用于射频集成器件封装的发射结构的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月29日提交的名称为“用于射频集成器件的发射结构”的美国临时申请no.62/677,549的权益，其全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。

本发明领域涉及用于射频集成器件封装的发射结构。

背景技术：

射频(rf)集成器件管芯和封装用于高频通信应用，包括无线电芯片产品，用于无线发射和/或接收rf信号。rf集成器件管芯可以安装到封装基板上，以便结合到更大的电子装置或系统中。然而，在一些布置中，集成器件管芯和封装基板之间或者封装基板和较大系统之间的电界面可能是低效的，从而产生降低系统性能的损耗。因此，仍然需要改进的rf集成器件封装。

技术实现要素：

在一个方面，公开集成器件封装。集成器件封装包括具有正面和背面的层压基板。层压基板包括多个层。集成器件封装还包括安装在层压基板的正面的集成器件管芯。集成器件管芯包括射频(rf)电路并具有第一阻抗。集成器件管芯以一个或多个工作频率工作。集成器件封装还包括设置在所述集成器件管芯与所述层压基板的正面之间的多个导电凸起。导电凸起电连接所述集成器件管芯和所述层压基板。集成器件封装还包括凸起发射结构，至少部分地由所述层压基板的正面处或附近的一个或多个层限定。凸起发射结构包括具有与第一阻抗匹配的第二阻抗的以第一图案排列的金属和绝缘材料，使得凸起发射结构的电压驻波比(vswr)小于4:1。

在一个实施方案中，集成器件封装还包括球发射结构，至少部分地由所述层压基板的背面处或附近的一个或多个层限定。球发射结构可包括具有第三阻抗的以第二图案排列的金属和绝缘材料。集成器件封装还可包括电连接所述凸起发射结构的第一图案和所述球发射结构的第二图案的一个或多个迹线或通孔。集成器件封装还可包括电和机械连接所述层压基板的背面的多个焊球。球发射结构还可包括多个焊球。集成器件封装还可包括具有第四阻抗的系统板。层压基板可通过所述多个焊球安装到所述系统板的正面。球发射结构还可包括系统板的正面处或附近的一个或多个层。第三和第四阻抗可被匹配为使得球发射结构的电压驻波比(vswr)小于5:1。凸起发射结构和球发射结构中的至少一个可包括由绝缘体间隔开的多个金属通孔。多个金属通孔可延伸通过层压基板的一个或多个层。相邻金属通孔之间的间隔可限定相应的电容，该电容至少部分地限定所述第二阻抗或所述第三阻抗。凸起发射结构和球发射结构中的至少一个可包括与金属通孔电连接的蛇形金属迹线。金属通孔可延伸通过层压基板的一个或多个层。

在一个实施方案中，其中凸起发射结构还包括多个导电凸起。

在一个实施方案中，集成器件管芯包括凸起下金属化(ubm)层。多个导电凸起可安装到ubm层。凸起发射结构还可包括ubm层。

在一个实施方案中，其中一个或多个工作频率包括0.5ghz至60ghz的范围内的频率。

在一个实施方案中，集成器件管芯的rf电路在0.5db的频率带宽内工作。第二阻抗可以与跨越带宽的第一阻抗基本上匹配。0.5db带宽可以在dc至75ghz的范围内。

在一个方面，公开一种用于支持配置为以一个或多个工作频率工作的射频(rf)集成器件管芯的层压基板。层压基板具有正面和与所述正面相对的背面。层压基板包括凸起发射结构，至少部分地由层压基板的正面处或附近的一个或多个层限定。凸起发射结构包括以一个或多个工作频率具有第一阻抗的第一图案排列的金属和绝缘材料。凸起发射结构的第一阻抗被配置为基本上匹配具有射频(rf)电路的rf集成器件管芯的阻抗。层压基板还包括球发射结构，至少部分地由所述层压基板的背面处或附近的一个或多个层限定。球发射结构包括以一个或多个工作频率具有第二阻抗的第二图案排列的金属和绝缘材料。球发射结构的第二阻抗被配置成基本上匹配系统板的阻抗。层压基板还包括电连接所述凸起发射结构和所述球发射结构的一个或多个迹线或通孔。

在一个实施方案中，层压基板还包括电和机械连接所述层压基板的背面的多个焊球。球发射结构还可包括多个焊球。

在一个实施方案中，一个或多个工作频率在dc至75ghz的范围内。

在一个实施方案中，所述凸起发射结构和所述球发射结构中的至少一个包括由绝缘体间隔开的多个金属通孔。多个金属通孔可以延伸通过所述层压基板的一个或多个层。

在一个实施方案中，所述凸起发射结构和所述球发射结构中的至少一个可以包括与金属通孔电连接的蛇形金属迹线。金属通孔可以延伸通过所述层压基板的一个或多个层。

在一个方面，公开电子装置。电子装置包括具有第一射频(rf)通信线的系统板。第一rf通信线具有处于一个或多个工作频率的第一阻抗。电子装置还包括安装到所述系统板的层压基板。层压基板具有正面和与所述正面相对的背面。电子装置还包括设置在所述系统板和所述层压基板的背面之间的多个焊球。焊球电连接所述系统板和所述层压基板。电子装置还包括球发射结构，至少部分地由所述层压基板的背面处或附近的一个或多个层限定。球发射结构包括以一个或多个工作频率具有第二阻抗的第一图案排列的金属和绝缘材料。球发射结构的第二阻抗匹配所述第一rf通信线的第一阻抗，使得所述球发射结构的电压驻波比(vswr)小于5:1

在一个实施方案中，电子装置还包括通过一个或多个导电凸起安装到所述层压基板的集成器件管芯。集成器件管芯可以包括射频(rf)电路并具有第三阻抗。电子装置还可包括凸起发射结构，至少部分地由所述层压基板的正面处或附近的一个或多个层限定。凸起发射结构可以包括以具有第四阻抗的第二图案排列的金属和绝缘材料，所述第四阻抗匹配所述第三阻抗使得所述凸起发射结构的电压驻波比(vswr)小于3:1。

附图说明

现在将参考以下附图描述本发明的具体实施方式，这些附图是作为示例而非限制提供的。

图1a是根据各种实施例的rf集成器件封装的示意性侧剖视图。

图1b是根据各种实施例的凸起和球界面区域的示意性侧剖视图，其可包括凸起和球发射结构。

图2a是在封装基板的正面或附近的凸起界面区域的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域被配置为连接到管芯的发射线结构。

图2b是在封装基板的背面处或附近的球界面区域的示意性俯视平面图，其中球界面区域被配置为连接到系统板的发射线结构。

图3a是在封装基板的正面或附近的凸起界面区域的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域被配置为连接到管芯的接收器线结构，该接收器线结构连接到管芯的接收器。

图3b是在封装基板的背面处或附近的球界面区域的示意性俯视平面图，其中球界面区域被配置为连接到系统板的接收器线结构。

图4a是根据各种实施例的在封装基板的正面或附近的凸起界面区域的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域被配置为连接到管芯的发射线结构。

图4b是根据各种实施例的在封装基板的背面或附近的球界面区域的示意性俯视平面图，其中球界面区域被配置为连接到系统板的发射线结构。

图4c是图4a的凸起界面区域的示意性顶部透视图。

图4d是图4b的球界面区域的示意性顶部透视图。

图5a是根据各种实施例的在封装基板的正面或附近的凸起界面区域的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域被配置为连接到管芯的接收器线结构。

图5b是根据各种实施例的在封装基板的背面或附近的球界面区域的示意性俯视平面图，其中球界面区域被配置为连接到系统板的接收器线结构。

图5c是图5a的凸起界面区域的示意性顶部透视图。

图5d是图5b的球界面区域的示意性顶部透视图。

图5e是图5b的球界面区域的示意性顶部透视图，示出了从封装基板的金属层到系统板的板金属层。

图6a示出了根据一个实施例的示出本文公开的凸起和球形补偿或发射结构的电性能的曲线图。

图6b示出了根据另一实施例的示出本文公开的凸起和球形补偿或发射结构的电性能的曲线图。

图6c示出了根据另一实施例的示出本文公开的凸起和球形补偿或发射结构的电性能的曲线图。

图6d示出了根据另一实施例的示出本文公开的凸起和球形补偿或发射结构的电性能的曲线图。

具体实施方式

这里公开的各种实施例涉及射频(rf)集成器件封装和用于改善无线通信系统性能的发射结构。图1a是根据各种实施例的rf集成器件封装1的示意性侧剖视图。rf封装1可以包括rf集成器件管芯2，其被配置为在一个或多个工作频率下操作，例如，在0hz至40ghz或高达60ghz的范围内的频率。rf集成器件管芯2可以通过设置在管芯2的背面33的一个或多个导电凸起5(例如，焊料凸起、铜柱等)安装并电连接到封装基板3的正面7，例如，在倒装芯片安装技术中。在多个实施例中，管芯2的有源电路可以设置在管芯2的背面33处或附近。在一些实施例中，管芯2的有源电路可以设置在管芯2的相对的正面35处或附近。封装基板3可包括任何合适类型的封装基板，包括例如层压基板(例如印刷电路板或pcb)、陶瓷基板等。在所示实施例中，基板3包括具有多个图案化金属和介电层lm1、lm2、......lmn的层压基板。封装基板3的背面8可以通过多个焊球6安装到系统板4的正面31(例如，母板)。系统板4可以用作更大的电子装置或系统的界面。

rf集成器件管芯2可包括一个或多个通信线。在一些实施例中，例如，rf集成设备管芯2可以包括:接收器17，被配置为接收和处理从另一设备发送的信号；和/或发送器18，被配置为无线地向另一设备发送信号。接收器17可以通过在管芯2中限定的接收器线结构(未示出)电连接到导电凸起5，发射器18可以通过在管芯2中限定的发射器线结构(未示出)电连接到导电凸起5。通信线结构(例如，相应的接收器和/或发射器线结构)可以具有封装的工作频率下的相关阻抗。电信号可以通过导电凸起5在管芯2的通信线和封装基板3的上金属层之间通过。信号可以穿过封装基板3(例如，通过图案化的金属迹线和通孔)。信号可以通过焊球6在封装基板3和系统板4之间通过。在一些实施例中，管芯2可包括接收器17但不包括发射器，而在其他实施例中，管芯2可包括发射器18但不包括接收器。在一些实施例中，管芯2可包括接收器17和发射器18。在一些实施例中，管芯2可包括多个接收器17和/或多个发射器18。在多个实施例中，管芯2可包括一个或多个高速数字链路(例如，jesd204链路)，其可用作高速数字界面。

如图1a所示，封装1可以包括凸起界面区域9和球界面区域10，凸起界面区域9限定了管芯2的背面33和封装基板3的正面7之间的电界面，球界面区域10限定了封装基板3的背面8与系统板4的正面31之间的电界面。在一些封装中，凸起界面区域9可在管芯2上的接收器17和/或发射器18的通信线和在基板3的正面7上的相应金属焊盘之间提供差的阻抗匹配。类似地，在一些封装中，球界面区域10可以在封装基板3的背面8上的金属焊盘和系统板4上的相应焊盘之间提供差的阻抗匹配。在这种具有不匹配阻抗的封装中，封装1的电气性能可能会严重降级。例如，由于在凸起或球界面区域9、10处具有不匹配阻抗的封装中的寄生效应，可能损失大量电能。

因此，在本文所公开的各种实施例中，凸起界面区域9可包括凸起发射结构15(参见图1b)，其在封装1的工作频率上使形成在管芯2中的通信线(发射器和/或接收器线)的阻抗与封装基板3的金属迹线和/或通孔的阻抗基本上相匹配。类似地，在多个实施例中，球界面区域10可包括球发射结构16(参见图1b)，其在封装1的工作频率上使封装基板3的金属迹线和/或通孔的阻抗与系统板4的金属焊盘的阻抗基本上相匹配。通过匹配凸起和球界面区域9、10处的阻抗，这里公开的实施例可以显着改善rf封装的性能。如本文所解释的，凸起和球界面9、10的层可以被图案化(例如，图案化的金属和介电层)以限定发射结构15、16，以通过调谐系统电感和电容以解决寄生损耗(例如电容损耗等)以增强封装1的性能。

图1b是根据各种实施例的凸起和球界面区域9、10的示意性侧剖视图，其包括凸起和球发射结构15、16。特别地，图1b示出了集成器件管芯2的下部、封装基板3、系统板4、位于集成器件管芯2和封装基板3之间并连接集成器件管芯2和封装基板3的导电凸起5、以及位于封装基板3和系统板4之间并连接封装基板3和系统板4的焊球6。如图1b所示，集成器件管芯2可以包括设置在管芯2的背面33处的凸起下金属化(ubm)层11。ubm层11可以用作管芯2和基板3之间的电界面。此外，在图1b中，管芯2可以包括通信线结构30，其提供ubm层11与接收器17或发射器18(图1b中未示出)之间的电通信。如本文所解释的，通信线结构30可包括连接到接收器的接收器线，或连接到发射器的发射线。管芯2的通信结构30可以具有阻抗z管芯，其可以随操作频率而变化。此外，管芯2可以包括各种类型的电路，包括例如用于接收器和/或发射器、和/或用于高速数字界面的晶体管。

如图1b所示，封装基板3可以包括多层层压基板，该基板包括多个图案化金属层(或层压金属层，lmx)lm1......lmn。例如，如图1b所示，图案化层可包括沿特定层lmn横向延伸的多个金属迹线12和垂直延伸以连接其他层lmn中的迹线12的多个金属通孔13。因此，如图所示，迹线12可以在基板3中横向或水平地发射电信号(例如，通常平行于基板3的主要横向尺寸)，并且通孔13可以在基板3中垂直地发射电信号(例如，通常不平行或垂直于基板3的主横向尺寸)。在图1b中，每个通孔13被示出为将特定层连接到该特定层正上方或下方的层，但是在其他实施例中，通孔13可以穿过多个层，或者穿过基板3的整个厚度。绝缘介电材料14可以电分离通孔13和迹线12的部分。因此，基板3的每个层可以包括由该层的金属(例如，通孔13或迹线12)和电介质14布置限定的图案。此外，在图1b中，系统板4的所示部分还可包括一个或多个板层bm1、...bmm，其包括一个或多个图案化金属和介电层。根据一些实施例，所示板4还可包括层压基板。任何合适的金属可用于迹线12和通孔13，包括例如铝、铜等。任何合适的绝缘体可用于电介质14，包括例如fr-4板、环氧树脂、陶瓷、玻璃等。

在各种封装布置中，凸起界面区域9可以在管芯2中的通信线30和封装基板3的金属层之间引入电过渡。在这种电转换中，管芯2的通信线30的阻抗z管芯可以不同于凸起5的阻抗z凸起、基板3的正面7处或附近的阻抗zs1和/或基板3中的其他结构的阻抗。类似地，在基板3的背面8处或附近的阻抗zs2可以不同于焊球6的阻抗z球和/或系统板4的正面31处或附近的阻抗z板(例如，在bm1、bm2和/或介入的电介质14处)。在阻抗不匹配的情况下，由于例如寄生效应，可能损失显着的电能，这会降低整体rf性能。

因此，在本文所公开的各种实施例中，凸起界面区域9可以包括凸起发射结构15，其可以包括管芯2的各个层、导电凸起5以及在封装基板3的正面7处或附近的各个层。在所示实施例中，例如，凸起发射结构15可以包括管芯2的ubm层11、凸起5、层lm1和lm2处的迹线12以及在lm1和lm2处连接迹线12的通孔13。然而，在其他实施例中，凸起发射结构15可包括更多或更少的层和/或结构。例如，在其他实施例中，凸起发射结构15可仅包括封装基板3中的层。其他组合可能是合适的。可以选择凸起发射结构15的整体阻抗z凸起-发射，以便基本上匹配管芯2的通信线30的阻抗z管芯。例如，如本文所解释的，可以选择迹线12和通孔13的形状、尺寸和/或空间，以便产生所需的有效电感和/或电容，这可以产生基本上匹配的阻抗。在这样的实施例中，例如，可以选择凸起发射结构15的整体阻抗z凸起-发射，使得电压驻波比(vswr)小于4:1、小于3:1、小于2:1或小于1.5:1。例如，可以选择凸起发射结构15的整体阻抗z凸起-发射，使得电压驻波比(vswr)在1:1至4:1的范围内、在1.0:1至4:1的范围内、在1:1至3:1的范围内、在1.05:1至3:1的范围内、在1:1至2.5:1的范围内、在1.05:1至2.5:1的范围内、在1:1到2:1的范围内或在1.05:1至2:1的范围内，例如，在1:1至1.75:1的范围内、在1:1至1.5:1的范围内或在1.25:1至1.75:1的范围内。

类似地，在本文公开的各种实施例中，球界面区域10可包括球发射结构16，其可包括在封装基板3的背面8处或附近的各种层、焊球6和在系统板4的正面31处或附近的各种层。在所示的实施例中，例如，球发射结构16可以包括lm6处的迹线12和其上方的通孔13、球6、在板4的层bm1和bm2处的迹线12和通孔13。然而，在其他实施例中，球发射结构16可包括更多或更少的层和/或结构。例如，在其他实施例中，球发射结构16可以仅包括封装基板3中的层。还有其他组合可能是合适的。可以选择球发射结构16的整体阻抗z球-发射，以便基本上匹配系统板4中的通信线结构的阻抗z板。例如，如本文所解释的，可以选择基板3中的迹线12和通孔13的形状、尺寸和/或空间，以便产生期望的有效电感和/或电容，这可以导致基本匹配阻抗。在这样的实施例中，例如，可以选择球发射结构16的总阻抗z球-发射，使得电压驻波比(vswr)小于5：1、小于4：1、小于3：1或小于2.5：1。例如，可以选择球发射结构16的总阻抗z球-发射，使得电压驻波比(vswr)在1：1至5：1的范围内、在1：1至4：1的范围内、在1：1至4：1的范围内、在1.05：1至4：1的范围内、在1：1至3.5：1的范围内、在1.05：1至3.5：1的范围内、在1：1至3：1的范围内、在1:1到2:1的范围内，例如，在1:1至1.75:1的范围内、在1:1至1.5:1的范围内或在1.25:1至1.75:1的范围内。

图2a是图1a和1b所示的封装基板3的正面7处或附近的凸起界面区域9的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域9被配置为连接到管芯2的发射线结构(见图1a)，它与发射器18通信(见图1a)。图2b是在图1a和1b所示的封装基板3的背面8处或附近的球界面区域10的示意性俯视平面图，其中球界面区域10被配置为连接系统板4的发射线结构(见图1a)。图2a-2b仅示出了凸起和球界面区域9、10的金属或导电结构，并未示出图1b中所示的介入电介质材料14。电介质材料14可以设置在图2a-2b的区域中，显示为空隙。如图2a-2b所示，凸起和球界面区域9、10可分别包括由插入的绝缘或介电材料(图2a-2b中未示出)分开的一个或多个导电迹线12和通孔13。在图2a-2b的布置中，阴影中所示的层位于基板3的上层之下。

如图2a所示，凸起界面区域9可包括连接到相应通孔13的一对发射迹线12a、12b，所述通孔13穿过基板3的至少一部分厚度。该对迹线12a、12b可包括平衡线，其可用于两种模式之一:差模(电流异相)和共模(电流同相)。在图2a-2b(实际上是其他图)的布置中，包括数字(例如示出了通孔13电连接的层lm的1-2、2-3或2-5)的通孔。例如，上方具有标签1-2的通孔13提供层lm1和lm2之间的电连通。具有标签2-3的通孔13提供层lm2和lm3之间的电连通。具有标签2-5的通孔13提供层lm2和lm5之间的电连通，等等。因此，图2a中的层lm1处的发射迹线12a、12b提供凸起(图2a中未示出)与对应的通孔13之间的电连通，用于发射将被无线发射到另一设备的发射电信号。发射信号可以通过图2a中所示的1-2通孔13从层lm1处的迹线12a、12b传递到层lm2。信号可以通过其他迹线和通孔与基板3的背面8通信，这些迹线和通孔在图2a中未示出。

在图2a的布置中，凸起界面区域9可具有相关的阻抗z凸起-界面，其与管芯2的发射线(例如，通信线结构30)的阻抗不匹配(图2a中未示出)。例如，在一些封装中，管芯2的发射线可以具有在约30ω至60ω范围内的标称阻抗值z管芯，例如，约50ω的阻抗z管芯。阻抗z凸起-界面可以具有与发射线阻抗z管芯不同的阻抗，使得凸起界面的vswr可以在3:1至5:1或更高的范围内。例如，图2a的发射迹线12a、12b可以包括相对直的金属结构，其提供凸起5和通孔13之间的最短物理距离。此外，通孔13的直径和/或间距可以不选择为获得代表总体所需阻抗的所需电容。因此，如上所述，所产生的阻抗不匹配可能导致封装1的电性能降低。

类似地，图2b的球界面区域10可以包括一对发射迹线12c，12d，其连接到基板3的背面8处或附近的对应通孔13，例如，通过将lm2与lm6连接的两个2-6通孔。与凸起界面区域9一样，发射迹线12c、12d可以是相对直的，并且可以不选择通孔13的直径和/或间隔以便实现期望的电容。与凸起界面区域10一样，图2b的结构可能导致相对于系统板4(未示出)中的发射线的阻抗失配，这可能进一步降低整体电性能。

图3a是图1a和1b所示的封装基板3的正面7处或附近的凸起界面区域9的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域9被配置为连接到管芯2的接收器线结构(未示出)(其连接到管芯2的接收器17(见图1a))。图3b是在封装基板3的背面8处或附近的球界面区域10的示意性俯视平面图，其中球界面区域10被配置为连接到系统板4的接收器线结构(未示出)。除非另有说明，否则图3a-3b的组件可以指与图1a-2b的相同编号的组件相同或大致相似的组件。与图2a-2b一样，图3a-3b仅示出了凸起和球界面区域9、10的金属或导电结构，并未示出图1b中所示的介入介电材料14。电介质材料14可以设置在图3a-3b的区域中，示为空隙。例如，如图2a-2b所示，凸起和球界面区域9、10可分别包括将来自基板3的正面7处或附近的凸起5的电信号传送到基板3的背面8处或附近的球6的接收器迹线12a、12b、12c、12d和通孔13。然而，在各种布置中，与接收器17通信的接收器通信线的阻抗z管芯可以具有与发射器通信线(与发射器18通信)的阻抗不同的阻抗。例如，在各种布置中，管芯2的接收器通信线的阻抗z管芯可以在80ω至120ω的范围内，例如，在一些布置中约为100ω。

与图2a-2b中公开的用于发射线的界面区域9、10一样，用于接收器线的图3a-3b的界面区域9、10可以具有各自的阻抗z凸起-界面，z球-界面分别与管芯2和/或系统板4的各个接收器通信线不匹配。由此产生的阻抗不匹配会降低信号质量并降低系统性能。

图4a-4d示出了凸起和球发射结构15、16的实施例，其为管芯2和/或系统板4的发射线结构提供改进的阻抗匹配(参见图1a和1b)。特别地，图4a是根据各种实施例在封装基板3的正面7处或附近的凸起界面区域9的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域9被配置为连接到管芯2的发射线结构。图4b是根据各种实施例在封装基板3的背面8处或附近的球界面区域10的示意性俯视平面图，其中球界面区域10被配置为连接到系统板4的发射线结构。图4c是图4a的凸起界面区域9的示意性顶部透视图。图4d是图4b的球界面区域10的示意性顶部透视图。

如图4a所示，凸起界面区域9可以包括凸起发射结构15，其中通孔13a、13b从基板3的正面7处的最上面的lm1层到下面的lm2层(例如，所示的1-2通孔)提供，如图4c的示意性透视图所示。如图4c所示，例如，通孔13a、13b可以将lm1连接到lm2。在lm2层处，导电焊盘19a、19b可以被图案化以连接到通孔13a、13b。有利地，焊盘19a、19b可以成形为获得界面区域9的期望电压驻波比(vswr)。发射线可以将焊盘19a、19b连接到另外的通孔13，通孔13可以通过焊球6将信号发射到基板3的下层、球发射结构16和系统板4的层bm1。通孔13a、13b可以在绝缘场区域(未示出)内分离。类似地，球界面区域10可以包括球发射结构16，其中通孔13c、13d终止于基板3的背面7以连接到焊球6，如图4d的示意性透视图所示。通孔13c、13d可以在绝缘场区域(未示出)内分离。在图4d中，多个发射金属结构112可以成形为将信号传递到基板3中的相应通孔13。通孔13可以通过焊球6将信号向下通过基板3传递到系统板4(见图1a和1b)。板4中的通孔13'可以向下传递信号通过系统板4的部分。发射金属结构112可以成形为定义球发射结构16的所需电容。

有利地，图4a-4d的凸起和球发射结构15、16可以包括金属和电介质层的图案，其被构造成实现分别与管芯2和系统板4的通信线(例如，发射线)基本匹配的阻抗。为了图案化发射结构15、16，可以确定管芯2的发射线30的阻抗z管芯。至少部分地基于结构的类型(例如，单端或平衡)，它可以确定封装1可能在其中操作的模式。因此，在所示实施例中，示出了平衡线结构。对于可能的操作模式(例如，共模或差模)，可以基于阻抗的一阶近似z＝sqrt(l/c)来选择相应的凸起和球发射结构15、16的电感(l)和电容(c)。因此，为了形成与通信线30(例如，图4a-4d的实施例中的发射线)的阻抗z管芯基本匹配的凸起或球发射结构15、16，可以选择电感(l)和/或电容(c)的估计值以便接近z管芯(在期望的范围内)。至少部分地基于l和/或c的估计值，凸起和球发射结构15、16的层可以被图案化以便实现估计的l和/或c值，并且因此实现估计的相应的凸起和球发射结构15、16的阻抗z凸起-发射、z球-发射。这里公开的补偿技术可适用于宽范围的阻抗和/或操作频率。在多个实施例中，对于特定的操作频率(或多个频率)，可以设计特定的球或凸起发射结构。设计的球或凸起发射结构可以保存并用于以相似频率操作或具有其他类似参数的附加不同封装中。

在图4a-4d的实施例中，例如，可以通过适当地选择通孔13a、13b、13c、13d的直径和/或间距来调整凸起和球发射结构15、16的电容c。例如，在差分操作模式中，可以调整通孔13a和13b之间(和/或通孔13c和13d之间)的间隔以获得发射结构的期望电容c。在一些实施例中，可以调节导电焊盘19a、19b之间的间隙119以实现期望的电容c，例如，用于差分操作模式(参见图4c)。类似地，可调节发射金属结构112的部分之间的间隙(参见图4d)以调谐电容c。在一些实施例中，可以调谐导电垫19与由lm2限定的接地平面之间的间隙120(参见图4c)以实现例如共模操作模式所需的电容c。在一些实施例中，还可以调整金属层的垂直间隔以实现期望的电容c。在一些实施例中，可以进一步选择介电层14的材料以便实现期望的电容c和阻抗z凸起-发射、z球-发射。

在各种实施例中，可以调谐发射结构15、16的部分以实现期望的电感l，以改善阻抗匹配。例如，在各种实施例中，调整通孔13a-13d的间隔可以改变发射结构15、16的电感l。此外，在多个实施例中，可以通过改变通孔13a-13d的长度来修改电感l。例如，在一些实施例中，可以通过增加特定通孔13的长度来实现更高的电感l。类似地，为了修改电感l，通孔13可以形成为穿过任何数量的金属层lm或bm。例如，在一些实施例中，可以通过增加通孔13所设置的金属层lm或bm的数量来增加电感l(例如，在lm1和lm4之间而不是在lm1和lm3之间提供通孔13)。作为另一个例子，可以通过改变导电凸起5a-5c之间的间隔来调谐或调节电感l(参见图4c)。在图4c中，凸起5a和5b可以提供到通孔13a、13b的信号路径。凸起5c可以提供与管芯2的接地返回路径。调整凸起5a、5b和5c之间的相对间隔也可以调节发射结构的电感l。

图5a-5e示出了凸起和球发射结构15、16的实施例，其为管芯2和/或系统板4的接收器线结构(未示出)提供改进的阻抗匹配。具体地，图5a是根据各种实施例在封装基板3的正面7处或附近的凸起界面区域9的示意性俯视平面图，其中凸起界面区域9被配置为连接到管芯2的接收器线结构。图5b是根据各种实施例在封装基板3的背面8处或附近的球界面区域10的示意性俯视平面图，其中球界面区域10被配置为连接到系统板4的接收器线结构。图5c是图5a的凸起界面区域9的示意性顶部透视图。图5d是图5b的球界面区域10的示意性顶部透视图，示出了从封装基板3的金属层5(lm5)到系统板4的板金属层2(bm2)。图5e是图5b的球界面区域10的示意性顶部透视图，示出了从封装基板的金属层2(lm2)到系统板的板金属层2(bm2)。如上所述，管芯2的接收器线的阻抗z管芯可以与管芯2的发射线的阻抗z管芯不同。因此，可以利用不同的凸起和球发射结构15、16来补偿变化的阻抗。

除非另有说明，否则图5a-5e的组件可以与图1a-4d的相同编号的组件相同或相似。例如，如图5a-5b所示，凸起和球发射结构15、16可以包括金属结构，该金属结构可以用作电感发生元件12a、12b、12c、12d，电感发生元件被配置为分别电连接到管芯2或者板4中的接收器通信线(见图1a和1b)。此外，电感发生元件12a-12d可以连接到相应的通孔13a-13d，以提供穿过基板3的垂直连通。有利地，可以调节电感发生元件12a-12d的长度和/或曲率，以实现发射结构的所需电感l。例如，电感产生元件12c、12d可以比电感产生元件12a、12b更长和/或可以具有更多的匝数，因为例如需要额外的电感。另外，电感发生元件12a-12d可以相对于彼此成角度，以便防止与封装的其他部件或较大的电子装置的干扰。例如，在图5b的球发射结构16中，电感发生元件12c、12d可以相对于彼此大致正交地成角度，以便减少与其他系统的干扰(例如，以防止与其他结构的电耦合)。相比之下，图5a的凸起发射结构15的电感发生元件12a、12b可以大致彼此平行地设置，例如，如果在元件12a、12b附近没有垂直的敏感元件。因此，电感发生元件12a-12d可以包括任何合适的长度和/或匝以便调节电感，并且元件12a-12d可以适当地成角度，以便减少电耦合或与其他部件的干扰。此外，如图5c所示，基板3的一个或多个层(例如，lm3)可以包括接地切口区域20，其中金属层(例如，lm3)被图案化以便进一步调谐例如发射结构15的电容。

在图5a-5e的实施例中，电感发生元件12a、12b、12c、12d可包括具有多个波峰和波谷的蛇形线迹，例如波浪形。有利地，可以选择电感发生元件12a-12d的长度、宽度和/或曲率，以便提供凸起和/或球发射结构15、16的所需电感(l)。此外，可以选择通孔13的直径和/或间隔，以便提供凸起和/或球发射结构15、16的所需电容(c)。可以至少部分地基于管芯2的发射线的阻抗z＝sqrt(l/c)来调整相应的电感(l)和电容(c)值。有利地，与图4a-4d的用于补偿rf发射线的阻抗的实施例一样，图5a-5e的实施例可以有利地匹配rf接收器线的阻抗。例如，与图4a-4d一样，在图5a-5e中，可以调节凸起5a-5c的间隔以调节发射结构15的电感。此外，可以调节通孔13的长度，如上所述，以提供所需的电感。图5a-5e的结构通常可以用与上面结合图4a-4d说明的方式类似的方式进行调谐。

有利地，调谐图4a-5e的凸起和球发射结构15、16的电容(c)和/或电感(l)可以分别定义相应的凸起和球阻抗z凸起-发射、z球-发射，其基本匹配管芯2的发射线结构的阻抗z管芯，和/或系统板4的发射线结构的阻抗z板。例如，凸起和球的发射阻抗z凸起-发射、z球-发射可以如上所述基本上与管芯2的发射线结构的阻抗z管芯匹配，具有如上所述的管芯2的发射线结构的阻抗z管芯，和/或如上所述与系统板4的发射线结构的阻抗z板基本上匹配。阻抗可以在管芯2的工作频率下匹配，例如，在高达75ghz或高达60ghz的频率，例如高达40ghz的频率。阻抗可以进一步在操作频率响应的带宽(例如，0.5db带宽)上匹配，例如，在高达75ghz或高达60ghz的基本上整个0.5db带宽上匹配，例如高达40ghz。在各种实施例中，阻抗可以在频率响应的0.5db带宽上匹配，例如，在dc(直流)到75ghz的范围内、在0.5ghz到75ghz的范围内、在dc到60ghz的范围内、在0.5ghz至60ghz范围内的带宽上匹配、在0.5ghz至45ghz的范围内的带宽上匹配、在1ghz至40ghz范围内的带宽上匹配或在2ghz至6ghz范围内的带宽上匹配。尽管本文提供了各种范围的工作频率，但是应当理解，本文公开的实施例可以与被配置为以任何合适的频率操作的结构一起使用。例如，采用较低介电常数的结构可能能够在较高频率下工作。本文公开的各种实施方案可以使用介电常数在约3.3-4.6范围内(例如，在3.3至3.8的范围内)的介电材料。这种结构可以在dc至75ghz的范围内、在dc至60ghz的范围内、在0.5ghz至60ghz范围内的频率、0.5ghz至50ghz范围内的频率或0.5ghz至40ghz范围内的频率工作。

因此，有利地，凸起和球发射结构15、16可以实现管芯2的通信线30(例如，发射和/或接收器线)与基板3之间的阻抗匹配(例如，沿着凸起界面区域9)，以及基板3和系统板的相应通信线(例如，沿球界面区域10)之间的阻抗匹配。阻抗匹配可以被配置为在宽频率范围内提供改进的性能，使得器件管芯2可以在宽范围的频率上操作，而无需额外调谐到系统板4。管芯2和基板3可以安装到系统板4上，而无需提供额外的调谐或其他外部元件来调节阻抗。例如，在封装1与系统板4没有充分阻抗匹配的其他布置中，可能需要将附加的分立元件(例如，无源器件，例如电感器、电容器、电阻器)安装到系统板4，以帮助使阻抗与封装1匹配。这些附加组件增加了组装成本和处理时间。此外，这样的附加匹配组件可以利用特定于封装的计算，以使封装组件的阻抗与系统板4匹配。这里公开的实施例通过将管芯2的通信线30的阻抗z管芯与凸起发射结构15的阻抗z凸起-发射相匹配以及通过将球发射结构16的阻抗z球-发射与系统板的阻抗z板相匹配来消除对额外阻抗匹配部件的需要。

图6a示出了一系列曲线图(史密斯圆图)，与图3a的凸起发射结构的性能相比，其示出了图5a的凸起发射结构15用于补偿接收器发射线的阻抗(大约100欧姆阻抗)的性能。如图6a的左侧所示(“管芯侧”阻抗比)，代表图5a中所示实施例的电压驻波比(vswr)的轨迹(以虚线显示)可以显着小于未补偿结构的vswr(以实线显示)。例如，如图6a左侧的虚线所示，对于高达约40ghz或低于2:1的工作频率，图5a中所示结构的vswr可小于2.5:1。例如，图5a中所示的凸起发射结构的vswr可以在1:1到1.95:1的范围内、在1:1到1.75:1的范围内、在1:1到1.5:1的范围内或在1:1到1.25:1的范围内。

图6b示出了一系列曲线图，与图3b的球发射结构的性能相比，其示出了图5b的球发射结构16用于补偿接收器发射线的阻抗(大约100欧姆阻抗)的性能。如图6a-6b所示，较小阻抗轨迹(以虚线示出)表示相对于其他类型的补偿结构(以实线示出)的改进性能。例如，如图6b的史密斯圆图的右侧所示，对于高达约40ghz或低于2.25:1的工作频率，图5b中所示的球发射结构的vswr可小于2.5:1。例如，图5b中所示的球发射结构的vswr可以在1:1至1.95:1的范围内、在1:1至1.75:1的范围内、在1:1至1.5:1的范围内或在1:1至1.25:1的范围内。

类似地，图6c示出了一系列曲线图，与图2a的凸起发射结构相比，其示出了图4a的凸起发射结构15的性能，用于补偿发射器发射线的阻抗(大约50欧姆阻抗)。如图6c的左侧史密斯圆图(管芯侧)所示，图4a中所示的凸起发射结构的vswr(以虚线示出)对于高达约40ghz的工作频率可小于2:1或小于1.5:1，或低于1.3:1。例如，图4a中所示的球发射结构的vswr可以在1:1至1.5:1的范围内、在1:1至1.25:1的范围内、在1:1至1.2:1的范围内或在1:1到1.1:1的范围内。

图6d示出了一系列曲线图，与图2b的凸起发射结构16相比，其示出了图4b的球发射结构16的性能，用于补偿发射器发射线的阻抗(大约50欧姆阻抗)。与图6a-6b一样，图6c-6d中的曲线图示出了与其他结构相比较的本文公开的凸起和球发射结构15、16的较小阻抗轨迹。例如，如图6d的右侧所示，图4b中所示的球发射结构的vswr(以虚线示出)对于高达约40ghz的工作频率可小于3:1、小于2.5:1或对于高达约40ghz的工作频率可小于2:1。例如，如图6d右侧的史密斯圆图所示，图4b中所示的凸起发射结构的vswr(以虚线示出)可以在1:1到2.2:1的范围内、在1:1至2:1的范围内或在1:1至1.75:1的范围内。图6a-6d的史密斯圆图表示，与其他未补偿结构相比，本文公开的凸起和球发射结构可有利地改善阻抗匹配。

尽管已经在某些实施方案和实施例的背景下公开了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明超出了具体公开的实施方案，延伸到本发明的其他替代实施方案和/或用途以及其明显的修改和等同物。另外，虽然已经详细示出和描述了本发明的若干变型，但是基于本公开，本领域技术人员将容易明白在本发明范围内的其他变型。还预期可以进行实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落入本发明的范围内。应该理解的是，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替代，以便形成所公开发明的变化模式。因此，意图是本文公开的本发明的范围不应受上述具体公开的实施方案的限制，而应仅通过公平阅读所附权利要求来确定。