具有独立RFIC芯片和天线元件栅格几何形状的天线阵列的制作方法

具有独立rfic芯片和天线元件栅格几何形状的天线阵列
1.相关申请
2.本技术要求2020年4月16日提交的名称为“具有独立rfic芯片和天线元件栅格几何形状的天线阵列(antenna array with independent rfic chip and antenna element lattice geometries)”的美国临时申请第63/011056号的优先权权益，该临时申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
3.本公开整体涉及具有分布式rfic芯片的天线阵列。
4.相关领域的讨论
5.天线阵列当前以微波和毫米波频率被部署在各种应用中，诸如被部署在飞行器、卫星、车辆和用于一般陆基通信的基站中。此类天线阵列通常包括微带辐射元件，该微带辐射元件用相移波束形成电路驱动，以生成用于波束导向的相控阵列。在许多情况下，希望整个天线系统(包括天线阵列和波束形成电路)占据薄型的最小空间，同时仍然满足必要的性能度量。
[0006]“嵌入式”天线阵列可被定义为由以紧凑结构与射频集成电路芯片(rfic)集成的天线元件构造的天线阵列。嵌入式阵列可具有夹层型配置，其中天线元件设置在外部部件层中，并且rfic分布在天线元件层后面的靠近平行部件层内的有效天线孔径上。rfic可包括用于发射的功率放大器(pa)、用于接收的低噪声放大器(lna)和/或用于波束导向的相移器。通过以这种方式分配pa和lna，可获得更高的发射效率和改善的接收噪声性能。也可提高天线阵列的可靠性，因为即使较小百分比的放大器发生故障，整体天线性能仍然可以是可接受的。rfic通常包括其他波束形成电路，诸如滤波器、阻抗匹配元件、rf耦合器、发射/接收(t/r)开关和控制线。


技术实现要素：

[0007]
在本公开的一个方面，天线设备包括第一部件层，该第一部件层包括以第一栅格几何形状布置在第一平面中的多个rfic，其中每个rfic包括波束形成电路。第二部件层覆盖第一部件层，并且包括以不同的第二栅格几何形状布置在平行于第一平面的第二平面中的多个天线元件。该天线元件具有各自耦合到rfic的输入/输出(i/o)焊盘的相应馈电点。i/o焊盘沿着正交于第一平面和第二平面的轴线与耦合到该i/o焊盘的馈电点对准。
[0008]
第一栅格几何形状可以是矩形的，并且第二栅格几何形状可以是三角形。
[0009]
由于rfic的i/o焊盘与天线元件的馈电点对准，因此能够避免第一层与第二层之间的传输线和/或附加再分布层，从而允许紧凑、低损耗设计。
附图说明
[0010]
通过以下结合附图的详细描述，所公开的技术的以上和其他方面和特征将变得更加明显，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件或特征。相同或相似类型的各种元件可
通过将参考标签附有区分相同/相似元件的破折号和第二标签(例如，-1、-2)或直接将参考标签附有第二标签来区分。然而，如果给定描述仅使用第一参考标签，则其适用于具有相同第一参考标签的相同/类似元件中的任一者，而与第二标签无关。在附图中，元件和特征可能不按比例绘制。
[0011]
图1是根据实施方案的示例性天线设备的平面图。
[0012]
图2是示出图1的天线设备中的天线元件和rfic的示例性栅格几何形状的图。
[0013]
图3是沿着图1的线3-3截取的天线设备的一部分的剖视图。
[0014]
图4a是天线设备中的天线元件与rfic之间的示例性连接结构的剖视图。
[0015]
图4b是沿着图4a的线4b-4b截取的剖视图，示出了接地-信号-接地连接布置。
[0016]
图5是天线设备中的天线元件与rfic之间的另一示例性连接结构的剖视图。
[0017]
图6是天线设备中的天线元件与rfic之间的示例性倒装芯片连接的剖视图。
[0018]
图7a是天线设备中的天线元件与rfic之间的示例性双通孔型连接的剖视图。
[0019]
图7b是天线设备的示例性部分的剖视图，描绘了包含图7a的双通孔型连接的示例性扩展连接结构。
[0020]
图8a、图8b和图8c示出了天线馈电位置相对于耦合rfic的布置的相应示例。
[0021]
图9示出了在具有根据图8b的布置而布置的i/o焊盘的rfic内的波束形成电路的示例性布局。
具体实施方式
[0022]
为了进行示意性的说明，参考附图提供以下描述以帮助全面理解本文所公开的技术的某些示例性实施方案。该描述包括各种具体细节以帮助本领域的普通技术人员理解该技术，但这些细节应被视为仅是示例性的。当包括公知功能和结构的描述可能使技术人员对本技术的理解模糊时，为了清楚和简洁，可省略公知功能和结构的描述。
[0023]
图1是根据实施方案的示例性天线设备100的俯视平面图。天线设备100可以以薄的堆叠结构构造，其具有包括在第一平面中形成天线阵列的多个天线元件120的上部件层，包括布置在与第一平面平行的第二平面中并耦合到天线元件120的多个射频集成电路芯片(rfic)110的下部件层。基板150可设置在上部件层与下部件层之间。用于从/向天线元件120反射信号能量的接地层(未示出)可印刷在基板150的下表面上。利用这种具有集成天线元件120和rfic 110的多层结构，天线设备100可被称为嵌入式天线阵列。在以下讨论中，为了便于描述，水平平面/方向将通常指平行于天线设备100的主表面的平面/方向，而竖直方向是指正交方向，即天线设备100的厚度方向。
[0024]
天线元件120各自可以是印刷在基板150上的微带贴片天线元件，并且在相应的馈电点122处电耦合或电磁耦合(“馈自”)到rfic 110。rfic 110可通过与位于基板150上的接地层和其他连接焊盘的焊料凸块连接等来机械地连接到基板150。每个rfic 110可包括发射和/或接收rf前端电路，包括放大器、相移器和滤波器。(在本文中，rf前端电路可以可互换地称为“波束形成”电路。)通过以这种方式分布在天线阵列上的rf前端放大器，天线设备100可被称为有源天线阵列。在一些实施方案中，每个rfic 110包括接收电路，该接收电路包括用于放大接收信号的至少一个低噪声放大器(lna)和用于放大发射信号的至少一个功率放大器(pa)。如果天线设备100被设计为相控阵列，则每个rfic 110可包括用于对接收波
束和/或发射波束进行导向的至少一个动态可控相移器。
[0025]
在一个示例中，天线设备100被配置用于在通常被定义为在30ghz至300ghz范围内的频带的毫米(mm)波频带上操作。在其他示例中，天线设备100在约1ghz至30ghz的微波范围内或在低于1ghz的亚微波范围内操作。在本文中，射频(rf)信号表示具有从低于1ghz至300ghz的任何频率的信号。应注意，被配置成在微波或毫米波频率下操作的rfic通常被称为单片微波集成电路(mmic)，并且通常由iii-v半导体材料构成。
[0026]
当体现为微带贴片时，天线元件120可具有任何合适的形状，诸如正方形、矩形、圆形、椭圆形或其变型，并且可以以足以实现期望极化的方式馈电和配置，诸如圆形、线性或椭圆形。天线元件120的数量、其类型、大小、形状、元件间间距及其馈电的方式可通过设计来改变以实现目标性能度量。虽然图1描绘了具有64个天线元件120的示例，但在典型的实施方案中，天线设备100包括数百或数千个天线元件120。在下文描述的实施方案中，每个天线元件120是用探针馈电馈电的微带贴片。探针馈电可被实施为电连接到rfic 110的输入/输出(i/o)焊盘的贯穿基板通孔(tsv)(“通孔”)。i/o焊盘是允许信号进入或离开rfic 110的接口。在其他示例中，使用电磁馈电机构代替通孔，其中每个天线元件120从相应馈电点以近场能量激发。
[0027]
在天线设备100中，rfic 110以第一栅格几何形状布置，而天线元件120以第二(不同)栅格几何形状布置。在图1和本文的其他示例中，第一栅格几何形状是矩形的(本文中，“正方形”是“矩形”的子集)，并且第二栅格几何形状是非矩形的，例如三角形，但在其他实施方案中可能存在其他组合。非矩形天线阵列栅格几何形状(例如，三角形)可提供期望的性能益处，例如与矩形栅格相比允许具有无栅瓣性能的天线元件120的更宽间距。与矩形栅格配置相比，天线元件120之间的相互耦合还可有益地减小三角形栅格。
[0028]
在任何情况下，尽管rfic 110和天线元件120以不同的相应栅格几何形状布置，但是每个馈电点122在竖直方向上与连接到该馈电点的rfic 110的对应i/o焊盘对准。例如，图1中的每个馈电点122的区域表示为“o”，并且每个“o”内的“x”表示所连接的rfic 110i/o焊盘；因此，在竖直方向上，馈电点122覆盖i/o焊盘。换句话讲，布置在水平平面中的各种rfic 110的i/o焊盘限定与馈电点122的图案匹配的图案。这种匹配布置缩短每个馈电点122与对应i/o焊盘之间的距离，并且消除了对在其间水平穿过的有损耗传输线的需要。常规地，这些传输线形成在rfic 110与天线基板150之间的多层连接内。这部分是因为标准rfic上的i/o焊盘对称地布置在其矩形覆盖区的相对边缘附近。本实施方案允许消除此类多层连接并减少/消除由此类传输线引起的损耗。
[0029]
在图1中，rfic 110的馈电点122和i/o焊盘的位置被示为竖直对准。如本文所用，馈电点和所连接的i/o焊盘的“对准”可以是精确对准(在制造公差范围内)或“实质对准”，其中出于可制造性的目的而建立轻微偏移(稍后论述)。图1还示出了其中每个rfic 110耦合到四个天线元件120的情况。在其他实施方案中，每个rfic 110耦合到更多或更少的天线元件120。此处还应注意，在一些实施方案中，天线元件120中的每个天线元件被共享用于发射和接收操作，并且每个rfic 110包括用于隔离其中的发射路径和接收路径中的信号的适合的发射/接收(t/r)电路。然而，在其他天线系统中，采用两个单独的天线阵列100，一个用于发射，一个用于接收。在这种情况下，给定天线阵列100的所有天线元件120或者是专用于接收操作的“接收天线元件”，或者是专用于发射操作的“发射天线元件”。
[0030]
相应的栅格几何形状可由天线元件120的中心点123和rfic 110的中心点113限定。(注意，馈电点122可从天线元件120的相应中心点123偏移。)参考图2，连接中心点123的假想线导致天线元件120的三角形栅格202。连接rfic 110的中心点113的假想线导致rfic 110的矩形或正方形栅格204。如图1所示，对于以此类栅格布置耦合到一个相应rfic 110的四个天线元件120的情况，在任何给定的rfic 110中，两个i/o焊盘(馈电点122内的x)位于rfic的相对边缘处，而另两个i/o焊盘位于相对边缘内侧。通常，当矩形栅格中的每个rfic 110耦合到非矩形栅格中的至少两个天线元件120时，rfic i/o焊盘中的一些可位于rfic 110的相对边缘处，而剩余的i/o焊盘位于这些相对边缘内侧。该i/o焊盘布置与标准rfic(具有矩形覆盖区)不同，该标准rfic通常将其所有i/o焊盘(包括稍后讨论的接地－信号－接地(“gsg”)或接地－信号(“gs”)连接组的“g”端口)定位在相对边缘附近。因此，当标准rfic以矩形栅格布置并且以非矩形栅格耦合到天线元件时，馈电点位置中的一些或全部与i/o焊盘位置不对准。这又由于需要水平定向的传输线而使设计复杂化，并且使得rfic与天线元件之间的互连困难且有损耗。采用对准的馈电点和i/o焊盘的本实施方案避免了这种复杂性和传输线损耗。
[0031]
图3是天线设备100的一部分的简化剖视图，描绘了沿着图1的两个相邻rfic 110的示例性结构。多个通孔302形成在基板150内，每个通孔在i/o焊盘位置315处将天线元件120的馈电点122连接到rfic 110i/o焊盘(图3中未示出)。在下文中，假设i/o焊盘位置315是i/o焊盘的中心位置。稍后描述了i/o焊盘的详细示例。
[0032]
接地层340可印刷在基板150的下表面上。由于馈电点122位置和对应的i/o焊盘位置315是竖直对准的，因此可避免在rfic 110与基板150之间具有水平定向的传输线的一个或多个再分布层。因此，rfic 110可直接附接到基板150和接地层340处的连接点。另外，i/o焊盘位置315与对应的馈电点位置122的对准降低天线基板150的复杂性(包括所需的板层的数量。)注意，天线基板150中的电介质层和导电层的数量可根据实施方案而变化。还应注意，在一些实施方案中，每个天线元件120可具有两个馈电点，该两个馈电点通过两个通孔302连接到rfic 110的两个相应i/o焊盘，以在一些设计中生成圆极化。然而，下文描述的天线元件120的设计利用单个馈电实现圆极化。此外，如果进行gsg连接，则rfic 110的接地焊盘可在通孔302的相对侧上的位置317处连接到接地层340。另选地，使用gs连接，其中仅在通孔302的一侧上进行单个接地焊盘到接地层340连接。
[0033]
图4a是天线设备100中的一个天线元件120与rfic 110之间的示例性连接结构400的剖视图。在该实施方案中，馈电点122和触摸焊盘位置315的“精确”竖直对准是通过连接通孔302的设计作为目标的。(由于如下所述的制造公差，即使在这种“精确对准”情况下也可分配规定范围的水平偏移。)通孔302在馈电点位置122处电接触天线元件120，并且延伸穿过天线基板150以将天线元件120耦合到基板150的底表面453上的捕获焊盘406。馈电点122位置是具有天线元件120的电磁接口的中心。在所示示例中，通孔302直接接触天线元件120，并且因此馈电点122位于通孔302的顶表面的中心处。在其中天线元件120不物理接触通孔而是电容耦合到槽的其他实施方案中，馈电点位置可位于槽的最佳耦合位置处。
[0034]
例如，通孔302可以是圆柱形的并且具有围绕中心轴线425的直径d，并且轴线425和天线元件120的结合部限定馈电点122位置。(如果通孔302具有椭圆形横截面，则d可表示跨椭圆的任何横截面的距离。)捕获焊盘406可以是沉积和图案化的导电材料，出于制造公
差的目的，该导电材料可具有直径或宽度大约等于或略大于直径d的覆盖区。rfic 110具有i/o焊盘412，其通过电连接接头420s(其中“s”表示“信号”线连接)连接到捕获焊盘406。该连接允许天线元件120与rfic 110内的波束形成电路(未示出)之间的信号通信。i/o焊盘412可以是围绕中心轴线435的圆柱形、椭圆形或矩形。i/o焊盘位置315可被定义为沿着中心轴线435的位置。在图4a的精确对准示例中，轴线435与轴线425之间的期望对准公差(即，由于制造变化而允许的水平偏移)可以是大约1/4d。通过这种最小或零偏移，对于给定厚度的天线基板150和导电接合材料(连接接头420s的厚度)，馈电点122位置与i/o焊盘位置315之间的信号路径的长度被最小化。这允许天线元件120通过通孔302和连接接头420s的导电接合材料(例如，焊料)直接连接到rfic 110，而不需要附加的传输线或多层连接。用于毫米波设计的通孔302直径d的一个示例在50um至100um的范围内。在精确对准情况下，rfic 110的典型对准精度可以是大约5um。在mm波设计中，天线元件120的直径或宽度的示例在1mm至2mm的范围内，其中在x和y方向中的每一者上，元件到元件的间距在约2mm至4mm的范围内。rfic 110可具有各自在约4mm至6mm范围内的长度和宽度。rfic 110和底部填充层410中的每一者的厚度(如图4a中所见的高度)可以是大约3mm，并且天线基板150的厚度可以是大约10mm。所有上述尺寸都是示例性的，以了解毫米波应用典型的小尺度，并且可通过设计和/或根据频率和制造精度来改变。
[0035]
图4a还示出了gsg连接示例，其中在上述信号线连接的相对侧上的两个位置317处利用连接接头420s进行接地连接。通过将rfic 110的接地焊盘408在位置317处通过接地连接接头420g连接到接地层340来进行每个接地连接。隔离层410可由围绕连接接头420s和420g中的每一者的底部填充材料构成，以向连接接头420s、420g提供机械支撑，从而提高可靠性。典型的底部填充材料可以是主要由无定形熔融石英组成的混合材料。在其他实施方案中，省略了底部填充材料，由此隔离层410仅表示空气。为了将通孔302与接地层340隔离，切除围绕捕获焊盘406的接地层340的区域以暴露天线基板150的下表面453。该特征可最佳地见于图4b，其是通过连接接头420s、420g观察基板150的剖视图(为清楚起见去除隔离层410)。连接接头420s和420g的一些示例是铜柱连接接头、焊料接头(例如，由焊料球形成)和金到金凸块连接。如前所述，替代实施方案可采用在信号连接的一侧上仅具有单个接地连接的gs连接。gsg连接设计比gs设计提供了更多的隔离并减少了杂散辐射，但更复杂。在一些设计中，gsg连接可具有三个或更多个接地连接接头420g，但是实际的具体实施具有两个连接接头420g。
[0036]
在图4a和本文的其他图中，天线基板150被描绘为单层基板。在其他实施方案中，天线基板150是具有图案化金属层的多层基板，以提供rfic 110之间的一些芯片到芯片rf路由和/或rfic 110上的dc线之间的连接。在该金属层中，金属已经在通孔302的区域中被去除，以允许rfic 110与天线元件120之间的直接连接。此处还应注意，虽然图4a中描绘了单个i/o焊盘412，但是在其他实施方案中，两个或更多个i/o焊盘412在用于实现圆极化的替代方案中连接到每个天线元件120。
[0037]
图5是天线元件120与rfic 110之间的另一示例性连接结构500的剖视图。在该示例中，馈电点122与rfic 110的i/o端口位置315“基本上对准”但不精确对准。(这种情况也可被认为是如前所述的“对准”配置的子集。)为此，较宽的捕获焊盘506在通孔302下方延伸，并且通孔302仅连接到捕获焊盘506的第一部分。信号连接接头520s位于捕获焊盘506的
超出第一部分的第二部分下面。因此，连接接头520s不直接位于通孔302下面。这种方法在用于形成连接通孔302的过程导致通孔302的非平面底表面的情况下是有利的，该非平面底表面可被平移到捕获焊盘的底表面。例如，在图4a的配置中，如果捕获焊盘406具有非平面底表面，则连接接头420s的可靠性可能低于期望的。在图5中，通过替换延伸的捕获焊盘506来提高可靠性，该延伸的捕获焊盘可在通孔302下方的右手部分中具有非平面底表面，但在左手侧具有平面底表面。因此，可形成与连接接头520s的更可靠连接。在这种情况下，rfic 110包括围绕中心轴线535对称的i/o焊盘512。通孔302的中心轴线425从轴线535水平偏移一定距离d1，其中d1的典型值可以是约d(通孔302的直径)。尽管在馈电点122位置与i/o焊盘位置315之间存在偏移，但是因为偏移很小，所以这两个位置被认为是对准的。例如，就波长而言，偏移d1的最大值在天线设备100的操作频率下可以是0.02个波长，与图4a的精确对准实施方案相比，这对天线性能的电影响可以忽略不计。
[0038]
图6示出了天线设备100内的天线元件120与rfic 110之间的示例性详细连接结构600的剖视图。所示的连接结构600是图5的连接结构500的示例，并且示出了紧密对准的倒装芯片型连接，其中通孔302从rfic 110的i/o焊盘612的中心点315略微水平偏移。另选地，通孔302可与i/o焊盘612精确对准，并且在这种情况下，配置将是图4的连接结构400的详细示例。rfic 110可以是由用于微波和毫米波设计的iii-v材料或用于较低频率的硅组成的半导体管芯。iii-v材料的一些示例包括磷化铟(inp)、砷化镓(gaas)、硅锗(sige)和氮化镓(gan)。rfic 110的有源管芯侧区域637，例如假想线635上方的rfic 110的上部区域，面向天线元件120。有源管芯侧区域637可包括用于波束形成电路(例如，低噪声放大器、功率放大器、t/r开关、相移器等)的晶体管的掺杂区。下表面631可镀覆有金属并且用作rfic 110的内部电路的接地。
[0039]
诸如无电镀镍无电镀钯浸金(enepig)的表面抛光金属层624可存在于i/o焊盘612与连接接头520s之间，以帮助连接接头520s的可液化金属(例如，焊料)粘附到i/o焊盘612。层624可以形成为倒置截头圆锥体的大致形状，在其顶表面上具有中心腔以提供更可靠的连接接口。当焊料球或其他金属结构被放置并随后在倒装芯片连接形成工艺中在层624上液化时，液态金属的一部分填充上腔。这有助于将连接接头520s形成为捕获焊盘506与i/o焊盘612之间的坚固连接。在图6的示例中，金属路由层616用作再分布层，以在rfic 110内的电路点之间和/或不同rfic 110之间进行连接。为此，可在rfic 110的顶表面与金属路由层616之间形成诸如苯并环丁烯(bcb)的第一聚合物外覆层622，并且可在金属路由层616与隔离层410之间形成第二聚合物外覆层614。层622和614为金属路由层616提供隔离和支撑。如图所示，层622的材料可与i/o焊盘612的外围部分重叠。如果省略金属路由层616，则第一聚合物外覆层622仍可存在于rfic 110的顶表面上。隔离层410围绕连接接头520s并且在外覆层614与天线基板150的下表面之间延伸。可提供类似的连接结构，用于将接地焊盘408连接到接地层440(两者均未在图6中示出)。即，接地焊盘408可各自被构造为类似于i/o焊盘612，并且表面抛光金属层624可存在于每个接地焊盘408与对应的连接接头420g之间，类似于图6中的连接接头520s。
[0040]
图6的倒装芯片连接配置虽然对于在馈电点122与i/o焊盘612之间提供短的对准连接是令人满意的，但是可能表现出由于将聚合物外覆层622与rfic 110的有源管芯侧连接而引起的信号损耗的副作用。另一个可能的副作用是由于有源管芯侧区域637与位于隔
离层410和天线基板150之间的天线接地层440(见于图4)之间的接近度。这导致由于接地层440与有源管芯侧区域637内的电路之间的反射引起的振荡风险。
[0041]
图7a是天线设备100中的天线元件120与rfic 110之间的示例性双通孔型连接结构700的剖视图。(连接结构700被示出为相对于图3至图6的连接结构翻转180
°
。)连接结构700与图6的结构600的不同之处在于rfic 110的有源管芯侧不与聚合物层连接，由此避免了否则由于这种连接而发生的损耗。另外，连接结构不太可能由于天线接地层与rfic 110的有源管芯侧区域之间的反射而引起振荡，因为这些区域进一步分开并且不彼此面对。
[0042]
图7a中的rfic 110具有在假想线735上方的有源管芯侧区域737。穿过rfic 110的管芯形成的第一通孔732电连接到有源管芯侧区域737的局部区域处的导电迹线724。局部区域可以是rfic 110内的波束形成电路的导电i/o节点，并且导电迹线724可连接到波束形成电路的另一个或多个电路点。第一通孔732可被称为“热通孔”，因为其未电连接到接地。第一通孔732在相对端上连接到位于rfic 110的与有源侧区域737相对的下表面上的i/o焊盘712。i/o焊盘712继而通过一系列导体在馈电点122处连接到天线元件120。这些可包括铜柱752或金/焊料凸块、焊料帽754(或其他可液化金属帽)、诸如enepig的表面抛光金属层756、捕获焊盘706，以及穿过天线基板150形成的第二通孔702。信号连接接头720s包括铜柱752和焊料帽754，其中铜柱752可通过将铜生长成柱来形成，焊料帽754被施加到该柱上以产生作为焊料连接的信号连接接头720s。捕获焊盘706形成在基板150的后表面453上，并且可类似于图5的捕获焊盘506。钝化层760(例如，石英聚合物层)可围绕表面抛光金属层756且可部分地形成于基板表面453上且部分地形成于捕获焊盘706的暴露表面上。如下文在图7b的示例中所述，一个或多个钝化层760可充当接地层440与基板150与rfic 110之间的一个或多个再分布金属层之间的绝缘体。
[0043]
例如，当形成通孔702时，其可能导致基板150的表面453附近的非平面表面，其可被平移到捕获焊盘706的相邻区域。因此，捕获焊盘706可被设计成如图所示水平延伸，使得到rfic 110的连接接头区域(层756、754和752)可具有更高的强度和可靠性。这同样适用于通孔732和捕获焊盘712。由于捕获焊盘706和712的水平延伸部可以是类似的，因此馈电点122可与i/o焊盘712位置315基本上或精确对准(即，如先前所定义的对准)。此外，即使捕获焊盘706和712不被设计成在相同方向上延伸，由于相应通孔702、732和连接接头720s的中心轴线之间的偏移很小(例如，小于0.02个波长)，i/o焊盘位置315和天线馈电点122仍将对准。
[0044]
隔离层410(具有或不具有底部填充材料)可设置在钝化层760与rfic 110的下表面631之间。如果隔离层410由底部填充材料构成，由于底部填充材料不与rfic 110的有源管芯区域737连接，因此避免了否则由连接引起的信号损耗。另外，与图6的连接结构600相比，振荡的可能性减小。这是因为有源管芯侧区域737被定位成远离接地层440(图7中未示出，但位于基板150的表面453与隔离层410之间，如图4a、图4b、图5和图7b所示)。此外，用作rfic 110内的波束形成电路的接地的接地表面可存在于rfic 110的下表面631处，进一步降低振荡风险。
[0045]
图7b是天线设备100的示例性部分的剖视图，描绘了包含图7a的双通孔型连接的示例性扩展连接结构。连接结构700a包括上述连接结构700，其中在相对侧上具有第一接地连接接头720g1和第二接地连接接头720g2，共同形成gsg连接组720。接地连接接头720g1和
720g2中的每一者可具有与信号连接接头720s相同类型的构造和类似的尺寸。接地连接接头720g1和720g2可各自将rfic 110的接地表面708的相应局部区域电连接到接地层440上的连接点。局部表面抛光层756可被施加到接地层440以帮助接地连接接头720g1、720g2粘附到接地层440。
[0046]
图7b还示出了可存在于rfic 110与接地层440之间的再分布层(rdl)788。再分布层788可用于连接rfic 110内的电路点和/或不同rfic 110的电路点，通常在电路点之间路由dc偏置。rdl 788形成在钝化层760的区域上，该钝化层将其与接地层440隔离。可具有与信号连接接头720s相同类型的构造的连接接头790可将rfic 110的i/o焊盘792连接到rdl 788。rdl 788可水平延伸并且通过另一连接接头790连接到rfic 110的另一i/o焊盘(未示出)或不同的rfic 110的另一i/o焊盘，以在rfic 110的不同电路点之间路由信号/dc电压。如果将至少一个附加rdl 788添加到天线设备100配置中，则附加钝化层760可设置在每个附加rdl的一个或多个侧上，以在rdl之间提供必要的隔离。
[0047]
图8a示出了天线元件馈电点位置相对于天线设备100中的耦合rfic的示例性布置800a。在该示例中，rfic 110耦合到相对于天线元件的中心点123布置为三角形栅格的一部分的四个天线元件120-a、120-b、120-c和120-d。中心点123在本文中也可互换地称为相应天线元件的相位中心123。rfic 110被布置为矩形栅格的一部分，如先前在图1和图2中所示。天线元件120-a至120-d各自被例示为具有狭缝811(细长狭槽)的圆形贴片元件，该狭缝从天线元件的周边处的开口端朝向中心点123延伸到封闭端。天线元件120-a至120-d分别从馈电点122-a、122-b、122-c和122-d耦合到rfic 110。注意，指示馈电点122的“o”内的“x”表示rfic 110的i/o焊盘，例如上述i/o焊盘412、512、624或712中的任一者。
[0048]
与在其中心点123处馈电每个天线元件120不同，耦合到rfic 110的每组四个天线元件中的馈电点122-a至122-d各自在与中心点123不同的方向上偏移，并且狭缝811各自在不同方向上对应地对准。对于四个天线元件120-a至120-d中的每一者，贴片设计可以是相同的，但在天线元件之间以90度为单位旋转。在贴片设计中从天线元件122-a至122-d的这种旋转有利地产生图案分集以及具有低轴比的圆极化。每个狭缝811位置和尺寸以及相邻馈电点122的相对位置被设计成产生对应天线元件120的圆极化。为此，每个狭缝811的长度可在天线元件120半径的1/4至3/4的范围内。在一个示例中，每个狭缝811大约是半径的2/3。馈电点122-a至122-d各自从靠近封闭端的相邻狭缝811的一侧横向偏移。
[0049]
具有矩形覆盖区的rfic 110的局部坐标系可由中心点113处的原点、平行于矩形覆盖区的上侧和下侧的x轴线以及平行于左侧和右侧的y轴线来定义。每个天线元件120-a至120-d的局部坐标系可由中心点123处的原点、平行于x轴线的x轴线和平行于y轴线的y轴线来定义。天线元件120-a和120-b布置在顶行中，其中中心点123具有相同的+x坐标并且在行方向上间隔x1。天线元件120-c和120-d处于同一-y水平的底行中，在该行中由x1分开，并且与顶行间隔y1。天线元件120-a至120-d的狭缝811和对应的馈电点122-a至122-d逐渐旋转90
°
。因此，馈电点122-a、122-b、122-c和122-d各自位于局部x-y坐标系的不同象限中。在该示例中，馈电点122-a至122-d分别在左下(-x,-y)象限、左上(+y,-x)象限、右上(+x,+y)象限和右下(+x,-y)象限中。每个馈电点122在x方向和y方向上从相应中心点123偏移δx和δy。在y方向上，在每行中，馈电点具有2δy的y轴线变化。在x方向上，与在中心点123处馈电所有天线元件相比，存在2δx的行间变化。
[0050]
在图8a的布置中，贴片设计的旋转产生馈电点122位置相对于天线元件120的中心123从象限到象限的变化，导致改善的轴比和图案分集。然而，由于每行中的馈电点具有y方向变化，因此rfic 110内的波束形成电路的布局是不对称的，这使得电路布局和封装更复杂且困难。
[0051]
图8b示出了天线元件馈电点位置相对于天线设备100中的耦合rfic 110的另一示例性布置800b。这种情况与布置800a的不同之处在于每行中的馈电点122具有相同y坐标，这允许更简单的波束形成电路布局。如在布置800a中，rfic 110耦合到四个天线元件120-a、120-b、120-c和120-d，其可出于比较目的被假定为具有与图8a中相同的覆盖区和相对位置。每个馈电点122还被示出从相邻中心点123偏移δx和δy。然而，在布置800b中，在顶行中，馈电点122-a位于左上象限中，并且馈电点122-b位于右上象限中。因此，这些馈电点之间的x间距是(x1+2δx)，其比布置800a宽2δx。类似地，在底行中，馈电点122-c位于左下象限中，并且馈电点122-d位于右下象限中，使得这些馈电点之间的x间距同样为(x1+2δx)。此外，在y方向上，上行和下行的馈电点122之间的间距是均匀的(y1+2δy)。还应注意，狭缝811相对于馈电点122的象限位置的位置与布置800a中的相同。
[0052]
因此，对于具有根据布置800b的i/o焊盘位置的给定rfic 110，与中心点123之间的间距相比，i/o焊盘位置(对应于馈电点122位置)在x方向和y方向两者上进一步分开。当考虑任何两个馈电点122之间的最大x和y间距时，布置800a的情况也是如此。因此，假设布置800b对800a的rfic 110内的波束形成电路相同，rfic 110的相同矩形覆盖区可能是典型的。
[0053]
图8c示出了天线元件馈电点位置相对于天线设备100中的耦合rfic110的又一示例性布置800c。在该实施方案中，可假设天线元件120-a至120-d的相同相对位置，即行内天线元件120的间距为x1和行间的间距为y1。然而，在布置800c中，馈电点122-a、122-b、122-c和122-d分别位于右下象限、左下象限、右上象限和左上象限。这导致顶行中的馈电点122-a、122-b之间以及底行的馈电点122-c、122-d之间的x间距(x1-2δx)减小。此外，馈电点122之间的行间y间距也减小到(y1-2δy)。因此，在布置800c的情况下，由于对应的i/o焊盘(馈电点122内的表示i/o焊盘412、512等中的任一者的“x”)，如果波束形成部件的封装允许，则可以为rfic 110使用更小的矩形覆盖区。
[0054]
因此，布置800a、800b和800c的方面可以总结如下。rfic 110中的每个rfic包括耦合到一组n个圆极化天线元件的对应多个馈电点的多个n个i/o焊盘。一组中的第一天线元件具有在第一方向上从其中心点偏移的至少一个馈电点，并且该组中的第二天线元件具有在不同的第二不同方向上从其中心点偏移的至少一个馈电点，其中第一方向和第二方向是相对于公共坐标系定义的。每组可以是耦合到单个rfic的四个天线元件的组。如果每组中存在四个天线元件，则四个天线元件中的每个天线元件具有相对于公共坐标系在与四个天线元件中的其他天线元件中的任一者的方向不同的方向上从相应天线元件的中心偏移的馈电点。一组中的天线元件中的每个天线元件可具有相同的设计配置，其具有狭缝和从狭缝边缘侧向偏移的至少一个馈电点，以产生用于发射和/或接收操作的圆极化。一组中的四个天线元件中的第二天线元件至第四天线元件中的每个天线元件可相对于该组中的第一天线元件旋转k x 90
°
，其中k在一至三的范围内，并且对于第二天线元件至第四天线元件中的每个天线元件是不同的。
[0055]
图9示出了在具有根据图8b的布置800b而布置的i/o焊盘的rfic 110内的波束形成电路的示例性布局。在该示例中，rfic 110具有四个gsg i/o焊盘连接组(“gsg组”)940-a、940-b、940-c和940-d，每个都具有信号i/o焊盘(“s焊盘”)912和在s焊盘912的相对侧上的一对接地(“g”)焊盘408。因此，gsg组940-a至940-d中的每一者可以是一组线性对准的第一接地焊盘和第二接地焊盘以及信号焊盘，其共同形成具有长轴线和正交短轴线的椭圆形轮廓，其中长轴线基本上平行于相应rfic 110的左边缘和右边缘。
[0056]
每个s焊盘912可被配置为上述i/o焊盘412、512、624或712中的任一者，并且每个g焊盘408可被配置为图4的g焊盘408中的任一者。每个s焊盘912使用上文针对i/o焊盘412、512等描述的任何连接结构耦合到对应的馈电点122-a至122-d。因此，每个s焊盘912与馈电点122-a、122-b、122-c和122-d中的相应一者对准。在每个gsg组940-a至940-d中，g焊盘408和s焊盘912可在y方向上线性对准。
[0057]
第一输出放大器区域920-1可设置在gsg组940-a与940-b之间，并且第二输出放大器区域920-2可设置在gsg组940-c与940-d之间。每个gsg组940-a至940-d可连接到相邻放大器区域920-1或920-2内的相应放大器903的输出或输入。在所示示例中，放大器903是发射时的功率放大器，并且每个gsg组连接到放大器903输出端口。在其他示例中，一些放大器903是pa，并且其他放大器903是lna。在后一种情况下，任何给定gsg组940可连接到lna的输入。
[0058]
具有附加波束形成电路的电路区域950可设置在区域920-1和920-2的外部。例如，每个放大器903可耦合到电路区域950内的相应带通滤波器905和相移器907。一般而言，放大器903与电路区域950内的波束形成电路结合来调整(例如，放大、相移、滤波等)从gsg组940输入/输出(从天线元件120接收/输出到该天线元件)的信号。电路区域950还可包括至少一个组合器/分配器910，其包括一个或多个rf耦合器(例如，3db定向耦合器)，用于组合和/或分配从至少两个天线元件120接收的信号/向该至少两个天线元件发射的信号。
[0059]
gsg组940-a和940-d分别靠近rfic 110的左上角和右下角设置。在生产rfic 110的铸造厂的设计规则允许的情况下，这些位置可被设置为尽可能靠近rfic 110的相应左边缘和右边缘(如图9所示)。gsg组940-a和940-b可位于靠近rfic 110的上边缘的相同y水平处；并且gsg组940-c和940-d可位于靠近下边缘的相同-y水平处。gsg组940-b可具有在gsg组940-c与940-d之间的大约一半处的x方向中心坐标。同样，gsg组940-c可具有在gsg组940-a和940-b的大约一半处的x方向中心坐标。当每个gsg组940如上所述与天线元件120的对应馈电点122对准时，gsg组940的位置与如图2所示的天线元件120的三角形栅格点123对准。该配置不同于标准rfic芯片，其通常将所有i/o焊盘对称地布置在其矩形覆盖区的相对边缘附近。例如，在标准rfic芯片中，gsg组940-c设置在左下角处，并且gsg组940-b设置在右上角处。图9的布置(其使一些gsg组从拐角向内移动)允许gsg组与天线馈电点122对准。
[0060]
虽然已经参考本文所述的技术的示例性实施方案特别示出和描述了本文所述的技术，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离由以下权利要求书及其等同物限定的受权利要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。