DE19959708A1

DE19959708A1 - Monolithically integrated microwave conductor component for high-frequency coupling

Info

Publication number: DE19959708A1
Application number: DE1999159708
Authority: DE
Inventors: Stefan Kern; Gregor Gerhard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-13
Also published as: EP1247306A1; AU1721901A; CN1409881A; NO20022719D0; WO2001043223A1; NO20022719L

Abstract

The invention relates to a monolithically integrated micro-waveguide component for overcoupling high frequencies which comprises a first micro-waveguide that is structured on a micro-waveguide chip, and comprises a second micro-waveguide that is structured on a carrier substrate. The micro-waveguides are contacted to one another by a chip through-plating. The invention provides that the micro-waveguides (14, 16) each comprise, in the contact region (12), an integrated compensating structure (42, 34, 44, 38) that serves to compensate for reflections.

Description

Die Erfindung betrifft ein monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a monolithically integrated Microwave conductor component with those in the preamble of claim 1 mentioned features.

State of the art

Mikrowellenleiter-Bauelemente der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese dienen dem Ein- beziehungsweise Auskoppeln von über einen Mikrowellenleiter herange führten, elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz. Derartige Mikrowellenleiter-Bauelemente bestehen aus einem Chip, in dem ein als Streifenleiter beziehungs weise Mikrostreifenleiter strukturierter Leiter inte griert ist. Dieser Leiter ist bekannterweise auf der Oberseite des Chips angelegt. Innerhalb des Chips können weitere Schaltungsbestandteile, beispielsweise Verstärker, Oszillatoren oder dergleichen, integriert sein. Der Chip ist auf oder neben einem Träger ange ordnet, der ebenfalls einen als Streifenleiter bezie hungsweise Mikrostreifenleiter ausgelegten Leiter für die elektromagnetischen Wellen aufweist. Um die Lei tungsstrukturen des Chips und des Trägers miteinander zu verbinden, ist bekannt, diese über eine Bond- oder Bändchenverbindung miteinander zu kontaktieren. Hier bei ist nachteilig, daß eine derartige Auskopplung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, insbeson dere bei Frequenzen oberhalb von 10 GHz, aufgrund der Induktivität der Auskoppelleitung zu erhöhten Refle xionen führt. Um diese Reflexionen auszugleichen, sind Kompensationsschaltungen vorzusehen. Dies er fordert in der Regel einen hohen Platzbedarf auf dem Chip. Ferner ist nachteilig, daß durch die mit den hohen Frequenzen verbundene geringe Wellenlänge bei Montagetoleranzen zwischen Chip und Träger bezie hungsweise zwischen Leiterstrukturen und der Auskop pelleitung zur Ausbildung parasitärer Elemente (Kapa zitäten, Induktivitäten) führen, die eine Kompensa tion erschweren.Microwave conductor components of the generic type are known. These serve the input or Uncoupling via a microwave guide led, high frequency electromagnetic waves. Such microwave conductor components consist of a chip in which a relation as a strip line wise microstrip structured conductor inte is free. This leader is known to be at the Top of the chip created. Inside the chip can further circuit components, for example Amplifiers, oscillators or the like, integrated his. The chip is on or next to a carrier orders, which also refer to a stripline Microstrip line designed for which has electromagnetic waves. To the lei tion structures of the chip and the carrier with each other it is known to connect these via a bond or Ribbon connection to contact each other. Here is disadvantageous in that such decoupling high-frequency electromagnetic waves, in particular at frequencies above 10 GHz, due to the Inductance of the coupling line to increased reflect xions leads. To compensate for these reflections, compensation circuits must be provided. This he usually requires a lot of space on the Chip. It is also disadvantageous that with the low frequencies associated with high frequencies Assembly tolerances between the chip and the carrier between conductor structures and the Auskop pe line for the formation of parasitic elements (Kapa capacities, inductors) that lead to a compensation difficult.

Aus "DBIT - DIRECT BACKSIDE INTERCONNECT TECHNOLOGY"; IEEE, 6/97 ist bekannt, die Leitungsstrukturen des Chips und des Trägers durch eine Chip-Durchkontaktie rung miteinander zu verbinden. Bei einer derartigen Chip-Durchkontaktierung sind zwar die durch die üb liche Bond- oder Bändchenverbindung hervorgerufenen Reflexionen vermieden, jedoch bleibt das Problem der Kompensation bei der HF-Auskopplung ungelöst.From "DBIT - DIRECT BACKSIDE INTERCONNECT TECHNOLOGY"; IEEE, 6/97 is known, the management structures of the Chips and the carrier through a chip via connection with each other. With such a Through-vias are admittedly by the usual Liche bond or ribbon connection Avoided reflections, but the problem remains Compensation for the RF decoupling not resolved.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße monolithisch integrierte Mikro wellenleiter-Bauelement bietet demgegenüber den Vor teil, daß in einfacher Weise eine Kompensation einer HF-Auskopplung erreicht ist. Dadurch, daß die Mikro wellenleiter - sowohl des Chips als auch des Trä gers - im Kontaktbereich jeweils eine integrierte Kompensationsstruktur aufweisen, kann in einfacher Weise die Herstellung der HF-Auskopplung erfolgen und gleichzeitig eine elektrische Auslegung des Kontakt bereiches derart erfolgen, daß eine Kompensation von Reflexionen möglich ist.The monolithically integrated micro according to the invention In contrast, waveguide component offers the advantage part that compensation in a simple manner RF coupling is reached. Because the micro waveguide - both the chip and the carrier gers - an integrated one in the contact area Compensation structure can be in simpler Way the production of the RF coupling take place and at the same time an electrical design of the contact range in such a way that a compensation of Reflections is possible.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Kompensationsstrukturen durch Lei tungsabschnitte der Mikrowellenleiter gebildet sind, die eine dem Übergang angepaßte Leiterbreite besit zen. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise durch Bestimmen des Layouts der Mikrowellenleiter im Kon taktierungsbereich die Kompensationsstruktur inte grieren. Insbesondere ist vorgesehen, daß der dem Chip zugeordnete Mikrowellenleiter einen kapazitiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich aus bildet und der dem Träger zugeordnete Mikrowellen leiter einen induktiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich ausbildet. Durch Zusammenwirken dieser Leitungsabschnitte im Kontaktbereich mit einer Masse führung des Mikrowellenleiter-Bauelementes läßt sich eine Kompensation derart erzielen, daß die Leiter struktur der HF-Auskopplung dem eines 50-Ohm-Stan dard-Mikrowellenleiters mit hinreichender Genauigkeit entspricht.In a preferred embodiment of the invention is provided see that the compensation structures by Lei line sections of the microwave guides are formed, which has a conductor width adapted to the transition Zen. This can be done in a simple manner Determine the layout of the microwave guides in the con tactic area the compensation structure inte freeze. In particular, it is provided that the Chip associated microwave conductors a capacitive acting line section in the contact area forms and the microwave associated with the carrier conductor an inductive line section in the Forms contact area. By working together Line sections in the contact area with a ground leadership of the microwave conductor component can achieve compensation such that the conductors structure of the RF decoupling that of a 50 ohm standard dard microwave guide with sufficient accuracy corresponds.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.He further preferred embodiments of the invention give up from the rest, in the subclaims mentioned features.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:The invention is in one embodiment example with reference to the accompanying drawings purifies. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein mono lithisch integriertes Mikrowellenleiter- Bauelement und Fig. 1 shows a schematic section through a monolithically integrated microwave waveguide component and

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das mono lithisch integrierte Mikrowellenleiter-Bau element. Fig. 2 is a schematic plan view of the monolithically integrated microwave conductor construction element.

Description of the embodiment

Fig. 1 zeigt ein monolithisch integriertes Mikro wellenleiter-Bauelement 10 in einem Längsschnitt. Dargestellt ist der Kontaktbereich 12 eines ersten Mikrowellenleiters 14 mit einem zweiten Mikrowellen leiter 16. Der Mikrowellenleiter 14 ist auf einem Chip 18, beispielsweise auf einem GaAs(Galliumarse nid)-Chip, angeordnet. Der Chip 18 besitzt beispiels weise eine Dicke von 100 µm. Der zweite Mikrowellen leiter 16 ist auf einem Träger 20, beispielsweise einem Al₂O₃(Aluminiumoxid)-Substrat, angeordnet. Der Träger 20 besitzt beispielsweise eine Dicke von 254 µm. Eine Oberseite 22 des Trägers 20 trägt eine Metallisierung 24, während eine Unterseite 26 des Trägers 20 eine Metallisierung 28 trägt. Die Metalli sierungen 24 und 28 sind über hier angedeutete Durch kontaktierungen 30 galvanisch verbunden. Die Metalli sierungen 24 und 28 dienen in bekannter Weise der Bereitstellung eines Massepotentials für in das Mikrowellenleiter-Bauelement 10 integrierte - im ein zelnen nicht dargestellte - Schaltungen. Diese können beispielsweise in dem Chip 18 monolithisch integriert sein. Fig. 1 shows a monolithically integrated micro waveguide component 10 in a longitudinal section. The contact area 12 of a first microwave conductor 14 with a second microwave conductor 16 is shown . The microwave conductor 14 is arranged on a chip 18 , for example on a GaAs (Gallium Arsenide) chip. The chip 18 has, for example, a thickness of 100 microns. The second microwave conductor 16 is arranged on a carrier 20 , for example an Al ₂ O ₃ (aluminum oxide) substrate. The carrier 20 has a thickness of 254 μm, for example. An upper side 22 of the carrier 20 carries a metallization 24 , while an underside 26 of the carrier 20 carries a metallization 28 . The metallizations 24 and 28 are galvanically connected via contacts 30 indicated here. The metallizations 24 and 28 serve in a known manner to provide a ground potential for in the microwave conductor component 10 integrated - in an individual not shown - circuits. These can be monolithically integrated in the chip 18 , for example.

Wie die in Fig. 2 gezeigte schematische Draufsicht verdeutlicht, besteht der Mikrowellenleiter 14 aus einem ersten Leitungsabschnitt 32 und einem zweiten Leitungsabschnitt 34 und der Mikrowellenleiter 16 aus einem ersten Leitungsabschnitt 36 sowie einem zweiten Leitungsabschnitt 38. Die Leitungsabschnitte 34 und 38 liegen im Kontaktbereich 12. Die Metallisierung 24 bildet im Kontaktbereich 12 eine in Fig. 2 erkenn bare Aussparung 40 aus, die den Kontaktbereich 12 quasi umgreift. Die Durchkontaktierungen 30 durch den Träger 20 sind symmetrisch um den Kontaktbereich 12 angeordnet.As the schematic plan view shown in FIG. 2 illustrates, the microwave conductor 14 consists of a first line section 32 and a second line section 34 and the microwave conductor 16 consists of a first line section 36 and a second line section 38 . The line sections 34 and 38 are in the contact area 12 . The metallization 24 forms in the contact region 12 a recognizable recess 40 in FIG. 2, which virtually surrounds the contact region 12 . The plated-through holes 30 through the carrier 20 are arranged symmetrically around the contact area 12 .

Der Mikrowellenleiter 14 umfaßt in seinem Leitungs abschnitt 32 eine Breite a und in seinem Leitungsab schnitt 34 eine Breite b, wobei der Leitungsabschnitt 34 breiter ist als der Leitungsabschnitt 32. Im Über gang zwischen den Leitungsabschnitten 32 und 34 ist eine Taperstruktur 42 ausgebildet.The microwave conductor 14 comprises in its line section 32 a width a and in its line section 34 a width b, the line section 34 being wider than the line section 32 . In the transition between the line sections 32 and 34 , a taper structure 42 is formed.

Der Mikrowellenleiter 16 besitzt in seinem Leitungs abschnitt 36 eine Breite c und in seinem Leitungsab schnitt 38 eine Breite d. Hierbei ist die Breite d geringer als die Breite c. Im unmittelbaren Kontakt bereich 12 bildet der Leitungsabschnitt 38 eine Kon taktzone 44 aus. Die Mikrowellenleiter 14 und 16 sind über eine Durchkontaktierung 46 durch den Chip 18 miteinander verbunden. Die Durchkontaktierung 46 ver bindet die Leitungsabschnitte 34 und 38.The microwave conductor 16 has in its line section 36 a width c and in its line section 38 a width d. Here, the width d is less than the width c. In the direct contact area 12 , the line section 38 forms a contact zone 44 Kon. The microwave conductors 14 and 16 are connected to one another via a via 46 through the chip 18 . The via 46 ver binds the line sections 34 and 38 .

Die Leitungsabschnitte 32 und 34 des Mikrowellenlei ters 14 sowie der Leitungsabschnitt 36 des Mikrowel lenleiters 16 sind Streifen- beziehungsweise Mikro streifenleiter, während der Leitungsabschnitt 38 als Koplanarleiter ausgebildet ist.The line sections 32 and 34 of the microwave conductor 14 and the line section 36 of the microwave lenleiters 16 are strip or micro strip conductor, while the line section 38 is formed as a coplanar conductor.

Die Leitungsabschnitte 34 und 38 bilden integrierte Kompensationsstrukturen zur Kompensation von Refle xionen im Kontaktbereich 12. Der Abschnitt 32 bildet durch Anordnung über der Metallisierung 24 (Masse) eine 50-Ohm-Mikrostreifenleitung aus. Der Leitungsab schnitt 36 des Mikrowellenleiters 16 bildet ebenfalls eine 50-Ohm-Mikrostreifenleitung aus, wobei hier eine Abstimmung auf die Metallisierung 28 an der Untersei te des Trägers 20 erfolgte.The line sections 34 and 38 form integrated compensation structures for compensating reflections in the contact area 12 . The section 32 forms a 50-ohm microstrip line by arrangement over the metallization 24 (ground). The line section 36 of the microwave conductor 16 also forms a 50-ohm microstrip line, with a match being made here to the metallization 28 on the underside of the carrier 20 .

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kontakt bereiches 12 können elektromagnetische Wellen ein beziehungsweise ausgekoppelt werden. Hierbei kann entweder der Mikrowellenleiter 14 Eingang und der Mikrowellenleiter 16 Ausgang oder im umgedrehten Falle der Mikrowellenleiter 16 Eingang und der Mikro wellenleiter 14 Ausgang sein. Beispielsweise bei ei nem Signal mit einer Frequenz von bis 40 GHz ergeben sich für das erfindungsgemäße monolithisch inte grierte Mikrowellenleiter-Bauelement Reflexionswerte von < 27 db. Die Transmissionsdämpfung im Übergang beträgt hier unter 0,3 db. Neben der Integration der Kompensationsstrukturen in den Kontaktbereich 12 er gibt sich als weiterer Vorteil, daß bei der Montage des Mikrowellenleiter-Bauelementes 10 der Chip 18 auf dem Träger 20 selbstjustierend aufgebracht werden kann. Eine Kontaktierung erfolgt durch Löten, wobei die Justage des Chips 18 auf dem Träger 20 selbst justierend durch die Oberflächenspannung des Lots im Bereich des Kontaktbereiches 12 erfolgt. Hierdurch lassen sich Toleranzabweichungen bei der Montage auf ein Minimum reduzieren, so daß das Entstehen parasi tärer Elemente im Kontaktbereich 12 - die Auswirkung auf die Kompensation haben könnten - vernachlässigbar klein sind.The inventive design of the contact area 12 electromagnetic waves can be coupled in or out. Here, either the microwave 14 input and the microwave 16 output or in the reverse case the microwave 16 input and the micro waveguide 14 output. For example, in the case of a signal with a frequency of up to 40 GHz, reflection values of <27 db result for the monolithically integrated microwave waveguide component according to the invention. The transmission loss in the transition here is less than 0.3 db. In addition to the integration of the compensation structures in the contact area 12 , there is a further advantage that the chip 18 can be applied to the carrier 20 in a self-adjusting manner when the microwave conductor component 10 is assembled. Contact is made by soldering, the chip 18 being adjusted on the carrier 20 in a self-adjusting manner by the surface tension of the solder in the area of the contact area 12 . This allows tolerance deviations during assembly to be reduced to a minimum, so that the formation of parasitic elements in the contact area 12 - which could have an effect on the compensation - are negligibly small.

Claims

1. Monolithically integrated microwave conductor construction element for high-frequency coupling, with a most structured microwave conductor on a microwave conductor chip and a second structured microwave conductor on a carrier substrate, the microwave conductors being contacted by a chip through-contacting, characterized in that that the microwave conductors ( 14 , 16 ) in the contact area ( 12 ) each have an integrated compensation structure ( 42 , 34 , 44 , 38 ) for compensating for reflections.

2. Microwave conductor component according to claim 1, characterized in that the first microwave conductor ( 14 ) forms a capacitively acting line section ( 34 ) in the contact region ( 12 ).

3.. Microwave conductor component according to Claim 2, characterized in that a line section ( 32 ) of the microwave conductor ( 14 ) merges into the line section ( 34 ) via a taper structure ( 42 ).

4. Microwave conductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the second microwave conductor ( 16 ) forms an inductive we kenden line section ( 38 ) in the contact region ( 12 ).

5. Microwave conductor component according to claim 4, characterized in that the line section ( 38 ) is a coplanar conductor.

6. Microwave conductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the line sections ( 32 and 34 ) of the microwave conductor ( 14 ) and the line section ( 36 ) of the microwave conductor ( 16 ) are strip or microwave strip conductors.

7. Microwave conductor component according to one of the preceding claims, characterized in that a between the chip ( 18 ) and carrier substrate ( 20 ) arranged metallization ( 24 ) in the contact region ( 12 ) forms a recess ( 14 ).