ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА, УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ЧЕРЕЗ ДИЭЛЕКТРИК, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ЧЕРЕЗ ДИЭЛЕКТРИК
SEMICONDUCTOR DEVICE, METHOD TO MANUFACTURE SEMICONDUCTOR DEVICE, DEVICE TO TRANSMIT SIGNALS OF MILLIMETRE RANGE VIA DIELECTRIC, METHOD TO MANUFACTURE DEVICE AND SYSTEM TO TRANSMIT SIGNALS OF MILLIMETRE RANGE VIA DIELECTRIC

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к полупроводниковому прибору, способу изготовления полупроводникового прибора, устройству для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, способу изготовления устройства и системе передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Уровень техники
В последние годы в связи со значительным увеличением объема информации в движущихся изображениях, компьютерных изображениях и т.п.используются разнообразные устройства для передачи модулирующего сигнала, такого как сигнал миллиметрового диапазона с высокой скоростью. В таком устройстве передачи модулирующего сигнала с высокой скоростью важно передавать высокоскоростной модулирующий сигнал, такой как сигнал миллиметрового диапазона, без ошибок.
При этом, если рассматривать корпусированные полупроводниковые приборы для передачи модулирующего сигнала, во многих случаях полупроводниковый кристалл, включающий множество схемных компонентов, выполненных на полупроводниковом элементе для создания большой электронной схемы, загерметизирован в небольшом корпусе, имеющем большое число выводов (клемм).
На Фиг.38А представлен вид сверху, иллюстрирующий пример конфигурации известного корпусированного полупроводникового прибора 1, а Фиг.38В представляет вид в разрезе по линии X3-X3 на Фиг.38А. Корпусированный полупроводниковый прибор 1, показанный на Фиг.38А, включает в себя полупроводниковый кристалл 2 и промежуточную подложку 4.
Полупроводниковый кристалл 2 смонтирован на промежуточной подложке 4 и включает в себя электрическую схему для передачи модулирующего сигнала. Этот полупроводниковый кристалл 2 имеет на поверхности несколько электродных площадок 3. Промежуточная подложка 4 имеет на поверхности обратной стороны несколько электродных клемм 5. Эти электродные клеммы 5 являются клеммами для электрического соединения с монтажной подложкой, на которую устанавливают корпусированный полупроводниковый прибор 1, и служат для соединения с источником питания, заземлением и для ввода/вывода электрических сигналов. Промежуточная подложка 4 соединяет электродные площадки 3 полупроводникового кристалла с электродными клеммами 5. Электродные площадки 3 полупроводникового кристалла 2 соединены с электродами 6 выводов посредством проволочных перемычек 7.
Кроме того, промежуточная подложка 4 имеет на поверхности электроды 6 выводов, соответствующие электродным площадкам 3. Электроды 6 выводов соединены с электродными клеммами 5 посредством рисунка электрических проводников на промежуточной подложке 4. Обычно для соединения полупроводникового кристалла 2 с промежуточной подложкой 4 используют выводные рамки или проволочные перемычки 7. В противном случае применяется способ обращенного монтажа с использованием припойных шариковых выводов. При использовании способа обращенного монтажа на задней поверхности полупроводникового кристалла 2 и на поверхности промежуточной подложки 4 выполняют выступающие электроды 9 (контактные столбики: припойные шариковые выводы) и соединяют полупроводниковый кристалл 2 с промежуточной подложкой 4 через эти припойные шариковые выводы.
Полупроводниковый кристалл 2 и проволочные перемычки 7, смонтированные на промежуточной подложке 4, заливают и герметизируют литьевым полимерным компаундом 8. Этот литьевой полимерный компаунд 8 является диэлектрическим материалом, а основная цель такой герметизирующей заливки состоит в защите полупроводникового кристалла 2 в корпусе и соединительных проводников, использующих проволочные перемычки 7. Такой корпусированный полупроводниковый прибор 1 для использования обычно монтируют на поверхности монтажной подложки, такой как печатная плата. Корпусированный полупроводниковый прибор 1 электрически соединяют с этой же печатной платой или с электрической схемой другой печатной платы.
В общем случае, для создания электрических проводников в печатной плате часто применяют многослойную подложку, чтобы увеличить число таких проводников. При изготовлении многослойной подложки выполняют рисунок электрических проводников на тонкой диэлектрической подложке, прикрепляют эти рисунки проводников один к другому, наложив их один на другой, и соединяют проводники каждого слоя один с другим через сквозные отверстия. В слоях многослойной подложки на каждой диэлектрической подложке установлены соединители, а электрические соединения проводников выполнены посредством непосредственного соединения соединителей или кабельных соединений между соединителями.
Фиг.39 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации электронного устройства 700, включающего установленные один на другой корпусированные полупроводниковые приборы 1а и 1b. Электронное устройство 700, показанное на Фиг.39, содержит корпус 12, внутри которого расположены два корпусированных полупроводниковых прибора 1а и 1b, монтажные подложки 10а и 10b, шасси 11, соединители 14 и кабели 15.
Корпусированный полупроводниковый прибор 1а смонтирован на нижней подложке 10а, а корпусированный полупроводниковый 1b смонтирован на верхней подложке 10b. Эти корпусированные полупроводниковые приборы 1а и 1b прикреплены к шасси 11, так что поверхности этих корпусированных полупроводниковых приборов 1а и 1b приведены в контакт с шасси. Это позволяет отводить к шасси 11 тепло, выделяющееся во время работы в корпусированных полупроводниковых приборах 1а и 1b. Указанные две подложки 10а и 10b прикреплены к шасси 11. Шасси 11 далее прикреплено к корпусу 12. Для крепления подложек 10а и 10b к шасси 11 и крепления этого шасси 11 к корпусу использованы резьбовые элементы 13. В качестве материала шасси 11 можно использовать металл, твердую пластмассу или другой подобный материал. Более того, передача данных между корпусированными полупроводниковыми приборами 1а и 1b осуществляется путем создания соединителей 14 на нижней подложке 10а и на верхней подложке 10b и соединения этих соединителей 14 одного с другим с использованием кабелей 15.
Применительно к электронному устройству 700 для передачи/приема сигнала миллиметрового диапазона. Патентная Литература 1 описывает диэлектрический волновод. Этот диэлектрический волновод содержит пару главных электропроводных слоев, два ряда групп сквозных отверстий и дополнительный электропроводный слой. Главные электропроводные слои расположены параллельно один другому, а между ними находится диэлектрик. Группы сквозных отверстий расположены таким образом, чтобы можно было электрически соединить главные электропроводные слои один с другим с интервалами между точками соединения не более критической длины волны в направлении передачи сигнала. Дополнительный электропроводный слой соединен с группами сквозных отверстий и выполнен параллельно главным электропроводным слоям. В диэлектрическом волноводе при передаче электрического сигнала через область волновода, окруженную главными электропроводными слоями, группами сквозных отверстий и дополнительным электропроводным слоем, по меньшей мере в одном из главных электропроводных слоев выполнена щель для электромагнитной связи с высокочастотной линией передачи. Эта высокочастотная линия передачи включает микрополосковую линию передачи, расположенную напротив указанной щели. Когда диэлектрический волновод выполнен описанным выше способом, этот волновод может быть легко электромагнитно связан с другой высокочастотной линией передачи, так что между волноводом и линией возможна передача сигнала. Кроме того, можно создать волноводную линию передачи, обладающую стабильными характеристиками в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.
Перечень литературы
Патентная Литература
Патентная Литература 1: JP 2004-104816 А (стр.4, Фиг.1)
Краткое изложение существа изобретения
Техническая проблема
Однако применительно к известным электронным устройствам 700 для передачи/приема сигналов миллиметрового диапазона имеют место следующие проблемы.
i. В электронном устройстве 700 корпусированные полупроводниковые приборы 1а и 1b, показанные на Фиг.39, прикреплены к шасси 11, так что поверхности этих корпусированных полупроводниковых приборов 1а и 1b приведены в контакт с шасси 11, а соединители 14, выполненные на нижней подложке 10а и верхней подложке 10b, соединяет кабель 15. Более того, между корпусированными полупроводниковыми приборами 1а и 1b осуществляется передача данных. Однако при увеличении объема данных, обрабатываемых в электронном устройстве, число электрических проводников, соединенных с корпусированными полупроводниковыми приборами 1а и 1b, может увеличиваться.
Например, в корпусированном полупроводниковом приборе, используемом в качестве запоминающего устройства, при увеличении размерности данных от 32 бит до 64 бит, ширина адреса также увеличивается. Вследствие этого возрастает число электродных клемм 5 в корпусированных полупроводниковых приборах 1а и 1b. Таким образом, может возникнуть проблема, состоящая в увеличении размеров корпуса. Это, в частности, обусловлено тем фактом, что размер электродной клеммы 5 на промежуточной подложке 4 увеличен по сравнению с размером электродной площадки 3 на полупроводниковом кристалле 2.
ii. Поскольку число электрических проводников в подложке 10, соединенных с корпусированным полупроводниковым прибором 1а, увеличивается, становится все более необходимо использовать многослойную структуру в подложке 10. Вследствие этого может проявиться проблема увеличения стоимости.
iii. Подложки 10а и 10b используют многослойную структуру, что ведет к увеличению числа соединителей 14, необходимых для соединения нижней подложки 10а с верхней подложкой 10b, и числа выводов кабеля 15. В результате может возникнуть проблема, состоящая в том, что физические размеры соединителя 14 и кабеля 15 увеличиваются, форма соединителя 14 и кабеля 15 усложняется, надежность соединителя 14 и кабеля 15 уменьшается, а стоимость устройства растет.
iv. Поскольку многослойная структура приводит к использованию множества соединителей 14 и кабелей 15, конфигурация, форма и расположение подложек 10а и 10b, шасси 11 и корпуса 12 в электронном устройстве оказываются усложнены. Вследствие этого может возникнуть проблема, состоящая в увеличении стоимости изготовления, увеличении числа сборочных операции и возрастании сложности операций сборки.
v. В дополнение к этому можно рассмотреть случай, когда электронное устройство для передачи/приема сигналов миллиметрового диапазона выполнено с использованием диэлектрического волновода, описанного в Патентной Литературе 1.
В этом случае в конструкции показанного на Фиг.39 электронного устройства 700, включающего расположенные один над другим корпусированные полупроводниковые приборы 1а и 1b, была рассмотрена замена соединителя 14 и кабеля 15 диэлектрическим волноводом. Однако даже если соединитель 14 и кабель 15 заменить диэлектрическим волноводом, может возникнуть проблема, связанная с тем, что трудно передать высокоскоростной модулирующий сигнал, такой как сигнал миллиметрового диапазона, без ошибок.
Настоящее изобретение было сделано с учетом указанных выше проблем и направлено на создание конструктивно простой системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, которая бы не зависела ни от соединителей, имеющих некоторое число клемм, ни от кабелей, требующих относительно большой площади для монтажа. Целью настоящего изобретения является создание полупроводникового прибора, способа изготовления такого прибора, устройства для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, способа изготовления устройства и системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Решение проблемы
Согласно первому аспекту настоящего изобретения для достижения указанной выше цели предложен полупроводниковый прибор, включающий в себя полупроводниковый кристалл, расположенный на подложке и выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне; антенную структуру, соединенную с полупроводниковым кристаллом; изоляционный элемент, выполненный так, чтобы закрывать полупроводниковый кристалл; и элемент для пропускания миллиметровых волн, выполненный из диэлектрического материала, включающего в себя диэлектрик, способный пропускать сигнал миллиметрового диапазона, и соответствующий антенной структуре.
Когда антенная структура закрыта изоляционным элементом, этот изоляционный элемент включает в себя диэлектрик, способный пропускать сигнал миллиметрового диапазона. Например, в случае конфигурации, в которой в одном корпусе смонтированы несколько полупроводниковых кристаллов, выполненных с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, и в которой вся антенная структура также закрыта изоляционным элементом, этот изоляционный элемент, закрывающий полупроводниковые кристаллы, служит элементом для пропускания миллиметровых волн, позволяющим осуществлять передачу сигналов миллиметрового диапазона между множеством полупроводниковых кристаллов.
При использовании полупроводниковых приборов согласно настоящему изобретению, если два таких полупроводниковых прибора, имеющих одинаковую конфигурацию и способных передавать сигналы миллиметрового диапазона согласно настоящему изобретению, привести в контакт один с другим так, чтобы их элементы для пропускания миллиметровых волн оказались между ними, и включить эти полупроводниковые приборы, можно передавать сигнал миллиметрового диапазона от одного полупроводникового прибора к другому полупроводниковому прибору.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения для достижения указанной выше цели предложено устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона, включающее в себя: первый полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона и включающий в себя полупроводниковый кристалл, расположенный на одной подложке и выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру, соединенную с полупроводниковым кристаллом, и изоляционный элемент, выполненный так, чтобы закрывать полупроводниковый кристалл; второй полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона и включающий в себя полупроводниковый кристалл, расположенный на другой подложке и выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру, соединенную с полупроводниковым кристаллом, и изоляционный элемент, выполненный так, чтобы закрывать полупроводниковый кристалл; и элемент для пропускания миллиметровых волн, выполненный из диэлектрического материала, включающего в себя диэлектрик, выполненный с возможностью пропускать сигнал миллиметрового диапазона, и расположенный между первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором, причем первый полупроводниковый прибор и второй полупроводниковый прибор смонтированы так, что элемент для пропускания миллиметровых волн расположен между ними для обеспечения передачи сигнала миллиметрового диапазона между антенной структурой первого полупроводникового прибора и антенной структурой второго полупроводникового прибора.
При использовании устройства для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению обеспечивается передача сигнала миллиметрового диапазона от первого полупроводникового прибора ко второму полупроводниковому прибору через элемент для пропускания миллиметровых волн, расположенный между первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения для достижения указанной выше цели предложен способ изготовления полупроводникового прибора, содержащий этапы, на которых; изготавливают на подложке полупроводниковый кристалл, выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне; соединяют с созданным на подложке полупроводниковым кристаллом антенную структуру; изолируют полупроводниковый кристалл путем закрытия полупроводникового кристалла изоляционным элементом; и согласуют антенную структуру с элементом для пропускания миллиметровых волн, использующим диэлектрический материал, включающий в себя диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения для достижения указанной выше цели предложен способ изготовления устройства для передачи сигналов миллиметрового диапазона, содержащий этапы, на которых: формируют первый полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, путем расположения на подложке полупроводникового кристалла, выполненного с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, соединяют с кристаллов антенную структуру и закрывают полупроводниковый кристалл изоляционным элементом, формируют второй полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, путем расположения на другой подложке полупроводникового кристалла, выполненного с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, соединяют антенную структуру с кристаллом и закрывают полупроводниковый кристалл изоляционным элементом; и формируют элемент для пропускания миллиметровых волн между первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором с использованием диэлектрического материала, включающего в себя диэлектрик, выполненный с возможностью передавать сигнал миллиметрового диапазона, причем при формировании элемента для пропускания миллиметровых волн первый и второй полупроводниковые приборы монтируют через элемент для пропускания миллиметровых волн, так чтобы сигнал миллиметрового диапазона передавался между антенной структурой первого полупроводникового прибора и антенной структурой второго полупроводникового прибора.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения для достижения указанной выше цели предложена система передачи сигнала миллиметрового диапазона через диэлектрик, включающая в себя: первый полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик и включающий в себя полупроводниковый кристалл, расположенный на подложке одного электронного устройства и выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру, соединенную с полупроводниковым кристаллом, и изоляционный элемент, выполненный так, чтобы закрывать полупроводниковый кристалл электронного устройства; второй полупроводниковый прибор, выполненный с возможностью передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик и включающий в себя полупроводниковый кристалл, расположенный на подложке другого электронного устройства и выполненный с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру, соединенную с полупроводниковым кристаллом, и изоляционный элемент, выполненный так, чтобы закрывать полупроводниковый кристалл электронного устройства; и элемент для пропускания миллиметровых волн, выполненный из диэлектрического материала, включающего в себя диэлектрик, выполненный с возможностью пропускать сигнал миллиметрового диапазона, и помещенный между первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором, причем указанные одно электронное устройство и другое электронное устройство контактируют друг с другом через указанный элемент для пропускания миллиметровых волн для обеспечения передачи сигнала миллиметрового диапазона между антенной структурой первого полупроводникового прибора и антенной структурой второго полупроводникового прибора.
Как описано выше, в любом аспекте согласно настоящему изобретению первый и второй полупроводниковые приборы, включающие в себя полупроводниковые кристаллы, выполненные с возможностью осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, расположены таким образом, что их антенные структуры обращены друг к другу, так что между этими структурами находится диэлектрический тракт передачи сигналов. Вследствие этого можно передавать сигнал миллиметрового диапазона от первого полупроводникового прибора второму полупроводниковому прибору по диэлектрическому тракту передачи сигналов, созданному между этими первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором и способному пропускать сигнал миллиметрового диапазона. В дополнение к этому можно легко построить систему передачи сигнала миллиметрового диапазона через диэлектрик, не зависящую от соединителя с большим числом контактов и плоского кабеля с печатными проводниками, требующего большой площади для монтажа.
Любой аспект настоящего изобретения, имеющий описанную выше конфигурацию, можно применить, например, к системе связи в миллиметровом диапазоне, передающей сигнал миллиметрового диапазона с частотой несущей от 30 ГГц до 300 ГГц, который передает движущееся изображение (кинофильм), компьютерное изображение и т.п. с высокой скоростью.
Полезные результаты изобретения
В соответствии с конструкцией полупроводникового прибора и способом его изготовления согласно настоящему изобретению антенная структура соединена с полупроводниковым кристаллом. Кроме того, предложен элемент для пропускания миллиметровых волн, выполненный из диэлектрического материала, включающего в себя диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона, и совмещенный с антенной структурой. Когда вся антенная структура закрыта изоляционным элементом, изоляционный элемент, закрывающий полупроводниковый кристалл, также включает в себя диэлектрик, способный пропускать сигнал миллиметрового диапазона, для образования диэлектрического тракта передачи сигналов.
При такой конфигурации два полупроводниковых прибора, имеющих одинаковую конфигурацию и способных передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению могут контактировать друг с другом через расположенные между ними элементы для пропускания миллиметровых волн и работать в таком состоянии. Следовательно, можно передать сигналы миллиметрового диапазона от одного полупроводникового прибора другому полупроводниковому прибору. Более того, можно добиться передачи данных с высокой скоростью между полупроводниковыми приборами.
Таким образом, можно легко построить устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное передавать сигналы миллиметрового диапазона с использованием простой и недорогой конфигурации в одном или в двух направлениях без зависимости от соединителя с большим числом контактов и плоского кабеля с печатными проводниками, требующего большой площади для монтажа.
В соответствии с конструкцией полупроводникового прибора и способом его изготовления согласно настоящему изобретению антенные структуры первого и второго полупроводниковых приборов, имеющих соответственно полупроводниковые кристаллы, способные осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, расположены так, что между ними находится элемент для пропускания миллиметровых волн.
В такой конфигурации можно передавать сигналы миллиметрового диапазона от первого полупроводникового прибора второму полупроводниковому прибору через элемент для пропускания миллиметровых волн, расположенный между этими первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором и способный пропускать сигналы миллиметрового диапазона. Таким образом, можно легко построить систему передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик в одном или в двух направлениях независимо от соединителя с большим числом контактов и плоского кабеля с печатными проводниками, требующего большой площади для монтажа.
В системе передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению первый полупроводниковый прибор, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, сформирован на подложке одного электронного устройства и второй полупроводниковый прибор, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, сформирован на подложке другого электронного устройства. Между этими первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором расположен элемент для пропускания миллиметровых волн, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона, так что одно электронное устройство и другое электронное устройство контактируют одно с другим для передачи сигналов миллиметрового диапазона между антенной структурой первого полупроводникового прибора и антенной структурой второго полупроводникового прибора через элемент для пропускания миллиметровых волн.
В такой конфигурации можно передавать сигналы миллиметрового диапазона от первого полупроводникового прибора второму полупроводниковому прибору через элемент для пропускания миллиметровых волн, расположенный между первым полупроводниковым прибором и вторым полупроводниковым прибором и способный пропускать сигналы миллиметрового диапазона. Таким образом, можно осуществлять связь между одним электронным устройством и другим электронным устройством без зависимости от кабеля связи и аналогичных компонентов для соединения этих двух электронных устройств одного с другим.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20 в качестве первого варианта осуществления согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример внутренней конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.3А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.3В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.3С представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.3D представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.3Е представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20;
Фиг.4 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту осуществления;
Фиг.5 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример сборки устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.6 представляет блок-схему, иллюстрирующую пример внутренней конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.7 представляет вид в перспективе, иллюстрирующий увеличенное изображение примера конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на Фиг.4;
Фиг.8 представляет пояснительную схему, иллюстрирующую пример имитационной модели для проверки характеристик передачи и характеристик отражения устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.9 представляет график, иллюстрирующий пример моделирования характеристик устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.10 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации устройства 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему варианту осуществления;
Фиг.11 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20 с согласно четвертому варианту осуществления;
Фиг.12А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20 с;
Фиг.12В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20 с;
Фиг.12С представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20 с;
Фиг.12D представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20 с;
Фиг.13 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру этажерочного типа «корпус на корпусе» (Package on Package (POP));
Фиг.14 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру типа POP;
Фиг.15 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно пятому варианту осуществления;
Фиг.16А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 1 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.16В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 1 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.17А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 2 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.17В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 2 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.17С представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 2 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.18А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 3 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.18В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример 3 изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик;
Фиг.19А представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации системы 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно шестому варианту осуществления;
Фиг.19В представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации системы 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно шестому варианту осуществления;
Фиг.20А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления электронного устройства 601;
Фиг.20В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления электронного устройства 601;.
Фиг.21А представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления электронного устройства 602;
Фиг.21В представляет технологическую схему, иллюстрирующую пример изготовления электронного устройства 602;
Фиг.22А представляет схему, поясняющую сравнительный пример для седьмого варианта осуществления;
Фиг.22В представляет схему, поясняющую сравнительный пример для седьмого варианта осуществления;
Фиг.23А представляет схему, поясняющую общий вид конфигурации корпусированного полупроводникового прибора в седьмом варианте осуществления;
Фиг.23В представляет схему, поясняющую общий вид конфигурации корпусированного полупроводникового прибора в седьмом варианте осуществления;
Фиг.24А представляет схему, поясняющую подробный пример антенной структуры в корпусированном полупроводниковом приборе в седьмом варианте осуществления;
Фиг.24В представляет схему, поясняющую размеры каждой части, антенны, используемой в корпусированном полупроводниковом приборе в седьмом варианте осуществления;
Фиг.24С представляет схему, поясняющую характеристики каждой части антенны, используемой в корпусированном полупроводниковом приборе в седьмом варианте осуществления;
Фиг.25А представляет вид сверху, подробно поясняющий пример корпусированного полупроводникового прибора согласно седьмому варианту осуществления, в котором применена антенная структура, изображенная на Фиг.24;
Фиг.25В представляет вид сверху, подробно поясняющий пример корпусированного полупроводникового прибора согласно седьмому варианту осуществления, в котором применена антенная структура, изображенная на Фиг.24;
Фиг.26 представляет график, иллюстрирующий пример 1 моделирования характеристик корпусированного полупроводникового прибора согласно седьмому варианту осуществления, показанного на Фиг.25;
Фиг.27 представляет график, иллюстрирующий пример 2 моделирования характеристик корпусированного полупроводникового прибора согласно седьмому варианту осуществления, показанного на Фиг.25;
Фиг.28 представляет график, иллюстрирующий пример 3 моделирования характеристик корпусированного полупроводникового прибора согласно седьмому варианту осуществления, показанного на Фиг.25;
Фиг.29А представляет схему, поясняющую сравнительный пример для восьмого варианта осуществления;
Фиг.29 В представляет схему, поясняющую сравнительный пример для восьмого варианта осуществления;
Фиг.30А представляет схему, поясняющую общий вид конфигурации системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик в восьмом варианте осуществления;
Фиг.30В представляет схему, поясняющую общий вид конфигурации системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик в восьмом варианте осуществления;
Фиг.31 представляет график, иллюстрирующий пример 1 моделирования характеристик системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно восьмому варианту осуществления, показанной на Фиг.30;
Фиг.32 представляет график, иллюстрирующий пример 2 моделирования характеристик системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно восьмому варианту осуществления, показанной на Фиг.30;
Фиг.33 представляет график, иллюстрирующий пример 3 моделирования характеристик системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно восьмому варианту осуществления, показанной на Фиг.30;
Фиг.34 представляет схему, поясняющую конструкцию корпусированного полупроводникового прибора согласно первому модифицированному примеру;
Фиг.35 представляет схему, поясняющую конструкцию корпусированного полупроводникового прибора согласно второму модифицированному примеру;
Фиг.36 представляет схему, поясняющую конструкцию корпусированного полупроводникового прибора и системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему модифицированному примеру;
Фиг.37 представляет схему, поясняющую конструкцию системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно четвертому модифицированному примеру;
Фиг.38А представляет вид сверху, иллюстрирующий пример конфигурации известного корпусированного полупроводникового прибора 1;
Фиг.38В представляет вид в разрезе по линии X3-X3, иллюстрирующий пример конфигурации известного корпусированного полупроводникового прибора 1; и
Фиг.39 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий пример конфигурации электронного устройства, включающего установленные в нем один на другой корпусированные полупроводниковые приборы 1.
Описание вариантов осуществления
Далее, полупроводниковый прибор, способ изготовления прибора, устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик и способ изготовления устройства согласно настоящему изобретению будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.
1. Первый вариант осуществления (корпусированный полупроводниковый прибор 20: пример конфигурации, пример внутренней конфигурации и технологическая схема).
2. Второй вариант осуществления (устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик: пример конфигурации, пример сборки, пример внутренней конфигурации, пример конфигурации в увеличенном виде, пример имитационной модели и пример характеристик).
3. Третий вариант осуществления (устройство 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик: пример конфигурации)
4. Четвертый вариант осуществления (корпусированный полупроводниковый прибор 20 с: пример конфигурации, пример изготовления/устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик: пример конфигурации и пример сборки).
5. Пятый вариант осуществления (устройство 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик: пример конфигурации и пример сборки)
6. Шестой вариант осуществления (система 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик: пример конфигурации/пример изготовления электронных устройств 201 и 202).
7. Седьмой вариант осуществления (передача сигналов миллиметрового диапазона между несколькими полупроводниковыми кристаллами в одном корпусе)
8. Восьмой вариант осуществления (Седьмой вариант + передача сигналов миллиметрового диапазона между разными корпусированными приборами)
9. Модифицированный пример (модифицированные примеры с первого по четвертый)
Первый вариант
Пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20
Пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20 будет описан ниже в качестве первого варианта согласно настоящему изобретению со ссылками на Фиг.1. Корпусированный полупроводниковый прибор 20, показанный на Фиг.1, представляет собой пример полупроводникового прибора. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20 может быть применен в системе передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, которая передает с высокой скоростью сигналы миллиметрового диапазона с частотой несущей от 30 ГГц до 300 ГГц с целью передачи движущегося изображения (кинофильма), компьютерного изображения и т.п. Система передачи сигналов миллиметрового диапазона включает цифровое устройство записи/воспроизведения, приемник наземного телевизионного вещания, сотовый телефон, игровой автомат, компьютер, аппаратуру связи и т.п.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20 включает в себя промежуточную подложку 4, литой блок 8 из полимерного компаунда, диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, позволяющий передавать сигналы миллиметрового диапазона, полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, и антенную структуру 32. Промежуточная подложка 4 составляет подложку для монтажа кристалла, а полупроводниковый кристалл 30 установлен на этой промежуточной подложке 4. В качестве промежуточной подложки 4 использован листовой элемент, изготовленный из термореактивной полимерной смолы с заданной относительной диэлектрической проницаемостью и медной фольги. Полупроводниковый. кристалл 30 осуществляет связь в миллиметровом диапазоне. Этот полупроводниковый кристалл 30 использует систему на основе большой интегральной схемы (БИС (LSI)), полученную путем соединения функционального блока 201 БИС (LSI) с генератором 202 сигнала, как показано на Фиг.2 (см. Фиг.2).
В дополнение к этому, аналогично известным конструкциям цепи клемм источника питания и других элементов, которые не преобразуют сигнал миллиметрового диапазона, проходят от электродных площадок 3 полупроводникового кристалла 30 к электродам 6 выводов через проволочные перемычки 7 и соединяются с электродами 5 клемм через промежуточную подложку 4.
Антенная структура 32 соединена с полупроводниковым кристаллом 30. В рассматриваемом примере антенная структура 32 выполнена на полупроводниковом кристалле 30 на промежуточной подложке 4. Эта антенная структура 32 включает антенную клемму 31, микрополосковую линию 33 передачи, антенну 39 и т.п. (см. Фиг.2).
Элементы корпусированного прибора - полупроводниковый кристалл 30, антенная структура 32 и т.п., расположенные на промежуточной подложке 4, закрыты литым блоком 8 из полимерного компаунда, в качестве примера изоляционного элемента, так что эти элементы корпусированного прибора оказываются изолированы (загерметизированы). В качестве материала литого блока 8 полимерного компаунда можно использовать, например, эпоксидную полимерную смолу с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. В известном корпусированном полупроводниковом приборе 1 между электродными площадками 3 полупроводникового кристалла 2, показанного на Фиг.39, и электродными клеммами 5 присоединен плоский кабель с печатными проводниками для передачи данных.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20 согласно настоящему изобретению антенная клемма 31 соединена проводником с полупроводниковой интегральной схемой, реализующей генератор 202 сигнала в составе полупроводникового кристалла 30. В такой конструкции часть электродных клемм 5 в известном корпусированном полупроводниковом приборе 1 заменена антенной структурой 32 в корпусированном полупроводниковом приборе 20 согласно настоящему изобретению. Вследствие этого можно уменьшить число электродных клемм 5.
Когда всю антенную структуру закрывают литым блоком 8 полимерного компаунда, этот литой блок 8 выполняют из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный пропускать сигнал миллиметрового диапазона, и выполняют так, чтобы он составил всю или только часть диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Когда рассматриваемый вариант не применяется, назначением литого блока 8 полимерного компаунда является защита полупроводникового кристалла внутри корпуса и проводников, использующих проволочные перемычки. Однако рассматриваемый вариант отличается тем, что в нем реализован диэлектрический тракт 21 передачи сигналов.
Диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона, выполнен на литом блоке 8 из полимерного компаунда, как обозначено штрих-пунктирной линией. Этот диэлектрический тракт 21 для передачи сигналов миллиметрового диапазона представляет собой пример, элемента для пропускания миллиметровых волн и включает в себя часть шасси 11, изготовленного из металла и диэлектрического материала с заданной относительной диэлектрической проницаемостью ε3, как показано на Фиг.3А-3Е. Диэлектрический материал включает диэлектрик, способный пропускать сигнал миллиметрового диапазона. В качестве такого диэлектрического материала можно использовать, например, элемент, включающий в себя диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы, на основе уретановой полимерной смолы, на основе эпоксидной полимерной смолы, на основе силиконовой полимерной смолы или на основе полиимидной полимерной смолы. Это шасси 11 составляет пример элемента, ограничивающего область, и выполнено со сквозными участками На, совмещенными с верхней частью антенной структуры 32. Сечение открытой части этих сквозных участков 11а может иметь круглую или прямоугольную форму. Глубина (высота) сквозных участков 11а в направлении толщины шасси 11 определяет (регулирует) длину диэлектрического тракта 21 передачи сигналов (волновода).
Возможная конфигурация этого диэлектрического тракта 21 не ограничивается направлением толщины шасси 11, так что он может быть ориентирован вдоль поверхности шасси 11. Диэлектрический материал может быть создан внутри сквозного участка 11а шасси 11 для образования тракта передачи электромагнитных волн в соответствии с сигналами миллиметрового диапазона через диэлектрик. Более того, конфигурация диэлектрического тракта 21 не ограничивается диэлектрическим материалом, выполненным в сквозном участке 11а шасси 11, так что часть литого блока 8 полимерного компаунда, герметизирующего полупроводниковый кристалл 30, может быть использована в качестве диэлектрического тракта 21 передачи сигналов.
Пример внутренней конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20
Ниже пример внутренней конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20 будет описан со ссылками на Фиг.2. Полупроводниковый кристалл 30, показанный на Фиг.2, включает функциональный блок 201 БИС (LSI), генератор 202 сигналов и блок 203 двунаправленной связи с антенной. Этот блок 203 связи с антенной составляет пример схемы связи сигнала или части ее. Здесь блок 203 связи с антенной означает в узком смысле блок для связи электронной схемы в полупроводниковом кристалле 30 с антенной расположенной внутри или вне этого кристалла. В широком смысле блок 203 связи с антенной обозначает блок для связи сигнала между полупроводниковым кристаллом и диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов.
Функциональный блок 201 БИС (LSI) имеет заданную функцию, выполняемую известным полупроводниковым кристаллом 2, показанным на Фиг.2. Например, функциональный блок 201 БИС (LSI) содержит схему для обработки изображения, данных звука и т.п., для передачи корреспонденту или схему для обработки изображения и данных звука, принимаемых от корреспондента.
Генератор 202 сигналов соединен с функциональным блоком 201 БИС (LSI).
Генератор 202 сигналов содержит блок 23 генерации сигнала нисходящего канала, составляющий, например, блок генерации первого сигнала, и блок 24 генерации сигнала восходящего канала, составляющий, например, блок генерации второго сигнала. Блок 23 генерации сигнала нисходящего канала включает параллельно-последовательный преобразователь 34, модулятор 35, преобразователь 36 частоты и усилитель 37 для генерации сигнала S миллиметрового диапазона посредством обработки входного сигнала Sin.
Параллельно-последовательный преобразователь 34 представляет собой пример первого преобразователя сигнала и преобразует параллельный входной сигнал Sin (данные) в передаваемый последовательный сигнал Ss (данные). Модулятор 35 соединен с параллельно-последовательным преобразователем 34. Этот модулятор 35 конфигурирован для модуляции последовательного передаваемого сигнала Ss. В качестве модулятора 35 используют, например, фазовый модулятор или частотный модулятор.
Преобразователь частоты 36 соединен с модулятором 35. Этот преобразователь 36 частоты осуществляет преобразование частоты передаваемого сигнала Ss, модулированного посредством модулятора 35, и генерирует сигнал S миллиметрового диапазона. Здесь сигнал S миллиметрового диапазона обозначает сигнал с частотой в диапазоне от 30 ГГц до 300 ГГц. Усилитель 37 соединен с преобразователем 36 частоты. Этот усилитель 37 конфигурирован для усиления сигнала S миллиметрового диапазона после преобразования частоты.
Усилитель 37 соединен с двунаправленным блоком 203 связи с антенной через антенную клемму 31 (не показана). Блок 203 связи с антенной передает сигнал S миллиметрового диапазона, генерируемый в блоке 23 генерации сигнала нисходящего канала, в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов и принимает сигнал S миллиметрового диапазона из диэлектрического тракта 21 передачи сигналов для передачи этого сигнала S миллиметрового диапазона в блок 24 генерации сигнала восходящего канала. Диэлектрический тракт 21 передачи сигналов включает диэлектрический материал с заданной относительной диэлектрической проницаемостью ε3.
Блок 203 связи с антенной включает, например, антенную структуру 32 и антенный переключатель 38 (антенный дуплексер). Антенная структура 32 обозначает структуру в составе блока 203 связи с антенной в составе корпусированного полупроводникового прибора 20, совместно использующую диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. Антенная структура 32 включает антенную клемму 31, микрополосковую линию 33 передачи и антенну 39. Когда антенный переключатель 38 выполнен в том же самом кристалле, антенная клемма 31 и микрополосковая линия 33 передачи, но без антенного переключателя 38, составляют блок 203 связи с антенной.
Антенна 39 имеет заданную длину, определяемую в зависимости от длины волны X сигнала S миллиметрового диапазона, например, длину около 600 мкм, и связана с диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов. В качестве антенны 39 можно использовать помимо печатной антенны (т.н. патч-антенны) также зондовую антенну (диполь и т.п.), рамочную антенну или элемент связи с небольшим отверстием (щелевую антенну и т.п.).
Антенна 39 излучает электромагнитные волны S' на основе сигнала S миллиметрового диапазона нисходящего канала в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. Кроме того, антенна 39 принимает электромагнитные волны S' на основе сигнала S миллиметрового диапазона восходящего канала из диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Антенная структура 32 помимо антенны 39 включает микрополосковую линию 33 передачи. Эта микрополосковая линия 33 соединяет антенную клемму 31 с антенной 39, передает сигнал S миллиметрового диапазона нисходящего канала от антенной клеммы 31 к антенне 39 и передает сигнал S миллиметрового диапазона восходящего канала от антенны 39 к антенной клемме 31.
Антенный переключатель 38 применяется при совместном использовании антенны 39 и для нисходящего канала, и для восходящего канала. Например, при передаче сигнала S миллиметрового диапазона корреспонденту антенный переключатель 38 соединяет антенну 39 с блоком 23 генерации сигнала нисходящего канала. Кроме того, при приеме сигнала S миллиметрового диапазона от корреспондента антенный переключатель 38 соединяет антенну 39 с блоком 24 генерации сигнала восходящего канала. Антенный переключатель 38 выполнен на полупроводниковом кристалле 30. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Например, антенный переключатель 38 может быть создан внутри полупроводникового кристалла 30. В дополнение к этому, если антенна нисходящего канала выполнена отдельно от антенны восходящего канала, антенный переключатель 38 может быть исключен.
Если блок 203 связи с антенной имеет относительную ширину полосы (= ширина полосы сигнала/центральная рабочая частота) примерно от 10% до 20%, такой блок 203 связи с антенной может быть легко изготовлен с использованием резонансной структуры и т.п. В рассматриваемом варианте используется диэлектрический материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1, образующий диэлектрический тракт 21 передачи, сигналов с потерями. В этом диэлектрическом тракте 21 передачи сигналов распространяются электромагнитные волны S' миллиметрового диапазона. Поскольку диэлектрический тракт 21 передачи сигналов имеет большие потери, отраженные волны также ослабляются.
Блок 24 генерации сигнала восходящего канала соединен с блоком 203 связи с антенной. Этот блок 24 генерации сигнала восходящего канала содержит усилитель 44, преобразователь 45 частоты, демодулятор 46 и последовательно-параллельный преобразователь 47 с целью генерации выходного сигнала Sout путем выполнения обработки сигнала применительно к сигналу S миллиметрового диапазона, принимаемому блоком 203 связи с антенной.
Усилитель 44 соединен с блоком 203 связи с антенной и конфигурирован для усиления сигнала S миллиметрового диапазона, принимаемого антенной 39. Преобразователь 45 частоты соединен с усилителем 44 и осуществляет преобразование частоты усиленного сигнала S миллиметрового диапазона для передачи на выход преобразованного по частоте последовательного принимаемого сигнала Sr. Демодулятор 46 соединен с преобразователем частоты 45 и конфигурирован для демодуляции преобразованного по частоте последовательного принимаемого сигнала Sr.
Последовательно-параллельный преобразователь 47, представляющий собой пример второго преобразователя сигнала, соединен с демодулятором 46. Этот последовательно-параллельный преобразователь 47 преобразует последовательный принимаемый сигнал Sr (данные) в параллельный выходной сигнал Sout (данные). Когда полупроводниковый кристалл 30 построен, как описано выше, входной сигнал Sin подвергают последовательно-параллельному преобразованию (ошибочное написание вместо параллельно-последовательного преобразования), а принимаемый сигнал Sr подвергают последовательно-параллельному преобразованию, что позволило уменьшить число сигнальных проводников. Кроме того, можно уменьшить число расположенных один на другом слоев в многослойной подложке. Вследствие этого можно уменьшить число соединителей, каждый из которых имеет несколько клемм, и плоских кабелей с печатными проводниками.
Таким образом, изготовлен и работает корпусированный полупроводниковый прибор 20. В этой конструкции диэлектрический материал, выполненный с одной стороны сквозного участка 11а шасси 11, и диэлектрический материал, расположенный с другой стороны этого сквозного участка 11а шасси 11, составляют тракт передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик. Вследствие этого можно передавать сигнал S миллиметрового диапазона от одного корпусированного полупроводникового прибора 20, способного передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, другому корпусированному полупроводниковому прибору 20, способному передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Пример формирования корпусированного полупроводникового прибора 20
Далее, пример формирования корпусированного полупроводникового прибора 20 будет описан со ссылками на Фиг.3А-3Е. Сначала создают полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, на промежуточной подложке 4 (кристалл), показанной на Фиг.3А. Этот полупроводниковый кристалл 30 использует системную БИС (LSI), полученную путем выполнения приемной системы и передающей системы, показанных на Фиг.2, с полупроводниковой интегральной схемой. Передающая система содержит функциональный блок 201 БИС (LSI), параллельно-последовательный преобразователь 34, модулятор 35, преобразователь частоты 36, усилитель 37 и антенный переключатель 38, а приемная система содержит усилитель 44, преобразователь частоты 45, демодулятор 46 и последовательно-параллельный преобразователь 47. Полупроводниковый кристалл 30 может быть смонтирован на промежуточной подложке 4 хорошо известным в технике способом.
Далее, на верхней части полупроводникового кристалла 30 выполнена антенная клемма 31. Эта антенная клемма 31 отходит, например, от выходной точки антенного переключателя 38, установленного в блоке 203 связи с антенной в области, где образована антенная структура 32. Когда полупроводниковый кристалл 30 включает антенный переключатель 38, антенная клемма 31 отходит от выходной точки антенного переключателя, установленного в полупроводниковом кристалле 30.
Затем антенную структуру 32 соединяют с полупроводниковым кристаллом 30, смонтированным на промежуточной подложке 4, как показано на Фиг.3 В. Например, создают микрополосковую линию 33 передачи, отходящую от антенной клеммы 31 на указанном выше полупроводниковом кристалле 30, и формируют антенну 39 на переднем конце этой микрополосковой линии 33 передачи. В качестве антенны 39 используют печатную (патч) антенну заданной длины, определяемой в соответствии с длиной волны А, сигнала S миллиметрового диапазона, так что одна сторона этой патч-антенны имеет, например, длину 600 мкм. Кроме патч-антенны в качестве антенны 39 можно также использовать зондовую антенну (диполь и т.п.), рамочную антенну или элемент связи с небольшим отверстием (щелевую антенну и т.п.). Антенная клемма 31, микропролосковая линия 33 передачи и антенна на полупроводниковом кристалле 30 образуют антенную структуру 32.
В дополнение к этому, как показано на Фиг.3С, полупроводниковый кристалл 30 и антенную структуру 32 на промежуточной подложке 4 закрывают литым блоком 8 полимерного компаунда, так что эти полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 оказываются изолированы. В качестве материала литого блока 8 полимерного компаунда используют эпоксидную смолу с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. В качестве такой эпоксидной полимерной смолы используют полимерный компаунд, полученный путем смешивания эпоксидной смолы крезольно-новолачного типа (ECN) с наполнителем из плавленого кварца, или эпоксидную смолу бифенильного типа. Затем, как показано на Фиг.3D, на нижней стороне промежуточной подложки 4 выполняют выступающие электроды 9 (контактные столбики) для обращенного монтажа. Такой выступающий электрод 9 включает припойный элемент сферической формы.
Затем, как показано на Фиг.3Е, на литом блоке 8 полимерного компаунда формируют диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона. При формировании такого диэлектрического тракта 21 передачи сигналов создают, например, на литом блоке 8 полимерного компаунда металлическое шасси, в котором выполнены сквозные участки 11. Эти сквозные участки 11а совпадают с верхней частью антенной структуры 32 на полупроводниковом кристалле 30. В этом примере сквозной участок 11а с диаметром ϕ создают в заданной позиции на шасси 11. Затем сквозной участок 11а шасси 11 заполняют диэлектрическим материалом для формирования диэлектрического тракта 21 передачи сигналов миллиметрового диапазона. В качестве такого диэлектрического материала используют стеклоэпоксидный полимерный компаунд с относительной диэлектрической проницаемостью ε1.
При прикреплении шасси 11 к корпусированному полупроводниковому прибору 20 между этим корпусированным полупроводниковым прибором 20 и диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов помещают вязкоупругий материал 16, включающий диэлектрический материал, позволяющий передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик. Этот вязкоупругий материал 16 создает эффект рассеяния тепла между корпусированным полупроводниковым прибором 20 и шасси 11, а также улучшает характеристики связи с антенной за счет усиления адгезионных свойств диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Рассматриваемый вязкоупругий материал обладает заданной относительной диэлектрической проницаемостью и заданным тангенсом угла диэлектрических потерь. В качестве такого вязкоупругого материала можно использовать например, диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы, на основе уретановой полимерной смолы, на основе эпоксидной полимерной смолы, на основе силиконовой полимерной смолы или на основе полиимидной полимерной смолы. Для передачи сигнала миллиметрового диапазона через вязкоупругий материал 16 с высокой скоростью предпочтительно, чтобы этот вязкоупругий материал 16 имел относительную диэлектрическую проницаемость в пределах примерно от 3 до 6 и тангенс угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,0001 до 0,001.
Кроме того, диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы обладает относительной диэлектрической проницаемостью в пределах примерно от 2,5 до 4,5 и тангенсом угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,001 до 0,05. Диэлектрический материал на основе уретановой полимерной смолы обладает относительной диэлектрической проницаемостью в пределах примерно от 2,8 до 4,0 и тангенсом угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,001 до 0,05. Диэлектрический материал на основе эпоксидной полимерной смолы обладает относительной диэлектрической. проницаемостью в пределах примерно от 4,0 до 6,0 и тангенсом угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,001 до 0,01. Диэлектрический материал на основе силиконовой полимерной смолы обладает относительной диэлектрической проницаемостью в пределах примерно от 3,0 до 6,0 и тангенсом угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,0001 до 0,001. Диэлектрический материал на основе полиимидной полимерной смолы обладает относительной диэлектрической проницаемостью в пределах примерно от 3,0 до 4,0 и тангенсом угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,001 до 0,01. Такие диэлектрические материалы могут быть применены также в диэлектрическом тракте 21 передачи сигналов. В результате изготовлен корпусированный полупроводниковый прибор 20, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона.
Как описано выше, в корпусированном полупроводниковом приборе 20 согласно первому варианту полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 на промежуточной подложке 4 закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда, так что эти полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 оказываются электрически изолированы, а на литом блоке 8 полимерного компаунда выполнен диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. В дальнейшем диэлектрические тракты 21 передачи сигналов двух корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b, имеющих одинаковую конфигурацию и способных передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, приводят в контакт один с другим, так что они обращены один к другому, и работают с корпусированными полупроводниковыми приборами 20а and 20b. Таким образом, можно передавать сигнал S миллиметрового диапазона от одного корпусированного полупроводникового прибора 20а другому корпусированному полупроводниковому прибору 20b. Кроме того, можно осуществлять передачу данных с высокой скоростью между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b.
Поскольку литой блок 8 полимерного компаунда, закрывающий полупроводниковый кристалл 30 и антенную структуру 32, также составляет тракт передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, можно уменьшить площадь, необходимую для монтажа корпусированного полупроводникового прибора 20. Таким образом, можно легко построить систему (устройство) передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, способную передавать сигнал S миллиметрового диапазона с использованием простой и недорогой конфигурации в одном или в двух направлениях без зависимости от какого-либо соединителя с большим числом клемм или плоского кабеля с печатными проводниками.
Более того, в монтажной подложке для установки корпусированного полупроводникового прибора 20 электроды клемм, выполненные на стороне подложки, заменены антенной структурой 32, созданной на блоке 203 связи с антенной. Вследствие этого, поскольку можно выполнить антенную структуру 32 минимальных размеров, размеры корпуса также можно миниатюризировать. В дополнение к этому, число проводников в монтажной подложке также уменьшено. Вследствие этого, можно уменьшить число слоев при изготовлении многослойной подложки.
Второй вариант осуществления
Пример конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
В этом варианте, как показано на Фиг.4, между двумя корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b, способными передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, расположено шасси 11 с диэлектрическим трактом передачи сигналов, после чего приборы и шасси собраны в пакет.
Указанное устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанное на Фиг.4, включает монтажные подложки 10а и 10b, шасси 11, корпус 12 и корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b. Эти два корпусированных полупроводниковых прибора 20а и 20b расположены таким образом, что их поверхности контактируют с шасси 11. Корпус 12 представляет собой оболочку (кожух) цифрового устройства записи и воспроизведения, приемника сигналов наземного телевизионного вещания, сотового телефона, игрового автомата, компьютера или устройства связи и т.п.
Указанное шасси 11 с диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов установлено в корпусе 12. Это шасси 11 прикрепляют к боковым стенкам, нижней поверхности, верхней поверхности и т.п. корпуса 12 с использованием резьбовых элементов 13. Монтажные подложки 10а и 10b установлены в шасси 11. В этом примере в заданных позициях шасси 11 выполнены верхняя и нижняя области для установки подложек, а подложки 10а и 10b установлены в этих двух областях с использованием резьбовых элементов 13, так что шасси 11 располагается между этими подложками.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20а смонтирован на нижней подложке 10а. В качестве этого корпусированного полупроводникового прибора 20а использован корпусированный полупроводниковый прибор 20, описанный в первом варианте. Нижнюю подложку 10а припаивают к корпусированному полупроводниковому прибору 20а с использованием выступающих электродов 9 в качестве контактных столбиков в соответствии с известной в технике технологией обращенного монтажа. В корпусированном полупроводниковом приборе 20а полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, установлен на одной промежуточной подложке 4. С этим полупроводниковым кристаллом 30 соединена антенная структура 32. Указанные полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 на промежуточной подложке закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20b установлен снизу под верхней подложкой 10b. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20b установлен в положении, перевернутом на 180° по сравнению с корпусированным полупроводниковым прибором 20а. В качестве этого корпусированного полупроводникового прибора 20b использован корпусированный полупроводниковый прибор 20, описанный в первом варианте. Верхняя подложка 10b припаяна к корпусированному полупроводниковому прибору 20b с использованием выступающих электродов 9 в качестве контактных столбиков в соответствии с известной в технике технологией обращенного монтажа. В этом примере, в корпусированном полупроводниковом приборе 20b под другой промежуточной подложкой 4 установлен полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне. С этим полупроводниковым кристаллом 30 таким же способом, как и в корпусированном полупроводниковом приборе 20а, соединена антенная структура 32. Полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 под промежуточной подложкой 4 закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда.
Указанное устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик имеет этажерочную многоуровневую конструкцию, в которой шасси 11 установлено так, что антенные структуры 32 двух корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b обращены друг к другу. Антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20а выполнена на полупроводниковом кристалле 30 на промежуточной подложке 4 в этом корпусированном полупроводниковом приборе 20а. Антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20b выполнена под полупроводниковым кристаллом 30 под промежуточной подложкой 4 этого корпусированного полупроводникового прибора 20b. В каждой антенной структуре 32 использована патч-антенна. В рассматриваемом примере антенные структуры 32 выполнены на поверхностях корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b, так что эти структуры непосредственно контактируют с диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов. Применение описанной выше многоуровневой конструкции делает возможным улучшение характеристик связи между антеннами. В рассматриваемом примере корпусированный. полупроводниковый прибор 20а, установленный на нижней подложке 10а, прикреплен к шасси 11 через вязкоупругий материал 16 и при этом образует плотный контакт с шасси 11. В качестве такого вязкоупругого материала 16 использована вязкоупругая полимерная смола с относительной диэлектрической проницаемостью ε4. Аналогичным образом, корпусированный полупроводниковый прибор 20b, установленный под верхней подложкой 10b, также прикреплен к шасси 11 через вязкоупругий материл 16, образуя плотный контакт с шасси 11. Эти корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b закреплены с использованием вязкоупругого материала 16, чтобы не допустить попадания материала с другой относительной диэлектрической проницаемостью ε1 в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов.
Указанный диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона, образован между корпусированным полупроводниковым прибором 20а и корпусированным полупроводниковым прибором 20b, причем эти корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b установлены так, что антенные структуры 32 этих корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b обращены друг к другу, а диэлектрический тракт 21 передачи сигналов расположен между ними. Внутренняя область шасси 11, ограниченная штриховыми линиями, обозначает диэлектрический тракт 21 передачи сигналов.
Этот диэлектрический тракт 21 передачи сигналов расположен в таком месте, где верхняя часть антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20а совмещена с нижней частью антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20b. В этом примере в участке шасси 11 выполнен сквозной участок 11а (см. Фиг.5), позволяющий совместить верхнюю антенную структуру 32 с нижней антенной структурой 32. Сквозной участок 11а заполнен диэлектрическим материалом 21', так что образован диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. В качестве такого диэлектрического материала 21' может быть использован стеклоэпоксидный полимерный компаунд или аналогичный материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1.
Устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик конфигурировано, как описано выше, и оба корпусированных полупроводниковых прибора 20а и 20b работают. Сигнал S миллиметрового диапазона передают между антенными структурами 32 корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b в виде электромагнитных волн S' через литой блок 8 полимерного компаунда, вязкоупругий материал 16, и диэлектрический тракт 21 передачи сигналов внутри шасси 11. Таким образом, можно посредством сигнала S миллиметрового диапазона осуществлять двустороннюю связь между одним корпусированным полупроводниковым прибором 20а и другим корпусированным полупроводниковым прибором 20b через диэлектрический материал 21', выполненный в сквозном участке 11а шасси 11, составляющем диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. Кроме того, здесь нет необходимости в соединителях 14 и кабеле 15, используемых в известной конфигурации схемной подложки, показанной на Фиг.39.
Пример сборки устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее, способ изготовления устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет описан со ссылками на Фиг.5. В этом примере, в процессе изготовления устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на Фиг.4, сначала изготавливают корпусированные полупроводниковые приборы 20а and 20b. В указанном корпусированном полупроводниковом приборе 20а полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, устанавливают на промежуточной подложке 4. Затем с этим полупроводниковым кристаллом 30 соединяют антенную структуру 32. Далее, полупроводниковый кристалл 30 и антенную структуру 32 на промежуточной подложке 4 закрывают литым блоком 8 полимерного компаунда, так что эти полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 оказываются изолированы. Таким образом, можно изготовить корпусированный полупроводниковый прибор 20а, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик (см. Фиг.3А-3Е).
В корпусированном полупроводниковом приборе 20b полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, устанавливают на другой (отдельной) промежуточной подложке 4. Затем с этим полупроводниковым кристаллом 30 соединяют антенную структуру 32. Далее, полупроводниковый кристалл 30 и антенную структуру 32 на промежуточной подложке 4 закрывают литым блоком 8 полимерного компаунда, так что эти полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 оказываются изолированы. Таким образом, можно изготовить корпусированный полупроводниковый прибор 20b, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик (см. Фиг.3А-3Е).
После этого, формируют диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона, между корпусированным полупроводниковым прибором 20а и корпусированным полупроводниковым прибором 20b. При формировании этого диэлектрического тракта 21 передачи сигналов создают сквозной участок На цилиндрической формы в заданной позиции шасси 11, изготовленного из металла. Затем заполняют этот сквозной участок 11а диэлектрическим материалом 21'. Например, с одной стороной сквозного участка 11а приводят в контакт элемент для ограничения растекания полимерного компаунда и наносят диэлектрический материал 21' со стороны верхней части сквозного участка На, закрытого снизу, с использованием ракеля или аналогичного элемента. В результате образуется диэлектрический волновод.
После этого, два корпусированных полупроводниковых прибора 20а и 20b устанавливают на шасси 11, так что антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20а и антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20b оказываются обращены друг к другу, а диэлектрический тракт 21 передачи сигналов расположен между ними. В этот момент корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b расположены так, что центр антенны 39 из состава антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20а совпадает с центром антенны 39 из состава антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20b.
Более того, при установке корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b в шасси 11, верхняя поверхность корпусированного полупроводникового прибора 20а оказывается приклеена (плотно прикреплена) к нижней поверхности шасси 11 через вязкоупругий материал 16а. Аналогичным образом нижняя поверхность корпусированного полупроводникового прибора 20b оказывается приклеена к верхней поверхности шасси 11 через вязкоупругий материал 16а. В результате оказывается изготовлено устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанное на Фиг.4.
Пример внутренней конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее, пример внутренней конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет рассмотрен со ссылками на Фиг.6. Устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанное на Фиг.6, включает в себя корпусированный полупроводниковый прибор 20а, диэлектрический тракт 21 передачи сигналов и корпусированный полупроводниковый прибор 20b.
Указанный корпусированный полупроводниковый прибор 20а включает функциональный блок 201 БИС (LSI), генератор 202 сигналов и блок 203 связи с антенной. Функции, выполняемые функциональным блоком 201 БИС (LSI), и внутренняя функциональная конфигурация генератора 202 сигналов и блока 203 связи с антенной такие же, как показано на Фиг.2. Электрический интерфейс 204 между функциональным блоком 201 БИС (LSI) и генератором 202 сигналов представляет собой интерфейс для передачи данных, образованный электродными площадками 3 и реализованный посредством электрических проводников, в известном полупроводниковом кристалле 2.
Интерфейс 205 миллиметрового диапазона между генератором 202 сигналов и блоком 203 связи с антенной представляет собой интерфейс для передачи миллиметровых волн, образованный антенной клеммой 31 и микрополосковой линией 33 передачи, показанными на Фиг.2. Генератор 202 сигналов преобразует входной (электрический) сигнал Sin, поступивший через интерфейс 204, в сигнал S миллиметрового диапазона. Кроме того, генератор 202 сигналов преобразует сигнал S миллиметрового диапазона, поступивший через интерфейс 205 миллиметрового диапазона, в выходной (электрический) сигнал Sout.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20b включает функциональный блок 201' БИС (LSI), генератор 202' сигналов и блок 203' связи с антенной. Поскольку функции указанного функционального блока 201' БИС (LSI) и внутренние функциональные конфигурации генератора 202' сигналов и блок 203' связи с антенной являются такими же, как у функционального блока 201 БИС (LSI), генератора 202 сигналов и блока 203 связи с антенной, показанных на Фиг.2, соответствующие описания будут опущены.
Интерфейс 205' миллиметрового диапазона между генератором 202' сигналов и блоком 203' связи с антенной представляет собой интерфейс для передачи миллиметровых волн, образованный антенной клеммой 31 и микрополосковой линией 33 передачи, показанными на Фиг.2. Генератор 202' сигналов преобразует входной (электрический) сигнал Sin, поступающий через интерфейс 204', в сигнал S миллиметрового диапазона. Кроме того, генератор 202' сигналов преобразует сигнал S миллиметрового диапазона, поступающий через интерфейс 205' миллиметрового диапазона, в выходной (электрический) сигнал Sout.
Указанный диэлектрический тракт 21 передачи сигналов включает диэлектрическую секцию 206 между блоком 203 связи с антенной и блоком 203' связи с антенной, описанными выше. Блок 203 связи с антенной преобразует сигнал S миллиметрового диапазона, поступивший через интерфейс 205 в сигнал S миллиметрового диапазона в диэлектрическом тракте 21 передачи сигналов. Таким способом можно эффективно передавать сигнал S миллиметрового диапазона другому блоку 203' связи с антенной через диэлектрическую секцию 206. Здесь термин «эффективность» указывает на большую величину коэффициента передачи между блоками 203 и 203' связи с антенной и малую величину коэффициента отражения в блоках 203 и 203' связи с антенной в заданной полосе частот миллиметрового диапазона от 30 ГГц до 300 ГГц.
Пример конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик в увеличенном виде
Далее, пример конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на Фиг.4, в увеличенном виде будет описан со ссылками на Фиг.7. В примере устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на Фиг.7, антенные структуры 32 корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b используют патч-антенны в качестве антенн 39. В корпусированном полупроводниковом приборе 20а антенна 39 помещена на полупроводниковый кристалл 30 и непосредственно соединена с антенной клеммой 31, выполненной на поверхности полупроводникового кристалла, либо соединена с этой антенной клеммой 41 с использованием проволочной перемычки. Поскольку антенна 39 выполнена на поверхности полупроводникового кристалла 30, можно применить структуру, в которой антенна 39 образует непосредственный контакт с диэлектрическим трактом 21. Корпусированный полупроводниковый прибор 20b конфигурирован таким же образом, как и корпусированный полупроводниковый прибор 20а.
На Фиг.7 цилиндрический участок, обозначенный штриховыми линиями, представляет собой диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. В соответствии с этажерочной многоуровневой структурой устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик указанные два корпусированных полупроводниковых прибора 20а и 20b смонтированы в шасси 11 таким образом, что антенные структуры 32 корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b обращены друг к другу, а диэлектрический тракт 21 передачи сигналов вложен между ними. Этот диэлектрический тракт 21 передачи сигналов организован (построен) так, что антенные структуры 32 находятся в пределах сквозной видимости.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20а сигнал S миллиметрового диапазона передают антенной структуре 32 через антенную клемму 31. Антенная структура 32 излучает сигнал S миллиметрового диапазона в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов через антенну 39. В корпусированном полупроводниковом приборе 20b антенная структура 32 принимает электромагнитные волны S' из диэлектрического тракта 21 передачи сигналов и передает сигнал S миллиметрового диапазона антенной клемме 31. Таким образом, можно осуществлять связь между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b с использованием диэлектрического тракта 21 передачи сигналов.
Пример имитационной модели
Далее, пример имитационной модели для проверки характеристик передачи и характеристик отражения устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет описана со ссылками на Фиг.8. Имитационная модель, показанная на Фиг.8, использует пример конфигурации устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанный на Фиг.7. Параметры имитационной модели сведены в Табл. 1.
Таблица 1
Длина 11 одной стороны литого блока полимерного компаунда
10 мм
Толщина tl литого блока полимерного компаунда
0,8 мм
Относительная диэлектрическая проницаемость ε1 литого блока полимерного компаунда
4
Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ1 литого блока полимерного компаунда
0.01
Длина 12 одной стороны патч-антенны
1,1 мм
Длина 13 микрополосковой линии передачи
1 мм
Ширина w1 микрополосковой линии передачи
0,03 мм
Толщина t2 диэлектрика микрополосковой линии передачи
0,1 мм
Толщина t3 микрополосковой линии передачи
0,018 мм
Относительная диэлектрическая проницаемость ε2 промежуточной подложки
3,5
Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ2 промежуточной подложки
0,01
Сопротивление Z антенной клеммы
1080 м
Диаметр ϕ диэлектрического тракта передачи сигналов
2,75 мм
Длина 14 диэлектрического тракта передачи сигналов
4,8 мм
Относительная диэлектрическая проницаемость ε3 диэлектрического тракта передачи сигналов
4,0
Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ3 диэлектрического тракта передачи сигналов
0,01
Толщина t4 вязкоупругого материала
0,13 мм
Относительная диэлектрическая проницаемость ε4 вязкоупругого материала
4,0
Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ4 вязкоупругого материала
0,01
В Табл. 1 11 обозначает длину одной стороны литого блока 8 полимерного компаунда в имитационной модели, показанной на Фиг.8. Эту длину в рассматриваемой имитационной модели устанавливают равной 10 мм. t1 обозначает толщину литого блока 8 полимерного компаунда, которую в модели устанавливают равной 0,8 мм. ε1 обозначает относительную диэлектрическую проницаемость литого блока 8 полимерного компаунда, которую таким же образом устанавливают равной 4. tg δ1 обозначает тангенс угла диэлектрических потерь литого блока 8 полимерного компаунда, который в модели устанавливают равным 0,01.
Кроме того, 12 обозначает длину одной стороны антенны 39 (патч-антенна), показанной на этом же чертеже, так что эту длину устанавливают равной 1,1 мм в модели. 13 обозначает длину микрополосковой линии 33 передачи, которую в модели устанавливают равной 1 мм. w1 обозначает ширину микрополосковой линии 33 передачи, которую в модели устанавливают равной 0,03 мм. t2 обозначает толщину диэлектрика микрополосковой линии 33 передачи, которую в модели устанавливают равной 0,1 мм. t3 обозначает толщину микрополосковой линии 33 передачи, которую в модели устанавливают равной 0,018 мм. ε2 обозначает относительную диэлектрическую проницаемость промежуточной подложки 4, показанной на этом чертеже, так что эту проницаемость в модели устанавливают равной 3,5. tg δ2 обозначает тангенс угла диэлектрических потерь промежуточной подложки, который в модели устанавливают равным 0,01.
Z обозначает сопротивление антенной клеммы 31, показанной на этом же чертеже, так что это сопротивление в модели устанавливают равным 108 Ом. ϕ обозначает диаметр диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, показанного на этом же чертеже, так что в этой модели диаметр устанавливают равным 2,75 мм. 14 обозначает длину диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, которую в модели устанавливают равной 4,8 мм. ε3 обозначает относительную диэлектрическую проницаемость диэлектрического тракта 21 передачи сигналов (диэлектрический материал 21'), которую в модели устанавливают равной 4,0. tg δ3 обозначает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, который в модели устанавливают равным 0,01.
t4 обозначает толщину вязкоупругого материала, показанного на этом же чертеже, так что в модели эту толщину устанавливают равной 0,13 мм. ε4 обозначает относительную диэлектрическую проницаемость вязкоупругого материала, которую в модели устанавливают равной 4,0. tg δ4 обозначает тангенс угла диэлектрических потерь вязкоупругого материала 16, который в модели устанавливают равным 0,01. Кроме того, одинаковые параметры применяют и к верхнему, и к нижнему корпусированным полупроводниковым приборам 20а и 20b, показанным на этом чертеже.
Пример моделирования характеристик
Далее, пример моделирования характеристик устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет рассмотрен со ссылками на Фиг.9. Пример моделирования характеристик, показанный на Фиг.9, иллюстрирует примеры характеристик передачи и характеристик отражения между антенными клеммами 31, полученных в имитационной модели устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанной на Фиг.8.
На Фиг.9 по вертикальной оси отложены характеристика S (2, 1) дБ передачи и характеристика S (1, 1) дБ отражения. По горизонтальной оси отложена частота несущей, f (ГГц), так что цена деления шкалы равна 5 ГГц. На Фиг.9 штриховой линией 1а обозначен пример характеристики передачи. В этом примере 1а характеристики передачи рассчитаны для случая, когда диэлектрический тракт 21 передачи сигналов включает вязкоупругие материалы 16а и 16b и диэлектрический материал 21', а блоки 203 и 203' связи с антенной верхнего и нижнего корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b включают соответствующие микрополосковые линии 33 передачи и антенны 39.
При определении характеристики S (2, 1) дБ передачи частоту несущей f увеличивали с шагом 1 ГГц в диапазоне от 40 ГГц до 80 ГГц. Характеристику S (2, 1) дБ передачи между антенными клеммами 31 определили для случая, когда антенная клемма 31 корпусированного полупроводникового прибора 20а излучает электромагнитные волны S' на основе сигнала S миллиметрового диапазона. Эти электромагнитные волны S' проходят сквозь вязкоупругий материал 16а с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ4, равным 0,01, из литого блока 8 полимерного компаунда с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ1, равным 0,01. Затем электромагнитные волны S' проходят в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, включающий диэлектрический материал 21' с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ3, равным 0,01.
Далее, электромагнитные волны S' проходят сквозь вязкоупругий материал 16b корпусированного полупроводникового прибора 20b, имеющий тангенс угла диэлектрических потерь tg δ4, равный 0,01, и распространяются в литой блок 8 полимерного компаунда с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ1, равным 0,01. Затем характеристику передачи, когда электромагнитная волна S' достигает антенной клеммы 31 корпусированного полупроводникового прибора 20b, проверяют с использованием имитационной модели. Пример Iа характеристики передачи между антенными клеммами 31 для такого случая показан на графике частотной характеристики.
Из результатов имитационного моделирования видно, что электромагнитные волны S', соответствующие сигналу S миллиметрового диапазона, при прохождении между антенными клеммами 31 оказываются ослаблены примерно на 2,1 дБ в области частоты несущей f, равной 59 ГГц. Иными словами, минимальная величина потерь в системе составляет примерно 2,1 дБ в области частоты несущей f, равной 59 ГГц.
Кроме того, на Фиг.9 сплошная линия IIа показывает пример характеристики отражения между антенными клеммами 31. При определении характеристики S (1,1) дБ отражения частоту несущей f увеличивали с шагом 1 ГГц в диапазоне от 40 ГТц до 80 ГТц. Характеристику S (1,1) дБ отражения между антенными клеммами 31 определили для случая, когда антенная клемма 31 корпусированного полупроводникового прибора 20а излучает электромагнитные волны S' на основе сигнала S миллиметрового диапазона. Эти электромагнитные волны S' проходят сквозь вязкоупругий материал 16а с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ4, равным 0,01, из литого блока 8 полимерного компаунда с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ1, равным 0,01. Затем электромагнитные волны S' проходят в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, включающий диэлектрический материал 21' с тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ3, равным 0,01.
Далее, электромагнитные волны S' проходят сквозь вязкоупругий материал 16b корпусированного полупроводникового прибора 20b, имеющий тангенс угла диэлектрических потерь tan δ4, равный 0,01, и распространяются в литой блок 8 полимерного компаунда с тангенсом угла диэлектрических потерь tan δ1, равным 0,01. Затем характеристику отражения при достижении электромагнитной волной S' антенной клеммы 31 корпусированного полупроводникового прибора 20b, проверяют с использованием имитационной модели. Пример IIа характеристики отражения между антенными клеммами 31 для такого случая показан на графике частотной характеристики.
Из результатов имитационного моделирования видно, что электромагнитные волны S', соответствующие сигналу S миллиметрового диапазона, при прохождении между антенными клеммами 31 отражаются с коэффициентом примерно -22 дБ в области частоты несущей f, равной 59 ГГц. Иными словами, минимальная величина потерь на отражения составила примерно -22 дБ в области частоты несущей f, равной 59 ГГц.
Как описано выше, в устройстве 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b, содержащие полупроводниковые кристаллы 30, способные осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, расположены таким образом, что антенные структуры 32 этих корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b обращены друг к другу, а между ними расположен диэлектрический тракт 21 передачи сигналов.
Вследствие этого, можно передать сигнал S миллиметрового диапазона от корпусированного полупроводникового прибора 20а к корпусированному полупроводниковому прибору 20b через диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, созданный между этими корпусированным полупроводниковым прибором 20а и корпусированным полупроводниковым прибором 20b. Поскольку литые блоки 8 полимерного компаунда, закрывающие полупроводниковые кристаллы 30 и антенные структуры 32 в корпусированных полупроводниковых приборах 20а и 20b, также входят в состав диэлектрического тракта передачи сигналов миллиметрового диапазона, можно уменьшить площадь, необходимую для монтажа корпусированного полупроводникового прибора 20а. Кроме того, можно предложить конфигурацию, позволяющую уменьшить общее число проводников, подводимых к корпусированному полупроводниковому прибору 20а на нижней подложке 10а, и проводников, подводимых к корпусированному полупроводниковому прибору 20b под верхней подложкой 10b, при сохранении пропускной способности передачи данных от корпусированного полупроводникового прибору 20а к корпусированному полупроводниковому прибору 20b.
Кроме того, вязкоупругий материал 16, помещенный между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b и шасси 11, улучшает адгезию между этими корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b и диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов. Поскольку диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, выполненный в шасси 11, расположен так, что поверхности корпусированных полупроводниковых приборов 20а и 20b образуют плотный контакт друг с другом, можно также реализовать конструкцию шасси 11 для крепления подложки 10, на которой смонтированы корпусированные полупроводниковые приборы 20а и 20b.
Далее, можно передавать сигнал S миллиметрового диапазона между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b, образующими плотный контакт с передней и задней поверхностями шасси 11. Более того, поскольку шасси 11 использует часть диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, конфигурацию электронного устройства можно упростить. Таким образом, можно легко построить устройство 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное передавать сигнал S миллиметрового диапазона в одном или в двух направлениях вне зависимости от соединителя, имеющего некоторое число контактов, и плоского кабеля с печатными проводниками.
Третий вариант осуществления
Пример конфигурации устройства 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Пример конфигурации устройства 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик в качестве третьего варианта осуществления будет описан со ссылками на Фиг.10. В этом варианте шасси 11, расположенное между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b, исключено, а диэлектрический тракт 21 передачи сигналов включает 21 только литые блоки 8 полимерного компаунда и вязкоупругий материал 16.
В устройстве 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на Фиг.10, вязкоупругий материал 16, имеющий функцию рассеяния тепла, помещен в области соединения, между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b и составляет часть диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, позволяющего осуществлять связь в миллиметровом диапазоне. Этот вязкоупругий материал 16 использует диэлектрический материал 21', позволяющий осуществлять связь в миллиметровом диапазоне. В рассматриваемом примере из устройства 200 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на Фиг.4, исключено шасси 11. Иными словами, сигнал миллиметрового диапазона передают между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b только через вязкоупругий материал 16.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20а установлен на нижней монтажной подложке 10а. В качестве этого корпусированного полупроводникового прибора 20а использован корпусированный полупроводниковый прибор 20, описанный в первом варианте. Нижняя подложка 10а припаяна к этому корпусированному полупроводниковому прибору 20а с использованием выступающих электродов 9, таких как контактные столбики, в соответствии с известной технологией обращенного монтажа. В этом корпусированном полупроводниковом приборе 20а полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, смонтирован на промежуточной подложке 4. С этим полупроводниковым кристаллом 30 соединена антенная структура 32. Полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 на промежуточной подложке 4 закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20b установлен снизу от верхней монтажной подложки 10b. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20b смонтирован в положении, перевернутом на 180° по сравнению с положением корпусированного полупроводникового прибора 20а. В качестве этого корпусированного полупроводникового прибора 20b использован корпусированный полупроводниковый прибор 20, описанный в первом варианте. Верхняя подложка 10b припаяна к этому корпусированному полупроводниковому прибору 20b с использованием выступающих электродов 9, таких как контактные столбики, в соответствии с известной технологией обращенного монтажа. В этом примере в корпусированном полупроводниковом приборе 20b полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, смонтирован под промежуточной подложкой 4. Антенная структура 32 соединена с полупроводниковым кристаллом 30 таким же образом, как и в корпусированном полупроводниковом приборе 20а. Полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 под промежуточной подложкой 4 закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда.
Нижнюю монтажную подложку 10а и верхнюю монтажную подложку 10b монтируют с использованием стойки 70. Эти подложки 10а и 10b прикрепляют к стойке 70, например, с использованием резьбовых элементов 13. В качестве стойки 70 используют металлическую деталь в форме стержня. В рассматриваемом примере на обоих концах стойки 70 выполнена внутренняя резьба. Даже в этом примере, хотя это и не показано на чертеже, сигнал S миллиметрового диапазона проходит между антенными структурами 32 по диэлектрическому тракту передачи сигналов, включающему литой блок 8 полимерного компаунда и вязкоупругий материал 16.
Как описано выше, в устройстве 300 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему варианту шасси 11, показанное на Фиг.4, исключено, а между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b помещен вязкоупругий материал 16.
В такой конструкции, поскольку можно улучшить адгезию между корпусированным полупроводниковым прибором 20а и корпусированным полупроводниковым прибором 20b, улучшение характеристик связи между антеннами можно совместить с эффектом рассеяния тепла корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b.
Кроме того, поскольку вязкоупругий материал 16, составляющий диэлектрический тракт 21 передачи сигналов между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b используется также в качестве материала, рассеивающего тепло, можно отводить тепло, выделяющееся в корпусированных полупроводниковых приборах 20а и 20b. Далее, можно передавать сигнал S миллиметрового диапазона между этими двумя корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b через вязкоупругий материал 16, составляющий диэлектрический тракт 21 передачи сигналов 21.
Четвертый вариант осуществления
Пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20с
Далее, пример конфигурации корпусированного полупроводникового прибора 20с будет описан в качестве четвертого варианта осуществления со ссылками на Фиг.11. В этом примере антенная структура 32' выполнена параллельно полупроводниковому кристаллу 30 на промежуточной подложке 4. Рассматриваемый корпусированный полупроводниковый прибор 20с, включающий антенную структуру 32', образует структуру устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру этажерочного типа «корпус на корпусе» (Package on Package (POP)) (далее именуется структура типа POP).
Корпусированный полупроводниковый прибор 20с, показанный на Фиг.11, включает промежуточную подложку 4, литой блок 8 полимерного компаунда, полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, и антенную структуру 32'. Полупроводниковый кристалл 30 осуществляет связь в миллиметровом диапазоне. Этот полупроводниковый кристалл 30 использует системную БИС (LSI), полученную путем выполнения функционального блока 201 БИС (LSI) как единое целое с генератором 202 сигналов, показанными на Фиг.2 (см. Фиг.2).
Антенная структура 32' выполнена параллельно полупроводниковому кристаллу 30 на промежуточной подложке 4. Положение антенной структуры 32' в корпусированном полупроводниковом приборе 20с отличается от других вариантов. В этом примере микрополосковая линия 33 передачи и антенна 39 выполнены на правой стороне от антенной клеммы 31 полупроводникового кристалла 30. В качестве антенны 39 применена патч-антенна. Антенная клемма 31 выполнена, например, на обратной стороне полупроводникового кристалла 30, а мипрополосковая линия 33 передачи проведена (присоединена) к антенной клемме 31. При использовании такого способа изготовления можно эффективно передавать сигнал S миллиметрового диапазона между антенной клеммой 31 и антенной 39.
Пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20с
Далее пример изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20с, входящего в состав устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру РОР-типа, будет описан со ссылками на Фиг.12А-12D. В этом примере, при изготовлении корпусированного полупроводникового прибора 20с, показанного на Фиг.11, сначала размещают на промежуточной подложке 4 полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, и антенную структуру 32', как показано на Фиг.12А.
Поскольку для монтажа полупроводникового кристалла 30 на промежуточной подложке 4 применен такой же способ, как и в первом варианте, описание этого способа здесь будет опущено. При создании антенной структуры 32' на промежуточной подложке 4 антенну 39 выполняют параллельно полупроводниковому кристаллу 30, как показано на Фиг.12 В. Например, на промежуточной подложке 4 создают микрополосковую линию 33 передачи, отходящую от антенной клеммы 32, и выполняют антенну 39 на переднем конце этой микрополосковой линии 33 передачи, так что антенна параллельна полупроводниковому кристаллу 30.
В качестве антенны 39 используют патч-антенну заданной длины, рассчитанной на основе длины λ волны сигнала S миллиметрового диапазона, так что длина одной стороны этой патч-антенны может составлять, например, примерно 600 мкм. Кроме того, антенная клемма 31 отходит вперед от выходной точки антенного-переключателя 38 (см. Фиг.2), установленного на полупроводниковом кристалле 30. Антенная структура 32' включает антенную клемму 31, микрополосковую линию 33 передачи и антенну 39 на полупроводниковом кристалле 30 на промежуточной подложке 4.
Затем, как показано на Фиг.12С, полупроводниковый кристалл 30 и антенную структуру 32' на промежуточной подложке закрывают литым блоком 8 полимерного компаунда, так что эти полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32' оказываются изолированы. В качестве материала для литого блока 8 полимерного компаунда используется полимерная смола на эпоксидной основе, описанная в первом варианте. Затем, как показано на Фиг.12D, под промежуточной подложкой 4 создают выступающие электроды 9 (контактные столбики) для обращенного монтажа. Таким образом, изготовлен корпусированный полупроводниковый прибор 20с, входящий в состав устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру РОР-типа.
Пример конфигурации устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее пример конфигурации устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего структуру РОР-типа, будет описан со ссылками на Фиг.13. В устройстве 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на Фиг.13, корпусированные полупроводниковые приборы 20 с, изображенные на Фиг.11, установлены один на другом в двух или более уровнях. Предлагаемое устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющее РОР-структуру, собрано путем соединения друг с другом двух корпусированных полупроводниковых приборов 20с и 20d с использованием выступающих электродов 9. Другими словами, устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через. диэлектрик изготовлено путем сборки нескольких корпусированных полупроводниковых приборов 20с и 20d и т.п. на монтажной подложке 10. Пример внутренней функциональной конфигурации таких корпусированных полупроводниковых приборов 20c и 20d показан на Фиг.2.
Иными словами, корпусированные полупроводниковые приборы 20c и 20d, в которых полупроводниковые кристаллы 30 и антенные структуры 32' загерметизированы в соответствующих литых блоках 8 полимерного компаунда, соединены один с другим с использованием выступающих электродов 9 (припойных шариковых выводов), так что образован корпусированный полупроводниковый прибор 80 с этажерочной многоуровневой конструкцией.
Между поверхностью нижнего корпусированного полупроводникового прибора 20 с и промежуточной подложкой 4 верхнего корпусированного полупроводникового прибора 20d помещен вязкоупругий материал 16 для улучшения рассеяния тепла и усиления адгезии. В качестве вязкоупругого материала 16 использована вязкоупругая полимерная смола с относительной диэлектрической проницаемостью ε4. Сигнал S миллиметрового диапазона проходит через каждый диэлектрик - литой блок 8 полимерного компаунда в составе корпусированного полупроводникового прибора 20с, вязкоупругий материал 16 и промежуточную подложку 4 из состава верхнего корпусированного полупроводникового прибора 20d.
Таким образом, по сравнению с известными корпусированными полупроводниковыми приборами, имеющими РОР-структуру, можно уменьшить число электродных клемм и соответствующих проводников, соединенных с выступающими электродами 9 промежуточных подложек верхнего и нижнего корпусированных полупроводниковых приборов 20 с и 20d.
Пример сборки устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее пример сборки устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего РОР-структуру, будет описан со ссылками на Фиг.14. Этот вариант основан на способе сборке устройства 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего этажерочную многоуровневую конструкцию, как показано на Фиг.13.
Сначала изготавливают корпусированные полупроводниковые приборы 20c и 20d и устанавливают корпусированный полупроводниковый прибор 20c на монтажную подложку 10. На подложке 10 могут быть созданы рисунки 10с электродных клемм для соединения с выступающими электродами. Корпусированный полупроводниковый прибор 20 с монтируют посредством пайки выступающих электродов 9 этого корпусированного полупроводникового прибора 20c к рисункам 10 с электродных клемм на подложке 10. Таким образом, можно смонтировать корпусированный полупроводниковый прибор 20c на монтажной подложке 10.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20d верхняя поверхность литого блока 8 полимерного компаунда может иметь форму меза-структуры. Такую форму меза-структуры на верхней поверхности корпусированного полупроводникового прибора 20d получают в результате создания вогнутого участка, имеющего наклонные поверхности во всех направлениях, во внутренней полости формы для литья под давлением и образования наклонных поверхностей верхней части литого блока 8 полимерного компаунда во всех направлением с использованием этой формы для литья под давлением.
Затем корпусированный полупроводниковый прибор 20d устанавливают на корпусированном полупроводниковом приборе 20 с. При этом между литым блоком 8 полимерного компаунда на поверхности (верхней поверхности) корпусированного полупроводникового прибора 20 с и промежуточной подложкой 4 на задней поверхности (нижней поверхности) корпусированного полупроводникового прибора 20d вкладывают вязкоупругий материал 16. В качестве этого вязкоупругого материала 16 используют вязкоупругую эпоксидную полимерную смолы или аналогичный материал, с относительной диэлектрической проницаемостью ε4. При этом момент корпусированный полупроводниковый прибор 20d накладывается на корпусированный полупроводниковый прибор 20с, так что антенная структура 32' корпусированного полупроводникового прибора 20d совмещена с антенной структурой 32' корпусированного полупроводникового прибора 20c. Здесь диэлектрический тракт 21 передачи сигналов включает литой блок 8 полимерного компаунда из состава корпусированного полупроводникового прибора 20c, вязкоупругий материал 16 и промежуточную подложку 4 корпусированного полупроводникового прибора 20d. В результате изготовлено устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющее РОР-структуру, как показано на Фиг.13.
Как указано выше, устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно четвертому варианту имеет структуру РОР-типа, в которой полупроводниковый кристалл 30 корпусированного полупроводникового прибора 20d установлен над полупроводниковым кристаллом 30 корпусированного полупроводникового прибора 20c. Вследствие этого, можно создать интегральное устройство 400 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, в котором корпусированные полупроводниковые приборы 20c и 20d установлены один на другом и соединены один с другим.
Более того, поскольку эти два корпусированных полупроводниковых прибора 20c и 20d, смонтированные на различных подложках 10, связаны один с другим с использованием диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, и через этот диэлектрический тракт 21 передачи сигналов передают сигнал S миллиметрового диапазона, можно уменьшить число соединителей, имеющих большое число контактов, и кабелей.
Пятый вариант осуществления
Пример конфигурации устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Пример конфигурации устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет в качестве пятого варианта описан со ссылками на Фиг.15. Этот пятый вариант отличается тем, что передача данных осуществляется между несколькими корпусированными полупроводниковыми приборами 20, смещенными один относительно другого в горизонтальном направлении. В примере, показанном на Фиг.15, два корпусированных полупроводниковых прибора 20е и 20f, каждый из которых содержит свой полупроводниковый кристалл 30, установлены параллельно один другому на одной и той же монтажной подложке 10, так что связь между ними осуществляется через диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, выполненный в шасси 11 для выделения области. Пример внутренней функциональной конфигурации этих корпусированных полупроводниковых приборов 20е и 20f показан на Фиг.2.
В устройстве 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на Фиг.15, диэлектрический тракт 21 передачи сигналов проходит в шасси 11. Это шасси 11 может, например, представлять собой плоскую металлическую пластину толщиной около 1 мм. В этом примере диэлектрический тракт 21 передачи сигналов выполнен путем заполнения сквозного участка 111b (или канавки), созданного в шасси 11 для ограничения области, диэлектрическим материалом 21'. В качестве такого диэлектрического материала 21'может быть применен стеклоэпоксидный полимерный компаунд или аналогичный материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. В такой конструкции можно создать диэлектрический тракт 21 передачи сигналов со структурой, аналогичной волноводу.
В таком устройстве 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, где диэлектрический тракт 21 передачи сигналов выполнен внутри шасси 11, сигнал S миллиметрового диапазона передают по этому диэлектрическому тракту 21 передачи сигналов между корпусированными полупроводниковыми приборами 20е и 20f, антенные структуры 32 которых обращены друг к другу. Антенная структура 32 выведена к поверхности литого блока 8 полимерного компаунда, герметизирующего полупроводниковый кристалл 30. В качестве такой антенной структуры 32 применена штыревая антенна. Антенная клемма может быть выведена, например, от верхней части полупроводникового кристалла 30 к передающему, центральному проводу коаксиальной структуры 33', имеющей волновое сопротивление около 108 Ом. Штыревая антенна может быть выполнена на переднем конце этого центрального провода.
В дополнение к этому, если есть возможность установить отражатели на передающей стороне и на приемной стороне диэлектрического тракта 21 передачи сигналов в составе шасси 11, можно использовать патч-антенну в качестве антенной структуры 32. При этом электромагнитные волны, излучаемые патч-антенной одного корпусированного полупроводникового прибора 20е, распространяются в направлении толщины шасси 11. Затем эти электромагнитные волны отражаются от отражателя на передающей стороне, распространяются вдоль плоскости шасси 11, отражаются от отражателя на приемной стороне и достигают патч-антенны другого корпусированного полупроводникового прибора 20f.
Пример изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее, пример изготовления устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет описан со ссылками на Фиг.16-18. Фиг.16А представляет вид сверху, иллюстрирующий пример изготовления электродных клемм 5 на подложке 10, а Фиг.16В представляет вид в разрезе подложки по линии X1-X1, показанной на Фиг.16А. Этот пример основан на случае сборки устройства 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на Фиг.15, с использованием монтажной подложки 10, шасси и двух корпусированных полупроводниковых приборов 20е и 20f.
С другой стороны, монтажная подложка 10 выполнена так, чтобы можно было установить корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f, показанные на Фиг.16А, параллельно друг другу. Эти корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f содержат полупроводниковые кристаллы 30 и антенные структуры 32. Сначала на подложке 10 создают несколько рисунков 10 с электродных клемм, как показано на Фиг.16В. Поскольку эти рисунки 10 с электродных клемм должны быть соединены с выступающими электродами 9 корпусированных полупроводниковых приборов 20е и 20f, при изготовлении подложки 10 на основе медной фольги рисунки 10 с электродных клемм формируют, например, путем создания рисунка в медной фольге с использованием слоя резиста в качестве маски.
Фиг.17А представляет вид сверху, иллюстрирующий пример изготовления диэлектрического тракта 21 передачи сигналов в шасси 11, и Фиг.17B представляет вид в разрезе подложки 10 по линии Х2-Х2, показанной на Фиг.17А. С другой стороны, изготавливают шасси 11 для установки монтажной подложки 10, как показано на Фиг.17А. В качестве шасси 11 используют, например, плоскую металлическую пластину толщиной t0 около 1 мм, как показано на Фиг.17В. Затем в этом шасси 11 формируют диэлектрический тракт 21 передачи сигналов.
При этом в заданном месте шасси 11 формируют сквозной участок 11b (или канавку) для ограничения области. Этот сквозной участок 11b проходит вдоль поверхности шасси 11 и может быть обработан с целью соединения монтажных областей для установки корпусированных полупроводниковых приборов 20е и 20f друг с другом. Затем этот сквозной участок 11b, показанный на Фиг.17 В, заполняют заданным диэлектрическим материалом 21'. В качестве такого диэлектрического материала 21' можно использовать стеклоэпоксидный полимерный компаунд с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. В результате создан диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, как показано на Фиг.17С.
Далее, на монтажной подложке 10 монтируют корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f, как показано на Фиг.18А. Для монтажа этих корпусированных полупроводниковых приборов 20е и 20f используют такой же способ, как показано на Фиг.4. Затем корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f, смонтированные на монтажной подложке 10, как показано на Фиг.18 В, устанавливают на шасси 11, изображенном на Фиг.17С. При этом корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f оказываются установленными на шасси 11 таким образом, что антенна 39 корпусированного полупроводникового прибора 20е и антенна 39 корпусированного полупроводникового прибора 20f скрыты в диэлектрическом тракте 21 передачи сигналов. При этом между литым блоком 8 полимерного компаунда в составе корпусированного полупроводникового прибора 20е и шасси 11, а также между литым блоком 8 полимерного компаунда в составе корпусированного полупроводникового прибора 20f и шасси 11 может быть вложен вязкоупругий материал 16.
Кроме того, когда на передающей стороне и на приемной стороне диэлектрического тракта 21 передачи сигналов в шасси 11 установлены отражатели 9а и 9b, в местах, например, обозначенных штриховыми линиями на чертеже Фиг.18В, где для удобства рассмотрения удален диэлектрический материал 21', на соответствующих полупроводниковых кристаллах 30 могут быть выполнены антенные структуры 32, включающие патч-антенны. При этом литые блоки 8 полимерного компаунда входят в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. Вся трасса диэлектрического тракта 21 передачи сигналов имеет вогнутую форму, включая отражатели 9а и 9b. Таким образом можно изготовить устройство 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, в котором два корпусированных полупроводниковых прибора 20е и 20f установлены на шасси 11 параллельно друг другу, как показано на Фиг.15.
Как описано выше, в устройстве 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно пятому варианту корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f, имеющие каждый соответствующий полупроводниковый кристалл 30, установлены на одной и той же монтажной подложке 10 параллельно друг другу. Более того, в шасси 11 выполнен диэлектрический тракт 21 передачи сигналов для ограничения области.
Вследствие этого, имеется возможность осуществлять связь с использованием сигнала S миллиметрового диапазона между двумя корпусированными полупроводниковыми приборами 20е и 20f, установленными параллельно один другому на одной и той же монтажной подложке 10, через диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, сформированный в шасси 11. Более того, поскольку диэлектрический тракт 21 передачи сигналов в пределах шасси 11 выполнен так, что эти два корпусированных полупроводниковых прибора 20е и 20f образуют плотный контакт один с другим, можно также создать конструкцию шасси 11 для крепления подложки 10, на которой смонтированы эти корпусированные полупроводниковые приборы 20е и 20f. Более того, поскольку шасси 11 служит здесь также в качестве диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, конструкция электронного устройства упрощается.
Шестой вариант
Пример конфигурации системы 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
Далее, пример конфигурации системы 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик будет описан в качестве шестого варианта со ссылками на Фиг.19А и 19В. В системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанной на Фиг.19А, корпусированные полупроводниковые приборы 20g и т.п., способные передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, установлены в двух электронных устройствах 601 и 602. В этой системе 600 заданные участки этих двух электронных устройств 601 и 602 приведены в контакт один с другим, что позволяет передавать сигнал S миллиметрового диапазона, как показано на Фиг.19 В.
Первый корпусированный полупроводниковый прибор 20g, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, установлен в электронном устройстве 601. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20g включает полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру 32 и диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий выпуклую форму. В корпусированном полупроводниковом приборе 20g полупроводниковый кристалл 30 установлен на одной промежуточной подложке 4. С этим полупроводниковым кристаллом 30 соединена антенная структура 32. Указанные полупроводниковый кристалл 30 и антенная структура 32 на промежуточной подложке 4 закрыты литым блоком 8 полимерного компаунда.
Имеющий выпуклую форму диэлектрический тракт 21 передачи сигналов в электронном устройстве 601 включает монтажную подложку 10, выступающий элемент 17 выпуклой формы и диэлектрический материал 21'. Монтажная подложка 10 может быть элементом, используемым также в качестве корпуса 12а электронного устройства 601. Выступающий элемент 17 может быть изготовлен из металла или из полимерного материала. В подложке 10 и в выступающем элементе 17 выполнено сквозное отверстие 18 для ограничения диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Это сквозное отверстие 18 выполнено в позиции, включающей антенную структуру 32. Сквозное отверстие 18 заполнено заданным диэлектрическим материалом 21'. В качестве такого диэлектрического материала 21' используют стеклоэпоксидный полимерный компаунд или аналогичный материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1.
Второй корпусированный полупроводниковый прибор 20h, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, установлен в электронном устройстве 602. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20h включает полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру 32 и диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму. Корпусированный полупроводниковый прибор 20h обладает такой же конфигурацией, как и корпусированный полупроводниковый прибор 20g, за исключением того, что диэлектрический тракт 21 передачи сигналов имеет вогнутую форму. Пример внутренней функциональной конфигурации корпусированных полупроводниковых приборов 20g и 20h показан на Фиг.2.
Указанный диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму, в электронном устройстве 602 включает монтажную подложку 10, корпус 12b выпуклой формы и диэлектрический материал 21'. Монтажная подложка 10 установлена на корпусе 12b электронного устройства 601. Этот корпус 12b может быть выполнен из металла или полимерного материала. Подложка 10 имеет сквозное отверстие 18 для ограничения диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Это сквозное отверстие 18 выполнено в позиции, включающей антенную структуру 32. Сквозное отверстие 18 заполнено заданным диэлектрическим материалом 21'. В качестве такого диэлектрического материала 21' используют стеклоэпоксидный полимерный компаунд или аналогичный материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1.
В этом примере, как показано на Фиг.19В, диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий выпуклую форму, из состава электронного устройства 602 плотно входит в диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму, из состава электронного устройства 602. Таким образом, построен диэлектрический тракт 21 передачи сигналов 21, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона, между корпусированным полупроводниковым прибором 20g и корпусированным полупроводниковым прибором 20h. Антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20g и антенная структура 32 корпусированного полупроводникового прибора 20h сопряжены так, что они обращены друг к другу, а диэлектрический тракт 21 передачи сигналов при этом расположен между ними.
В системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик эти два электронных устройств 601 и 602 обычно отделены одно от другого. Электронное устройство 601 может быть, например, портативным устройством с питанием от аккумуляторов, а электронное устройство 602 может быть, например, стационарным зарядным устройством для аккумуляторов, базовой станцией и т.п. В системе 600 во время заряда аккумулятора или передачи данных от электронного устройства 601 электронному устройству 602 эти два электронных устройства соединяют друг с другом.
В этом примере рассмотрены следующие сочетания электронных устройств 601 и 602. i. Когда электронное устройство 601 представляет собой устройство с питанием от аккумуляторов, такое как сотовый телефон, цифровой фотоаппарат, видеокамера, игровой автомат, пульт дистанционного управления или бритва, другое электронное устройство 602 представляет собой зарядное устройство для аккумуляторов электронного устройства 601, базовую станцию для обработки изображения и т.п.
ii. Когда первое электронное устройство 601 выглядит как электронная карта с интегральной схемой, имеющая относительно небольшую толщину по сравнению с корпусом варианта i, электронное устройство 602 является устройством для чтения и записи карточки электронного устройства 601 и т.п. Здесь может быть реализован такой режим использования, как Felica card (R). Безусловно, перечисленные выше сочетания электронных устройств 601 и 602 даны только для иллюстрации.
Пример изготовления электронных устройств 601 and 602
Далее, способ изготовления электронных устройств 601 и 602, используемых в системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, будет описан со ссылками на Фиг.20А и 20В и Фиг.21А и 21В. Даже если рассматриваемый вариант применен только к одному из электронных устройств 601 и 602, в качестве примера будет рассмотрен случай, когда корпусированные полупроводниковые приборы 20g и 20h смонтированы на внутренних поверхностях стенок корпусов 12а.
Сначала изготавливают показанные на Фиг.20А, корпусированный полупроводниковый прибор 20g, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, и корпус 12а, используемый также в качестве подложки 10, для изготовления электронного устройства 601. В этом примере корпусированный полупроводниковый прибор 20g, показанный на Фиг.20А, установлен в корпусе 12а. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 20g включает полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру 32 и диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий выпуклую форму.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20g на одной промежуточной подложке 4 установлен полупроводниковый кристалл 30. К клеммам под этой промежуточной подложкой, на которой установлен полупроводниковый кристалл 30, присоединена антенная структура 32. Эта антенная структура 32 соединена с полупроводниковым кристаллом 30. Литой блок 8 полимерного компаунда закрывает полупроводниковый кристалл 30 на промежуточной подложке 4 и антенную структуру 32. На клеммах под промежуточной подложкой 4 созданы выступающие электроды 9 для обращенного монтажа.
Когда электронное устройство 601 представляет собой, например, сотовый телефон, корпус 12а служит наружным кожухом этого сотового телефона. Обычно в подложке 10 электродные площадки для обращенного монтажа создают на поверхности для установки корпусированного полупроводникового прибора, поэтому, когда корпус 12а используется также в качестве подложки 10, необходимо выполнить электродные площадки для обращенного монтажа на поверхности корпуса 12а, на которой должен быть смонтирован корпусированный полупроводниковый прибор. Безусловно, можно также использовать способ с применением монтажа подложки 10, на которой установлен корпусированный полупроводниковый прибор 20g, в заданной позиции корпуса 12а.
В этом примере диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий выпуклую форму, создают путем прикрепления монтажного корпуса 12а к выступающему элементу 17, имеющему выпуклую форму. Безусловно, сквозь корпус 12а и выступающий элемент 17 проходит сквозное отверстие 18 для ограничения диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Предпочтительно, сквозное отверстие 18 выполнено в позиции, включающей антенную структуру 32. Выступающий элемент 17 может быть изготовлен из металла или полимерного материала. Это сквозное отверстие 18 заполняют заданным диэлектрическим материалом 21'. В качестве этого диэлектрического материала 21' может быть использован стеклоэпоксидный полимерный компаунд с относительной диэлектрической проницаемостью ε1. Таким образом, в электронном устройстве 601 можно создать диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий выпуклую форму.
После изготовления корпусированного полупроводникового прибора 20g, способного передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, и корпуса 12а с имеющим выпуклую форму диэлектрическим трактом 21 передачи сигналов, указанный корпусированный полупроводниковый прибор 20g прикрепляют к корпусу 12а, как показано на Фиг.20В. При этом момент корпусированный полупроводниковый прибор 20g прикрепляют к корпусу 12а, так что выступающий элемент 17 расположен вне корпуса 12а, а корпусированный полупроводниковый прибор 20g расположен на внутренней поверхности стенки корпуса 12а.
Далее выполняют обращенный монтаж с использованием выступающего электрода 9, выполненного на клемме под промежуточной подложкой 4. Например, электродные площадки для обращенного монтажа, выполненные заранее на поверхности используемого также в качестве подложки 10 корпуса 12а для монтажа корпусированного полупроводникового прибора, припаивают к выступающим электродам 9, созданным на клеммах под промежуточной подложкой 4. В результате изготовлено электронное устройство 601, которое может быть использовано в системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Далее, изготавливают корпусированный полупроводниковый прибор 20h, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, подложку 10 и корпус 12а, показанные на Фиг.21А, для создания электронного устройства 602. В этом примере сначала на подложке 10 монтируют корпусированный полупроводниковый прибор 20h, показанный на Фиг.21А, а полученную структуру устанавливают на корпусе 12b. В качестве подложки 10 используют подложку, на поверхности которой, предназначенной для установки корпусированного полупроводникового прибора созданы электродные площадки для поверхностного монтажа. Затем монтируют способом обращенного монтажа корпусированный полупроводниковый прибор 20h с использованием выступающих электродов 9, выполненных на клеммах под промежуточной подложкой 4. Например, электродные площадки для обращенного монтажа, созданные заранее на поверхности подложки 10, предназначенной для установки корпусированного полупроводникового прибора, припаивают к выступающим электродам 9, выполненным на клеммах под промежуточной подложкой 4.
В этом примере использован способ, в соответствии с которым подложку 10 со смонтированным на ней корпусированным полупроводниковым прибором 20h устанавливают таким образом, чтобы закрыть окно 12 с, вскрытое в заданной позиции в корпусе 12b. Более того, в качестве корпусированного полупроводникового прибора 20h используется такой же корпусированный полупроводниковый прибор, как и корпусированный полупроводниковый прибор 20g, включающий полупроводниковый кристалл 30, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, антенную структуру 32 и диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму. Поскольку корпусированный полупроводниковый прибор 20h изготовлен таким же способом, как и корпусированный полупроводниковый прибор 20g, описание этого способа здесь будет опущено.
В этом примере диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму, изготовлен с использованием диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, ограниченного просветом сквозного отверстия 18, проходящего сквозь подложку 10, и окном 12 с в корпусе 12b. Сквозное отверстие 18 предпочтительно выполнено в позиции, где оно охватывает антенную структуру 32. Это сквозное отверстие 18 заполняют заданным диэлектрическим материалом 21'. В качестве такого диэлектрического материала 21' используют стеклоэпоксидный полимерный компаунд или аналогичный материал с относительной диэлектрической проницаемостью ε1.
Кроме того, при использовании изоляционного элемента из такого же материала, что и диэлектрический материал 21', для изготовления подложки 10 сквозное отверстие 18 может быть исключено. Когда диэлектрический тракт 21 передачи сигналов ограничен принудительно, в направлении толщины подложки 10 может быть скрыт электропроводный цилиндрический элемент таким образом, чтобы приблизительный центр антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20g располагался в центре цилиндрического элемента. Изоляционный элемент, выполненный на внутренней стороне цилиндрического элемента, образует диэлектрический тракт 21 передачи сигналов. Таким образом, в электронном устройстве 602 может быть выполнен диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, имеющий вогнутую форму.
Когда электронное устройство 602 представляет собой, например, зарядное устройство для аккумулятора сотового телефона, корпус 12b, показанный на Фиг.21В, является наружным кожухом этого зарядного устройства. В качестве этого корпуса 12b использован корпус с окном 12с в заданной позиции. Окно 12с плотно садится на выступающий элемент 17 электронного устройства 601, показанного на Фиг.19А.
Сначала изготавливают оснащенную диэлектрическим трактом передачи сигналов, имеющим вогнутую форму, подложку 10, на которой смонтирован корпусированный полупроводниковый прибор 20h, способный передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, и корпус 12b с окном 12с. После этого, корпусированный полупроводниковый прибор 20h и подложку 10 с диэлектрическим трактом передачи сигналов, имеющим вогнутую форму, монтируют поверх окна 12с корпуса 12b, как показано на Фиг.21В.
В этом примере, когда выступающий элемент 17 электронного устройства 601 вставлен в окно 12с корпуса 12b, этот выступающий элемент 17 располагается таким образом, что приблизительный центр антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового устройства 20g электронного устройства 601 совпадает с приблизительным центром антенной структуры 32 корпусированного полупроводникового прибора 20h. После этого подложку 10 устанавливают на корпусе 12b. Подложку 10 прикрепляют к корпусу 12b с использованием резьбовых соединений.
Безусловно, можно использовать способ крепления подложки 10 к корпусу 12b с помощью клея. В результате изготовлено электронное устройство 602 для применения в системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Как описано выше, в системе 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно шестому варианту корпусированный полупроводниковый прибор 20g, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, использован в одном электронном устройстве 601, а корпусированный полупроводниковый прибор 20h, способный осуществлять связь в миллиметровом диапазоне, использован в другом электронном устройстве 602. Кроме того, между этими корпусированными полупроводниковыми приборами 20g и 20h создан диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона. При этом корпусированные полупроводниковые приборы 20g и 20h контактируют друг с другом так, что антенные структуры 32 этих корпусированных полупроводниковых приборов 20g и 20h обращены друг к другу, а указанный диэлектрический тракт 21 передачи сигналов расположен между этими структурами.
Вследствие этого, можно передавать сигнал S миллиметрового диапазона от корпусированного полупроводникового прибора 20g к корпусированному полупроводниковому прибору 20h через диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, расположенный между этими корпусированным полупроводниковым прибором 20g и корпусированным полупроводниковым прибором 20h для передачи сигнала миллиметрового диапазона. Таким образом, можно осуществлять связь и т.п. между одним электронным устройством 601 и другим электронным устройством 602 в процессе зарядки аккумулятора без зависимости от кабеля связи и т.п. для соединения электронного устройства 601 с электронным устройством 602.
Во всех этих вариантах устройства 200, 300, 400 и 500 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик и система 600 передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению могут быть реализованы в простой и недорогой конфигурации. Более того, возможна передача данных с высокой скоростью между корпусированными полупроводниковыми приборами 20а и 20b, корпусированными полупроводниковыми приборами 20 с и 20d, корпусированными полупроводниковыми приборами 20е и 20f и корпусированными полупроводниковыми приборами 20g и 20h.
Седьмой вариант осуществления
Фиг.22-28 представляет собой схемы и графики, поясняющие конструкцию и работу корпусированного полупроводникового прибора 20j (эквивалентного устройству для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно этому варианту) в качестве седьмого варианта осуществления. Фиг.22 представляет схемы, поясняющие пример седьмого варианта. Фиг.23 представляет схемы, поясняющие общую конфигурацию корпусированного полупроводникового прибора 20J согласно седьмому варианту. Фиг.24 представляет схему, поясняющую подробно пример антенной структуры, используемой в корпусированном полупроводниковом приборе 20j согласно седьмому варианту. Фиг.25 представляет схему, подробно поясняющую пример конструкции корпусированного полупроводникового прибора 20j, использующего антенную структуру, показанную на Фиг.24, согласно седьмому варианту. Фиг.26-28 представляют графики, показывающие пример моделирования характеристик корпусированного полупроводникового прибора 20j, показанного на Фиг.25, согласно седьмому варианту.
Седьмой вариант отличается тем, что несколько полупроводниковых кристаллов 30 расположены на подложке в одном корпусированном полупроводниковом приборе 20j и что передача сигналов миллиметрового диапазона осуществляется между этими полупроводниковыми кристаллами 30. Передача сигналов миллиметрового диапазона здесь осуществляется между полупроводниковыми кристаллами 30 в одном и том же корпусе, а корпусированный полупроводниковый прибор 20j сам составляет устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
В дальнейшем, для облегчения понимания конструкции седьмого варианта сначала будет рассмотрен пример, сравниваемый с этим седьмым вариантом, а затем будет приведен общий обзор и подробное описание примера седьмого варианта.
Сравнительный пример
Фиг.22 иллюстрирует корпусированный полупроводниковый прибор 1х сравнительного примера, не использующего седьмой вариант. Этот корпусированный полупроводниковый прибор 1х представляет собой многокристальный прибор, где в одном корпусе параллельно друг другу размещены полупроводниковые кристаллы 2_1, 2_2 и 2_3 в виде нескольких (три на чертежах) системных БИС (LSI) в этом одном корпусе. На поверхностях этих полупроводниковых кристаллов 2_1, 2_2 и 2_3 выполнено множество электродных площадок 3.
Хотя передача сигнала осуществляется между полупроводниковыми кристаллами 2_1 и 2_2 и между полупроводниковыми кристаллами 2_1 и 2_3, между полупроводниковыми кристаллами 2_2 и 2_3 сигнал не передают. Здесь для соединений с целью передачи сигналов между полупроводниковыми кристаллами 2_1 и 2_2 и между полупроводниковыми кристаллами 2_1 и 2_2 используют проволочные перемычки 7. Все эти полупроводниковые кристаллы 2_1, 2_2 и 2_3 защищены полимерным корпусом БИС (LSI) (литой блок 8 полимерного компаунда) и смонтированы на промежуточной подложке 4х (подложка корпуса БИС (LSI)).
Здесь при высоких характеристиках кристаллов системных БИС (LSI) и увеличении пропускной способности при передаче данных число проволочных перемычек 7 для соединения кристаллов системных БИС (LSI) одного с другими увеличивается, а также увеличивается площадь кристалла вследствие увеличения числа электродных площадок 3. Более того, при высокой скорости связи между кристаллами системных БИС (LSI) задержка в проводах из-за удлинения проволочных перемычек 7, отражения из-за рассогласования сопротивления и другие подобные факторы могут порождать проблемы. Далее, поскольку необходимо размещать кристаллы системных БИС (LSI), соединяемые один с другим проволочными перемычками 7, поближе один к другому, уменьшение степени свободы при компоновке устройства с кристаллами системных БИС (LSI) также может создавать проблемы.
Общий обзор конфигурации седьмого варианта
Фиг.23 иллюстрирует общий обзор конфигурации седьмого варианта. Фиг.23А представляет схематичный вид сверху, а Фиг.23В представляет схематичный вид в разрезе.
Корпусированный полупроводниковый прибор 20j согласно седьмому варианту представляет собой многокристальный корпусированный прибор, в котором три полупроводниковых кристалла 30_1, 30_2 и 30_3, способных передавать сигналы миллиметрового диапазона через диэлектрик, расположены параллельно друг другу в одном корпусе. В отличие от сравнительного примера, на поверхностях этих полупроводниковых кристаллов 30_1,30_2 и 30_3 нет электродных площадок 3.
Все полупроводниковые кристаллы 30_1, 30_2 и 30_3 защищены полимерным корпусом БИС (LSI) (литой блок 8 полимерного компаунда) и смонтированы на подложке 4j (промежуточная подложка) корпуса БИС (LSI). Этот литой блок 8 полимерного компаунда выполнен из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона.
Хотя на чертежах не показано, все же, как описано в первом варианте, клеммы источника питания и других цепей, не преобразующих сигнал миллиметрового диапазона, соединены проводниками от электродных площадок 3 полупроводниковых кристаллов 30_1,30_2 и 30_3 через проволочные перемычки 7 аналогично сравнительному примеру.
Как описано в первом варианте, в каждый полупроводниковый кристалл 30_1, 30_2 и 30_3 встроены функциональный блок 201 БИС (LSI), генератор 202 сигналов и антенный переключатель 38 блока 203 связи с антенной. Поскольку полупроводниковые кристаллы 30_1, 30_2 и 30_3 расположены параллельно один другому в общем корпусе, это не исключает возможности применения антенны (например, патч-антенны), диаграмма направленности которой ориентирована в направлении толщины (нормали) подложки, как у антенны 39, но предпочтительнее использовать антенну с диаграммой направленности, ориентированной в плоскости подложки.
При использовании антенны (например, патч-антенны) с диаграммой направленности, ориентированной в направлении толщины (нормали) подложки, например, можно внести изменения, в результате которых миллиметровые волны будут распространяться между антеннами 39 за счет создания отражательной пластины в толще литого блока 8 полимерного компаунда с целью образования диэлектрического тракта 21 передачи сигналов, что ведет к повышению эффективности передачи.
Как описано в первом варианте, генератор 202 сигналов включает функциональный блок 201 БИС (LSI), параллельно-последовательный преобразователь 34, модулятор 35, преобразователь частоты 36, усилитель 37 и антенный переключатель 38 в качестве передающей системы и включает усилитель 44, преобразователь частоты 45, демодулятор 46, и последовательно-параллельный преобразователь 47 в качестве приемной системы.
Например, когда происходит передача сигнала между полупроводниковыми кристаллами 30_1 и 30_2 и между полупроводниковыми кристаллами 30_1 и 30_3, между полупроводниковыми кристаллами 30_2 и 30_3 сигнал не передают. В таком случае, в полупроводниковом кристалле 30 на передающей стороне несколько сигналов данных, генерируемых функциональным блоком 201 БИС (LSI), преобразуют в последовательный сигнал посредством параллельно-последовательного преобразователя 34, модулируют посредством модулятора 35, преобразуют вверх по частоте в сигнал миллиметрового диапазона посредством преобразователя частоты 36, усиливают в усилителе 37 и излучают в литой блок 8 полимерного компаунда (корпус БИС (LSI)) через антенну 39 из состава блока 203 связи с антенной в виде электрической волны. В полупроводниковом кристалле 30 на приемной стороне электрические волны миллиметрового диапазона принимают антенной 39, усиливают в усилителе 34, преобразуют вниз по частоте в сигнал видеодиапазона (модулирующий сигнал) посредством преобразователя частоты 45, демодулируют посредством демодулятора 46, преобразуют в параллельный сигнал посредством последовательно-параллельного преобразователя 47 и передают функциональному блоку 201 БИС (LSI).
В корпусированном полупроводниковом приборе 20j согласно седьмому варианту передачу данных в многокристальном корпусированном приборе, в котором несколько полупроводниковых кристаллов 30 (системные БИС (LSI)) расположены в одном корпусе, осуществляют с использованием миллиметровых волн. Тракт передачи сигналов миллиметрового диапазона, в котором распространяются миллиметровые волны, не является воздушным трактом (тракт передачи в свободном пространстве), а представляет собой диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, использующий литой блок 8 полимерного компаунда, выполненный из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона. Таким образом, можно значительно уменьшить число проволочных перемычек 7 и электродных площадок 3, необходимых в корпусированном полупроводниковом приборе 1х сравнительного примера, а также можно уменьшить площадь кристалла, что ведет к снижению стоимости кристалла. Кроме того, степень свободы при размещении кристаллов повышается, что приводит к упрощению проектирования корпуса. Более того, передача сигнала по электрическим проводникам с применением проволочных перемычек 7 и электродных площадок 3 заменена передачей с использованием сигнала миллиметрового диапазона, что позволяет решить проблему, связанную с задержкой в проводниках и рассогласованием сопротивлений.
Антенная структура седьмого варианта осуществления
Фиг.24-28 иллюстрируют подробный пример конструкции и пример характеристик антенной структуры, используемой в корпусированном полупроводниковом приборе 20j.
Здесь в качестве антенны 39 применена показанная на Фиг.24А перевернутая F-антенна 39j, размер которой меньше размера соответствующей патч-антенны. Поскольку такая перевернутая F-антенна 39j является ненаправленной (за исключением продольного направления излучающего элемента), т.е. обладает направленностью как в плоскости подложки, так и в направлении толщины (нормали) к подложке, подобная антенна подходит для передачи сигналов миллиметрового диапазона между полупроводниковыми кристаллами 30_1 и 30_2 и между полупроводниковыми кристаллами 30_1 и 30_3, расположенными параллельно друг другу.
Числовые примеры, приведенные на Фиг.24В и Фиг.24С относятся к случаю, когда перевернутая F-антенна 39J диапазона 60 ГГц установлена в корпусированном полупроводниковом приборе 20j. Такая перевернутая F-антенна 39J, конструкцию которой иллюстрирует Фиг.24А, установлена на каждом из полупроводниковых кристаллов 30_1, 30_2 и 30_3 размером 2×2 мм, при этом все полупроводниковые кристаллы 30_1, 30_2 и 30_3 загерметизированы в литом блоке 8 полимерного компаунда.
В такой перевернутой F-антенне 39j, например, выполнен рисунок 39GP экрана толщиной 0,2 мкм в M1-слое 30__М1 на слое кремния 30_М0, имеющем толщину 300 мкм и образующем полупроводниковый кристалл 30 размером 2×2 мм, приблизительно на всей поверхности 2×2 мм (подробности будут приведены позднее). Поверх M1-слоя 30_М1 (рисунок 39GP экрана) создан слой 39_М8 оксидной пленки толщиной 6 мкм. Кремний Si в слое кремния 30_М0 обладает относительной диэлектрической проницаемостью 11,9 и удельным электрическим сопротивлением 10 Ом·см, а слой 39_М8 оксидной пленки обладает относительной диэлектрической проницаемостью 3,5 и тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ, равным 0,02.
В М9-слое 30_М9 поверх слоя 39_М8 создан излучающий элемент 39RE толщиной 0,8 мкм, выступающий относительно широкого рисунка 39GP экрана. Этот излучающий элемент 39RE создан на расстоянии 50 мкм внутрь от одной стороны 30_а полупроводникового кристалла 30 вдоль этой стороны 30_а, так что продольное направление излучающего элемента 39RE параллельно указанной стороне 30_а. В этом излучающем элементе 39RE длина La первого отрезка от центральной точки 39RE_c стороны 30_а до одного конца 39RE_a установлена равной 560 мкм, а длина Lg второго отрезка от этой центральной" точки 39RE_c стороны 30_а до другого конца 39RE_g установлена равной 272 мкм.
Питающие проводники 39LD_g и 39LD_c для подачи питания к антенне отходят от конца 39RE_g и от центральной точки 39RE_c излучающего элемента 39RE, соответственно. Ширина линий этих питающих проводников 39LD_g и 39LD_c установлена равной 13 мкм. Питающий проводник 39LD_g имеет длину Н вывода равную 113 мкм, а конечная точка его является первой питающей точкой 39F_g. Кроме того, этот первый питающий проводник 39LD_g опускается вниз от первой питающей точки 39F_g к M1-слою 30_М1 и соединяется с рисунком 39GP экрана. Питающий проводник 39LD_c имеет длину Н вывода больше длины Н (113 мкм) вывода питающего проводника 39LD_g, а конечная точка его является второй питающей точкой 39F_c.
Рисунок 39GP экрана занимает не всю площадь 2×2 мм, а отстоит от позиции Н (50 мкм) формирования излучающего элемента 39RE относительно стороны 30_а на длину Н (113 мкм) вывода питающего проводника 39LD_g.
Фиг.25 иллюстрирует состояние, в котором два полупроводниковых кристалла (например, 30_1 и 30_2), оснащенные перевернутыми F-антеннами 39j, показанными на Фиг.24, расположены на подложке 4j корпуса БИС (LSI) параллельно друг другу и на межкристальном расстоянии d друг от друга, так что их перевернутые F-антенны 39j обращены друг к другу. Эта подложка 4j корпуса БИС (LSI) выполнена из диэлектрического материала с относительной диэлектрической проницаемостью 3,5 и тангенсом угла диэлектрических потерь tan 8 равным 0,02 и имеет толщину 0,4 мм.
Фиг.25 В представляет схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий первый пример полупроводниковых кристаллов. Два полупроводниковых кристалла 30_1 и 30_2 герметизированы в полимерном корпусе БИС (LSI) (литой блок 8 полимерного компаунда). Диэлектрический материал этого литого блока 8 полимерного компаунда обладает относительной диэлектрической проницаемостью, of 4,0 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ, равным 0,01, и имеет толщину Т, равную 1 мм.
На Фиг.26-28 показаны частотные характеристики S-параметров (параметры рассеяния) для случая, когда полупроводниковые кристаллы 30_1 и 30_2, изображенные на Фиг.25, расположены так, что их перевернутые F-антенны 39j обращены друг к другу на плоскости, а расстояние d между кристаллами изменяется. На Фиг.26 показан случай, когда расстояние d между кристаллами равно 1 мм, на Фиг.27 показан случай, когда расстояние d между кристаллами равно 2 мм, а на Фиг.28 показан случай, когда расстояние d между кристаллами равно 3 мм.
Как видно из сравнения Фиг.26-28, система обладает превосходной характеристикой потерь на отражение на частотах около 60 ГГц независимо от расстояния d между кристаллами. Это означает, что отражение, обусловленное рассогласованием, невелико, и можно сказать, что связь осуществляется успешно.
Как описано выше, в седьмом варианте электромагнитные волны, излучаемые перевернутыми F-антеннами 39j, распространяются между несколькими полупроводниковыми кристаллами 30 в пределах одного и того же корпуса с использованием внутренней части литого блока 8 полимерного компаунда, изготовленного из диэлектрического материала, в качестве диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. Между двумя полупроводниковыми кристаллами 30, включающими перевернутые F-антенны 39j, обращенные друг к другу, происходит передача сигналов миллиметрового диапазона с использованием диэлектрического тракта 21 передачи сигналов. В результате имеется возможность осуществлять связь между полупроводниковыми кристаллами 30 через диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, образованный в литом блоке 8 полимерного компаунда.
Восьмой вариант осуществления
Фиг.29-33 представляют схемы и графики, поясняющие конструкцию и характеристики системы 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик (электронное устройство) согласно восьмому варианту осуществления. Фиг.29 представляет схемы, поясняющие пример для сравнения с восьмым вариантом. Фиг.30А и 30В представляют схемы, поясняющие общий обзор конфигурации системы 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно восьмому варианту. Фиг.31-33 представляют графики, иллюстрирующие пример моделирования характеристик системы 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанной на Фиг.30 согласно восьмому варианту.
Восьмой вариант отличается тем, что два корпусированных полупроводниковых прибора 20j_1 и 20j_2 согласно седьмому варианту включают несколько полупроводниковых кристаллов 30, способных передавать сигналы миллиметрового диапазона и обращенных друг к другу, так что между этими корпусированными полупроводниковыми приборами 20j_1 и 20j_2 (полупроводниковыми кристаллами 30), осуществляется передача сигналов миллиметрового диапазона. Между разными корпусированными приборами передача миллиметровых волн осуществляется между полупроводниковыми кристаллами 30 и по тракту 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона, созданному между этими корпусированными полупроводниковыми приборами 20j_1 и 20j_2, обращенными друг к другу.
В дальнейшем для облегчения понимания конструкции восьмого варианта сначала будет рассмотрен сравнительный пример для сопоставления с восьмым вариантом, а затем общий обзор и подробный пример восьмого варианта.
Сравнительный пример
Фиг.29 иллюстрирует электронное устройство 700х в качестве сравнительного примера, не использующего восьмой вариант. Электронное устройство 700х имеет приблизительно такую же конфигурацию, как и электронное устройство 700, изображенное на Фиг.39, и включает корпусированные полупроводниковые приборы 1x_1 и 1x_2, установленные друг на друга. Иными словами, в конфигурации электронного устройства 700х имеются два многокристальных корпусированных прибора, расположенных друг над другом по вертикали. Электронное устройство 700х отличается от электронного устройства 700, показанного на Фиг.39, в том, что в каждом из корпусированных полупроводниковых приборов 1х_1 и 1х_2 смонтированы несколько (на чертежах - по два) полупроводниковых кристаллов 2_1 и 2_2.
Аналогично корпусированным полупроводниковым приборам, показанным на Фиг.22, для передачи данных внутри корпусированных полупроводниковых приборов 1х_1 и 1х_2 полупроводниковые кристаллы 2_1 и 2_2 в каждом их этих корпусированных полупроводниковых приборов 1х_1 и 1х_2 имеют на поверхностях по несколько электродных площадок 3 и проволочных перемычек 7, используемых совместно при передаче сигналов. В то же время передача данных между этими корпусированными полупроводниковыми приборами 1х_1 и 1х_2 осуществляется с использованием соединителей 14 на подложках 10а и 10b и присоединения плат 15х для передачи данных (или кабелей 15) между этими соединителями 14.
В конфигурации сравнительного примера, как описано выше, необходимо выполнять передачу данных между корпусированными полупроводниковыми приборами 1х через соединители 14 и платы 15х передачи данных, так что усложнение проводников высокоскоростной линии передачи, сложность реализации высокоскоростного соединителя, уменьшение степени свободы при компоновке и т.п.могут создать проблемы.
Общий обзор конфигурации восьмого варианта
На Фиг.30 показан общий обзор конфигурации системы 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик (электронное устройство) согласно восьмому варианту. Фиг.30А представляет схематичный вид сверху, а Фиг.30В представляет схематичный вид в разрезе. Как видно из сравнения с показанным на Фиг.25 корпусированным полупроводниковым прибором 20j согласно седьмому варианту, несколько таких корпусированных полупроводниковых приборов 20j_l и 20j_2 согласно седьмому варианту установлены друг над другом и отделены при этом друг от друга межкорпусным расстоянием h. Другими словами, два многокристальных корпусированных прибора, использующих седьмой вариант, установлены друг над другом по вертикали.
Как известно, по несколько корпусированных полупроводниковых приборов 20 установлены друг на друге и во втором варианте (Фиг.4), и в третьем варианте (Фиг.10), и в шестом варианте (Фиг.19), но восьмой вариант отличается от них тем, что в каждом корпусированном полупроводниковом приборе 20j установлены по несколько (на чертежах по два) полупроводниковых кристаллов 30_1 и 30_2.
Между корпусированными полупроводниковыми приборами 20j_1 и 20j_2 создан тракт 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона, представляющий собой тракт для распространения миллиметровых волн. Этот тракт 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона может быть трактом передачи в свободном пространстве. Однако предпочтительно здесь иметь волноводную структуру с присущими волноводу элементами для ограничения миллиметровых волн, линию передачи, диэлектрическую линию передачи, встроенный диэлектрик и т.п., а также иметь характеристики, позволяющие эффективно передавать электромагнитные волны миллиметрового диапазона. Например, здесь можно использовать диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, включающий диэлектрический материал с относительной диэлектрической проницаемостью в постоянном диапазоне и тангенсом угла диэлектрических потерь в постоянном диапазоне.
Таким «постоянным диапазоном» может быть диапазон, в котором относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрического материала позволяют получить эффекты настоящего изобретения, так что эти параметры могут быть заранее выбраны в таком диапазоне. Иными словами, такой диэлектрический материал может передавать сигнал миллиметрового диапазона с характеристиками, обеспечивающими достижение результатов настоящего изобретения. Поскольку выбор диэлектрического материала зависит не только от указанных выше условий, но должен также учитывать длину тракта передачи сигналов и частоту сигнала миллиметрового диапазона, нет необходимости четко определять этот выбор. Однако, в качестве примера, диэлектрический материал выбирают следующим образом.
Для передачи сигналов миллиметрового диапазона в диэлектрическом тракте 21 передачи сигналов с высокой скоростью предпочтительно, чтобы, указанный диэлектрический материал обладал относительной диэлектрической проницаемостью примерно от 2 до 10 (предпочтительнее от 3 до 6) и тангенсом угла диэлектрических потерь приблизительно от 0,00001 до 0,01 (предпочтительно от 0,00001 до 0,001). В качестве диэлектрического материала, удовлетворяющего таким условиям, можно использовать, например, диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы, на основе уретановой полимерной смолы, на основе эпоксидной полимерной смолы, на основе силиконовой полимерной смолы, на основе полиимидной полимерной смолы или на основе цианоакрилатной, полимерной смолы. Кроме того, для использования конфигурации, ограничивающей сигнал миллиметрового диапазона в пределах тракта 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона, может быть применен полый волновод, окруженный по периметру экранирующим материалом, а полая внутренняя область волновода может служить таким трактом 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона в дополнение к диэлектрическому тракту 21 передачи сигналов.
Перевернутая F-антенна 39j в корпусированном полупроводниковом приборе 20j обладает направленностью как в направлении толщины (вертикальное направление) подложки, так и в плоскости (горизонтальное направление) подложки. Вследствие этого, перевернутая F-антенна 39j может быть применена для передачи сигналов миллиметрового диапазона между полупроводниковыми кристаллами 30, установленными в каждом из корпусированных полупроводниковых приборов 20j_1 и 20j_2, расположенными параллельно друг другу и друг над другом.
С другой стороны, при использовании антенны, обладающей направленностью только в плоскости (в горизонтальном направлении) подложки, в качестве антенны 39 указанный выше эффект реализовать нельзя. Например, при использовании прямолинейной антенны, выступающей от полупроводникового кристалла 30, толщина слоя полимерного компаунда должна быть не меньше длины антенны. Более того, поскольку используемая представляет собой прямолинейную антенну, эта антенна является ненаправленной в вертикальном направлении и вследствие этого связь невозможна.
В системе 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно восьмому варианту передача данных между многокристальными корпусированными приборами, в которых несколько полупроводниковых кристаллов 30 (системные БИС (LSI)) расположены в одном корпусе, осуществляется с использованием миллиметровых волн. Тракт 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона, по которому передают миллиметровые волны, может быть трактом передачи в свободном пространстве, диэлектрическим трактом передачи сигналов, имеющим функцию ограничения миллиметровых волн, или полым волноводом. При передаче сигналов между корпусированными приборами можно уменьшить число соединителей 14 и плат 15х передачи сигналов, необходимых в электронном устройстве 700х согласно сравнительному примеру, и тем самым решить проблему усложнения проводников высокоскоростной линией передачи, трудностей в реализации высокоскоростного соединителя, уменьшения степени свободы при компоновке и т.п.
На Фиг.31-33 показаны частотные зависимости S-параметров для конфигурации, когда корпусированные полупроводниковые приборы 20j_1 и 20j_2, включающие каждый несколько полупроводниковых кристаллов 30, оснащенных перевернутыми F-антеннами 39j, установлены друг напротив друга в вертикальном направлении, как показано на Фиг.30, а межкорпусное расстояние h изменяется. В этом случае тракт 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона работает в качестве тракта передачи сигналов в свободном пространстве. На Фиг.31 показан случай, когда h между корпусами равно 0 мм, на Фиг.32 показан случай, когда h между корпусами равно 1 мм, и на Фиг.33 показан случай, когда h между корпусами равно 2 мм.
Как видно из сравнения Фиг.31-33, система обладает превосходной характеристикой потерь на отражения на частотах около 60 ГГц независимо от расстояния h между корпусами. Это означает, что отражение, обусловленное рассогласованием, невелико, и можно сказать, что связь осуществляется успешно.
Как описано выше, в восьмом варианте электромагнитные волны, излучаемые перевернутыми F-антеннами 39j полупроводниковых кристаллов 30, распространяются в тракте 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона между установленными друг над другом корпусированными полупроводниковыми приборами 20j. При этом сигнал миллиметрового диапазона передают с использованием тракта 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона между двумя полупроводниковыми кристаллами 30, имеющими перевернутые F-антенны 39j, обращенные друг к другу. В результате имеется возможность осуществлять связь между корпусированными приборами через тракт 21k передачи сигналов миллиметрового диапазона.
В частности, для связи в горизонтальном направлении внутри корпуса в корпусированных полупроводниковых приборах 20j, показанных на Фиг.25, согласно седьмому варианту и для связи в вертикальном направлении в системе 600k передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанной на Фиг.30, согласно восьмому варианту используют одни и те же перевернутые F-антенны 39j, изображенные на Фиг.24. Таким образом, можно осуществлять связь в горизонтальном направлении и связь в вертикальном направлении с использованием антенны одинаковой формы, а также возможна связь и внутри корпуса, и между корпусами.
Модифицированный пример
Предпочтительные варианты настоящего изобретения были описаны выше со ссылками на прилагаемые чертежи, тогда как настоящее изобретение, безусловно, не ограничивается приведенными выше примерами. Специалист в рассматриваемой области может найти разнообразные изменения и модификации, оставаясь в рамках объема прилагаемой Формулы изобретения, и при этом следует понимать, что такие изменения и модификации могут быть произведены естественным образом, не выходя за пределы технического объема настоящего изобретения.
Более того, эти варианты не предназначены для ограничения настоящего изобретения только Формулой, так что здесь следует отметить, что любые сочетания характеристик, описанных в этих вариантах, не обязательно являются неотъемлемой частью технических решений настоящего изобретения. Рассмотренные выше варианты включают различные новшества, и при этом различные новшества могут быть выделены посредством соответствующих сочетаний различных рассмотренных элементов. Например, даже если из всей совокупности элементов, показанных в этих вариантах, исключить некоторые элементы, любая конфигурация без исключенных элементов может быть выделена в качестве рассматриваемого изобретения, если она способна создать заявляемые эффекты. Далее будут вкратце рассмотрены другие модифицированные примеры.
Первый модифицированный пример
Фиг.34 представляет схему, поясняющую конструкцию корпусированного полупроводникового прибора 20р (который эквивалентен устройству для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно представленному примеру) в первом модифицированном примере. Этот первый модифицированный пример отличается тем, что в одном корпусированном полупроводниковом приборе 20р на подложке друг на друге смонтированы несколько полупроводниковых кристаллов 30, так что части антенных структур (антенны 39) коаксиальны друг другу, и передача миллиметровых волн осуществляется между этими полупроводниковыми кристаллами 30. Передача миллиметровых волн осуществляется между полупроводниковыми кристаллами 30 в одном корпусе, а сам корпусированный полупроводниковый прибор 20р составляет устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.
Как известно, по несколько полупроводниковых кристаллов 30 установлены друг на друге и во втором варианте (Фиг.4), и в третьем варианте (Фиг.10) и в шестом варианте (Фиг.19), и в восьмом варианте (Фиг.30), но первый модифицированный пример отличается от них тем, что все полупроводниковые кристаллы 30 установлены в одном и том же корпусе.
В качестве антенны 39 здесь использована антенна (например, патч-антенна), диаграмма направленности которой ориентирована в направлении толщины подложки (полупроводникового кристалла 30).
На участке соединения между несколькими полупроводниковыми кристаллами 30 помещен диэлектрический материал 16p (предпочтительно вязкоупругий материал 16), способный обеспечивать связь в миллиметровом диапазоне. Этот диэлектрический материал 16p имеет функцию рассеяния тепла и образует диэлектрический тракт 21 передачи сигналов, способный обеспечивать связь в миллиметровом диапазоне. Несколько установленных один над другим полупроводниковых кристаллов 30 защищены литым блоком 8 полимерного компаунда и смонтированы на подложке 4р (промежуточная подложка) корпуса БИС (LSI). Эта подложка 4р корпуса БИС (LSI) и литой блок 8 полимерного компаунда выполнены из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона.
Такой корпусированный полупроводниковый прибор 20р затем установлен на монтажной подложке 10р. Эта подложка 10p также выполнена из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона. Сигнал миллиметрового диапазона от (или к) полупроводниковых кристаллов 30, расположенных в самой нижней части (на стороне подложки 4р корпуса БИС (LSI)) в корпусированном полупроводниковом приборе 20р распространяется внутри подложки 10p. Такой способ передачи сигнала миллиметрового диапазона внутри подложки 10p будет именоваться «способ передачи сигналов миллиметрового диапазона в подложке» или «способ передачи сигналов миллиметрового диапазона в физическом объекте». При выборе направления передачи сигналов в подложке 10p предпочтительно создать ряд сквозных отверстий (ограждение из сквозных отверстий), чтобы выделить область передачи сигналов миллиметрового диапазона в подложке 10p. Если сделать передачу сигналов миллиметрового диапазона в подложке 10p ненаправленной, ряд сквозных отверстий можно исключить.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20р согласно первому модифицированному примеру передачу данных между полупроводниковыми кристаллами 30_1 и 30_2, расположенными друг над другом, можно осуществлять с использованием миллиметровых волн. Преимущество здесь заключается в том, что уменьшается площадь корпусированного прибора по сравнению с седьмым вариантом, в котором полупроводниковые кристаллы расположены параллельно друг другу, если смотреть на виде сверху. В примере, показанном на чертеже, друг над другом установлены два полупроводниковых кристалла 30. Однако таким же образом, друг над другом, можно устанавливать три или более полупроводниковых кристаллов, причем по мере увеличения числа таких полупроводниковых кристаллов выигрыш по сравнению с седьмым вариантом также увеличивается.
В корпусированном полупроводниковом приборе 20р согласно первому модифицированному примеру передача данных между полупроводниковыми кристаллами 30 в одном и том же корпусированном приборе может осуществляться с использованием миллиметровых волн, и передача данных между полупроводниковыми кристаллами 30, расположенными в разных корпусированных полупроводниковых приборах 20, также может осуществляться с помощью миллиметровых волн, передаваемых в подложке.
Второй модифицированный пример
Фиг.35 представляет схему, поясняющую конструкцию корпусированного полупроводникового прибора 20q (который эквивалентен устройству для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно представленному примеру) во втором модифицированном примере. В этом втором модифицированном примере корпусированный полупроводниковый прибор 20q установлен на монтажной подложке 10q, аналогично первому модифицированному примеру. Подложка 10q также выполнена из диэлектрического материала, включающего диэлектрик, способный передавать сигнал миллиметрового диапазона, так что здесь применен способ передачи сигналов миллиметрового диапазона в подложке, позволяющий передавать сигналы миллиметрового диапазона в подложке 10q.
Кроме того, в корпусированном полупроводниковом приборе 20q согласно второму модифицированному примеру передача данных между полупроводниковыми кристаллами 30 в одном и том же корпусированном приборе может осуществляться с использованием миллиметровых волн, и передача данных между полупроводниковыми кристаллами 30, расположенными в разных корпусированных полупроводниковых приборах 20, также может осуществляться с помощью миллиметровых волн, передаваемых в подложке.
Третий модифицированный пример
Фиг.36 представляет схему, поясняющую конструкцию нескольких корпусированных полупроводниковых приборов 20r и системы 600r передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему модифицированному примеру. Этот третий модифицированный пример отличается тем, что для передачи данных между несколькими корпусированными полупроводниковыми приборами 20r вместо передачи сигналов миллиметрового диапазона в подложке, описанной в первом модифицированном примере и во втором модифицированном примере, использована передача в свободном пространстве. Число полупроводниковых кристаллов 30, смонтированных в одном корпусированном полупроводниковом приборе 20r, здесь не ограничено.
В качестве антенны 39 здесь предпочтительно использовать антенну (например, перевернутую F-антенну 39j), обладающую направленностью как в направлении толщины подложки (полупроводниковый кристалл 30), так и в направлении плоскости подложки.
В каждом корпусированном полупроводниковом приборе 20r антенная структура 32' расположена параллельно полупроводниковому кристаллу 30 на промежуточной подложке 4r аналогично четвертому варианту. Кроме того, каждый корпусированный полупроводниковый прибор 20r установлен на монтажной подложке 10r аналогично первому и второму модифицированным примерам. Подложка 10r также изготовлена диэлектрического материала, способного передавать сигнал миллиметрового диапазона, так что здесь применен способ передачи сигналов миллиметрового диапазона в подложке, позволяющий передавать сигналы миллиметрового диапазона в подложке 10r.
Поскольку в качестве антенны 39 использована антенна (например, перевернутая F-антенна 39j), обладающая направленностью как в направлении толщины подложки 10r (полупроводниковый кристалл 30), так и в плоскости подложки 10r, миллиметровые волны, излучаемые антенной 39 в плоскости, передаются другому корпусированному полупроводниковому прибору 20r по тракту 21r передачи сигналов в свободном пространстве в качестве тракта передачи сигналов миллиметрового диапазона.
Согласно третьему модифицированному примеру передачу данных между несколькими корпусированными полупроводниковыми приборами 20r можно осуществлять посредством передачи сигналов в подложке в миллиметровом диапазоне, а также осуществлять через тракт 21r передачи сигналов в свободном пространстве.
Четвертый модифицированный пример
Фиг.37 представляет схему, поясняющую конфигурацию системы 600s передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно четвертому модифицированному примеру. Этот четвертый модифицированный пример отличается тем, что передача данных между несколькими корпусированными полупроводниковыми приборами 20, расположенными со сдвигом друг относительно друга в горизонтальном направлении, осуществляется с использованием миллиметровых волн аналогично пятому варианту. Отличие от пятого варианта заключается в том, что указанные корпусированные полупроводниковые приборы 20 установлены на разных монтажных подложках 10_1 и 10_2. Тракты 21s передачи сигналов миллиметрового диапазона могут использовать тракты, отличные от тракта передачи сигналов в свободном пространстве, например, предпочтительно использовать диэлектрический тракт передачи сигналов, выполненный из диэлектрического материала. Этот диэлектрический тракт передачи сигналов может быть, например, диэлектрическим трактом передачи сигналов, созданным в шасси 11 для ограничения области, как в пятом варианте.
В качестве антенной структуры предпочтительно использовать антенну, диаграмма направленности которой ориентирована в плоскости подложки, как штыревая антенна. Например, как и в пятом варианте, антенна 39 выведена к поверхности литого блока 8 полимерного компаунда, герметизирующего полупроводниковый кристалл 30, чтобы выступать в направлении тракта 21s передачи сигналов миллиметрового диапазона. Более того, при использовании антенны с диаграммой направленности, ориентированной в направлении толщины подложки, предпочтительно разработать способ изменять направление распространения сигнала и направлять сигнал в плоскости подложки. Этот момент является таким же, как это рассмотрено в пятом варианте.
Например, когда несколько корпусированных полупроводниковых приборов 20 располагаются друг над другом, этот четвертый модифицированный пример оказывается эффективным в случаях, когда невозможно обеспечить необходимое пространство, чтобы расположить эти приборы коаксиально один другому в состоянии один на другим из-за ограничений компоновки.
Настоящее изобретение очень удобно для системы передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, в которой передают сигнал миллиметрового с частотой несущей от 30 ГГц до 300 ГТц с высокой скоростью с целью передачи движущегося изображения (кинофильма), компьютерного изображения и т.п. Система включает цифровое устройство записи и воспроизведения, приемник сигналов наземного телевизионного вещания, сотовый телефон, игровой автомат, компьютер, устройство связи и т.п.
Перечень позиционных обозначений
1 Корпусированный полупроводниковый прибор
2 Полупроводниковый кристалл
3 Электродная площадка
4 Промежуточная подложка
5 Электродная клемма
6 Электрод вывода
7 Проволочная перемычка
8 Литой блок полимерного компаунда
9 Выступающий электрод (контактный столбик)
10, 10'Подложка
11 Шасси
12, 12a 12b Корпус
13 Резьбовой элемент
14 Соединитель
15 Кабель
16 16а, 16b Вязкоупругий материал
20, 20а-20f Корпусированный полупроводниковый прибор
21 Диэлектрический тракт передачи сигналов (элемент для прохождения миллиметровых волн)
21' Диэлектрический материал
30 Полупроводниковый кристалл
31 Антенная клемма
32, 32'Антенная структура
33 Микрополосковая линия передачи
39 Антенна
39j Перевернута F-антенна
70 Стойка
80 Корпусированный полупроводниковый прибор
201 Функциональный блок 201 БИС (LSI)
202 Генератор сигналов миллиметрового диапазона
203, 203' Блок связи с антенной (схема связи сигнала)
204 Электрический интерфейс
205 Интерфейс миллиметрового диапазона
206 Диэлектрическая секция
200, 300, 400, 500 Устройство для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
600 Система передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик
601, 602 Электронное устройство.