具有集成在封装构造上的化合物半导体器件的微电子器件与高频通信模块制造技术

本发明专利技术的实施例包括一种微电子器件，其包括：利用基于硅的衬底形成的第一管芯和耦合到第一管芯的第二管芯。该第二管芯是在不同衬底（例如化合物半导体衬底、III‑V族衬底）中利用化合物半导体材料形成的。天线单元耦合到第二管芯。该天线单元以近似4GHz或更高的频率来发送和接收通信。

Microelectronic device and high frequency communication module with compound semiconductor device integrated on encapsulation structure

Embodiments of the invention include a microelectronic device comprising: a first tube core formed on a silicon based substrate and a second core coupled to the first core. The second tube core is formed by using compound semiconductor material on different substrates (such as compound semiconductor substrate and III V family substrate). The antenna unit is coupled to the second core. The antenna unit transmits and receives communication at approximately 4GHz or higher frequencies.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成在封装构造上的化合物半导体器件的微电子器件与高频通信模块
本专利技术的实施例总体上涉及半导体器件的制造。特别地，本专利技术的实施例涉及具有集成在封装构造上的化合物半导体器件的微电子器件与高频通信模块。
技术介绍
未来的无线产品正把比目前利用的较低GHz范围更高得多的操作频率作为目标。例如，5G（第5代移动网络或第5代无线系统）通信预期将以大于或等于15GHz的频率操作。此外，当前的WiGig（无线吉比特联盟）产品在60GHz左右操作。包括汽车雷达和医学成像的其他应用利用毫米波频率（例如30GHz-300GHz）中的无线通信技术。对于这些无线应用，所设计的RF（射频）电路需要高质量无源匹配网络，以便适应预定义频带（在这里发生通信）的传输，以及需要高效率功率放大器和低损耗功率组合器/开关。附图说明图1图示根据一个实施例的微电子器件（例如封装构造架构）中的共集成的不同组件。图2图示根据另一实施例的微电子器件（例如封装构造架构）中的共集成的不同组件。图3图示根据另一实施例的微电子器件（例如封装构造架构）中的共集成的不同组件。图4图示根据一个实施例的封装构造架构的模塑物中的功能电路。图5图示根据一个实施例的计算设备700。具体实施方式本文中描述的是具有集成在封装构造上的化合物半导体器件的微电子器件与高频通信模块。在下面的描述中，将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实现的各种方面，以将他们工作的实质传达给本领域的其他技术人员。然而，对于本领域技术人员将显然的是，可以仅利用描述的方面中的一些来实践本专利技术。为了解释的目的，阐述具体数字、材料和配置以便提供对说明性实现的透彻理解。然而，对本领域技术人员来将显然的是，可以在没有具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，省略或简化公知特征以便不使说明性实现模糊。进而以对理解本专利技术最有帮助的方式将各种操作描述为多个分立操作，然而，该描述的顺序不应该被解释为暗示这些操作必然是顺序相关的。特别地，不需要以呈现的顺序来执行这些操作。对于高频（例如5G、WiGig）无线应用，所设计的RF电路（例如低噪声放大器、混合器、功率放大器等等）需要高质量无源匹配网络，以便适应预定义频带（在这里发生通信）的传输，以及需要高效率功率放大器和低损耗功率组合器/开关等。可以利用针对大于30GHz操作的CMOS技术，但是其具有降低的功率放大器效率并且具有低质量无源件，这主要归因于所采用的通常有损耗的硅衬底。这不仅导致较低的系统性能，而且由于生成的过量的热量而还导致增加的热要求。在一个示例中，高的热耗散归因于以下事实：必须以相控阵列布置来利用多个功率放大器以实现期望的输出功率和传输范围。在5G系统上这将甚至更严格，因为蜂窝网络（例如4G、LTE、LTE-adv）的典型传输范围是连通性所要求的传输范围（例如WiFi、WiGig）的数倍。对于通信系统的关键部件，本设计利用非CMOS技术（例如GaAs、GaN、玻璃上无源件等）。在最佳的系统划分的情况下，可以根据另一种技术来制造要求高效率和高品质因数的关键部件。这些部件可能处在器件级（例如GaN/GaAs上的晶体管）或者处在电路级（例如集成功率放大器、低噪声放大器的III-V管芯）。如在本专利技术的实施例中讨论的，将以封装构造方式来形成全通信系统。为了性能增强和热需求的放松，本设计技术允许根据同一封装上的不同技术和/或衬底来制造的共集成管芯和/或器件。本设计包括可包含用于与其他无线系统的通信的天线的封装。移动和无线通信的先前和当前世代（例如2G、3G、4G）不具有共集成在封装上的天线，因为这不是面积高效的。在一个实施例中，本设计是5G（第5代移动网络或第5代无线系统）架构，其具有与低频电路和IPD共集成在同一封装上的基于非CMOS的收发器构建块（诸如基于III-V族的器件或管芯），以用于性能增强和热需求放松。在该布置中，每个组件都直接组装在封装中。该封装可以具有直接集成到其上的天线。5G架构以高频率（例如至少20GHz、至少28GHz、至少30GHz等）操作，并且还可以具有至端点的每秒近似1-10吉比特（Gbps）连接。在另一示例中，本设计以较低频率（例如至少4GHz、近似4GHz）操作。在一个实施例中，由于利用模塑物内电路的对收发器组件的功能测试与最初在封装上组装它们的需要断开联系，该5G架构的设计导致降低的成本。另外，包括具有或不具有封装上天线的RFIC的无线5G模块可以作为单独的模块被设计和销售。通过利用集成的无源器件或管芯（IPD），该设计还提供更高质量无源件。可以利用IPD来实施诸如阻抗匹配电路、谐波滤波器、耦合器、功率组合器/驱动器等之类的功能块。一般地使用晶圆制造技术（例如薄膜沉积、蚀刻、光刻加工）来制造IPD。有效地划分5G收发器允许该架构来实现更高的功率放大器效率（例如使用III-V族技术）、改进的无源件（例如利用IPD和更高效的组合器或开关）（这归因于在非CMOS衬底上制造所述无源件）。本架构提供以下能力：将所有这些不同的分立组件连同天线一起集成在封装上从而创建全5G收发器。这些组件可能处在器件级（例如分立晶体管）上或者处在电路级（例如功率放大器、低噪声放大器）上。图1图示根据一个实施例的微电子器件（例如封装构造架构）中的共集成的不同组件。该微电子器件100（例如封装构造架构100）包括：管芯110的互补金属氧化物半导体（CMOS）电路（例如具有利用基于硅的衬底形成的至少一个基带单元和至少一个收发器单元的CMOS电路、CMOS管芯）、管芯120的利用化合物半导体材料（例如III-V族材料、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、化合物半导体管芯等）或有机材料形成的电路或器件（例如各个晶体管、晶体管的组）、管芯130的利用化合物半导体材料（例如III-V族材料、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、化合物半导体管芯等）或有机材料形成的电路或器件（例如各个晶体管、晶体管的组）、IPD140、和具有用于发送和接收高频通信的至少一个天线的天线单元150。还可以将诸如传统表面安装无源件的附加组件安装至该封装。此外，图1的组件可以被包覆成型和用外部屏蔽物来覆盖。模塑物材料可以是低损耗非导电介质材料并且屏蔽可以由导电材料制成。天线单元150包括导电层151-153。在该示例中，通路121和导电层122将电路120耦合到CMOS电路110以用于这些组件之间的电连接。通路132和导电层131将IPD140和管芯130耦合到管芯110的CMOS电路以用于这些组件之间的电连接。微电子器件100包括具有用于导电层和组件之间的隔离的多个介质层的衬底160。在一个实施例中，该CMOS管芯110以倒装芯片方式处在微电子器件（例如封装构造架构）的一侧上。在一个示例中，微电子器件的第一侧（例如下表面）上的CMOS管芯110具有近似10-300um（例如近似50um）的厚度112，而在管芯120和130中形成的高功率、高效率III-V族功率放大器位于微电子器件（例如封装构造架构）的第二侧（例如上表面）上。在一个示例中，化合物半导体材料（例如GaN、GaAs）具有与硅材料相比显著更高的电子迁移率，其允许更快操作。与硅材料相比，该化合物半导体材料还具有更宽的带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子器件，包括：利用基于硅的衬底形成的第一管芯；耦合到第一管芯的第二管芯，该第二管芯是在不同的衬底中利用化合物半导体材料形成的；以及耦合到第二管芯的天线单元，该天线单元用于以近似4GHz或更高的频率来发送和接收通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微电子器件，包括：利用基于硅的衬底形成的第一管芯；耦合到第一管芯的第二管芯，该第二管芯是在不同的衬底中利用化合物半导体材料形成的；以及耦合到第二管芯的天线单元，该天线单元用于以近似4GHz或更高的频率来发送和接收通信。2.根据权利要求1所述的微电子器件，进一步包括：耦合到至少一个管芯的集成无源管芯（IPD），该IPD包括用于无源匹配网络的无源件。3.根据权利要求2所述的微电子器件，其中该第一管芯包括互补金属氧化物半导体（CMOS）基带单元和收发器单元，该第一管芯以倒装芯片方式处在微电子器件的第一侧的表面上。4.根据权利要求3所述的微电子器件，其中该第二管芯包括利用III-V族材料形成的附接在微电子器件的第二侧的表面上功率放大器。5.根据权利要求4所述的微电子器件，其中该微电子器件的第一侧与该微电子器件的第二侧相对。6.根据权利要求1所述的微电子器件，进一步包括：耦合到至少一个管芯的第三管芯，该第三管芯具有利用化合物半导体材料形成的器件或电路。7.根据权利要求1所述的微电子器件，其中该微电子器件包括用于5G通信的5G封装架构。8.一种通信模块，包括：利用基于硅的衬底形成的第一管芯；耦合到第一管芯的第二管芯，该第二管芯是在不同的衬底中利用化合物半导体材料形成的，其被嵌入该通信模块内；以及耦合到第一和第二管芯中的至少一个的天线单元，该天线单元用于以近似15GHz或更高的频率来发送和接收通信。9.根据权利要求1所述的通信模块，进一步包括：耦合到至少一个管芯的集成无源管芯（IPD），该IPD被嵌入通信模块内。10.根据权利要求9所述的通信模块，其中该第一管芯包括互补金属氧化物半导体（CMOS）基带和收发器电路，该第一管芯以倒装芯片方式处在通信模块的第一侧上。11.根据权利要求10所述的通信模块，其中该第二管芯包括利用III-V族材料形成的嵌入通信模块内的功率放大器、低噪声放大器、开关和其他电路中的至少一个。12.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：GC多贾米斯，T坎加英，JA法尔孔，Y富太，VK奈尔，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US