DE112015007212T5 - Mikroelektronische Vorrichtungen mit effizienter Partitionierung von Hochfrequenzkommunikationsvorrichtungen, die auf einem Gehäuse-Fabric integriert sind - Google Patents

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Vijay K. Nair
Georgios C. Dogiamis
Telesphor Kamgaing
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Abstract

Ausführungsformen der Erfindung beinhalten eine mikroelektronische Vorrichtung, die einen mit einem ersten Substrat gekoppelten Sendeempfänger und ein mit dem ersten Substrat gekoppeltes zweites Substrat aufweist. Das zweite Substrat weist eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 4 GHz oder höher auf. Ein Interposer-Substrat kann einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat bereitstellen.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen die Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung effiziente Partitionierungen von mikroelektronischen Vorrichtungen mit Hochfrequenzkommunikationsvorrichtungen, die auf einem Gehäuse-Fabric integriert sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Zukünftige drahtlose Produkte zielen auf Betriebsfrequenzen ab, die viel höher sind als der derzeit verwendete untere GHz-Bereich. Zum Beispiel arbeitet eine 5G (Mobile Netzwerke der 5. Generation oder drahtlose Systeme der 5. Generation) -Kommunikation erwartungsgemäß bei einer Frequenz von mehr als oder gleich 15 GHz. Darüber hinaus werden die aktuellen WiGig (Wireless Gigabit Alliance) -Produkte bei 60 GHz betrieben. Andere Anwendungen, einschließlich Kraftfahrzeugradar und medizinische Bildgebung, verwenden drahtlose Kommunikationstechnologien in den Millimeterwellenfrequenzen (z. B. 30 GHz bis 300 GHz). Für diese drahtlosen Anwendungen benötigen die konzipierten HF (Hochfrequenz) -Schaltungen hochqualitative passive Netzwerke, um der Übertragung von vordefinierten Frequenzbändern (wo die Kommunikation stattfindet) sowie der Notwendigkeit von hocheffizienten Leistungsverstärkern und verlustarmen Leistungskombinierern/-schaltern Rechnung zu tragen.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer partitionierten mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer partitionierten mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 3 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 4 veranschaulicht eine Draufsicht eines Interposer-Substrats (z. B. Interposer-Substrat 340, Interposer-Substrat 440) und einer überformten Komponente (z. B. überformte Komponente 330, überformte Komponente 430) gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einem Transformator in einer mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 veranschaulicht eine auseinandergezogene Ansicht von partitionierten Transformatoren gemäß einer Ausführungsform.
    • 7 veranschaulicht eine mikroelektronische Vorrichtung 700 mit partitionierten Transformatoren gemäß einer Ausführungsform.
    • 8 veranschaulicht einen Transformator mit einer Vielzahl von Schleifen gemäß einer Ausführungsform.
    • 9 veranschaulicht eine Rechenvorrichtung 900 gemäß einer Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Hierin beschrieben sind mikroelektronische Vorrichtungen, die mit einer effizienten Partitionierung von Hochfrequenzkommunikationsvorrichtungen in einem Gehäuse-Fabric konzipiert sind. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der veranschaulichenden Implementierungen unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die von Fachleuten üblicherweise verwendet werden, um den Inhalt ihrer Arbeit anderen Fachleuten zu vermitteln. Für den Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur mit einigen der beschriebenen Aspekte in die Praxis umgesetzt werden können. Zu Erläuterungszwecken sind spezifische Zahlen, Materialien und Konfigurationen angegeben, um ein gründliches Verständnis der veranschaulichenden Implementierungen bereitzustellen. Für den Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden gut bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um die veranschaulichenden Implementierungen nicht zu verdecken.
  • Verschiedene Vorgänge werden wiederum als mehrere diskrete Vorgänge auf eine Weise beschrieben, die für das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung am hilfreichsten ist, jedoch soll die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Vorgänge notwendigerweise von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere müssen diese Vorgänge nicht in der Reihenfolge der Präsentation ausgeführt werden.
  • Für drahtlose Hochfrequenzanwendungen (z. B. 5G, WiGig) von Kommunikationssystemen im Millimeterwellenbereich (z. B. 1-10 mm, beliebige mm-Wellen) benötigen die konzipierten HF-Schaltungen (z. B. rauscharme Verstärker, Mischer, Leistungsverstärker usw.) qualitativ hochwertige passive Anpassungsnetzwerke, um der Übertragung von vordefinierten Frequenzbändern, an denen die Kommunikation stattfindet, sowie der Notwendigkeit von hocheffizienten Leistungsverstärkern und verlustarmen Leistungskombinierern/Schaltern usw. Rechnung zu tragen. Eine CMOS-Technologie für einen Betrieb bei mehr als 15 GHz kann verwendet werden, jedoch mit verringerten Leistungsverstärkereffizienzen und mit minderwertigen passiven Elementen, hauptsächlich aufgrund des typischerweise verlustbehafteten Siliciumsubstrats. Dies führt nicht nur zu einer geringeren Systemleistung, sondern auch zu erhöhten thermischen Anforderungen aufgrund der erzeugten überschüssigen Wärme. In einem Beispiel beruht die hohe Wärmeableitung auf der Tatsache, dass mehrere Leistungsverstärker in einer phasengesteuerten Array-Anordnung verwendet werden müssen, um die gewünschte Ausgangsleistung und Übertragungsreichweite zu erreichen. Dies wird bei 5G-Systemen noch strenger sein, da die typische Übertragungsreichweite für ein mobiles Netzwerk (z. B. 4G, LTE, LTE-Adv) mehrere Male größer als diejenige ist, die für die Konnektivität (z. B. WiFi, WiGig) erforderlich ist.
  • Das vorliegende Design partitioniert Hochfrequenzkomponenten (z. B. 5G-Sendeempfänger) effizient und verwendet Nicht-CMOS-Technologien (z. B. Nicht-Siliciumsubstrate) für kritische Teile eines Kommunikationssystems (z. B. GaAs, GaN, Passives-on-Glass usw.). Mit einer optimalen Systempartitionierung können kritische Teile, die hohe Effizienzen und hohe Qualitätsfaktoren erfordern, auf einer anderen Technologie (z. B. Verbindungshalbleitermaterialien, Materialien von Gruppe III-V) gefertigt werden. Diese Teile können entweder auf Vorrichtungsebene (z. B. Transistoren auf GaN/GaAs) oder auf Schaltungsebene (z. B. III-V-Die, der einen Leistungsverstärker, einen rauscharmen Verstärker usw. integriert) sein. Das vollständige Kommunikationssystem wird in einer Gehäuse-Fabric-Weise gebildet, wie in Ausführungsformen dieser Erfindung erläutert.
  • Die vorliegende Designtechnologie ermöglicht das gemeinsame Integrieren von Dies und/oder Vorrichtungen, die auf verschiedenen Technologien und/oder Substraten auf dem gleichen Gehäuse zur Leistungsverbesserung und Lockerung der thermischen Anforderungen hergestellt werden. Das Gehäuse kann Antenneneinheiten zur Kommunikation mit anderen drahtlosen Systemen aufweisen.
  • In einer Ausführungsform ist das vorliegende Design eine 5G (mobile Netzwerke der 5. Generation oder drahtlose Systeme der 5.) -Architektur mit nicht aus CMOS basierenden Sendeempfängerbausteinen (wie auf Gruppe III-V basierende Vorrichtungen oder Matrizen), die auf dem gleichen Gehäuse mit Niederfrequenz-Schaltungen und integrierten passiven Vorrichtungen (IPDs) zur Leistungssteigerung und Lockerung der thermischen Anforderungen. Bei dieser Anordnung ist jede Komponente direkt im Gehäuse assembliert. Das Gehäuse kann direkt darauf integrierte Antennen aufweisen. Die 5G-Architektur arbeitet bei einer hohen Frequenz (z. B. mindestens 20 GHz, mindestens 25 GHz, mindestens 28 GHz, mindestens 30 GHz usw.) und kann auch Verbindungen zu Endpunkten von ungefähr 1-50 Gigabit pro Sekunde (Gbps) aufweisen. In einem anderen Beispiel wird das vorliegende Design bei niedrigeren Frequenzen (z. B. mindestens 4 GHz, ungefähr 4 GHz) betrieben.
  • In einem Beispiel weist die vorliegende Designarchitektur ein 5G-Sendeempfänger-System-auf-Chip-Partitionierungsschema mit Anpassung zwischen Zuständen zwischen partitionierten Schaltungen. Dies ermöglicht eine Systemkostenreduzierung, Flexibilität zur Optimierung der Leistung und ermöglicht eine Anpassung eines Designs an verschiedene Arten von Produkten oder Designanforderungen (z. B. Leistungspegel) für ein Produkt. Die Partitionierung ermöglicht eine einfache Integration von Komponenten mit Antenneneinheiten.
  • Das Design dieser 5G-Architektur stellt eine optimierte Leistung für Hochfrequenz-Sendeempfänger basierend auf der Verwendung von Verbindungshalbleitermaterialien für bestimmte Komponenten (z. B. Schalter, Leistungsverstärker, Mischer) und integrierte passive Vorrichtungen oder Dies (IPDs) für hochwertigere passive Elemente bereit. Das vorliegende Design führt auch zu reduzierten Kosten, da es ein erstes Substrat, das für Antennen- oder Antennenkomponenten konzipiert ist, und ein zweites Substrat hat, das für höherfrequente Komponenten ausgelegt ist. In einem Beispiel ist die Funktionsprüfung von Sendeempfänger-Komponenten, die In-Mold-Schaltungen verwenden können, von der Notwendigkeit entkoppelt, sie zunächst auf dem Gehäuse zu assemblieren. Außerdem kann ein drahtloses 5G-Modul, das RFIC mit oder ohne Antenne am Gehäuse umfasst, als separates Modul konzipiert sein und vertrieben werden. Funktionsblöcke wie Impedanzanpassungsschaltungen, Oberwellenfilter, Koppler, Leistungskombinierer/-teiler usw. können mit IPDs implementiert sein. IPDs werden im Allgemeinen unter Verwendung von Wafer-Fab-Technologien (z. B. Dünnschichtabscheidung, Ätzung, Photolithographieverarbeitung) hergestellt.
  • Durch eine effiziente Partitionierung des 5G-Sendeempfängers kann diese Architektur den Energieverbrauch senken, die thermischen Anforderungen verringern und aufgrund der Herstellung der passiven Elemente auf einem Nicht-CMOS-Substrat höhere Leistungsverstärkereffizienzen (z. B. unter Verwendung von Technologien der Gruppe III-V) mit verbesserten passiven Elementen (z. B. Verwendung von IPDs und effizienteren Leistungskombinierern oder -schaltern) erzielen. Die vorliegende Architektur bietet die Möglichkeit, alle diese verschiedenen diskreten Komponenten zusammen mit der Antenne auf einem Gehäuse zu integrieren, um einen vollständigen 5G-Sendeempfänger zu erzeugen. Diese Komponenten können sich entweder auf einer Vorrichtungsebene (z. B. diskrete Transistoren) oder auf einer Schaltungsebene (z. B. einem Leistungsverstärker, einem rauscharmen Verstärker) befinden.
  • 1 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer partitionierten mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer Ausführungsform. Die partitionierte mikroelektronische Vorrichtung 100 (z. B. eine Gehäuse-Fabric-Architektur 100) weist eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 110, ein Substrat 120 und ein Antennensubstrat 150 mit einer Antenneneinheit 152 auf. Das Substrat 120 weist einen Sendeempfänger 122 und eine Komponente 124 (z. B. integrierte passive Vorrichtungen oder Dies (IPDs), einen Kombinierer, einen Schalter, einen Leistungsverstärker, einzelne Vorrichtungen (z. B. Transistoren), eine beliebige Art von Vorrichtung oder Schaltung, die in Materialien von Verbindungshalbleitern gebildet sind, usw.) auf. Ein Interposer-Substrat 130 mit einer bestimmten Höhe (z. B. 50 bis 500 Mikrometer) stellt einen Abstand 132 zwischen dem Substrat 120 und dem Antennensubstrat 150 bereit. Das Interposer-Substrat stellt elektrische Verbindungen zwischen Komponenten des Antennensubstrats und Komponenten des Substrats 120 bereit. Das Interposer-Substrat 120 kann auch potenzielle passive Elemente für den Sendeempfänger 122 (oder andere Strukturen, z. B. zum Abschirmen) einbetten. In einem Beispiel kann der Interposer mit Durchkontaktierungen oder Stifte gebildet sein. Das Antennensubstrat kann eine unterschiedliche Dicke, Längen- und Breitenabmessungen im Vergleich zu einer Dicke, Längen- und Breitenabmessungen des Substrats 120 aufweisen.
  • In einem Beispiel sind Komponenten des Antennensubstrats, die primär einen Gehäusebereich dominieren, in einem separaten, kostengünstigeren Substrat 150 mit geringerer Schaltungsdichte im Vergleich zu dem Substrat 120 partitioniert, das eine Verbindung von hoher Dichte (HDI) und eine impedanzgesteuerte Verbindung einschließen kann. Ein Antennensubstrat kann mit gebrannten Niedrigtemperaturkeramikmaterialien (LTCC), Flüssigkristallpolymeren, organischen Materialien, Glas, undotiertem Silicium usw. gebildet werden. HDI-PCB-Technologien können blinde und/oder vergrabene Durchkontaktierungsprozesse und möglicherweise Mikrodurchkontaktierungen mit einer höheren Schaltungsdichte als herkömmliche PCBs einschließen. Auf diese Weise wird ein Bereich des Substrats 120 ohne Antennenkomponenten reduziert, um die Kosten im Vergleich zu einer planaren Struktur, die Antennenkomponenten aufweist, zu reduzieren. Das Substrat 120 kann mit beliebigen Materialien (z. B. organischen Materialien, Laminatsubstraten, Materialien zur Bildung von CPUs usw.) gebildet sein, die für Hochfrequenzdesigns mit wünschenswerten Hochfrequenzeigenschaften (z. B. Substratverlust, Dielektrizitätskonstante) konzipiert sind. Der Sendeempfänger 122 kann eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS) -Schaltung (z. B. eine CMOS-Schaltung mit mindestens einer Basisbandeinheit und mindestens einer mit einem siliciumbasierten Substrat gebildeten Sendeempfängereinheit, CMOS-Die) oder Vorrichtungen aufweisen, die mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die, usw.) gebildet sind. Der Sendeempfänger 122 kann eine Sendeempfängereinheit aufweisen, während ein separater Die, der an dem Substrat 120 montiert ist, mindestens eine Basisbandeinheit aufweist. Die Antenneneinheit 152 weist eine oder mehrere leitfähige Schichten auf. Die Lötkugeln oder -perlen 142 koppeln das Antennensubstrat 150 mit dem Interposer-Substrat 130 und die Lötkugeln oder -perlen 144 koppeln das Interposer-Substrat mit dem Substrat 120, während die Lötkugeln oder -perlen 112 die PCB 110 mit dem Substrat 120 koppeln. In einigen Ausführungsformen können Verbinder oder Stifte verwendet werden, um das untere Substrat 120 mit der PCB elektrisch zu verbinden. In ähnlicher Weise können Metall-Metall-Perlen anstelle von Lötperlen 142 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können andere diskrete Komponenten oder Dies auf der Rückseite des Substrats 120 befestigt sein. Diese Komponenten würden in der gleichen Ebene liegen, in der die Lötkugeln in 1 dargestellt sind.
  • Das Interposer-Substrat 130 kann durch Metallsäulen oder -perlen mit oder ohne Hohlräume ersetzt werden, falls ein kleinerer Abstand (z. B. weniger als 100 Mikrometer) zwischen dem Antennensubstrat 150 und dem Substrat 120 benötigt wird.
  • Zusätzliche Komponenten wie herkömmliche oberflächenmontierte passive Elemente können ebenfalls an dem Substrat 120 montiert sein. Außerdem kann das Substrat 120 aus 1 überformt und mit einer äußeren Abschirmung abgedeckt sein. Das Formmaterial kann ein verlustarmes nicht leitfähiges dielektrisches Material sein und die Abschirmung kann aus einem leitfähigen Material hergestellt sein.
  • In einer anderen Ausführungsform kann jede der Vorrichtungen oder Komponenten miteinander gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Komponente 124 mit mindestens einem der Substrate 150, 130 und 120 gekoppelt sein.
  • 2 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer partitionierten mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer anderen Ausführungsform. Die partitionierte mikroelektronische Vorrichtung 200 (z. B. eine Gehäuse-Fabric-Architektur 200) weist eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 210, ein Substrat 220 und ein Antennensubstrat 250 mit einer Antenneneinheit 252 auf. Das Substrat 220 weist einen Sendeempfänger 222, eine Basisbandeinheit 226 und optional IPDs auf. Ein Interposer-Substrat 230 mit einer bestimmten Höhe stellt einen Abstand 232 zwischen dem Substrat 220 und dem Antennensubstrat 250 bereit. Das Interposer-Substrat stellt elektrische Verbindungen zwischen Komponenten des Antennensubstrats und Komponenten des Substrats 220 bereit. Das Interposer-Substrat 220 kann auch potenzielle passive Elemente für den Sendeempfänger 222 (oder andere Strukturen, z. B. zum Abschirmen) einbetten. In einem Beispiel kann der Interposer mit Durchkontaktierungen oder Stifte gebildet sein. Das Antennensubstrat 250 kann eine unterschiedliche Dicke, Längen- und Breitenabmessungen im Vergleich zu einer Dicke, Längen- und Breitenabmessungen des Substrats 220 aufweisen. Das Antennensubstrat 250 weist eine Komponente 254 (z. B. Schalter, Schalter, die in Verbindungshalbleitermaterialien gebildet sind, eine beliebige Art von Vorrichtung oder Schaltung usw.) und eine Komponente 256 (z. B. Filter, Kombinierer usw.) auf. Diese Komponenten können auch auf einer unteren Oberfläche des Antennensubstrats 250 gebildet oder befestigt sein.
  • In einem Beispiel sind Komponenten des Antennensubstrats, die primär einen Gehäusebereich dominieren, in einem separaten, kostengünstigeren Substrat 250 mit geringerer Schaltungsdichte im Vergleich zu dem Substrat 220 partitioniert, das eine Verbindung von hoher Dichte (HDI) und eine impedanzgesteuerte Verbindung aufweisen kann. Ein Antennensubstrat kann mit Niedertemperaturkeramikmaterialien, Flüssigkristallpolymeren, organischen Materialien, Glas usw. gebildet werden. Das Substrat 220 kann mit beliebigen Materialien (z. B. organischen Materialien, Laminatsubstraten, Materialien zur Bildung von CPUs usw.) gebildet werden, die für Hochfrequenzdesigns mit erwünschten Hochfrequenzeigenschaften (z. B. Substratverlust, Dielektrizitätskonstante) konzipiert sind. Ein Bereich des Substrats 220 wird ohne Antennenkomponenten reduziert, um die Kosten im Vergleich zu einer planaren Struktur, die Antennenkomponenten aufweist, zu reduzieren.
  • Der Sendeempfänger 222 kann eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS) - Schaltung (z. B. eine CMOS-Schaltung mit mindestens einer Basisbandeinheit und mindestens einer mit einem siliciumbasierten Substrat gebildeten CMOS-Schaltung, CMOS-DIE) oder Vorrichtungen aufweisen, die mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die usw.) gebildet sind. Die Antenneneinheit 252 weist mindestens eine Antenne und eine oder mehrere leitfähige Schichten auf. Die Lötkugeln oder -perlen 242 koppeln das Antennensubstrat 250 mit dem Interposer-Substrat 230, während die Lötkugeln oder -perlen 212 die PCB 210 mit dem Substrat 220 koppeln. Das Interposer-Substrat 230 kann durch Metallsäulen oder -perlen mit oder ohne Hohlräume ersetzt werden, falls ein kleinerer Abstand (z. B. weniger als 100 Mikrometer) zwischen dem Antennensubstrat 250 und dem Substrat 220 benötigt wird.
  • 3 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einer mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer anderen Ausführungsform. Die mikroelektronische Vorrichtung 300 (z. B. eine Gehäuse-Fabric-Architektur 300) weist eine CMOS-Schaltung eines Dies 310 (z. B. eine CMOS-Schaltung mit mindestens einer Basisbandeinheit und mindestens einer mit einem siliciumbasierten Substrat gebildeten Sendeempfängereinheit, CMOS-Die), eine Schaltung eines Dies 332 mit Vorrichtungen, die mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs) oder organischen Materialien, Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die usw.) gebildet sind, eine Schaltung oder Vorrichtungen eines Dies 336, der mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die usw.) oder organischen Materialien gebildet ist, den IPD 330 und die Antenneneinheit 350 mit mindestens einer Antenne zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzkommunikationen (z. B. 5G, WiGig, mindestens 4 GHz, mindestens 25 GHz, mindestens 28 GHz, mindestens 30 GHz) auf. Die Antenneneinheit 350 weist leitfähige Schichten 351 bis 353 auf. In diesem Beispiel koppeln die Durchkontaktierungen 326 und 327 und die leitfähigen Schichten 324 und 328 die Schaltung 332 eines Verbindungshalbleiter-Dies mit der CMOS-Schaltung des Dies 310 für elektrische Verbindungen zwischen diesen Komponenten. Die Substrate 320 und 350 weisen eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten 361 bzw. 360 zur Isolation zwischen leitfähigen Schichten und Komponenten auf.
  • Die Verbindungshalbleiter-Dies 332 und 336 (mit Schaltung oder Vorrichtungen) sowie der IPD 334 sind zusammen in einer separaten überformten Komponente 330 (oder einem überformten Modul) geformt. Falls eine Gesamthöhe der überformten Komponente 330 größer als eine bestimmte Höhe (z. B. größer als 100 Mikrometer) ist, dann werden ein Interposer-Substrat 340 oder Säulen zum Assemblieren des Antennensubstrats über dem Interposer-Substrat 340 benötigt. Falls eine Gesamthöhe der überformten Komponente 300 geringer als eine bestimmte Höhe (z. B. 100 Mikrometer) ist, können anstelle des Interposer-Substrats Lötperlen verwendet werden. In einem Beispiel hat das Interposer-Substrat 340 eine nützliche Funktion zum Bereitstellen einer Abschirmung der HF-Dies der überformten Komponente 330. Periphere Reihen der Abschirmung 342 werden unter Verwendung von geerdeten tiefen Durchkontaktierungen eingefügt, wie in 3 und 4 dargestellt.
  • 4 veranschaulicht eine Draufsicht eines Interposer-Substrats (z. B. Interposer-Substrat 340, Interposer-Substrat 440) und einer überformten Komponente (z. B. überformte Komponente 330, überformte Komponente 430) gemäß einer Ausführungsform. Diese Abschirmung 442 in Kombination mit einer unteren Masseebene (z. B. leitfähige Schicht 353) des Antennensubstrats 350 kann eine effektive Faraday-Abschirmung von HF-Dies bilden. Der Interposer 440 und die Abschirmung 442 umgeben eine überformte Komponente 430, die Verbindungshalbleiter-Dies 432 und 436 (oder Schaltungen dieser Dies) und IPD 434 aufweist. Anpassungsnetzwerke, die aus passiven Komponenten, Entkopplungskondensatoren, Leistungsabgabenetzwerken, Erfassungsschaltungen oder - schaltern gebildet sind, können auch in der überformten Komponente oder auf dem Substrat 320 integriert sein (oder in dem Substrat 320 eingebettet sein).
  • Eine In-Mold-Schaltung verringert die Kosten, da die In-Mold-Schaltung getrennt von dem Rest des Substrats vor der Montage geprüft werden kann. Das vorliegende Design schafft ein unabhängiges 5G-Modul, das separat hergestellt und verkauft werden kann.
  • In einer Ausführungsform wird der CMOS-Die 310 auf einer Seite der mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) per Flip-Chip-Montage montiert. In einem Beispiel hat der CMOS-Die 310 auf einer ersten Seite (z. B. unteren Oberfläche) der mikroelektronischen Vorrichtung eine Dicke von ungefähr 25-75 µm (z. B. ungefähr 50 µm), während sich hochleistungsfähige, hocheffiziente Dies 332 und 336 der Gruppe III-V auf einer zweiten Seite (z. B. oberen Oberfläche) der mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) befinden, die in die überformte Komponente 330 eingebettet ist. In einem Beispiel weisen Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. GaN, GaAs usw.) im Vergleich zu Siliciummaterialien eine signifikant höhere Elektronenbeweglichkeit auf, was einen schnelleren Betrieb ermöglicht. Verbindungshalbleitermaterialien haben auch eine breitere Bandlücke, was den Betrieb von Leistungsvorrichtungen bei höheren Temperaturen ermöglicht und bei Vorrichtungen mit niedriger Leistung bei Raumtemperatur im Vergleich zu Siliciummaterialien ein niedrigeres thermisches Rauschen ergibt. Verbindungshalbleitermaterialien weisen auch eine direkte Bandlücke auf, die günstigere optoelektronische Eigenschaften als eine indirekte Bandlücke aus Silicium bereitstellt. Passive Elemente, die für passive Anpassungsnetzwerke benötigt werden, sind in dem IPD 334 integriert, oder passive Leistungskombinierer oder -spalter können auf der mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) assembliert sein. Die Komponenten können in Abhängigkeit von einer bestimmten Architektur ungefähr maßstabsgetreu gezeichnet sein oder können nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sein. In einem Beispiel hat ein Antennensubstrat 350 für eine Frequenz von ungefähr 30 GHz Abmessungen von ungefähr 2,5 mm mal 2,5 mm.
  • In einem Beispiel verwenden Hochfrequenz-Sendeempfänger (z. B. 5G-Sendeempfänger) mehrere Transformatoren zwischen zwei Schaltungskomponenten. In einem partitionierten System könnte sich eine erste Schaltungskomponente auf einem anderen Substrat als die andere befinden. Durch Optimieren der Verbindung zwischen den beiden Komponenten kann das vorliegende Design den Transformator ebenfalls partitionieren. Dies bedeutet, dass die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators (XFM) auf mindestens 2 verschiedenen Substraten angeordnet sind, wodurch die induktive Kopplung zwischen den Komponenten möglich ist, ohne dass eine verdrahtete Verbindung erforderlich ist.
  • 5 veranschaulicht die gemeinsame Integration verschiedener Komponenten in einem Transformator in einer mikroelektronischen Vorrichtung (z. B. einer Gehäuse-Fabric-Architektur) gemäß einer Ausführungsform. Die mikroelektronische Vorrichtung 500 (z. B. eine Gehäuse-Fabric-Architektur 500) weist eine CMOS-Schaltung eines Dies 510 (z. B. eine CMOS-Schaltung mit mindestens einer Basisbandeinheit und mindestens einer mit einem siliciumbasierten Substrat gebildeten Sendeempfängereinheit, CMOS-Die), eine Schaltung oder Vorrichtungen (z. B. einzelne Transistoren) eines Dies 532, der mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die usw.) gebildet ist, eine Schaltung oder Vorrichtungen eines Dies 536, der mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die usw.) oder organischen Materialien gebildet ist, den IPD 534 und ein Antennensubstrat 550 mit einer Antenneneinheit 554 mit mindestens einer Antenne zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzkommunikationen (z. B. 5G, WiGig, mindestens 4 GHz, mindestens 25 GHz, mindestens 28 GHz, mindestens 30 GHz) auf. Die Antenneneinheit 550 weist leitfähige Schichten 551 bis 553 auf. In diesem Beispiel koppeln die Durchkontaktierungen 514 und 515 die Antenneneinheit 554 mit der CMOS-Schaltung 510 für elektrische Verbindungen zwischen diesen Komponenten. Die Substrate 520, 522 und 550 weisen eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten 560 bzw. 562 zur Isolation zwischen leitfähigen Schichten und Komponenten auf. Die Schaltungen oder Vorrichtungen der Dies 532 und 536 und IPD 534 sind direkt mit dem CMOS-Die 510 gekoppelt oder mit einer Routing-Umverteilungsschicht (RDL) 512 gekoppelt.
  • In einem Beispiel ist ein Transformator zwischen dem Die 532 oder Die 536 und dem CMOS-Die 510 mit oder ohne die Routing-Schicht 512 partitioniert. 6 veranschaulicht eine auseinandergezogene Ansicht von partitionierten Transformatoren gemäß einer Ausführungsform. Eine CMOS-Schaltung eines Dies 610 (z. B. CMOS-Schaltung mit einem siliciumbasierten Substrat, CMOS-Die, Die 510) weist eine Schaltung oder Vorrichtungen eines Dies 632, der mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die, Die 532 usw.) oder organische Materialien gebildet ist, eine Schaltung oder Vorrichtungen eines Dies 636, der mit Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Materialien der Gruppe-III-V, Galliumarsenid (GaAs)), Galliumnitrid (GaN), Verbindungshalbleiter-Die, Die 536 usw.) oder organische Materialien gebildet ist, auf. In einem Beispiel ist der Die 632 mit dem CMOS-Die 610 über eine Routing-Umverteilungsschicht (RDL) 612 gekoppelt. Ein Transformator 622 weist eine Schleife 621 und eine Schleife 620 auf. Die Schleife 621 befindet sich auf einer unteren Region oder Oberfläche des Dies 632, während die Schleife 620 innerhalb der Routing-Schicht 612 in der Nähe einer oberen Oberfläche des Dies 610 angeordnet ist. Die Schleifen 621 und 620 sind durch einen kleinen Luftspalt oder eine dünne dielektrische Schicht getrennt, um eine induktive Kopplung zwischen diesen Schleifen zu ermöglichen, ohne eine verdrahtete elektrische Verbindung zu benötigen.
  • In einem anderen Beispiel weist ein Transformator 642 eine Schleife 641 und eine Schleife 640 auf. Die Schleife 641 befindet sich auf einer unteren Region oder Oberfläche des Dies 636, während die Schleife 640 in der Nähe einer oberen Oberfläche des Dies 610 angeordnet oder in dem Die eingebettet ist. Die Schleifen 641 und 640 sind durch einen kleinen Luftspalt oder eine dünne dielektrische Schicht getrennt, um eine induktive Kopplung zwischen diesen Schleifen zu ermöglichen, ohne eine verdrahtete elektrische Verbindung zu benötigen.
  • In einem anderen Beispiel kann eine erste Schleife eines Transformators direkt auf einem Gehäusesubstrat implementiert sein und induktiv mit einer zweiten Schleife des Transformators gekoppelt sein, die mit einer integrierten Schaltung oberhalb der ersten Schleife integriert ist.
  • 7 veranschaulicht eine mikroelektronische Vorrichtung 700 mit partitionierten Transformatoren gemäß einer Ausführungsform. Die mikroelektronische Vorrichtung 700 (z. B. eine Gehäuse-Fabric-Architektur 700) weist eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 710 und ein Substrat 714 auf, das einen Sendeempfänger 722 und eine Komponente 724 (z. B. integrierte passive Vorrichtungen oder Dies (IPDs), einen Kombinierer, einen Schalter, einen Leistungsverstärker, der in Verbindungshalbleitermaterialien gebildet ist usw.) aufweist. Die Komponente 724 ist mit dem Substrat 714 gekoppelt. Ein Transformator 730 weist eine Schleife 721 und eine Schleife 720 auf. Die Schleife 721 befindet sich auf einer unteren Region oder Oberfläche der Komponente oder des Dies 724, während die Schleife 720 innerhalb einer oberen Oberfläche des Dies 714 angeordnet oder eingebettet ist. Die Schleifen 721 und 720 sind durch einen kleinen Luftspalt oder eine dünne dielektrische Schicht getrennt, um eine induktive Kopplung zwischen diesen Schleifen zu ermöglichen, ohne eine verdrahtete elektrische Verbindung zu benötigen. In einem Beispiel sind die Schleifen durch einen Abstand von Hunderten von Nanometern bis einigen Zehn Mikrometern getrennt. Ein größerer Abstand reduziert die induktive Kopplung zwischen den Schleifen.
  • 8 veranschaulicht einen Transformator mit einer Vielzahl von Schleifen gemäß einer Ausführungsform. Ein Transformator ist eine elektrische Vorrichtung, die durch elektromagnetische Induktion elektrische Energie zwischen zwei oder mehreren Schaltungen überträgt. Eine erste Schleife 810 kann auf einem Gehäuse oder einem Die gebildet sein. Die erste Schleife 810 (z. B. untere Schleife) ist mit 3 Schleifen dargestellt, muss jedoch nicht unbedingt eine Vielzahl von Schleifen aufweisen. Eine zweite Schleife 820 (z. B. obere Schleife) kann auf einem Gehäuse oder einem Die gebildet sein. Die Schleife 820 (z. B. untere Schleife) ist mit einer einzigen Schleife dargestellt, muss jedoch nicht unbedingt eine einzige Schleife sein. Vielmehr kann die Schleife 820 eine Vielzahl von Schleifen aufweisen. Ein Bereich (z. B. Bereich auf einem Gehäuse oder auf einem Die), der von einem Transformator verbraucht wird, ein Abstand zwischen Schleifen, eine Anzahl unterer Schleifen gegenüber einer Anzahl oberer Schleifen und Dicken der Schleifen sind Designparameter, die von einer Betriebsfrequenz, einem Kopplungskoeffizienten zwischen den Schleifen und Designregeln abhängen, die durch eine Herstellungstechnologie auferlegt werden. Die Schleifen können auf beliebige Art und Weise (z. B. horizontal, vertikal usw.) auf einem Gehäuse oder einem Die gebildet sein.
  • Man wird zu schätzen wissen, dass in einer Ausführungsform eines Systems-auf-einem-Chip der Die einen Prozessor, Speicher, Kommunikationsschaltungen und dergleichen aufweisen kann. Wenngleich als einzelner Die dargestellt ist, kann es keine, einen oder mehrere Dies geben, die in derselben Region des Wafers enthalten sind.
  • In einer Ausführungsform kann die mikroelektronische Vorrichtung ein kristallines Substrat sein, das unter Verwendung einer massiven Silicium- oder einer Silicium-auf-Isolator-Substruktur gebildet ist. In anderen Implementierungen kann die mikroelektronische Vorrichtung unter Verwendung alternativer Materialien gebildet sein, die mit Silicium kombiniert sein können oder nicht, die einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind auf Germanium, Indiumantimonid, Bleitellurid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumarsenid, Indiumgalliumarsenid, Galliumantimonid oder andere Kombinationen von Materialien der Gruppe III-V oder Gruppe IV. Wenngleich hier einige Beispiele von Materialien beschrieben sind, aus denen das Substrat gebildet sein kann, fällt jegliches Material, das als Grundlage dienen kann, auf der eine Halbleitervorrichtung aufgebaut werden kann, in den Schutzumfang von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 9 veranschaulicht eine Rechenvorrichtung 900 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Rechenvorrichtung 900 nimmt eine Platine 902 auf. Die Platine 902 kann eine Anzahl von Komponenten aufweisen, einschließlich, jedoch ohne Beschränkung auf einen Prozessor 904 und mindestens einen Kommunikationschips 906. Der mindestens eine Prozessor 904 ist physisch und elektrisch mit der Platine 902 gekoppelt. In einigen Implementierungen ist der mindestens eine Kommunikationschip 906 physisch und elektrisch mit der Platine 902 gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 906 Teil des Prozessors 904. In einem Beispiel weist der Kommunikationschip 906 (z. B. mikroelektronische Vorrichtung 100, 200, 300, 400, 500 usw.) eine Antenneneinheit 920 (z. B. Antenneneinheit 152, 252, 352, 554 usw.) auf.
  • In Abhängigkeit von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 900 andere Komponenten aufweisen, die physisch und elektrisch mit der Platine 902 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf flüchtigen Speicher (z. B. DRAM 910, 911), nichtflüchtigen Speicher (z. B. ROM 912), Flash-Speicher, einen Grafikprozessor 916, einen digitalen Signalprozessor, einen Kryptoprozessor, einen Chipsatz 914, eine Antenneneinheit 920, eine Anzeige, eine Touchscreen-Anzeige 930, eine Touchscreen-Steuerung 922, eine Batterie 932, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker 915, eine GPS-Vorrichtung (Global Positioning System) 926, einen Kompass 924, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera 950 und eine Massenspeichervorrichtung (wie ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disk (CD), eine Digital Versatile Disk (DVD) und so weiter).
  • Der Kommunikationschip 906 ermöglicht eine drahtlose Kommunikation für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 900. Der Ausdruck „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium übertragen können. Der Ausdruck impliziert nicht, dass die zugehörigen Vorrichtungen keine Drähte enthalten, wenngleich dies in einigen Ausführungsformen nicht der Fall sein kann. Der Kommunikationschip 906 kann eine beliebige Anzahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Wi-Fi (IEEE 802.11-Familie), WiMAX (IEEE 802.16-Familie), WiGig, IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE) Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon sowie beliebige andere drahtlose Protokolle, die als 3G, 4G, 5G und darüber bezeichnet werden. Die Rechenvorrichtung 900 kann eine Mehrzahl von Kommunikationschips 906 aufweisen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 906 für drahtlose Kommunikation mit kürzerer Reichweite wie Wi-Fi, WiGig und Bluetooth bestimmt sein, und ein zweiter Kommunikationschip 906 kann für drahtlose Kommunikation mit längerer Reichweite wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, 5G und andere bestimmt sein.
  • Der mindestens eine Prozessor 904 der Rechenvorrichtung 900 weist einen integrierten Schaltungs-Die auf, der in dem mindestens einen Prozessor 904 gehäust ist. In einigen Implementierungen der Erfindung weist der integrierte Schaltungs-Die des Prozessors eine oder mehrere Vorrichtungen wie mikroelektronische Vorrichtungen (z. B. mikroelektronische Vorrichtung 100, 200, 300, 400, 500 usw.) in Übereinstimmung mit Implementierungen der Erfindung auf. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf eine beliebige Vorrichtung oder einen Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die elektronische Daten von Registern und/oder Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten umzuwandeln, die in Registern und/oder Speichern gespeichert sein können.
  • Der Kommunikationschip 906 weist auch einen integrierten Schaltungs-Die auf, der in dem Kommunikationschip 906 gehäust ist. Gemäß einer anderen Implementierung von Ausführungsformen der Erfindung weist der integrierte Schaltungs-Die des Kommunikationschips eine oder mehrere mikroelektronische Vorrichtungen (z. B. mikroelektronische Vorrichtung 100, 200, 300, 400, 500 usw.) auf.
  • Die folgenden Beispiele betreffen weitere Ausführungsformen. Beispiel 1 ist eine mikroelektronische Vorrichtung, die einen mit einem ersten Substrat gekoppelten Sendeempfänger und ein mit dem ersten Substrat gekoppeltes zweites Substrat aufweist. Das zweite Substrat weist eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 4 GHz oder höher (z. B. mindestens 4 GHz, mindestens 15 GHz, mindestens 25 GHz) auf. In einem Beispiel weist der Sendeempfänger eine Sendeempfängereinheit und eine Basisbandeinheit auf. In einem anderen Beispiel befindet sich die Basisbandeinheit in einem separaten Substrat oder Die gegenüber der Sendeempfängereinheit.
  • In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 wahlweise beinhalten, dass ein integrierter passiver Die (IPD) mit mindestens einem des ersten und des zweiten Substrats gekoppelt ist. Der IPD weist passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke auf.
  • In Beispiel 3 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 2 wahlweise beinhalten, dass mindestens eine Hochfrequenzschaltung (z. B. Schalter, rauscharmer Verstärker, Leistungsverstärker usw.) mit Materialien der Gruppe III-V gebildet ist, die mit mindestens einem des ersten und des zweiten Substrats gekoppelt ist.
  • In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 3 wahlweise beinhalten, dass ein Interposer-Substrat einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat bereitstellt und das erste und das zweite Substrat elektrisch koppelt.
  • In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 wahlweise beinhalten, dass das Interposer-Substrat eine Abschirmung zum Abschirmen von HF-Signalen des Sendeempfängers aufweist.
  • In Beispiel 6 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 5 wahlweise beinhalten, dass das zweite Substrat ferner mindestens einen Schalter, der in Verbindungshalbleitermaterialien gebildet ist, und eine Komponente aufweist, die Filter oder Kombinierer aufweist, die mit Verbindungshalbleitermaterialien gebildet sind.
  • In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 6 wahlweise beinhalten, dass die mikroelektronische Vorrichtung eine 5G-Gehäusearchitektur für 5G-Kommunikation ist.
  • Beispiel 8 ist eine mikroelektronische Vorrichtung, die einen ersten Die aufweist, der mit einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat gekoppelt ist, das mit dem ersten Substrat gekoppelt ist. Das zweite Substrat weist eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 15 GHz oder höher (z. B. mindestens 15 GHz, mindestens 25 GHz) auf.
  • In Beispiel 9 kann der Gegenstand von Beispiel 8 wahlweise beinhalten, dass die mikroelektronische Vorrichtung eine überformte Komponente aufweist, die mit der zweiten Seite des ersten Substrats gekoppelt ist. Die überformte Komponente weist einen integrierten passiven Die (IPD) auf, der mit dem ersten Substrat gekoppelt ist. Der IPD weist passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke auf.
  • In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der Beispiele 8 bis 9 wahlweise beinhalten, dass die überformte Komponente mindestens einen Die aufweist, der mit Materialien der Gruppe III-V gebildet ist und mit der zweiten Seite des ersten Substrats gekoppelt ist.
  • In Beispiel 11 kann der Gegenstand eines der Beispiele 8 bis 10 wahlweise beinhalten, dass die mikroelektronische Vorrichtung ein Interposer-Substrat aufweist, um einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat bereitzustellen und das erste und das zweite Substrat elektrisch zu koppeln.
  • In Beispiel 12 kann der Gegenstand von Beispiel 11 wahlweise beinhalten, dass das Interposer-Substrat eine Abschirmung zum Abschirmen von HF-Signalen von Vorrichtungen der überformten Komponente aufweist.
  • In Beispiel 13 kann der Gegenstand eines der Beispiele 8 bis 12 wahlweise beinhalten, dass der erste Die eine komplementäre Metalloxidhalbleiter- (CMOS) -Schaltung aufweist, die mit einem siliciumbasierten Substrat gebildet ist.
  • In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 8 bis 13 wahlweise beinhalten, dass die mikroelektronische Vorrichtung eine 5G-Gehäusearchitektur für 5G-Kommunikation ist.
  • Beispiel 15 ist eine Rechenvorrichtung, die mindestens einen Prozessor zum Verarbeiten von Daten und ein Kommunikationsmodul oder -chip aufweist, der mit dem mindestens einen Prozessor gekoppelt ist. Das Kommunikationsmodul oder der -chip weist ein erstes Substrat, das einen ersten Die und einen zweiten Die trägt, der mit dem ersten Die gekoppelt ist. Der zweite Die kann Vorrichtungen aufweisen, die mit Verbindungshalbleitermaterialien gebildet sind. Ein zweites Substrat ist mit dem ersten Substrat gekoppelt. Das zweite Substrat weist eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 15 GHz oder höher auf.
  • In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 15 wahlweise beinhalten, dass die Rechenvorrichtung ferner einen integrierten passiven Die (IPD) aufweist, der mit dem ersten Die gekoppelt ist. Der IPD weist passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke auf.
  • In Beispiel 17 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15 bis 16 wahlweise beinhalten, dass der erste Die eine komplementäre Metalloxidhalbleiter- (CMOS) - Basisbandschaltung aufweist.
  • In Beispiel 18 kann der Gegenstand eines der Beispiele 15 bis 17 wahlweise beinhalten, dass die Rechenvorrichtung ferner einen Speicher, ein Anzeigemodul und ein Eingabemodul umfasst. Der Speicher, das Anzeigemodul und das Eingabemodul stehen auf einer Chip-Chipsatz-Plattform und miteinander in Wirkverbindung.
  • Beispiel 19 ist ein Transformator, der eine erste Schleife, die auf einem ersten Die oder Substrat angeordnet ist, und eine zweite Schleife umfasst, die auf einem zweiten Die oder Substrat angeordnet ist. Die erste und die zweite Schleife sind induktiv miteinander gekoppelt. In einem anderen Beispiel befindet sich die erste Schleife auf einem Die und die zweite Schleife befindet sich auf einem Substrat oder umgekehrt.
  • In Beispiel 20 kann der Gegenstand von Beispiel 19 wahlweise beinhalten, dass die zweite Schleife in einer Routing-Schicht gebildet ist, die den ersten Die oder das erste Substrat mit dem zweiten Die oder Substrat koppelt.
  • In Beispiel 21 kann der Gegenstand eines der Beispiele 19 bis 20 wahlweise beinhalten, dass die erste Schleife in dem ersten Die oder Substrat eingebettet ist und die zweite Schleife auf dem zweiten Die oder Substrat angeordnet ist.
  • In Beispiel 22 kann der Gegenstand eines der Beispiele 19 bis 21 wahlweise beinhalten, dass die zweite Schleife in dem zweiten Die oder Substrat eingebettet ist.
  • In Beispiel 23 kann der Gegenstand eines der Beispiele 19 bis 22 wahlweise beinhalten, dass der Transformator ferner einen Luftspalt oder ein dielektrisches Material umfasst, um die erste Schleife von der zweiten Schleife ohne Verdrahtungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Schleife zu trennen.

Claims (23)

  1. Mikroelektronische Vorrichtung, umfassend: einen Sendeempfänger, der mit einem ersten Substrat gekoppelt ist; und ein zweites Substrat, das mit dem ersten Substrat gekoppelt ist, wobei das zweite Substrat eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 4 GHz oder höher umfasst.
  2. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen integrierten passiven Die (IPD), der mit mindestens einem des ersten und des zweiten Substrats gekoppelt ist, wobei der IPD passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke aufweist.
  3. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: mindestens einen Leistungsverstärker, der mit Materialien der Gruppe III-V gebildet ist, die mit mindestens einem des ersten und des zweiten Substrats gekoppelt sind.
  4. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Interposer-Substrat, um einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat bereitzustellen und das erste und das zweite Substrat elektrisch zu koppeln.
  5. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Interposer-Substrat eine Abschirmung zum Abschirmen von HF-Signalen des Sendeempfängers umfasst.
  6. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Schalter, der in Verbindungshalbleitermaterialien gebildet ist; und eine Komponente, die Filter oder Kombiniervorrichtungen aufweist, die mit Verbindungshalbleitermaterialien gebildet sind.
  7. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mikroelektronische Vorrichtung eine 5G-Gehäusearchitektur für 5G-Kommunikationen umfasst.
  8. Mikroelektronische Vorrichtung, umfassend: einen ersten Die, der mit einer ersten Seite eines ersten Substrats gekoppelt ist; ein zweites Substrat, das mit einer zweiten Seite des ersten Substrats gekoppelt ist, wobei das zweite Substrat eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 15 GHz oder höher aufweist.
  9. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine überformte Komponente, die mit der zweiten Seite des ersten Substrats gekoppelt ist, wobei die überformte Komponente einen integrierten passiven Die (IPD) aufweist, der mit dem ersten Substrat gekoppelt ist, wobei der IPD passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke aufweist.
  10. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die überformte Komponente ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Die, der mit Materialien der Gruppe III-V gebildet ist, die mit dem ersten Substrat gekoppelt sind.
  11. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Interposer-Substrat, um einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat bereitzustellen und das erste und das zweite Substrat elektrisch zu koppeln.
  12. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Interposer-Substrat eine Abschirmung zum Abschirmen von HF-Signalen der überformten Komponente umfasst.
  13. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Die ferner Folgendes umfasst: eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS) -Schaltung, die mit einem siliciumbasierten Substrat gebildet ist.
  14. Mikroelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die mikroelektronische Vorrichtung eine 5G-Gehäusearchitektur für 5G-Kommunikationen umfasst.
  15. Rechenvorrichtung, umfassend: mindestens einen Prozessor zum Verarbeiten von Daten; und ein Kommunikationsmodul oder einen Chip, das/der mit dem mindestens einen Prozessor gekoppelt ist, wobei das Kommunikationsmodul oder der Chip Folgendes umfasst, ein erstes Substrat, das einen ersten Die stützt; einen zweiten Die, der mit dem ersten Die gekoppelt ist, wobei der zweite Die Vorrichtungen aufweist, die mit Verbindungshalbleitermaterialien gebildet sind; und ein zweites Substrat, das mit dem ersten Substrat gekoppelt ist, wobei das zweite Substrat eine Antenneneinheit zum Senden und Empfangen von Kommunikationen bei einer Frequenz von ungefähr 15 GHz oder höher aufweist.
  16. Rechenvorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen integrierten passiven Die (IPD), der mit dem ersten Die gekoppelt ist, wobei der IPD passive Elemente für passive Anpassungsnetzwerke aufweist.
  17. Rechenvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Die eine komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS) -Basisbandschaltung umfasst.
  18. Rechenvorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Speicher; ein Anzeigemodul; und ein Eingabemodul, wobei der Speicher, das Anzeigemodul und das Eingabemodul auf einer Chip-Chipsatz-Plattform und miteinander in Wirkverbindung stehen.
  19. Transformator, umfassend: eine erste Schleife, die auf einem ersten Die oder Substrat angeordnet ist; und eine zweite Schleife, die auf einem zweiten Die oder Substrat angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Schleife induktiv miteinander gekoppelt sind.
  20. Transformator nach Anspruch 19, wobei die zweite Schleife in einer Routing-Schicht gebildet ist, die den ersten Die oder das erste Substrat mit dem zweiten Die oder Substrat koppelt.
  21. Transformator nach Anspruch 19, wobei die erste Schleife in dem ersten Die oder Substrat eingebettet ist und die zweite Schleife auf dem zweiten Die oder Substrat angeordnet ist.
  22. Transformator nach Anspruch 19, wobei die zweite Schleife in dem zweiten Die oder Substrat eingebettet ist.
  23. Transformator nach Anspruch 19, ferner umfassend: einen Luftspalt oder ein dielektrisches Material, um die erste Schleife von der zweiten Schleife ohne Verdrahtungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Schleife zu trennen.
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