芯片模块结构以及用于芯片模块设计的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及芯片模块结构以及用于芯片模块设计的方法及系统，揭示包括射频集成电路(RFIC)芯片及封装件的芯片模块，以及用于设计该模块的方法及系统。执行芯片及封装件设计，以在芯片与封装件间分配该RF前端(FE)。该芯片包括具有第一差分端口的放大器，且该封装件包括具有与该第一差分端口连接的第二差分端口的被动装置及匹配网络。基于端口电压反射系数使用复功率匹配将该第二差分端口与该第一差分端口功率匹配，以获得改进的性能(也就是，在整个带宽上而不是仅在一个频率的峰值功率传输)。该功率匹配过程可导致芯片功率要求降低，从而允许装置尺寸微缩。因此，在芯片

【技术实现步骤摘要】
芯片模块结构以及用于芯片模块设计的方法及系统


[0001]本专利技术涉及芯片模块，尤其涉及芯片模块结构的实施例以及用于设计芯片模块的方法、套件、以及系统的实施例。

技术介绍

[0002]芯片模块是一种电子组合件。它可包括一个或多个集成电路(integrated circuit；IC)芯片以及装设该芯片的封装件。封装件配置可变化。然而，不管配置如何，将射频(radio frequency；RF)IC芯片纳入封装件中通常导致芯片性能退化，尤其，因各种寄生而导致频率退化。此外，在消费者需求日益增加的较高操作频率应用中(例如，在毫米波(mmWave)应用及太赫兹(terahertz；THz)应用中)，此频率退化更大。

技术实现思路

[0003]本文中揭示用于设计芯片模块的方法的实施例，该芯片模块包括至少一个射频集成电路(radio frequency integrated circuit；RFIC)芯片以及用于该RFIC芯片的封装件。具体地说，该方法可包括设计芯片。该芯片的设计可包括该射频前端(radio frequency front end；RFFE)的片上分段的设计。具体而言，该片上分段可包括具有第一差分端口的片上放大器(on
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chip amplifier)。该方法还可包括针对该芯片设计封装件。该封装件的设计可包括该RFFE的片外(off
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chip)分段的设计。具体而言，该片外分段可包括具有与该片上放大器的该第一差分端口电性连接的第二差分端口的片外被动装置及匹配网络。设计该RFFE的该片外分段可包括例如获取该片上放大器的设计细节，并基于该设计细节，配置该RFFE的该片外分段，以使该片外被动装置及匹配网络的该第二差分端口在给定带宽内的不同频率与该第一差分端口功率匹配。
[0004]更具体地说，在设计用于芯片的封装件期间，尤其在设计将要被包括于该封装件中的RFFE的片外分段期间，可基于复功率匹配过程的结果来配置片外被动装置及匹配网络，该复功率匹配过程使用端口电压反射系数(而不是标准阻抗目标)，以在给定带宽内的不是一个而是多个不同频率，功率匹配该片外被动装置及匹配网络的第二差分端口与该RFFE的片上分段中的片上放大器。此外，此复功率匹配过程可导致芯片功率要求降低。因此，还可在芯片
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封装件协同优化过程中迭代重复设计该芯片以及设计该封装件。也就是说，鉴于通过该复功率匹配过程实现的该芯片功率要求的该降低，可重新设计该芯片，以减小片上装置的尺寸(例如，减小晶体管尺寸)，从而减小整体芯片尺寸。这样新的芯片设计会带来新的端口电压反射系数。因此，鉴于该新的芯片设计，尤其该新的端口电压反射系数等，可重新设计该封装件，以再次功率匹配该第二差分端口与该第一差分端口。
[0005]本文中还揭示用于设计芯片模块的系统的实施例，该芯片模块包括至少一个射频集成电路(RFIC)芯片以及用于该RFIC芯片的封装件。该系统可包括处理器以及储存媒体，该储存媒体可由该处理器读取并储存程序指令。这些程序指令可由该处理器执行，以执行上述方法。
[0006]最后，本文中还揭示依据上述方法设计并随后制造的芯片模块结构的实施例。此芯片模块结构可包括射频集成电路(RFIC)芯片。对于射频前端(RFFE)，该RFIC芯片可包括具有第一差分端口的片上放大器。该芯片模块结构还可包括用于该RFIC芯片的封装件。对于该RFFE，此封装件可包括具有与该片上放大器的该第一差分端口电性连接的第二差分端口的片外被动装置及匹配网络。该片外被动装置及匹配网络可组合于单个装置例如巴伦(balun)中。或者，该片外被动装置及匹配网络可为分立的电性连接组件(例如，变压器及匹配网络；移相器及匹配网络等)。在任何情况下，具体而言，可基于复功率匹配过程配置该片外被动装置及匹配网络，以使该第二差分端口在给定带宽内的不同频率与该第一差分端口功率匹配。
附图说明
[0007]通过参照附图自下面的详细说明将更好地理解本专利技术，该些附图并不一定按比例绘制，且其中：
[0008]图1显示包括具有片上射频前端(RFFE)的射频集成电路(RFIC)芯片以及用于该RFIC的封装件的示例射频(RF)芯片模块的示意图；
[0009]图2显示在组装前及组装后在图1的RFFE中从功率放大器传递至巴伦(balun)的差分信号的示例正向电压增益(S21)图；
[0010]图3显示一种方法的实施例的流程图；
[0011]图4A
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4C显示依据该方法生成的替代RFIC芯片设计的示意图；
[0012]图5A
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5C显示依据该方法生成的分别用于图4A
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4C的RFIC芯片设计的替代封装件设计的示意图；
[0013]图6显示鉴于依据该方法的芯片模块设计，在组装前及组装后从片上功率放大器传递至片外被动装置及匹配网络的差分信号的示例正向电压增益(S21)图；
[0014]图7及图8分别显示用于实施该方法的计算机辅助设计(CAD)系统及代表性硬件环境的示意图；
[0015]图9A
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9C显示依据该方法生成的替代芯片模块设计的布局图；以及
[0016]图10显示片外被动装置及匹配网络位于封装件衬底(substrate)上的示例实施例的剖视图；以及
[0017]图11显示片外被动装置及匹配网络位于中介层上(该中介层安装于封装件衬底上)的示例实施例的剖视图。
具体实施方式
[0018]图1显示示例射频(RF)芯片模块100的图。此RF芯片模块100包括一个或多个RF集成电路(IC)芯片102以及装设RFIC芯片102的封装件101。各RFIC芯片102可包括用于至少一个RF通信装置(例如，用于发射器、接收器及/或收发器)的射频前端(RFFE)150以及额外特征(未显示)。用于收发器的示例RFFE 150可包括例如发射器(TX)支路160及接收器(RX)支路170。TX支路160可包括例如功率放大器165，以及串联连接于功率放大器165与TX天线169之间的巴伦(balun)161(在本文中也称为匹配变压器)。功率放大器165可向巴伦161输出差分信号(也就是，平衡信号)。巴伦161可将所接收的差分信号转换为阻抗匹配的单端信号
(也就是，阻抗匹配不平衡信号)，并可输出该阻抗匹配的单端输出信号，以经由TX天线169发射。RX支路170可包括低噪声放大器175，以及串联连接于RX天线179与低噪声放大器175之间的巴伦171(在本文中也称为匹配变压器)。巴伦171可从RX天线179接收单端信号(也就是，不平衡信号)，可将该单端信号转换为阻抗匹配的差分信号，并可将该阻抗匹配的差分信号输入低噪声放大器175，以供后续片上处理(on
‑
chip processing)。如上所述，TX支路160及RX支路170分别具有分立的天线169及179。不过，应当理解，作为替代，TX支路160及RX支路170可经由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片模块，其特征在于，包括：芯片，包括具有第一差分端口的片上放大器；以及封装件，用于该芯片，且包括具有与该片上放大器的该第一差分端口电性连接的第二差分端口的片外被动装置及匹配网络，其中，该第二差分端口在给定带宽内的不同频率与该第一差分端口功率匹配。2.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该片上放大器包括用于任何的发射器及收发器的发射器支路的功率放大器，该第一差分端口与在该给定带宽内的该不同频率的输出差分信号的不同输出端口电压反射系数关联，以及该第二差分端口基于该不同输出端口电压反射系数与该第一差分端口功率匹配，以于输出差分信号具有在该给定带宽内的任何的该不同频率时确保相同的最大正向电压增益。3.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该片上放大器包括用于任何的接收器及收发器的接收器支路的低噪声放大器，该第一差分端口与在该给定带宽内的该不同频率的输入差分信号的不同输入端口电压反射系数关联，以及该第二差分端口基于该不同输入端口电压反射系数与该第一差分端口功率匹配，以于输入差分信号具有在该给定带宽内的任何的该不同频率时确保相同的最大反向电压增益。4.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该给定带宽的高截止频率与低截止频率间的差为至少5GHz。5.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该给定带宽从约77GHz延伸至约83GHz。6.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该片外被动装置及匹配网络包括巴伦。7.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该片外被动装置及匹配网络包括任何的变压器及匹配网络以及移相器及匹配网络。8.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该封装件包括：衬底，其中，该芯片安装于该衬底上，以及该片外被动装置及匹配网络位于该衬底上而定位成横向邻近该芯片。9.如权利要求1所述的芯片模块，其特征在于，该封装件包括：衬底；以及安装于该衬底上的中介层，该芯片安装于该中介层上，以及其中，该片外被动装置及匹配网络位于该衬底及该中介层的其中任何的一个上。10.一种方法，其特征在于，包括：获取具有第一差分端口的片上放大器的细节；以及基于该细节，为片外被动装置及匹配网络配置在给定带宽内的不同频率与该第一差分端口电性连接且功率匹配的第二差分端口。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括设计芯片模块，其中，该芯片模块的该设计包括：设计包括该片上放大器的芯片；以及针对该芯片设计封装件，以使该封装件包括该片外被动装置及匹配网络，
其中，执行该片外被动装置及匹配网络的该配置，以使该第二差分端口基于在该第一差分端口且与在该给定带宽内的该不同频率的差分信号关联的不同端口电压反射系数与该第一差分端口功率匹配，其中，该片外被动装置及匹配网络的该配置导致该芯片的功率要求降低，其中，该方法还包括迭代重复该芯片的该设计及该封装件的该设计，以及其中，该迭代重复包括：鉴于该芯片的该功率要求的该降低，通过微缩装置尺寸重新设计该芯片，其中，该装置尺寸的该微缩导致在该第一差分端口的新的端口电压反射系数；以及通过重新配置该片外被动装置及匹配网络来重新设计该封装件，以使该第二差分端口基于该新的端口电压反射系数与该第一差分端口功率匹配。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括设计芯片模块，其中，该芯片模块的该设计包括：设计包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：格罗方德半导体德累斯顿第一模数有限责任及两合公司，
类型：发明
国别省市：