[發明專利]一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置及其設計方法

有效

• 申請號: 202011295106.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112530910B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 金城;呂奇皓;張彬超;陳建宏;黎亮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01L23/66
• 分類號: H01L23/66;H01L21/52
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

本發明公開了一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置及其設計方法，解決了利用在波導屏蔽腔體外部直流電路對集成封裝于金屬波導內部的芯片進行集成、控制的問題，并降低了傳輸中的電磁波損耗。本發明先確定該芯片工作的頻率范圍，根據此設計金屬波導內部的空氣腔的尺寸；接著設計電磁帶隙波導結構的參數，包括周期性長方形金屬柱的高度h，底面邊長w和周期距離p，使得在空腔里傳播的電磁波無法從兩側泄露，且h與空氣腔的高度一致，同時尺寸滿足易于加工的要求；最后根據芯片的尺寸，在電磁帶隙波導結構中的預留空槽中鑲嵌入芯片，并將芯片控制引線從空氣腔內部途經周期性長方形金屬柱之間的空隙引出，連接至PCB控制電路板上。

技術領域

本發明屬于芯片集成設計的技術領域，具體涉及一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置及其設計方法。

背景技術

隨著對電磁波譜的不斷探索，人類對電子學和光學獲得了充分的認識，并且通過對電子學和光學的研究，研發了各種微波、毫米波和光波器件。由于微波、毫米波器件的成本較高，之前主要應用于軍事，然而隨著高速寬帶無線通信、汽車輔助駕駛、安檢、醫學檢測等應用領域的快速發展，近年來微波、毫米波在民用領域也得到了廣泛的研究和應用。微波、毫米波頻段具有工作波長短，可以有效減小器件及系統的尺寸；其次，微波、毫米波頻段有著豐富的頻譜資源，可以勝任未來超高速通信的需求。此外，由于波長短，微波毫米波頻段用在雷達、成像等方面有著更高的分辨率。到目前為止，人們已開展了大量的研究，在通信、成像以及雷達等系統已得到廣泛的應用。值得一提的是，在這些系統中，芯片在對系統實時控制和完成數據高速處理等方面發揮了重要作用。另一方面，通信和雷達系統的快速發展對電磁波傳輸損耗提出了更高的要求，人們更多地采用金屬波導結構以解決電磁波在傳播時的高損耗問題。然而，傳統金屬波導結構由于存在密閉腔體，使得其與芯片集成時，位于波導腔體內部的芯片難以通過直流引線連接到腔體外控制電路，這就使得實現電磁波低損耗與系統實時控制仍然是一個難以解決的問題。因此，目前亟需一種在金屬波導結構下，能夠將內部芯片與外部控制電路連接，對芯片進行集成、控制，且降低傳輸中電磁波損耗的方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置及其設計方法，解決了在波導屏蔽腔體外部直流電路對集成封裝于金屬波導內部的芯片進行集成、控制的問題，并降低了傳輸中的電磁波損耗。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

本發明提出了一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置，包括：芯片、電磁帶隙波導和控制電路。

芯片長為l，寬為w，厚度為t；

電磁帶隙波導包括空氣腔、空腔下方的下方金屬板、空氣腔兩側的周期性金屬柱體和空氣腔上方的上方金屬板；周期性金屬柱由長方體金屬柱組周期排布組成，長方體金屬柱的底面邊長為w，高度為h，兩兩之間的周期距離為p。

控制電路打印在PCB板上，經直流控制引線在長方體金屬柱的間隙中通過，與芯片連接。

在空氣腔上方的上方金屬板的金屬壁上挖出與芯片等尺寸的空氣槽型結構，用于將芯片固定在內部。

進一步的，芯片在不同的應用場景下，替換為對應實現功能的芯片。

進一步的，電磁帶隙波導的材料為鋁，直流控制引線的材料為銅。

進一步的，PCB板的材料為FR-4，芯片的材料視功能與用途而定。

本發明提出一種用于芯片三維封裝的金屬波導裝置的設計方法，針對任一所述的金屬波導裝置，采用如下步驟進行設計：

步驟一、確定所需封裝芯片的工作頻率范圍，根據頻率范圍確定金屬波導結構的空氣腔的尺寸，同時參考標準波導尺寸表。