JPS63244902A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS63244902A
JPS63244902A JP7806187A JP7806187A JPS63244902A JP S63244902 A JPS63244902 A JP S63244902A JP 7806187 A JP7806187 A JP 7806187A JP 7806187 A JP7806187 A JP 7806187A JP S63244902 A JPS63244902 A JP S63244902A
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JP
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semiconductor chip
transmission line
substrate
input signal
input
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Yasuhiro Hosono
細野 泰宏
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NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To attach a desired characteristic at a high frequency on a semiconductor chip having a multiple pin input/output, by providing at least two layers of distribution lines in the neighborhood of the semiconductor chip, and using either of them as a transmission line for impedance matching for an input signal line set on a layer. CONSTITUTION:A semiconductor device is constituted of a metallic substrate 1, the semiconductor chip 2, alumina ceramics substrates 3 and 5, and a metallized layer 4. In such constitution, when a high frequency signal is inputted to the input signal line 7 of the substrate 3, since the inside of the semiconductor chip 2 behind an inputting pad 11 is set at high impedance and the transmission line 10 terminated matchably on the substrate 5 acts as load of 50OMEGA at just before the input of the semiconductor chip 2, it is possible to take matching for an input signal. Also, by using an oscilloscope, etc., to terminate the tip of the transmission line 10, it is possible to monitor the waveform of the input signal just before the semiconductor chip 2.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にチップキャリヤパッケ
ージを用いる超高速の半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an ultra-high speed semiconductor device using a chip carrier package.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の半導体装置は、第2図(a)及び(b>
に示すように、導電性の金属基板1の半導体チップ搭載
面にはんだ又は導電性ペーストで半導体チップ2を固着
し、半導体チップ2の周囲を囲ってアルミナセラミック
基板3.を金属基板1上に固着し、アルミナセラミック
基板3.の上面に複数の伝送線路6を形成し、それぞれ
の伝送線路6と対応する半導体チップ2の入力用パッド
11又は出力用バッド12とをボンディングワイヤ13
で接続していた。
Conventionally, this type of semiconductor device is shown in FIGS. 2(a) and (b>
As shown in FIG. 1, a semiconductor chip 2 is fixed to the semiconductor chip mounting surface of a conductive metal substrate 1 with solder or conductive paste, and an alumina ceramic substrate 3 is placed around the semiconductor chip 2. are fixed on a metal substrate 1, and an alumina ceramic substrate 3. A plurality of transmission lines 6 are formed on the upper surface, and each transmission line 6 and the corresponding input pad 11 or output pad 12 of the semiconductor chip 2 are connected with bonding wires 13.
It was connected with.

この場合、伝送線路6には入力信号線と出力信号線の区
別はなく、同一構成の伝送線路が配置される構成であっ
た。
In this case, the transmission line 6 had a configuration in which there was no distinction between an input signal line and an output signal line, and transmission lines having the same configuration were arranged.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来の半導体装置は、伝送線路に入力用又は出
力用の区別がなく特に入力用の伝送線路として単一の伝
送線路を用いざるを得す、そのため高周波(例えばIG
IIz以上)領域で動作する半導体チップでは、入力信
号に対してインピーダンスの整合がとれない。
In the conventional semiconductor device described above, there is no distinction between input and output transmission lines, and a single transmission line must be used as the input transmission line.
In a semiconductor chip operating in a region (IIz or higher), impedance matching cannot be achieved with an input signal.

一般に、高周波領域での配線には系の特性インビーダン
スとして50Ωが選択されている。一方、高周波領域で
動作するIC1特にディジタルICについて、多くの場
合信号入力はFET(Field Effect Tr
ansistor)のソースホロアとしたものへのゲー
トへ導かれる方式が多く、従って、入力インピーダンス
は一般的に106Ω程度のいわゆる高インピーダンスと
なっている。
Generally, 50Ω is selected as the characteristic impedance of the system for wiring in a high frequency region. On the other hand, for ICs (especially digital ICs) that operate in the high frequency range, signal input is often performed using an FET (Field Effect Tr).
In many cases, the input impedance is a so-called high impedance of about 106Ω.

従って、系の特性インピーダンスとしての50Ωとは整
合がとれないため、入力信号に対してはパッケージの入
口に50Ωのチップ抵抗などを付加することで整合をと
っている。しかしながら、この方法ではパッケージの入
口の点では入力信号と整合がとれているが、パッケージ
の内部から実装している半導体チップまでの間は単一の
伝送線路であり、かつ、その先は高インピーダンスであ
る半導体チップが接続されているので、入力信号とはも
はや整合の状態にはなく、実装した半導体チップに対し
て所望の特性を得ることが不可能になる。
Therefore, matching cannot be achieved with 50Ω as the characteristic impedance of the system, so matching is achieved by adding a 50Ω chip resistor or the like to the entrance of the package for the input signal. However, although this method matches the input signal at the entrance of the package, there is only a single transmission line from the inside of the package to the mounted semiconductor chip, and the path beyond that has a high impedance. Since the semiconductor chip is connected, it is no longer in a matching state with the input signal, and it becomes impossible to obtain desired characteristics for the mounted semiconductor chip.

このインピーダンス不整合部分を几くするためにパッケ
ージの入口から半導体チップまでの距離を短くする、即
ち、パッケージ内の面積を小さくする、と多ビンの半導
体チップのための多数(例えば、10〜40本)の伝送
線路を配置できなくなるという欠点がある。又、不整合
部分を短くしたとしても無くすことはできないので、本
質的に不整合部分が残り実装した半導体チップに対して
結局所望の特性を得ることが不可能になるという欠点が
ある。
In order to reduce this impedance mismatch, it is necessary to shorten the distance from the package entrance to the semiconductor chip, that is, to reduce the area within the package. The disadvantage is that it is not possible to arrange transmission lines for Furthermore, since the mismatched portion cannot be eliminated even if it is shortened, the mismatched portion essentially remains and there is a drawback that it becomes impossible to obtain desired characteristics for the mounted semiconductor chip.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の半導体装置は、導電性の基板と、該基板の半導
体チップ搭載面の周囲の前記基板上に積層され少くとも
1層がその上面に他層に形成した信号入力線に対するイ
ンピーダンス整合用の伝送線路を形成する少くとも2層
の配線層とを含んで構成される。
The semiconductor device of the present invention includes a conductive substrate, and at least one layer laminated on the substrate around the semiconductor chip mounting surface of the substrate, and at least one layer formed on the top surface of the other layer for impedance matching to a signal input line. It is configured to include at least two wiring layers forming a transmission line.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図−(a)及び(b)はそれぞれ本発明の第1の実
施例の斜視図及び断面図である。
1-(a) and (b) are a perspective view and a sectional view, respectively, of a first embodiment of the present invention.

第1図(a)及び(b)に示すように、導電性の金属基
板1と、金属基板1の半導体チップ搭載面にはんだ又は
導電ペーストで搭載された半導体チップ2と、半導体チ
ップ2の周囲を囲って金属基板1に固着された第1層の
アルミナセラミック基板3と、アルミナセラミック基板
3上に固着された接地面としてのメタライズ層4と、メ
タライズ層4の上に固着された第2層のアルミナセラミ
ック基板5と、アルミナセラミック基板3上に形成され
た入力信号線7と出力信号線8とを備える伝送線路9と
、アルミナセラ、ミック基板5上に形成された伝送線路
10とを含む。
As shown in FIGS. 1(a) and (b), a conductive metal substrate 1, a semiconductor chip 2 mounted on the semiconductor chip mounting surface of the metal substrate 1 with solder or conductive paste, and the surroundings of the semiconductor chip 2. a first layer alumina ceramic substrate 3 fixed to the metal substrate 1 surrounding the alumina ceramic substrate 3; a metallized layer 4 as a ground plane fixed on the alumina ceramic substrate 3; and a second layer fixed on the metallized layer 4. , a transmission line 9 formed on the alumina ceramic substrate 3 and having an input signal line 7 and an output signal line 8, and a transmission line 10 formed on the alumina ceramic substrate 5. .

伝送線路9は金属基板1とメタライズ層4を接地面とす
る平衡型ストリップラインであり、伝送線路10はメタ
ライズ層4を接地面とするマイクロストリップラインで
あり、どちらも特性インピーダンスは50Ωに設定され
ている。
The transmission line 9 is a balanced strip line with the metal substrate 1 and the metallized layer 4 as the ground plane, and the transmission line 10 is a microstrip line with the metallized layer 4 as the ground plane, and the characteristic impedance of both is set to 50Ω. ing.

半導体チップ2の入力用バッド11は入力信号線7と伝
送線路10とにボンディングワイヤ13で電気的に接続
されており、伝送線路10は外部でインピーダンス整合
終端されている。
The input pad 11 of the semiconductor chip 2 is electrically connected to the input signal line 7 and the transmission line 10 by a bonding wire 13, and the transmission line 10 is impedance matched and terminated externally.

この状態で、アルミナセラミック基板3の入力信号線7
へ高周波信号入力があると、入力用バッド11から半導
体チップ2内部は高インピーダンスであり、かつ、アル
ミナセラミック基板5上の整合終端された伝送線路10
が半導体チップ2の入力直前で50Ωの負荷として働く
ことから、入力信号に対して整合をとることが可能とな
る。
In this state, the input signal line 7 of the alumina ceramic substrate 3
When a high frequency signal is input to the input pad 11, the inside of the semiconductor chip 2 has high impedance, and the transmission line 10 is matched and terminated on the alumina ceramic substrate 5.
acts as a 50Ω load immediately before the input of the semiconductor chip 2, making it possible to match the input signal.

又、伝送線路10の先を終端するのにオシロスコープな
どを用いれば半導体チップ2直前での入力信号波形をモ
ニタすることも可能である。
Furthermore, if an oscilloscope or the like is used to terminate the end of the transmission line 10, it is also possible to monitor the input signal waveform just before the semiconductor chip 2.

なお、出力用バッド12はそのまま一本のボンディング
ワイヤで出力させればよいため伝送線路9の出力信号線
8と出力用バッド12とをボンディングワイヤ13で結
べばよい、又、伝送線路10を出力信号線としてもよい
Note that since the output pad 12 can be output as it is with a single bonding wire, it is sufficient to connect the output signal line 8 of the transmission line 9 and the output pad 12 with the bonding wire 13. It may also be used as a signal line.

本発明の第2の実施例としては第1図の第1の実施例の
アルミナセラミック基板5をポリイミド樹脂で構成する
ものである。
In a second embodiment of the present invention, the alumina ceramic substrate 5 of the first embodiment shown in FIG. 1 is made of polyimide resin.

信号の1云送線路を特性インピーダンス50Ωとする場
合にアルミナセラミック基板を用いると線路幅はほぼ基
板厚さに等しいものとしなければならない。多ピン入出
力のICに対応する場合、多数本(10〜40本)の伝
送線路が必要となるためアルミナセラミック基板の厚さ
をできるだけ薄くする必要があるが、その薄さにも結線
用治具からの制約があり、従って、アルミナセラミック
基板の厚さはほぼ50〜150μmが適当となる。
If an alumina ceramic substrate is used when a single signal transmission line has a characteristic impedance of 50Ω, the line width must be approximately equal to the substrate thickness. When supporting ICs with multi-pin input/output, a large number of transmission lines (10 to 40) are required, so the thickness of the alumina ceramic substrate must be made as thin as possible. There are restrictions from the materials used, so the appropriate thickness of the alumina ceramic substrate is about 50 to 150 μm.

このような薄いアルミナセラミック基板を多層接着する
には費用がかかり搭載する半導体チップの価格によって
は原価的につり合わない場合がある。
Bonding such thin alumina ceramic substrates in multiple layers is expensive and may not be cost-effective depending on the price of the semiconductor chip to be mounted.

このようなとき、第2の実施例の多層とする基板をポリ
イミド樹脂で構成すればより低価格で対応することが可
能となる利点がある。ただし、ポリイミド樹脂を基板と
して用いた場合には、特性インピーダンスを50Ωとす
るために基板厚さと基板上の線路幅との比は約1:2(
比誘電率を約4とする)が必要となる。
In such a case, if the multilayer substrate of the second embodiment is made of polyimide resin, there is an advantage that it can be handled at a lower cost. However, when polyimide resin is used as the substrate, the ratio of the substrate thickness to the line width on the substrate is approximately 1:2 (
The dielectric constant is approximately 4).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、チップキャリヤパッケー
ジを用いる半導体装置において、半導体チップの周囲に
少くとも2層の配線層を設けそのうちの1層分を他層に
設定した入力信号線に対するインピーダンス整合用の伝
送線路として用いることにより、入力信号とのインピー
ダンス整合をとることができるので、高周波での多ピン
入出力を有する半導体チップを所望の特性にすることが
できるという効果がある。
As explained above, the present invention provides impedance matching for input signal lines in which at least two wiring layers are provided around a semiconductor chip and one of the wiring layers is set in another layer in a semiconductor device using a chip carrier package. By using it as a transmission line, it is possible to achieve impedance matching with the input signal, so there is an effect that a semiconductor chip having multi-pin input/output at high frequency can be made to have desired characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)及び(b)はそれぞれ本発明の第1の実施
例の斜視図及び断面図、第2図(a)及び(b)はそれ
ぞれ従来の半導体装置の一例の斜視図及び断面図である
。 1・・・金属基板、2・・・半導体チップ、3.31・
・・アルミナセラミック基板、4・・・メタライズ層、
5・・・アルミナセラミック基板、6・・・伝送線路、
7・・・入力信号線、8・・・出力信号線、10・・・
伝送線路、11・・・入力用パッド、12・・・出力用
パッド、13・・・ボンディングワイヤ。 4メタラ4ヌン?、 7Mイ3′5゛希も、と 止Zη
イ之3つりり。 π借しCボ酌fシ、/f入力用パ・ソド、l乙わ力用バ
・、ド、第1 図
1(a) and (b) are respectively a perspective view and a sectional view of a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are a perspective view and a sectional view, respectively, of an example of a conventional semiconductor device. It is a diagram. 1... Metal substrate, 2... Semiconductor chip, 3.31.
... Alumina ceramic substrate, 4... Metallized layer,
5... Alumina ceramic substrate, 6... Transmission line,
7... Input signal line, 8... Output signal line, 10...
Transmission line, 11... input pad, 12... output pad, 13... bonding wire. 4 metal 4 nun? , 7M I 3'5゛ Nozomi too, stop Zη
I no 3 tsuriri. πBorrowCB consideration fshi, /f input pa sodo, l otsuwa force b・, de, Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  導電性の基板と、該基板の半導体チップ搭載面の周囲
の前記基板上に積層され少くとも1層がその上面に他層
に形成した信号入力線に対するインピーダンス整合用の
伝送線路を形成する少くとも2層の配線層とを含むこと
を特徴とする半導体装置。
A conductive substrate, and at least one layer laminated on the substrate around the semiconductor chip mounting surface of the substrate and forming a transmission line for impedance matching to a signal input line formed on the top surface of the other layer. A semiconductor device comprising two wiring layers.
JP62078061A 1987-03-30 1987-03-30 Semiconductor device Expired - Lifetime JPH0691361B2 (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5873138A (en) * 1981-10-27 1983-05-02 Toshiba Corp Microwave amplifier

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5873138A (en) * 1981-10-27 1983-05-02 Toshiba Corp Microwave amplifier

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