[發明專利]片上多金屬互聯層組合天線

有效

• 申請號: 200710173270.2
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101227026A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 吳琦;金榮洪;耿軍平;葉聲;毛軍發
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/00;H01Q21/30
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種集成電路技術領域的天線，具體是一種片上多金屬互聯層組合天線。

背景技術

隨著微電子工藝的不斷發展，集成電路元件規模如莫爾定律所述成幾何級數增長。新近，微米、亞微米工藝的成熟和應用，使人們越發關注互連線的信號完整性問題，即全局互連傳輸延遲問題、互連線功耗問題以及互連線可靠性等問題。基于上述考慮，不少學者提出采用無線互連的方式代替現有的互連線系統，即采用片上集成天線、功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、編解碼器(Coder/Decoder)等組件的無線收發系統來實現諸如局部互連、全局互聯、全局時鐘線以及數據傳輸線等功能。高性能片上天線是高速集成電路和無線互聯的關鍵技術之一。傳統的偶極子天線、折線天線、PIFA天線和縫隙天線等系統普遍存在天線尺寸較大、傳輸性能不佳、性能易受附近金屬元器件影響以及性能易受封裝結構影響等問題。

經對現有技術的文獻檢索發現，基于CMOS工藝的片上天線，特別是應用于無線互聯的片上天線是現代集成電路技術中研究的熱點之一，J.Branch等人在2005年2月發表在電氣與電子工程學會電子器件快報(IEEE?Electron?DeviceLetters)第二期的文章：使用硅基集成天線進行封裝內無線通信(WirelessCommunication?in?a?Flip-Chip?Package?using?Integrated?Antennas?on?SiliconSubstrate)，提出采用片上細線偶極子天線進行時鐘線通信，然而由于片上天線性能的限制，該系統通信傳輸損耗很大，效率較低；T.Kikkawa等人在2005年10月發表在電氣與電子工程學會電子器件快報(IEEE?Electron?Device?Letters)第十期的文章：用于甚大規模集成電路無線互聯的硅基集成分形偶極子的超寬帶特性(Ultrawideband?Characteristics?of?Fractal?Dipole?Antennas?Integratedon?Si?for?ULSI?Wireless?Interconnects)，提出采用矩形分形偶極子天線來進行超寬帶無線互聯，但是該天線尺寸較大，占據了大量寶貴的芯片面積，因此實用性不高；K.Ohashi等人在2007年4月發表在日本應用物理雜志(JapaneseJournal?of?Applied?Physics)的文章：用于疊層多芯片封裝內無線信號傳輸的片上八木天線(On-chip?Yagi-Uda?Antenna?for?Horizontal?Wireless?SignalTransmission?in?Stacked?Multi?Chip?Packaging)，提出了一種片上八木天線，獲得了較高的傳輸增益，然而該天線尺寸較大，無法實際應用于片上無線互聯。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種多金屬互聯層組合天線，有效地縮小天線的尺寸，拓寬天線的工作帶寬，并大幅提高其在無線互聯中的傳輸增益，并且不占用任何額外的芯片面積。本發明天線與主流CMOS工藝全面兼容，適用于各種電阻率的硅基片，且不需要額外的阻抗匹配部件，同時也適用于多層低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝，具有廣泛的工藝適應性。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：多金屬互聯層輻射元件、饋電穿孔、短路穿孔、二氧化硅層和硅基片。所述硅基片在最下方，其上方是二氧化硅層，二氧化硅層上方是多金屬互聯層輻射元件、饋電穿孔和短路穿孔。所述多金屬互聯層輻射元件中心與饋電穿孔相連，兩端與短路穿孔相連，形成多金屬互聯層組合天線。

所述多金屬互聯層輻射元件由n層金屬互聯層結構組合而成，每層的金屬結構可以相同，也可以不同。上述層數n是小于或等于半導體工藝的最大金屬互聯層層數的任意整數。

所述多金屬互聯層輻射元件可以是直線極子結構，也可以是折線極子結構。

所述饋電穿孔與多金屬互聯層輻射元件中心相連，使多金屬互聯層輻射元件的n層金屬互聯層結構相連。饋電穿孔同時也負責多金屬互聯層組合天線的饋電，可以與片上集成的功率放大器或者低噪放相連。

所述短路穿孔與多金屬互聯層輻射元件兩端相連，使所述多金屬互聯層輻射元件兩端電平相等。

所述二氧化硅和硅基片都是CMOS集成電路中的必需組件。

本發明通過調節多金屬互聯層的層數n、每層的幾何形狀共可調整組合天線的性能。層數n可以根據不同廠家的工藝自由選擇，可以使用全部的金屬互聯層，也可以使用部分的金屬互聯層。