CN108695588A - 整合电路与天线的晶粒及整合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是整合电路与天线的晶粒及整合方法。电路与天线分别位于基底相对的正表面与背表面，但是皆电性藕合到位于基底的共享电位基准。为了保持整个晶粒的机械强度，在天线所在的基底背表面上，在天线周围分布有与天线相互分离的一些虚拟金属。此外，为减少感应电流引发的副作用，一些接地球被设置于基底的一或多的表面。

Description

整合电路与天线的晶粒及整合方法
技术领域
本发明是关于将电路与天线分别形成于基底正表面(front surface)与背表面(back surface)但又共用共享电位基准(shared ground)的整合电路与天线的晶粒及整合方法，特别是在基底背表面上使用与天线相互电性隔离的虚拟金属(dummy metals)来维持整体机械强度(mechanical strength)的整合电路与天线的晶粒及整合方法。
背景技术
半导体产业这些年来的发展，用以处理与储存信号用的电路(不论是主动电路或被动电路，也可包含存储器)以及用以接收及/或发射电磁信号的天线，普遍是位于不同的集成电路上。虽然具有电路的晶粒(dies)与具有天线的晶粒可以位于相同的印刷电路板(printed circuit board，PCB)，或是具有电路的晶粒位于某印刷电路板的一侧而天线(或说具有天线的晶粒)位于此印刷电路板的另一侧。
但是，一直有想要将电路与天线整合到同一个晶粒的需求，因为这样可以减少所使用的晶粒数目、减少所占用的印刷电路板面积以及减少在不同晶粒间传输电磁信号的需求。只是，到目前为止，若要将电路与天线整合到同一个晶粒，至少会面临到下列几个技术问题:1)对于绝大多数商业化应用的电磁波频率，天线面积明显地大于电路面积，使得二者在晶粒上的分布不容易匹配整合。2)天线与电路二者间相互干扰，特别是天线两端在接收及/或发射电磁波会对周围的电路造成强烈的干扰。3)若要将电路与天线都放置在晶粒的同一个表面，不只占用面积大也会彼此相互干扰。4)若要将电路与天线分别放置在晶粒相对的表面，如何在天线与电路间传输信号、如何保持晶粒的机械强度以及如何处理电路与天线二者的电位基准等等，都是尚待解决的问题。
有需要提供整合电路与天线的晶粒及整合方法，特别是当商业化应用的电磁波频率已经逐渐进展到天线尺寸与电路尺寸相近时。
发明内容
本发明将天线与电路配置于基底的不同表面并且使用同一个共享电位基准，并可在天线所位于的基底某表面上配置一些与天线相互分离的虚拟金属来保持整个晶粒的机械强度与符合制造过程需求。此外，晶粒与印刷电路板之间(或说是晶粒与晶粒外部之间)可以使用一或多个接地球(ground balls)来连接借以减少感应电流(induced current)的影响，而晶粒的基底中可以有硅通孔(silicon via)来电性连接电路与天线。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种整合电路与天线的晶粒，包含:基底，该基底具有正表面与背表面；电路，位于该正表面；天线，位于该背表面；以及共享电位基准，电性连接至该电路与该天线。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的晶粒，其特征在于更包含至少下列之一:该共享电位基准位于该正表面；该共享电位基准位于该基底的侧表面；该共享电位基准位于该基底的内部；以及该共享电位基准位于该基底内部并位于该天线与该电路之间。
前述的晶粒，该共享电位基准是该电路在不论是否有该天线存在时便使用的电位基准。
前述的晶粒，该天线在该背表面的位置是能够弹性调整的而并不一定要位于该背表面的中间或是与该电路在垂直于该正表面与该背表面的的方向上相互重叠。
前述的晶粒，该天线的尺寸大小是与该天线被设计来接收与发射的电磁波的波长成正比例。
前述的晶粒，该天线占该背表面的面积比例，在该天线为共振式天线时是越大越好而在该天线为非共振式时较无限制。
前述的晶粒，包含位于该背表面上围绕该天线但与该天线相互分离的多数个虚拟金属。
前述的晶粒，该天线与所述虚拟金属二者占有该背表面的面积比例与在该背表面的分布方式是取决于至少下列二点:该晶粒的机械强度与该晶粒生产制造过程。
前述的晶粒，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属与该天线的距离较远，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属与该天线的距离较近；在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属彼此间的分布较稀疏，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属彼此间的分布较密集；以及在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属各自的面积较小，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属各自的面积较大。
前述的晶粒，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:离该天线较近处的部分所述虚拟金属的分布较为稀疏，而让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的分布较为密集；以及离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸较小，而让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸较大。
前述的晶粒，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:所述虚拟金属与该天线的距离正比例于天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；所述虚拟金属与该天线纵向方向两端点之间的距离正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；以及所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。
前述的晶粒，当该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率为80吉赫到650吉赫间，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:所述虚拟金属彼此间的间隙为大于50微米；任一个该虚拟金属的任一边长为大于150微米；以及任一个该虚拟金属的形状为四边形或长方形。
前述的晶粒，包含多数个接地球，不同的该接地球分别连接到所述虚拟金属的不同部分。
前述的晶粒，包含至少下列之一:所述接地球是均匀地分布在该正表面；所述接地球是均匀地分布在该背表面；所述接地球是分布在该正表面；所述接地球是分布在该负表面；所述接地球是分布在该基底的一或多侧表面；以及所述接地球是分布在当该天线接收及/或发射电磁波时该基底上感应电流较密集较强烈的部分。
前述的晶粒，所述接地球是金凸块或锡球。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种整合电路与天线在同一晶粒的方法，包含:a.设定在基底的正表面的电路分布以及在该基底的背表面的天线与多数个虚拟金属以及在该基底的一或多表面的多数个接地球的分布；b.模拟该天线接收发射电磁波时，该天线、所述虚拟金属与所述接地球上的电磁场与电流分布；c.根据模拟结果调整该天线、所述虚拟金属与所述接地球的分布；d.反复进行步骤b与步骤c直到在该天线、所述虚拟金属与所述接地球上的电磁场与电流分布符合需求；在此，该电路与该天线是电性连接至一共享电位基准；在此，所述虚拟金属围绕该天线并与该天线相互分离；在此，不同的该接地球分别连接到该基底的一或多表面的不同部分。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的方法，包含在步骤b与步骤c固定该天线而仅反复调整所述虚拟金属与所述接地球直到符合需求为止。
前述的方法，其包含在步骤b与步骤c固定该天线与所述接地球而仅反复调整所述虚拟金属直到符合需求为止。
前述的方法，步骤c包含调整至少下列之一:至少一个该虚拟金属的尺寸大小、至少一个该虚拟金属的形状、至少二该虚拟金属之间的距离、至少一个该虚拟金属与该天线之间的距离、在该天线周围部份所述虚拟金属的位置、以及所述虚拟金属的数量与位置。
前述的方法，步骤c包含至少下列之一:让所述虚拟金属的尺寸大小尽可能地小、让所述虚拟金属之间的距离尽可能地小、让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸大小较大、让离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸大小较小、以及让所述虚拟金属与该天线的首尾两端的距离尽可能地大。
前述的方法，包含至少下列之一:将该天线放置在该背表面的中间:将该天线放置在该背表面的周围；让该天线在垂直该正表面与该背表面的方向上与该电路相互重叠；让该天线在垂直该正表面与该背表面的方向上与该电路相互分离；根据该天线被设计来接收与发射的电磁波的波长来成正比例地设计该天线的尺寸大小；以及当该天线为共振式天线时让该天线占该背表面较大的比例。
前述的方法，包含至少下列之一:使用该电路在不论是否有该天线存在时便使用的电位基准为该共享电位基准；将该共享电位基准安置于该基底内部并位于该天线与该电路之间；将该共享电位基准放置位于该正表面；将该共享电位基准放置位于该基底的侧表面；以及将该共享电位基准放置于该基底的内部。
前述的方法，包含根据该晶粒的机械强度以及该晶粒生产制造过程来设定该天线与所述虚拟金属共同占有该背表面的面积比例与共同在背表面的分布方式。
前述的方法，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属与该天线的距离较远，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属与该天线的距离较近；在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属彼此间的分布较稀疏，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属彼此间的分布较密集；以及在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属各自的面积较小，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属各自的面积较大。
前述的方法，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:在离该天线较近处的部分所述虚拟金属的分布较为稀疏，在离该天线较远处的部分所述虚拟金属的分布较为密集；以及在离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸较小，在离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸较大。
前述的方法，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；所述虚拟金属与该天线纵向方向两端点之间的距离正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；以及所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。
前述的方法，包含至少下列之一:让所述接地球均匀地分布在该天线所在的部分的该正表面；让所述接地球均匀地分布在所述虚拟金属所在的部分的该背表面；让所述接地球分布在该天线所在的部分的该正表面；让所述接地球分布在所述虚拟金属所在的部分的该背表面；以及让所述接地球分布在当该天线接收及/或发射电磁波时所述虚拟金属上感应电流较密集较强烈的部分。
前述的方法，包含使用金凸块或锡球作为所述接地球。
前述的方法，当该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率为80吉赫到650吉赫间，步骤b与步骤c更包含至少下列之一:让所述虚拟金属彼此间的间隙大于50微米；让任一个该虚拟金属的任一边长大于150微米；以及让任一个该虚拟金属的形状为四边形或长方形。
一般来说，共享电位基准位于基底内部并位于基底正表面与背表面中间，但是本发明并不限制共享电位基准的细节。亦即并不需要因为共享电位基准的细节而限制改变电路及/或天线的细节，也并不需要因为共享电位基准而限制改变电路及/或天线是怎样被放置在基底的正表面及/或背表面。
一般来说，电路是位于基底正表面而天线位于天线背表面，而本发明并不限制天线在背表面分布的细节。亦即天线或可以位于基底背表面中央或是位于基底背表面的周边，也亦即天线或可以是与位于基底正表面的电路在垂直于这二个表面的方向相互重叠或是相互分离。
一般来说，虚拟金属在基底背表面的分布只限于必须与天线相互分离，本发明可以弹性地调整虚拟金属在基底背表面分布的细节，不论是虚拟金属的数目、形状、面积与间距等等，或是虚拟金属与天线的相对关系。虚拟金属在基底背表面的分布，除了与天线的几何轮廓与天线被设计来接收与发射的电磁波的频率有关外，也与整个晶粒的机械强度以及制造/加工过程的要求有关。
一般来说，接地球的使用是为了将天线所要接收及/或发射的电磁波在晶粒上引起的感应电流引导到印刷电路板，接地球或可以是均匀地分布在基底背表面上天线的周围，也或可以是均匀地分布在基底正表面上电路的周围，也或可以是分布在基底上一或多表面上，也或可以是集中在感应电流强度/数量较明显的位置，本发明并不限制接地球的数目与分布的细节。
一般来说，在将天线与电路整合到同一个晶粒的方法，是先设定一个基底背表面上天线及虚拟金属以及基底一或多表面上接地球的分布，再通过电脑模拟进行电磁场与电流的分析，然后根据模拟结果调整天线、虚拟金属与接地球的分布，接着再次进行电脑模拟再进行一次电磁场与电流的分析。如此反复直到有某种天线、虚拟金属与接地球的分布符合需求。通常，天线在晶粒背表面的位置与形状是固定的，亦即本发明往往集中在反复调整虚拟金属与接地球二者直到符合需求为止。并且，由于接地球与印刷电路板间的连接还需要考虑其他因素而不能只主要考虑基底背表面上的状况，本发明往往是在某特定的接地球分布下反复调整虚拟金属直到符合需求为止。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1A与图1B为本发明所提出整合电路与天线的晶粒的基本架构与一个样例结构。
图2A与图2B摘要地描述使用虚拟金属的整合电路与天线的晶粒的二个样例结构。
图2C到图2E摘要地显示使用虚拟金属的整合电路与天线的晶粒的三种可能变化。
图3A与图3B摘要地显示二种使用接地球的整合电路与天线的晶粒的二种样例结构。
图4A与图4B显示本发明所提出整合电路与天线的晶粒的整合方法的基本流程。
【主要元件符号说明】
11：基底 12：电路
13：天线 14：共享电位基准
15：硅穿孔 16：虚拟金属
17：接地球 401：步骤方框
402：步骤方框 403：步骤方框
404：判断方框
具体实施方式
本发明的详细描述将借由以下的实施例讨论，这些实施例并非用于限制本发明的范围，而且可适用于其他应用中。图示揭露了一些细节，必须理解的是揭露的细节可不同于已透露者，除非是明确限制特征的情形。
由于一般晶粒的边长往往都只有数毫米(millimeter)，否则晶粒中用以处理与储存信号用的电路(不论是主动电路或被动电路，也可包含存储器)的信号传输与散热等等问题反而会使得整体性能不能最佳化，但是往日实际应用的电磁波的波长往往明显地大于数厘米，特别是能将天线整合到晶粒上的天线所对应的电磁波波长往往明显地大于数厘米。因此，若要将用以处理与储存信号用的电路以及用以接收与发射电磁波的天线整合到同一个晶粒，基本上只是将设置有电路的晶粒与设置有天线的晶粒使用封装(package)技术整合在一起而已，不只没有节省到晶粒使用量与晶粒面积，还得额外处理电路与天线之间的相互干扰与信号传输等等问题。
但是，随着诸如太赫兹-吉赫兹波(Terahertz-Gigahertz wave)等等频率介于数十吉赫兹(GHz)到数太赫兹(THz)的电磁波逐渐被实际应用到诸如安全检查工具、通信与材料分析等等领域，用以接收与发射电磁波的天线的尺寸大小已经可以大约等于或甚至小于用以处理与储存电磁波的电路的尺寸大小。亦即，有可能将电路与天线分别放置于同一个晶粒的相对两个表面，借以节省使用的晶粒数目与减少晶粒面积，只要能有效地处理好电路与天线之间的信号传输与相互干扰等等问题以及适当地维持整个晶粒的机械强度等等需求。
因应这样的发展趋势，本发明提出整合电路与天线的晶粒及整合方法，并通过下列实施例与相关讨论来说明本发明。
图1A显示本发明所提出整合电路与天线的晶粒的基本架构，电路12位于在基底(substrate)11的正表面而天线13位于基底11的背表面，并且电路12与天线13电性连接至共享电位基准14。显然地，借由将电路12与天线13形成在同一个基底13的二个相对表面，不只可以使用基底11的材料与厚度来减少电路12与天线13彼此之间的相互干扰，特别是天线13与电路12中的耦合器(coupler)彼此的相互影响，而且因为电路12与天线13可以在垂直正表面与背表面的方向上相互重叠而可以减小这个整合天线与电路的晶粒的面积，特别是当天线13所要接收与发射的电磁波的波长使得天线13与电路12二者的尺寸大小相同或是相差顶多几倍时。除此之外，由于电路12与天线13的电位基准相同，二者的运作有共通基准，在将天线13接收到的电磁波转成电磁信号传输到电路12进行处理的过程以及将电路12产生的电磁信号传输到天线13以发射电磁波的过程中都可以顺利运作。
图1B显示整合电路与天线的晶粒的一个样例结构。电路12与天线13位于基底11相对的两个表面，硅穿孔(Through Silicon Via，TSV)15电性连接电路12与天线13，而共享电位基准14位于基底11内部并且与硅穿孔15相互分开。
必须强调的是本发明并不需限制电路12、天线13与共享电位基准14的细节。举例来说，在不同的实施例中，共享电位基准14或是位于基底11的内部并位于天线13与电路12之间，或是位于基底11的侧表面上，或是位于基底11的正表面并与电路12相互分离又或是位于基底11的背表面并与天线13相分离。举例来说，若将本发明视为将天线13整合到原本就具有电路12的基底11，可以直接使用电路12在不论是否有天线13存在时便使用的电位基准来做为共享电位基准14。举例来说，电路12可以使用互补式传导带结构(Complementary-Conducting-Strip Structure,CCS structure)，而共享电位基准14就是这样互补传导带结构所使用的电位基准。
本发明也不需要限制这个整合电路与天线的晶粒的其他细节。举例来说，基底11的材料可以是硅也可以是砷化镓或其他半导体产业可以使用的基底材料。举例来说，基底11还可以包含位于基底11某个表面(不论是正表面、背表面或是侧表面)并且电性隔离电路12与天线13二者或是用来电性隔离共享电位基准与电路12与天线13二者的介电质层，在此介电质层可以使用任何半导体产业可以使用的介电质材料。
除此之外，本发明仅限制电路12与天线13位于基底11相对的二个表面(或甚至只是不同的二个表面)，对于电路12与天线13二者相对于基底11的关系并不需要多限制。举例来说，天线13在背表面的位置是可以弹性调整的，或可以位于背表面的中间、或可以位于背表面的周围、或可以是与电路12在垂直于正表面与背表面的的方向上相互重叠、或可以是与电路12在垂直于正表面与背表面的的方向上相互分离。举例来说，天线13的尺寸大小是与天线13被设计来接收与发射的电磁波的波长成正比例。举例来说，天线13占背表面的面积比例是可以调整的，在天线13为共振式天线resonant antenna)时这个面积比例是越大越好，而在天线13为非共振式(non-resonant antenna)时这个比例较无限制。
为了确保天线13可以适当地接收与发射电磁波，天线13周围最好没有会影响到电磁波传输及/或与天线13相互作用的结构/材料存在。也就是说，本发明的某些实施例是让基底11的背表面上只有天线13存在，顶多是再加上一些用来将这个具有电路12与天线13的基底11连接到印刷电路板的元件。
但是，受限于整个晶粒的机械强度要求或是晶圆厂(甚至封装厂)对于制造过程的要求，如果基底11的背表面只有天线13，或是最终产品的整合电路与天线的晶粒的机械强度不够而容易受损，或是在制造过程中便会损伤到基底11或天线13而使得整合电路与天线的晶粒无法适当地制造形成。虽然增加天线13占基底11背表面的比例或可以增强晶粒的机械强度或是满足晶圆厂(甚至封装厂)对于制造过程的要求，但由于天线13的大小尺寸与天线13所要接收及/或发射的电磁波波长有关，若是过度增加天线13的面积(像是天线13的宽度)也可能引发诸如漏电流(leakage current)增加等等的缺失。
因此，本发明的某些实施例是在基底11的背表面上放置多数个虚拟金属来与天线13共同提供需要的机械强度或是满足制造过程要求。借以，可以让天线13的尺寸大小与形状面积等等都针对所要接收与发射的电磁波来最佳化，而通过调整虚拟金属的尺寸大小与形状分布等等来达到需要的机械强度与制造过程要求。当然，为了极小化对天线13的可能负面影响，这些虚拟金属与天线13相互分离。此外，为了达到需要的机械强度与制造过程要求，这些虚拟金属往往围绕天线13，除非天线13位于基底11背表面的边缘使得这些虚拟金属只能位于基底11背表面的其他部分。此外，任一个虚拟金属与共享电位基准14间或可以相互电性隔离也或可以没有相互电性隔离，亦即并不需要限制任一个虚拟金属与共享电位基准14间是否相互电性隔离。在此，图2A与图2B摘要地描述使用虚拟金属16的整合电路与天线的晶粒的二个样例结构。
显然地，由于虚拟金属16的使用是来自于对于晶粒机械强度的要求及/或对于晶粒生产制造过程的要求，因此天线13与虚拟金属16二者占有背表面的面积比例与在背表面的分布方式都至少是取决于晶粒的机械强度与晶粒生产制造过程。也就是说，本发明可以视晶粒的实际规格或是诸如晶圆厂的制造过程参数与制造过程规范等等来弹性地调整天线13与虚拟金属16这二者在基底11背表面的面积比例与分布方式。
无论如何，为了减少这些虚拟金属16与天线13的相互影响，特别是天线13在接收与发射电磁波时电磁波能量较密集的纵向方向(longitudinal direction)二个端点(或说是天线13的首尾两端)附近的一些虚拟金属16与天线13的相互影响，虚拟金属16在基底11背表面的分布往往仍有一些限制。举例来说，在某些实施例中，在天线13接收及/或发射电磁波的两端附近这些虚拟金属16与天线13的距离较远，而在天线其他部分附近这些虚拟金属16与天线13的距离较近；在某些实施例中，在天线13接收及/或发射电磁波的两端附近这些虚拟金属16彼此间的分布较稀疏，而在天线13其他部分附近这些虚拟金属彼此间的分布较密集；以及在某些实施例中，在天线13接收及/或发射电磁波的两端附近这些虚拟金属16各自的面积较小，而在天线13其他部分附近这些虚拟金属16各自的面积较大。当然，在其他实施例中，或是可以将限制条件再扩展成离天线13较近处的部分虚拟金属16的分布较为稀疏或是尺寸较小，或是可以将限制条件再扩展成离天线13较远处的部分虚拟金属16的分布较为密集或是尺寸较大，或是可以混合使用上述各个限制条件。另外，除了在不同实施例中这些虚拟金属16的形状可以互不相同，甚至在同一个实施例中各个虚拟金属16可以互不相同，本发明可以在不同实施例中视实际需要弹性地调整虚拟金属16。举例来说，为了简化制造过程与机械结构，任一个虚拟金属16的形状可以为四边形或甚至为长方形。在此，图2C到图2E摘要地显示三种可能的变化。
进一步地，这些虚拟金属16与天线13的距离以及这些虚拟金属16与天线13纵向方向两端点之间的距离，往往是正比例于天线13被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。这是因为在天线这二个端点附近，在接收及/或发射电磁波时电磁波强度较强的范围是正比例于天线13被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。甚至，这些虚拟金属16彼此间的间隙，也可以是正比例于天线13被设计来接收及/或发射的电磁波的波长，借以减少发生电磁波绕射等等的不良影响。。
除此之外，或为了利用这些虚拟金属16来增强机械强度与符合制造过程需求，或为了减少在天线接收及/或发射电磁波的过程中所产生感应电流的影响，本发明的某些实施例是让各个虚拟金属16各自的面积越小越好，亦即在使用的这些虚拟金属16的总面绩固定时，倾向于使大量的小面积的虚拟金属16而不倾向于使用少数几个大面积的虚拟金属16。另外，这些虚拟金属16与天线13之间的间距(spacing)甚至虚拟金属16彼此间的间距也都是可以调整的，虽然间距对于增强机械强度与符合制造过程需求的影响较为次要。在本发明某些实施例中，这些虚拟金属16与天线13之间的间距是越小越好(但是不能小于天线13被设计来处理电磁波的波长)。在本发明某些实施例中，相邻虚拟金属16彼此之间的间距是越小越好。
举例来说，当天线13被设计来接收及/或发射的电磁波的频率约为80吉赫到650吉赫间，这些虚拟金属16在基底11背表面的可能分布限制至少包含下列之一:这些虚拟金属16彼此间的间隙为约大于50微米，以及任一个虚拟金属16的任一边长为约大于150微米。在此，任一个虚拟金属16的形状可以为四边形，像是长方形或正方形。
除此之外，虚拟金属16的使用还有一个好处:减少电磁波自基底11背表面经由基底11的内部及/或表面而被传导到位于基底11正表面的电路12时所造成的损害(像是错误的信号与额外的噪声)。这是由于，天线13所要接收与发射(特别是所要接收)的电磁波不会仅仅出现在天线13与基底11背表面附近的空间，这些电磁波总是可能会出现在基底11背表面上不是天线13的部分。因此，即便使用了类似共享电位基准14及/或用以电性隔离电路12与外界的电介质，由于实际设计不可能百分之分地完全电性隔离，电路12多多少少会受到影响。举例来说，当电路12的面积大于天线11的面积而且基底11背表面是面对电磁波行进方向时，可以简单地视为仅有部分的电路11为天线11所屏蔽，亦即有部分的电路11会较容易受到电磁波从基底11背表面经由基底11被传输到电路时所造成的影响。无论如何，若在基底11背表面上在天线13周围存在了虚拟金属16，由于金属等导电材料的屏蔽作用(shielding effect)的影响，电磁波自基底11背表面上天线13以外的部分被传输到位于基底11正表面的电路12的机率与相对应副作用都可以降低，进而使得将电路12与天线13分别放置于同一基底11的不同表面的本发明具有更佳的效能。在此，必须强调的是本发明不需要因此而限制虚拟金属16在基底11背表面的数目、形状与位置等等，一切都是可以视实际状况而调整(像是是电路12、天线13与共享电位基准14的相对配置而定)。
除此之外，由于天线13接收及/或发射电磁波时可能会引发不可忽略的感应电流(induced current)，进而引发诸如影响到电路12及/或天线13的运作或是引发放电(discharge)而损伤虚拟金属16等等的缺失。因此，本发明某些实施例还包含多数个接地球，用以将出现在晶粒11的一或多表面(不论是正表面、背表面或侧表面)的感应电流引导离开这个整合电路与天线的晶粒，像是将感应电流引导到这个整合电路与电线的晶粒所位于的印刷电路板。在此，不同的接地球分别连接到这个晶粒的一或多个表面的不同部分。在本发明不同实施例，这些接地球或是均匀地分布在基底11正表面，或是均匀地分布在基底11背表面，或是分布在基底11正表面，或是分布在基底11背表面，又或是分布在当天线13接收及/或发射电磁波时基底11上感应电流较密集较强烈的部分。进一步地，这些接地球在基底11一或多表面的分布也可以用来补强整个整合电路与天线的晶粒的机械强度。本发明并不需要限制这些接地球的具体细节，像是接地球是金凸块(gold bump)、锡球(solderball)或是其他导电材料，又像是这些接地球的数目、形状与分布等等。在此，图3A到图3B摘要地显示二种使用接地球17的整合电路与天线的晶粒的二种样例结构。
图4A与图4B显示本发明所提出整合电路与天线的晶粒的整合方法的基本流程。首先，如步骤方框401所示的步骤a，设定在基底正表面的电路的分布以及在基底背表面的天线与多数个虚拟金属以及在基底一或多表面的多数个接地球的分布。在此，可以是根据资料库内容中类似晶粒的配置来进行设定，也可以在将电路与天线分别放置于正表面与背表面的中间后随机配置这些虚拟金属与这些接地球的配置，或是根据上述对如此晶粒讨论的内容来进行设定。本发明并不需严格限制在步骤a中如何设定，因为后续步骤会再修改调整。其次，如步骤方框402所示的步骤b，模拟天线接收发射电磁波时，天线、虚拟金属与接地球上的电磁场与电流分布。在此模拟过程需特别处理这些接地球与这些虚拟金属所面临的电磁场与电流，特别是计算感应电流的分布。然后，如步骤方框403所示的步骤c，根据模拟结果调整天线、虚拟金属及/或接地球的分布。在此，调整方向基本上就是将这些虚拟金属与这些接地球的分布调整到可以有效地将感应电流导引离开这个晶粒的位置(或说是调整到位于感应电流最多最强烈的位置)。接下来，反复进行步骤b与步骤c(或说是步骤方框402与步骤方框403)直到在天线、这些虚拟金属与这些接地球上的电磁场与电流分布符合需求。换句话说，在步骤方框402之后，是先如判断方框404所示般，判断模拟结果是否可以接收，像是否产生的感应电流的分布或影响在可接收的范围内。如果可以，便直接以步骤方框402的模拟结果，作为制作生产如此整合电路与天线的晶粒的实际配置。如果不可以，便先依序再进行步骤方框403与步骤方框402，然后再以新的模拟结果进行再进行一次判断方框404，以及根据判断结果决定是要据以作为实际配置或是再依序进行一次步骤方框403与步骤方框402，直到得到可以接收的结果(或是在得到可以接收结果便中止反复进行这些步骤)。必须说明的是在这个方法，电路与天线是电性连接至共享电位基准、这些虚拟金属是围绕天线并与天线相互分离、以及不同的接地球是分别连接到基底一或多表面的不同部分。并且，步骤c所作的调整必须能让在基底背表面上这些虚拟金属的分布(像是虚拟金属的密度)符合机械强度与相关制造过程要求。
除此之外，由于天线的配置与被设计来接收及/或发射的电磁波波长有关、与预计要接收及/或发射的电磁波强度有关、也甚至与天线是怎样与电路相互传输电磁信号有关，对天线的调整会影响到较多的因素。在本发明某些实施例，在步骤b与步骤c是固定天线而仅反复调整这些虚拟金属与这些接地球直到符合需求为止。进一步地，由于这些接地球配置与这样的整合电路与天线的晶粒与印刷电路版之间连接有关，对这些接地球的调整不只会影响到感应电流的分布而已。在本发明某些实施例，在步骤b与步骤c是固定天线与这些接地球而仅反复调整这些虚拟金属直到符合需求为止。是否需要调整这些接地球与天线是视实际状况而可以选择的，本发明并不限制。
一般来说，步骤c可以调整的部份包含但不限于下列内容:至少一个虚拟金属的尺寸大小、至少一个虚拟金属的形状、至少二虚拟金属之间的距离、至少该虚拟金属与天线之间的距离、在天线周围这些虚拟金属的位置、这些虚拟金属的数量与位置。一般来说，步骤c可以作的调整包含但不限于下列内容:让这些虚拟金属的尺寸大小尽可能地小、让这些虚拟金属之间的距离尽可能地小、让离天线较远处的部分这些虚拟金属的尺寸大小较大、让离天线较近处的部分这些虚拟金属的尺寸大小较小、以及让所述虚拟金属与该天线的首尾两端的距离尽可能地大。一般来说，步骤c可作的调整包含但不限于下列内容:让这些虚拟金属彼此间的间隙正比例于天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长、让这些虚拟金属与天线纵向方向两端点之间的距离正比例于天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长、以及让这些虚拟金属彼此间的间隙正比例于天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。
由于本方法的重点是在于先模拟找出感应电流比较多以较烈处(或说是电磁场强度较强的部份)，然后调整虚拟金属(甚至接地球及/或天线)的位置、分布、数量或形状等等，借以或是消除这样的感应电流分布的产生或是将会引发问题的感应电流给引导离开。因此，本方法所要整合的晶粒，可以直接使用上述讨论中对于整合电路与天线的晶粒的种种细节与可能变化。
举例来说，本方法完全不需要限制电路与天线二者的细节。举例来说，本方法或可以将天线放置在背表面的中间，或可将天线放置在背表面的周围，或可以让天线在垂直正表面与背表面的方向上与电路相互重叠，也或可以让天线在垂直正表面与背表面的方向上与电路相互分离。举例来说，本方法或可以根据天线被设计来接收与发射的电磁波的波长来成正比例地设计天线的尺寸大小，以及或可当天线为共振式天线时让天线占基底背表面较大的比例。举例来说，本方法或可以使用电路在不论是否有天线存在时便使用的电位基准为共享电位基准，或可将共享电位基准安置于基底内部并位于天线与电路之间，或可以将共享电位基准放置位于正表面，或可以将共享电位基准放置位于基底的侧表面，以及或可以将共享电位基准放置于基底的内部。举例来说，本方法或可以根据晶粒的机械强度以及晶粒生产制造过程来设定天线与这些虚拟金属共同占有背表面的面积比例与共同在背表面的分布方式。
举例来说，本方法或可以让在天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分这些虚拟金属与天线的距离较远而在天线其他部分附近的部份这些虚拟金属与该天线的距离较近，或可以让在天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部份这些虚拟金属的分布较稀疏而在天线其他部分附近的部份这些虚拟金属分布较密集，或可以让这些虚拟金属在天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部份这些虚拟金属的面积较小而在天线其他部分附近的部份这些虚拟金属的面积较大，或可以让在离天线较近处的部分的部份这些虚拟金属的分布较为稀疏而在离天线较远处的部份这些虚拟金属的分布较为密集，或可以让在离天线较近处的部份这些虚拟金属的尺寸较小而在离天线较远处的部份这些虚拟金属的尺寸较大。
举例来说，本方法或可以让这些接地球均匀地分布在基底正表面、或可以让这些接地球均匀地分布在基底背表面、或可以让这些接地球分布在基底正表面、或可以让这些接地球分布在基底背表面、或可以让这些接地球分布在基底的一或多表面(不论是正表面、背表面或侧表面)、也或可以让这些接地球分布在当天线接收及/或发射电磁波时基底上感应电流较密集较强烈的部分。此外，本方法并不限制这些接地球的细节，举例来说可以使用金凸块或锡球作为这些接地球。
举例来说，当天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率约为80吉赫到650吉赫间，亦即被设计来处理近年来日发热门的太赫兹-吉赫兹波时，步骤b与步骤所作的模拟与调整的或可以包含至少下列之一:让这些虚拟金属彼此间的间隙为约大于50微米、让任一个虚拟金属的任一边长为约大于150微米、让任一个虚拟金属的形状为四边形、以及让任一个该虚拟金属的形状为长方形。
附带一提的是，一般来说当所要处理的电磁波的频率大于约60吉赫兹时，使用本发明所提出的整合电路与天线的晶粒及整合方法便开始有明显的好处。举例来说，若所使用基底的材料为介电系数约为12.9的砷化镓，天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率约为100吉赫兹(波长约为3000微米)，天线长度则大约为417.6毫米。再考虑一般的商业化应用中，晶粒(die)的各边长约为2毫米，而天线的尺寸大小约为晶粒的尺寸大小的三分之一到二分之一之间(考虑整合电路与天线的晶粒的机械强度、散热、电磁干扰与后续封装制造过程等等)。简单可以发现当电磁波的频率高于约60吉赫兹或甚至更高时，本发明所提出的整合电路与天线的晶粒的种种好处会开始明显化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (29)

1.一种整合电路与天线的晶粒，其特征在于包含:
基底，该基底具有正表面与背表面；
电路，位于该正表面；
天线，位于该背表面；以及
共享电位基准，电性连接至该电路与该天线。
2.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于更包含至少下列之一:
该共享电位基准位于该正表面；
该共享电位基准位于该基底的侧表面；
该共享电位基准位于该基底的内部；以及
该共享电位基准位于该基底内部并位于该天线与该电路之间。
3.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于：该共享电位基准是该电路在不论是否有该天线存在时便使用的电位基准。
4.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于：该天线在该背表面的位置是能够弹性调整的而并不一定要位于该背表面的中间或是与该电路在垂直于该正表面与该背表面的的方向上相互重叠。
5.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于：该天线的尺寸大小是与该天线被设计来接收与发射的电磁波的波长成正比例。
6.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于：该天线占该背表面的面积比例，在该天线为共振式天线时是越大越好而在该天线为非共振式时较无限制。
7.根据权利要求1所述的晶粒，其特征在于：包含位于该背表面上围绕该天线但与该天线相互分离的多数个虚拟金属。
8.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于：该天线与所述虚拟金属二者占有该背表面的面积比例与在该背表面的分布方式是取决于至少下列二点:该晶粒的机械强度与该晶粒生产制造过程。
9.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属与该天线的距离较远，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属与该天线的距离较近；
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属彼此间的分布较稀疏，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属彼此间的分布较密集；以及
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近所述虚拟金属各自的面积较小，而在该天线其他部分附近所述虚拟金属各自的面积较大。
10.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:
离该天线较近处的部分所述虚拟金属的分布较为稀疏，而让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的分布较为密集；以及
离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸较小，而让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸较大。
11.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:
所述虚拟金属与该天线的距离正比例于天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；
所述虚拟金属与该天线纵向方向两端点之间的距离正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；以及
所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。
12.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于，当该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率为80吉赫到650吉赫间，所述虚拟金属在该背表面的分布限制至少包含下列之一:
所述虚拟金属彼此间的间隙为大于50微米；
任一个该虚拟金属的任一边长为大于150微米；以及
任一个该虚拟金属的形状为四边形或长方形。
13.根据权利要求7所述的晶粒，其特征在于：包含多数个接地球，不同的该接地球分别连接到所述虚拟金属的不同部分。
14.根据权利要求13所述的晶粒，其特征在于包含至少下列之一:
所述接地球是均匀地分布在该正表面；
所述接地球是均匀地分布在该背表面；
所述接地球是分布在该正表面；
所述接地球是分布在该负表面；
所述接地球是分布在该基底的一或多侧表面；以及
所述接地球是分布在当该天线接收及/或发射电磁波时该基底上感应电流较密集较强烈的部分。
15.根据权利要求13所述的晶粒，其特征在于：所述接地球是金凸块或锡球。
16.一种整合电路与天线在同一晶粒的方法，其特征在于包含:
a.设定在基底的正表面的电路分布以及在该基底的背表面的天线与多数个虚拟金属以及在该基底的一或多表面的多数个接地球的分布；
b.模拟该天线接收发射电磁波时，该天线、所述虚拟金属与所述接地球上的电磁场与电流分布；
c.根据模拟结果调整该天线、所述虚拟金属与所述接地球的分布；
d.反复进行步骤b与步骤c直到在该天线、所述虚拟金属与所述接地球上的电磁场与电流分布符合需求；
在此，该电路与该天线是电性连接至一共享电位基准；
在此，所述虚拟金属围绕该天线并与该天线相互分离；
在此，不同的该接地球分别连接到该基底的一或多表面的不同部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：包含在步骤b与步骤c固定该天线而仅反复调整所述虚拟金属与所述接地球直到符合需求为止。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：包含在步骤b与步骤c固定该天线与所述接地球而仅反复调整所述虚拟金属直到符合需求为止。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤c包含调整至少下列之一:至少一个该虚拟金属的尺寸大小、至少一个该虚拟金属的形状、至少二该虚拟金属之间的距离、至少一个该虚拟金属与该天线之间的距离、在该天线周围部份所述虚拟金属的位置、以及所述虚拟金属的数量与位置。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤c包含至少下列之一:让所述虚拟金属的尺寸大小尽可能地小、让所述虚拟金属之间的距离尽可能地小、让离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸大小较大、让离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸大小较小、以及让所述虚拟金属与该天线的首尾两端的距离尽可能地大。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包含至少下列之一:
将该天线放置在该背表面的中间:
将该天线放置在该背表面的周围；
让该天线在垂直该正表面与该背表面的方向上与该电路相互重叠；
让该天线在垂直该正表面与该背表面的方向上与该电路相互分离；
根据该天线被设计来接收与发射的电磁波的波长来成正比例地设计该天线的尺寸大小；以及
当该天线为共振式天线时让该天线占该背表面较大的比例。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包含至少下列之一:
使用该电路在不论是否有该天线存在时便使用的电位基准为该共享电位基准；
将该共享电位基准安置于该基底内部并位于该天线与该电路之间；
将该共享电位基准放置位于该正表面；
将该共享电位基准放置位于该基底的侧表面；以及
将该共享电位基准放置于该基底的内部。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：包含根据该晶粒的机械强度以及该晶粒生产制造过程来设定该天线与所述虚拟金属共同占有该背表面的面积比例与共同在背表面的分布方式。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属与该天线的距离较远，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属与该天线的距离较近；
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属彼此间的分布较稀疏，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属彼此间的分布较密集；以及
在该天线接收及/或发射电磁波的两端附近的部分所述虚拟金属各自的面积较小，在该天线其他部分附近的部分所述虚拟金属各自的面积较大。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:
在离该天线较近处的部分所述虚拟金属的分布较为稀疏，在离该天线较远处的部分所述虚拟金属的分布较为密集；以及
在离该天线较近处的部分所述虚拟金属的尺寸较小，在离该天线较远处的部分所述虚拟金属的尺寸较大。
26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，包含根据至少下列之一来调整所述虚拟金属在该背表面的分布:
所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；
所述虚拟金属与该天线纵向方向两端点之间的距离正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长；以及
所述虚拟金属彼此间的间隙正比例于该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的波长。
27.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包含至少下列之一:
让所述接地球均匀地分布在该天线所在的部分的该正表面；
让所述接地球均匀地分布在所述虚拟金属所在的部分的该背表面；
让所述接地球分布在该天线所在的部分的该正表面；
让所述接地球分布在所述虚拟金属所在的部分的该背表面；以及
让所述接地球分布在当该天线接收及/或发射电磁波时所述虚拟金属上感应电流较密集较强烈的部分。
28.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：包含使用金凸块或锡球作为所述接地球。
29.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当该天线被设计来接收及/或发射的电磁波的频率为80吉赫到650吉赫间，步骤b与步骤c更包含至少下列之一:
让所述虚拟金属彼此间的间隙大于50微米；
让任一个该虚拟金属的任一边长大于150微米；以及
让任一个该虚拟金属的形状为四边形或长方形。
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