嵌入式毫米波相控陣列模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的實(shí)施例大體上涉及集成電路。一些實(shí)施例涉及嵌入式毫米波相控陣列模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]由于日益擁擠的頻譜，電子設(shè)備制造商最近對(duì)頻率可為60GHz及以上的無(wú)線電設(shè)備的集成非常關(guān)注。集成至電子器件中的毫米波波)無(wú)線電設(shè)備可提供具有幾吉比特每秒(Gbps)量級(jí)的數(shù)據(jù)速率的短距離高速數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]將毫米波無(wú)線電管芯(rad1 die)附著至襯底材料的疊層的一個(gè)問(wèn)題是，與其他材料相比，在襯底中使用的毫米波電介質(zhì)材料會(huì)相對(duì)昂貴，因此，限制了這種無(wú)線電設(shè)備在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的大量應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)的襯底材料比其它類(lèi)型的電介質(zhì)材料在毫米波頻率上可能表現(xiàn)出較差的電性能(例如，電損耗)。
[0004]存在用于將毫米波無(wú)線電管芯添加至襯底疊層的普遍需求。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1示出了使用倒裝芯片襯底技術(shù)的毫米波相控陣列模塊的典型的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例的橫截面圖。
[0006]圖2示出使用嵌入式管芯技術(shù)的毫米波相控陣列模塊的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。
[0007]圖3示出使用嵌入式管芯技術(shù)的毫米波相控陣列模塊的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。
[0008]圖4示出使用嵌入式管芯技術(shù)的毫米波相控陣列模塊的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。
[0009]圖5示出用于制造使用嵌入式管芯技術(shù)的毫米波相控陣列模塊的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0010]圖6示出使用相控陣列模塊的系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖7A-7K示出使用無(wú)凸塊內(nèi)建層(bump-less build-up layer)-無(wú)芯工藝制造嵌入式毫米波相控陣列模塊的流程。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面的描述和附圖充分地說(shuō)明了具體的實(shí)施例，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)之。其它實(shí)施例可包括結(jié)構(gòu)、邏輯、電氣、工藝和其它變化。一些實(shí)施例的部分和特征可包括在其它實(shí)施例的部分和特征中，或被其它實(shí)施例的部分和特征取代。權(quán)利要求中闡述的實(shí)施例涵蓋這些權(quán)利要求所有可用的等效形式。
[0013]隨后的論述涉及集成電路。術(shù)語(yǔ)集成電路不僅可指電子電路，而且指任何管芯、薄膜、襯底(例如，硅)和/或用于安裝電路的其它材料。因此，如本文中所使用的，集成電路可包括形成在管芯、襯底、薄膜和/或用于安裝電路的任何其它材料上或作為管芯、襯底、薄膜和/或用于安裝電路的任何其它材料的部分的電路。襯底也可是集成電路的一部分。
[0014]隨后的論述也涉及襯底的上組和下組。這些僅僅是用于說(shuō)明和參考的目的的標(biāo)記，而并不意味著不同的襯底或襯底組的任何必需取向。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，圖示出的實(shí)施例可示出為與實(shí)際的制造取向相反。
[0015]圖1示出附著至集成電路封裝120的典型的現(xiàn)有技術(shù)毫米波無(wú)線電集成電路100的橫截面圖。集成電路封裝120可包括天線層105和布線層(routing layer) 106。
[0016]該天線層105可包括沿著封裝120的頂表面的多個(gè)天線元件110。天線元件110可通過(guò)通孔126和/或金屬跡線親合至布線層106。
[0017]布線層106可包括實(shí)現(xiàn)集成電路封裝120的功能的電路。布線層106可包括實(shí)現(xiàn)該功能的多層金屬跡線和電路。布線層106也可具有可耦合至焊球或凸塊101、102的多個(gè)焊盤(pán)107。
[0018]焊球101、102可用于將集成電路封裝120連接至其它襯底(未示出)。例如，較大的焊球102可用于將布線層106上的電路連接至其它襯底上的電路。較小的焊球101可用于將布線層106上的電路連接至毫米波無(wú)線電集成電路100。因此，毫米波無(wú)線電集成電路100可連接至集成電路封裝120的表面。這類(lèi)無(wú)線電設(shè)備可用于無(wú)線擴(kuò)充基座應(yīng)用、后硅驗(yàn)證、快速同步和下載以及無(wú)壓縮高清(HD)視頻的無(wú)線傳輸。
[0019]圖1的封裝設(shè)計(jì)的一個(gè)問(wèn)題是，整個(gè)封裝120可使用相同的毫米波電介質(zhì)材料(例如，低溫共燒陶瓷(LTCC)、液晶聚合物(LCP))，以最小化布線損耗并提高天線效率。相比于其他材料，這些材料可能相對(duì)昂貴。與這樣的堆疊相關(guān)的高成本可能是在低成本消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上應(yīng)用毫米波相控陣列器件的一個(gè)限制因素。與使用具有焊球的倒裝芯片(FC)管芯相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是，球在回流期間展開(kāi)，并可能導(dǎo)致可造成電短路的焊料橋接。在嵌入式管芯技術(shù)中，通孔用作第一級(jí)互連，因而有可能采用更細(xì)間距進(jìn)行設(shè)計(jì)，并提供不同代技術(shù)的某種程度的擴(kuò)展性。
[0020]如圖2所示，信號(hào)發(fā)生/接收電路(例如，毫米波無(wú)線電集成電路)200可嵌入(例如，內(nèi)部安裝)至電子器件的襯底疊層的一組下部襯底層210中的一個(gè)中，用于產(chǎn)生或接收信號(hào)(例如，相控陣列模塊)260。通過(guò)將毫米波無(wú)線電集成電路200嵌入至下部襯底層210中而不是表面安裝，不同的材料可用在相控陣列模塊260的襯底疊層中。因此，下部襯底層210可包括標(biāo)準(zhǔn)封裝襯底材料，而僅有上部襯底層211可能包括相比于下部襯底層210的材料表現(xiàn)出較低的電損耗的、更昂貴的毫米波襯底材料。
[0021]例如，在60GHz附近，上部襯底層211的路由(routing)跡線(例如，毫米波的襯底材料)可表現(xiàn)出約0.5-2dB/cm的損耗，而下部襯底層210的路由跡線(例如，標(biāo)準(zhǔn)封裝襯底材料)可表現(xiàn)出約8dB/cm的損耗。與在襯底表面上安裝毫米波無(wú)線電集成電路200并對(duì)于整個(gè)模塊僅使用毫米波襯底材料相比，這可降低成本并提高電性能(例如，天線效率提高約20% )。
[0022]圖2示出了相控陣列模塊260中的嵌入式毫米波無(wú)線電集成電路200的實(shí)施例的橫截面圖。所示的實(shí)施例可使用嵌入式管芯技術(shù)來(lái)將毫米波無(wú)線電集成電路200嵌入至相控陣列模塊260的襯底疊層的下部襯底層210中。管芯可使用無(wú)凸塊內(nèi)建層技術(shù)附著至襯底萱層。
[0023]作為一個(gè)示例，嵌入式管芯技術(shù)可包括制造毫米波無(wú)線電集成電路200，包括焊盤(pán)延展區(qū)和接合焊盤(pán)的形成。下部襯底層210可形成為包括待接合至毫米波無(wú)線電集成電路200的通孔201-204。無(wú)線電集成電路200隨后可通過(guò)模制或包封而嵌入至下部襯底層210中。嵌入式管芯技術(shù)的這個(gè)示例的僅用于說(shuō)明的目的。其它嵌入技術(shù)可被使用。嵌入式管芯技術(shù)可因此使毫米波無(wú)線電集成電路200通過(guò)電鍍的通孔而不是表面安裝而內(nèi)部耦合至該相控陣列模塊260。這可使得在通孔和互連之間使用更細(xì)的間距。
[0024]下部襯底層210可由標(biāo)準(zhǔn)封裝襯底材料制成。例如，下部襯底層210可由Ajinomoto內(nèi)建薄膜(ABF)、環(huán)氧電介質(zhì)材料或某一其它類(lèi)型的類(lèi)似材料制成。公開(kāi)的用于下部襯底層210的材料僅用于說(shuō)明的目的。
[0025]下部襯底層210可包括相控陣列模塊260的襯底疊層的所有低頻信號(hào)跡線和功率輸送網(wǎng)絡(luò)。下部襯底層210的通孔和跡線可連接至第二級(jí)互連，例如上部襯底層211的球柵陣列(BGA)和/或連接盤(pán)柵格陣列(LGA，land grid array)，隨后將參考圖3進(jìn)行論述。
[0026]下部襯底層210可包括用于將相控陣列模塊260的襯底疊層的一層與相控陣列模塊260的襯底疊層的另一層連接的金屬路由跡線、通孔和/或微孔。例如，下部襯底層210可包括層280、281。
[0027]焊球250可耦合至焊球焊盤(pán)，所述焊球焊盤(pán)通過(guò)通孔262耦合至或是部分跡線和/或電路。例如，下部襯底