用于智能超表面的芯片封装结构和设备的制作方法

本公开涉及超表面，涉及但不限于一种用于智能超表面的芯片封装结构和设备。

背景技术：

1、随着通讯技术的快速发展，智能超表面(reconfigurable intelligent surface，ris)作为一种可重构的电磁表面，具有低成本、低功耗和易部署等优势，从而在无线通讯网络中有广泛的应用前景。可重构的电磁表面是一个很大的天线阵列，智能超表面包括多个ris单元，ris单元包括天线、与天线连接的调节单元，通过控制调节单元开或关的状态，改变天线的相位，从而实现智能超表面反射角度或的折射角度的变化。

2、相关技术中，智能超表面需要在印刷电路板(即pcb板)的正面制备阵列的天线，并在pcb板的正面焊接调节单元。用于控制调节单元状态的驱动电路(例如电平转换器)焊接在pcb板的背面，电平转换器向每个调节单元发送独立的偏置电压，以控制每个调节单元的开或关。然而，该智能超表面具有以下缺点：

3、一、由于天线直接制备在pcb板上，所以需要在整个pcb板上设计射频板，射频板的叠层、介质选择、接地、连线、结构等都需要电磁仿真设计，因此智能超表面的pcb板设计难度高，成本大；

4、二、由于每个调节单元需要焊接在pcb板上，焊接一致性低，良率低；

5、三、每个调节单元接收的控制信号都需要从pcb板的背面传输至正面，每个调节单元的控制信号都需要在pcb板内设置传输线路，控制方案的复杂度高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供一种用于智能超表面的芯片封装结构和设备。

2、第一方面，本公开实施例提供一种用于智能超表面的芯片封装结构，包括：

3、封装基板，所述封装基板背面设置焊球，用于与印制电路板电连接；

4、所述封装基板正面设置有介质层，所述介质层上设置有信号输入端口，所述信号输入端口与至少一所述焊球电连接；

5、位于所述介质层上的多个天线；

6、位于所述介质层上或所述介质层内的多个调节单元，所述调节单元与所述天线连接，所述调节单元的状态用于控制所述天线的电磁特性；

7、位于所述天线下方且位于所述介质层内的电压生成模块、运算模块、模数转换模块和控制单元，所述控制单元通过第一互连结构与所述调节单元互连，所述电压生成模块通过第二互连结构与所述信号输入端口互连，其中：

8、所述电压生成模块，用于从所述信号输入端口接收第一模拟电压信号，并输出第一电压，其中，所述第一模拟电压信号包括每个所述调节单元的状态信息以及所述控制单元的工作电压信息，所述第一电压为所述控制单元的工作电压；

9、所述运算模块，用于接收所述第一模拟电压信号和所述第一电压，将所述第一模拟电压信号减去所述第一电压，生成第二模拟电压信号；

10、所述模数转换单元，用于接收所述第二模拟电压信号，将所述第二模拟电压信号转换为多个数字信号；

11、所述控制单元，连接所述模数转化单元和所述电压生成模块，用于接收所述第一电压和对应的所述数字信号，生成偏置电压，所述偏置电压用于控制所述调节单元的状态。

12、在一些实施例中，所述电压生成模块、所述运算模块、所述模数转换模块、所述控制单元集成在同一控制芯片内。

13、在一些实施例中，所述第一互连结构包括第一互连线、第二互连线和第一插塞，所述第一互连线连接所述调节单元的第一端，所述第二互连线通过所述第一插塞连接所述调节单元的第二端；

14、所述第二互连结构包括所述第二互连线、第三互连线和第二插塞，部分所述第二互连线和所述第三互连线通过所述第二插塞连接，所述第三互连线用于连接所述焊球；

15、所述第一互连线、所述第二互连线和所述第三互连线沿第一方向依次排列，所述第一方向为所述封装基板正面到所述封装基板背面的方向；

16、所述控制芯片位于所述第二互连线和所述第三互连线之间，且与所述第二互连线电连接；或者，所述控制芯片位于所述第一互连线和所述第二互连线之间，且与所述第二互连线电连接。

17、在一些实施例中，所述调节单元位于所述介质层上，所述天线和所述第一互连线连接，所述调节单元通过所述天线与所述第一互连线连接。

18、在一些实施例中，所述调节单元于所述介质层的表面贴装。

19、在一些实施例中，沿所述第一方向的投影上，每一所述天线至所述控制芯片的距离相等，且所述调节单元位于所述天线靠近所述控制芯片的一侧。

20、在一些实施例中，所述芯片封装结构包括一个所述控制芯片，一个所述控制芯片分别与所有的所述调节单元互连；或者，

21、所述芯片封装结构包括多个所述控制芯片，每个所述控制芯片与部分所述调节单元互连。

22、在一些实施例中，所述芯片封装结构为连接盘网格阵列封装结构或球栅阵列封装结构。

23、在一些实施例中，所述电压生成模块包括带隙模块和线性稳压器；

24、所述带隙模块，用于接收所述第一模拟电压信号，并在所述第一模拟电压信号的电压大于第一阈值时，输出基准带隙电压；

25、所述线性稳压器，用于接收所述第一模拟电压信号和所述基准带隙电压，以所述基准带隙电压为基准，输出稳定的所述第一电压。

26、在一些实施例中，所述电压生成模块包括还包括电荷泵；

27、所述电荷泵，用于接收所述第一电压，将正压的所述第一电压转换成负压的第二电压；

28、所述第二电压输出至所述控制单元，用于确定所述偏置电压的电压值。

29、第二方面，本公开实施例提供一种ris设备，所述ris设备包括：印制电路板、总控单元和多个如上述实施例中的所述芯片封装结构；

30、多个所述芯片封装结构在所述印制电路板正面排布，且与所述印制电路板焊接；

31、所述总控单元位于所述印制电路板背面，基于目标方向信号，并对所述目标方向信号进行处理，生成与每一所述芯片封装结构对应的所述第一模拟电压信号；

32、所述印制电路板将所述第一模拟电压信号传输至对应的所述芯片封装结构。

33、本公开实施例中，由于智能超表面装置的pcb板上可以焊接有多个芯片封装结构，且每一芯片封装结构包括：封装基板、位于封装基板正面的介质层、位于介质层上的多个天线、位于介质层上或介质层内的多个调节单元、位于天线下方且位于介质层内的电压生成模块、运算模块、模数转换模块和控制单元，介质层上设置有信号输入端口。电压生成模块、运算模块和模数转换模块用于将从信号输入端口接收的第一模拟电压信号分别转化为第一电压和数字信号，控制单元根据第一电压和数字信号生成偏置电压，以控制多个调节单元的开启或者关闭。

34、从而在同一芯片封装结构中，通过一个信号输入端口输入的第一模拟电压信号控制多个调节单元的开启或关闭，从而控制天线的相位，可以实现向芯片封装结构发送更少数量的第一模拟电压信号，来控制数量较多的调节单元。当将芯片封装结构焊接在pcb板上时，pcb板可以传输更少的第一模拟电压信号，便可以实现对多个调节单元的控制，pcb板中的走线更简单。并且，第一模拟电压信号还可以为控制单元提供工作电压，因此，信号输入端口实现多个调节单元的控制信号与工作电压信号的复用，可以进一步节约端口的数量，并简化pcb板中的走线。

35、同时，天线在芯片封装结构上制备，无需在pcb板上制备天线，从而无需在pcb板中设计整个阵面尺寸的射频板，从而简化了设计难度，减少了设计成本。

36、并且，芯片封装结构中的控制单元可以直接输出偏置电压，无需在pcb板背面为每个调节单元设置独立的电平转换器，pcb板背面的电路设计更简单。且电压生成模块、运算模块、模数转换模块和控制单元设置在芯片封装结构内部，不占用芯片封装结构的表面，不影响智能超表面对信号的接收或反射。

37、此外，调节单元设置在芯片封装结构的表面或内部，芯片封装结构焊接在pcb板上；使得芯片封装结构焊接pin脚的数量远大于调节单元焊接pin脚，从而芯片封装结构的焊接比调节单元焊接更容易，因此，采用本方案的芯片封装结构的可靠性更高。且pcb板上需要焊接的器件更少，设计调试更方便，可靠性也更高。