WO2013127561A1 - Halbleitermodul mit integriertem wellenleiter für radarsignale - Google Patents

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waveguide
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integrated circuit
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Uwe Wostradowski
Elena Pancera
Stefan Gaier
Carsten Potratz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a semiconductor module with an integrated circuit and with a rewiring layer for external connection of the integrated circuit.
  • the invention relates to such a semiconductor module for radar applications, in particular for motor vehicle radar applications.
  • the invention relates to a radar sensor with such a semiconductor module and a motor vehicle radar system with a semiconductor module of this type.
  • Radar sensors are used for distance and / or speed measurement of objects.
  • radar systems are known in which speeds and distances of several objects are detected simultaneously.
  • vehicle speed controllers for motor vehicles with a radar system for locating a vehicle ahead and for measuring the distance to it are known.
  • Such a distance control system is also referred to as ACC (Adaptive Cruise Control) system.
  • microwave integrated circuits of the MMIC type Microwave Monolithic Integrated Circuit
  • Wafer assemblies are known in which the package is fabricated with a redistribution layer (RDL) for a wafer-level integrated circuit (IC) device.
  • the redistribution layer extends, for example, over the IC component and a surrounding housing gold mass layer.
  • Such a wafer assembly is also referred to as an embedded wafer level ball grid array (eWLB) or as a fan-out wafer-level package. It may, for example, be suitable for surface mounting on a printed circuit board in the manner of a ball grid array (BGA).
  • eWLB embedded wafer level ball grid array
  • BGA ball grid array
  • the semiconductor module includes a first one Housing gold mass layer and an IC device with an integrated circuit, which is embedded in the first housing gold mass layer.
  • An intermediate layer comprises a redistribution layer which is connected to the IC device and serves to externally connect the IC device.
  • An integrated antenna structure in the form of a patch antenna is arranged within the intermediate layer and is connected to the IC component.
  • Such a semiconductor module can be assembled with suitable for the high frequency range of 77 GHz, for example, precision.
  • high frequency substrates In a conventional eWLB semiconductor module for radar applications, for coupling out radar signals into external circuit parts, high frequency substrates must be used to transmit millimeter wave radar signals to other circuit parts such as antennas.
  • high frequency circuit board substrates have the disadvantage that they are very expensive.
  • the object of the invention is to provide a novel semiconductor module for radar applications, which enables a coupling and / or decoupling of radar signals.
  • a semiconductor module of the type mentioned with at least one waveguide integrated in the semiconductor module for radar signals, which has a conductor structure which surrounds an interior of the waveguide laterally, wherein the integrated circuit and the at least one waveguide at least partially in a housing material embedded in the semiconductor module.
  • the conductor structure is an electrically conductive structure and may be, for example, a conductor housing or a conductor cage. It preferably has at least one open end.
  • the conductor structure laterally surrounds an interior of the waveguide.
  • a circumference of the interior of the at least one waveguide is limited transversely to the propagation direction of the radar signals through the conductor structure.
  • the waveguide is adapted to allow the propagation of an electromagnetic wave in the longitudinal direction of the waveguide in the interior of the waveguide, in particular in the manner of a waveguide or a waveguide filled with a dielectric.
  • Such an integrated waveguide makes it possible to decouple radar frequency signals directly as an electromagnetic wave from the semiconductor module and / or couple them into the semiconductor module.
  • the at least one waveguide can be coupled, for example, to a correspondingly constructed external waveguide or to an external waveguide in the form of a waveguide.
  • radar signals can be coupled in or out without the need for a high frequency suitable PCB substrate.
  • the housing material is preferably a housing gold ground, i. a molding material or potting material which forms the integrated circuit package.
  • the integrated circuit is a monolithically integrated microwave circuit (MMIC).
  • MMIC monolithically integrated microwave circuit
  • the semiconductor module comprises a wafer unit and an interface layer, wherein the wafer unit comprises a semiconductor chip forming the integrated circuit and a package layer formed by said package material of the semiconductor module and in which the semiconductor chip and the at least one Waveguide are arranged, and wherein the interface layer has the redistribution layer, which connects the integrated circuit with external terminals of the interface layer.
  • the semiconductor module may be an eWLB semiconductor module.
  • the integrated circuit comprises an oscillator for generating a radar signal, in particular a radar signal with frequencies in the range of microwaves, that is, decimetre, centimeter and / or millimeter waves.
  • the object is further achieved by a method for producing a semiconductor module with an integrated circuit, comprising the steps:
  • the method further comprising the step of:
  • the object is achieved by a method for producing a semiconductor module with an integrated circuit, comprising the steps:
  • At least one waveguide is formed comprising the at least one conductor pattern laterally surrounding the interior of the waveguide, and wherein the method further comprises the step of:
  • the object is achieved by a method for producing a semiconductor module with an integrated circuit, with the steps:
  • the vertical conductor elements can, for example Through-contacts in the housing layer, which are also referred to as through-mold vias (TMV).
  • TMV through-mold vias
  • the horizontal conductor elements may be, for example, metal surfaces, in particular metal surfaces on a surface of the housing layer, in particular on opposite surfaces of the housing layer. For example, a metal surface can be produced in the redistribution layer.
  • FIG. 1 is a schematic, perspective view of a semiconductor module with integrated waveguides.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a conductor structure of a waveguide and of a coupling element
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of an arrangement of the semiconductor module of Fig. 1 in a radar reflector;
  • Fig. 4 is a view of an arrangement of the semiconductor module with integrated waveguides coupled to external waveguides
  • Fig. 5 is a block diagram of the semiconductor module with integrated waveguides coupled to an external distribution structure
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a conductor structure of a waveguide
  • FIG. 7 shows a schematic view of a further embodiment of a conductor structure of a waveguide
  • FIG. 8 shows a schematic view of a semiconductor module with waveguides with the conductor structure according to FIG. 7;
  • FIG. 1 shows schematically in a perspective view a semiconductor module 10 which is mounted on a printed circuit board 12.
  • the semiconductor module 10 comprises an integrated circuit 14 in the form of a semiconductor chip, in particular a MMIC chip (monolithic microwave integrated circuit).
  • the integrated circuit 14 may comprise the HF part of a transmission and / or reception circuit for radar signals.
  • the integrated circuit 14 may include, for example, an RF oscillator 16 for generating a radar signal.
  • the integrated circuit 14 may comprise, in a manner known per se, a mixer for mixing a received radar signal with a radar signal generated by the RF oscillator 16.
  • the semiconductor module 10 further comprises wafer-integrated waveguides 18.
  • the wafer-integrated waveguides 18 each comprise a conductor pattern having a top wall 20 and a bottom wall 22 in the form of metal layers and sidewalls 24 each in the form of a series of vias 26 (through-molds) Vias), as shown schematically in FIG.
  • the vias 26 respectively connect the top and bottom walls 20, 22.
  • the waveguide 18 thus corresponds to a rectangular waveguide whose conductor structure forms a cage structure and laterally surrounds or encloses the interior of the waveguide.
  • the waveguide 18 extends in a horizontal direction relative to a horizontal orientation of the integrated circuit 14 or the rewiring layer.
  • the waveguide 18 has a closed end with a wall 28, which in turn is formed by a series of vias 26, and an open end 30 for coupling or decoupling an electromagnetic wave.
  • the open end 30 of the conductor structure of the waveguide 18 corresponds to the radiating or receiving end of the waveguide 18.
  • the semiconductor module 10 shown in FIG. 1 is an eWLB package in which a wafer unit 32 comprises the semiconductor chip forming the integrated circuit 14 and a package gold mass layer in the form of a package layer 34 into which the semiconductor chip 14 and the waveguides 18 are embedded.
  • a wafer unit 32 assembled during the manufacture of the integrated circuit package 14 is also referred to as reconstituted wafer.
  • the wafer unit 32 is provided with an interface layer 36, which has a rewiring layer 38 and optionally terminals 40 in the form of 3D connection structures, in particular Lotku- rules.
  • the redistribution layer 38 has contact points on a first side, which contact contact points of the wafer unit 32 and in particular of the integrated circuit 14. On a second side, the redistribution layer 38 is connected to the terminals 40 for external contacting.
  • the semiconductor module 10 can be applied to the printed circuit board 12 by standard processes, in particular surface-mount processes.
  • the waveguides 18 are integrated laterally next to the integrated circuit 14 in the wafer unit 32.
  • the open end 30 of a waveguide 18 faces a lateral surface of the wafer unit 32 and in particular is arranged on the lateral edge of the wafer unit 32. This may allow, for example, a coupling and / or coupling of a radar signal in the form of an electromagnetic wave on the lateral surface of the wafer unit 32.
  • the respective waveguide 18 is provided with a coupling element 42 for signal coupling, in particular for signal coupling of the waveguide 18 to the integrated circuit 14.
  • the coupling element 42 is formed in each case by an exciter rod in the form of a further through-hole (through-mold via) which is insulated from the walls 20, 22, 24 of the waveguide 18 and projects transversely to the longitudinal direction of the waveguide 18 into the interior of the waveguide 18.
  • the coupling element 42 is connected to the integrated circuit 14 via the redistribution layer, for example.
  • the integrated circuit 14 is provided in the form of a semiconductor chip.
  • the wafer unit 32 with the at least laterally adjacent to the semiconductor chip Housing layer 34 of the housing of the semiconductor module 10 is produced, for example by a housing gold mass is filled into a mold cavity in which the semiconductor chip is arranged.
  • the redistribution layer 38 is produced on a surface of the wafer unit 32, wherein the redistribution layer 38 comprises the respective lower walls 22 of the waveguides 18 each in the form of a metallization layer.
  • the plated-through holes 26 and the through-connection of the coupling element 42 are made of a conductive material, for example a metal.
  • the vias 26 contact the respective bottom wall 22 electrically.
  • the upper walls 20 of the respective waveguides 18 are fabricated in the form of a metallization layer on a surface of the wafer unit 32. The upper walls 20 electrically contact the corresponding vias 26.
  • the method further optionally includes establishing a connection structure with the external terminals 40 that are connected to the integrated circuit 14, for example via the redistribution layer 38.
  • the connection structure can be produced, for example, in the described sequence, or even after the rewiring layer 38 has been produced and, for example, before the vias or the upper walls 20 have been produced.
  • the waveguide 18 is filled with a dielectric, in particular with the housing material of the housing layer 34.
  • the diameter and the spacing of the plated-through holes 26, as well as the cross-section of the rectangular waveguide 18, in particular the distance between the side walls 24 whose distance is greater than the distance between The upper and lower walls 20, 22 are adapted to the radar frequencies to be transmitted taking into account the relative permittivity of the dielectric.
  • FIG. 3 shows a radar sensor with a semiconductor module 10 of the type described, which is arranged in front of a radar reflector 44.
  • the radar reflector 44 is, for example, a parabolic mirror.
  • the coupling elements 42 of the respective waveguides 18 are connected to the transmitting and receiving circuit of the integrated circuit 14 in order to couple radar signals based on a signal generated by the RF oscillator 16 into the respective waveguides 18.
  • the waveguides 18 serve as decoupling elements in order to decouple the radar signals laterally from the semiconductor module 10.
  • the semiconductor module 10 forms an excitation element for the radar reflector 44, which is set up to radiate the radar signals coupled out of the semiconductor module 10 in a radiation direction of the radar sensor.
  • the radar reflector 44 serves to guide incident radar signals reflected by a radar object onto the waveguides 18 serving as launching elements, in order to couple the radar signals into the waveguides 18 via the open ends 30.
  • the received radar signals are in turn picked up via the coupling elements 42 and fed to the transmitting / receiving circuit of the integrated circuit 14.
  • the integrated waveguides 18 may serve to transmit and receive radar signals.
  • four waveguides 18 may be integrated in the semiconductor module 10, wherein the waveguides 18 may each be connected to a single transmit / receive channel of the integrated circuit 14.
  • the use of a waveguide with a conductor structure laterally surrounding an interior of the respective waveguide has the advantage that the walls of the waveguide surrounding the interior of the waveguide precisely define the electrical properties.
  • the electric field of the radar wave is guided inside the waveguide 18 and is thus shielded by the walls of the waveguide 18 from other circuit parts of the semiconductor module 10 and / or external circuit parts.
  • the radiation and / or reception properties of the waveguides 18 serving as decoupling elements or coupling elements are therefore particularly well defined and can be optimized. While FIG.
  • FIG. 3 shows a radar sensor with direct radiation of the radar signals decoupled from the semiconductor module 10
  • FIG. 4 shows a view of an arrangement for coupling the radar signals coupled out from the semiconductor module 10 into external waveguides, for example in the form of waveguides 46.
  • the waveguides 46 are each arranged with an open end in front of an open end 30 of the conductor structure of a waveguide 18 in order to enable coupling of an electromagnetic wave guided in the waveguide 18 into the respective waveguide 46.
  • projections or tongues made of a dielectric material are attached to the semiconductor module 10 in front of the open ends 30 of the conductor structures of the waveguides 18.
  • the dielectric material is, for example, the housing material of the housing layer 34 and thus has the same relative permittivity as the material in the interior of the waveguides 18.
  • the tongues have, for example, a cross section which substantially corresponds to the inner cross section of the respective waveguide 18. They are formed, for example, in the production of the wafer unit 32 to the housing layer 34 and can be made in particular together with the housing layer 34.
  • the tongues 48 protrude into the respective waveguides 46 in sections.
  • the electromagnetic coupling between the waveguides 18 and the waveguides 46 can be improved.
  • the external waveguides for example, part of a distribution structure 50 for the radar signals, as shown in Fig. 5 schematically.
  • the distribution structure 50 may comprise further waveguides and / or waveguides, in particular waveguides filled with a dielectric.
  • FIG. 6 shows a conductor structure of a further example of a waveguide 58 which, for example, may be integrated in the semiconductor module 10 according to FIG. 1 instead of a waveguide 18.
  • the waveguide 58 is a rectangular and filled with a dielectric waveguide.
  • the conductor structure of the waveguide 58 forms a conductor housing and includes a top wall 60, a bottom wall 62, and side walls 64 interconnecting the top and bottom walls 60, 62.
  • the walls 60, 62, 64 surround the interior of the waveguide 58 laterally all around.
  • the waveguide 58 in turn has a closed end with a wall 68 and an open end 70.
  • the waveguide 58 is thus a wafer-integrated waveguide 58 filled with a dielectric.
  • the waveguide 58 is provided with a coupling element 42 which, as with the waveguide 18, is formed by at least one via isolated from the walls 60, 62 which is connected to the integrated circuit 14 via the redistribution layer 38.
  • the integrated circuit 14 is provided in the form of a semiconductor chip with the integrated RF oscillator 16.
  • the conductor patterns of the waveguides 58 are provided and arranged adjacent to the integrated circuit 14.
  • the waveguide structure 58 may be provided in the form of an insert consisting of the walls 60, 62, 64, 68 and positioned together with the integrated circuit 14 in a mold cavity.
  • the wafer unit 32 is manufactured by making the housing layer 34 laterally adjacent to the semiconductor chip 14.
  • the coupling elements 42 in the form of plated-through holes are produced.
  • the redistribution layer 38 is produced, with the coupling elements 42 being connected to the integrated circuit 14.
  • the method further comprises fabricating the interface layer 36 including the terminals 40 of the terminal structure.
  • FIG. 7 shows a conductor structure of a further exemplary embodiment of a waveguide 78, in which the waveguide extends in the vertical direction and is integrated, for example, in a semiconductor module 80 shown in FIG. 8.
  • the semiconductor module 80 shown in FIG. 8 corresponds to the above-described semiconductor module 10, and similar or corresponding elements are indicated by the same reference numerals.
  • the waveguide 78 is a rectangular waveguide in which sidewalls 82 of the conductor pattern are each formed by a series of through-contacts 86 (through-mold vias).
  • the conductor structure of the waveguide 78 thus forms a cage structure and surrounds or encloses the interior of the waveguide laterally.
  • An upper open end 90 of the conductor pattern of the waveguide 78 is directed to an upper surface of the wafer unit 32 of the semiconductor module 80 and disposed on the upper surface of the housing layer 34 of the semiconductor module 80, for example, a coupling and / or launching of a radar signal at the Top of the semiconductor module 80 to allow.
  • the waveguide 78 is provided with a coupling element 94 in the form of a flat conductor structure, for example a patch antenna, which is arranged at a rear end in front of the interior of the waveguide 78.
  • the patch antenna may, for example, be formed within the redistribution layer 38 and connected to the integrated circuit 14 via the redistribution layer 38.
  • FIG. 7 schematically shows an electrical connection 96 of the patch antenna with the integrated circuit 14 in the form of a conductor strip.
  • a ground surface 98 is further provided in front of the rear end of the waveguide 78 beyond the coupling element 94, which can be formed, for example, in a second wiring level of the rewiring layer 38.
  • the ground plane 98 can prevent unwanted radiation of radar signals down.
  • the production of the semiconductor module 80 can be carried out according to the above-described production of the semiconductor module 10, wherein instead of the lower wall 22 of the Coupling element 94 is made and the vias 86 of the side walls 82, for example, in the rewiring layer 38 are interconnected. Instead of the side walls 24, the side walls 82 are produced in the form of plated-through holes 86.
  • the upper wall 20 is omitted since the open end 90 of the waveguide 78 is located on the upper side.
  • the sidewalls 82 of the waveguide 78 may also be formed by electrically conductive, flat wall sections similar to the walls 60, 62, 64 of the waveguide 58.
  • the electrical connection 96 of the coupling element 94 is then in turn isolated from the side walls connected to the integrated circuit 14, and an open end of the waveguide is disposed at the top of the semiconductor module 10, according to the structure shown in Fig. 8.
  • the side walls are produced, for example, in the form of an insert, which is arranged next to the integrated circuit 14 and embedded in the housing material of the housing layer 34 of the wafer unit 32.
  • the production may correspond, for example, to the described production of the semiconductor module 80.
  • the waveguide 78 ' has a coupling element 100 in the form of an excitation rod instead of a coupling element in the form of a patch antenna.
  • the coupling element 100 in particular comprises two excitation rods in the form of plated-through holes, which are connected to the integrated circuit 14 via electrical connections 96.
  • the exciter bars protrude in the longitudinal direction of the waveguide 78 into the interior of the waveguide.
  • the structure of the waveguide 78 ' corresponds to the waveguide 78 of FIG. 7, and the waveguides 78' may be integrated in the semiconductor module 80 instead of the waveguides 78 shown in FIG. 8, for example.
  • side walls may be provided in the form of closed, flat wall sections which are arranged, for example, as an insert part in the manufacture of the semiconductor module next to the integrated circuit 14.
  • the semiconductor module 80 with waveguides running in the vertical direction can be designed, for example, for the direct emission of radar signals at the top side of the semiconductor module 80.
  • the semiconductor module 80 may be configured as part of a radar sensor for transmitting and / or receiving radar signals, similar to the operation described with reference to FIG.
  • a direct radiation can also be a coupling of the waveguide 78 to external waveguide or waveguide of a distribution structure, for example, according to the examples described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the semiconductor module 80 may have protrusions or tongues of a dielectric material, in particular the housing material of the wafer unit 32, which are formed in front of the open ends 90 of the conductor structures of the waveguides 78 corresponding to the cross section of the interior of the waveguide.
  • an upward coupling of the waveguides 78 can take place.
  • the described embodiments have u.a. the advantage of cost savings through the elimination of an expensive high frequency suitable PCB substrate.
  • lines in the form of waveguides or waveguides can be spatially offset from one another and are not limited to a printed circuit board plane. It is also advantageous that transition losses during coupling or decoupling of radar signals can be reduced, as well as an unwanted coupling and / or parasitic radiation of individual signals.

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Abstract

Halbleitermodul, mit einer integrierten Schaltung (14), einer Umverdrahtungsschicht (38) zum externen Anschließen der integrierten Schaltung (14), und wenigstens einem im Halbleitermodul (10) integrierten Wellenleiter (18) für Radarsignale mit einer Leiterstruktur (20, 22, 24), die ein Inneres des Wellenleiters (18) seitlich umgibt, wobei die integrierte Schaltung (14) und der wenigstens eine Wellenleiter (18) zumindest bereichsweise in ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) eingebettet sind; sowie Radarsensor, Kraftfahrzeug-Radarsystem mit einem solchen Halbleitermodul, und Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls.

Description

HALBLEITERMODUL MIT INTEGRIERTEM WELLENLEITER FÜR RADARSIGNALE
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einer integrierten Schaltung und mit einer Umverdrahtungsschicht zum externen Anschließen der integrierten Schaltung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Halbleitermodul für Radaranwendungen, insbesondere für Kraftfahrzeug-Radaranwendungen. Weiter betrifft die Erfindung einen Radarsensor mit einem solchen Halbleitermodul sowie ein Kraftfahrzeug-Radarsystem mit einem Halbleitermodul dieser Art.
STAND DER TECHNIK
Radarsensoren werden zur Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessung von Objekten verwendet. Insbesondere sind Radarsysteme bekannt, bei denen Geschwindigkeiten und Distanzen mehrerer Objekte simultan erfasst werden. Es sind beispielsweise Fahrgeschwindigkeitsregler für Kraftfahrzeuge mit einem Radarsystem zur Ortung eines vorausfahrenden Fahrzeuges und zur Messung des Abstandes zu diesem bekannt. Ein solches Abstandsregelsystem wird auch als ACC-System (Adaptive Cruise Control) bezeichnet.
Zur Vereinfachung des Aufbaus von HF-Schaltungen für Radaranwendungen werden für die Sende- und Empfangsschaltungen zunehmend integrierte Mikrowellenschaltungen des MMIC-Typs verwendet (Microwave Monolithic Integrated Circuit).
Es sind Wafer-Baugruppen bekannt, bei denen die Baugruppe mit einer Umverdrahtungsschicht (RDL, Redistribution Layer) für ein IC-Bauelement auf Wafer- Ebene hergestellt wird. Die Umverdrahtungsschicht erstreckt sich beispielsweise über das IC-Bauelement und eine dieses umgebende Gehäusemoldmassenschicht. Eine solche Wafer-Baugruppe wird auch als eingebettetes Gitter-Array auf Waferebene (eWLB, embedded Wafer Level Ball Grid Array) oder als Fan-Out Wafer-Level Package bezeichnet. Sie kann beispielsweise nach Art eines Ball-Grid-Array (BGA) zur Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte geeignet sein.
DE 10 2010 001 407 A1 beschreibt ein Halbleitermodul, bei dem auf Wafer-Ebene Antennen integriert sind. Das Halbleitermodul umfasst eine erste Gehäusemoldmassenschicht und ein IC-Bauelement mit einem integrierten Schaltkreis, das in die erste Gehäusemoldmassenschicht eingebettet ist. Eine Zwischenschicht umfasst eine Umverdrahtungsschicht, welche an das IC-Bauelement angeschlossen ist und dazu dient, das IC-Bauelement extern anzuschließen. Eine integrier- te Antennenstruktur in Form einer Patchantenne ist innerhalb der Zwischenschicht angeordnet und ist an das IC-Bauelement angeschlossen. Ein derartiges Halbleitermodul kann mit für den Hochfrequenzbereich von beispielsweise 77 GHz geeigneter Präzision konfektioniert werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei einem herkömmlichen eWLB-Halbleitermodul für Radaranwendungen müssen zur Auskopplung von Radarsignalen in externe Schaltungsteile hochfrequenztaugliche Substrate verwendet werden, um Radarsignale im Millimeterwellenbereich zu anderen Schaltungsteilen wie beispielsweise Antennen zu übertragen. Hochfrequenztaugliche Leiterplattensubstrate haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr teuer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Halbleitermodul für Radaranwendungen zu schaffen, welches eine Ein- und/oder Auskopplung von Radarsignalen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleitermodul der eingangs genannten Art, mit wenigstens einem im Halbleitermodul integrierten Wellenleiter für Radarsignale, der eine Leiterstruktur aufweist, die ein Inneres des Wellenleiters seitlich umgibt, wobei die integrierte Schaltung und der wenigstens eine Wellenleiter zumindest bereichsweise in ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls eingebettet sind. Die Leiterstruktur ist eine elektrisch leitfähige Struktur und kann beispielsweise ein Leitergehäuse oder ein Leiterkäfig sein. Sie hat vorzugsweise wenigstens ein offenes Ende. Die Leiterstruktur umgibt ein Inneres des Wellenleiters seitlich. Somit ist ein Umfang des Inneren des wenigstens einen Wellenleiters quer zur Ausbreitungsrichtung der Radarsignale durch die Leiterstruktur begrenzt. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in Längsrichtung des Wellenleiters im Inneren des Wellenleiters zu ermöglichen, insbesondere nach Art eines Hohlleiters oder eines mit einem Dielektrikum gefüllten Hohlleiters. Ein solchermaßen integrierter Wellenleiter ermöglicht es, Radarfrequenzsignale direkt als elektromagnetische Welle aus dem Halbleitermodul auszukoppeln und/oder sie in das Halbleitermodul einzukoppeln. Der wenigstens eine Wellenleiter kann beispielsweise an einem entsprechend aufgebauten externen Wellenleiter oder an einen exter- nen Wellenleiter in Form eines Hohlleiters angekoppelt werden. Somit können Radarsignale ein- oder ausgekoppelt werden, ohne dass dafür ein hochfrequenztaugliches Leiterplattensubstrat benötigt wird.
Das Gehäusematerial ist vorzugsweise eine Gehäusemoldmasse, d.h. ein Formmaterial oder Vergussmaterial, welches das Gehäuse für die integrierte Schaltung bildet.
Vorzugsweise ist die integrierte Schaltung eine monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC).
Vorzugsweise weist das Halbleitermodul eine Wafer-Einheit und eine Schnittstellenschicht auf, wobei die Wafer-Einheit einen Halbleiterchip, der die integrierte Schaltung bildet, und eine Gehäuseschicht aufweist, die durch das genannte Gehäusematerial des Halbleitermoduls gebildet wird und in der der Halbleiterchip und der wenigstens eine Wellenleiter angeordnet sind, und wobei die Schnittstellenschicht die Umverdrahtungsschicht aufweist, welche die integrierte Schaltung mit externen Anschlüssen der Schnittstellenschicht verbindet. Beispielsweise kann das Halbleitermodul ein eWLB-Halbleitermodul sein. Vorzugsweise umfasst die integrierte Schaltung einen Oszillator zu Erzeugung eines Radarsignals, insbesondere eines Radarsignals mit Frequenzen im Bereich von Mikrowellen, also Dezimeter-, Zentimeter- und/oder Millimeterwellen.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit einer integrierten Schaltung, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterchips in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung; und
Herstellen einer an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht eines Gehäuses des Halbleitermoduls, wobei in die Gehäuseschicht wenigstens ein Wellenleiter integriert wird, der eine Leiterstruktur aufweist, die ein Inneres des Wellenleiters seitlich umgibt;
wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst:
Herstellen einer Umverdrahtungsschicht zumindest auf einer Seite der Gehäuseschicht.
In einer Ausführungsform wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit einer integrierten Schaltung, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Halbleiterchips in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung; und
Anordnen wenigstens einer Leiterstruktur neben dem Halbleiterchip; und
Herstellen einer an den Halbleiterchip und die Leiterstruktur zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht eines Gehäuses des Halbleitermoduls;
wobei wenigstens ein Wellenleiter gebildet wird, der die wenigstens eine Leiterstruktur umfasst, welche das Innere des Wellenleiters seitlich umgibt, und wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst:
Herstellen einer Umverdrahtungsschicht zumindest auf einer Seite der Gehäuseschicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitermoduls mit einer integrierten Schaltung, mit den Schrit- ten:
Bereitstellen eines Halbleiterchips in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung;
Herstellen einer an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht eines Gehäuses des Halbleitermoduls, wobei vertikale Leiterelemente in der Gehäuseschicht hergestellt werden;
Herstellen von vertikal beabstandeten, horizontalen Leiterelementen, die über die vertikalen Leiterelemente verbunden sind und mit diesen wenigstens eine Leiterstruktur wenigstens eines Wellenleiters für Radarsignale bilden, dessen Inneres die horizontalen und vertikalen Leiterelemente seitlich umgeben; und
- Herstellen einer Umverdrahtungsschicht zumindest auf einer Seite der Gehäuseschicht. Die vertikalen Leiterelemente können beispielsweise Durchkontaktierungen in der Gehäuseschicht sein, die auch als Through-Mold-Vias (TMV) bezeichnet werden. Die horizontalen Leiterelemente können beispielsweise Metallflächen sein, insbesondere Metallflächen auf einer Oberfläche der Gehäuseschicht, insbesondere auf entgegengesetzten Oberflächen der Gehäuseschicht. Beispielsweise kann eine Metallfläche in der Umverdrahtungsschicht hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Leiterstruktur eines Wellenleiters sowie eines Koppelelements;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Anordnung des Halbleitermoduls nach Fig. 1 in einem Radarreflektor;
Fig. 4 eine Ansicht einer Anordnung des Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern, die mit externen Hohlleitern gekoppelt sind;
Fig. 5 eine Blockdarstellung des Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern, die mit einer externen Verteilstruktur gekoppelt sind;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterstruktur eines Wellenleiters;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Leiterstruktur eines Wellenleiters;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Halbleitermoduls mit Wellenleitern mit der Leiterstruktur entsprechend Fig. 7;
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterstruktur eines Wellenleiters. BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht ein Halbleitermodul 10, das auf einer Leiterplatte 12 angebracht ist.
Das Halbleitermodul 10 umfasst eine integrierte Schaltung 14 in Form eines Halbleiter- chips, insbesondere eines MMIC-Chips (Monolithic Microwave Integrated Circuit). Beispielsweise kann die integrierte Schaltung 14 den HF-Teil einer Sende- und/oder Empfangsschaltung für Radarsignale aufweisen. Insbesondere kann die integrierte Schaltung 14 beispielsweise einen HF-Oszillator 16 zur Erzeugung eines Radarsignals aufweisen. Weiter kann die integrierte Schaltung 14 in an sich bekannter Weise einen Mischer zum Mischen eines empfangenen Radarsignals mit einem vom HF-Oszillator 16 erzeugten Radarsignal aufweisen.
Das Halbleitermodul 10 umfasst weiter Wafer-integrierte Wellenleiter 18. Die Wafer- integrierten Wellenleiter 18 umfassen jeweils eine Leiterstruktur mit einer oberen Wand 20 und einer unteren Wand 22 in Form von Metalllagen und mit Seitenwänden 24 jeweils in Form einer Reihe von Durchkontaktierungen 26 (Through Mold Vias), wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Durchkontaktierungen 26 verbinden jeweils die oberen und die unteren Wände 20, 22. Der Wellenleiter 18 entspricht somit einem rechteckiger Wellenleiter, dessen Leiterstruktur eine Käfigstruktur bildet und das Innere des Wellenleiters seitlich umgibt oder umschließt. Der Wellenleiter 18 verläuft in hori- zontaler Richtung, bezogen auf eine horizontale Ausrichtung der integrierten Schaltung 14 bzw. der Umverdrahtungschicht. Der Wellenleiter 18 hat ein geschlossenes Ende mit einer Wand 28, die wiederum durch eine Reihe von Durchkontaktierungen 26 gebildet ist, und ein offenes Ende 30 zum Aus- oder Einkoppeln einer elektromagnetischen Welle. Das offene Ende 30 der Leiterstruktur des Wellenleiters 18 entspricht dem abstrahlenden bzw. empfangenden Ende des Wellenleiters 18.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Halbleitermodul 10 handelt es sich um ein eWLB-Package, bei dem eine Wafer-Einheit 32 den die integrierte Schaltung 14 bildenden Halbleiterchip und eine Gehäusemoldmassenschicht in Form einer Gehäuseschicht 34 umfasst, in die der Halbleiterchip 14 und die Wellenleiter 18 eingebettet sind. Eine solche wäh- rend der Herstellung des Gehäuses der integrierten Schaltung 14 zusammengesetzte Wafer-Einheit 32 wird auch als Reconstituted Wafer bezeichnet. Die Wafer-Einheit 32 ist mit einer Schnittstellenschicht 36 versehen, die eine Umverdrahtungsschicht 38 und optional Anschlüsse 40 in Form von 3D-Verbindungstrukturen, insbesondere Lotku- geln, aufweist. Die Umverdrahtungsschicht 38 hat auf einer ersten Seite Kontaktstellen, die Kontaktstellen der Wafer-Einheit 32 und insbesondere der integrierten Schaltung 14 kontaktieren. Auf einer zweiten Seite ist die Umverdrahtungsschicht 38 mit den Anschlüssen 40 zur externen Kontaktierung verbunden. Das Halbleitermodul 10 kann mittels Standardprozessen, insbesondere Oberflächenmontage-Prozessen auf die Leiterplatte 12 aufgebracht werden.
Die Wellenleiter 18 sind seitlich neben der integrierten Schaltung 14 in die Wafer- Einheit 32 integriert. Dabei ist jeweils das offene Ende 30 eines Wellenleiters 18 einer seitlichen Oberfläche der Wafer-Einheit 32 zugewandt und insbesondere am seitlichen Rand der Wafer-Einheit 32 angeordnet. Dies kann beispielsweise eine Aus- und/oder Einkopplung eines Radarsignals in Form einer elektromagnetischen Welle an der seitlichen Oberfläche der Wafer-Einheit 32 ermöglichen.
Der jeweilige Wellenleiter 18 ist mit einem Koppelelement 42 zur Signalankopplung versehen, insbesondere zur Signalankopplung des Wellenleiters 18 an die integrierte Schaltung 14. Im Beispiel der Fig. 2 wird das Koppelelement 42 jeweils durch einen Erregerstab in Form einer weiteren Durchkontaktierung (Through Mold Via) gebildet, die von den Wänden 20, 22, 24 des Wellenleiters 18 isoliert ist und quer zur Längsrichtung des Wellenleiters 18 in das Innere des Wellenleiters 18 hineinragt. Es können jedoch auch mehrere Erregerstäbe vorgesehen sein. Das Koppelelement 42 ist beispielsweise über die Umverdrahtungsschicht mit der integrierten Schaltung 14 verbun- d ΘΠ .
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitermodul am Beispiel des Halbleitermoduls 10 beschrieben.
Die integrierte Schaltung 14 wird in Form eines Halbleiterchips zur Verfügung gestellt. Die Wafer-Einheit 32 mit der an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht 34 des Gehäuses des Halbleitermoduls 10 wird hergestellt, beispielsweise indem eine Gehäusemoldmasse in einen Formhohlraum eingefüllt wird, in dem der Halbleiterchip angeordnet ist. Die Umverdrahtungsschicht 38 wird auf einer Oberfläche der Wafer-Einheit 32 hergestellt, wobei die Umverdrahtungsschicht 38 die jewei- ligen unteren Wände 22 der Wellenleiter 18 jeweils in Form einer Metallisierungslage umfasst. In der Gehäuseschicht 34 werden die Durchkontaktierungen 26 und die Durchkontaktierung des Koppelelements 42 aus einem leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, hergestellt. Die Durchkontaktierungen 26 kontaktieren die jeweilige untere Wand 22 elektrisch. Die oberen Wände 20 der jeweiligen Wellenleiter 18 werden in Form einer Metallisierungslage auf einer Oberfläche der Wafer-Einheit 32 hergestellt. Die oberen Wände 20 kontaktieren die entsprechenden Durchkontaktierungen 26 elektrisch.
Das Verfahren umfasst weiter optional das Herstellen einer Anschlussstruktur mit den externen Anschlüssen 40, die beispielsweise über die Umverdrahtungsschicht 38 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden werden. Das Herstellen der Anschlussstruktur kann beispielsweise in der beschriebenen Reihenfolge, oder auch nach dem Herstellen der Umverdrahtungsschicht 38 und beispielsweise vor dem Herstellen der Durchkontaktierungen oder der oberen Wände 20 erfolgen.
Der Wellenleiter 18 ist mit einem Dielektrikum gefüllt, insbesondere mit dem Gehäusematerial der Gehäuseschicht 34. Der Durchmesser und der Abstand der Durchkontaktierungen 26, sowie der Querschnitt des rechteckigen Wellenleiters 18, insbesondere der Abstand zwischen den Seitenwänden 24, deren Abstand größer ist als der Abstand zwischen den oberen und unteren Wänden 20, 22, sind unter Berücksichtigung der relativen Permittivität des Dielektrikums an die zu übertragenden Radar- frequenzen angepasst.
Fig. 3 zeigt als wesentlichen Teil eines Kraftfahrzeug-Radarsystems einen Radarsensor mit einem Halbleitermodul 10 der beschriebenen Art, welches vor einem Radarreflektor 44 angeordnet ist. Bei dem Radarreflektor 44 handelt es sich beispielsweise um einen Parabolspiegel. Die Koppelelemente 42 der jeweiligen Wellenleiter 18 sind mit der Sende- und Empfangsschaltung der integrierten Schaltung 14 verbunden, um auf einem vom HF- Oszillator 16 erzeugten Signal basierende Radarsignale in die jeweiligen Wellenleiter 18 einzukoppeln. Die Wellenleiter 18 dienen als Auskoppelelemente, um die Radar- Signale seitlich aus dem Halbleitermodul 10 auszukoppeln. Das Halbleitermodul 10 bildet ein Erregerelement für den Radarreflektor 44, der dazu eingerichtet ist, die aus dem Halbleitermodul 10 ausgekoppelten Radarsignale in eine Abstrahlrichtung des Radarsensors abzustrahlen.
Zugleich dient der Radarreflektor 44 dazu, einfallende, von einem Radarobjekt reflektierte Radarsignale auf die als Einkoppelelemente dienenden Wellenleiter 18 zu leiten, um die Radarsignale über die offenen Enden 30 in die Wellenleiter 18 einzukoppeln. Die empfangenen Radarsignale werden wiederum über die Koppelelemente 42 abgenommen und der Sende-/Empfangsschaltung der integrierten Schaltung 14 zugeführt.
Somit können die integrierten Wellenleiter 18 zum Senden und Empfangen von Radarsignalen dienen. Beispielsweise können vier Wellenleiter 18 in dem Halbleitermodul 10 integriert sein, wobei die Wellenleiter 18 jeweils mit einem einzelnen Sende- /Empfangskanal der integrierten Schaltung 14 verbunden sein können.
Durch die Integration der Wellenleiter 18 in das auf Wafer-Ebene gefertigte Halbleitermodul 10 ist eine besonders gute HF-Ankopplung der Wellenleiter 18 an die integrierte Schaltung 14 möglich. Zudem hat die Verwendung eines Wellenleiters mit einer Leiterstruktur, die ein Inneres des jeweiligen Wellenleiters seitlich umgibt, den Vorteil, dass die das Innere des Wellenleiters ringsum umgebenden Wände des Wellenleiters die elektrischen Eigenschaften präzise festlegen. Das elektrische Feld der Radarwelle wird im Inneren des Wellenleiters 18 geführt und ist somit durch die Wände des Wellenlei- ters 18 von anderen Schaltungsteilen des Halbleitermoduls 10 und/oder externen Schaltungsteilen abgeschirmt. Die Abstrahlungs- und/oder Empfangseigenschaften der als Auskoppelelemente oder Einkoppelelemente dienenden Wellenleiter 18 sind daher besonders gut definiert und können optimiert werden. Während Fig. 3 einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung der aus dem Halbleitermodul 10 ausgekoppelten Radarsignale zeigt, ist in Fig. 4 eine Ansicht einer Anordnung zur Einkoppelung der aus dem Halbleitermodul 10 ausgekoppelten Radarsignale in externe Wellenleiter beispielsweise in Form von Hohlleitern 46 dargestellt. Die Hohl- leiter 46 sind jeweils mit einem offenen Ende vor einem offenen Ende 30 der Leiterstruktur eines Wellenleiters 18 angeordnet, um eine Einkopplung einer im Wellenleiter 18 geführten elektromagnetischen Welle in den jeweiligen Hohlleiter 46 zu ermöglichen.
Optional sind an dem Halbleitermodul 10 vor den offenen Enden 30 der Leiterstrukturen der Wellenleiter 18 Fortsätze oder Zungen aus einem dielektrischen Material angebracht. Das dielektrische Material ist beispielsweise das Gehäusematerial der Gehäuseschicht 34 und hat somit die gleiche relative Permittivität wie das Material im Inneren der Wellenleiter 18. Die Zungen haben beispielsweise einen Querschnitt, der im wesentlichen dem Innenquerschnitt des jeweiligen Wellenleiters 18 entspricht. Sie werden beispielsweise bei der Herstellung der Wafer-Einheit 32 an die Gehäuseschicht 34 angeformt und können insbesondere zusammen mit der Gehäuseschicht 34 hergestellt werden.
Im gezeigten Beispiel ragen die Zungen 48 jeweils in die entsprechenden Hohlleiter 46 abschnittsweise hinein. Somit kann ohne eine mechanische Kontaktierung zwischen den Hohlleitern 46 und dem Halbleitermodul 10 die elektromagnetische Verkoppelung zwischen den Wellenleitern 18 und den Hohlleitern 46 verbessert werden.
Die externen Wellenleiter sind beispielsweise Teil einer Verteil struktur 50 für die Radarsignale, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Die Verteilstruktur 50 kann weitere Hohlleiter und/oder Wellenleiter, insbesondere mit einem Dielektrikum gefüllte Wellen- leiter umfassen.
Fig. 6 zeigt eine Leiterstruktur eines weiteren Beispiels eines Wellenleiters 58, der beispielsweise anstelle eines Wellenleiters 18 in dem Halbleitermodul 10 nach Fig. 1 integriert sein kann. Der Wellenleiter 58 ist ein rechteckiger und mit einem Dielektrikum gefüllter Wellenleiter. Die Leiterstruktur des Wellenleiters 58 bildet ein Leitergehäuse und umfasst eine obere Wand 60, eine untere Wand 62 sowie Seitenwände 64, die die oberen und unteren Wände 60, 62 miteinander verbinden. Die Wände 60, 62, 64 umgeben das Innere des Wellenleiters 58 seitlich ringsum. Der Wellenleiter 58 hat wiederum ein geschlossenes Ende mit einer Wand 68 sowie ein offenes Ende 70. Bei dem Wellenleiter 58 handelt es sich somit um einen mit einem Dielektrikum gefüllten, Wafer- integrierten Wellenleiter 58.
Der Wellenleiter 58 ist mit einem Koppelelement 42 versehen, das, wie beim Wellenleiter 18, durch wenigstens eine von den Wänden 60, 62 isolierte Durchkontaktierung gebildet wird, die über die Umverdrahtungsschicht 38 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden ist.
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitermodul mit Wellenleitern 58 am Beispiel einer Herstellung des mit Wellenleitern 58 anstelle der Wellenleiter 18 versehenen Halbleitermoduls 10 beschrieben.
Die integrierte Schaltung 14 wird in Form eines Halbleiterchips mit dem integrierten HF-Oszillator 16 zur Verfügung gestellt. Die Leiterstrukturen der Wellenleiter 58 werden zur Verfügung gestellt und neben der integrierten Schaltung 14 angeordnet. Beispielsweise kann die Leiterstruktur für einen Wellenleiter 58 in Form eines aus den Wänden 60, 62, 64, 68 bestehenden Einlegeteils zur Verfügung gestellt werden und zusammen mit der integrierten Schaltung 14 in einem Formhohlraum positioniert wer- den.
Die Wafer-Einheit 32 wird hergestellt, indem die an den Halbleiterchip 14 seitlich angrenzende Gehäuseschicht 34 hergestellt wird. Die Koppelelemente 42 in Form von Durchkontaktierungen werden hergestellt. Die Umverdrahtungsschicht 38 wird hergestellt, wobei die Koppelelemente 42 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden wer- den. Entsprechend dem oben erläuterten Verfahren umfasst das Verfahren weiter das Herstellen der Schnittstellenschicht 36 einschließlich der Anschlüsse 40 der Anschlussstruktur.
Wie das Halbleitermodul 10 mit Wellenleitern 18 kann auch das Halbleitermodul mit Wellenleitern 58 gemäß den Beispielen der Fig. 3 bis 5 eingesetzt werden. Fig. 7 zeigt eine Leiterstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wellenleiters 78, bei dem der Wellenleiter in vertikaler Richtung verläuft und beispielsweise in einem in Fig. 8 gezeigten Halbleitermodul 80 integriert ist. Das in Fig. 8 gezeigte Halbleitermodul 80 entspricht im übrigen dem oben beschriebenen Halbleitermodul 10, und ähn- liehe oder einander entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Wellenleiter 78 ist ein rechteckiger Wellenleiter, bei dem Seitenwände 82 der Leiterstruktur jeweils durch eine Reihe von Durchkontaktierungen 86 (Through Mold Vias) gebildet werden. Die Leiterstruktur des Wellenleiters 78 bildet somit eine Käfigstruktur und umgibt oder umschließt das Innere des Wellenleiters seitlich. Ein oberes offenes Ende 90 der Leiterstruktur des Wellenleiters 78 ist zu einer oberseitigen Oberfläche der Wafer-Einheit 32 des Halbleitermoduls 80 gerichtet und an der oberen Oberfläche der Gehäuseschicht 34 des Halbleitermoduls 80 angeordnet, um beispielsweise ein Aus- und/oder Einkoppeln eines Radarsignals an der Oberseite des Halbleitermoduls 80 zu ermöglichen.
Der Wellenleiter 78 ist mit einem Koppelelement 94 in Form einer flachen Leiterstruktur, beispielsweise einer Patchantenne, versehen, die an einem rückwärtigen Ende vor dem Inneren des Wellenleiters 78 angeordnet ist. Die Patchantenne kann beispielsweise innerhalb der Umverdrahtungsschicht 38 ausgebildet sein und über die Umverdrahtungsschicht 38 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden sein. In Fig. 7 ist schematisch eine elektrische Verbindung 96 der Patchantenne mit der integrierten Schaltung 14 in Form eines Leiterstreifens gezeigt.
Optional ist weiter vor dem rückwärtigen Ende des Wellenleiters 78 jenseits des Koppelelements 94 eine Massefläche 98 vorgesehen, die beispielsweise in einer zweiten Verdrahtungsebene der Umverdrahtungsschicht 38 ausgebildet sein kann. Die Massefläche 98 kann beispielsweise ein unerwünschtes Abstrahlen von Radarsignalen nach unten verhindern.
Die Herstellung des Halbleitermoduls 80 kann entsprechend der oben beschriebenen Herstellung des Halbleitermoduls 10 erfolgen, wobei anstelle der unteren Wand 22 das Koppelelement 94 hergestellt wird und die Durchkontaktierungen 86 der Seitenwände 82 beispielsweise in der Umverdrahtungsschicht 38 miteinander verbunden werden. Anstelle der Seitenwände 24 werden die Seitenwände 82 in Form der Durchkontaktierungen 86 hergestellt. Die obere Wand 20 entfällt, da sich an der Ober- seite das offene Ende 90 des Wellenleiters 78 befindet.
Abweichend vom in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Beispiel können die Seitenwände 82 des Wellenleiters 78 auch durch elektrisch leitfähige, flache Wandabschnitte ähnlich den Wänden 60, 62, 64 des Wellenleiters 58 gebildet sein. Die elektrische Verbindung 96 des Koppelelements 94 ist dann wiederum isoliert von den Seitenwänden mit der integrierten Schaltung 14 verbunden, und ein offenes Ende des Wellenleiters ist an der Oberseite des Halbleitermoduls 10 angeordnet, entsprechend dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau. Bei der Herstellung eines derartigen Halbleitermoduls werden die Seitenwände beispielsweise in Form eines Einlegeteils hergestellt, welches neben der integrierten Schaltung 14 angeordnet wird und in das Gehäusematerial der Gehäuseschicht 34 der Wafer-Einheit 32 eingebettet wird. Im übrigen kann die Herstellung beispielsweise der beschriebenen Herstellung des Halbleitermoduls 80 entsprechen.
Fig. 9 zeigt eine Variante der anhand von Fig. 7 und 8 beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei der der Wellenleiter 78' anstelle eines Koppelelements in Form einer Patchantenne ein Koppelelement 100 in Form eines Erregerstabes aufweist. Im darge- stellten Beispiel umfasst das Koppelelement 100 insbesondere zwei Erregerstäbe in Form von Durchkontaktierungen, die über elektrische Verbindungen 96 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden sind. Die Erregerstäbe ragen in Längsrichtung des Wellenleiters 78 in das Innere des Wellenleiters hinein. Im übrigen entspricht der Aufbau des Wellenleiters 78' dem Wellenleiter 78 nach Fig. 7, und die Wellenleiter 78' können beispielsweise anstelle der in Fig. 8 gezeigten Wellenleiter 78 in dem Halbleitermodul 80 integriert sein.
Wiederum können anstelle der durch Durchkontaktierungen 86 gebildeten Seitenwände 82 Seitenwände in Form von geschlossenen, flachen Wandabschnitten vorgesehen sein, die beispielsweise als Einlegteil bei der Herstellung des Halbleitermoduls neben der integrierten Schaltung 14 angeordnet werden. Das Halbleitermodul 80 mit in vertikaler Richtung verlaufenden Wellenleitern, beispielsweise nach den anhand der Fig. 7 bis 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen, kann beispielsweise zur direkten Abstrahlung von Radarsignalen an der Oberseite des Halbleitermoduls 80 eingerichtet sein. Das Halbleitermodul 80 kann beispielsweise ähnlich der anhand von Fig. 3 beschriebenen Betriebsweise als Teil eines Radarsensors zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen eingerichtet sein.
Anstelle einer direkten Abstrahlung kann auch eine Ankopplung der Wellenleiter 78 an externe Wellenleiter oder Hohlleiter einer Verteil struktur erfolgen, beispielsweise entsprechend der anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Beispiele. Das Halbleitermodul 80 kann beispielsweise vor den offenen Enden 90 der Leiterstrukturen der Wellenleiter 78 entsprechend dem Querschnitt des Inneren des Wellenleiters geformte Vorsprünge oder Zungen aus einem dielektrischen Material, insbesondere dem Gehäusematerial der Wafer-Einheit 32 aufweisen. Somit kann eine nach oben gerichtete Ankoppelung der Wellenleiter 78 erfolgen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele haben u.a. den Vorteil der Kostenersparnis durch den Wegfall eines teuren hochfrequenztauglichen Leiterplattensubstrates. Darüber hinaus wird es ermöglicht, mehrere Hochfrequenzsignale oder Radarsignale zum Halbleitermodul hinzuführen und/oder vom Halbleitermodul wegzuführen, wobei die Leitungsführung vereinfacht wird. Beispielsweise können Leitungen in Form von Wel- lenleitern oder Hohlleitern räumlich versetzt zueinander verlaufen und sind nicht auf eine Leiterplattenebene beschränkt. Vorteilhaft ist außerdem, dass Übergangsverluste beim Ein- oder Auskoppeln von Radarsignalen reduziert werden können, ebenso wie eine unerwünschte Verkoppelung und/oder parasitäre Abstrahlung einzelner Signale.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Halbleitermodul, aufweisend:
eine integrierte Schaltung (14),
- eine Umverdrahtungsschicht (38) zum externen Anschließen der integrierten Schaltung (14),
wenigstens einen im Halbleitermodul (10) integrierten Wellenleiter (18) für Radarsignale mit einer Leiterstruktur (20, 22, 24), die ein Inneres des Wellenleiters (18) seitlich umgibt,
wobei die integrierte Schaltung (14) und der wenigstens eine Wellenleiter (18) zumindest bereichsweise in ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) eingebettet sind.
2. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , bei dem die integrierte Schaltung (14) eine monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung ist.
3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei das Halbleitermodul (10) eine Wafer- Einheit (32) und eine Schnittstellenschicht (36) aufweist, wobei die Wafer-Einheit (32) einen Halbleiterchip, der die integrierte Schaltung (14) bildet, und eine Gehäuseschicht (34) aufweist, die durch das genannte Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) ge- bildet wird und in der der Halbleiterchip und der wenigstens eine Wellenleiter (18) angeordnet sind, und wobei die Schnittstellenschicht (36) die Umverdrahtungsschicht (38) aufweist, welche die integrierte Schaltung (14) mit externen Anschlüssen (40) der Schnittstellenschicht verbindet.
4. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Inneres des wenigstens einen Wellenleiters (18) mit einem Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) gefüllt ist.
5. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leiterstruktur (20, 22, 24) des wenigstens einen integrierten Wellenleiters eine oder mehrere elektrisch leitfähige Wände aufweist, wobei die eine oder mehreren Wände das Innere des Wellenleiters umlaufend umgeben.
6. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leiterstruktur (20, 22, 24) des wenigstens einen integrierten Wellenleiters wenigstens einen flachen, geschlossenen Wandabschnitt umfasst.
7. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leiterstruktur (20, 22, 24) des wenigstens einen integrierten Wellenleiters wenigstens einen vertikalen Wandabschnitt umfasst, der durch eine Reihe von parallel zueinander verlaufenden, vertikalen Leiterelementen (26) gebildet wird.
8. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Halbleitermodul wenigstens ein Koppelelement (42) aufweist, das einen Wellenleiter (18) mit der integrierten Schaltung (14) zur Übertragung von Radarsignalen koppelt.
9. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein offenes Ende der Leiterstruktur des wenigstens einen integrierten Wellenleiters (18) an einer Oberfläche des Halbleitermoduls (10) angeordnet ist.
10. Halbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leiterstruktur des wenigstens einen integrierten Wellenleiters (18) ein Leitergehäuse oder ein Leiterkäfig ist.
1 1 . Radarsensor mit einem Halbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Kraftfahrzeug-Radarsystem mit einem Halbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
13. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (10) mit wenigstens einem integrierten Wellenleiter (18) für Radarsignale, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterchips in Form einer integrierten Schaltung (14), insbesondere einer monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung; und Herstellen einer an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht (34) eines Gehäuses des Halbleitermoduls (10), wobei in die Gehäuseschicht (34) wenigstens ein Wellenleiter (18) integriert wird, der eine Leiterstruktur (20, 22, 24) aufweist, die ein Inneres des Wellenleiters (18) seitlich umgibt; wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst:
Herstellen einer Umverdrahtungsschicht (36) zumindest auf einer Seite der Gehäuseschicht (34).
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