf. Dieses Glassubstrat 25'"" ist bei dem Ausführungsbeispiel aus 5d auch noch mit den optionalen Perforationen 25p'"" versehen. Ausgehend von dem Si/Halbleiter als Basismaterial in Kombination mit dem Superstrat-Glassubstrat 25'"" stellt dieses Ausführungsbeispiel sozusagen einen Hybridenansatz von Halbleitermaterial und Glas dar.
Allgemein sei bzgl. dem Superstrat-Glassubstrat (BZ: 25"", 25*****, 25""', 25*****) darauf hingewiesen, dass statt Glas auch andere Superstrat-Materialen, wie z.B. ein Polymer, zum Einsatz kommen kann. Im Allgemeinen handelt es sich bei den verwendeten Materialien um ein Dielektrikum, weshalb diese Lage auch als dielektrische Schicht bezeichnet wird.
5a zeigt eine Moduleinheit 20'*, die die Moduleinheit 20' umfasst, wobei allerdings sowohl das Trägersubstrat 22'* als auch das Antennensubstrat 24'* lateral verlängert ist (siehe Bereich 21). In dem Bereich 21 weist das Trägersubstrat 22'* einen neben dem Chip 26' angeordneten weiteren Chip 26'* oder ein passives Element, wie z. B. eine Spule auf. Dieses weitere Bauelement 26'* wird über die Umverdrahtungsebene 22u'* angekoppelt.
Wie hier dargestellt, aber auch bei allen vorherigen Ausführungsbeispielen realisiert, kann das Antennensubstrat 24'* mit dem Trägersubstrat 21'* über Verbindungselemente, wie Bonds oder Lotkugeln 23 angekoppelt sein. Diese Lotkugeln 23 sind auf der ersten Hauptoberfläche 22h1'* vorgesehen, beispielsweise so, dass eine Kontaktierung zu der Umverdrahtungsebene 22u'* erfolgen kann.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Ausführungsbeispiel aus 5 mit der Moduleinheit 20'* sowohl als Glas- oder Halbleitervariante realisiert sein kann: Das heißt, dass das Basismaterial des Trägersubstrats 22'* sowie des Antennensubstrats 24'* entweder beides Mal Glas oder beides Mal ein Halbleitermaterial wie Silizium umfasst.
5b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Moduleinheit 20', die im Wesentlichen identisch ist mit der Moduleinheit 20' aus 2a. Insofern weist diese das Trägersubstrat 22' sowie ein Antennensubstrat 24 auf. Bei dem Antennensubstrat 24 ist allerdings die Kavität 24k*' leicht modifiziert ausgeführt. Gemäß 2a ist die Kavität 24k' nämlich mit annähernd senkrechten Seitenwänden ausgeführt, während hier bei 5b die Kavität 24k*' schräge Seitenwände aufweist. Allgemein gesprochen ist es entsprechend Ausführungsbeispielen möglich, das andere Formen (Kugelform, o.ä.) als Kavität zum Einsatz kommt. Diese Variationen sind. Z.B. abhängig von der verwendeten Ätztechnologie.
5c zeigt eine weitere Moduleinheit 20', die vergleichbar ist mit der Moduleinheit 20' aus 2a, wobei allerdings statt der Verbindungsmittel 22kkl' eine Art Kühlkörper bzw. eine Wärmesenke (heat sink) 22 kkl* im Bereich des Chips 26' vorgesehen ist. Diese Elemente 22kkl* sind z.B. über die Kontaktierungsebene 22k' mit dem Chip 26' (thermisch leitend) verbunden.
Die in Bezug auf 5b und 5c erläuterten Merkmale sind in gleicher Wesie auf die anderen Ausführungsbeispiele (Glasbasis oder e.-m. Einkopplung) übertragbar.
Nachfolgend werden wesentliche Elemente der Ausführungsbeispiele nochmal separat erläutert. Entsprechend einem Hauptausführungsbeispiel umfasst das Modul bzw. die Moduleinheit zumindest ein Trägersubstrat mit einem Chip (IC oder passive Elemente bzw. andere elektrische Komponenten), der in dem Carrier Substrat eingebettet ist. Zusätzlich ist eine Metalllage zwischen dem Trägersubstrat bzw. als Teil des Trägersubstrats zur Bindung mit der nächsten Ebene vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Metalllage ist die Umverdrahtungsebene angeordnet (RDL = Redistribution Layer) auf Seiten dieser Redistribution Layer kann dann das Antennensubstrat vorgesehen werden. Die Redistribution Layer kann optional erweise eine Schirmungslage umfassen. Alternativ kann diese Schirmungslage auch auf die Umverdrahtungsebene aufgebracht sein.
Das auf diese Schirmungslage bzw. Umverdrahtungslage aufgebrachte Antennnensubstrat umfasst zumindest ein Antennenelement, eine mit Gas oder Luft gefüllte Kavität sowie optionale Schirmungselemente, wie z. B. ein Schirmungsvia. Hierbei können Vias zum Verbinden der Metalllage und der Umverdrahtungsebene vorgesehen sein (vgl. in 2a Bezugszeichen 22v'). Das Antennensubstrat ist oberhalb der Schirmungselemente vorgesehen. Optional kann auf der Unterseite des Moduls (die von dem Antennensubstrat abgewandte Seite des Carrier Substrats) eine Wärmeleitungsstruktur vorgesehen sein, die z. B. sogenannte Thermal Balls oder Heat Sinks umfasst.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Herstellungsverfahren geschaffen, das den zentralen Schritt des Aufbringens des fertiggestellten Antennensubstrats auf dem Trägersubstrat umfasst. Des Weiteren kann das Herstellungsverfahren folgende optionale Schritte umfassen:
Das Herstellungsverfahren, insbesondere das Verfahren zur Herstellung des Antennensubstrats bzw. des Trägersubstrats kann eines oder mehrere der folgenden Herstellungstechnologien umfassen:

- Dünnfilmverdrahtung/Mehrlagenverdrahtung (z.B. zur Herstellung der Umverdrahtungsebene);
- mechanisches Dünnen und Polieren zur Verringerung der Substratdicke (Wafer)
- Trockenätzen mit Stopp auf organischen oder anorganischen Schichten zur Erzeugung der Kavitäten in dem Antennensubstrat;
- Dispensen oder Vakuumfüllprozess für Ausfüllen von Trenches und Gräben (z.B. Einbetten von Komponenten in eines der Substrate);
- Through-Silicon oder Through-Glas-Wire-Technologien, z.B. zur Herstellung von Durchkontaktierungen (Vias);
- Chipplatzierung mittels Diebonden-Prozessen, z. B. zur Verbindung der zwei Substrate Antennensubstrat und Trägersubstrat;
- Temporäres oder permanentes Waferbonden, z.B. zur Verbindung der zwei Substrate;
- Flip-Chip-Bonden zur Komponentenmontage;
- Wafer Bumping und Balling zur Herstellung von elektrischen Verbindungsstrukturen;
- Flip-Chip-Bonden zur Komponentenmontage.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) mit folgenden Merkmalen: einem Trägersubstrat (22, 22'-22'"", 22*-22*****, 22'*), das zumindest einen eingebetteten Chip (26, 26', 26'*) sowie eine auf der ersten Hauptoberfläche angeordnete Umverdrahtungsschicht (22u') umfasst; einem Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*), umfassend ein Basismaterial, wobei das Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) eine auf Seiten der ersten Hauptoberfläche angeordnete Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) sowie eine auf Seiten der zweiten Hauptoberfläche eingebrachte Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) umfasst, die zumindest bereichsweise fluchtend mit der Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) ist; wobei das Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) mit seiner zweiten Hauptoberfläche an die erste Hauptoberfläche des Trägersubstrats (22, 22'-22""', 22*-22*****, 22'*) angebunden ist, so dass das Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) zusammen mit dem Trägersubstrat (22, 22'-22""', 22*-22*****, 22'*) einen Schichtstapel bildet.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Via (24v') durch das Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) hindurchragt und elektrisch die Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) mit der Umverdrahtungsschicht (22u') verbindet.
Moduleinheit (20, 20'-20"''', 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 1, wobei die Umverdrahtungsschicht (22u') elektromagnetisch mit der Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) gekoppelt ist.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 3, wobei die Umverdrahtungsschicht (22u') einen Ground-Lage (24ug') aufweist, die in einem zu der Antennenstruktur (28, 28'-28"'", 28*-28*****) fluchtenden Bereich eine Aussparung (22ub"", 22ub***) aufweist, sodass durch die Aussparung (22ub"", 22ub***) ein elektromagnetisches Signal zur elektromagnetischen Kopplung auskoppelbar ist; und/oder wobei die Umverdrahtungsschicht (22u') einen Ground-Lage (24ug') aufweist, die ausgebildet ist, ein von der Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) emittierte elektromagnetische Strahlung abzuschirmen.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) neben der Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) zumindest ein Schirmvia (24rv') vorgesehen ist und/oder wobei in dem Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) eine Mehrzahl an Schirmvias (24rv') die Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) umgeben.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kavität (24, 24'-24"'", 24*-24*****) und/oder eine Wand (24kw"', 24kw***) der Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) metallisiert ist.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) eine Polymerlage oder eine Oxidlage (24o'-24o'"", 24o*-24o*****) umfasst, die auf der ersten Hauptoberfläche des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) angeordnet ist und die Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) trägt.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 7, wobei die Polymerlage oder die Oxidlage (240'-240""', 24o*-24o*****) eine Durchkontaktierung umfasst, über welche die Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) mit der Umverdrahtungsschicht (22u') elektrisch verbunden ist.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) sich bis zu einer Tiefe erstreckt, so dass die Kavität (24, 24'-24""', 24*-24*****) die Polymerlage oder die Oxidlage (24o'-24o'"", 24o*-24o*****) von Seiten der zweiten Hauptoberfläche freilegt; oder wobei die Kavität (24, 24'-24"", 24*-24*****) sich bis zu einer Tiefe erstreckt, so dass zwischen der Polymerlage oder der Oxidlage (24o'-24o'"", 240*-240*****) das Basismaterial des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) verbleibt.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Basismaterial des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) eine Halbleitermaterial aufweist.
Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Basismaterial des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) eine Glasbasis aufweist.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Moduleinheiten (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) eine dielektrische Schicht (25"", 25*****, 25"', 25*****) umfassen, die auf Seiten der ersten Hauptoberfläche des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) auf der Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) angeordnet ist.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß Anspruch 12, wobei die dielektrische Schicht (25"", 25*****, 25""', 25*****) zumindest partiell perforiert ist.
Moduleinheit (20, 20'-20"'", 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Basismaterial des Antennensubstrats in einem zu der Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) fluchtenden Bereich perforiert ist; und/oder wobei das Basismaterial des Antennensubstrat (24, 24'-24""', 24*-24*****, 24'*) in dem Bereich der Kavität (24, 24'-24""', 24*-24*****) geöffnet ist.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Basismaterial des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) einem Basismaterial des Trägersubstrats (22, 22'-22'"", 22*-22*****, 22'*) entspricht.
Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Umverdrahtungsschicht (22u') in einem mit der Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) und/oder der Antennenstrukturbereich ein Reflektor angeordnet ist.
Moduleinheit (20, 20'-20""', 20*-20*****, 20'*) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (22, 22'-22'"". 22*-22*****, 22'*) auf Seiten der zweiten Hauptoberfläche eine Kontaktierungsebene (22k') aufweist.
Trägeranordnung gemäß Anspruch 17 wobei die Kontaktierungsebene (22k') ein oder mehrere Lotkugeln (22kl'), Verbindungsmittel und/oder Kühlelemente (22kkl') umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Moduleinheit (20, 20'-20'"", 20*-20*****, 20'*) mit einem Trägersubstrat (22, 22'-22'"", 22*-22*****, 22'*), das zumindest einen eingebetteten Chip (26, 26', 26'*) sowie eine auf der ersten Hauptoberfläche angeordnete Umverdrahtungsschicht (22u') umfasst, und einem Antennensubstrat (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*), das eine auf Seiten der ersten Hauptoberfläche angeordnete Antennenstruktur (28, 28'-28'"", 28*-28*****) sowie eine auf Seiten der zweiten Hauptoberfläche eingebrachte Kavität (24, 24'-24'"", 24*-24*****) umfasst, die zumindest bereichsweise fluchtend mit der Antennenstruktur (28, 28'-28""', 28*-28*****) ist, mit den Schritten: Aufbringen des Antennensubstrats (24, 24'-24'"", 24*-24*****, 24'*) mit der Seite der zweiten Hauptoberfläche auf die Umverdrahtungsschicht (22u') des Trägersubstrats (22, 22'-22""', 22*-22*****, 22'*), so dass das Antennensubstrat (24, 24'-24""', 24*-24*****, 24'*) und das Trägersubstrat (22, 22'-22'"", 22*-22*****, 22'*) einen Schichtstapel bilden.