專利名稱：單封裝無線通信裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子領域，更具體但非排它地來說，涉及封裝無線 通信裝置。
背景技術：
集成電路設計的演進已經引起更高的工作頻率、增加的
晶體管數量以及物理上更小的裝置。這種持續(xù)趨勢已經產生集成電路 和電連接的不斷增加的面積密度。該趨勢還引起印刷電路板上的組件 的更高組裝密度以及系統(tǒng)設計人員可找到適當解決方案的受限的設計 空間。物理上更小的裝置也變得越來越具有移動性。 同時，無線通信標準已經發(fā)展為具有移動裝置保持連網 的要求。因此，許多移動裝置包括能夠按照多種通信標準的一種或多 種進行通信的無線電收發(fā)器。每個不同的無線通信標準服務于不同類 型的網絡。例如，個人區(qū)域網(PAN)、如藍牙(BT)以無線方式在數英尺 的范圍內保持裝置連接性。獨立的無線標準、如IEEE 802. lla/b/g (Wi-Fi)在范圍從數英尺到數十英尺的局域網(LAN)內保 持裝置連接性。 —種典型的無線電收發(fā)器包^fe"狀布于若干集成電路封裝 的若干功能塊。另外，獨立的封裝通常各包含為了分隔所設計并且使 用與相鄰封裝的集成電路不同的工藝所制造的集成電路。例如， 一個 集成電路可以主要用于處理模擬信號，而另 一個集成電路可以主要用 于數字信號的計算密集處理。各集成電路的制造工藝通常取決于集成 電路的預期功能性，例如，it擬電路一般通過與用于制造計算密集的 數字電路不同的工藝來形成。另外，使各種電路相互絕緣以防止電磁干擾往往是設計人員的目標。因此，典型的無線電收發(fā)器的各種功能 塊往往散布于單獨封裝的若干管芯。 各封裝具有多個功率、接地和信號連接，它彭響相互之 間的封裝布置。 一般來說，增加封裝上的電連接的數量將增加封裝周 圍的面積，其中跡線布線密度(trace routing density)不允許布置 其它封裝。因此，將功能塊散布于若干封裝限制了無線電收發(fā)器的物 理尺寸的減小，這又限制了無線電收發(fā)器集成在其中的裝置的物理尺 寸。


圖1示出現(xiàn)有技術無線電收發(fā)器應用的框圖。圖2示出示范單封裝無線電收發(fā)器應用的框圖。圖3示出示范單封裝無線電收發(fā)器的截面圖。圖4示出(1)用于將單封裝無線電收發(fā)器與印刷電路板
耦合的焊球的示范陣列，以及(2)單封裝無線電收發(fā)器可與其耦合的
印刷電路板上的焊盤的示范陣列。圖5示出封裝單封裝無線電收發(fā)器的方法的一個實施例。圖6示出結合單封裝無線電收發(fā)器的系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
本文公開的是包括集成多管芯無線電收發(fā)器的封裝的系
統(tǒng)的封裝以及用于封裝該系統(tǒng)的方法。在以下詳細描述中，參照形成其組成部分的附圖，附圖
中相似標號始終表示相似部分，并且作為說明，示出可實施本發(fā)明的 具體實施例?？墒褂闷渌鼘嵤├?，并且可進行結構或邏輯變更，而沒 有背離所提供實施例的預計范圍。還應當注意，方向和標記(例如上、 下、頂部、底部、主側、背面等)可用來幫助論述附圖，而不^^要限制本發(fā)明的實施例的應用。因此，以下詳細描述不是限制性的，本發(fā)明 的實施例的范圍由所附權利要求及其等效物來限定。
無線電收發(fā)器的描述 請參照圖1的一種典型現(xiàn)有技術無線電收發(fā)器應用的原 理框圖。 典型的無線電收發(fā)器通常包括若干獨立功能塊，其中包 括前端模塊(FEM)106、射頻集成電路(RFIC)108和基帶/通信處理器 112,它們與專用電路118電耦合。典型的無線電收發(fā)器將若干功能塊 散布于不同的管芯和集成電路封裝。FEM 106 —般處理從天線104收 集的射頻(RF)信號。FEM 106可包括用于大于大約90 dB的小信號 接收器增益的低噪力欠大器或者用于超過大約17 dBm或大約50 mW的輸 出功率的功率》文大器；以及無源頻率選擇電路。FEM 106在將信號傳 遞給射頻集成電路(RFIC)108進行混合信號處理之前處理RF信號。 RFIC 108通常把來自FEM 106的RF信號轉換成數字信號，并將數字 信號傳遞給基帶/通信處理器112。基帶/通信處理器112 —般與專用 電路118通信，專用電路118通常包括與用戶接口外設126和系統(tǒng)存 儲器120耦合的應用處理器122。在一些情況下，基帶/通信處理器112 與存儲器110耦合，存儲器110可以在獨立管芯上或者可以集成到基 帶/通信處理器112的管芯中。應用處理器的功耗可由電源管理電路 124來管理。RFIC 108還可接收從全球定位系統(tǒng)接收器(GPS接收器)114 所采集的信號輸入。 由于不容易通過相同管芯制造工藝得到的電路之間的功 能差異，F(xiàn)EM 106和RFIC 108在不同管芯上。基帶/通信處理器112 通?？蓤?zhí)行計算密集操作，因此類似地使用與用于制造FEM 106或RFIC 108的工藝的任一個所不同的又一個工藝來制造。另外，不同的管芯 往往單獨封裝；但是， 一些現(xiàn)有技術無線電收發(fā)器在同一個封裝內集 成了 FEM 1G6和RFIC 108，如現(xiàn)有技術無線集成塊102所示。GPS接收器114通常也與其它管芯分開封裝。另外，參考振蕩器(晶體)U6 由于它對溫度變化的敏感性而一般在不同的封裝中。
〖0016] 集成FEM106和RFIC 108的當前封裝使用單獨管芯上的 焊料凸點陣列將管芯與封裝襯底耦合。另外，管芯各以基本上二維布 局設置在村底上。集成在單封裝中的射頻收發(fā)器可解決目前射頻收發(fā) 器的許多缺點。由于不同的管芯往往單獨封裝，因此，當前系統(tǒng)成本 通常比將各個管芯包含在單封裝中要高。另外，由于當前系統(tǒng)繼續(xù)演 進成更小的形狀系數，因此，集成到單封裝中的射頻收發(fā)器可幫助系 統(tǒng)設計人員實現(xiàn)本身小于散布于若干封裝的射頻收發(fā)器的預期的整體 系統(tǒng)尺寸。
無線電收發(fā)器在單封裝中的集成 圖2示出使用射頻收發(fā)器202的系統(tǒng)200的原理框圖， 其中，射頻收發(fā)器202集成到單集成電路封裝中，在圖3中表示為300, 下面進一步進行描述。射頻收發(fā)器202包括天線204、 FEM(;f莫擬)206、 RFIC (混合模擬/數字)208和基帶/通信處理器(數字)212。參考振蕩器 (晶體)216由于它對封裝組裝期間往往是不可避免的溫度和機械應力 的敏感性而駐留在集成電路封裝300的外部。射頻收發(fā)器202的一些 實施例還包括與基帶/通信處理器212耦合的存儲器210。射頻收發(fā)器 202的其它實施例可具有接收來自其它類型的接收器(如全^^定位系 統(tǒng)接收器214)的輸入的能力。將備選接收器214所收集的信號發(fā)送 給RFIC 208?；鶐?通信處理器212的數字輸出與包括應用處理器222 的專用集成電路218耦合。另外，應用處理器222與存儲器220、電 源管理電路224和任何外設226耦合。外設226往往包括下列之中一 個或多個輸入/輸出接口、用戶接口、音頻、視頻和音頻/—見頻接口。 應用處理器22往往定義射頻收發(fā)器202所使用的標準。 作為示例而不是限制，示范標準可包括個人區(qū)域網(PAN)、如藍牙(BT) 的定義，它在數英尺的范圍內以無線方式保持裝置連接性；局域網(LAN),范圍從數英尺到數十英尺，例如IEEE 802. lla/b/g (Wi-Fi); 城域網(MAN)，例如(Wi-Max);以及廣域網(WAN),例如蜂窩網絡。 集成了射頻收發(fā)器202的封裝300的一個示范實施例如 圖3所示，并且利用管芯堆疊或者第三維封裝來減輕與現(xiàn)有技術二維 布局關聯(lián)的許多上述問題，例如尺寸的有限減小以及增加的封裝成本。 單封裝300中的集成射頻收發(fā)器202包括天線204，它由銅接線柱322 以及與封裝襯底328耦合的第一管芯306和第二管芯310的堆疊形成， 第三管芯302也與封裝村底328耦合。 在圖3的實施例中，第三管芯302形成前端模塊206, 并且通過焊料凸點304與襯底328耦合。第三管芯可以基本上由砷化 鎵、硅-藍寶石(silicon on sapphire)或鍺珪形成。第二管芯310 形成基帶/通信處理器210,并且在機械上與包括射頻集成電路 (RFIC) 208的第一管芯306耦合。第一管芯306往往通過焊料凸點308 與襯底328電耦合。對于尺寸小于大約3. 5毫米x 3. 5毫米的第一管 芯306,通常不可使用底部填充。較大的第一管芯306可利用底部填 充。第二管芯310通過絲焊(wire bond) 312與襯底328電耦合。機 械耦合第一管芯306和第二管芯310的一種方法包括使用界面粘合劑 314、如環(huán)氧樹酯。除了環(huán)氧樹酯以外的許多界面粘合劑314是已知的， 例如RTV橡膠。封裝300包括天線204,它由與封裝蓋334耦合的銅 接線柱322形成，封裝蓋334還可充當散熱器。還包括在圖3所示實 施例中的是第四管芯316，在其上形成存儲器210。第四管芯316通過 由焊料凸點318和底部填充320所形成的直接芯片附連與第二管芯310 的電路耦合。底部填充320的一些實施例可包括膠帶或環(huán)氧樹酯。如 果沒有凈皮包含在包括RFIC 208的管芯306中，則諸如用于調諧的基于 電感器的組件的無源組件330和332可位于襯底328的便利位置上。 無源組件330和332可包括在津毛盡CMOS器件上形成的高速開關組件， 由此實現(xiàn)可重新配置的自適應無源電路。封裝襯底328可具有用于表 面安裝組件的阻焊;漠限定盤(solder mask defined pads),并且可在盤上使用浸漬鍍金(immersion gold plating)。 所示封裝300的實施例包括焊球326的陣列，它們可用 于將封裝300與印刷電路板(未示出)進行電和機械耦合。焊球326的 一些可排列成組324，它們在重熔期間會塌陷和聚結，并且形成便于 使封裝300接地的大面積連接。圖4示出封裝400的襯底402，其中 具有信號焊球404的陣列和接地焊球408的陣列。信號焊球使用球間 間距(pitch) 406來分布，間距406保持各焊球404的完整性。用于 接地的焊球408采用更窄間距410來分布，使得在重熔時，焊球聚結 以形成較大面積的連接。圖4所示的實施例包括焊J求412,它們可用 于功率、接地、附加信號或者只是沒有任何電連通性的附加結構支撐； 印刷電路板414可包括與焊球的陣列相似的外露盤416、 418的陣列。 例如，用于信號的外露盤之間的間距420可以基本上與信號焊球404 的間距406相似。接地盤418可以是單個大面積的外露金屬或者是大 外露面積的陣列，與所示情況相似。襯底414可具有大約35拜的外 部金屬層厚度以及范圍從大約60拜至150 p的內部金屬層厚度。
單封裝無線電收發(fā)器組裝方法 圖5示出一種在單集成電路封裝中集成多個管芯的示范 方法。所述方法可用于封裝管芯的組合，其中，形成無線電收發(fā)器的 管芯的一部分^皮堆疊并形成三維集成。例如，圖5的方法包括將第一 管芯焊接到具有一層電跡線和另一層介電材料502的封裝襯底上。與 圖5所示相似的方法還包括將第二管芯與第一管芯504機械耦合。為 了實現(xiàn)功能管芯堆疊，絲焊將第二管芯與封裝襯底506電耦合。 如上所述，圖5所示方法產生基本上集成的射頻收發(fā)器。 圖5所示方法可用于形成射頻收發(fā)器，它能夠按照涵蓋范圍從個人區(qū) 域網或局域網到城域網或廣域網的網絡的操作的多種無線標準的任一 種進行通信。因此,圖5示出形成與村底508電耦合的天線以及將第 三管芯焊接到村底上，其中，天線、第一管芯、第二管芯和第三管芯基本上形成無線電收發(fā)器510。第三管芯通?；旧嫌缮榛?、硅-藍 寶石或鍺硅形成，但是其它材料通常也適用。 在其組裝過程如圖5所示的類型的射頻收發(fā)器中，第二 管芯基本上形成基帶通信處理器的通常大計算量的數字電路。射頻收 發(fā)器的一些實施例將存儲器與基帶通信處理器的數字電路耦合。那些 實施例的一部分可將獨立管芯用于存儲器，并且將存儲器管芯與基本 上包括基帶通信處理器的數字電路的第二管芯耦合。如圖5所示，組 裝方法可在將笫二管芯與第一管芯512機械耦合之前，將存儲器管芯 與第二管芯耦合。 另外，射頻收發(fā)器通常可獲益于通過大面積電氣"l妄地連 接的接地。如上所述，當兩個或更多焊球在重熔期間塌陷和聚結、并 且形成比單個組成焊3求514更大的截面面積的電連"l妄時，可形成這類 連接。
包括單封裝無線電收發(fā)器的系統(tǒng)實施例 圖6示出結合單封裝無線電收發(fā)器600的實施例的許多 可能的系統(tǒng)之一 600的示意表示。在一個實施例中，包含射頻收發(fā)器 600的封裝可以是與結合圖3所述相似的實施例。在另一個實施例中， 封裝600還可與包括微處理器的部件耦合。在另一個備選實施例中， 集成電路封裝可與包括專用集成電路(ASIC)的部件耦合。根據以上結 合微處理器和ASIC所述的實施例，也可封裝存在于芯片組(例如圖形、 聲音和控制芯片組)或存儲器中的集成電路。 對于與圖6所示相似的一個實施例，如圖所示，系統(tǒng)60 還可包括通過總線610相互耦合的主存儲器602、圖形處理器604、大 容量裝置606和輸入/輸出模塊608。存儲器602的示例包括但不限于 靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)。大容量存 儲裝置606的示例包括^旦不限于硬盤驅動器、閃存驅動器、光盤驅動 器(CD)、數字多功能光盤驅動器(DVD)等。輸入/輸出模塊608的示例包括但不限于鍵盤、光標控制裝置、顯示器、網絡接口等?？偩€610
的示例包括但不限于外設控制接口 (PCI)總線、PCI Express總線和工
業(yè)標準架構(ISA)總線等。在各種實施例中，系統(tǒng)60可能是無線移動
電話、個人數字助理、袖珍PC、平板PC、筆記本PC、臺式計算機、
機頂盒、音頻/視頻控制器、DVD播放器、網絡路由器、網絡交換裝置、
手持裝置或服務器。雖然本文為了描述實施例已經說明和描述了具體實施
例，但是，本領域的技術人員會理解，適合實現(xiàn)類似目標的大量備選
和/或等效實現(xiàn)可取代所示和所述的具體實施例，而沒有背離本公開的
范圍。例如，可按照附圖所示以及以上所述以及以下權利要求書記栽
的封裝實施例，在單封裝內集成處理器和芯片組。備選地，可類似地
集成芯片組和存儲器，如圖形組件和存儲器組件的情況那樣。 本領域的技術人員易于理解，以上描述和以下權利要求 書可使用大量實施例來實現(xiàn)。本詳細描述意在涵蓋本文所述的實施例 的任何修改或變更。因此，本發(fā)明顯然預計僅受到權利要求書及其等 效物限制。
權利要求
1.一種集成電路封裝，包括襯底，包括具有部分形成所述襯底上的集成電路的電跡線的第一層以及基本上由介電材料形成的第二層；第一管芯，包括第一集成電路，在所述管芯的第一側上具有焊料凸點的陣列，其中，所述焊料凸點將所述第一集成電路與所述襯底耦合；以及第二管芯，包括通過絲焊與所述襯底上的所述集成電路電耦合的第二集成電路，與所述基本平行于所述第一管芯所述第一側的所述第一管芯的所述第二側機械耦合，使得所述第一管芯設置在所述襯底與所述第二管芯之間。
2. 如權利要求1所述的集成電路封裝，還包括 天線，與所述襯底上的所逸集成電路電耦合；以及 第三管芯，包括第三集成電路，通過焊料凸點的陣列與所述襯底上的所述集成電路電耦合，其中，所述天線與第一集成電路、第二集 成電路和第三集成電路基本形成無線電收發(fā)器。
3. 如權利要求1所述的集成電路封裝，其中，所述第二集成電路 還包括基帶通信處理器。
4. 如權利要求l所述的集成電路封裝，還包括第三管芯，包括形成存儲器裝置的第三集成電路，通過焊料凸點 與所述第二集成電路電耦合，所述焊料凸點將所述第三管芯的有源側 與所述第二管芯的有源側連接。
5. 如權利要求l所述的集成電路封裝，還包括兩個或更多焊球，在重熔時聚結以便形成比重熔時單個組成焊球 更大的截面面積的電連接。
6. 如權利要求2所述的集成電路封裝，其中，所述第一集成電路 還包括射頻集成電路和混合信號處理器。
7. 如權利要求2所述的集成電路封裝，其中，所述射頻收發(fā)器能 夠按照基本上用于由個人區(qū)域網、局域網、城域網、廣域網以及它們 的組合構成的所述組中所選之一 的無線標準進行通信。
8. 如權利要求2所述的集成電路封裝，其中，所述第三管芯基本 上由從包括砷化鎵、硅-藍寶石和鍺硅的所述組中選取的所選之一形 成。
9. 一種集成電路封裝，包4舌射頻收發(fā)器，其中包括天線；第一管芯，包括與所述前端才莫塊電耦合的射頻集成電路； 第二管芯，包括與所述射頻集成電路電耦合的基帶通信處理器；以及第三管芯，包括用于處理射頻信號的前端模塊，與所述天線耦合， 其中，所述前端模塊包括低噪;改大器、功率放大器和開關。
10. 如權利要求9所述的集成電路封裝，其中，所述射頻集成電 路可接收來自全球定位系統(tǒng)接收器的輸入信號。
11. 如權利要求9所述的集成電路封裝，其中，所述第三管芯和 所述第 一管芯通過各管芯上的焊料凸點的陣列與所述封裝的村底電耦 合，并且所述笫二管芯通過絲焊與所述村底電耦合。
12. 如權利要求9所述的集成電路封裝，其中，所述射頻收發(fā)器 能夠按照基本上用于由個人區(qū)域網、局域網、城域網、廣域網以及它 們的組合構成的所述組中所選之一的無線標準進行通信。
13. 如權利要求9所述的集成電路封裝，還包括兩個或更多焊球，在重熔時聚結以便形成比重熔時單個組成焊球 更大的截面面積的電連4矣。
14. 如權利要求10所述的集成電路封裝，還包括與所述基帶通信 處理器耦合的存儲器電路。
15. —種系統(tǒng)，包括 大容量存儲裝置，耦合到包括射頻收發(fā)器的集成電路封裝，其中，所述射頻收發(fā)器包括 天線，第一管芯，包括與所述前端模塊電耦合的射頻集成電路，第二管芯，包括與所述射頻集成電路電耦合的基帶通信處理器；以及第三管芯，包括用于處理射頻信號的前端才莫塊，與所述天線耦合， 其中，所述前端模塊包括低p來改大器、功率it大器和開關。
16. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述射頻收發(fā)器能夠按照 基本上用于由個人區(qū)域網、局域網、城域網、廣域網以及它們的組合 構成的所述組中所選之一的無線標準進行通信。
17. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，還包括 與所述基帶通信處理器耦合的應用處理器； 與所述應用處理器耦合的存儲器；以及 與所述應用處理器耦合的輸入/輸出接口 。
18. 如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述射頻集成電路可接收 來自全球定位系統(tǒng)接收器的輸入信號。
19. 如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入/輸出接口包括 用戶"l妄口。
20. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是包括機頂盒、 媒體中心個人計算機、數字多功能光盤播放器、服務器、個人計算機、 移動個人計算機、網絡i 各由器、手持裝置和網絡交換裝置的所述組中 所選之一。
21. —種方法，包括將第一管芯焊接到襯底，其中，所述襯底包括具有部分形成所述 村底上集成電路的電跡線的第一層以及基本由介電材料形成的第二 層，并且所述笫一管芯包括第一集成電路；將包括第二集成電路的第二管芯與基本平行于所述第一管芯所迷 第 一側的所述第 一管芯的第二側機械耦合，使得所述第 一管芯設置在所述村底與所述第二管芯之間；以及通過絲焊將所述第二管芯與所述襯底上的所述集成電路電耦合。
22. 如權利要求21所述的方法，還包括 形成與所述襯底上的所述集成電路電耦合的天線；以及 通過焊料凸點的陣列將包括笫三集成電路的第三管芯焊接到所述襯底上的所述集成電路，其中，所述天線與第一集成電路、第二集成 電路和第三集成電路基本上形成無線電收發(fā)器。
23. 如權利要求21所述的方法，其中，所述第二集成電路還包括 基帶通信處理器。
24. 如權利要求21所述的方法，還包括在將所述第二管芯與所述第 一管芯機械耦合之前，將包括形成存 儲器裝置的第三集成電路的第三管芯與所述第二管芯耦合。
25. 如權利要求21所述的方法，還包括在塌陷和聚結的兩個或 更多焊i^的重熔時形成電連接，其中，所述電連接具有比單個組成焊 J求更大的截面面積、。
26. 如權利要求22所述的方法，其中，所述射頻收發(fā)器能夠按照 基本上用于由個人區(qū)域網、局域網、城域網、廣域網以及它們的組合 構成的所述組中所選之一的無線標準進行通信。
27. 如權利要求22所述的方法，其中，所述第三管芯基本上由從 包括砷化鎵、硅-藍寶石和鍺硅的所述組中選取的所選之一形成。
全文摘要
描述了集成多管芯無線電收發(fā)器的封裝、封裝集成多管芯無線電收發(fā)器的方法以及包括集成多管芯無線電收發(fā)器封裝的系統(tǒng)。在一個實施例中，集成電路封裝包括天線、包括射頻集成電路的第一管芯、包括基帶通信處理器的第二管芯以及包括前端模塊的第三管芯。
文檔編號H04B7/14GK101411077SQ200780010712
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者M·A·梅加赫德 申請人:英特爾公司