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Dokumentenidentifikation DE102004003342A1 18.08.2005
Titel Hochfrequenzanordnung und Verfahren zur Herstellung sowie Verwendung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Fenk, Josef, Dr., 85386 Eching, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 22.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004003342
Offenlegungstag 18.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse H04B 1/00
IPC-Nebenklasse H04B 1/38   H01Q 23/00   H05K 1/16   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung (1) mit einem Halbleiterkörper und einer darin ausgebildeten integrierten Schaltung (3), wobei der Halbleiterkörper auf einer ersten Oberfläche eine Hochfrequenzanschlussstelle (31, 34) zur Aufgabe oder Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist. Weiterhin ist ein biegsamer Antennenträger (2) vorgesehen, der einen als Antenne ausgebildeten metallisierten Bereich (26, 26A) und eine Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) auf einer ersten Oberfläche (2A) enthält. Die erste Oberfläche (2a) des Antennenträgers (29 und die erste Oberfläche des Halbleiterkörpers sind einander zugewandt, und die Hochfrequenzanschlussstellen (22, 23, 31, 34) sind miteinander gekoppelt. Bevorzugt ist der biegsame Antennenträger (2) als ein Flex-Laminat mit zumindest einer organischen Trägerschicht ausgebildet. Eine solche Anordnung kann vor allem in Sende- bzw. Empfangseinrichtungen verwendet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzanordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung sowie ihre Verwendung.

Integrierte Hochfrequenzschaltungen besitzen Signalein- bzw. Signalausgänge für Hochfrequenzsignale, die zumeist mit externen Antennen verbunden sind. In bisherigen Hochfrequenzanordnungen mit Antennen werden die Sende- bzw. Empfangssignale über die Anschlussstellen auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, der die integrierte Schaltung enthält mittels Bonddrähten auf Signalleitungen einer Platine geführt, welche ihrerseits mit der externen Antenne verbunden sind. Diese Verbindungselemente haben mehrere parasitäre Eigenschaften, beispielsweise Kapazität gegen Masse, Serieninduktivität und Serienwiderstände. Die auftretenden zusätzlichen Transformations- und Signalverluste müssen bei Hochfrequenzsendern durch eine erhöhte Sendeleistung und damit größeren Strom- bzw. Leistungsbedarf kompensiert werden. Eine durch die parasitären Eigenschaften ebenfalls verursachte geringere Empfangsempfindlichkeit wird im Empfangspfad durch besonders rauscharme und empfindliche, jedoch kostenintensivere Empfangsverstärker ausgeglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochfrequenzanordnung vorzusehen, bei der Sendeverluste verringert bzw. die Empfangsempfindlichkeit erhöht ist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung sowie eine Verwendung einer solchen Anordnung vorzusehen.

Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der vorliegenden unabhängigen Patentansprüche 1, 11 sowie 16 gelöst.

So umfasst die erfindungsgemäße Hochfrequenzanordnung einen Halbleiterkörper mit einer darin ausgebildeten integrierten Schaltung, welcher auf einer ersten Seite einer Oberfläche eine Hochfrequenzanschlussstelle zur Abgabe oder zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist. Die Anordnung umfasst ferner einen biegsamen Antennenträger mit einem metallisierten Bereich, der als Antenne ausgebildet ist und eine Hochfrequenzanschlussstelle auf einer ersten Seite einer Oberfläche des biegsamen Antennenträgers enthält. Die erste Seite des biegsamen Antennenträgers und die erste Seite des Halbleiterkörpers sind einander zugewandt angeordnet. Die Hochfrequenzanschlussstelle auf der ersten Seite des biegsamen Antennenträgers ist mit der Hochfrequenzanschlussstelle auf der ersten Seite des Halbleiterkörpers gekoppelt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines biegsamen Antennenträgers mit einer darin integrierten Antenne und der einander zugewandten Anordnung der Hochfrequenzanschlussstellen lassen sich zusätzliche Signalleitungen einsparen und damit parasitäre Kapazitäten, Induktivitäten bzw. Widerstände verringern. Signalverluste werden dadurch reduziert, die Empfindlichkeit gegenüber über die Antenne empfangenen Signale verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der biegsame Antennenträger als ein Flex-Laminat aus mehreren übereinander angeordneten Schichten bzw. Lagen mit zumindest einer organischen Trägerschicht ausgebildet. Unter einer organischen Trägerschicht wird ein Trägermaterial verstanden, dessen chemische Zusammensetzung eine Kohlenstoffverbindung enthält. Bevorzugte Beispiele sind biegsame Polyamidverbindungen oder andere Polymere. Ein solches Flex-Laminat als Träger ist zumindest in Teilbereichen besonders biegsam, wobei der minimale Biegedurchmesser die 5-fache Dicke des biegsamen Antennenträgers betragen kann. Ein Flex-Laminat lässt sich in vielen verschiedenen Ausführungsformen herstellen. Die einfache Herstellung ermöglicht wiederum einen hohen Miniaturisierungsgrad. Eine Ausbildung eines biegsamen Antennenträgers in einer Flex-Laminat-Technik ist besonders vorteilhaft, da sich deutlich kleinere Anschlussflächen für den metallisierten Bereich realisieren lassen. Zusammen mit einer Face-2-Face-Technologie, also der Anordnung der beiden Teiloberflächen mit den Anschlussflächen zueinander werden nur sehr kleine Streukapazitäten an den Anschlussstellen erzeugt. Unter dem Begriff des metallisierten Bereichs wird bevorzugt eine dünne metallische Leitungsschicht verstanden.

Bevorzugt wird der als Antenne vorgesehene metallisierte Bereich als eine geteilte Antenne ausgebildet. Die Antenne umfasst somit mehrere Teilantennen, deren gemeinsame Abstrahlcharakteristik unabhängig von der Anzahl der Teilantennen einer Abstrahlcharakteristik einer einzigen Antenne entspricht. Sie wird auch als fraktale Antenne bezeichnet. In einer Ausführungsform ist der als Antenne ausgebildete metallisierte Bereich auf einer zweiten Teiloberfläche des biegsamen Antennenträgers gebildet. Diese ist der ersten Seite der Oberfläche gegenüberliegend angeordnet. Alternativ ist der als Antenne ausgebildete metallisierte Bereich innerhalb des biegsamen Antennenträgers ausgebildet. In dieser Ausführung ist auf den beiden Hauptoberflächen des metallisierten Bereichs zumindest eine weitere organische Trägerschicht angeordnet.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der biegsame Antennenträger einen zweiten metallisierten Bereich auf, der zu einer Abschirmung des Halbleiterkörpers gegen hochfrequente Streusignale ausgebildet ist. Der zweite metallisierte Bereich ist bevorzugt innerhalb oder auf dem biegsamen Antennenträger so angeordnet, daß er sich oberhalb des Halbleiterkörpers befindet. Dadurch wird in geeigneter Weise eine kostengünstige Schirmungsmaßnahme gegen ein- bzw. austretende parasitäre Hochfrequenzstrahlung durchgeführt. Auf weitere kostenaufwendige Maßnahmen kann somit verzichtet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Kopplung des zweiten metallisierten Bereichs mit einem Massepotential. Bevorzugt ist auch der zweite metallisierte Bereich mit der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers verbunden.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Träger an einer zweiten der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegenden Teiloberfläche befestigt. Zweckmäßigerweise ist dieser Träger als starrer Träger ausgebildet. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung weist der Träger zumindest eine Signalleitung für niederfrequente Signale auf. Die Signalleitung des Trägers ist mit einer Signalleitung des biegsamen Antennenträgers verbunden. Die Signalleitung des biegsamen Antennenträgers umfasst eine weitere Anschlussstelle, welche mit einer Anschlussstelle des Halbleiterkörpers gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform werden in zweckmäßiger Ausgestaltung alle niederfrequenten Signale über Signalleitungen auf dem Träger geführt und dann über Signalleitungen im oder auf dem biegsamen Antennenträger mit dem Halbleiterkörper verbunden. Der biegsame Antennenträger mit den zusätzlichen Signalleitungen wird vorteilhaft ebenso mittels Flex-Laminat-Technologie ausgebildet.

Es ist vorteilhaft, die Kopplung zwischen der Hochfrequenzanschlussstelle des biegsamen Antennenträgers und der Hochfrequenzanschlussstelle des Halbleiterkörpers durch ein geeignetes Lot auszubilden. Dadurch wird eine galvanische Kopplung gebildet. Alternativ kann eine Kopplung auch durch eine induktive bzw. kapazitive Kopplung erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung sind auch die Anschlussstellen des biegsamen Antennenträgers und des Halbleiterkörpers durch ein Lot verbunden. Bevorzugt wird dabei ein Lot verwendet, welches für Hochfrequenzsignale besonders geeignet ist. Dies kann ein Weich- bzw. auch ein Hartlot sein. Alternativ kann eine Verbindung auch durch ein Silberlot erfolgen.

Es ist vorteilhaft, die Hochfrequenz-Anschlussstelle auf dem biegsamen Antennenträger als ein Kontaktpad mit einer Größe kleiner als 70 × 70 &mgr;m und bevorzugt in einer Größe im Bereich von 10 × 10 &mgr;m bis 30 × 30 &mgr;m auszubilden. Durch diese besonders kleine Anschlussfläche wird vor allem eine parasitäre Kapazität gegen das Massepotential reduziert. Solche Anschlussstellen in dieser Größenordnung lassen sich mit Hilfe von Flex-Laminat-Technologie herstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Hochfrequenzanordnung ist gekennzeichnet durch die Schritte:

  • – Bereitstellen einer integrierten Schaltung in einem Halbleiterkörper, welcher auf einer ersten Teiloberfläche zumindest eine Hochfrequenz-Anschlussstelle zur Abgabe oder Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist;
  • – Bereitstellen eines biegsamen Antennenträgers;
  • – Vorsehen eines als Antenne ausgebildeten metallisierten Bereichs auf dem biegsamen Antennenträger;
  • – Vorsehen eines Hochfrequenz-Anschlusses des metallisierten Bereichs auf einer ersten Teiloberfläche des biegsamen Antennenträgers;
  • – einander zugewandtes Anordnen der ersten Teiloberfläche des biegsamen Antennenträgers und der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers;
  • – Koppeln der Hochfrequenz-Anschlussstelle des biegsamen Antennenträgers mit der Hochfrequenz-Anschlussstelle des Halbleiterkörpers.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines biegsamen Antennenträgers das Vorsehen eines Antennenträgers, welcher in Flex-Laminat-Technik mit zumindest einer organischen Trägerschicht hergestellt ist. Bevorzugt ist der biegsamen Antennenträger bereits mit einem metallisierten Bereich ausgebildet, der als Antenne vorgesehen ist. Dieser metallisierte Bereich kann sich auf dem biegsamen Antennenträger bzw. innerhalb zweier den metallisierten Bereich umfassenden organischen Trägerschichten befinden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als metallisierter Bereich eine dünne metallische Schicht vorgesehen.

In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Anordnen der Teiloberflächen des Halbleiterkörpers und des biegsamen Antennenträgers mit Hilfe einer Face-2-Face Technologie. So werden beide Teiloberflächen einander zugewandt so angeordnet, dass die Anschlussflächen übereinander liegen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Vorsehen einer Anschlussstelle auf der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers. Diese ist zur Abgabe oder zur Zuführung eines Signals ausgebildet. Weiterhin ist eine Signalleitung auf oder in dem biegsamen Antennenträger mit einer Anschlussstelle auf der ersten Teiloberfläche des biegsamen Antennenträgers vorgesehen. Die Anschlussstelle des Halbleiterkörpers wird mit der Anschlussstelle des biegsamen Antennenträgers gekoppelt. Zudem ist das Verfahren gekennzeichnet durch eine Bereitstellung eines Trägers mit zumindest einer Signalleitung und Befestigen des Trägers an einer zweiten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers. Letztlich wird die Signalleitung des Trägers mit der Signalleitung des biegsamen Antennenträgers verbunden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Koppeln der Anschlussstellen bzw. das Koppeln der Hochfrequenzanschlussstellen durch Vorsehen einer galvanischen Verbindung und bevorzugt durch Aufbringung eines Lotes. Durch dieses Lot werden die Anschlussstellen miteinander verbunden.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Vorsehen eines zweiten metallisierten Bereichs auf dem biegsamen Antennenträger, welcher zur Abschirmung gegen Hochfrequenzstrahlung ausgebildet ist. Der zweite metallisierte Bereich wird mit einem Massepotential gekoppelt. Dadurch wird eine Seite des Halbleiterkörpers von einer parasitären Hochfrequenzstrahlung abgeschirmt.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist der als Antenne ausgebildete metallisierte Bereich als geteilte Antenne mit mehreren Teilantennen ausgebildet. Die gemeinsame Abstrahlcharakteristik der Teilantennen entspricht unabhängig von der Anzahl der Teilantennen einer einzigen Antenne. Bevorzugt wird ein als fraktale Antenne ausgebildeter metallisierter Bereich auf dem biegsamen Antennenträger vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich insbesondere in einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung von Funksignalen verwenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im weiteren wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Berücksichtigung auf die Zeichnungen im Detail erläutert. So zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

2 eine zweite Ansicht des Ausführungsbeispiels der 1, deren Schnitt durch die Ebene I-II 1 ergibt,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

4 ein drittes Ausführungsbeispiel,

5 einen Schnitt durch einen biegsamen Antennenträger.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Hochfrequenzanordnung mit einer integrierten Schaltung 3 zur Hochfrequenzsignalverarbeitung, einem biegsamen Antennenträger 2 sowie einem zweiten starren Träger 4.

Die integrierte Schaltung 3 ist in einem Halbleiterkörper untergebracht, der an einer ersten Teiloberfläche mehrere Anschlussstellen 31, 32 und 33 aufweist. Diese sind für die Zuführung niederfrequenter Signale sowie für die Abgabe eines Hochfrequenzsignals ausgebildet. Der den Anschlussstellen 31, 32, und 33 zugewandte biegsame Antennenträger 2 ist in einer Flex-Laminat-Technologie ausgebildet und enthält mehrere organische Trägerschichten sowie mehrere voneinander getrennte metallisierte Bereiche, welche einzelne Signalleitungen bilden. Die einzelnen Signalleitungen sind zwischen einzelnen organischen Trägerschichten angeordnet und somit räumlich voneinander getrennt. Die metallisierten Bereiche sind als dünne Kupferschichten bzw. Leitungen ausgebildet. Auf eine Darstellung innerhalb des Antennenträgers 2 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Auf der Unterseite 2A des flexiblen Antennenträgers 2 befinden sich mehrere Anschlussstellen 22, 23, 271, 25 und 294, die ihrerseits mit den verschiedenen Signalleitungen des Antennenträgers verbunden sind. Zusätzlich sind die Anschlussstellen 22, 23, 271, 25 und 294 auf der Teiloberfläche 2A des Antennenträgers so angeordnet, dass sie jeweils einem Anschluss der integrierten Schaltung 3 auf der Teiloberfläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegen und mit diesem galvanisch verbunden sind. Die jeweiligen Anschlussstellen sind als kleine Anschlusspads ausgebildet, deren Fläche im Bereich von 10 × 10 bis 30 × 30 &mgr;m liegen. Die elektrische Verbindung erfolgt durch ein Lot, welches während des Fertigungsschritts aufgebracht wurde.

Eine besondere Anschlussstelle stellt das Anschlusspad 31 der integrierten Schaltung 3 auf der Teiloberfläche des Halbleiterkörpers und der mit ihm verbundene Anschlusskontakt 22 des flexiblen Antennenträgers 2 dar. Diese sind jeweils als Hochfrequenzanschluss in einer besonders kleinen Flächengröße ausgebildet. Dadurch wird eine parasitäre Kapazität verringert. Der Anschluss 22 führt über eine Zuleitung 21 zu einer Antenne 26, welche als Teilantenne einer geteilte bzw. sogenannte fraktale Antenne ausgebildet ist. In gleicher Weise sind auch die Anschlusskontakte 34 und 23 ausgebildet, die mit einer zweiten Teilantenne 26A verbunden sind. Fraktale oder geteilte Antennen sind ein Zusammenschluss aus mehreren untereinander nicht verbundenen Teilantennen. Die räumliche Anordnung der Teilantennen untereinander ist jedoch so gewählt, dass die Abstrahlcharakteristik unabhängig von der Anzahl der aktiven Teilantennen ist. Auf diese Weise ist es möglich, einzelne Antennenzweige bedarfsabhängig zu aktivieren, so dass die Abstrahlleistung verändert wird, sich die Abstrahlcharakteristik bzw. die Feldverteilung aber nicht ändert.

Weiterhin ist eine zweite Teiloberfläche des Halbleiterkörpers, die der ersten Teiloberfläche gegenüberliegt mit Hilfe eines Klebers 5 mit einem starren Träger 4 verbunden. Der starre Träger 4 stellt eine Hauptplatine dar, welche die notwendigen Versorgungs- sowie Steuersignale führt. Dazu besitzt der Träger 4 mehrere Signalleitungen auf der Unterseite 41, 42 und 43 sowie nicht dargestellte Versorgungs- und Massepotentialleitungen auf der Oberseite. Die Versorgungspotentialleitung umfasst eine Anschlussstelle 45. Die Massepotentialleitung besitzt eine Anschlussstelle 44. Diese dienen der Versorgung der integrierten Schaltung 3 in dem Halbleiterkörper, was im folgenden dargestellt wird.

Zur Kontaktierung des Massekontakts 32 und des Versorgungspotentialskontakts 33 umfasst der biegsame Antennenträger 2 zwei besonders biegsame Bereiche 28 und 29, die als Kontaktfinger ausgebildet sind. Ein solcher ist in 6 im Detail zu sehen.

Der dort dargestellte Ausschnitt enthält jeweils mehrere organische Trägerschichten 292 und 293, zwischen die ein metallisierter Bereich 291, bevorzugt aus Kupfer, als Signalleitung eingebracht ist. Diese Signalleitung ist als dünner metallischer Streifen ausgebildet. Sie ist von dem sandwichförmig ausgebildeten biegsamen Trägermaterial umschlossen und befindet sich an einer Position, bei der sie bei einer hier dargestellten Biegung weder gestaucht noch gedehnt wird. Die Leitung liegt damit im Bereich der "neutralen Zone". Die organischen Trägerschichten 292 und 293 ermöglichen zudem eine ausreichende Isolierung der leitenden Kupferschicht 291. Die Trägerschichten sind aus einem Polyamid und weiteren Polymeren. Verbunden sind sie über einen Kleber.

An zwei Stellen 294 und 295 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 6 kreisrunde Löcher vorgesehen, welche die Anschlusskontakte bilden. Im Ausführungsbeispiel befindet sich das Anschlussloch 295 über den Anschlusskontakt 44 des starren Trägers 4. Durch ein Lot, welches den Zwischenraum bzw. das Loch 295 ausfüllt, wird gleichzeitig eine ausreichende elektrische Verbindung zwischen der leitenden Kupferschicht 291 und dem Anschlusskontakt 44 des starren Trägers 4 erzeugt. In gleicher Weise wird ein Anschluss am Anschlusskontakt 294 und dem Massepotentialenschluss 32 der integrierten Schaltung des Halbleiterkörpers 3 erreicht.

Auch der flexible Antennenträger selbst ist in ähnlicher Wiese aufgebaut. Je nach Stabilitätsforderungen enthält er mehrere organische Trägerschichten. Die metallisierten Bereiche 21, 26 und die Signalleitungen sind ebenso als dünne Kupferleitungen gebildet.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der flexible Antennenträger 2 somit zusätzlich mit den fingerförmigen Fortsetzungen 28 und 29 ausgebildet, um niederfrequente Signale auf die Anschlusskontakte an der Oberseite 3A des Halbleiterkörpers 3 zu führen. An den Stellen 27 und 24 geht das organische Trägermaterial der Fortsetzungen 28 und 29 in das Trägermaterial des Antennenträgers 2 über.

In 2 ist die Oberseite der Anordnung der 1 gezeigt, welche durch einen Schnitt in der Ebene I-II aus der 2 erzeugbar ist. Der als Antenne 21 ausgebildete metallisierte Bereich wird auf der Oberseite des biegsamen Antennenträgers 2 geführt. Eine Anschlusskontaktierung 22 und 23 erfolgt durch eine Durchführung des metallisierten Bereichs durch das Antennenträgermaterial. Die Antenne ist hier als geteilte bzw. fraktale Antenne ausgebildet. Sie umfasst zwei Einzelantennen 26 und 26A, deren gemeinsame Abstrahlcharakteristik die gleiche Charakteristik wie eine einzelne große Antenne besitzt. Bei einer geeigneten Ausbildung lassen sich einzelne Antennenzweige separat abhängig von der gewünschten Abstrahlleitung ein- bzw. ausschalten, ohne das sich die Abstrahlcharakteristik ändert. Die beiden im Ausführungsbeispiel dargestellten Antennenzweige 26 und 26A, welche mit den Hochfrequenzanschlüssen 22 und 23 verbunden sind, sind zudem von einer dünnen organischen Trägerschicht bedeckt, die den metallisierten Bereich vor Oxidation und mechanischen Beschädigungen schützt, jedoch kaum Signaldämpfung verursacht.

An der Unterseite des Trägermaterials des biegsamen Antennenträgers 2 ist, wie hier durch die gestrichelte Linie angedeutet, der Anschluss 271 der Versorgungspotentialleitung an den Punkt 27 geführt und von dort über einen Kontaktfinger an den Anschluss 45 des starren Trägers 4. Gleiches gilt für die Massepotentialleitung, die vom Anschluss 294 über den hier gezeigten Punkt 24 zum Anschlusspad 44 des starren Trägers 4 geführt wird. Durch die Ausbildung des biegsamen Antennenträgers mittels eines Flex-Laminats ist ein deutlich höherer Miniaturisierungsgrad, insbesondere auch an den Anschlusskontakten erreichbar. Eine Verdrahtungslayout und die Signalführung mit den daraus resultierenden Verlusten lässt sich vor der Realisierung durch geeignete schaltungstechnische Verfahren ermitteln. Durch den festen Ort der Signalleitungen sind dadurch genauere Aussagen über Signalverluste erreichbar, so dass die integrierte Schaltung leichter dimensionierbar wird.

Da sich zudem auch mehrere Verdrahtungsebenen innerhalb des Flex-Laminats realisieren lassen, ist es möglich, eine integrierte Schaltung wieder in einen niederfrequenten Bereich und in einen Hochfrequenzbereich zu unterteilen und diese in zwei verschiedenen Halbleiterkörpern unterzubringen. Die für die Kommunikation zwischen den beiden integrierten Schaltungen benötigten Signale werden durch Leitungen innerhalb des Flex-Laminats geführt.

Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt 3. Gleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen. Auf eine Darstellung der Signalleitung innerhalb des Antennenträgers 2 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Eine integrierte Schaltung 3, die für eine Signalverarbeitung von niederfrequenten Signalen ausgebildet ist, ist im Halbleiterkörper enthalten, welcher mittels einer Klebeschicht 5 auf dem starren Träger 4 befestigt ist. Kontaktfinger 28 und 29 mit einer Flex-Laminat-Technik verbinden die beiden Versorgungspotentialanschlüsse 45 und 44 über die Anschlussflächen 271 und 294 mit den Anschlusskontakten 33 und 32 des Halbleiterkörpers 3. Ein weiterer biegsamer Kontaktfinger 281, der in Flex-Laminat-Technologie hergestellt ist, verbindet den Signalanschluss 46 auf der Oberseite des starren Trägers 4 mit dem Kontaktanschluss 36 der integrierten Schaltung 3 des Halbleiterkörpers. Dieser wird ein niederfrequentes Signal zugeführt, welches die integrierte Schaltung 3 verarbeitet und daraus erzeugte Signale über die Anschlüsse 37 und 38 an einen zweiten Halbleiterkörper 3C weiterleitet, der eine für die Hochfrequenzsignalverarbeitung ausgebildete integrierte Schaltung enthält. Die Weiterleitung erfolgt über Signalleitungen innerhalb des biegsamen Antennenträgers 2 an zwei Signalanschlüsse 31c bzw. 32C der zweiten integrierten Schaltung 3C. Der Halbleiterkörper 3C ist auf der Teiloberfläche 2B mittels einer Klebeschicht 5 befestigt. Durch den zwischen den beiden Halbleiterkörpern bzw. Chips eingebrachten biegsamen Antennenträger lassen sich verschiedene Signalleitungen führen. Damit entfällt die Notwendigkeit, in der sonst üblichen Face-2-Face-Technologie einander zugeordnete Kontakte direkt übereinander anzubringen. Die Signalführung in der Flex-Laminat-Technologie auszubilden ermöglicht im hier dargestellten Ausführungsbeispiel daher die Verwendung integrierter Schaltungen in verschiedenen Halbleiterkörpern mit räumlich unterschiedlichen Kontaktstellen zueinander.

Ein Hochfrequenzsignalausgang 31 der Hochfrequenzschaltung des Halbleiterkörpers 3C ist wiederum mit der geteilten bzw. fraktalen Antenne 21 gekoppelt.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich der biegsame Antennenträger zur Abschirmung gegen hochfrequente Streustrahlung verwendet wird. Dazu ist ein Teilträger 2C vorgesehen, der an der Unterseite einen großflächig metallisierten Bereich 21C aufweist. Ein biegsamer Kontaktfinger 29A mit einer darin integrierten Signalleitung ist an den metallisierten Bereich angeschlossen und führt gleichzeitig zu dem biegsamen Antennenträger 2 und dem dortigen Kontaktfinger 29, welcher mit dem Massepotentialenschluss 44 des starren Trägers 4 verbunden ist. Dadurch wird der metallisierte Bereich 21C stets auf das Massepotential gelegt, wodurch die sich unterhalb des metallisierten Bereichs 21C befindliche integrierte Schaltung im Körper 3C vor hochfrequenter Störstrahlung geschützt ist. Gleichzeitig wird das Hochfrequenzverhalten durch die direkte Kontaktierung des metallisierten Bereichs 21C mit der Rückseite des Halbleiterkörpers 3C verbessert.

Der Hochfrequenzenschluss 31 des Halbleiterkörpers 3C ist weiterhin mit drei als fraktale Antenne ausgebildeten Teilantennen 26 verbunden.

Bei einer Herstellung einer solchen Anordnung wird nach der Bereitstellung der beiden Halbleiterkörper mit der genauen Kenntnis ihrer jeweiligen Anschlussflächen der biegsame Antennenträger inklusive der erforderlichen Signalleitungen hergestellt. Durch die genaue Kenntnis der Signalführungsleitungen lassen sich die elektrischen Eigenschaften des Anntennenträgers auf bekannte Weise bereits in der Layoutphase simulieren und parasitäre Effekte der Signalleitungen so minimieren. Der Träger wird durch verschiedene übereinandergelegte Polymerschichten realisiert. Die Signalleitungen können beispielsweise durch aufgedampfte Kupferschichten implementiert werden. Die Herstellung des biegsamen Anntennenträgers erfolgt daher in bekannter Flex-Laminat-Technologie abhängig von den Anforderungen auf verschiedene Weise.

Die Anschlussflächen auf dem biegsamen Antennenträger werden dabei relativ zueinander so positioniert, daß sie die jeweiligen Anschlussflächen auf dem Halbleiterkörper abdecken. Dadurch ist eine einfache Kontaktierung mittels eines Lots möglich. Zudem wird in dieser Phase auch ein metallisierter Bereich vorgesehen, der dann als Antenne abhängig von dem jeweiligen Bedürfnis ausgebildet wird.

Die Anordnung erfolgt in Face-2-Face-Technologie, so daß auf zusätzliche Bonddrähte vollständig verzichtet werden kann. Durch eine geeignete Signalführung bereits in der Design-Phase und der Herstellung des biegsamen Antennenträgers ist es möglich, verschiedene integrierte Schaltungen mit unterschiedlich angeordneten Anschlussflächen dennoch wirksam elektrisch zu verbinden. Die kurzen Signalleitungen innerhalb des biegsamen Antennenträgers und die bekannte räumliche Verteilung ermöglicht eine Reduzierung parasitärer Eigenschaften.

Gerade bei vielen drahtlosen Kleinleistungsanwendungen, beispielsweise drahtlosen Mikrophonen oder funkgesteuerten Sensoren, die zudem eine hohe Anforderung an die Lebensdauer des Gerätes stellen und gleichzeitig kostensensitiv sind, bietet die Verwendung eines biegsamen Antennenträgers durch eine Flex-Laminat-Technik in Kombination mit einer Face-2-Face-Technologie eine kostengünstige Lösung. Weiterhin lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung auch für Chipkarten einsetzen. Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele lassen sich mit verschiedenartigen biegsamen Trägermaterialien realisieren. Die Hochfrequenzsignalführung erfolgt dabei über das biegsame Trägermaterial. Ein starrer Träger als Hauptplatine, der mit einem sehr billigen Material eingesetzt wird, enthält lediglich noch die Versorgungs- und die Kontrollsignale.

1Anordnung 2biegsamer Antennenträger 2Cbiegsamer Teilträger 3, 3CHalbleiterkörper mit integrierter Schaltung 4starrer Träger 5Kleber 21Antennenzuführungsleitung 21Cmetallisierter Bereich 26, 26Ageteilte Antenne, Teilantennen 22, 23, 31, 34Anschlussstellen für Hochfrequenzsignale 271, 25, 33Anschlusskontakte 28, 29Kontaktfinger 44Massepotentialanschluss 45Versorgungspotentialanschluss 41, 42, 43Signalleitungen 292, 293organisches Trägermaterial 291Kupfersignalleitung

Anspruch[de]
  1. Hochfrequenzanordnung, umfassend:

    – einen Halbleiterkörper mit einer darin ausgebildeten integrierten Schaltung (3), der auf einer ersten Teiloberfläche eine Hochfrequenzanschlussstelle (31, 33) zur Abgabe oder zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist;

    – einen biegsamen Antennenträger (2) mit einer ersten (2A) Teiloberfläche, mit einem metallisierten Bereich (26, 26A), der als Antenne ausgebildet ist und der eine Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) auf oder in der ersten Teiloberfläche (2A) des Antennenträger (2) aufweist, wobei die erste Teiloberfläche (2A) des Antennenträgers und die erste Teiloberfläche des Halbleiterkörpers einander zugewandt angeordnet sind und die Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) auf oder in der ersten Teiloberfläche (2A) des Antennenträgers (2) mit der Hochfrequenzanschlussstelle (31, 34) auf der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers gekoppelt ist.
  2. Hochfrequenzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der biegsame Antennenträger (2) als ein biegsames Laminat, insbesondere ein Flex-Laminat mit zumindest einer organischen Trägerschicht (292, 293) ausgebildet ist.
  3. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Antenne ausgebildete metallisierte Bereich (26, 26A) auf einer zweiten, der ersten Teiloberfläche (2A) gegenüberliegenden Teiloberfläche (2B) des biegsamen Antennenträgers (2) gebildet ist.
  4. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der metallisierte Bereich (26, 26A) zumindest zwei Teilbereiche umfasst, die als räumlich getrennten Teilantennen ausgebildet ist, wobei die gemeinsame Abstrahlcharakteristik der zumindest zwei Teilantennen einer Abstrahlcharakteristik einer einzigen Antenne entspricht.
  5. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der biegsame Antennenträger (2) einen zweiten metallisierten Bereich (21C) aufweist, der zu einer Abschirmung des Halbleiterkörpers (3, 3C) gegen hochfrequente Streusignale ausgebildet ist.
  6. Hochfrequenzanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite metallisierte Bereich (21C) zur Kopplung mit einem Massepotential ausgebildet ist.
  7. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (4) an einer zweiten der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegenden Teiloberfläche befestigt ist.
  8. Hochfrequenzanordnung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) zumindest eine Signalleitung zur Zuführung oder Abgabe eines Signals aufweist, die mit einer Signalleitung des biegsamen Antennenträgers (2) verbunden ist, wobei die Signalleitung des biegsamen Antennenträger (2) eine Anschlussstelle (271, 294) aufweist, die mit einer Anschlussstelle (33, 32) des Halbleiterkörpers gekoppelt ist.
  9. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die Kopplung zwischen der Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) und/oder der Anschlussstelle (271, 294) des biegsamen Antennenträgers (2) und der Hochfrequenzanschlussstelle (31, 34) und/oder der Anschlussstelle (32, 33) des Halbleiterkörpers durch ein Lot gebildet ist.
  10. Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) und/oder die Anschlussstelle (271, 294) auf oder in der Teiloberfläche (2A) des biegsamen Antennenträgers (2) als Pads mit einer Fläche kleiner als 70 &mgr;m·70 &mgr;m und bevorzugt mit einer Fläche im Bereich von 10&mgr;m·10 um bis 30&mgr;m·30 &mgr;m ausgebildet sind.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die Schritte umfassend:

    – Bereitstellen einer integrierten Schaltung (3) in einem Halbleiterkörper, der auf einer ersten Teiloberfläche zumindest eine Hochfrequenzanschlussstelle (31, 34) zur Abgabe oder Zuführung eines Hochfrequenzsignals aufweist;

    – Bereitstellen eines biegsamen Antennenträger (2);

    – Vorsehen eines als Antenne ausgebildeten metallisierten Bereichs (26, 26A) auf dem biegsamen Antennenträger (2);

    – Vorsehen einer Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) des metallisierten Bereichs (26, 26A) auf einer ersten Teiloberfläche (2A) des biegsamen Antennenträgers (2);

    – einander zugewandtes Anordnen der ersten Teiloberfläche (2A) des biegsamen Antennenträgers (2) und der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers;

    – Koppeln der Hochfrequenzanschlussstelle (22, 23) des biegsamen Antennenträgers (2) mit der Hochfrequenzanschlussstelle (31, 34) des Halbleiterkörpers.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte:

    –Vorsehen einer Anschlussstelle (33, 32) auf der ersten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers zur Abgabe oder Zuführung eines Signals an die integrierte Schaltung (3);

    – Vorsehen einer Signalleitung auf/in dem biegsamen Antennenträger (2) mit einer Anschlussstelle (271, 294) auf der ersten Teiloberfläche (2A) des biegsamen Antennenträger (2);

    – Koppeln der Anschlussstelle (33, 32) des Halbleiterkörpers mit der Anschlussstelle (271, 294) des biegsamen Antennenträgers (2);

    – Vorsehen eines Trägers (4) mit zumindest einer Signalleitung, die eine Anschlussstelle (45, 44) aufweist;

    – Befestigen des Trägers (4) an einer zweiten Teiloberfläche des Halbleiterkörpers;

    – Verbinden der Anschlussstelle (45, 44) der Signalleitung des Trägers (4) mit der Signalleitung des biegsamen Antennenträgers (2).
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppeln durch Vorsehen einer galvanischen Verbindung, bevorzugt durch Aufbringen eines Lotes erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch

    – ein Vorsehen eines zweiten metallisierten Bereichs (21) auf oder in dem biegsamen Antennenträger (2) zur Schirmung gegen Strahlung;

    – Koppeln des zweiten metallisierten Bereichs (21C) mit einem Massepotential.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsehen eines metallisierten Bereichs (26, 26A, 21) ein Aufbringen einer dünnen metallischen Schicht auf einem Bereich des Antennenträgers (2) umfasst.
  16. Verwendung der Hochfrequenzanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Sende und/oder Empfangseinrichtung von Funksignalen.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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