用于毫米波電路板的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明總的涉及電路板，在特別的實施例中，涉及用于毫米波電路板的系統和方法。
【背景技術】
[0002]由于低成本半導體技術(比如，硅鍺(SiGe))和良好的幾何互補金屬氧化物半導體(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor)工藝的快速進展，在過去的數年中，毫米波頻率范圍中的應用已獲得顯著關注。高速雙極型晶體管和金屬氧化物半導體(MOS)晶體管的可用性已導致對60GHz、77GHz和80GHz以及超出100GHz的毫米波應用的集成電路的需求不斷增長。例如，這些應用包括汽車雷達和多兆位(mult1-gigabit)通信系統。
[0003]然而，隨著RF系統的工作頻率持續增加，以如此高的頻率生成信號引起了一些重大挑戰。一個此挑戰在于去往集成電路的毫米波信號和來自集成電路的毫米波信號的接口。在高頻時，鍵合線、封裝接觸、印刷電路板(PCB)軌跡、板電容以及其他寄生現象(parasitics)可潛在地引起高頻RF信號的衰減和不匹配。在一些系統中(比如，汽車雷達系統)，電路板使用波導與高頻雷達天線相連接，以防止信號丟失。
[0004]在更高功率的毫米波系統中，可出現與熱管理有關的其他問題。例如，配置為處理高功率的電路部件可具有承受高電流的更寬的導電層和為了將熱從高功率部分中導出的散熱結構(比如，導通孔(via))。這些導電層和散熱結構可增加可降低RF性能的寄生電容和寄生電感。
【發明內容】
[0005]根據一個實施例，電路板包括包括第一導電層的至少一部分的信號線，該信號線具有在電路板中的空腔之上自該空腔的第一側面延伸的第一部分。該電路板還包括包圍該空腔的第一多個導電導通孔，并且該第一多個導通孔包括鄰近空腔的第一側面布置的至少一個盲孔(blind via)。
【附圖說明】
[0006]為更完整地理解本發明及其優點，現參考了【具體實施方式】以及附圖，其中:
[0007]圖1示出了一種實施例芯片堆疊(chip stack)的橫截面原理圖；
[0008]圖2a示出了一種實施例電路板的詳細布局視圖；
[0009]圖2b示出了一種實施例電路板的布局視圖；
[0010]圖2c示出了一種實施例電路板的更詳細布局視圖；
[0011]圖3示出了一種實施例球形柵格陣列(ball grid array)分布的示意圖；
[0012]圖4不出了一種實施例電路板的兩個截出的層狀橫截面和頂視圖；
[0013]圖5a不出了一種實施例電路板在第一位置處的層狀橫截面；
[0014]圖5b不出了一種實施例電路板在第二位置處的層狀橫截面；和
[0015]圖5c示出了一種實施例電路板在第三位置處的層狀橫截面。
[0016]除非另有表明，不同附圖中對應的附圖標記和符號指對應的部分。附圖的繪制是為了清楚地說明實施例的相關方面，并且不一定是按比例繪制的。
【具體實施方式】
[0017]各種實施例的制作和使用將在下文中詳細地進行討論。然而，應當理解的是，本文中所描述的各種實施例可應用于各種各樣的特定環境中。所討論的特定實施例僅僅用于說明制造和使用各種實施例的特定方法，并且不應當在有限的范圍內進行解釋。
[0018]描述是相對于特定環境(也即埋置型系統(embedded system))中的各種實施例進行的，更具體地，是相對于毫米波電路板進行的。本文中所描述的各種實施例中的一些包括射頻(RF, rad1 frequency)收發器、電路板、印刷電路板(PCB)、具有埋置型天線的PCB、PCB和鍵合IC上的熱管理、波導、波導屏蔽以及其他。本文中的許多實施例與具有RF范圍內的頻率的信號一起進行描述，并且特別的應用可集中在具有毫米(_)波長信號的無線電信號(這通常對應于具有GHz頻率的RF信號)上。在其他實施例中，方面也可被應用于涉及任何類型的埋置型系統的其它應用和依照本領域已知的任何型的電路板中。
[0019]依照一個實施例，電路板包括波導和在波導和集成電路(IC)之間的接口，該接口有助于在毫米波范圍內(例如，具有超過30GHz的頻率)的信號。該波導由電路板中被具有小于RF信號的四分之一波長(λ/4)的間距的導通孔包圍的空腔構建。這些導通孔形成波導的電“壁”(electrical “walls”)且可包括從電路板的頂部導電層延伸至底部導電層的過孔(through via)，并且可包括從電路板的一側延伸至中間導電層的盲孔。這些盲孔可被布置在被用來向波導內饋送信號的導電線O之下。在一些實施例中，不必用導電材料對空腔的壁進行電鍍。
[0020]在一個實施例中，用來向波導饋送信號的導電線通過傳輸線(可以是具有定義阻抗的差分傳輸線)被稱接至IC焊盤(landing pad)。作為選擇,可使用單端(single ended)傳輸線。傳輸線可被過孔包圍，以確保電路板層的頂部導電層和電路板的底部導電層之間在接近傳輸線處具有低阻抗的路徑。在電路板的物理上緊密和擁擠的區域中，過孔的直徑可被減少，以維持頂部導電層和底部導電層之間的耦接。
[0021]耦接至傳輸線和波導的IC焊盤可與布置在IC下面的過孔鄰近地布置。這些布置在IC之間的導通孔可執行遷移來自IC的熱和提升HF過渡的雙重職責。
[0022]根據一個實施例，在本文中呈現了包括具有由導通孔形成的側壁的埋置型波導的電路板。該電路板包括用于通過球形柵格陣列(BGA)將IC鍵合至該電路板的IC焊盤。過孔和微型導通孔(micixwia)的布置與材料的特別分層的結合產生了具有提升的熱性能、電性能、結構性能和RF性能的電路板。
[0023]圖1 示出了包括 IC 102、重新分布(redistribut1n)層 104、BGA106、PCB 108 和散熱層(heat spreader) 110的實施例系統100的剖視圖。IC 102可以是任何類型的芯片、晶片或者電路封裝。在各種實施例中，IC 102包括用于通過波導傳送和接收信號的模擬電路或者數字電路，該模擬電路或者數字電路可被包括在PCB 108中。BGA 106提供PCB 108和IC 102之間的連接，并且可包括提供電連接和熱連接的錫球(solder ball)。在一些實施例中，IC 102是通過BGA 106鍵合至PCB 108的倒裝芯片(flip-chip)。為了驅散在IC102中產生的熱，提供了具有錫球的熱連接。在一些實施例中，該熱連接還耦接至地。對于其他的散熱，過孔(未示出)可被包括在耦接至散熱層110的PCB 108中。在一些實施例中，重新分布層104可被省略。
[0024]圖2a示出了一種用于RF傳輸系統(比如，雷達系統)的實施例電路板200的布局視圖。電路板200包括用于射頻(RF)集成電路的芯片接觸區或者芯片焊盤區201，以及在電路板200之內被實施為空腔的兩個波導210和211。波導210通過傳輸線224耦接至焊盤225。在一個實施例中，焊盤225對應于在IC上用于RF輸入或者輸出的接口引腳(interface pin)。如圖所示，傳輸線224是差分信號線；然而，在替代的實施例中，傳輸線224可被實施為單端傳輸線。在一些實施例中，具有毫米波長(即，頻率大約數十GHz或者數百GHz)的RF信號通過IC在電路板200上被傳送或者被接收。電路板200還包括芯片焊盤201、用于其他IC連接的其他焊盤202、過孔204、盲孔206和微型導通孔218，這將參考其他附圖在下文中更詳細地進行描述。為了更清楚地解釋波導210和電路板200的結構，橫截面CS1、CS2和CS3在下文也分別地參考圖5a、5b和5c進行描述。
[0025]根據各種實施例，在空間中傳播的RF信號通過波導210中的空腔208進行傳送，波導210包括空腔208和周圍的過孔204。在一些實施例中，波導210通過空腔208將RF信號引導至由空腔上覆蓋的導電材料形成的波導過渡220中。波導過渡220可被實施為錐形縫隙天線(TSA, tapered slot antenna),將波導210稱接至傳輸線224和焊盤225的過渡可如圖1所示的與BGA封裝相連接并將在下文中進行進一步地描述。在各種實施例中，電路板200的傳輸部分222包括在圖2a右側的包括焊盤225、傳輸線224和波導210的元件，而接收部分221包括在圖2a左側上的包括焊盤235、傳輸線234和波導211的元件。根據各種實施例，接收部分221和傳輸部分220可包括相同的結構或者類似的結構或者可以以不同的結構實施。根據一些實施例，在空腔208和傳輸線224之間的過渡處，過孔和/或盲孔206可被實施為用于波導210