專利名稱：用于增強(qiáng)微波和毫米波系統(tǒng)的電感減小的互連的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及封裝微波和毫米波器件，并更具體而言，涉及用于 增強(qiáng)微波和毫米波系統(tǒng)性能的電感減小的互連。
背景技術(shù)：
雷達(dá)系統(tǒng)通常包括發(fā)射和接收模組/元件(其可以被稱為輻射片
(radiator fm))的陣列，其電耦合到相關(guān)的集成微波電路的陣列。通 常，每個(gè)輻射片經(jīng)由通過(guò)互連的電信道來(lái)耦合到相關(guān)的集成電路。雖然雷 達(dá)系統(tǒng)通常以處于10至35千兆赫量級(jí)的頻率的X到K波段工作，但是在 一些應(yīng)用中，期望雷達(dá)以更高的工作頻率工作。然而，為了使雷達(dá)以高頻 工作，雷達(dá)必須包括每平方英寸更多數(shù)量的輻射片。因此，必須減小雷達(dá) 系統(tǒng)內(nèi)的部件尺寸。
但是，將各個(gè)輻射片耦合到集成電路的互連的長(zhǎng)度是開發(fā)高頻雷達(dá)系 統(tǒng)的限制因素，這是因?yàn)樵谄骷g非常小的電感的互連對(duì)于高頻應(yīng)用是 非常重要的。由于倒裝芯片具有在有源集成電路與周圍襯底之間較短的接 合連接，所以已經(jīng)使用倒裝芯片技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)該問題。但是，倒裝芯片具有 其缺點(diǎn)。微波倒裝芯片管芯需要嵌入式的微波條或共面波導(dǎo)發(fā)射線來(lái)互連 半導(dǎo)體管芯上的無(wú)源元件，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。這導(dǎo)致復(fù)雜的制造處理和/或 性能上的折中。此外，形成在集成電路的表面上以用于將倒裝的集成電路 接合到襯底的突起的制造較為昂貴并需要復(fù)雜的組裝技術(shù)。此外，因?yàn)樵?倒裝芯片設(shè)計(jì)中從半導(dǎo)體表面去除了用于從集成電路散熱的冷卻劑流，所 以結(jié)合有倒裝芯片的雷達(dá)系統(tǒng)具有由于有源器件散熱的低效和低能導(dǎo)致的 熱故障問題。對(duì)于倒裝芯片封裝需要在半導(dǎo)體管芯內(nèi)結(jié)合熱棒的復(fù)雜冷卻 系統(tǒng)。高工作溫度導(dǎo)致了倒裝芯片以及支撐倒裝芯片的襯底的性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于減小互連的電感的系統(tǒng)和方法，基本去除了 或顯著減少了與傳統(tǒng)微波模組相關(guān)的缺點(diǎn)和問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，微波或毫米波模組包括電介質(zhì)層，其具 有形成穿過(guò)電介質(zhì)層的凹入。凹入具有基本豎直側(cè)壁。集成電路布置在凹 入中。集成電路的相對(duì)側(cè)部基本平行于凹入的側(cè)壁?；ミB將集成電路耦合 到布置在電介質(zhì)層的外表面上的焊盤?；ミB具有最小化以使得半導(dǎo)體器件 的電感減小的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的特定示例可以提供一個(gè)或多個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明一個(gè)示例性 實(shí)施例的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是集成電路可以布置在凹入中。結(jié)果，集成電路的頂表 面可以與其中嵌入集成電路的電介質(zhì)材料的頂表面基本共面。另一個(gè)技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)可以是，可以減小將集成電路耦合到電介質(zhì)襯底的互連的長(zhǎng)度。結(jié) 果，可以減小集成系統(tǒng)的電感并可以提高電路的性能。另一個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可 以是集成電路直接支撐在金屬層上使得可以通過(guò)金屬層從半導(dǎo)體系統(tǒng)移除 由集成電路所產(chǎn)生的熱。
另一個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)可以是，可以減小雷達(dá)系統(tǒng)中信道之間的信道分離距 離以允許高頻工作并滿足設(shè)計(jì)需要。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)更高密度的信道并可 以增大雷達(dá)系統(tǒng)中存在的每平方英寸的輻射片的數(shù)量。因此，可以提高雷 達(dá)系統(tǒng)的工作頻率。例如，在具體實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)可以以超過(guò)95千 兆赫的W波段頻率工作，并可以形成為在單個(gè)單晶片封裝中包括32或更 多個(gè)信道。
根據(jù)其中包括的附圖、說(shuō)明書和權(quán)利要求書，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員，其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。示例中的一些或全部可以提供這些技術(shù)優(yōu) 點(diǎn)，示例中也可以不提供這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。


為了更完整地理解本發(fā)明及其特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖進(jìn)行以下 說(shuō)明，在附圖中相似標(biāo)號(hào)用于表示相似元件，其中-
圖1A—1E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在微波或毫米波襯底的外
表面上形成多個(gè)層的剖視圖；并且
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
為了形成雷達(dá)系統(tǒng)或者其他微波或毫米波系統(tǒng)，通常在合適的熱襯底 或其他非熱襯底上形成各種導(dǎo)體和非導(dǎo)體層。圖1A-1E是在金屬層14的 外表面上形成多個(gè)層過(guò)程中示例性的微波和/或毫米波結(jié)構(gòu)("微波/毫米 波結(jié)構(gòu)")的剖視圖。半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10可以用作形成各種微波/ 毫米波器件(例如，結(jié)合在導(dǎo)彈或其他航空平臺(tái)中的雷達(dá)系統(tǒng)或者其他高 頻通信系統(tǒng)中的雷達(dá)系統(tǒng))的基體。在本說(shuō)明書中的具體示例和規(guī)定的尺
寸僅為示例性的目的，而并不意圖限制本公開的范圍。而且，圖1A—1E
中的圖示并非按比例繪制。如以下將更詳細(xì)討論的，用于形成基于半導(dǎo)體 的器件的傳統(tǒng)微波模組制造技術(shù)通常包括將集成電路導(dǎo)線接合到其他導(dǎo)體 特征部或器件。導(dǎo)線接合形成互連。在集成電路被支撐在電路板襯底的頂 表面的情況下，互連可以具有足夠的長(zhǎng)度，而導(dǎo)致更大的電感以及在高頻 應(yīng)用中降低的性能。但是，根據(jù)各種實(shí)施例，可以顯著地減少或基本避免 這種缺陷。
圖1A是在金屬層14上形成多個(gè)層之后的微波/毫米波結(jié)構(gòu)IO的剖視 圖。金屬層14可以包括在制造微波結(jié)構(gòu)中使用的任何合適的材料。例 如，在具體實(shí)施例中，金屬層14可以包括銅、銅鉬、合金46、科瓦鐵鎳 鈷合金(KOVAR)、鋁或者其他導(dǎo)體材料。在其他實(shí)施例中，金屬層14 可以被諸如氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹和硅之類的陶瓷襯底代替。因?yàn)榻饘?層14具有導(dǎo)熱性，所以金屬層14可以通過(guò)增強(qiáng)從支撐在金屬層14上的發(fā)
熱部件到更冷的環(huán)境的散熱來(lái)用作散熱器。因此，在各種實(shí)施例中，金屬 層14的主要目的可以是將微波/毫米波結(jié)構(gòu)IO的溫度維持在由器件制造者 規(guī)定的最高允許溫度以下，并用作電接地面。雖然金屬層14被描述為包 括金屬材料，但是，認(rèn)為其他合適的散熱材料也可以用于支撐被形成為產(chǎn) 生微波/毫米波結(jié)構(gòu)IO的各個(gè)層。例如，在具體實(shí)施例中，金屬層14可以 被以金屬面作為頂層的印刷電路板或陶瓷層代替。
在所示實(shí)施例中，粘接金屬層16形成在金屬層14的外表面18的外
側(cè)。在具體實(shí)施例中，粘接金屬層16可以包括濺射在微波/毫米波結(jié)構(gòu)10 的外表面18上的鈦、鎢、鉻、金、銅、鎳或其他金屬材料或者材料的組 合。粘接金屬層16可以是0.05至l微米(/mi)量級(jí)的厚度。粘接金屬層 16的主要目的是將任何隨后形成的層粘接到金屬層14，并提供用于電鍍 膜的成核層。在示例性實(shí)施例中，也可以使用種晶層16作為電鍍材料的 接觸體。粘接金屬層16可以包括下管芯冶金(UDM)并可以包括金屬和/ 或金屬合金的層疊?？墒褂玫氖纠饘侔ㄢ仭㈡u、銅、鎳、釩、鈷、 鉻、金或以上金屬的合適組合。因此，可以對(duì)金屬層14的形成進(jìn)行許多 修改和替換。例如，金屬層14可以被具有作為頂層的金屬面的印刷電路 板或陶瓷層代替。全部這些修改和替換都落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。
圖1B是在粘接金屬層16的外表面22上形成電介質(zhì)層20之后微波/毫 米波結(jié)構(gòu)的剖視圖。電介質(zhì)層20可以包括二氧化硅、氮化硅、砷化鎵、 氧化鋁、氮化鋁、聚酰亞胺、諸如特富龍(teflon)之類的各種聚合物、諸 如液晶聚合物之類的熱塑材料、或者其組合形成的一個(gè)或多個(gè)層。在其他 實(shí)施例中，電介質(zhì)層20可以包括其他類型的電介質(zhì)(例如高k電介 質(zhì))。根據(jù)用于形成電介質(zhì)層20的材料和所采用的制造處理，可以使用 各種處理的任一種來(lái)形成電介質(zhì)層20。例如，在一個(gè)示例性的實(shí)施例中， 可以通過(guò)生長(zhǎng)氧化物或氮氧化物層來(lái)形成電介質(zhì)層20。另外，在電介質(zhì)層 20包括聚合物的情況下，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆并固化一層電介質(zhì)液來(lái)形成電 介質(zhì)層20?？蛇x地，可以使用高壓容器或其他合適設(shè)備來(lái)附裝電介質(zhì)膜。 電介質(zhì)膜可以經(jīng)歷各種溫度、壓力處理、和/或汽相沉積。
電介質(zhì)層20的厚度與半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10將最終工作的頻率范 圍相關(guān)。微波/毫米波結(jié)構(gòu)IO工作的頻率越高，電介質(zhì)層20越薄。例如， 在半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)IO以高于IO千兆赫的頻率工作時(shí)，根據(jù)介電常 數(shù)的值，電介質(zhì)層20可以具有在約l至IO密耳的量級(jí)的厚度。作為另一 個(gè)示例，在半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10以30-35千兆赫的量級(jí)的頻率工作 時(shí)，電介質(zhì)層20可以具有在約2至4密耳的量級(jí)的厚度。作為又一個(gè)示 例，在半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10以高于95千兆赫的頻率工作時(shí)，電介質(zhì)
層20可以具有在約l至2密耳的量級(jí)的厚度。
在形成電介質(zhì)層20之后，可以在層20的表面的至少一部分中形成凹 入。圖1C是在電介質(zhì)層20的外表面23中形成凹入24之后的半導(dǎo)體微波/ 毫米波結(jié)構(gòu)10的剖視圖。在所示的示例性實(shí)施例中，凹入24形成為將金 屬粘接層16的外表面22的至少一部分曝露。凹入24可以包括具有基本豎 直側(cè)壁的凹入24。因此，可以使用激光燒蝕(其是無(wú)掩模直接寫入處理) 來(lái)形成凹入24。用于形成凹入24的激光燒蝕處理可以去除傳統(tǒng)的光刻歩 驟，例如抗蝕劑涂覆、曝光、顯影、刻蝕以及抗蝕劑剝離。在其他實(shí)施例 中，可以使用包括干法刻蝕、等離子刻蝕、等離子輔助刻蝕或濕法刻蝕在 內(nèi)的刻蝕處理來(lái)形成凹入24。對(duì)于構(gòu)成電介質(zhì)層20的材料可以選擇刻 蝕，使得通過(guò)刻蝕處理去除電介質(zhì)層20的一部分。
如以下將更詳細(xì)描述的，凹入24形成在電介質(zhì)層20的表面中以容納 集成電路。于是，凹入24的尺寸與將要布置在凹入24中的集成電路的尺 寸相關(guān)。例如，在集成電路具有3至IOO密耳量級(jí)的寬度的情況下，凹入 24可以具有在約5至102密耳量級(jí)的寬度，并且在一些示例實(shí)施例中可以 達(dá)到約IOO密耳的寬度。類似地，在集成電路具有在約1至9密耳量級(jí)的 深度的情況下，凹入24可以形成為在約2至IO密耳量級(jí)的深度，并在一 些示例實(shí)施例中達(dá)到約6密耳的深度。雖然凹入24通常大于容納在凹入 24內(nèi)的集成電路，但是通常期望集成電路與凹入24的側(cè)壁之間的間隙最 小化。本發(fā)明的另一個(gè)目的是將集成電路嵌入在凹入24內(nèi)，使得集成電 路的外表面與層20的外表面23基本共面。如將在以下針對(duì)圖1E更詳細(xì) 描述的，這種構(gòu)造減小了互連(即，形成為將集成電路連接到相關(guān)接合焊 盤的互連)的長(zhǎng)度。結(jié)果，最小化了互連的固有電感。本發(fā)明的教導(dǎo)認(rèn)為 可以通過(guò)精確地定位凹入24，精確地形成凹入24的尺寸，精確地控制凹 入24的壁的豎直坡度，并/或通過(guò)精確地控制集成電路的尺寸，來(lái)縮短前 述長(zhǎng)度。根據(jù)本實(shí)施例，凹入24的壁的坡度不超過(guò)0.8密耳/密耳，并在 一個(gè)具體實(shí)施例中，該坡度是約0.3密耳/密耳。
在形成凹入24以后，可以使用激光微機(jī)械處理以及清潔處理來(lái)實(shí)現(xiàn) 凹入24的期望側(cè)壁結(jié)構(gòu)。激光微機(jī)械處理可以包括使用350納米的頻率 的三倍頻釔鋁鎵(YAG)激光器。激光器微機(jī)械處理能夠單步制造大寬高
比的凹入24。具體而言，凹入24的側(cè)壁可以是基本豎直的，而不是斜坡 的，并可以與集成電路的側(cè)部基本平行。此外，凹入24的尺寸可以更精 確地與將要嵌入在凹入24中的集成電路的尺寸相對(duì)應(yīng)。結(jié)果，可以減小 嵌入的集成電路與凹入24的側(cè)壁之間的空間量，并且焊盤可以更接近地 位于集成電路附近。因此，傳統(tǒng)技術(shù)帶來(lái)了集成電路與布置在電介質(zhì)層20 的表面上的焊盤之間約20密耳的最小空間，而激光微機(jī)械處理可以帶來(lái) 集成電路的每側(cè)與電介質(zhì)層20的相應(yīng)側(cè)壁之間約1至2密耳的空間。作為 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，激光微機(jī)械處理允許凹入24通過(guò)約4密耳厚的電介質(zhì)而具 有低至約0.5的直徑/高度比，其中凹入的直徑對(duì)應(yīng)于寬度，而凹入的高度 對(duì)應(yīng)于凹入在層20中的長(zhǎng)度。通過(guò)對(duì)于損耗發(fā)射的射頻/微波設(shè)計(jì)來(lái)確定 形成凹入24的電介質(zhì)的厚度。通過(guò)半導(dǎo)體管芯尺寸來(lái)確定凹入的直徑。
在形成凹入24之后，可以將環(huán)氧化物施加到凹入24內(nèi)的曝露表面22 的部分。圖1D是在凹入24內(nèi)形成環(huán)氧化物層32之后半導(dǎo)體微波/毫米波 結(jié)構(gòu)的剖視圖。環(huán)氧化物層32可以散布在凹入24中。在具體實(shí)施例中， 環(huán)氧化物層32包括諸如ablebond 360、 ablebond 8390、和ablebond 8340 之類的導(dǎo)電環(huán)氧化物，或者其他半導(dǎo)體粘接劑。如將在以下更詳細(xì)描述 的，環(huán)氧化物層32的目的是將集成電路粘接到粘接金屬層16的外表面 22，使得集成電路基本嵌入在凹入24中。
在所示實(shí)施例中，環(huán)氧化物層32涂覆曝露表面22。但是，凹入24的 基本豎直側(cè)壁仍然保留為基本未涂覆。為了防止對(duì)凹入24的側(cè)壁的涂 覆，可以小心地控制環(huán)氧化物的量，使得使用最小量。最小量可以帶來(lái)集 成電路底部周界周圍形成薄的環(huán)氧化物片。將在圖1E中更容易地理解這 種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)，圖1E是在集成電路34被置于凹入24中并形成互連36之 后的半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10的剖視圖。集成電路34包括尚未封裝的單 片半導(dǎo)體晶片。在具體實(shí)施例中，集成電路34包括可工作以執(zhí)行雷達(dá)信 號(hào)處理功能的集成電路，例如，在具體實(shí)施例中，集成電路34可以包括 具有合適電路的集成電路，所述電路用于進(jìn)行對(duì)由雷達(dá)部件引起的電磁輻 射的發(fā)射和接收，并用于對(duì)與電磁輻射相關(guān)的這些信號(hào)進(jìn)行處理。
對(duì)于集成電路34， 一個(gè)或多個(gè)焊盤38可以位于電介質(zhì)層20上。接合 焊盤38可以包括位于凹入24附近的金或其他導(dǎo)體材料的層，使得互連36 可以形成為將集成電路34耦合到焊盤38。在具體實(shí)施例中，焊盤38可以 具有2至10密耳量級(jí)的橫向尺寸，并可以位于距凹入24的側(cè)壁之一約0 至4密耳的距離，并且在具體實(shí)施例中，可以是距凹入24的側(cè)壁之一約1 密耳的距離。更小尺寸的焊盤38用于最小化電容效應(yīng)，其可能降低高頻 器件的效能。
焊盤38使用互連36連接到集成電路34。在具體實(shí)施例中，互連36 包括由1至3密耳量級(jí)的直徑的帶制成的接合導(dǎo)線?？梢杂?5gm力至 90gm力的力來(lái)熱聲接合互連36。但是，應(yīng)當(dāng)施加最小量的超聲波能量， 以獲得可靠的接合。在具體實(shí)施例中，互連36可以作為微波條互連工 作。為了減小電感，理想地最小化互連36的長(zhǎng)度。因此，接合焊盤38可 以盡可能地靠近凹入24。結(jié)果，互連36可以包括小于15密耳的接合導(dǎo) 線。在更具體的實(shí)施例中，此長(zhǎng)度可以從3到15密耳，例如，約3或4密 耳的長(zhǎng)度。
因?yàn)榧呻娐?4的寬度小于凹入24的寬度，所以在每個(gè)互連36下方 存在空洞(未清楚示出)。空氣填充的電介質(zhì)空洞帶來(lái)了互連36的提高 的性能。為此，當(dāng)形成環(huán)氧化物層32時(shí)，最小量的環(huán)氧化物是理想的。 在使用過(guò)多環(huán)氧化物材料并且環(huán)氧化物層32向上蔓延到凹入24的側(cè)壁表 面時(shí)，可能增大接地層金屬層14與互連36之間的電容。在雷達(dá)應(yīng)用中實(shí) 施半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10的情況下，互連36的失效或故障可能引起雷 達(dá)系統(tǒng)的故障。
圖2是結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體微波/毫米波結(jié)構(gòu)10 的雷達(dá)、通信或其他微波和/或毫米波系統(tǒng)IOO的俯視圖。雷達(dá)系統(tǒng)100包 括多個(gè)嵌入式的集成電路34、多個(gè)發(fā)射線或者發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)(launch structure) 102、以及多個(gè)輻射器104。在具體實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)100以 高于IO千兆赫的高頻范圍工作。于是，雷達(dá)系統(tǒng)100能夠在30和35千兆 赫之間的Ka波段中工作?？蛇x地或者附加地，雷達(dá)系統(tǒng)100能夠在處于 超過(guò)95千兆赫的頻率的W波段中工作。因此，所構(gòu)思的是，雷達(dá)系統(tǒng)100可以在1至200千兆赫量級(jí)的范圍內(nèi)的多個(gè)頻率中的任一個(gè)來(lái)工作。
在各種實(shí)施例中，雷達(dá)或通信系統(tǒng)100可以包括用于發(fā)射和接收電磁輻射
的固態(tài)電路，以用于檢測(cè)物體、航空器、航天器、輪船或基于地面的目標(biāo)。
雷達(dá)系統(tǒng)100中的多個(gè)輻射器104包括位于定相陣列中的發(fā)射和接收 元件兩者。每個(gè)輻射器通過(guò)發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)102耦合到相關(guān)的集成電路 34。通過(guò)傳統(tǒng)的光刻處理在電介質(zhì)層20上形成發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)102。然 后，每個(gè)發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)102可以利用如上參考圖1E所述構(gòu)造的互連36 通過(guò)電介質(zhì)層20來(lái)電耦合到集成電路34。注意，在圖2的實(shí)施例中，即 使電介質(zhì)層20布置在發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)102與輻射器104之間，發(fā)射線/發(fā) 射結(jié)構(gòu)102也可以電耦合到輻射器104。
包括在具體的雷達(dá)系統(tǒng)中的輻射器104的數(shù)量和相對(duì)尺寸與雷達(dá)系統(tǒng) 工作的波長(zhǎng)頻率相關(guān)。例如，在X波段頻率中工作的雷達(dá)系統(tǒng)可以具有每 平方英寸約2.6個(gè)輻射片104。作為比較，在K波段頻率中工作的雷達(dá)系 統(tǒng)可以具有每平方英寸約32個(gè)輻射片104，在W波段頻率中工作的雷達(dá) 系統(tǒng)可以具有每平方英寸約250個(gè)輻射片104。因此，可以理解的是，隨 著雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻率的升高，需要對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)IOO的輻射片104和其他 部件增大其數(shù)量而減小其尺寸。結(jié)果，每個(gè)發(fā)射線/發(fā)射結(jié)構(gòu)102之間的信 道分離間距106已經(jīng)稱為限制傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻率的因素。
但是，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)將集成電路104嵌入在凹入204中來(lái)形成雷達(dá)系 統(tǒng)100，并且可以最小化互連36的長(zhǎng)度，所以雷達(dá)系統(tǒng)IOO能夠以比傳統(tǒng) 雷達(dá)系統(tǒng)更高的頻率工作。例如，如上參考圖1A—1E所述，凹入24 (包 括使用傳統(tǒng)刻蝕技術(shù)和激光微機(jī)械處理形成在電介質(zhì)層20的表面中的激 光燒蝕的凹入)，與傳統(tǒng)傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)相比，接合焊盤38可以更靠近集 成電路34。結(jié)果，互連36可以更短，并且每個(gè)集成電路34之間的距離可
以減小以幫助更高頻率的工作。在具體實(shí)施例中，例如，信道分離距離 106可以在0.03至1.0英寸的量級(jí)。在集成電路34之間的距離減小的情況 下，每個(gè)輻射器104之間的距離也可以減小。作為直接相關(guān)的對(duì)象，信道 分離距離106也可以減小，并且可以實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率。例如，在示例
性實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)100可以在超過(guò)96千兆赫的頻率下工作。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，可以在不偏離僅由所附 權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)此處公開的教導(dǎo)進(jìn)行各種 改變、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種微波和毫米波結(jié)構(gòu)，包括薄電介質(zhì)層，其具有形成穿過(guò)所述電介質(zhì)層的凹入，所述凹入具有精確尺寸的豎直側(cè)壁；所述薄電介質(zhì)層具有小于10密耳的厚度；金屬襯底，其具有附裝到所述電介質(zhì)層的第一側(cè)的RF和DC金屬跡線，所述RF和DC金屬跡線中的至少一個(gè)耦合到與所述精確尺寸的豎直側(cè)壁中的一個(gè)相鄰的接合焊盤；金屬傳熱和電接地面，其在所述電介質(zhì)層的的第二側(cè)上附裝到所述電介質(zhì)層，所述第二側(cè)與所述電介質(zhì)層的所述第一側(cè)相對(duì)；從包括微波電路、毫米波電路和分立半導(dǎo)體部件的群組中選擇的器件，所述器件布置在所述凹入中并具有與所述精確尺寸的豎直側(cè)壁基本平行的相對(duì)側(cè)部和與所述跡線基本共面的表面；互連，其在所述器件與所述接合焊盤之間，并具有使得所述微波和毫米波結(jié)構(gòu)具有高頻低轉(zhuǎn)換損耗的長(zhǎng)度；并且其中所述互連的長(zhǎng)度小于15密耳。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波和毫米波結(jié)構(gòu)，其中 所述接地面可工作以提供結(jié)構(gòu)支撐和輻射能力；并且 所述電介質(zhì)的厚度被選擇為基于器件厚度，實(shí)現(xiàn)共面性； 獲得可控的微波阻抗；對(duì)于更高頻率的工作來(lái)最小化過(guò)孔電感和微波損耗；并且 獲得對(duì)凹入尺寸和側(cè)壁特性的精確控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波和毫米波結(jié)構(gòu)，其中所述器件的相對(duì)側(cè) 部中的至少一個(gè)與所述基本豎直側(cè)壁中的相應(yīng)一個(gè)之間的距離小于1密 耳。
4. 一種結(jié)構(gòu)，包括電介質(zhì)層，其具有形成穿過(guò)所述電介質(zhì)層的凹入，所述凹入具有基本 豎直側(cè)壁；金屬襯底，其具有附裝到所述電介質(zhì)層的第一側(cè)的跡線，至少一個(gè)跡 線耦合到與所述基本豎直側(cè)壁中的一個(gè)相鄰的接合焊盤；接地面，其在所述電介質(zhì)層的與所述電介質(zhì)層的第二側(cè)上附裝到所述 電介質(zhì)層，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對(duì)；集成電路，其布置在所述凹入中，所述集成電路具有與所述豎直側(cè)壁 基本平行的相對(duì)側(cè)部；互連，其在所述微波半導(dǎo)體器件與所述接合焊盤之間；并且其中所述互連的長(zhǎng)度小于15密耳。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中 所述結(jié)構(gòu)是微波和毫米波結(jié)構(gòu)；所述電介質(zhì)層是具有小于IO密耳的厚度的薄電介質(zhì)層；所述集成電路從包括微波電路、毫米波電路和分立半導(dǎo)體部件的群組中選擇；所述基本豎直側(cè)壁是精確尺寸的豎直側(cè)壁； 所述接地面是金屬傳熱和電接地面； 所述集成電路具有與所述跡線基本共面的表面； 所述跡線是RF和DC金屬跡線；并且所述互連具有使得所述微波和毫米波結(jié)構(gòu)具有高頻低轉(zhuǎn)換損耗的長(zhǎng)度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中 所述接地面可工作以提供結(jié)構(gòu)支撐和輻射能力；并且 所述電介質(zhì)的厚度被選擇為基于器件厚度，實(shí)現(xiàn)共面性； 獲得可控的微波阻抗；對(duì)于更高頻率的工作來(lái)最小化過(guò)孔電感和微波損耗；并且 獲得對(duì)凹入尺寸和側(cè)壁特性的精確控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中使用激光微機(jī)械處理來(lái)形成所述凹入的所述豎直側(cè)壁； 所述凹入的深度被形成為比所述集成電路的高度大1密耳的量級(jí)；并且其中所述互連的長(zhǎng)度在3和15密耳之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中使用激光微機(jī)械處理來(lái)形成所述凹入的所述豎直側(cè)壁。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述凹入的深度被形成為比所述 集成電路的高度大1密耳的量級(jí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述集成電路的所述相對(duì)側(cè)部 中的至少一個(gè)與所述基本豎直側(cè)壁中的相應(yīng)一個(gè)之間的距離小于1密耳。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述互連的長(zhǎng)度在3和15密耳 之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述互連的長(zhǎng)度是約3密耳。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述接合焊盤位于距所述凹入 的所述基本豎直側(cè)壁中的所述一個(gè)約0至1密耳的距離處。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述集成電路工作以執(zhí)行雷 達(dá)、通信和其他微波和毫米波功能。
15. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，還包括布置在所述金屬傳熱和電接 地面以下的多層印刷電路板。
16. —種系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)結(jié)構(gòu)，包括電介質(zhì)層，其具有形成穿過(guò)所述電介質(zhì)層的凹入，所述凹入具有 基本豎直側(cè)壁，所述電介質(zhì)層具有附裝到金屬襯底的第一側(cè)，所述金屬襯 底包括與所述基本豎直側(cè)壁中的一個(gè)相鄰的接合焊盤；接地面，其在所述電介質(zhì)層的的第二側(cè)上附裝到所述電介質(zhì)層， 所述第二側(cè)與所述電介質(zhì)層的所述第一側(cè)相對(duì)；集成電路，其布置在所述凹入，所述集成電路具有與所述豎直側(cè) 壁基本平行的相對(duì)側(cè)部；互連，其在所述集成電路與所述接合焊盤之間； 其中所述互連的長(zhǎng)度小于15密耳； 輻射器的陣列，其可工作以發(fā)射和接收電磁輻射；和 至少一個(gè)發(fā)射線，其通過(guò)所述電介質(zhì)將所述輻射器中的至少一個(gè)和所 述集成電路耦合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中 信道的陣列包括多個(gè)發(fā)射和接收信道；所述系統(tǒng)是從包括雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、微波系統(tǒng)和毫米波系統(tǒng)的群組中選擇的系統(tǒng)；所述電介質(zhì)層是具有小于IO密耳的厚度的薄電介質(zhì)層；所述集成電路從包括微波電路、毫米波電路和分立半導(dǎo)體部件的群組中選擇；所述基本豎直側(cè)壁是精確尺寸的豎直側(cè)壁； 所述接地面是金屬傳熱和電接地面；所述集成電路具有與至少一個(gè)信道基本共面的表面；并且 所述互連具有使得所述系統(tǒng)具有高頻低轉(zhuǎn)換損耗的長(zhǎng)度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射和接收信道的陣列 形成為實(shí)現(xiàn)低成本和為高頻工作所需的位置和尺寸精度； 間隔緊密并被制造為單個(gè)單元以最小化RF轉(zhuǎn)換，滿足嚴(yán)格的空間要求和低發(fā)射損耗；并且形成在機(jī)械加工的結(jié)構(gòu)金屬基體上以使發(fā)熱半導(dǎo)體有效地散熱。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中使用激光微機(jī)械加工處理來(lái)形 成所述凹入的所述豎直側(cè)壁。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述電介質(zhì)厚度被選擇為 基于器件厚度，實(shí)現(xiàn)共面性；獲得可控的微波阻抗；對(duì)于更高頻率的工作來(lái)最小化電介質(zhì)中過(guò)孔電感和微波損耗；并且 獲得對(duì)凹入尺寸和側(cè)壁特性的精確控制。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路的頂表面與所述 電介質(zhì)層的頂表面共面。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述凹入的深度被形成為比所 述集成電路的高度大1密耳的量級(jí)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路的所述相對(duì)側(cè)部 中的至少一個(gè)與所述基本豎直側(cè)壁中的相應(yīng)一個(gè)之間的距離小于1密耳。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述互連的長(zhǎng)度在3和15密耳 之間。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述互連的長(zhǎng)度是約3密耳。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述接合焊盤位于距所述凹入 的所述基本豎直側(cè)壁中的所述一個(gè)約0至1密耳的距離處。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)輻射片工作以發(fā)射和 接收超過(guò)90千兆赫的頻率的電磁輻射。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)輻射片工作以發(fā)射和 接收處于1至200千兆赫量級(jí)的頻率的電磁輻射。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路直接支撐在附裝 到所述電介質(zhì)層的所述接地層上，所述金屬接地層可工作以將由所述集成 電路產(chǎn)生的熱傳遞到下方的金屬層并用作冷卻層，允許熱擴(kuò)散和有效的熱 提取。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括 多個(gè)集成電路，每個(gè)集成電路布置在相關(guān)的凹入中；多個(gè)信道，其形成在所述電介質(zhì)層中，所述多個(gè)信道的每個(gè)形成所述 輻射片中所選擇的一個(gè)與所述集成電路中所選擇的一個(gè)之間的電耦合的至 少一部分；多個(gè)焊盤，其布置在所述金屬襯底上，所述多個(gè)焊盤的每個(gè)與所述信 道中所選擇的一個(gè)相關(guān)；和多個(gè)互連，所述多個(gè)互連的每個(gè)將所述集成電路中所選擇的一個(gè)電耦 合到所述焊盤中所選擇的一個(gè)，所述互連中的每個(gè)都具有最小化使得所述 半導(dǎo)體器件電感減小的長(zhǎng)度。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，微波或毫米波模組包括電介質(zhì)層，其具有基本形成通過(guò)電介質(zhì)層的凹入。電介質(zhì)附裝到金屬襯底。凹入具有基本豎直側(cè)壁。集成電路布置在凹入中。集成電路的相對(duì)側(cè)基本平行于凹入的側(cè)壁?；ミB將集成電路電耦合到布置在電介質(zhì)層的外表面上的焊盤。互連具有最小化以使得半導(dǎo)體器件的電感減小的長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)H01L23/66GK101189718SQ200680020042
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日
發(fā)明者拉杰·哈簡(jiǎn)德蘭, 約翰·邁克爾·貝丁格, 詹姆斯·S·梅森 申請(qǐng)人:雷斯昂公司