DE102012203293B4 - Halbleitermodul mit integriertem Wellenleiter für Radarsignale - Google Patents

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Abstract

Halbleitermodul, aufweisend:eine Wafer-Einheit (32) undeine Schnittstellenschicht (36),wobei die Wafer-Einheit (32) einen Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung (14) bildet, und eine Gehäuseschicht (34) aufweist, die durch ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) gebildet wird,wobei die Schnittstellenschicht (36) eine Umverdrahtungsschicht (38) zum externen Anschließen der integrierten Schaltung (14) aufweist, welche die integrierte Schaltung (14) mit externen Anschlüssen (40) der Schnittstellenschicht (36) verbindet,wobei das Halbleitermodul (10) wenigstens einen im Halbleitermodul (10) integrierten Wellenleiter (18) für Radarsignale aufweist mit einer Leiterstruktur (20, 22, 24), die ein Inneres des Wellenleiters (18) seitlich umgibt, undwobei der Halbleiterchip und der wenigstens eine Wellenleiter (18) in der Gehäuseschicht (34) angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltung (14) und der wenigstens eine Wellenleiter (18) zumindest bereichsweise in das Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) eingebettet sind, wobei die Gehäuseschicht (34) an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzt,dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes Ende (30; 90) des Wellenleiters (18) einer seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) zugewandt ist und an der seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) und der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, um ein Aus- und/oder Einkoppeln eines Radarsignals seitlich an dem Halbleitermodul (10) oder an der Oberseite des Halbleitermoduls (80) zu ermöglichen,wobei die Umverdrahtungsschicht (36) zumindest auf einer unteren Seite der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, wobei die Umverdrahtungsschicht (38) auf einer unteren Seite mit den externen Anschlüssen (40) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einer integrierten Schaltung und mit einer Umverdrahtungsschicht zum externen Anschließen der integrierten Schaltung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls. 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 integrierte 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.
  • US 2011/0025552 A1 beschreibt ein Hochfrequenzmodul, bei dem ein MMIC in eine Aussparung in einer Leiterplatte eingesetzt und über Drähte mit planaren Leitungen der Leiterplatte verbunden wird. In der Leiterplatte sind mittels leitender Schichten, die über Reihen von Durchkontaktierungen verbunden sind, Wellenleiter gebildet. Der MMIC wird über die Drähte und planare Leitungen mit den Wellenleitern verbunden.
  • WO 2010/127709 A1 beschreibt ein Bauelement mit einem Übergang von einem Chip zu einem Wellenleiterport, wobei der Chip auf einer ersten Hauptseite mindestens einen Eingangsanschluss zum Erhalten eines Eingangssignals und einen Ausgangsanschluss zur Ausgabe eines Ausgangssignals hat und eine elektrische Funktionalität hat. Einer der Anschlüsse ist elektrisch mit einer elektrisch leitenden Sonde verbunden, die sich zumindest teilweise über einen Wellenleiterport erstreckt, so dass ein Signal zwischen dem einen Anschluss und dem Wellenleiterport übertragen werden kann. In einem Beispiel ist der Chip von einem Kunststoffformkörper bedeckt.
  • US 2009/0079648 A1 beschreibt ein Hochfrequenzmodul mit einer Antenne, die gebildet wird durch integrales Verbinden einer mit Strahlungsschlitzen ausgelegten Schlitzplatte mit einer Platte mit mehreren dünnen Platten, die mit einem Wellenleiter ausgebildet sind. Der Wellenleiter der Antenne ist über einen auf einem Kunstharzsubstrat vorgesehenen Wellenleiter mit einem dielektrischen Wellenleiter eines Hochfrequenzbausteins verbunden.
  • US 2012/0009885 A1 betrifft eine Schaltung zum Abstrahlen elektromagnetischer Signale mit einer sehr hohen Hochfrequenz sowohl durch den Raum als auch durch Wellenleiter, die in einem Substratmaterial ausgebildet sind.
  • 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 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, welches eine Ein- und/oder Auskopplung von Radarsignalen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleitermodul gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
  • 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 externen 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 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 gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 12.
  • Ein erläuterndes Ausführungsbeispiel betrifft 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;
    • - 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.
  • Figurenliste
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern;
    • 2 eine schematische Ansicht einer Leiterstruktur eines Wellenleiters sowie eines Koppelelements;
    • 3 eine Querschnittsansicht einer Anordnung des Halbleitermoduls nach 1 in einem Radarreflektor;
    • 4 eine Ansicht einer Anordnung des Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern, die mit externen Hohlleitern gekoppelt sind;
    • 5 eine Blockdarstellung des Halbleitermoduls mit integrierten Wellenleitern, die mit einer externen Verteilstruktur gekoppelt sind;
    • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterstruktur eines Wellenleiters;
    • 7 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Leiterstruktur eines Wellenleiters;
    • 8 eine schematische Ansicht eines Halbleitermoduls mit Wellenleitern mit der Leiterstruktur entsprechend 7;
    • 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterstruktur eines Wellenleiters.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 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 Halbleiterchips, 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 Waferintegrierten 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 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 horizontaler Richtung, bezogen auf eine horizontale Ausrichtung der integrierten Schaltung 14 bzw. der Umverdrahtungsschicht. 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 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 während 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 Lotkugeln, 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 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 verbunden.
  • 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 jeweiligen 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 Radarfrequenzen angepasst.
  • 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 Radarsignale 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 Wellenleiters 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 3 einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung der aus dem Halbleitermodul 10 ausgekoppelten Radarsignale zeigt, ist in 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 Hohlleiter 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 Verteilstruktur 50 für die Radarsignale, wie in 5 schematisch dargestellt ist. Die Verteilstruktur 50 kann weitere Hohlleiter und/oder Wellenleiter, insbesondere mit einem Dielektrikum gefüllte Wellenleiter umfassen.
  • 6 zeigt eine Leiterstruktur eines weiteren Beispiels eines Wellenleiters 58, der beispielsweise anstelle eines Wellenleiters 18 in dem Halbleitermodul 10 nach 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, Waferintegrierten 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 werden.
  • 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 werden. 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 3 bis 5 eingesetzt werden.
  • 7 zeigt eine Leiterstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wellenleiters 78, bei dem der Wellenleiter in vertikaler Richtung verläuft und beispielsweise in einem in 8 gezeigten Halbleitermodul 80 integriert ist. Das in 8 gezeigte Halbleitermodul 80 entspricht im übrigen dem oben beschriebenen Halbleitermodul 10, und ähnliche 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 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 Oberseite das offene Ende 90 des Wellenleiters 78 befindet.
  • Abweichend vom in 7 und 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 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.
  • 9 zeigt eine Variante der anhand von 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 dargestellten 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 7, und die Wellenleiter 78' können beispielsweise anstelle der in 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 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 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 Verteilstruktur erfolgen, beispielsweise entsprechend der anhand der 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 Wellenleitern 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 (12)

  1. Halbleitermodul, aufweisend: eine Wafer-Einheit (32) und eine Schnittstellenschicht (36), wobei die Wafer-Einheit (32) einen Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung (14) bildet, und eine Gehäuseschicht (34) aufweist, die durch ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) gebildet wird, wobei die Schnittstellenschicht (36) eine Umverdrahtungsschicht (38) zum externen Anschließen der integrierten Schaltung (14) aufweist, welche die integrierte Schaltung (14) mit externen Anschlüssen (40) der Schnittstellenschicht (36) verbindet, wobei das Halbleitermodul (10) wenigstens einen im Halbleitermodul (10) integrierten Wellenleiter (18) für Radarsignale aufweist mit einer Leiterstruktur (20, 22, 24), die ein Inneres des Wellenleiters (18) seitlich umgibt, und wobei der Halbleiterchip und der wenigstens eine Wellenleiter (18) in der Gehäuseschicht (34) angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltung (14) und der wenigstens eine Wellenleiter (18) zumindest bereichsweise in das Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) eingebettet sind, wobei die Gehäuseschicht (34) an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes Ende (30; 90) des Wellenleiters (18) einer seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) zugewandt ist und an der seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) und der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, um ein Aus- und/oder Einkoppeln eines Radarsignals seitlich an dem Halbleitermodul (10) oder an der Oberseite des Halbleitermoduls (80) zu ermöglichen, wobei die Umverdrahtungsschicht (36) zumindest auf einer unteren Seite der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, wobei die Umverdrahtungsschicht (38) auf einer unteren Seite mit den externen Anschlüssen (40) verbunden ist.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem das offene Ende (30; 90) des Wellenleiters (18) hohl ist, oder vor dem offenen Ende (30; 90) des Wellenleiters (18) ein Fortsatz oder eine Zunge (48) aus einem dielektrischen Material angebracht ist.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die integrierte Schaltung (14) eine monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung ist.
  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 die Leiterstruktur des wenigstens einen integrierten Wellenleiters (18) ein Leitergehäuse oder ein Leiterkäfig ist.
  10. Radarsensor mit einem Halbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Kraftfahrzeug-Radarsystem mit einem Halbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  12. 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 Wafer-Einheit (32) mit einer an den Halbleiterchip zumindest seitlich angrenzenden Gehäuseschicht (34) eines Gehäuses des Halbleitermoduls (10), wobei die Gehäuseschicht (34) durch ein Gehäusematerial des Halbleitermoduls (10) gebildet wird und der Halbleiterchip in der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, 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 ein offenes Ende (30; 90) des Wellenleiters (18) einer seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) zugewandt ist und an der seitlichen oder oberen Oberfläche der Wafer-Einheit (32) und der Gehäuseschicht (34) angeordnet ist, um ein Aus- und/oder Einkoppeln eines Radarsignals seitlich an dem Halbleitermodul (10) oder an der Oberseite des Halbleitermoduls (80) zu ermöglichen; wobei das Verfahren weiter umfasst: - Herstellen einer Umverdrahtungsschicht (36) zumindest auf einer unteren Seite der Gehäuseschicht (34) und einer Anschlussstruktur mit externen Anschlüssen (40), wobei die Umverdrahtungsschicht (38) auf einer unteren Seite mit den externen Anschlüssen (40) verbunden ist.
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