[0001] 本申请涉及集成电路技术领域， 更具体地说， 本申请涉及一种用于芯片倒装的 混合印刷电路板。

背景技术

[0002] 目前， 在集成电路技术领域， 传统的芯片模块封装是通过使用多个分立集成 电 路 (IC， Integrated Circuits) 以及多个有源和无源电子元件组成的。 采用这些传 统方法的缺点是体积大， 功耗大， 信号线长， 随着工作频率不断提高， 其已经 成为一个制约提高模块性能的严重问题。 与使用多个分立集成电路以及多个有 源和无源电子元件组成的传统系统不同， 多芯片模块 (MCM， Multi-Chip Module) 封装技术由于克服了分立元件的缺陷， 近年来获得了长足的发展。

[0003] 但是， 封装尺寸的减小和运行频率的提高给系统级封 装 (SiP， System-In-Packa ge) 厂商带来了一些挑战。 由于技术的限制和不同特性材料的集成， 电路基板的 成本大幅提高。 另外， 由于工艺性问题， 有时则有可能需要在模块的高频性能 上作出妥协。

[0004] 工业上广泛使用的典型 MCM基板是低温共烧陶瓷 (LTCC， Co-fired Ceramics ) ， 陶瓷和层压玻璃纤维印刷电路板， 每种材料都有其优点和缺点：

[0005] 1、 LTCC， 虽然其由于损耗正切常数低而具有良好的射频 性能， 但基板容易翘 曲， 图案比薄膜处理的陶瓷基板精确度低， 制造成本高。

[0006] 2、 陶瓷， 基于薄膜的基板具有上述所有材料中最好的射 频和微波性能。 但是

， 由于其成本很高， 所以应当被用于必要的地方。 同时， 其材料本身十分易碎 ， 应特别注意安装。 此外， 可供选择的基板厚度也是有限的， 因此限制了设计 的灵活性。

[0007] 3、 层压玻璃纤维材料， 选择层厚的成本低， 灵活性大。 可设算大量的层数以 实现复杂的性能。 然而， 其缺陷在于它们在微波频段的高损耗特性。

[0008] 图 1示出了一种使用传统混合基板设计的 MCM方案。 在这种设计中， 将高频单 片微波集成电路 (MMIC， Monolithic Microwave Integrated Circuits) 晶粒安装在 由陶瓷和有机层压印刷线路板组成的混合基板 上。 MMIC晶粒和基板之间通过键 合引线电连接。 由于通常位于晶粒顶部的键合焊盘与基板表面 之间的高度差异 ， 以及 MMIC晶粒的物理厚度， 键合引线的长度不能太短， 在实际情况下， 键合 弓 I线的长度大约在 50 pm至 100 pm之间。 由于这种过长的键合引线长度， 及其显 著的固有杂散电感， 因此会限制系统的射频性能。 此外， 图 1所示的结构中层压 有机层压印刷线路板的层数非常有限， 有可能降低整个系统功能的复杂性， 这 是不理想的。

[0009] 倒装芯片设计是降低键合引线产生的杂散电感 的有效方法。 在微波电路中， 通 常需要为电磁波传播创建一个空腔。 典型的高性能基板 (例如陶瓷) 的材料是 十分易碎的， 因此在使用倒装芯片组装工艺时， 缺少制造出这种空腔的可行性 。 这种空腔的高度被限制在约 60 pm的凸起触点内， 难以通过改变腔的高度来优 化射频 /微波性能。

[0010] 有鉴于此， 确有必要提供一种制造成本低、 电路功能复杂以及工作带宽更好的 用于芯片倒装的混合印刷电路基板。

发明概述

技术问题

[0011] 本申请的目的在于： 克服现有技术的不足， 提供一种制造成本低、 电路功能复 杂以及工作带宽更好的用于芯片倒装的混合印 刷电路基板。

问题的解决方案

技术解决方案

[0012] 为了实现上述申请目的， 本申请提供了一种混合印刷电路板， 其包括低频基板 ， 高频基板， 以及单片微波集成电路 (MMIC, Multi-Chip

Module) 晶粒， 所述 MMIC晶粒倒装于所述高频基板上， 其中， 所述低频基板包 括第一低频基板和第二低频基板， 所述高频基板包括第一高频基板和第二高频 基板， 所述第一高频基板和第二高频基板相互间隔并 层压于所述第二低频基板 的一表面， 所述第一低频基板层压于所述第二低频基板的 所述表面且位于所述 第一高频基板和第二高频基板之间， 所述第一高频基板、 第二高频基板和所述 倒装的 MMIC晶粒， 以及所述第一低频基板共同限定一腔体。

[0013] 作为本申请的一种实施方式， 所述第一高频基板和第二高频基板表面分别设 有 第一辐射单元和第二辐射单元， 所述 MMIC晶粒靠近所述腔体的表面设有第三辐 射单元， 所述第一辐射单元和第二辐射单元分别位于所 述腔体的两侧， 所述 MM 1C晶粒位于所述腔体的上方。

[0014] 作为本申请的一种实施方式， 所述第一、 第二辐射单元和第三辐射单元用于收 发电磁波， 所述第三辐射单元和第一低频基板之间的距离 是电磁波的半波长的 整数倍。

[0015] 作为本申请的一种实施方式， 所述低频基板包括 N块层压低频基板， 所述 N块 层压低频基板从第一低频基板、 第二低频基板开始依次层压。

[0016] 作为本申请的一种实施方式， 所述第一低频基板的表面积小于所述第二低频 基 板的表面积。

[0017] 作为本申请的一种实施方式， 所述第一高频基板和第二高频基板与第一低频 基 板之间分别设置有间隙。

[0018] 作为本申请的一种实施方式， 所述 MMIC晶粒通过一凸起结构倒装设置在第一 高频基板和第二高频基板上。

[0019] 作为本申请的一种实施方式， 所述 MMIC晶粒和高频基板之间的间距小于等于

60 [xm _°

[0020] 作为本申请的一种实施方式， 所述高频基板的材质选自氧化铝、 氮化铝、 氧化 铍、 石英、 陶瓷和蓝宝石中的一种或多种。

[0021] 作为本申请的一种实施方式， 所述 N块层压低频基板之间通过低频基板间开设 的通孔和穿过通孔的内层导线实现电连接。

发明的有益效果

有益效果

[0022] 相对于现有技术， 本申请混合印刷电路板在低频基板、 高频基板和 MMIC晶粒 之间设置用于电磁波传输的腔体， 通过采用不同厚度的第一低频基板使得腔体 的高度为电磁波长的一半， 能够有效降低杂散电感， 从而获得更好的工作带宽 ， 提高系统的射频性能。 同时， 本申请混合印刷电路板可以任意地增加基板的 层数， 使得电路的功能复杂性得到提高。 此外， 由于昂贵的高性能材料只是用 在关键的射频和微波电路上， 因此可以降低成本。

对附图的简要说明

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案 ， 下面将对实施例或现有技术描 述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是 本申请的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的 前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0024] 图 1所示为传统混合基板设计的示意图。

[0025] 图 2为本申请混合印刷电路板的示意图。

[0026] 图 3为使用传统电路板的两种放大器设计的频率� �应特性。

[0027] 图 4为使用本申请混合印刷电路板的两种放大器� �计的频率响应特性。

[0028] 其中， 附图标记说明如下：

[]

[] [表 1]

发明实施例

本发明的实施方式

[0029] 下面详细描述本申请的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至 终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或 具有相同或类似功能的元件。 下 面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 旨在用于解释本申请， 而不能理解 为对本申请的限制。

[0030] 在本申请的描述中， 需要理解的是， 术语“长度”、 “宽度”、 “上”、 “下”、 “前”

、 “后”、 “左”、 “右”、 “竖直”、 “水平”、 “顶”、 “底”、 “内”、 “外”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系 ， 仅是为了便于描述本申请和简 化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、 以特定的 方位构造和操作， 因此不能理解为对本申请的限制。

[0031] 此外， 术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重 要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限定有“第一”、 “第二”的特 征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该 特征。 在本申请的描述中， “多个” 的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

[0032] 在本申请中， 除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、 “相连”、 “连接”、 “固 定”等术语应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或成 一体； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间 媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互 作用关系。 对于 本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的 具 体含义。

[0033] 为了使本申请的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例 ， 对本申请进行进一步详细说明。

[0034] 请参阅图 2所示， 本申请提供了一种混合印刷电路板， 其包括低频基板 10 , 高 频基板 20， 以及单片微波集成电路 (MMIC， Multi-Chip Module) 晶粒 30，

MMIC晶粒 30倒装于高频基板 20上， 其中， 低频基板 10包括第一低频基板 10a和 第二低频基板 10b， 高频基板 20包括第一高频基板 20a和第二高频基板 20b， 第一 高频基板 20a和第二高频基板 20b相互间隔并层压于第二低频基板 10b的一表面， 第一低频基板 10a层压于第二低频基板 10b的所述表面且位于第一高频基板 20a和 第二高频基板 20b之间， 第一高频基板 20a、 第二高频基板 20b和倒装的 MMIC晶 粒 30， 以及第一低频基板 10a共同限定一腔体 70。 其中， MMIC晶粒 30通过凸起 结构 302倒装设置在第一高频基板 20a和第二高频基板 20b上。 作为本申请的一种 实施方式， MMIC晶粒 30和高频基板 20之间的间距小于等于 60―。 本申请的混 合印刷电路板用于实现芯片的倒装。

[0035] 作为本申请的一种实施方式， 低频基板 10可以包括 N块层压低频基板 10a， 10b ... 10n， 所述 N块层压低频基板 10a， 10b ... 10n从第一低频基板 10a、 第二低频基 板 10b开始到第 N低频基板 10n依次层压。 在本申请中， 可用常见的焊膏或导电银 环氧树脂来构建这些层压结构。 N块层压低频基板 10a， 10b ... 10n之间通过低频 基板间开设的通孔 （未示出） 和穿过通孔的内层导线 （未示出） 实现电连接。

[0036] 本申请所采用的低频基板 10为低成本的有机基板， 例如 FR-4 （环氧玻璃布层压 板） 。 这种有机基板材料为印刷电路板提供了一种低 成本的高密度电路解决方 案， 并已被广泛应用于大多数电子系统。 缺点是它们的高频特性 （损耗正切系 数） ， 这使得它在高于 5GHz的高频下工作时损耗非常大。 对于本申请所采用的 高频基板 20, 可以采用具有优异的材料特性 （极低的损耗正切系数） 的氧化铝 、 氮化铝、 氧化铍、 石英、 陶瓷或蓝宝石等材料。

[0037] 由第一高频基板 20a、 第二高频基板 20b和倒装的 MMIC晶粒 30， 以及第一低频 基板 10a共同定义的腔体 70, 其高度取决于所采用的第一低频基板 10a与第一高频 基板 20a、 第二高频基板 20b之间的高度差。 为了使得腔体 70的设置能够满足共振 的条件， 需要使得腔体 70的高度为纵向半波长的整数倍。 标准陶瓷高频基板 20 的厚度包括： 0.254 mm， 0.381 mm， 0.508 mm， 0.635 mm, 0.762 mm， 1.016 mm和 2.159 mm， 第一低频基板 10a可以采用不同厚度的低频基板， 或者包括多 层相互层压的不同规格的低频基板， 以获得预期的腔体 70的高度。 第一高频基 板 20a和第二高频基板 20b的表面分别设有第一辐射单元 200a和第二辐射单元 200b ， MMIC晶粒 30靠近腔体 70的表面设有第三辐射单元 300a， 第一辐射单元 200a和 第二辐射单元 200b分别位于腔体 70的两侧， MMIC晶粒 30位于腔体 70的上方。 第一辐射单元 200a、 第二辐射单元 200b和第三辐射单元 300a之间的传递的电磁波 可以在腔体 70内达到基本共振。 作为本申请的一种实施方式， MMIC晶粒 30设计 在 64 GBaud的速率下工作， 空气中的电磁波长约为 5 mm， 为了达到基本谐振， 腔体 70的长度应为波长的一半， 即 2.5 mm或这个长度的整数倍。 这种技术提供 了一种实现微波腔放大器的低成本的方法。

[0038] 为了实现将第一低频基板 10a设置于第一高频基板 20a、 第二高频基板 20b之间 的间隔中， 第一低频基板 20a的表面积小于第二低频基板 20b的表面积。 作为本申 请的一种实施方式， 第一高频基板 200a和第二高频基板 200b与第一低频基板 10a 之间分别设置有间隙。 这种设计可以考虑到热胀冷缩的因素， 避免出现第一低 频基板 20a与第一高频基板 200a和或第二高频基板 200b之间出现相互挤压的情况

[0039] 图 3和图 4比较了两种不同驱动放大器 MMIC设计 （放大器 1和放大器 2） 的频率 响应特性， 图 3表示使用传统电路板的两种设计的频率响应� �性， 图 4表述使用 本申请的混合电路板的两种设计的频率响应特 性。 其中， y轴表示放大器的增益 ， x轴表示频率。 放大器 1设计的典型 3dB带宽从 35 GHz增加到 44

GHz, 增加了约 20%， 放大器 2设计的典型 3dB带宽从 27 GHz增加到 32 GHz， 增 加了约 18%。 在低频时， 传统的宽带放大器可以达到所需的增益而没有 问题。 随着频率的增加， 增益逐渐下降， 放大器电路跟不上速度 （或频率） 。 显然， 这些性能提高主要来自杂散电感的减少。 本申请混合印刷电路板可以实现更高 的带宽， 使得能够传输更高容量的数据且不失真。

[0040] 本申请混合印刷电路板可以用于任何要求高工 作频率 （10 GHz以上） 的高性能 系统级封装 （SiP） 或多芯片模块 （MCM） 。 本申请混合印刷电路板可以用于光 纤传输设备内的发射模块和接收模块， 包括发射端使用的调制器驱动器和激光 二极管驱动器， 以及接收端使用的集成光电二极管和跨阻放大 器。 本申请混合 印刷电路板还可以在雷达或无线基站上， 其可用于功率放大器模块， 本地振荡 模块， 合成器和低噪声放大器。

[0041] 相对于现有技术， 本申请的技术效果至少包括：

[0042] 1、 本申请在低频基板、 高频基板和 MMIC晶粒之间设置用于电磁波传输的腔 体， 通过采用不同厚度的第一低频基板使得腔体的 高度为电磁波长的一半， 能 够有效降低杂散电感， 从而获得更好的工作带宽， 提高系统的射频性能。

[0043] 2、 可以任意地增加基板的层数， 使得电路的功能复杂性得到提高。

[0044] 3、 由于昂贵的高性能材料只是用在关键的射频和 微波电路上， 因此可以降低 成本。

[0045] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已， 并不用以限制本申请， 凡在本申请的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本申请的保 护范围之内。