JP2011211705A - 導波管を含む集積回路パッケージアセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】 導波管を含む集積回路パッケージアセンブリを提供する。
【解決手段】 本明細書のいくつかの実施形態は、送信機に関する。送信機には、第１の電磁信号を放射するように構成された第１のアンテナを含む集積回路（ＩＣ）パッケージが含まれる。プリント回路ボード（ＰＣＢ）基板には、第１の電磁信号を受信し、かつそれに基づいて導波管信号を生成するように構成された導波管が含まれる。第２のアンテナは、導波管に電気的に結合することができ、かつ導波管信号に対応する第２の電磁信号を放射することができる。他のデバイスおよび方法もまた開示される。
【選択図】図１

Description

集積回路（ＩＣ）パッケージングは、一般に、ＩＣ製造の最終段階と見なされており、多数のＩＣダイを上に含むことが多いディスク状の半導体ウエハがダイスカットされて多数の別個のＩＣを提供した後に行われる。各ダイ上の機構は、小さすぎて、より大きな回路において実用的に互いに連結できないことが多いので、これらのダイは、効果的な集積を容易にするためにＩＣパッケージにパッケージングされる。ＩＣパッケージのいくつかの従来例には、フラットパック、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）、およびセラミック、プラスチック、または他のより興味深い材料で作製できる多数のその他のものが含まれる。
多くの点で効果的ではあるが、従来のＩＣパッケージは、設計者が、これらのパッケージを高周波（例えば、無線周波数（ＲＦ）またはミリ波）コンポーネントと統合しようと試みた場合に、著しい欠点がある。例えば、高周波では著しい電力損失がしばしば発生するが、この電力損失は、少なくとも部分的には、従来のＩＣパッケージと高周波コンポーネントとの間の接続のせいである可能性がある。
パッケージングに関して高周波コンポーネントの集積を改善するために、本開示の態様は、改善されたＩＣパッケージアセンブリおよびそれに関連する方法に関する。
いくつかの実施形態による送信機を示すブロック図である。 いくつかの実施形態によるＩＣパッケージアセンブリを示す透視図である。 図２のＩＣパッケージアセンブリの底面図である。 図２のＩＣパッケージアセンブリの断面側面図である。 図示のように、図４の断面側面図の一部の詳細図である。 いくつかの実施形態による方法を示すフローチャートである。
ここで、図面に関連して、特許請求される主題を説明するが、図面では、同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を指すために用いられる。以下の説明において、説明を目的とし、特許請求される主題の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が述べられる。しかしながら、特許請求される主題が、これらの特定の詳細なしに実施可能であることは、明らかであろう。さらに、用語「上部」、「底部」、「側面」および他の類似の用語が本明細書で用いられているが、これらの用語は、いかなる種類の絶対的基準枠も意味せず、他の実施形態では、「上部」、「底部」、「側面」および他の要素は、図に示されていない様々な方法で変更してもよい。
図１は、いくつかの実施形態による送信機１００を示す。図示のように、送信機１００には、ＩＣパッケージ１０４およびプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板１０６を含む集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリ１０２が含まれる。ＩＣパッケージ１０４は、第１の係合面１０８を有するが、この係合面１０８は、ＰＣＢ基板１０６の対応する係合面１１０に物理的に結合される。
ＩＣパッケージ１０４には、第１の電磁信号１１４を放射するように構成された第１のアンテナ１１２が収容される。しかしながら、ＩＣパッケージ１０４が、パッケージング制約ゆえに、典型的には比較的小さな面積（例えば６ｍｍ×６ｍｍ）を有するので、第１のアンテナ１１２は、いくつかの例では比較的小さなアンテナ利得を有する可能性がある。
したがって、ＰＣＢ基板１０６には、第１の電磁信号１１４を受信するように構成された導波管１１６が含まれる。導波管１１６は、第１の電磁信号に基づいて導波管信号を生成し、その導波管信号を、導波管１１６に電気的に結合された第２のアンテナ１１８に伝達する。第２のアンテナ１１８は、第１のアンテナ１１２の利得より大きなアンテナ利得を有することが多く、第２の電磁信号１２０を放射するように構成されるが、この電磁信号１２０は、増加された電力スペクトル密度を備えているとはいえ、第１の電磁信号に対応する。第１のアンテナ１１２がＩＣパッケージ１０４に集積されるので、送信機１００の集積および組み立ては、簡素化される。同時に、送信機１００は、比較的大きなアンテナ利得を提供する。なぜなら、導波管１１６により、第２のアンテナ１１８を介して所望の信号を送信することが可能になるからである。
ここで、図２〜５をまとめて見てみると、いくつかの実施形態によるＩＣパッケージアセンブリ２００のより詳細な例を見ることができる。図２は、透視図を示し、図３は、底面図を示し、図４〜５は、断面側面図を示す。
特に、図２〜５は、第２のアンテナ（例えば、図１における１１８）を示していない。なぜなら、第２のアンテナは、後でＩＣパッケージアセンブリ２００に結合してもよく、ＩＣパッケージアセンブリ自体に含まれることは要求されないからである。これらの図において一般的に示すように、ＩＣパッケージアセンブリ２００には、ＰＣＢ基板２０２およびＩＣパッケージ２０４が含まれ、これらは、それぞれの係合面２０６、２０８において互いに物理的に結合される（図５を参照）。
ＰＣＢ基板の係合面２０６に画定された開口部２１０は、開口軸２１２に沿い、ＰＣＢ基板２０２を通過してＰＣＢ基板２０２の反対面２１４に出る。このように、開口部２１０は、ＰＣＢ基板２０２に、平行の内向き側壁（例えば２１６ａ、２１６ｂ）を画定する。導電層２１８は、導波管として働くが、内向き側壁によって画定された内周回りに全面的に配置される。
例えばパッチアンテナなどの第１のアンテナ２２０は、ＩＣパッケージ２０４に収容され、導波管２２１（例えば、プレーナ技術における、コプレーナ導波管などの導電性ライン）を介して送信信号を受信する。第１のアンテナ２２０は、開口軸２１２上に配置され、かつ送信信号に基づいて電磁波を放射するように構成される。アンテナ２２０は、開口軸２１２に沿って電力を放射する傾向があるが、それはまた、他の方向に電力を放射することができる。
導電層２２２（図示の実施形態では、ＩＣパッケージ２０４の上部誘電体層２２４の全体にわたって延びる）は、第１のアンテナから放射された電力を逆に開口部２１０の方へ反射する。さらに、はんだボール配列２２６は、第１のアンテナ２２０を横から囲む内周を有する。これらのコンポーネント２２２、２２６の両方とも、導電性材料で作製されているので、それらは、第１のアンテナから放射された電力を開口部２１０に反射し、それによって、効率の改善を支援する傾向がある。
電磁波からのエネルギが開口部２１０を通過するので、対応する電磁界を備えた導波管モードが、遅れずに電磁波の変化を反映するように導電層２１８において励起される。このように、導電層２１８は、それが、電磁波の時変特性に対応する導波管信号を生成する点で、導波管として働く。次に、この導波管信号は、ＰＣＢ基板における導電層２２７を介して第２のアンテナ（図示せず）に伝達され、そこにおいて、導波管信号は、適切な電力で再送信することができる。
この構成の多くの変形が、本開示の範囲内に入るように意図されていることが理解されよう。例えば、丸いコーナーを備えた矩形ジオメトリを有する開口部２１０が示されているが、他の実施形態における開口部は、他のジオメトリ（例えば、楕円形状、円形状、丸いエッジを備えた多角形形状）を有することが可能である。丸いエッジは必要とはされないが、かかる丸いエッジを備えた開口部を作製するほうが、より簡単でコスト効率がより良いことが多い。
また、導電層２１８は、インプリメンテーションに依存して様々な形態を取ることができる。いくつかの実施形態において、導電層２１８は金を含むことができ、一方で他の実施形態において、導電層２１８は、銅、アルミニウム、または別の導電性材料を含むことができる。
また、ＰＣＢ基板２０２は、インプリメンテーションに依存して様々な形態を取ることができる。例えば、図示のＰＣＢ基板２０２には、上部導電層２２８（例えば、約３５μｍの厚さ）、２つの内側導電層（２３０、２３２であり、例えば、それぞれ約３５μｍの厚さを有する）、および底部導電層２３４（例えば、約３５μｍの厚さ）が含まれる。これらの導電層には銅が含まれることが多いが、しかしまた金、アルミニウム、または別の導電性材料を含むことが可能である。図３から分かるように、底部導電層２３４は、ＰＣＢ基板に結合された様々な電気コンポーネント間において、様々な方法で電気信号をルーティングする電気管にパターン化することができる。他の導電層は、電気信号をルーティングするために同様にパターン化することができる。
これらのＰＣＢ導電層間を分離するために、ＰＣＢ基板２０２にはまた、上側誘電体層２３６（例えば、約２００μｍの厚さ）、中央誘電体層２３８（例えば、約２００μｍの厚さ）、および下側誘電体層２４０（例えば、約２００μｍの厚さ）が含まれる。一実施形態において、誘電体層には、ＦＲ−４エポキシ樹脂を含むことができるが、しかしまた他の実施形態において、他の誘電体材料を含むことが可能である。４つの導電層および３つの誘電体層が示されているが、インプリメンテーションに依存して、より少数の層（例えば、単一の導電層および単一の誘電体層だけ）またはより多くの層が存在し得ることが理解されよう。
さらに、図５に見られるように、図示のＩＣパッケージ２０４には、ＩＣパッケージにおいて、はんだボール配列をＩＣ２５２（例えば、アンテナまたは別個のＩＣ）に結合する再分配層２５０が含まれる。再分配層２５０には、誘電体層２５６、２５８との間に挟まれたＲＤＬ導電層２５４（例えば銅）が含まれる。これらの誘電体層２５６の下側には開口部があり、この開口部において、はんだボール２２６が、ＲＤＬ導電層２５４に電気的に結合される。次に、ビアまたは他の垂直接続部が、ＲＤＬ導電層２５４をＩＣ上の上側層２６０に結合する。例えば、これらの上側層２６０は、ＩＣ用の相互接続層および接合パッドを含むことが多く、一方でトランジスタおよび他のデバイスは、典型的にはＩＣの基板領域２６２に含まれる。
ここで、図６を見ると、いくつかの実施形態による方法６００を見ることができる。この方法は、一連の動作またはイベントとして以下に示し説明するが、本開示は、かかる動作またはイベントの図示の順序によって限定されない。本明細書に開示される他の方法に対しても同じことが言える。例えば、いくつかの動作は、異なる順序で行ってもよく、かつ／または本明細書で図示および／もしくは説明するのものとは別の他の動作もしくはイベントと同時に行ってもよい。さらに、全ての図示の動作が必要であるわけではなく、波形形状は単に例示であり、他の波形は、例示の波形と著しく異なってもよい。さらに、本明細書に示す動作の１つまたは複数は、１つまたは複数の別個の動作または段階において実行してもよい。
ブロック６０２において、プリント回路ボード（ＰＣＢ）基板が提供される。多くの実施形態において、ＰＣＢ基板は、例えばＦＲ−４エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂ベースの基板である。
ブロック６０４において、１つまたは複数の金属層が、ＰＣＢ基板の横面上にパターン化される。金属層は、そこにおいて電気信号を搬送するのに適している。多くの実施形態において、この金属層は、ＰＣＢ基板全体にわたって、時には両側に、銅層を接合することによって形成される。これらの実施形態において、次に、銅の望ましくない部分が、一時的マスクを施した後で（例えばエッチングによって）除去され、所望の銅トレースだけが残される。他の実施形態において、銅トレースは、通常は多数の電気めっきステップのプロセスによって、ベアＰＣＢ基板（または非常に薄い銅層を備えた基板）にトレースを加えることによって作製することができる。
ブロック６０６において、開口部が、ＰＣＢ基板に形成される。典型的には、この開口部は、機械的技術（例えばドリル）によって形成されるが、それはまた、化学的技術（例えばエッチング）または化学的および機械的技術の組み合わせによって形成することが可能である。開口部は、内向き側壁をＰＣＢ基板に画定するように、開口軸に沿ってＰＣＢ基板を通過することが多い。
ブロック６０８において、第１の導電層が、少なくとも１つの内向き側壁に作製される。この導電層は、金、アルミニウム、または別の導電性材料を含むことができ、かつとりわけスパッタリングまたは電気めっき技術によって形成することができる。
ブロック６１０において、ＩＣパッケージが、ＰＣＢ基板に接着される。典型的には、ＩＣパッケージには、開口軸に隣接するアンテナが含まれる。いくつかの実施形態において、この接着は、ブロック６０４において形成された金属層に少なくとも１つのはんだボールを接着することによって達成される。
ブロック６１２において、第２の導電層が、ＩＣパッケージの外面上に形成される。第２の導電層は、ＩＣパッケージが基板に接着された場合には、開口部に対してアンテナと反対側にある。この第２の導電層は、アンテナから放射された電力を逆に開口部の方へ反射するのを支援することが多い。それゆえに、第２の導電層は、ＩＣパッケージの外面全体にわたって延びる連続的な面であることが多い。
１つまたは複数のインプリメンテーションに関連して本開示を図示し説明したが、本明細書および添付の図面を読んで理解することに基づいて、等価な変更および修正が当業者に思い浮かぶであろう。例えば、図２〜５は、ＩＣアンテナ２２０が、ＰＣＢ基板における開口部２１０を通して信号を導波管２１８に放射するＩＣパッケージアセンブリ２００の実施形態を示すが、この例は、限定的ではない。他の実施形態では、開口部は必要ではなく、導波管２１８は、ＰＣＢ誘電体（例えば、ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ）内に完全にまたは部分的に入れることができる。かかる実施形態では、ＩＣアンテナ２２０は、そのＲＦ信号を、ＰＣＢ誘電体材料（ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ）を通して、誘電体材料に埋め込まれた導波管（例えば、図１における導波管１１６）に放射することになろう。次に、誘電体材料に埋め込まれた導波管は、例えば図１に示すように、検出された信号を再送信用に第２の（高利得）アンテナに搬送することになろう。
本開示は、全てのかかる修正および変更を含み、かつ添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。特に、上記のコンポーネント（例えば、要素および／または資源）によって実行される様々な機能に関して、かかるコンポーネントを説明するために用いられる用語は、他に指定がない限り、説明したコンポーネントの特定の機能を実行する任意のコンポーネント（例えば、機能的に等価な）に対応するように意図され、たとえ本明細書で示された本開示の例示的なインプリメンテーションにおける機能を実行する開示の構造と構造的に等価でなくても、そのように意図される。さらに、いくつかのインプリメンテーションのただ１つに関連して、本開示の特定の特徴を開示したかもしれないが、かかる特徴は、任意の所与のまたは特定の用途のために望ましく有利になり得る他のインプリメンテーションの１つまたは複数の他の特徴と組み合わせてもよい。さらに、本出願および添付の特許請求の範囲において用いられる冠詞「ａ」および「ａｎ」は、「１つまたは複数」を意味すると解釈すべきである。
さらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」「有している」、「有する」、「備えた」、またはこれらの変形が、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかにおいて用いられる限りでは、かかる用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の意味で包括的であるように意図されている。
１００ 送信機
１０２ 集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリ
１０４ ＩＣパッケージ
１０６ プリント回路ボード（ＰＣＢ）基板
１０８ 第１の係合面
１１０ 係合面
１１２ 第１のアンテナ
１１４ 第１の電磁信号
１１６ 導波管
１１８ 第２のアンテナ
１２０ 第２の電磁信号
２００ ＩＣパッケージアセンブリ
２０２ ＰＣＢ基板
２０４ ＩＣパッケージ
２０６ 係合面
２０８ 係合面
２１０ 開口部
２１２ 開口軸
２１４ 反対面
２１６ａ 内向き側壁
２１６ｂ 内向き側壁
２１８ 導電層
２２０ 第１のアンテナ
２２１ 導波管
２２２ 導電層
２２４ 上部誘電体層
２２６ はんだボール配列
２２７ 導電層
２２８ 上部導電層
２３０ 内部導電層
２３２ 内部導電層
２３４ 底部導電層
２３６ 上側誘電体層
２３８ 中央誘電体層
２４０ 下側誘電体層
２５０ 再分配層
２５２ ＩＣ
２５４ ＲＤＬ導電層
２５６ 誘電体層
２５８ 誘電体層
２６０ 上側層
２６２ 基板領域

Claims (21)

  1. 第１の電磁信号を放射するように構成された第１のアンテナを含む集積回路（ＩＣ）パッケージであって、第１の係合面を有する集積回路（ＩＣ）パッケージと、
    前記第１の係合面に物理的に結合された第２の係合面を有するプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板であって、前記第１の電磁信号を受信し、かつその電磁信号に基づいて導波管信号を生成するように構成された導波管を含むプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板と、
    前記導波管に電気的に結合され、かつ前記導波管信号を用いることによって前記第１の電磁信号に対応する第２の電磁信号を放射するように構成された第２のアンテナと、
    を含む送信機。
  2. 前記第１のアンテナが、第１のアンテナ利得を有し、前記第２のアンテナが、第２のアンテナ利得を有し、前記第２のアンテナ利得が、前記第１のアンテナ利得より大きい、請求項１に記載の送信機。
  3. 前記導波管が、前記ＰＣＢ基板に完全に入れられた導電層を含む、請求項１に記載の送信機。
  4. 前記ＰＣＢ基板が、それを通過する開口部を有し、前記開口部が、前記ＰＣＢ基板において内向き側壁を画定する、請求項１に記載の送信機。
  5. 前記導波管が、前記内向き側壁によって画定された前記開口部の内周回りに全面的に配置された導電層を含む、請求項４に記載の送信機。
  6. 前記導電層が、金、銅またはアルミニウムの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の送信機。
  7. 開口軸に沿って通過する開口部を有するプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板であって、前記開口部が、前記ＰＣＢ基板の内向き側壁によって画定されるプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板と、
    前記開口軸に隣接して配置され、かつ電磁波を生成するように構成されたアンテナと、
    前記開口軸を横から囲むように内向き側壁に配置され、かつ時変信号を誘導するように構成された第１の導電層であって、前記時変信号が、前記電磁波の電力を経時的に示す第１の導電層と、
    を含む、集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリ。
  8. 前記開口部に対して前記アンテナの反対側に形成された第２の導電層であって、前記第２の導電層に入射する、前記アンテナからの電力を、逆に前記開口部の方へ反射する第２の導電層をさらに含む、請求項７に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  9. 導電性ボール配列であって、それに関連する周囲を有し、その周囲が、前記アンテナに隣接する前記開口軸の回りに横に配置される、配列をさらに含む、請求項７に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  10. 前記導電性ボール配列に関連する前記周囲を横断する導波管であって、前記ＰＣＢ基板の横面に沿って延び、かつ前記アンテナに電気的に結合された導波管をさらに含む、請求項９に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  11. 前記開口部に対して前記アンテナの反対側に形成された第２の導電層であって、前記第１の導電層に対して一般に直角に延びる第２の導電層をさらに含む、請求項１０に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  12. 開口部を備えた第１の係合面を有するプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板であって、前記開口部が、前記第１の係合面から、開口軸に沿って前記ＰＣＢ基板を通過し、前記ＰＣＢ基板の反対面に出て、それによって、内向き側壁を前記ＰＣＢ基板に画定するプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板と、
    前記第１の係合面に物理的に結合された第２の係合面を有するＩＣパッケージであって、前記開口軸に隣接して配置された、かつ電磁波を生成するように構成されたアンテナを含むＩＣパッケージと、
    前記開口部を横から囲むように前記内向き側壁に形成された導波管であって、前記電磁波を検出し、かつそれに対応する信号を生成するように構成された導波管と、
    を含む集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリ。
  13. 前記第１の係合面が、導電層を含み、前記第２の係合面が、はんだボールの表面を含む、請求項１２に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  14. 前記ＩＣパッケージに関連する導電性ボール配列であって、前記アンテナに隣接する前記開口軸を横から少なくとも部分的に囲む周囲を有する導電性ボール配列をさらに含む、請求項１２に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  15. 前記導電性ボール配列に関連する前記周囲を横断するコプレーナ導波管であって、前記ＰＣＢ基板の横面に沿って延び、かつ前記アンテナに電気的に結合されたコプレーナ導波管をさらに含む、請求項１４に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  16. 開口軸に沿って通過する開口部を有するプリント回路ボード（ＰＣＢ）基板と、
    前記ＰＣＢ基板上に配置されたはんだボール配列であって、前記はんだボール配列の周囲が、前記開口軸を少なくとも部分的に囲むはんだボール配列と、
    前記はんだボール配列内または上において横に配置されたアンテナであって、電磁波を送信するように構成されたアンテナと、
    前記開口部によって画定された、内向き側壁をほぼ覆う第１の導電層であって、前記電磁波における変化を示す導波管信号を生成するように構成された第１の導電層と、
    を含む集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリ。
  17. 前記開口部に対して前記アンテナの反対側に形成された第２の導電層であって、前記第１の導電層に対して一般に直角に延びる第２の導電層をさらに含む、請求項１６に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  18. 前記導電性ボール配列に関連する前記周囲を横断する導波管であって、前記ＰＣＢ基板の横面に沿って延び、かつ前記アンテナに電気的に結合された導波管をさらに含む、請求項１６に記載のＩＣパッケージアセンブリ。
  19. プリント回路ボード（ＰＣＢ）基板を提供することと、
    パターン化された金属層を前記ＰＣＢ基板の横面に形成することであって、前記パターン化された金属層が、そこにおいて電気信号を搬送するのに適していることと、
    開口軸に沿って前記ＰＣＢ基板を通過する開口部を形成することであって、前記開口部が、内向き側壁を前記ＰＣＢ基板に画定することと、
    第１の導電層を少なくとも１つの前記内向き側壁に形成することと、
    ＩＣパッケージを前記ＰＣＢ基板に接着することであって、前記ＩＣパッケージが、前記開口軸に隣接するアンテナを含むことと、
    を含む、集積回路（ＩＣ）パッケージアセンブリを製造する方法。
  20. 第２の導電層を前記ＩＣパッケージの表面上に形成することであって、前記ＩＣパッケージが前記ＰＣＢ基板に接着された場合に、前記第２導電層が、前記開口部に対して前記アンテナの反対側にあるように形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ＩＣパッケージを前記ＰＣＢ基板に接着することが、前記ＰＣＢ基板の前記横面における前記パターン化された金属層に少なくとも１つのはんだボールを接着することを含む、請求項１９に記載の方法。
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