JPH0998005A

JPH0998005A - 配線基板

Info

Publication number: JPH0998005A
Application number: JP7251692A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shinozaki; 了篠▲崎▼
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】実装される半導体チップの高周波特性偏差を
補償できる配線基板を提供する。【解決手段】誘電体基板４の両面に、一部が重ね合せ
部８で重ね合うように夫々伝送線路６、７を設ける。伝
送線路６は半導体チップ１とバンプ電極５で接続されて
いる。表面の伝送路７の近傍に調整用導体パターン９を
設けておき、このパターン９を、金属製リボン等で伝送
路７と接続することにより、高周波特性を調整できるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配線基板に関し、特
にマイクロ波やミリ波等の高周波で使用される半導体を
実装するための配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高周波で用いる半導体チップの
信号接続を行う場合には、接続線のインダクタンスが問
題となる。このため、インダクタンスの大きいボンディ
ングワイヤを用いずに、バンプ電極を用いて信号接続を
行う方法が知られている。この方法によれば、高周波接
続部のインダクタンスを小さくすることができるので、
広帯域にわたって良好な電気特性が得られる。

【０００３】また、一方、高周波で用いられる半導体チ
ップの表面は、高周波特性を損わないようにするため、
厚い保護膜を付けることができない。このため、外気環
境からの化学物質等による汚染や吸湿等による信頼性劣
化を防ぐため、半導体チップを気密封止にする必要があ
る。

【０００４】このような半導体組立構造の従来例とし
て、特開平３―２０１７０１号公報に記載されているも
のがある。これは図５に示されているように、半導体チ
ップ１と気密筐体外部へ接続される電極となるメタライ
ズ層１６との接続を金属バンプ電極１８で行う構成であ
る。これによって、インダクタンスを低減し、高周波特
性を改善しているのである。

【０００５】なお、同図において、１３はヒートシン
ク、１４はハウジング、１５はリードフレーム、１７は
ボンディングパッド、２０はベースメタルである。

【０００６】また、他の従来例として、特開平５―３６
７５１号公報に記載されているものがある。これは図６
に示されているように、ＭＭＩＣ（モノリシックマイク
ロ波集積回路）チップ１２と外部との接続を、伝送線路
７０を用い、バンプ電極９０を介して行うものである。
かかる従来技術では、接地電極３０及び４０と誘電体５
０及び６０とによってトリプレート構造の分布定数線路
を形成する伝送線路７０を用いて、外部との接続を行っ
ている。かかる従来技術によれば、特にＭＭＩＣチップ
１２内部の高周波入出力の整合終端がなされる場合に
は、高周波特性の改善に効果がある。

【０００７】なお、同図において、１０は金属板、８０
は金属薄板、１００は凸部、１１０は薄膜メタル、１３
０は貫通孔、１４０は開口部である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高周波を扱
う半導体、ＭＭＩＣは、一定のプロセス制御により均一
な特性を維持するには限界がある。例えば、半導体拡散
ロットのバラツキを外部調整で補正しないと、所望の特
性が得られない場合がある。かかる場合、上述した従来
技術を用いても、高周波接続部分の外部調整ができず、
所望の特性が得られない。

【０００９】かかる調整ができない場合は、半導体バラ
ツキによる特性偏差の最低限度の規格まで許容する必要
がある。より良い特性のものを得ようとすると、選別に
よるしか方法がなく、歩留まりの程度によっては、コス
ト高になるという欠点がある。また、常に、ある拡散ロ
ットのものが全て使えなくなるという危険も孕んでいる
という欠点もある。したがって、半導体素子のバラツキ
を外部から調整でき、高周波特性を改善できるようにす
る技術の実現が望まれていた。

【００１０】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は半導体素子の
高周波特性の改善の実行に用いて好適な配線基板を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による配線基板
は、電子部品が実装される配線基板であって、誘電体板
と、この誘電体板の一主面に設けられた第１の伝送線路
と、この第１の伝送線路に対し前記誘電体板を挟んだ位
置に設けられ前記電子部品から出力される高周波信号を
伝送する第２の伝送線路と、前記第１の伝送線路の近傍
に設けられ該伝送線路と電気的に接続されることによっ
て該伝送線路の高周波特性を補正する高周波特性補正用
導体パターンとを含むことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の作用は以下の通りであ
る。

【００１３】表面及び裏面の伝送線路は、誘電体基板を
介して、その重ね合せ部分によって電磁的に結合する。
重ね合せ部分の長さは、結合する高周波信号の周波数に
依り、信号波長の概略１／４程度の長さである。したが
って、結合する高周波信号がマイクロ波やミリ波であれ
ば、重ね合せ部分は比較的微小な形状となる。

【００１４】表面の伝送線路の近傍には調整用導体パタ
ーンを配置しておき、この調整用導体パターンと伝送線
路との間をボンディングワイヤ又は金属製リボン等で適
宜接続することによって、伝送線路に対して直列に容量
を付加することができる。これによって、高周波特性の
調整を外部から行うことができるのである。

【００１５】次に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例による配線基板を
用いた半導体チップ実装構造を示す平面図であり、図５
と同等部分は同一符号により示されている。

【００１７】図においては、配線基板の表面が示されて
いる。そして、配線基板の表面には、誘電体基板４上に
設けられたコの字型の伝送線路７と、その近傍に設けら
れた複数の調整用導体パターン９とを含んで構成されて
いる。伝送線路７の形状は、コの字型である必要はない
が、後述する重ね合せ部を設ける必要があるため、コの
字型にすれば、実装面積が小さくて済むのである。

【００１８】また、配線基板の裏面には、伝送線路６が
設けられている。この伝送線路６の端部にはバンプ電極
５が設けられており、このバンプ電極５によって半導体
チップ１が伝送線路６と電気的に接続される。

【００１９】ここで、図１のＢ―Ｂ部の断面図が図２に
示されている。つまり、図２中の矢印Ａから見た場合に
おける平面図が図１である。図２に示されているよう
に、半導体チップ１と誘導体基板４の裏面に形成された
伝送線路６との間がバンプ電極５で接続されている。な
お、図１には２個の半導体チップを実装した例が示され
ているが、勿論１個でも、３個以上でも本発明の作用及
び効果に違いはない。

【００２０】図２において、半導体チップ１は金属板２
の上に搭載され、その周囲が金属体３で囲まれている。
これら金属板２と金属体３とは一体成形しても良い。誘
電体基板４の表面には伝送線路７とその近傍に調整用導
体パターン９が配置されている。裏面の伝送線路６と表
面の伝送線路７とは、誘電体基板４を挟んで重ね合され
ている。以下、この重ね合せ部に符号８を付して説明す
る。

【００２１】裏面の伝送線路６と表面の伝送線路７と
は、重ね合せ部８にかかる長さが波長の約１／４に相当
する周波数帯で結合され、半導体チップ１に入出力され
る高周波信号は表面の伝送線路７を伝搬する。したがっ
て、調整用導体パターン９を伝送線路７にボンディング
ワイヤ又は金属製リボン等で接続することで、対接地間
容量を変化させることができ、高周波特性の調整を行う
ことができる。

【００２２】なお、伝送線路７及び調整用導体パターン
９の部分の誘電体基板４の裏面は、重ね合せ部８及びそ
の周辺を除いて金属体３と接触しており、高周波接地電
位になっている。すなわち、誘電体基板の両主面を挟ん
だ高周波特性補正用パターンに対応する位置に接地レベ
ルの導体が設けられているのである。

【００２３】ここで、誘電体基板４の表面と裏面とを電
気的に接続する手段として、周知のビアホールを用いる
場合を考える。かかる場合、比較的低周波であれば問題
ないが、マイクロ波、ミリ波の高周波ではビアホールの
インダクタンス等により、良好な特性が得られない。こ
れに対し、本例の配線基板を用いれば、たとえマイクロ
波、ミリ波の高周波を伝達する場合であっても問題な
く、良好な特性が得られるのである。

【００２４】次に、図３及び図４を用い、本発明の原理
について説明する。まず、図３（ａ）に示されているよ
うに、ポートＰ１とポートＰ２との間の平面伝送線路Ｄ
１及びＤ２による平面結合線路を考える。すると、かか
る平面結合線路の等価回路を集中定数によって表すと、
同図（ｂ）に示されているように、ポートＰ１とポート
Ｐ２との間に直列インダクタンスＬと結合キャパシタン
スＣとが接続された回路となる。

【００２５】ここで、平面伝送線路Ｄ１とＤ２との重な
り合っている部分の長さをｄとすると、この長さｄは次
式で表すことができる。

【００２６】ｄ＝（λ0 ・Ｖ／Ｖc ）／４ …（１）なお、式（１）において、Ｖ／Ｖc は波長短縮率であ
る。また、波長λ0 は、次式で表すことができる。

【００２７】λ0 ＝Ｃ／ｆ0 …（２）なお、式（２）において、Ｃは光速度である。波長λ0
は伝送信号の周波数ｆ0の自由空間波長を表し、長さｄ
は線路上の信号波長の１／４に相当する。

【００２８】したがって、同図（ａ）の平面伝送線路Ｄ
１及びＤ２は、分布定数線路の直列インダクタンスＬと
結合キャパシタンスＣとによる共振周波数ｆ0 の直列共
振回路（同図（ｂ））を構成する。このとき、同図
（ｃ）の伝送周波数特性図に示されているように、周波
数ｆ0 近傍の帯域では少ない減衰量で伝送され、それ以
外の帯域では減衰量が大きい。

【００２９】要するに、直列インダクタンスＬと結合キ
ャパシタンスＣとによる共振回路の共振周波数ｆ0 の波
長をλ0 とするとき、伝送線路Ｄ１とＤ２との重ね合せ
部の長さｄを約λ0 ／４にすれば、これら伝送線路Ｄ１
及びＤ２はその周波数ｆ0 近傍の帯域のみ通過させるフ
ィルタとして作用する。

【００３０】次に、図４（ａ）に示されているように、
ポートＰ１とＰ２との間に設けられた分布定数線路Ｄ
に、金属製リボンＷで、調整用導体パターンＰＴを接続
する。この接続の結果、ポートＰ１とＰ２との間の線路
の集中定数による等価回路は、同図（ｂ）に示されてい
るようになる。すなわち、ポートＰ１とポートＰ２との
間に、可変インダクタンスＶＬが直列に接続され、さら
に可変キャパシタンスＶＣが接地電位との間に並列に接
続された回路となる。

【００３１】つまり、ポートＰ１から調整用導体パター
ンＰＴまでの距離ｄ１により、インダクタンスの量を変
化させることができるので、この部分を直列接続された
可変インダクタンスＶＬに置換えることができる。ま
た、表面積の異なる調整用導体パターンを数種類設けて
おき、これらを適当に選択してリボンＷで接続すれば、
その選択して接続した導体パターンの面積の大きさによ
り、対接地間（直列）キャパシタンスの量を変化させる
ことができるので、この部分を接地電位との間に並列に
接続された可変キャパシタンスＶＣに置換えることがで
きる。選択して接続する導体パターンは１つでも良い
し、２以上でも良い。

【００３２】結局、適切な調整用導体パターンＰＴを選
び、このパターンを金属製リボンＷで分布定数線路Ｄの
適切な位置に接続することで、低域通過型の整合回路を
形成することができるのである。

【００３３】ここで、調整用導体パターンの数を増加す
れば、その調整の自由度を高めることができるが、物理
的な寸法の限界によって、制限される。すなわち、微細
化の方向では、製作精度の限界がある。パターン同士の
間隔が狭くなると、パターン形成時に導体が抜けず、パ
ターン同士がつながってしまうからである。また、微細
化の方向では、調整加工精度の限界もある。周知のマニ
ピュレータを用いても、微小パターン間同士の接続性に
は限界があるからである。逆に、調整範囲を広げても、
最適調整点に追い込める微調整の範囲は限られる。

【００３４】図１に戻り、図示せぬ金属製リボンで、伝
送線路７と調整用導体パターン９とを接続すれば、図３
（ａ）の回路と図４（ａ）の回路とを接続した構成とな
る。この場合、図３（ａ）の回路は共振器を主体とした
回路であるが、そのＱは必ずしも高くないため、信号位
相回転は大きくない。したがって、位相の範囲によって
は、図４（ａ）の回路による調整が有効に働く。

【００３５】要するに、本発明の配線基板を用いて半導
体チップを実装すれば、インダクタンス等の高周波寄生
要素を低減した接続ができ、外部調整の可能な構造が実
現され、半導体のバラツキによる特性偏差をある程度許
容しても、調整を行うことによって、良好な高周波特性
を得ることができるのである。

【００３６】高周波半導体のバラツキを全て考慮した特
性水準では、一般的に競争力が低く、より良い特性水準
を選別によってのみ得ようとすると、歩留まりが低下す
る。これに対し、本願によれば、半導体のバラツキを回
路で補償できることから、歩留まりが向上し、生産性も
良くなるのである。

【００３７】なお以上は、半導体チップを実装する場合
について説明したが、それ以外の電子部品の高周波特性
を改善する場合に本発明が適用できることは明らかであ
る。

【００３８】請求項の記載に関連して本発明は更に次の
態様をとりうる。

【００３９】（１）互いに面積の異なる前記導体パター
ンを複数含むことを特徴とする請求項［１］〜［４］の
いずれかに記載の配線基板。

【００４０】（２）電子部品と、この電子部品が実装さ
れる配線基板とを含む電子部品実装構造であって、前記
配線基板は、誘電体板と、この誘電体板の一主面に設け
られた第１の伝送線路と、この第１の伝送線路に対し前
記誘電体板を挟んだ位置に設けられ実装される電子部品
から出力される高周波信号を伝送する第２の伝送線路
と、前記第１の伝送線路の近傍に設けられ該伝送線路と
電気的に接続されることによって該伝送線路の高周波特
性を補正する高周波特性補正用導体パターンとを含むこ
とを特徴とする電子部品実装構造。

【００４１】（３）前記第２の伝送線路の長さは、前記
高周波信号の波長の略１／４であることを特徴とする
（２）記載の配線基板。

【００４２】（４）前記電子部品は、半導体チップであ
ることを特徴とする（２）又は（３）記載の電子部品実
装構造。

【００４３】（５）前記誘電体板の両主面を挟んだ高周
波特性補正用導体パターンに対応する位置に接地レベル
の導体が設けられていることを特徴とする（２）〜
（４）のいずれかに記載の電子部品実装構造。

【００４４】（６）前記配線基板は、互いに面積の異な
る前記導体パターンを複数含み、これら導体パターンが
択一的に前記第１の伝送線路と電気的に接続されること
を特徴とする（２）〜（５）のいずれかに記載の電子部
品実装構造。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、誘電体基
板を介して表面及び裏面の伝送線路を、信号波長の約１
／４程度の長さの重ね合せ部分によって電磁的に結合し
ておき、表面の伝送線路とその近傍に配置した調整用導
体パターンとの間を金属製リボン等で適宜接続すること
により、高周波信号が入出力される半導体チップの特性
偏差を補償することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による配線基板を用いた半導体
チップ実装構造を示す平面図である。

【図２】図１の半導体チップ実装構造の部分断面図であ
る。

【図３】図（ａ）は平面結合線路を示す図、図（ｂ）は
図（ａ）の平面結合線路の等価回路を示す図、図（ｃ）
は図（ａ）の平面結合線路による伝送周波数特性を示す
図である。

【図４】図（ａ）は図１の調整用導体パターンを用いた
表面伝送線路の高周波特性の調整の様子を示す図、図
（ｂ）は図（ａ）のように調整した場合の等価回路を示
す図である。

【図５】従来の配線基板による半導体チップ実装構造を
示す図である。

【図６】従来の配線基板による他の半導体チップ実装構
造を示す図である。

【符号の説明】

１半導体チップ２金属板３金属体４誘電体基板５バンプ電極６、７伝送線路８重ね合せ部９調整用導体パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品が実装される配線基板であっ
て、誘電体板と、この誘電体板の一主面に設けられた第
１の伝送線路と、この第１の伝送線路に対し前記誘電体
板を挟んだ位置に設けられ前記電子部品から出力される
高周波信号を伝送する第２の伝送線路と、前記第１の伝
送線路の近傍に設けられ該伝送線路と電気的に接続され
ることによって該伝送線路の高周波特性を補正する高周
波特性補正用導体パターンとを含むことを特徴とする配
線基板。
【請求項２】前記第２の伝送線路の長さは、前記高周
波信号の波長の略１／４であることを特徴とする請求項
１記載の配線基板。
【請求項３】前記電子部品は、半導体チップであるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の配線基板。
【請求項４】前記誘電体板の両主面を挟んだ高周波特
性補正用導体パターンに対応する位置に接地レベルの導
体が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の配線基板。