专利名称：双重模式微波/毫米波集成电路封装的利记博彩app
技术领域：
本发明是关于一种双重模式微波\毫米波微集成电路封装，尤有关于一种可提供微带线(microstrip line)模式与共平面波导(coplanar waveguide)模式两种工作方式的微波/毫米波集成电路封装。
过去30年来，微带线是微波IC设计最广为熟知的波导元件；另一方面，近年来共平面波导的应用有长足的进展。两种工作方式各有其优缺点，微带线工作方式由于是为单模，故易于使用，共平面波导则具有衰减较小的优点，且接地较为容易；另一方面，微带线的衰减较共平面波导为大，共平面波导则由于非为单模，故使用上较为困难。
图10示意显示一种习知的微波集成电路IC封装结构，其是揭示于美国专利号码5,235,208中，其中包括上方金属层91、中间金属层92与下方金属层93所构成的三层式基座(相同概念亦可扩大至四层以上的基座)，IC晶片94，传输线95，IC晶片焊接部96，上方介电层97，下方介电层98，通路孔(via hole)991、992、993、994等。其是利用该多层基座形成一传输介质，或背面导线式共平面波导，以和IC晶片94衔接。此种IC封装方式由于不具有如图11与图12的引线框，封装结构整体的电感值较小，因此具有较高的操作频率(根据该文献的报导可达20GHz以上)，但其缺点在于此种封装是采用密封的方式来防潮，或本高于SOIC(SmallOutline Integrated Circuit)封装结构，故已逐渐地为SOIC封装方式所取代。
SOIC封装技术是目前最为广泛使用的封装技术，其结构可藉由图11来表示。要点在于将IC晶片81以平面式安装(surface mounting)的方式粘着于引线框82的桨部(paddle)821上，打上焊线(bond wire)83，然后以胶质材料84固定后，再以塑胶85注模而形成。其优点在于藉由外面的塑胶层85的保护，防止因为湿气、灰尘等的侵入而影响电气特性，因而提高了可靠度。但随着IC封装的小型化，虽然引线框或焊线所形成的电感量降低，但线框的线与线间距也相对缩小，进而使其间的电磁耦合量不容忽视，此为其缺点。
图12表示近年来Marc Gomes-Casseres与Philip M.Fabis等人所提出的另一种SOIC封装结构，非常类似于图11的传统的SOIC封装结构，唯一不同之处在于将引线框82的桨部(paddle)821以一人工钻石基座86取代，以达到增强导热效果，因而降低传输损耗，是一种适合高功率微波IC的封装架构。
上述几种习知的封装技术均无法同时提供微带线/共平面波导两种工作方式，且分别有以下缺点图10所示者并非采用平面式安装，制造上较为麻烦，且成本较高。图11所示随着使用频率的升高，辐射出去的电磁能量损耗愈大，严重影响包装后的整体电气性能。图12所示虽然传输损耗较低，但由于采用人工钻石，故成本自然提高。
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种低成本的封装技术，同于SOIC封装技术，其利用胶质材料固定，再以塑胶注模(参考图11或图12中的94与85)，故同样具有高可靠度。且其封装结构具有通路孔(参考图10中的991、992、993、994)，有助于散热至周边环境。此外，由于整体封装结构依波导方式设计，故工作频率非常高，未经特别缩小设计的典型情况下，30GHz以上的工作频率可轻易地达成。尤其值得一提的是，本发明的封装结构可提供微带线模与共平面波导两种工作方式，此是任何习知的微波IC封装结构无法达成的。
本发明的双重模式微波/毫米波集成电路封装的构造可由图1所示之上视图、图2所示之下视图、图3所示的剖面图加以说明。图1之上视图显示本发明的上表面包含上方左金属带11与上方右金属带12，分布区域分别由上表面的左缘与右缘的约中央位置朝上表面的中心点延伸一段距离所形成的带状区域，左金属带11与右金属带12分别在上表面的左缘与右缘有通路孔111与121连接至下表面；左绝缘带13与右绝缘带14，均为细长状而具有甚小的面积，分别位于上方左金属带11与右金属带12的外侧；上方中间金属区15，分布于上表面除了上方左金属带11、上方右金属带12、左绝缘带13及右绝缘带14外的所有区域，中间金属带15分别在上表面的左缘之上下两侧，与右缘这上下两侧，以及水平方向约略中间位置处有通路孔151-156连接至上表面；IC晶片16，置于上表面上的约略中面位置，晶片所覆盖的范围全部位于上方中间金属区15内，且不覆盖于任何通路孔上，信号端与接地端161-168位于晶片16之上表面，有若干焊线分别由其上表面出发而接至上方左金属带11、上方右金属带12、上方中间金属区15；胶质材料部17(参考图3)，覆盖于IC晶片16与上述焊线之上，用以将IC晶片16固定；塑胶部18，以注模的方式形成于胶质材料部17之上。此外，上表面与下表面之间的部份为基板19。
图2之下视图显示下表面包含下方左金属带21、22、及23，分布区域分别由下表面的左缘之下侧、中间部分、上侧朝下表面的右侧延伸一段距离所形成的带状区域，各金属带分别有通路孔151、111、152连接至上方中间金属区15、上方左金属带11、上方中间金属区15；下方右金属带24、25、26，分布区域分别由下表面的顺缘之下侧、中间部分、上侧朝下表面的左侧延伸一段距离所形成的带状区域，各金属带分别有通路孔153、121、154连接至上方中间金属区15、上方右金属带12、上方中间金属区15；下方中间金属区27，分布于下表面水平方向约略中间位置之上缘与下缘之间，有通路孔156、155连接至上方中间金属区15。
图1表示本发明的双重模式微小/毫米波集成电路封装之上视图；图2表示本发明的双重模式微波/毫米波集成电路封装之下视图；图3表示本发明的双重模式微小/毫米波集成电路封装的a-a′线剖面图；图4表示微带线模式下的使用者电路板；图5表示共平面波导模式下的使用者电路板；图6表示本发明的双重模式微波/毫米波集成电路封装的另一种实施例之上视图；图7与图8分别表示利用本发明的IC封装在微带线模式与共平面波导模式下，其反射信号及穿透信号的模拟实验结果；图9表示以一种典型的电晶体作为IC16所量测到的电晶体的最大增益值Gmax对于频率的变化结果；图10表示一种习知的微波IC封装结构；图11表示另一种习知的微波IC封装结构；图12表示又一种习知的微波IC封装结构。
本发明的IC封装是以平面式安装的方式与外界微波/毫米波IC接在一起，适合大量生产技术的开发。因此，当外界的衔接电路是以微带线设计为主体时，利用本发明的IC封装可在微带线工作模式下进行操作，说明如下此时可考虑成图1所示的本发明的IC封装是置于图4所示的外部电路上。当外部微波电路以微带线31(图4)输入，由于微带线31与图2中的金属带22直接接触(例如以焊接方式)，微波信号会由22(图2)经由通路孔111垂直攀升至金属带11(图1)。当微波信号输入的同时，支持微带线模式的逆向地面回流电流经由是统的地面(图4中的30)穿过通路孔301-307至使用者基板地面33，再经由与其接触的金属带21、23、24、26，及金属区27(图2)，并透过各自对应的通路孔151、152、153、154及、155、156而往上攀升至金属区15(图1)。因此，当使用微带线模式时，是统的地面回流可以顺畅地通往IC封装的中间金属区15(图1)，而此金属区15是作为IC16的接地面。
以下说明焊线的配置微波信号由金属带11的前缘161’接1条或数条焊线至IC16上的信号输入端161，此焊线与接地面15及中间的空气或填充物质形成一个类似微带线的波导。由于金属带11与接地面15之间隙非常小，利用焊线161-161’所形成的微带线结构仅造成些微的不连续性。焊线162-162’的情况类似，在此省略其说明。由IC16的接地端子163-168外接的焊线为接地线，分成两类(1)如焊线163-163’、164-164’、165-165’、166-166’所示，是分别由点163、164、165、166接至距离点161’(位于金属带11的前端)最近的点163’、164’，与距离点162’(位于金属带12的前端)最近的点165’166’；(2)如焊线167、167’、168-168’所示，是分别由点167、168用最短的接线接至金属区15。
综上所述，根据本发明的IC封装，当使用微带线模式工作时由信号输入端起形成一个相当连续而完整的微带线传输线是统，同时良好的接地面15与两种不同种类的接地线又与IC16形成良好的接地回路。
另一方面，当外界的衔接电路为共平面波导所组成时，其外部电路可以图5表示，其中包括基板40、金属板42、介质层41、金属带43、44、45、46、47、48等。其中该介质层41可填以介质或不填任何物质而使基板40悬空于金属板42之上，形成悬空式共平面波导，亦可使基板40与金属板42直接接触，形成背面导体式共平面波导。
本发明的IC封装可接受悬空式共平面波导或背面导波式共平面波导的输入或输出，以下以悬空式共平面波导进行说明图5中，由共平面金属带43-44-45与46-47-48所形成的接地一信号-接地的共平面波导由使用者藉由基板40输入及输出，该等共平面金属带的终端431-4541-451与461-471-481藉由如焊接的方式与本发明的IC封装的底部21-22-23与24-25-26(图2)衔接。共平面波导的信号由441(图5)输入，经由金属带22、通路孔111(图2)，往上至金属带11(图1)。同时，共平面波导的逆向接地电流回路亦经由431与451(图5)与IC封装底面的金属带21与23接触后，经由通路孔151与152往上而进入整片接地面15。
此时，共平面波导的波传播方向由水平方向转为垂直方向，大部分电磁能量仍然散布在信号线-金属带11、与地线-接地面15之间。转成水平方向的共平面波导在金属带11的前端161’以焊线跳接至IC16的输入端161。同时，共平面波导两旁的接地面15在163’与164’之处分别藉由焊线接至IC16的参考接地点163与164。因此，163-163’、161-161’、164-164’及其中的填充介质或空气，形成另一组相衔接的共平面波导，将电磁能量悬空式而倾斜地导入IC16。同理，165-165’、162-162’、166-166’亦形成共平面波导，用以将电磁能量导出IC16。
图6显示根据本发明的另一种IC封装，一般称为反装晶片法(flip-chip)，是根据图1所示的IC封装加以改变而成。首先，将IC16之上下表面反转，信号端与接地端皆位于下表面。其次，将金属带11与金属带12延长其左右方向的宽度，使IC16所覆盖的范围中，中央部分位于原金属区15之上；左侧部分位于金属带11之上，右侧部分位于金属带12之上，且IC16不覆盖于任何通路孔上。IC16的输入信号端与金属带11接触，输出信号端与金属带12接触，而所有接地端皆与金属带区15接触，且对金属区15被IC16所覆盖部分适当地加以蚀刻，且前述些微的不连续性更可完全避免，传输特性更佳。
图7、图8与图9是利用本发明的IC封装的实验结果。其中图7与图8分别表示面积大小为2.5mm*3.2mm的基板，在微带线模式与共平面波导模式下的双埠离散参数(2-port scattering parameter)值(dB)。其数值的计算是采用频域积分方程法及格林阻抗函数(Green′s Impedance Function)分析微波封装在输入端与输出端为衔接(through)状态下的双埠离散参数。以图1为例，将IC16的信号端161与162以最短直线接在一起(短路)，且将接地端子(163、167)、(167、165)、(164、168)、(168、166)分别以最短直线接在一起。虽然上述基板大小(2.5mm*3.2mm)相当地大，但由图7与图8可知，本发明的IC封装仍然具有良好的微波封装特性(1)在迄于30GHz的操作频率范围内，输入端反射是数S11均保持在-15dB以下，表示反射回来的信号非常少；(2)在迄于30GHz的操作频率范围内，传输是数S21均保持在-1dB以上，表示绝大部分的信号均透过IC16而传输过去。比较两种工作模式可发现微带线模式之下的传输损耗较共平面波导模式下稍大。由图7与图8可知，本发明的IC封装在相当大的频率范围(迄于30GHz)，能成功地运用于微带线/共平面波导双重模式。
图9是采用典型的0.25μm GaAs PHEMT(Pseudomorphic High ElectronMobility Transistor)作为IC16植入上述大小的基板，并实测其共源极双埠离散参数，再将该离散参数转成电晶体的最大增益值Gmax。图9显示Gmax对于频率的变化曲线，该曲线的斜率相当符合于理论值的-6dB/octave，以外差的方式将曲线加以延伸亦可知所迄于30GHz的频率，Gmax值均在0dB以上，证明本发明的IC封装能够配合时下的微波/毫米波半导体技术，将封装后的工作频率升高至毫米波段。
在发明详细说明中所提出的具体的实施态样或实施例仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限制于该实施例，在不超出本发明的精神及以下的权利要求范围的情况，可作种种变化实施。
权利要求
1.一种双重模式微波/毫米波集成电路封装，包含上表面、下表面与介于该上下表面之间的基板，该上表面包含上方左金属带与上方右金属带，分布区域分别由上表面的左缘与右缘的约中央位置朝上表面的中心点延伸一段距离所形成的带状区域，该左金属带与右金属带分别在上表面的左缘与右缘有通路孔连接至该下表面；左绝缘带与右绝缘带，均为细长状而具有甚小的面积，分别位于该上方左金属带与右金属带的外侧；上方中间金属区，分布于上表面除了该上方左金属带、上方右金属带、左绝缘带及右绝缘带外的所有区域，该中间金属带分别在上表面的左缘之上下两侧，与右缘之上下两侧，以及水平方向约略中间位置处有通路孔连接于该下表面；IC晶片，置于该上表面上的约略中央位置，晶片所覆盖的范围全部位于该上方中间金属区内，且不覆盖于任何通路孔上，信号端与接地端位于该晶片之上表面，有若干焊线分别由该上表面出发而接至该上方左金属带、该上方右金属带、该上方中间金属区；胶质材料部，覆盖于该IC晶片与该等焊线之上，用以将该IC晶片固定；塑胶部，以注模的方式形成于该胶质材料部之上，该上表面包含第一、第二及第三下方左金属带，分布区域分别由下表面的左缘之上侧、中间部分、下侧朝下表面的右侧延伸一段距离所形成的带状区域，各金属带分别有通路孔连接至该上方中间金属区、上方左金属带、上方中间金属区；第一、第二及第三下方右金属带，分布区域分别由下表面的右缘之上侧、中间部分、下侧朝下表面的左侧延伸一段距离所形成的带状区域，各金属带分别有通路孔连接至该上方中间金属区、上方右金属带、上方中间金属区；下方中间金属区，分布于上表面水平方向约略中间位置之上缘与下缘之间，有通路孔连接至该上方的中间金属区。
2.如权利要求1的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该上方中间金属区有两个通路孔连接至该下方中间金属区。
3.如权利要求1的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该IC晶片上的焊线分为三类(1)输入信号用焊线是由该IC晶片上表面的输入信号端连接至该上方左金属带距离最近之处；(2)输出信号用焊线是由该IC晶片上表面的输出信号端连接至该上方右金属带距离最近之处；(3)接地用焊线是由该IC晶片上表面的接地端连接于距离该上方左金属带或右金属带的焊接点最近之上方中间金属区的点。
4.如权利要求3的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该接地用焊线还包含由该IC晶片上表面的接地端以最短的焊线连接于该上方中间金属区。
5.如权利要求1的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该基板为多层板的结构，可将电路设计于其上，并利用通路孔与该IC晶片结合成一模组。
6.一种双重模式微波/毫米波集成电路封装，包含上表面与下表面，该上表面包含上方左金属带与上方右金属带，分布区域分别由上表面的左缘与右缘的约中央位置朝上表面中心点延伸一段距离所形成的带状区域，该左金属带与右金属带分别在上表面的左缘与右缘有通路孔连接至该下表面；左绝缘带与右绝缘带，均为细长状而具有甚小的面积，分别位于该上方左金属带与右金属带的外侧；上方中间金属区，分布于上表面除了该上方左金属带、上方右金属带、左绝缘带及右绝缘带外的所有区域，该中间金属带分别在上表面的左缘之上下两侧，与右缘之上下两侧，以及水平方向约略中间位置处有通路孔连接至该下表面；IC晶片，置于该上表面上的约略中央位置，信号端与接地端位于该晶片的下表面，晶片所覆盖的范围中，中央部分位于该上方中间金属区之上，左侧部分位于该上方左金属带之上，右侧部分位于该上方右金属带之上，且不覆盖于任何通路孔上，该IC晶片的输入信号端与该上方左金属带接触，输出信号端与该上方右金属带接触，而所有接地端皆与该上方中间金属区接触，且对应该上方中间金属区接触被该IC晶片所覆盖部分适当地加以蚀刻，以防该IC晶片表面电路短路；胶质材料部，覆盖该IC晶片之上，用以将该IC晶片固定；塑胶部，以注模的方式形成于该胶质材料部之上，该下表面包含第一、第二及第三下方左金属带，分布区域分别由下表面的左缘之上、中间部分、下侧朝下表面的右侧延伸一段距离所形成的带状区域，分别有通路孔连接至该上方中间金属区、上方左金属带、上方中间金属区；第一、第二及第三下方右金属带，分布区域分别由下表面的右缘之上侧、中间部分、下侧朝下表面的左侧延伸一段距离所形成的带状区域，分别有通路孔连接至该上方中间金属区、上方右金属带、上方中间金属区；下方中间金属区，分布于下表面水平方向约略中间位置之上缘与下缘之间，有通路孔连接至该上方中间金属区。
7.如权利要求6的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该上方中间金属区有两个通路孔连接至该下方中间金属区。
8.如权利要求6的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该IC晶片的输入信号端与该上方左金属带接触，输出信号与该上方右金属带接触，所有接地端皆与该上方中间金属区接触。
9.如权利要求6的双重模式微波/毫米波集成电路封装，其中该基板为多层板的结构，可将电路设计于其上，并利用通路孔与该IC晶片结合成一模组。
全文摘要
本发明关于一种双重模式微波/毫米波集成电路封装,具有成本低、工作频率高、散热快、可靠度高等诸优点,尤其值得一提者,本发明的封装结构可提供微带线模式与共平面波导两种工作方式,此是任何习知的微波IC封装结构无法达成的。
文档编号H01L23/02GK1197286SQ9710379
公开日1998年10月28日 申请日期1997年4月18日 优先权日1997年4月18日
发明者庄晴光 申请人:庄晴光