DE69313901T2 - Hochfrequenzsignal-Übertragungsband - Google Patents

Hochfrequenzsignal-Übertragungsband

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DE69313901T2
DE69313901T2 DE69313901T DE69313901T DE69313901T2 DE 69313901 T2 DE69313901 T2 DE 69313901T2 DE 69313901 T DE69313901 T DE 69313901T DE 69313901 T DE69313901 T DE 69313901T DE 69313901 T2 DE69313901 T2 DE 69313901T2
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Germany
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signal transmission
high frequency
frequency signal
chip
lines
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Takayuki Katoh
Yoshihiro Notani
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband zum Verbinden von Halbleiterbauelementen miteinander, welche bei Frequenzen arbeiten, die größer als mehrere zehn MHz sind, oder zum Verbinden des Halbleiterbauelements mit einem äußeren Schaltungselement wie einer Baugruppe.
  • Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen herkömmlichen IC-Hochfrequenzbaustein veranschaulicht. Entsprechend der Figur enthält ein Bausteinkörper 1 ein dielektrisches Teil 1a, welches aus Keramik oder dergleichen besteht, und ein Chipbondteil 1b, welches aus Metall oder dergleichen besteht. Eine Signalübertragungsleitung 6 ist auf dem dielektrischen Teil 1a angeordnet. Das Chipbondteil 1b ist geerdet. Die IC-Hochfrequenzchips 2a und 2b sind auf dem Chipbondteil 1b angeordnet. Jeder der IC-Chips enthält Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen 3, durch welche der IC-Chip mit dem benachbarten IC-Chip oder mit der Signalübertragungsleitung 6 des Bausteins 1 verbunden ist.
  • Die IC-Chips 2a und 2b sind auf dem Chipbondteil 1b unter Verwendung eines Lötmittels, eines leitenden Harzes oder dergleichen befestigt. Danach wird wie in Fig. 12 dargestellt ein Metalldraht 4, welcher aus Au, Al oder dergleichen besteht, auf den Kontaktstift 3 des IC-Chips 2 un ter Verwendung eines keilförmigen Blatts bzw. Blättchens einer (nicht dargestellten) Bondvorrichtung gedrückt und an der Kontaktstelle durch Thermokompressionsbonden oder Ultraschallbonden befestigt.
  • Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Baustein 1 nach dein Verfahren des Drahtbondens veranschaulicht. Entsprechend Fig. 13 verbindet ein Metalldraht 4b die Kontaktstellen 3 der benachbarten IC-chips 2a und 2b miteinander, und ein Metalldraht 4a verbindet die Kontaktstelle 3 des IC-Chips 2a mit der Signalübertragungsleitung 6 des Bausteins 1. Die Länge jedes Metalldrahts beträgt etwa 300µm. Bei dieser Struktur werden Hochfrequenzsignale durch die IC-Chips und die Signalübertragungsleitung über die Metalldrähte übertragen.
  • Ein derartiger Metalldraht zum Verbinden der Hochfrequenz-IC-Chips besitzt folgende Nachteile. Da sich die charakteristische Impedanz eines Metalldrahts entsprechend seiner Länge und Form spürbar ändert, tritt an der Grenzschicht zwischen dem Metalldraht und der Bondinsel des IC- Chips eine große Signalreflektion auf. Darüber hinaus erhöht die große Induktivität des Metalldrahts die Dämpfung des Signals. Wenn beispielsweise ein Au-Draht einer Länge von 1mm und einem Durchmesser von 2µm verwendet wird, erhöht sich wie in Fig. 14 dargestellt die Dämpfung mit dem Ansteigen der Frequenz, was die Bauelementecharakteristik ungünstig beeinflußt. Wenn die Frequenz 26GHz überschreitet, überschreitet die Dämpfung 10 dB (Leistungsverhältnis von 1/10 oder weniger), was die praktische Verwendung des Bauelements erschwert.
  • In der Zwischenzeit wird durch die JP-A-120736 ein Halbleiterbauelement offenbart, bei welchem ein Hochfrequenz-IC-Chip mit einer koplanaren Übertragungsleitung auf einem Baustein über Anschlußelektroden verbunden ist. Diese Struktur ist in Figuren 15(a) und 15(b) veranschaulicht. Entsprechend dieser Figuren ist die koplanare Übertragungsleitung, welche einen Signalleiter 31 und Erdungsleiter 32 aufweist, auf einem Keramiksubstrat 33 angeordnet. Das Keramiksubstrat 33 ist auf einem Metallmodulrahmen 30 angeordnet. Die Anschlußelektroden 34 sind auf den Leitern 31 und 32 angeordnet. Beim Anbringen des Hochfrequenz-IC-Chips 2 auf dem Substrat werden die Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen 3 des IC-Chips 2 unter Anwendung von Hitze auf die Anschlußelektroden 34 gedrückt, wodurch die Kontaktstellen 3 elektrisch und physikalisch mit den Anschlußelektroden 34 verbunden werden.
  • Fig. 16 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche einen impedanzangepaßten Schicht- bzw. Filmträger veranschaulicht, der in "20GHz Band MMIC Modules Assembled by Impedance-Matched Film Carrier", Seite 29 des 1909 Autumn National Convention Record, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, beschrieben ist. Bei dem Bauelement von Fig. 16 sind Erdungsleiter 41 auf der Rückseitenoberfläche einer Polyimidschicht 40 angeordnet, und ein Signalleiter 42 ist zwischen den Erdungsleitern 41 angeordnet, wodurch eine koplanare Übertragungsleitung bereitgestellt wird. Teile der Polyimidschicht 40 sind geöffnet, um die koplanare Übertragungsleitung bloßzulegen. Beim Anbringen eines Hochfrequenz-IC- Chips auf dem Filmträger werden (nicht dargestellte) Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen des IC-Chips mit der koplanaren Übertragungsleitung über die Öffnungen 43 verbunden.
  • Das Dokument "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", Band 17, Nr. 12 (Dezember 1969), New York, US, offenbart auf Seiten 1087 bis 1090 einen koplanaren Wellenleiter in Form einer "Oberflächenstreifenübertragungsleitung". Diese bekannte Übertragungsleitung weist ein dielektrisches Substrat auf, auf welchem ein mittlerer Streifen und zwei Erdungsebenen parallel zueinander angeordnet sind. Daher entspricht dieses bekannte Bauelement im wesentlichen dem bereits entsprechend Fig. 15 erörterten Stand der Technik.
  • In der EP-A-0 337 485 wird vorgeschlagen, ein flexibles Substrat bereitzustellen, auf welchem eine Mehrzahl von Signal- und Masseebenen ebenso wie ein dadurch bereitzustehender IC-Chip angebracht sind. Dieses Dokument schlägt daher vor, ein Bauelement bereitzustellen, in welchem das flexible Substrat die Basis der endgültigen Schaltung bildet. Dieses bekannte Bauelement ist folglich mit dem in Fig. 16 dargestellten Bauelement der vorliegenden Erfindung vergleichbar und besitzt somit den Nachteil, daß der Schaltungsentwurf des gesamten elektronischen Bauelements im voraus fertigzustellen ist.
  • In der JP-A-61 245 544 ist schließlich ein Hilfsmittel zuin Simultan- bzw. Gruppenbonden offenbart. Ein Übertragungsband wie bei der vorliegenden Erfindung beansprucht ist jedoch in diesem Dokument nicht dargestellt.
  • Bei den oben beschriebenen Bändern nach dem Stand der Technik ist es jedoch nötig, vorausgehend die koplanare Übertragungsleitung auf dem Baustein oder dem Filmträger entsprechend der Form oder der Anordnungsstruktur des damit zu verbindenden Hochfrequenz-IC-Chips zu bilden, was zu erhöhten Herstellungskosten und einem eingeschränkten Strukturlayout des IC-Chips führt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband bereitzustellen, bei welchem die Reflektion und die Dämpfung von Signalen in dem äußerst hohen Frequenzband, d.h. dem Millimeterwellen-Frequenzband von über 30GHz, reduziert ist und bei welchem die willkürlich auf einem Baustein angeordneten Hochfrequenz-IC-Chips miteinander verbunden werden, ohne daß ein Ansteigen der Herstellungskosten und eine Einschränkung des Strukturlayouts erfolgt.
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angezeigten vorteilhaften Merkmale gelöst.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Figuren 1(a) und 1(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht, welche ein Hochfrequenzsignal- Übertragungsband als Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 1(a) und 1(b) während des Bondens veranschaulicht;
  • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 1(a) und 1(b) nach dem Bonden veranschaulicht;
  • Fig. 4 zeigt einen Graphen, welcher die Charakteristik der Abschwächung gegenüber der Frequenz des Hochfrequenzsignal-Übertragungsbands von Figuren 1(a) und 1(b) veranschaulicht;
  • Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 6(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und Fig. 6(b) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband während des Bondens veranschaulicht;
  • Figuren 7(a) bis 7(c) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht, welche ein Hochfrequenzsignal- Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 7(a) bis 7(c) während des Bondens veranschaulicht;
  • Figuren 9(a) und 9(b) zeigen perspektivische Ansichten, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 9(a) und 9(b) während des Bondens veranschaulicht;
  • Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Baustein veranschaulicht, auf welchem die Hochfrequenz- IC-Chips angebracht sind;
  • Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Metalldraht nach dem Stand der Technik während des Bondens veranschaulicht;
  • Fig. 13 zeigt eine peirspektivische Ansicht, welche den Baustein von Fig. 11 nach dem Bonden veranschaulicht;
  • Fig. 14 zeigt einen Graphen, welcher die Charakteristik der Dämpfung gegenüber der Frequenz des Metalldrahts von Fig. 12 veranschaulicht;
  • Figuren 15(a) und 15(b) zeigen eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, welche einen Hochfrequenz-IC-Chip nach dem Stand der Technik veranschaulichen, der auf einer koplanaren Übertragungsleitung angebracht ist, die auf einem Baustein gebildet ist; und
  • Fig. 16 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche einen impedanzangepaßten Filmträger veranschaulicht, welcher eine koplanare Übertragungsleitung besitzt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Figuren 1(a) und 1(b) zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Unteransicht, welche ein Hochfrequenzsignal- Übertragungsband veranschaulichen, welches eine Vorstufe der vorliegenden Erfindung bildet. Entsprechend dieser Figuren bezeichnet Bezugszeichen 7 eine Isolierungsdünnschicht, welche eine Dicke von 30µm und eine Breite von 340µm besitzt und ein hartes dielektrisches Material wie Teflon (TM) oder Keramik aufweist bzw. daraus besteht. Eine Signalleitung 8 und Masseleitungen 9 sind auf einer Oberfläche der isolierenden Dünnschicht angeordnet. Die Masseleitungen 9 sind an gegenüberliegenden Seiten der Signalleitung 8 und parallel dazu mit vorgeschriebenen Abständen zu der Signalleitung angeordnet. Bei der Herstellung wird ein weiches Metall mit geringem Widerstandswert wie Au, Cu oder Al auf die Oberfläche der isolierenden Dünnschicht 7 auf eine Dicke von 20µm aufgebracht. Danach wird die aufgetragene Metallschicht unter Verwendung einer herkömmlichen Fotolithographie in eine gewünschte Struktur gebracht, was zu der Signalleitung 8 und den Erdungsleitungen 9 führt. Die Breite jeder Leitung beträgt etwa 100µm und der Raum zwischen benachbarten Leitungen beträgt etwa 20µm.
  • Im folgenden wird eine Beschreibung des Bondverfahrens gegeben. Zuerst wird wie in Fig. 2 dargestellt die Signalleitung 8 des Hochfrequenzsignal-Übertragungsbands auf eine Eingangs/Ausgangs-Kontaktstelle 3 eines auf einem (nicht dargestellten) Baustein angebrachten Hochfrequenz-IC-Chips 2a aufgebracht, während die Erdungsleitungen 9 auf die Erdungskontaktstellen 18 des IC-Chips 2a aufgebracht werden. In diesem Zustand wird ein keilförmiges Blatt bzw. Plättchen 14 auf einen Teil der isolierenden Dünnschicht 7 gegenüber den Kontaktstellen 3 und 18 des IC-Chips 2a aufgebracht, und es wird Hitze oder eine Ultraschallwelle durch die Dünnschicht 7 aufgebracht, um die Leitungen 8 und 9 an den Kontaktstellen 3 bzw. 18 zu befestigen. Wenn die Leitungen 8 und 9 Au aufweisen bzw. daraus bestehen, werden Hitze und eine Ultraschallwelle aufgebracht, und wenn die Leitungen Al aufweisen bzw. daraus bestehen, wird lediglich eine Ultraschallwelle aufgebracht: Da konvexe Teile 14a, welche der Signalleitung 8 und den Erdungsleitungen 9 entsprechen, an der Spitze des Blattes 14 gebildet sind, sind diese Leitungen an den Kontaktstellen mit hoher Zuverlässigkeit befestigt. Darüber hinaus ist das Blatt 14 mit einer Schneidevorrichtung 7 versehen. Nach dem Bonden gleitet die Schneidevorrichtung 17 nach unten entlang dem Blatt 4 und schneidet das Signalübertragungsband. Auf diese Weise wird wie in Fig. 3 veranschaulicht der Hochfrequenz-IC-Chip 2a elektrisch mit dem benachbarten IC-Chip 2b und mit dem Baustein 1 über das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband verbunden. Wenn der IC-Chip 2a mit dem Baustein verbunden ist, befinden sich die Signalleitung 8 und die Erdungsleitungen 9 des Signalübertragungsbands in Kontakt mit der Signalübertragungsleitung 6 bzw. den äußeren Erdungskontaktstellen 9 des Bausteins 1.
  • Entsprechend dieser Vorstufe der vorliegenden Erfindung weist das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband die isolierende Dünnschicht 7, die Signalleitung 8, welche auf der Oberfläche der Dünnschicht 7 angeordnet ist, und die Erdungsleitungen 9 auf, welche an gegenüberliegenden Seiten der Signalleitung 8 und parallel dazu mit einem vorgeschriebenen Abstand zu der Signalleitung 8 angeordnet sind. Das derart gebildete Signalübertragungsband bietet eine verbesserte Impedanzanpassung und eine niedrige Induktivität. Wenn das Band zum Verbinden der IC-Chips 2a und 2b miteinander oder zum Verbinden des IC-Chips 2a mit der Signalübertragungsleitung 6 des Bausteins 1 verwendet wird, wird daher die Verbindung mit einem geringen Verlust und einer niedrigen Reflektion in dem äußersts hohen Frequenzband, d.h. dem Millimeterwellen-Frequenzband über 30GHz, wie in Fig. 4 dargestellt, durchgeführt.
  • Sogar wenn die Hochfrequenz-IC-Chips willkürlich auf dem Chipbondteil 1b des Bausteins 1 angeordnet sind, werden des weiteren diese IC-Chips leicht miteinander unter Verwendung des Signalübertragungsbands verbunden, ohne daß die Herstellungskosten ansteigen.
  • Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die grundlegende Struktur dieses Signalübertragungsbands ist identisch derjenigen von Fig. 1. Bei diesem Band jedoch sind Marken 10 auf eine Oberfläche der isolierenden Dünnschicht 7 dort gedruckt, wo die leitenden Leitungen 8 und 9 fehlen, an regelmäßigen Intervallen in Längsrichtung der Dünnschicht 7. Wenn das Bonden unter Bezugnahme auf die Marken 10 durchgeführt wird, wird die Länge des Signalübertragungsbands gesteuert, wodurch die Wiederholbarkeit und Gleichförmigkeit der elektrischen Charakteristik wie der Impedanz verbessert wird.
  • Fig. 6(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend Fig. 6(a) sind kleine Öffnungen 15 etwa 0,1µm entlang dem Rand durch die isolierende Dünnschicht 7 an gleichmäßigen Intervallen in Längsrichtung des Bands gebildet, und das Bonden wird unter Verwendung der Öffnungen 15 als Marken zur Steuerung der Länge des Bands durchgeführt. Fig. 6(a) veranschaulicht das Bondverfahren. Das keilförmige Blatt 14 ist mit einer Bandführung 20, durch welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband an die Oberfläche des IC-Chips angelegt wird, und einer Filmzahnrolle 16 mit Vorsprüngen 16a versehen, welche an denselben Intervallen wie den Intervallen der Öffnungen 15 angeordnet sind. Nach dem Bonden der Signalleitung 8 und der Masseleitungen 9 auf die Eingangs/Ausgangs-Kontaktstelle 3 bzw. die Erdungskontaktstellen 18 des IC-Chips 2a wird die Spitze des Blatts 14 zurück bewegt und auf die Bondinseln des IC- Chips 2b aufgebracht. Während das Blatt 14 bewegt wird, erfassen die Vorsprünge 16a der Filmzahnrolle 16 die Öffnungen 15, um die Länge des Signalübertragungsbands zu messen. Da die Länge des Signalübertragungsbands auf diese Weise mechanisch gesteuert wird, werden die Wiederholbarkeit und Gleichförmigkeit der elektrischen Charakteristik weiter verbessert.
  • Während bei dem oben beschriebenen Band die Öffnungen 15 mechanisch von der Filmzahnrolle erfaßt werden, können die Öffnungen unter Verwendung eines elektrischen oder optischen Verfahrens erfaßt werden.
  • Figuren 7(a) bis 7(c) zeigen eine perspektivische Ansicht und Draufsichten, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei diesem Band wird ein weiches dielektrisches Material, beispielsweise Polyimid, für die isolierende Dünnschicht 11 verwendet. Da ein derartiges weiches dielektrisches Material leicht Ultraschallwellen absorbiert, sind Schlitze 11a in Richtung der Breite der Dünnschicht 11 gebildet, um die Signalleitung 8 und die Erdungsleitungen 9 bloßzulegen. Die Breite jedes Schlitzes beträgt etwa 100µm. Wenn dieses Hochfrequenzsignal-Übertragungsband auf einen IC-Chip gebondet wird wie in Fig. 8 veranschaulicht, wird die Spitze des Blatts 14 direkt auf die Signalleitung 8 und die Erdungsleitungen 9 aufgebracht, welche in dem Schlitz 11a bloßgelegt sind, so daß die Ultraschallwelle oder Hitze direkt auf diese Leitungen aufgebracht wird. In diesem Fall wird die Länge des Signalübertragungsbands durch die Schlitze 11a gesteuert.
  • Entsprechend Fig. 7(c) sind die Schlitze 11a entsprechend den Intervallen zwischen einer Mehrzahl Von willkürlich angeordneten C-Chips gebildet, wodurch die Arbeitseffizienz bei einer Massenherstellung verbessert wird.
  • Figuren 9(a) und 9(b) zeigen perspektivische Ansichten, welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dieser Ausführungsform enthält ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband einen Signalleiter 8, dielektrische Schichten 12, welche an gegenüberliegenden Seiten des Signalleiters 8 angeordnet sind, und Erdungsleiter 9, welche an gegenüberliegenden Seiten der dielektrischen Schichten 12 angeordnet sind. Vorzugsweise weist die dielektrische Schicht 12 Keramik auf bzw. besteht daraus, und die Leiter 8 und 9 weisen Au auf bzw. bestehen daraus. Fig. 10 veranschaulicht das Hochfrequenzsignal- Übertragungsband von Fig. 9(a) während des Bondens.
  • Wie in Fig. 9(b) dargestellt können drei metallische Drähte wie Au-Drähte 4a bis 4c über ein dielektrisches Harz 13 verbunden werden, um ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband zu bilden. In diesem Fall dient der Metalldraht 4a als Signalleitung und die Metalldrähte 4b und 4c dienen als Erdungsleitungen.

Claims (3)

1. Hochfrequenzsignal-Übertragungsband zum Verbinden einer Mehrzahl von Hochfrequenz-IC-Chips miteinander oder zum Verbinden eines Hochfrequenz-IC-Chips mit einer auf einem Baustein angeordneten Signalübertragungsleitung, mit:
[a] einer Signalleitung (8; 4a), welche ein leitendes Material aufweist;
[b] zwei dielektrischen Streifenleitungen (12; 13); und
[c) zwei Erdungsleitungen (9; 4b), welche ein leitendes Material aufweisen;
[d] wobei die zwei dielektrischen Streifenleitungen (12; 13) an der Signalleitung (8; 4a) anhaften und jede Erdungsleitung (9; 4b) an einer entsprechenden dielektrischen Streifenleitung (12; 13) derart anhaftet, daß alle Leitungen parallel in einer Ebene angeordnet sind, welche das Übertragungsband bildet.
2. Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (4a) und die Erdungsleitungen (4b) aus Metalldrähten (4a, 4b) gebildet sind und die dielektrischen Streifenleitungen (13) aus Harz gebildet sind.
3. Hochfrequenzsignal-Übertragungsband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (8; 4a) und die Erdungsleitungen (9; 4b) Gold aufweisen und die dielektrischen Streifenleitungen (12; 13) Keramik aufweisen.
DE69313901T 1992-04-03 1993-04-01 Hochfrequenzsignal-Übertragungsband Expired - Lifetime DE69313901T2 (de)

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DE69313901D1 DE69313901D1 (de) 1997-10-23
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EP (1) EP0563969B1 (de)
JP (1) JP2763445B2 (de)
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