CN108370083A - 用于平台级无线互连的天线 - Google Patents

Abstract

针对平台级无线互连描述了天线。在一个示例中，基本上平的封装基板具有所附接的无线电设备。封装基板上的导电传输线电连接到无线电设备，并且天线附接到连接到导电传输线的封装基板，所述天线向封装的侧面进行辐射。

Description

用于平台级无线互连的天线

技术领域

本说明书关于用于集成电路封装之间的通信的天线，并且特别是关于具有用于向侧面引导辐射的辐射图的天线。

背景技术

在多CPU服务器、多CPU高性能计算机以及其他多芯片***中，在不同CPU之间的或者在CPU与其他***组件之间的直接高速通信可以大大地提高总体***性能。直接通信减少通信开销和延迟。这对数据被写入到共享存储器池的使用场景尤其适用。直接通信可以通过在承载CPU的***板上添加开关或者开关矩阵来实现。

可以通过***板进行到开关的连接。这对于套接CPU而言要求通过插座引脚传送数据。插座连接的数量***座的大小所限制。数据率也被CPU、插座和***板之间的材料和接口所限制。也可以使用柔性上侧连接器进行到开关的连接。这些连接器利用专用电缆将一个芯片直接连接到另一个芯片，从而避开插座和***板。上侧连接器提供更高的数据率，但是更昂贵。此外，封装更复杂，并且将封装组装到***中更复杂，因为电缆必须在所有芯片都就位之后被放置和连接。

附图说明

在附图的各图中，作为示例而不是作为限制，图示了实施例，在附图中类似的参考数字指代相似的元件。

图1是按照实施例的用于芯片到芯片通信的无线互连的侧视横截面图。

图2是按照实施例的具有无线互连的封装的替代配置的横截面侧视图。

图3是按照实施例的无线电芯片和相关组件的方框图。

图4是按照实施例的具有多个用于芯片到芯片通信的无线互连的封装的顶视图。

图5是按照实施例的具有多个高速接口的计算***的方框图。

图6是按照实施例的用于侧面辐射的渐变槽天线（tapered slot antenna）的等距透明视图。

图7是按照实施例的用于侧面辐射的替代的渐变槽天线的等距透明视图。

图8是按照实施例的用于侧面辐射的贴片天线和裸片盖的等距透明视图。

图9是按照实施例的图8的贴片天线和裸片盖的横截面侧视图。

图10是按照实施例的用于在封装层内使用的用于侧面辐射的渐变天线的等距透明视图。

图11是按照实施例的图10的渐变天线的替代的等距透明视图。

图12是按照实施例的图10的渐变天线的横截面侧视图。

图13是按照实施例的安装到封装基板上的用于侧面辐射的芯片天线的等距视图。

图14是按照实施例的用于通过波导的芯片到芯片通信的无线互连的横截面侧视图。

图15是按照实施例的合并无线接口的计算设备的方框图。

具体实施方式

如在本文中所描述的，在CPU之间、在CPU和开关之间、以及在CPU和其他芯片之间使用无线互连。开关可以对所有的无线信号进行解调和下转换，并且然后重新传输它们。替代地，开关可以使用直接通带或无源切换，诸如自由空间反射器、透镜和波导。反射器和其他无源装置甚至可以被附接到***板或者壳体或者其他外壳。利用毫米波，传播与利用节点之间的定义明确的传播路径的光传播的传播非常相似。波是高度方向性的，但是不如具有自由空间光学器件的情况那样对对准敏感。此外，毫米波载体能够提供非常高的数据率、诸如160Gbps或者更高，具有比激光二极管更低的功率消耗。

通过插座和***板的铜迹线（copper trace）被可用空间和路由层所限制。铜迹线不是理想的信号载体，并且许多从引脚到通孔到层的接口导致信号退化、反射、噪声和干扰。毫米波无线收发机可以使用高级CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺来实现。这些收发机可以与CPU相比被制造为小的，并且要求在大型CPU或者芯片组封装上的非常小的空间。因此，许多收发机可以集成在具有CPU或者芯片组裸片的封装上或者集成到该封装中，而不显著地增加封装的大小。此外，所要求的空间小于光学和柔性（亦称flex）电缆连接器所要求的空间。即使当使用有源中继器时，对于解调制器、重调制器和放大器***而言针对短距离用毫米波也要求非常小的空间。

在单个***中多个封装的组装利用无线连接器比利用电缆和光纤更简单，因为无线电信号可以在不耦合和干扰的情况下彼此交叉。这使得创建网状网络简单得多。除了波束交叉之外，它们还可以***控。如果封装适当地被放置，则每个CPU可以使用相同的天线组通过利用相控阵或者其他设备操控毫米波束来与任何其他CPU通信。操控或者定向天线还允许与在收发机的平面外的封装通信。可以在三个维度中的任何维度中引导通信，使得例如在母板上的CPU可以与母板之上的存储刀片（storage blade）或者甚至与足够接近的外部设备通信。

两个主要组件可以被用于所描述的实现方案中的许多实现方案。无线毫米波节点在至少两个CPU或者其他封装和无线开关上。毫米波节点具有毫米波无线电裸片和天线。毫米波无线电裸片可以是在与CPU相同或不同的裸片中的CPU封装的一部分。无线电设备还可以在具有到CPU或其他裸片的连接的单独封装中。节点可以专用于CPU、存储器、非易失性存储装置、芯片组或者任何其他所期望的高速裸片或者设备。节点不必与开关或者彼此在相同的母板上。两个节点之一可以在不同的母板上或者在机壳组件上。无线通信和开关的一个优点在于，还可以存在多于两个节点。

在平台之内的无线芯片到芯片或者芯片到开关通信中，侧面辐射天线可以被用于提供与邻近组件的直接视线通信，如例如在图1中所示的。为了实现向侧面被引导的辐射，需要新天线结构来确保最大辐射方向是向侧面的并且最小化在其他方向上的辐射。

图1是用于芯片到芯片通信或者用于自由空间光学器件的使用天线的无线互连的一个示例的一般等距视图。第一芯片108和第二芯片110各自使用球状网格阵列（BGA）、连接盘网格阵列（LGA）或者包括焊盘、引线或者其他连接器的其他连接***被安装到相应的封装104、106上。封装使用焊球阵列或者任何其他所期望的***被安装到印刷电路板（PCB）102、诸如母板、***或者逻辑板、或者子卡上。封装通过PCB上或者中的迹线（未示出）被电连接到外部组件、电源（power）、和任何其他所期望的设备。芯片还可以通过PCB彼此连接。封装可以取决于特定实现方案使用插座（未示出）被安装到PCB上。

第一和第二封装104、106在本文中作为中央处理单元并且特别是作为服务器CPU被讨论。然而，在本文中所描述的技术和配置可以被应用于许多不同类型的封装，对于所述封装，高速通信链路将是合适的。在一些实现方案中，封装可以包括许多不同的功能，诸如具有***级封装（SiP）。在其他实现方案中，封装可以是存储器、通信接口集线器、存储设备、协处理器或者任何其他所期望类型的封装。此外，两个封装可以不同，使得例如一个可以是CPU，而另一个可以是存储器或者芯片组。

每个芯片还通过封装连接到一组无线电设备132、134、136、138。第一封装104具有外部无线电设备，而在第二封装106中，无线电设备被集成到芯片110中。无线电设备可以由单个裸片、或者具有多个裸片的封装、或者使用另外的技术形成。每个无线电设备靠近封装的边缘被安装到封装上，该边缘靠近于其他芯片。封装可以包括铜迹线、线路、或者层，以将芯片的特定连接盘、焊盘、或者焊球连接到用于数据和控制信号的无线电裸片。无线电裸片还可以连接到芯片以向无线电裸片提供功率。替代地，无线电裸片可以从外部源通过到PCB的封装连接获得功率。

一组天线112、114、116、118被安装到第一封装104上，并且各自耦合到相应的无线电设备132、134、136、138。另一组天线122、124、126、128被安装到第二封装106上。每个天线耦合到芯片110的相应无线电部分。极其小的天线可以被使用，所述天线被集成到封装基板上或者封装基板中。天线被配置为使得当封装被安装到PCB上时，天线指向彼此。在天线之间的短距离允许两个芯片之间的低功率和低噪声连接。无线互连减少用于计算平台的插座的复杂性以及母板的复杂性。

虽然不同频率可以被用于适应特定实现方案。毫米波和亚太赫兹（sub-THz）频率允许如下天线，该天线足够小以集成在通常被用于芯片的相同封装上。天线还可以使用在封装基板的制造中所使用的相同材料来构造，并且仍然展现出良好的电气性能。

在一些实施例中，服务器可以利用多个CPU来构造。每个CPU可以被安装到如下封装上，该封装具有多个并行的无线电裸片和天线组以在服务器之内在两个CPU之间提供多个并行通道。针对毫米波信号所准许的小型天线大小允许用于CPU之一的封装的每个天线指向用于另一CPU的封装上的相应天线。这种配置可以被用于组合并行无线电连接以及提供每秒万亿比特的数据率。

在一些实施例中，可以使用宽带无线互连。例如，在无线电设备在从100到140GHz的无线电频率范围中操作的情况下，包括排除区域的每个天线的大小可以小如1.25x1.25mm到2.5x2.5mm。实际天线可以更小。考虑一个典型的服务器CPU封装，多于30个1.25x1.25mm的天线可以沿着封装的一边放置。这将允许多于30条单独链路，所述单独链路各自在短距离内各自承载40-80Gb/s。单独链路可以全部被用于与单个第二芯片通信，如在图1中所示的，或者可以存在紧挨着CPU封装的不同天线被放置的不同封装天线。这允许CPU封装使用不同链路与不同芯片通信。

除了图1的简单的点到点连接之外，点到多点传输也可以在不使用外部开关矩阵的情况下被提供。多个芯片封装的天线可以被定位在CPU封装之一的一个天线或者多个天线的范围之内。多个芯片封装可以全部从CPU封装同时接收相同信号。为了控制多个芯片封装中的哪一个接收传输，无线电设备和天线***可以包括波束操控。

图2是具有超高速无线电收发机的封装的替代配置的横截面侧视图。与图1的示例相比，在该示例中，无线电设备和天线被放置在封装基板202的层之内的不同位置中。该方法允许封装的覆盖区（footprint）或者上表面面积被减小，但是可能导致封装更高。

封装或封装基板202具有使用焊球、连接盘网格（land grid）、焊盘或任何其他合适的连接***附接到上侧的集成电路芯片204。在该示例或者任何其他示例中的芯片可以是CPU、存储器、接口或者通信集线器、或者任何其他集成电路或者数据设备。基板具有在基板的相对侧上的空腔208。与承载集成电路芯片的上侧相比，这被示出为底侧。底侧包括焊球210或者其他类型的到***板220的连接。如在其他示例中那样，封装202可以通过插座、子卡或者以各种各样其他方式中的任何方式连接到***板。无线电设备206使用焊球、连接盘网格、焊盘或任何其他合适的连接***附接到空腔208内部的基板的相对侧。

上侧芯片204通过其输出焊盘中的一些焊盘耦合到基板202的上侧上的表面迹线214。这些迹线通过基板连接到通孔216，所述通孔连接到空腔中的连接焊盘以将上侧芯片连接到无线电设备208。无线电设备可以以另外的方式被耦合，但是通孔提供通过封装基板到无线电设备的快速和直接连接。无线电设备然后又通过通孔218从其连接焊盘连接到天线。在该示例中，一个天线222在靠近基板的上侧的层中，并且另一个天线224被嵌入在基板内。上侧天线可能更容易制造，而嵌入式天线可以提供更小的封装覆盖区。所有天线都可以在封装的上侧上，或者所有天线都可以被嵌入到封装中，或者可以使用混合布置（mix），如此处示出的。

图3是可以被用于在本文中所描述的无线互连的收发机或者无线电芯片***架构和所连接的组件的一个示例的方框图。取决于特定实现方案，收发机芯片可以采用各种各样其他形式，并且可以包括附加功能。该无线电设计仅作为示例被提供。无线电芯片350被安装到封装基板352上，主集成电路裸片或者芯片202、203也被安装到该封装基板上，如在图1中所示的。基板352被安装到PCB或者母板上。无线电封装可以包括本地振荡器（LO）302或者到外部LO的连接，并且可选地包括允许代替内部LO或者除了内部LO之外使用外部LO馈送的开关。LO信号可以通过放大器和乘法器、诸如有源倍频器308和0/90°正交混合网络310以驱动上转换器（upconverter）和混合器314。

RX（接收）链320可以包含在封装中的接收天线356，该接收天线耦合到低噪声放大器（LNA）322以及具有用于模数转换的下转换器（downconverters）312的宽带基带（BB）放大链324。TX（发射）链340可以包括到上转换器314的BB数字驱动器链342，以及到发射天线358的功率放大器（PA）344。可以存在用于通过多个信道同时发射和接收的多个发射和接收链。取决于特定实现方案，可以以不同方式组合或合并各种信道。

TX和RX链两者都通过基板耦合到天线。可以存在用于TX和RX的单个天线，或者可以存在单独的RX和TX天线，如所示出的。天线可以被设计成具有不同的辐射图以适应不同无线连接。这可以允许芯片与在母板上的不同位置中的多个天线通信。窄波束发射和接收模式允许功率被集中在单个方向上以用于与仅仅一个其他设备通信。

图4是在单个微服务器封装上的多个无线互连的实现方案的示例的顶视图。在该示例中，单独天线被用于发射和接收，但是也可能在Tx和Rx链之间共享天线。天线大小可以取决于载波频率、所期望的增益、和传输范围从1.25x1.25mm或者更小变化到2.5x2.5mm或者更大。

单个集成电路芯片或者裸片402包括处理和基带***两者，并且被安装到封装404上。芯片的基带部分通过封装上迹线403耦合到无线电芯片或者裸片，所述无线电芯片或者裸片又通过封装耦合到天线。在该示例中，集成电路芯片是用于微服务器的CPU，并且是长方形的。在CPU的四个侧面的每个侧面上存在无线电芯片。在附图中被示出为上、左和底侧的侧面各自具有耦合到相应的Tx、Rx天线对426、412、422的相应的无线电设备424、410、420。被示出为右侧的侧面示出五个无线电设备，其各自连接到相应的天线对。在每个侧面上的无线电设备和天线的数量可以基于在每个方向上的通信速率需要来确定。

在微服务器封装上可能要求非常少的高速链路。单个链路能够跨越几厘米的距离提供超过40Gb/s的数据率。对于最大50cm的传输距离，数据率可以仍然是大约5-10Gb/s。

图4示出在一个封装的相同侧面上实现的许多无线链路。这允许聚合数据率被增大。替代地，数据可以被发送到在相同大方向上的不同其他设备。无线电芯片和天线两者都朝向封装的边缘被放置，以限制无线电路径中可能来自于散热器和散热片的阻碍。一般而言，铜迹线基带信号的损耗比RF（射频）信号通过相同铜迹线的损耗小得多。因此，无线电芯片可以保持非常接近天线。这由于RF路由通过基板而限制电信号和功率损耗。无线电芯片可以以所期望的任何方式被安装到封装上，并且甚至可以被嵌入在基板中或者是基板的一部分。通过使用多个无线电设备，封装上毫米波无线互连可以针对极高数据率应用而被缩放。这在诸如服务器和媒体记录、处理、和编辑***之类的***中可能是有用的。如所示出的，多个链路可以被放在一起以实现接近Tb/s的数据率。

图5是具有多个高速接口的计算***500的方框图，所述高速接口可以使用在本文中所描述的无线连接来实现。计算***可以被实现为服务器、微服务器、工作站或者其他计算设备。***具有两个处理器504、506，其具有多个处理核，尽管取决于特定实现方案，可以使用更多处理器。处理器通过诸如在本文中所描述的无线互连之类的合适的互连耦合在一起。处理器使用诸如在本文中所描述的无线连接之类的合适的连接各自耦合到相应的DRAM（动态随机存取存储器）模块508、510。处理器还各自耦合到PCI（***组件互连）接口512、514。该连接还可以是有线的或者无线的。

PCI接口允许到诸如图形处理器516和用于显示、存储和I/O的其他高速I/O***之类的各种各样的高速附加组件的连接。图形处理器驱动显示器518。替代地，图形处理器是在处理器中的一个处理器或者两个处理器之内的核或裸片。图形处理器还可以通过芯片组耦合到不同接口。

处理器还都耦合到芯片组502，该芯片组提供用于许多其他接口和连接的单个接触点。取决于实现方案，到芯片组的连接还可以是有线的或者无线的，处理器中的一个或者两个处理器可以连接到芯片组。如所示出的，处理器504可以具有到一个或者多个处理器506、存储器508、***组件512、和芯片组502的无线连接。这些连接全部都可以是无线的，如通过图4的多个无线电设备和天线所暗示的。替代地，这些连接中的一些连接可以是有线的。处理器可以具有到其他处理器的多个无线链路。相似地，芯片组502可以具有到处理器中的一个或者多个处理器以及到各种***接口的连接，如所示出的。

芯片组耦合到USB（通用串行总线）接口520，该USB接口可以提供用于到包括用户接口534的各种各样的其他设备的连接的端口。芯片组可以连接到SATA（串行高级技术附件）接口522、524，其可以提供用于大容量存储装置536或者其他设备的端口。芯片组可以连接到其他高速接口、诸如具有用于附加的大容量存储装置528的端口的SAS（串行附接小型计算机串行接口）接口526、附加PCI接口530和通信接口532（诸如以太网、或者任何其他所期望的有线或无线接口）。所描述的组件全部都安装到一个或多个板和卡上，以提供所描述的连接。

以下图提供在封装基板中和在散热器中的具有高增益并且可以侧向地辐射的不同毫米波天线结构。在一些实施例中，天线能够以两种相反极化辐射，这允许使用相同的频率带宽使数据率加倍。

与封装的上表面垂直地或正交地辐射的天线不适合用于在图1和2中所示出的应用。对于面内芯片到芯片通信，侧面辐射天线提供更有用的分布模式。

图6是适合于向封装的侧面引导辐射并且在120GHz处或者接近120GHz产生水平极化的渐变槽天线的等距透明视图。这样的渐变槽天线可以被集成在封装的侧面上，或者被放置在封装之上。如在图7中所示出的，天线在x-y平面中辐射平行于封装平面的水平极化。

天线具有中央带状线或者微带606，其耦合到向槽线610的过渡部608。槽线通过下V形导电板602和上平导电板604来限定。顶板以与带状线相隔一定距离结束，而下板以与带状线相隔一定距离外倾，以允许波辐射。带状线或者微带耦合到无线电设备，以接收调制数据信号。

不同渐变函数（诸如线性、指数和椭圆）可以被用于实现所期望的辐射和带宽特性。取决于特定实现方案，天线的顶层可以是铜平面或者另外的材料。

图7是具有替代构造的相似渐变槽天线的等距透明视图。在该示例中，带状线706仍然被安装在上导电板704和下导电板702之间。带状线将已调制无线电信号传导到渐变部（taper）710中。然而，在该示例中，渐变槽不是由图6中的固体面板形成，而是利用导电柱708的阵列形成，所述导电柱以一种模式被放置在上和下板之间的空间中。导电柱也可以工作，但是使用标准基板处理技术更容易形成。此外，取决于所使用的封装技术，相似的结构可以在垂直于封装的平面中实现并提供正交极化。

图8是适合于与所描述的封装一起使用的标准的或者短路的电容耦合的贴片天线的等距透明视图。图9是用于将辐射从封装侧向地引导到另外的组件的相同天线的横截面侧视图。图8和9的标准或者短路的贴片天线使用散热器的边缘作为反射器以引导辐射远离天线，如在图10中所示出的。功率的一部分被向上辐射，但是与不具有反射器的相同天线相比，功率的显著部分被辐射到封装的侧面。散热器的侧面可以被成形或者雕刻以提供甚至更多指向性。

参考图8和9，通过馈送通孔802将已调制射频（RF）数据馈送到天线。馈送通孔沿着腔室内的底部贴片804来输送能量，所述腔室通过在底部贴片之下的底板812、底部贴片之上的顶部贴片810、在腔室的一端处的一组短路通孔和在腔室的相对端处的垂直反射器808来限定。腔室的特性可以被调整以适应进入的RF能量的特定频率和调制特性。腔室沿着基板的表面主要是平面的，并且具有上端口814，通过该上端口供应能量。该端口对着反射器的垂直表面，使得制止能量朝着反射器前进，并且能量的显著部分水平地传播或者远离垂直反射器传播到侧面。

垂直反射器可以采用各种各样不同形式中的任何形式。垂直导电表面可以附接到基板或者作为天线的一部分形成。替代地，可以使用用于封装的盖。该盖可以是在电子和其他组件上所密封的用于外部保护的简单的保护盖。反射器还可以是用于芯片的散热器、诸如集成散热片或者相似类型的组件。

图10、11、12示出替代的侧面辐射天线设计。如所示出的，长方形或者脊形波导可以集成到封装中以提供垂直极化。集成的波导天线被渐变以创建封装中的喇叭状结构。数个过渡结构可以被实现，以允许不同的带宽和基板材料。

图10是具有远离页面的传输方向的天线920的等距透明视图。图11是从侧面几乎从相同天线920的侧面看的等距透明视图。图12是相同天线920的侧视图。天线坐落于基板902上，该基板可以是封装基板的上层，或者其可以是中间层。基板可以由各种各样的介电材料中的任何介电材料形成，所述介电材料包括聚合物、氧化物和树脂。传输线904形成在基板上，并且为了发射，该传输线将已调制数据信号从无线电设备传导到天线。为了接收，该传输线将已调制数据信号从天线传送到无线电设备。

天线形成在基板上，该基板具有在该基板之上的底部地表面908和在底部地表面之上并且与底部地表面间隔开的顶部地表面912。这些表面由可以是沉积层或者被涂敷薄板的导电材料形成。在顶和底层之间的耦合孔906将传输线连接到喇叭形结构的内部。壁914形成在耦合孔的任一侧上。壁在波导喇叭的端部处尖灭（taper out）为出口/入口端口916。端口发送和接收具有特定极化（垂直或者水平）的毫米波信号。壁914可以由固体导电薄板或者层形成，但是在该情况下由一系列柱形成。这些柱可以容易地使用被用于垂直信号通孔的钻孔或者蚀刻和填充技术形成在封装基板中。在处于适当间隔的柱的情况下，所述柱对于特定频率范围内的RF信号而言将表现为固体壁。

如上面所提及的，喇叭状波导天线可以形成在封装基板内，或者其可以单独地被制造并且然后被附接到封装基板的顶或者底面。在一些应用中，外部安装芯片天线可以提供更好的性能。例如，在高操作频率下，封装材料可能导致显著损耗。外部芯片天线允许代替常规的高损耗封装基板而使用低损耗天线基板。在其他应用中，在封装上或者封装中的路由空间可能是有限的。芯片天线可以比集成天线使用封装内部的更少面积。芯片天线可以被设计用于与特定封装一起使用以提供最佳的总电气性能。

图10、11、12的天线可以使用SIW（基板集成波导）技术来制造。SIW喇叭形天线然后可以使用标准SMT（表面安装技术）焊接组装被安装在封装902上。从封装路由到SIW的过渡可以使用在喇叭形天线和封装基板之间的标准焊接凸点910来完成。焊接凸点还可以被用于提供用于顶部和底部接地平面912、908的电气接地连接。取决于特定实现方案，如果喇叭形天线形成在基板中，则可能不存在任何焊接凸点。

图13是安装到封装基板上的替代类型的芯片天线的等距视图，其中垂直微带天线通过将芯片天线组装到封装上或者通过诸如3D打印之类的增材制造（additivemanufacturing）而形成在主封装的顶面之上。在该示例中，贴片天线158被安装在外壳156内部。外壳在封装152上被安装在传输线154之上。传输线被沉积、打印或者压制到封装上。天线外壳被附接，使得天线馈送线连接到传输线。在封装上的传输线连接到无线电设备（未示出）以接收和发射毫米波信号。

贴片天线158使用SMT或者任何其他合适的技术直接耦合到封装。取决于封装和***板配置的总体结构，天线可以被附接到封装的顶部或者底部。对于毫米波***而言，取决于操作频率，贴片天线和外壳可以在大小上为2x2x1mm或者更小或者更大，使得许多这样的贴片天线可以被使用在相同的封装上，如由图4所暗示的。与芯片天线158、920相似的结构可以直接被打印在封装之上。增材或者3D打印以及其他技术可以被使用。增材打印允许精确的对准，并且允许利用集成透镜和其他复杂结构来制造复杂天线结构或天线。

图14示出用于侧面辐射天线结构的另一方法，该方法也使用安装在封装基板之上或者之下的散热器或者其他结构。在该情况下，使用散热器。以毫米波，适当波导相对于封装的大小是小的，例如直径几毫米。这允许导引结构被创建在散热器内部，而不显著影响散热器的热耗散性能。

在图14中，***板或者母板162的一部分具有使用插座、SMT、球或者连接盘网格阵列或者任何其他技术安装到该部分的表面的两个封装164、166。基板各自承载相应的集成电路裸片168、170，所述集成电路裸片可以是处理器、通信接口、存储器、图形处理器或者任何其他类型的裸片。裸片两者都被散热器172、174覆盖。散热器以各种各样合适的方式中的任何方式热耦合到相应的裸片。两个封装都具有在封装的表面上的小型天线176、178，该天线耦合到封装上或者主裸片内的无线电裸片（未示出）。

在封装上的小型天线176、178将能量耦合到相应散热器中的波导180、182，并且耦合来自相应散热器中的波导180、182的能量。波导具有垂直波导管，以收集信号并且使所述信号从封装表面向上移动。波导各自具有弯管，该弯管然后侧向地引导RF信号。从弯管开始，波导各自包括将RF信号向其他封装引导的水平喇叭形部分184、186或者其他类型的天线。封装被定位成接近彼此，并且每个喇叭直接指向其他喇叭，使得RF信号可以在两个喇叭之间被发送和接收。对于所示出的典型的毫米波波导结构而言，笔直的波导部分大约2x2mm，并且在正方形、长方形、椭圆形或者圆形的情况下用于喇叭外倾的尺寸是2-4mm。这些尺寸可以被适配以适应用于不同应用的不同载波频率。波导的大小被增大，并且不成比例地被示出以更好地示出本发明的特征。可以使用不同的喇叭和其他渐变和导引形状以适应不同信号类型和不同散热器材料。在该情况下的喇叭可以支持垂直和/或水平极化。然而，不同形状可以被用于允许仅仅一种类型的极化或者对信号施加其他限制。

虽然图1和14示出两个封装使用相同的天线结构进行通信，但是这不是要求的。每个封装可以使用最佳地适应特定封装并且能够进行到另外的封装的RF连接的天线结构来制造。不同封装可以使用不同天线结构，条件是两种结构都能够发送和接收相同波形、调制和极化。

图15图示按照另一个实现方案的计算设备100。计算设备100容纳板2。板2可以包括许多组件，其包括但不限于处理器4和至少一个通信芯片6。处理器4物理耦合并且电耦合到板2。在一些实现方案中，至少一个通信芯片6也物理耦合并且电耦合到板2。在另外的实现方案中，通信芯片6是处理器4的一部分。

取决于其应用，计算设备11可以包括其他组件，所述其他组件可以或者可以不物理耦合并且电耦合到板2。这些其他组件包括但不限于易失性存储器（例如，DRAM）8、非易失性存储器（例如，ROM）9、闪速存储器（未示出）、图形处理器12、数字信号处理器（未示出）、密码处理器（未示出）、芯片组14、天线16、诸如触摸屏显示器之类的显示器18、触摸屏控制器20、电池22、音频编解码器（未示出）、视频编解码器（未示出）、功率放大器24、全球定位***（GPS）设备26、罗盘28、加速度计（未示出）、陀螺仪（未示出）、扬声器30、相机32、和大容量存储设备（诸如硬盘驱动器）10、光盘（CD）（未示出）、数字通用光盘（DVD）（未示出）等等。这些组件可以被连接到***板2、被安装到***板上、或者与其他组件中的任何组件组合。

通信芯片6实现用于将数据传输到计算设备11以及从计算设备11传输数据的无线和/或有线通信。术语“无线”及其衍生物可以被用于描述可以通过使用通过非固体介质的已调制电磁辐射来传送数据的电路、设备、***、方法、技术、通信信道等等。该术语并不暗示相关联的设备不包含任何电线，虽然在一些实施例中所述设备可能不包含电线。通信芯片6可以实现许多无线或者有线标准或协议中的任何标准或协议，其包括但不限于Wi-Fi（IEEE 802.11族）、WiMAX（IEEE 802.16族）、IEEE 802.20、长期演进（LTE）、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G及以后（beyond）的任何其他无线和有线协议。计算设备11可以包括多个通信芯片6。例如，第一通信芯片6可以专用于较短距离无线通信、诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信芯片6可以专用于较长距离无线通信、诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等等。

在一些实现方案中，组件中的任何一个或者多个组件可以被适配以使用在本文中所描述的无线连接。图15的***的特征可以适配于图7的***的特征，并且反之亦然。例如，图15的***可以承载多个处理器。图5的***可以包括在图15中示出的***设备中的任何一个或者多个***设备。术语“处理器”可以指代处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换成可以被存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或者设备的一部分。

在各种实现方案中，计算设备11可以是膝上型电脑、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、超级移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数字相机、便携式音乐播放器、或者数字视频记录器。在另外的实现方案中，计算设备11可以是处理数据的任何其他电子设备，包括穿戴式设备。

实施例可以被实现为一个或者多个存储器芯片、控制器、CPU（中央处理单元）、使用母板互连的微芯片或者集成电路、专用集成电路（ASIC）、和/或现场可编程门阵列（FPGA）的一部分。

对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“各种实施例”等的引用指示如此描述的（多个）实施例可以包括特定特征、结构或者特性，但是并非每个实施例必定包括所述特定特征、结构或者特性。此外，一些实施例可以包括针对其他实施例所描述的特征中的一些、所有特征或者不包括针对其他实施例所描述的任何一个特征。

在以下描述和权利要求中，术语“耦合”连同其衍生物可以被使用。“耦合”被用于指示两个或者更多元件彼此协作或者交互，但是它们可以或者可以不具有在其之间的介于中间的物理或电气组件。

如权利要求中使用的，除另有规定外，用于描述常用元件的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等等的使用仅仅指示相似元件的不同实例被涉及到，并且并不打算暗示如此描述的元件必须在时间上、在空间上、在排序上、或者以任何其他方式按给定顺序。

附图和前述描述给出实施例的示例。本领域技术人员将领会，所描述的元件中的一个或多个元件可以很好地被组合成单个功能元件。替代地，某些元件可以被拆分成多个功能元件。来自一个实施例的元件可以被添加到另一实施例。例如，在本文中所描述的过程的次序可以被改变，并且不限于在本文中所描述的方式。此外，任何流程图中的动作不需要按所示出的次序实现；所有行动不一定都需要被执行。而且，不依赖于其他行动的那些行动可以与其他行动并行地被执行。实施例的范围决不被这些具体示例所限制。无论是否在说明书中明确给出的很多变化、诸如在结构、尺寸、和材料的使用方面的差异是可能的。实施例的范围至少如由以下权利要求给出的范围那么宽泛。

以下示例关于另外的实施例。不同实施例的各种特征可以与所包括的一些特征和所排除的其他特征不同地被组合，以适应各种各样的不同应用。一些实施例关于一种装置，其包括基本上平的封装基板、附接到封装基板的无线电设备、在电连接到无线电设备的封装基板上的导电传输线、以及附接到连接到导电传输线的封装基板的天线，所述天线向封装的侧面进行辐射。

另外的实施例包括附接到封装基板的中央处理单元，并且其中无线电设备连接到中央处理单元。

在另外的实施例中，无线电设备形成在具有中央处理单元的裸片上。

在另外的实施例中，天线形成在封装基板的层之间。

在另外的实施例中，导电传输线在封装基板的表面上，并且天线在封装基板的相同表面上。

在另外的实施例中，天线使用沉积形成在封装基板上。

在另外的实施例中，天线形成为芯片天线，并且附接到封装基板的相同表面。

在另外的实施例中，天线使用基板集成波导技术形成。

另外的实施例包括附接到封装基板的中央处理单元和在中央处理单元之上的散热器，其中无线电设备连接到中央处理单元，并且其中散热器包括耦合到天线的波导，以在波导和外部组件之间导引射频能量。

在另外的实施例中，波导包括与耦合到天线的封装基板正交的垂直部分和耦合到垂直部分并且具有渐变部以将信号从无线电设备引导到外部组件的水平部分。

在另外的实施例中，天线包括顶部接地平面和底部接地平面以及在顶部与底部接地平面之间的渐变波导。

另外的实施例包括在顶部与底部接地平面之间的渐变侧壁，所述侧壁由分离的导电柱形成。

在另外的实施例中，所述柱通过钻孔和填充封装基板形成。

另外的实施例包括在封装基板上的散热器，天线邻近散热器被附接，使得射频能量从散热器被反射到封装的侧面。

一些实施例关于一种装置，其包括基本上平的封装基板、附接到封装基板的无线电设备、在电连接到集成电路的封装基板上的导电传输线、以及在封装基板和传输线之上的作为附接到封装基板的芯片天线的垂直微带天线，所述天线向封装的侧面进行辐射。

在另外的实施例中，垂直微带天线通过增材制造形成。

在另外的实施例中，垂直微带天线包括安装在外壳内部的贴片天线，并且其中贴片天线使用表面安装技术附接到封装基板。

一些实施例关于一种计算***，其包括***板、附接到***板的基本上平的封装基板、附接到封装基板的中央处理单元、附接到封装基板的无线电设备、在电连接到无线电设备的封装基板上的导电传输线、附接到连接到导电传输线的封装基板的第一天线、在封装基板和中央处理单元之上的盖、以及附接到***板的芯片组封装，所述天线向封装的侧面进行辐射，所述芯片组封装包括用于与第一天线进行通信的第二天线。

在另外的实施例中，盖包括耦合到第一天线的波导，以在波导和第二天线之间导引射频能量，波导具有与耦合到第一天线的封装基板正交的垂直部分和耦合到垂直部分并且具有渐变部以将信号从无线电设备引导到第二天线的水平部分。

在另外的实施例中，第一天线邻近盖被附接，使得射频能量从散热器被反射到封装的侧面。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

基本上平的封装基板；

附接到所述封装基板的无线电设备；

在电连接到所述无线电设备的所述封装基板上的导电传输线；以及

附接到连接到所述导电传输线的所述封装基板的天线，所述天线向封装的侧面进行辐射。

2.如权利要求1所述的装置，进一步包括附接到所述封装基板的中央处理单元，并且其中所述无线电设备连接到所述中央处理单元。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述无线电设备形成在具有所述中央处理单元的裸片上。

4.如权利要求1、2或3所述的装置，其中，所述天线形成在所述封装基板的层之间。

5.如权利要求1-5中的任一项或者多项所述的装置，其中，所述导电传输线在所述封装基板的表面上，并且所述天线在所述封装基板的相同表面上。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述天线使用沉积形成在所述封装基板上。

7.如权利要求5所述的装置，其中，所述天线形成为芯片天线并且附接到所述封装基板的相同表面。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述天线使用基板集成波导技术形成。

9.如权利要求5所述的装置，进一步包括附接到所述封装基板的中央处理单元和在所述中央处理单元之上的散热器，其中所述无线电设备连接到所述中央处理单元，并且其中所述散热器包括耦合到所述天线的波导以在所述波导和外部组件之间导引射频能量。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述波导包括与耦合到所述天线的所述封装基板正交的垂直部分和耦合到所述垂直部分并且具有渐变部以将信号从所述无线电设备引导到所述外部组件的水平部分。

11.如权利要求4所述的装置，其中，所述天线包括顶部接地平面和底部接地平面以及在所述顶部和所述底部接地平面之间的渐变波导。

12.如权利要求11所述的装置，进一步包括在所述顶部和底部接地平面之间的渐变侧壁，所述侧壁由分离的导电柱形成。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述柱通过钻孔和填充所述封装基板形成。

14.如权利要求1-8中的任一项或多项所述的装置，进一步包括在所述封装基板上的散热器，所述天线邻近所述散热器被附接，使得射频能量从所述散热器被反射到封装的侧面。

15.一种装置，包括：

基本上平的封装基板；

附接到所述封装基板的无线电设备；

在电连接到集成电路的所述封装基板上的导电传输线；以及

在所述封装基板和所述传输线之上的作为附接到所述封装基板的芯片天线的垂直微带天线，所述天线向封装的侧面进行辐射。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述垂直微带天线通过增材制造形成。

17.如权利要求15或16所述的装置，其中，所述垂直微带天线包括安装在外壳内部的贴片天线，并且其中，所述贴片天线使用表面安装技术附接到所述封装基板。

18.一种计算***，包括：

***板；

附接到所述***板的基本上平的封装基板；

附接到所述封装基板的中央处理单元；

附接到所述封装基板的无线电设备；

在电连接到所述无线电设备的所述封装基板上的导电传输线；

附接到连接到所述导电传输线的所述封装基板的第一天线，所述天线向封装的侧面进行辐射；

在所述封装基板和所述中央处理单元之上的盖；以及

附接到所述***板的芯片组封装，所述芯片组封装包括用于与所述第一天线进行通信的第二天线。

19.如权利要求18所述的计算***，其中，所述盖包括耦合到所述第一天线的波导，以在所述波导和所述第二天线之间导引射频能量，所述波导具有与耦合到所述第一天线的所述封装基板正交的垂直部分和耦合到所述垂直部分并且具有渐变部以将信号从所述无线电设备引导到所述第二天线的水平部分。

20.如权利要求18或19所述的计算***，其中，所述第一天线邻近所述盖被附接，使得射频能量从散热器被反射到封装的侧面。