DE69931204T2 - Mikrowellen und Millimeterwellen-Vorrichtung - Google Patents

Mikrowellen und Millimeterwellen-Vorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE69931204T2
DE69931204T2 DE69931204T DE69931204T DE69931204T2 DE 69931204 T2 DE69931204 T2 DE 69931204T2 DE 69931204 T DE69931204 T DE 69931204T DE 69931204 T DE69931204 T DE 69931204T DE 69931204 T2 DE69931204 T2 DE 69931204T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
microwave
wave device
dielectric substrate
millimeter wave
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69931204T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69931204D1 (de
Inventor
Atsushi Tenri-shi Yamada
Eiji Nara-shi Suematsu
Noriko Nara-shi Kakimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69931204D1 publication Critical patent/DE69931204D1/de
Publication of DE69931204T2 publication Critical patent/DE69931204T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/66—High-frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6644—Packaging aspects of high-frequency amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6661—High-frequency adaptations for passive devices
    • H01L2223/6677—High-frequency adaptations for passive devices for antenna, e.g. antenna included within housing of semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16235—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a via metallisation of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481—Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15313—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a land array, e.g. LGA
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine kleine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung mit geringem Gewicht, die für eine Massenfertigung geeignet ist und gute Hochfrequenzcharakteristiken besitzt.
  • 2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Da sich in den letzten Jahren die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Datenverarbeitungsvorrichtungen und die Auflösung von Bildverarbeitungseinrichtungen verbessert haben, hat eine schnelle Personalkommunikationsvorrichtung mit großer Kapazität, die Hochfrequenzwellen verwendet, wie etwa Mikrowellen oder Millimeterwellen, die öffentliche Aufmerksamkeit erregt. Als eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zur Verwendung in einer derartigen Kommunikationsvorrichtung ist ein Modul aktiv entwickelt worden, bei dem ein Hochfrequenz-Halbleiterchip direkt auf einem dielektrischen Substrat, auf dem sich Übertragungsleitungen befinden, angebracht ist. Bei der Verwendung von höheren Frequenzen hat ein Flip-Chip-Anbringungsverfahren die besondere öffentliche Aufmerksamkeit erregt, bei dem der Halbleiterchip über Metallhöcker mit dem dielektrischen Substrat verbunden ist.
  • 21A ist eine schematische Darstellung, die einen Schaltkreis HMIC 5100 (integrierte Hybrid-Mikrowellenschaltung) als eine beispielhafte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung veranschaulicht. 21B ist eine Schnittansicht des HMIC 5100 längs der Linie 21A-21B von 21A.
  • Der HMIC 5100 enthält einen Einzeltransistorchip 211, ein dielektrisches Substrat 212, auf dem durch Übertragungsleitungen passive Schaltungen 5150 ausgebildet sind, und Metallhöcker 213. Der Einzeltransistorchip 211 und das dielektrische Substrat 212 sind aneinander befestigt, wobei die entsprechenden Oberflächenseiten einander gegenüberliegen, so dass Elektroden auf dem Ein zeltransistorchip 211 über die Metallhöcker 213 mit Signalleitungen 214 und Erdungsleiterabschnitten 215 auf dem dielektrischen Substrat 212 physikalisch und elektrisch verbunden sind. Die Erdungsleiterabschnitte 215 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 212 sind über Durchgangslöcher 216 mit einer Erdungsleiteroberfläche 217 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 212 verbunden. Ein Gleichspannungs-Begrenzungskondensator 218, eine radiale Blindleitung 219, ein Chipwiderstand 220, ein Chipkondensator 221 und dergleichen sind als die passiven Schaltungen 5150 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 212 ausgebildet.
  • Ein Beispiel einer derartigen HMIC-Technik ist in 1997 IEEE MTT-S Digest, Seite 447 bis 450, beschrieben.
  • Eine weitere derartige Technik ist eine Flip-Chip-Anbringungstechnik eines MMIC (integrierte monolithische Mikrowellenschaltung) auf dem dielektrischen Substrat 212. Die MMIC enthält ein aktives Element, wie etwa ein Transistor, und passive Elemente, wie etwa eine Übertragungsleitung, einen Spiralleiter und einen Dünnschichtkondensator, die auf demselben Halbleiterchip vorgesehen sind, wodurch funktionale Blöcke, wie etwa ein Verstärker, ein Mischer und ein Oszillator, auf dem Halbleiterchip implementiert sind. 22A veranschaulicht eine beispielhafte MMIC 222, die nach dem Flip-Chip-Verfahren auf dem dielektrischen Substrat 212 angebracht ist, und 22B ist eine Schnittansicht längs der Linie 22A-22B von 22A.
  • Die dargestellte Flip-Chip-Struktur enthält die MMIC 222, das dielektrische Substrat 212, das darauf vorgesehene Übertragungsleitungen enthält, und die Metallhöcker 213. Das dielektrische Substrat 212 und die MMIC 222 sind aneinander befestigt, wobei die entsprechenden Oberflächenseiten einander gegenüberliegen, so dass Elektroden, die am Umfang der MMIC 222 vorgesehen sind, über die Metallhöcker 213 mit Signalleitungen 224 und den Erdungsleiterabschnitten 215 auf dem dielektrischen Substrat 212 physikalisch und elektrisch verbunden sind. Die Erdungsleiterabschnitte 215 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 212 sind über die Durchgangslöcher 216 mit der Erdungsleiteroberfläche 217 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 212 verbunden.
  • Eine beispielhafte MMIC-Flip-Chip-Technik ist in 1994 IEEE MTT-S Digest, Seite 1707 bis 1710, beschrieben.
  • Bei den herkömmlichen Techniken bestehen jedoch die folgenden Probleme.
  • Bei der HMIC besteht das erste Problem darin, dass die Halbleiterchips als die einzigen aktiven Elemente einzeln angebracht werden müssen, wodurch sich hohe Fertigungskosten ergeben. Das zweite Problem besteht darin, dass der Halbleiterchip als das einzige aktive Element eine sehr geringe Größe besitzt und daher schwer zu handhaben ist. Folglich besteht die Wahrscheinlichkeit, dass eine Änderung der Hochfrequenzcharakteristiken infolge einer Fehlausrichtung zwischen den einzelnen aktiven Elementen und dem Substrat auftritt. Das dritte Problem besteht darin, dass die Anzahl von Metallhöckern, die an einem Halbleiterchip angebracht werden kann, begrenzt ist, wodurch sich eine unzureichende Anbringungsfestigkeit und schlechte Wärmeabstrahlungscharakteristiken ergeben. Das vierte Problem besteht darin, dass zwischen den einzelnen Halbleiterchips für den Anbringungsprozess ein verhältnismäßig großer Abstand vorgesehen werden muss, wodurch das dielektrische Substrat eine große Fläche benötigt. Da ein derartig großer Abstand zwischen den Halbleiterchips vorgesehen ist, steigt darüber hinaus die Induktivität zwischen den Erdungsanschlüssen aller aktiven Elemente an, wodurch der Betrieb des Elements instabil wird.
  • Bei der MMIC besteht das erste Problem darin, dass das aktive Element und die passiven Elemente auf demselben Halbleiterchip entworfen und gefertigt werden, wobei jede Entwurfsänderung die Neuproduktion der gesamten Vorrichtung erforderlich macht, wodurch eine lange Zeit für die Vorrichtungsentwicklung erforderlich ist. Das zweite Problem besteht darin, dass der spezifische ohmsche Widerstand des Halbleitersubstrats kleiner ist als der des dielektrischen Substrats und ein hoher Q-Wert nicht erreicht werden kann, wodurch es schwierig ist, ein leistungsstarkes passives Element zu fertigen. Da insbesondere das Halbleitersubstrat einen kleineren Widerstand besitzt als das dielektrische Substrat, besteht bei einer passiven Schaltung, die auf dem Halbleitersubstrat gefertigt ist, der Nachteil einer charakteristischen Verschlechterung infolge von Faktoren, wie etwa ein Signalverlust auf dem Substrat. Das dritte Problem besteht darin, dass die passiven Elemente eine wesentliche Fläche auf dem Halbleiterchip einnehmen, wodurch die Materialkosten ansteigen. Das vierte Problem besteht darin, dass das aktive Element und die passiven Elemente mit einer hohen Dichte auf demselben Halbleiterchip integriert sind, wodurch sich eine schlechte elektrische Isolation zwischen den entsprechenden Elementen ergibt.
  • Während die HMIC-Technik und die MMIC-Technik einige Vorteile besitzen, weisen sie außerdem Nachteile auf, die zu überwinden sind.
  • Im Patent US-A-5.406.125 ist ein Halbleiterchip offenbart, der ein Mikrowellen-Chip mit mehreren komplexen Funktionen sein kann. Der Chip enthält auf seinem oberen Abschnitt eine elektrische Schaltungsanordnung, Signalübertragungsleitungen, die mit der Schaltungsanordnung verbunden sind, und metallbeschichtete Löcher, die sich von dem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt des Chips erstrecken, um die Schaltungsanordnung des Chips mit einem Trägersubstrat zu verbinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung der Erfindung umfasst:
    ein dielektrisches Substrat, das wenigstens eine Signalleitung, eine passive Schaltung und einen ersten Erdungsleiterabschnitt, die auf einer Oberflächenseite des dielektrischen Substrats ausgebildet sind, enthält; und
    ein Halbleitersubstrat, das mehrere aktive Elemente, die auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, enthält, wobei:
    ein Eingangs-/Ausgangsanschluss eines der mehreren aktiven Elemente auf dem Halbleitersubstrat nicht mit irgendeinem Eingangs-/Ausgangsanschluss eines weiteren der mehreren aktiven Elemente elektrisch verbunden ist, jedoch der Eingangs-/Ausgangsanschluss eines der mehreren aktiven Elemente mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluss eines weiteren der mehreren aktiven Elemente in der Weise elektrisch verbunden ist, dass:
    die Signalleitung zwischen die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse des einen und des anderen aktiven Elements über Metallhöcker physikalisch und elektrisch geschaltet ist; und
    der erste Erdungsleiterabschnitt mit einem Erdungsanschluss des aktiven Elements über einen weiteren Metallhöcker physikalisch und elektrisch verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform enthält die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vor richtung ferner einen zweiten Erdungsabschnitt auf einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats, wobei der zweite Erdungsabschnitt durch Verbinden entsprechender Erdungsanschlüsse der mehreren aktiven Elemente miteinander über einen ersten Leiter gebildet ist.
  • In einer Ausführungsform ist ein zweiter Leiter auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats vorgesehen; und der Erdungsleiterabschnitt auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats ist mit dem zweiten Leiter über ein Durchgangsloch verbunden.
  • In einer Ausführungsform ist eine Erdungsleiteroberfläche auf einer Rückseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; und die Erdungsleiteroberfläche ist mit dem Erdungsleiterabschnitt auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats über ein Durchgangsloch verbunden.
  • In einer Ausführungsform enthält das dielektrische Substrat eine erste dielektrische Schicht, eine Zwischenleiterschicht und eine zweite dielektrische Schicht; eine Erdungsleiteroberfläche ist auf einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht vorgesehen; ein Erdungsleiterabschnitt ist auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; und Durchgangslöcher sind vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem Erdungsleiterabschnitt und der Zwischenleiterschicht bzw. zwischen der Zwischenschicht und der Erdungsleiteroberfläche herzustellen.
  • In einer Ausführungsform weist die Zwischenleiterschicht ein Schlitzkopplungsloch auf; eine zweite Signalleitung ist auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht vorgesehen; eine erste Signalleitung ist auf einer Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht vorgesehen; und die zweite Signalleitung ist mit der ersten Signalleitung über das Schlitzkopplungsloch für eine gewünschte Frequenz elektromagnetisch gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform sind wenigstens eine Mischereingang-Anpassungsschaltung und eine Filterschaltung als die passiven Schaltungen vorgesehen; und die Mikrowellen- und Mikrometerwellen-Vorrichtung enthält ferner eine Frequenzumsetzungsvorrichtung.
  • In einer Ausführungsform ist ein Rahmenkörper längs eines Umfangs des di elektrischen Substrats vorgesehen; ein Deckel ist auf dem Rahmenkörper vorgesehen, um das Halbleitersubstrat abzudecken; und der Rahmenkörper und der Deckel sind jeweils geerdet.
  • In einer Ausführungsform ist eine erste Signalleitung auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; ein externer Verbindungsanschluss und eine zweite Signalleitung sind auf einer Rückseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; der externe Verbindungsanschluss ist mit der zweiten Signalleitung verbunden; die zweite Signalleitung ist mit der ersten Signalleitung über ein Durchgangsloch oder ein Schlitzkopplungsloch verbunden; und die erste Signalleitung ist mit der passiven Schaltung verbunden.
  • In einer Ausführungsform ist ein Eingangsanschluss auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; eine ebene Antenne ist auf der Rückseite des dielektrischen Substrats vorgesehen; die ebene Antenne enthält einen Leistungsversorgungsabschnitt für die Verbindung mit der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats; der Leistungsversorgungsabschnitt ist mit dem Eingangsanschluss über ein Durchgangsloch oder ein Schlitzkopplungsloch verbunden; und ein Eingang ist von dem Eingangsanschluss zu der passiven Schaltung vorgesehen.
  • Das dielektrische Substrat kann aus Silicium hergestellt sein und eine Isolationsschicht auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats besitzen; und die passive Schaltung ist durch einen Halbleiterprozess für Silicium ausgebildet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung: ein dielektrisches Substrat mit wenigstens einer Signalleitung, eine passive Schaltung und einen Erdungsleiterabschnitt, die auf einer Oberflächenseite des dielektrischen Substrats ausgebildet sind; und ein Halbleitersubstrat mit mehreren Transistoren, einer Diode und einem Funktionsblock, der durch ein vorgegebenes Schaltungselement gebildet ist, wobei das dielektrische Substrat und das Halbleitersubstrat über einen Metallhöcker physikalisch und elektrisch verbunden sind.
  • Der Metallhöcker lässt eine Verbindung zwischen Anschlüssen zu, die auf dem dielektrischen Substrat und auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind.
  • Das dielektrische Substrat kann ein mehrlagiges Dünnschichtsubstrat sein, das auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist.
  • Der Funktionsblock kann ein Paar Transistoren und ein Paar Dioden enthalten.
  • Der Funktionsblock kann einen Transistor und eine Vorspannungsschaltung für den Transistor enthalten.
  • Der Funktionsblock kann einen Transistor und eine Rückkopplungsschaltung für den Transistor enthalten.
  • Erdungsanschlüsse für den Funktionsblock und die entsprechenden Transistoren können auf dem dielektrischen Substrat an Positionen vorgesehen sein, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren umgeben.
  • Alternativ können Erdungsanschlüsse für den Funktionsblock und die entsprechenden Transistoren auf dem Halbleitersubstrat an Positionen vorgesehen sein, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren umgeben.
  • Erdungsanschlüsse für den Funktionsblock und die jeweiligen Transistoren können auf dem dielektrischen Substrat und/oder auf dem Halbleitersubstrat an Positionen vorgesehenen sein, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren umgeben.
  • In einer Ausführungsform sind die mehreren Transistoren so angeordnet, dass sie eine erste Reihe und eine zweite Reihe bilden, wobei Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für die erste Reihe auf dem Halbleitersubstrat in einer ersten Richtung vorgesehen sind, während Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für die zweite Reihe auf dem Halbleitersubstrat in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist, vorgesehen sind.
  • Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht somit den Vorteil der Schaffung einer kleinen kostengünstigen Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung, die eine Verkürzung der Entwicklungszeit ermöglicht, die Anbringungsfestigkeit eines Halbleiterchips verbessert und gute Passivelement-Charakteristiken aufweist.
  • Diese sowie weitere Vorteile der Erfindung werden einem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die 1A bis 1C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung;
  • die 2A und 2B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung eines bipolaren Transistors mit Heteroübergang als ein beispielhaftes aktives Element;
  • die 3A und 3B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Feldeffekttransistors als ein beispielhaftes aktives Element;
  • die 4A und 4B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 2 der Erfindung;
  • die 5A und 4B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 3 der Erfindung;
  • die 6A und 6B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 3 der Erfindung;
  • die 7A bis 7C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 4 der Erfindung;
  • die 8A bis 8C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 5 der Erfindung;
  • die 9A und 9B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 6 der Erfindung;
  • 10 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 7 der Erfindung;
  • die 11A und 11B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 8 der Erfindung;
  • 12 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 9 der Erfindung;
  • die 13A und 13B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 10 der Erfindung;
  • die 14A und 14B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der Erfindung;
  • 15 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 11 der Erfindung;
  • 16 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 12 der Erfindung;
  • die 17A und 17B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 13 der Erfindung;
  • die 18A und 18B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 14 der Erfindung;
  • 19 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 14 der Erfindung;
  • 20 veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 15 der Erfindung;
  • die 21A und 21B sind schematische Darstellungen, die eine HMIC als eine beispielhafte herkömmliche Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung veranschaulicht;
  • die 22A und 22B sind schematische Darstellungen, die eine Vorrichtung veranschaulichen, die eine darauf angebrachte MMIC als eine beispielhaft her kömmliche Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung enthält;
  • 23A veranschaulicht einen Schaltplan einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung;
  • 23B veranschaulicht eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung;
  • 23C veranschaulicht ein Schaltungslayout einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung;
  • die 24A(a) und 24A(b) veranschaulichen eine weitere Schaltungskonfiguration, die in einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung enthalten sein kann;
  • die 24B(a) und 24B(b) veranschaulichen eine weitere Schaltungskonfiguration, die in einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung enthalten sein kann;
  • die 24C(a) und 24C(b) veranschaulichen eine weitere Schaltungskonfiguration, die in einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung enthalten sein kann;
  • 25A veranschaulicht einen Schaltplan einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung;
  • die 25B(a) bis 25B(c) veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung;
  • die 25C(a) bis 25C(c) veranschaulichen eine weitere Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung, die den 25B(a) bis 25B(c) entspricht;
  • die 25D(a) bis 25D(c) veranschaulichen eine weitere Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung, die den 25B(a) bis 25B(c) entspricht; und
  • 25E veranschaulicht ein Schaltungslayout einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • BEISPIEL 1
  • Die 1A bis 1C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 100 gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung.
  • Die 1A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 100, die von der Rückseite eines Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen aktiven Elementen 6 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und einem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 1B ist eine Schnittansicht längs einer Linie 1A-1B von 1A. Die 1C ist eine Schnittansicht längs der Linie 1C-1D von 1A.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 100 enthält: das dielektrische Substrat 1 mit passiven Schaltungen 5, die aus Mikrostreifenleitungen gebildet sind; das Halbleitersubstrat 2 mit einer Gruppe von aktiven Elementen, die mehrere aktive Elemente 6 enthält, die auf seiner Oberfläche ausgebildet sind; und mehrere Metallhöcker 3. Die passiven Elemente, die die passiven Schaltungen 5 auf dem dielektrischen Substrat 1 bilden, sind mit den aktiven Elementen 6 auf dem Halbleitersubstrat 2 über die Metallhöcker 3 physikalisch und elektrisch verbunden.
  • Als das dielektrische Substrat 1 kann ein keramisches Substrat oder ein Kunstharzsubstrat verwendet werden. Auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 werden die passiven Schaltungen 5, die vor den vorgesehenen Zweck geeignet sind, zuerst unter Verwendung von Mikrostreifenleitungen 4 oder dergleichen durch ein Dünnschichtdruckverfahren oder durch ein Ätz- und Plattierungsverfahren ausgebildet. Obwohl die Mikrostreifenleitungen im Beispiel 1 auf dem dielektrischen Substrat 1 vorgesehen sind, können alternativ koplanare Leitungen verwendet werden. Die passiven Schaltungen 5 können eine Impedanzanpassungsschaltung, eine Gleichstrom-Leistungsversorgungsschaltung und dergleichen enthalten. Zusätzlich zu den Mikrostreifenleitungen und den koplanaren Leitungen können die passiven Schaltungen 5 außerdem einen Chipwiderstand, einen Chipkondensator, eine Chipspule und dergleichen enthalten.
  • Das Halbleitersubstrat 2 kann ein GaAs-Substrat oder ein InP-Substrat sein, das gute Hochfrequenzcharakteristiken besitzt. Weiterhin sind mehrere einzelne Aktivelemente 6, wie etwa ein Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor mit Heteroübergang, in einem bestimmten Layout auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 unter Verwendung eines herkömmlichen Halbleiterprozesses vorgesehen. Im Hinblick auf den typischen Schaltungsmaßstab der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung und die Größe des Halbleitersubstrats liegt die Anzahl der einzelnen aktiven Elemente 6, die vorzusehen sind, vorteilhaft im Bereich von 4 bis 6, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • In den 2A und 2B wird ein Fall beschrieben, bei dem ein bipolarer Transistor mit Heteroübergang jeweils für die aktiven Elemente 6 verwendet wird.
  • 2A ist eine schematische Darstellung, die einen bipolaren Transistor mit Heteroübergang veranschaulicht, und 2B ist ein Schaltplan eines derartigen bipolaren Transistors mit Heteroübergang.
  • Ein Signal wird über einen Eingangsanschluss 7 als Basis des bipolaren Transistors mit Heteroübergang eingegeben und wird verstärkt und über einen Ausgangsanschluss 8 als Kollektor ausgegeben. Der Erdungsanschluss 9 als Emitter ist über die Metallhöcker 3 mit einem Erdungsleiterabschnitt 10 auf dem dielektrischen Substrat 1 verbunden und ist über den Erdungsleiterabschnitt 10, ein Durchgangsloch 11 und eine Erdungsleiteroberfläche 12 geerdet.
  • In ähnlicher Weise wird in den 3A und 3B ein Fall beschrieben, bei dem ein Feldeffekttransistor jeweils für die aktiven Elemente 6 verwendet wird.
  • 3A ist eine schematische Darstellung, die einen Feldeffekttransistor veranschaulicht, und 3B ist ein Schaltplan eines derartigen Feldeffekttransistors.
  • Ein Signal wird über einen Eingangsanschluss 7 als Gate des Feldeffekttransistors eingegeben und wird verstärkt und über einen Ausgangsanschluss 8 als Drain ausgegeben. Der Erdungsanschluss 9 als Source ist über die Metallhöcker 3 mit einem Erdungsleiterabschnitt 10 auf dem dielektrischen Substrat 1 verbunden und ist über den Erdungsleiterabschnitt 10, ein Durchgangsloch 11 und eine Erdungsleiteroberfläche 12 geerdet.
  • Der Eingangsanschluss 7 eines derartigen aktiven Elements 6 ist mit den Mikrostreifenleitungen 4 auf dem dielektrischen Substrat 1 verbunden und der Ausgangsanschluss 8 des aktiven Elements 6 ist über die Metallhöcker 3 mit den Mikrostreifenleitungen 4 auf dem dielektrischen Substrat 1 verbunden. Metallhöcker sind an ausgewählten Anschlüssen der aktiven Elemente 6 auf dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen. Das Halbleitersubstrat 2 ist auf dem dielektrischen Substrat 1 angebracht, wobei die Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 dem dielektrischen Substrat 1 gegenüberliegt. Der Anbringungsvorgang wird so ausgeführt, dass alle Metallhöcker 3 auf dem Halbleitersubstrat 1 auf die entsprechenden Anschlüsse der passiven Schaltung 5 auf dem dielektrischen Substrat 1 ausgerichtet sind.
  • Die Verbindung zwischen dem Halbleitersubstrat 2 und dem dielektrischen Substrat 1 über die Metallhöcker 3 kann z. B. durch Erwärmen des Halbleitersubstrats 2 geschaffen werden, während das Substrat 2 gegen das dielektrische Substrat 1 gepresst wird. Für die Metallhöcker 3 können z. B. Au-Höcker verwendet werden. Die Grenzfläche der Metallhöcker 3 mit dem Erdungsleiterabschnitt 10 und den Mikrostreifenleitungen 4 auf dem dielektrischen Substrat 1 ist legiert, wodurch die Substrate miteinander elektrisch und physikalisch verbunden werden.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung enthält typischerweise: ein aktives Element zum Verstärken oder Modulieren eines Signals; und ein passives Element, wie etwa eine Impedanzanpassungsschaltung, eine Gleichspannungs-Leistungsversorgungsschaltung und dergleichen. In der Erfindung ist nur das Aktivelement 6 auf dem Halbleitersubstrat 2 implementiert, während lediglich das Passivelement 5 auf dem dielektrischen Substrat 1 implementiert ist. Bei einer derartigen Struktur sind die mehreren aktiven Elemente 6 auf einem Halbleitersubstrat 2 angeordnet, wodurch das Halbleitersubstrat 2 durch ein einzelnes Flip-Chip-Anbringungsverfahren auf dem dielektrischen Substrat 1 angebracht werden kann. Da das Halbleitersubstrat 2 eine ausreichende Fläche aufweist, ist es leicht zu handhaben und es besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass eine Fehlausrichtung in Bezug auf das dielektrische Substrat 1 auftritt. Im Vergleich mit der HMIC gibt es ferner eine größere Anzahl von Metallhöckern 3, die zum Verbinden des Halbleitersubstrats 2 mit dem dielektrischen Substrat 1 verwendet werden, wodurch eine ausreichende Anbringungsfestigkeit erreicht wird. Da lediglich die aktiven Elemente 6 auf dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen sind, können die Materialkosten verringert werden. In der Erfindung ist darüber hinaus die passive Schaltung auf dem dielektrischen Substrat 1 vorgesehen, wodurch eine passive Schaltung 5 mit einem hohen Q-Wert erreicht wird.
  • Noch wichtiger ist, dass das Universal-Halbleitersubstrat 2 gefertigt werden kann, welches für ein beliebiges Schaltungssystem verwendet werden kann, wodurch der Schaltungsentwurf lediglich durch das dielektrische Substrat 1 festgelegt werden kann. Darüber hinaus werden nicht alle aktiven Elemente 6 und die Anschlüsse auf dem Halbleitersubstrat 2 notwendigerweise verwendet, sondern die passiven Schaltungen 5 können so entworfen sein, dass lediglich einige der aktiven Elemente 6 und der Anschlüsse verwendet werden. Ferner kann eine Entwurfsänderung einfach ausgeführt werden, indem die passiven Schaltungen 5 auf dem dielektrischen Substrat 1 geändert werden, wodurch die Entwicklungszeit verkürzt wird.
  • BEISPIEL 2
  • Die 4A und 4B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 200 gemäß dem Beispiel 2 der Erfindung.
  • 4A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 200, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für eine genaue Darstellung der Verbindung zwischen den aktiven Elementen 41 bis 50 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 4B ist eine Schnittansicht längs der Linie 4A-4B von 4A. In den 4A und 4B sind die Komponenten, die ebenfalls in den 1A bis 1C gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen angegeben und werden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 be schrieben wurde.
  • Die Vorrichtung 200 vom Beispiel 2 kann durch die Anordnung der Aktivelemente 41 bis 45 auf dem Halbleitersubstrat 2 gekennzeichnet werden. Im Vergleich zum Beispiel 1, das in den 1A bis 1C dargestellt ist, sind die Aktivelemente 41 bis 45 im Einzelnen auf dem Halbleitersubstrat 2 in einer Anordnung angeordnet, derart, dass die entsprechenden aktiven Elemente 41 bis 45 abwechselnde Eingangs-/Ausgangsrichtungen aufweisen. Wie in 4A dargestellt ist, sind die aktiven Elemente 41 bis 45 so angeordnet, dass sie abwechselnde Eingangsrichtungen haben, d. h. die aktiven Elemente 41, 43 und 45 weisen eine Eingangsrichtung auf, während die anderen aktiven Elemente 42 und 44 die entgegengesetzte Eingangsrichtung aufweisen. Deswegen sind der Eingangsanschluss 7 eines aktiven Elements und der Ausgangsanschluss 8 eines benachbarten aktiven Elementes auf der gleichen Seite angeordnet, wodurch die Anordnung der passiven Elemente 5, um zwei benachbarten aktiven Elementen miteinander zu verbinden, vereinfacht wird.
  • BEISPIEL 3
  • Die 5A, 5B, 6A und 6B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 300 gemäß dem Beispiel 3 der Erfindung.
  • 5A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 300, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat für eine genaue Darstellung der Verbindung zwischen den aktiven Elementen 55, 57 bis 59, 61 und 62 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 5B ist eine Schnittansicht längs der Linie 5A-5B von 5A, betrachtet aus der Richtung, die durch die Pfeile angegeben ist. 6A veranschaulicht passive Elemente 54, 56 und 60, die Mikrostreifenleitungen 4 und die Erdungsanschlüsse 10, die auf dem dielektrischen Substrat 1 vorgesehen sind. 6B veranschaulicht die oben erwähnten aktiven Elemente, die auf dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen sind. In den 5A, 5B, 6A und 6B sind die Komponenten, die ebenfalls in den 1A bis 1C gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Die Vorrichtung 300 vom Beispiel 3 kann dadurch gekennzeichnet werden, dass die Erdungsanschlüsse 10 der Aktivelemente auf dem Halbleitersubstrat 2 über einen Leiter miteinander verbunden sind, und dass ein Leistungsverstärker als eine beispielhafte Schaltungsform implementiert ist. Die Erdungsanschlüsse 10 der aktiven Elemente auf dem Halbleitersubstrat 2 sind über Erdungsleiter 51, 52 bzw. 53 miteinander verbunden. Da die Erdungsanschlüsse 10 von allen aktiven Elementen über Erdungsleiter 51, 52 und 53 auf dem Halbleitersubstrat 2 miteinander verbunden sind, ist die Erdungsinduktivität zwischen den aktiven Elementen geringer und die Signaltrennung zwischen den aktiven Elementen ist verbessert.
  • In den 5A, 5B, 6A und 6B wird ein Betrieb des Leistungsverstärkers des Beispiels beschrieben.
  • Ein Eingangssignal verläuft durch das passive Element 54 auf dem dielektrischen Substrat 1 und wird in das Aktivelement 55 auf dem Halbleitersubstrat 2 eingegeben. Das Signal wird durch das Aktivelement 55 verstärkt und verläuft durch die passive Schaltung 56. Anschließend wird das Signal durch die Mikrostreifenleitung 4 in drei Signale unterteilt und diese werden auf dem Halbleitersubstrat 2 in die aktiven Elemente 57, 58 bzw. 59 eingegeben. Die Signale werden durch die aktiven Elemente 57, 58 bzw. 59 verstärkt und durch die Mikrostreifenleitung 4 auf dem dielektrischen Substrat 1 wieder zu einem Signal synthetisiert. Dann wird das Signal über das Passivelement 60 ausgegeben. In dem Beispiel wird das aktive Element 61 nicht verwendet und es wird lediglich der Erdungsanschluss des aktiven Elements 62 verwendet.
  • BEISPIEL 4
  • Die 7A bis 7C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 400 gemäß dem Beispiel 4 der Erfindung.
  • 7A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 400, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für die genaue Darstellung der Verbindung zwischen den aktiven Elementen 55, 57 bis 59, 61 und 62 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent darge stellt ist. 7B ist eine Schnittansicht längs der Linie 7A-7B von 7A, betrachtet aus der Richtung, die durch die Pfeile angegeben ist. 7C veranschaulicht die oben erwähnten aktiven Elemente, die auf dem Halbleitersubstrat 2 vorgesehen sind. In den 7A bis 7C sind die Komponenten, die ebenfalls in den 7A und 7B gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 3 beschrieben wurde.
  • Ein Unterschied zwischen Beispiel 4 und Beispiel 3 besteht darin, dass das Halbleitersubstrat 2 einen Leiter auf seiner Rückseite enthält und die Leiter 51, 52 und 53 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 über ein leitendes Durchgangsloch 2 mit dem Leiter 71 auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 verbunden sind. Die anderen Komponenten funktionieren im Wesentlichen in der gleichen Weise, die in den obigen Beispielen beschrieben wurde, und werden deswegen im Folgenden nicht weiter beschrieben.
  • Wenn die oben genannten aktiven Elemente Leistungsverstärker sind, muss das Problem, das mit ihrer Wärmeerzeugung verbunden ist, behandelt werden. Im Beispiel 4 wird die Wärme, die von den aktiven Elementen erzeugt wird, nicht nur auf das dielektrische Substrat 1 übertragen, sondern außerdem über das Durchgangsloch 72 auf den Leiter 71 auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 übertragen und von diesem abgestrahlt.
  • BEISPIEL 5
  • Die 8A bis 8C veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 500 gemäß dem Beispiel 5 der Erfindung.
  • 8 veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 500, die von der Rückseite Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen 6 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 8B ist eine Schnittansicht längs der Linie 8A-8B von 8A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist. 8C ist eine Schnittansicht längs der Linie 8C-8D von 8A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist. In den 8A und 8B sind die Komponenten, die ebenfalls in 1A bis 1C gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Ein Unterschied zwischen dem Beispiel 5 und dem Beispiel 1 besteht darin, dass die passiven Schaltungen 5 auf dem dielektrischen Substrat 1 unter Verwendung von koplanaren Leitungen ausgebildet sind. Die koplanaren Leitungen enthalten eine Signalleitung 81 und Erdungsleiterabschnitte 82 auf dem dielektrischen Substrat 1 und die kennzeichnende Impedanz wird durch die Breite der Signalleitung 81 und den Abstand zwischen der Signalleitung 81 und dem Erdungsleiterabschnitt 82 bestimmt.
  • Um eine stabile Übertragungscharakteristik bei Verwendung einer koplanaren Leitung zu erreichen, ist es wichtig, das Potential des Erdungsleiterabschnitts 82 zu stabilisieren. Deswegen sind in dem Beispiel die Erdungsleiterabschnitte 82 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 über die Durchgangslöcher 11 mit der Erdungsleiteroberfläche 12 auf der Rückseite verbunden, wodurch die Erdung der koplanaren Leitungen sichergestellt wird und somit ein stabiler Betrieb der Vorrichtung ermöglicht wird.
  • BEISPIEL 6
  • Die 9A und 9B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 600 gemäß dem Beispiel 6 der Erfindung.
  • 9A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 600, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen 6 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 9B ist eine Schnittansicht längs der Linie 9A-9B von 9A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist. In den 9A und 9B sind die Komponenten, die ebenfalls in 1A bis 1C gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden im Folgenden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Die Vorrichtung 600 des Beispiels unterscheidet sich von der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 100 des Beispiels 1, die in Verbindung mit den 1A bis 1C beschrieben wurde, darin, dass ein Siliciumsubstrat 92 mit einer Isolationsschicht 91, die darauf abgelagert ist, als dielektrisches Substrat 1 verwendet wird, und dass aktive Schaltungen 93 durch einen Halbleiterprozess vorgesehen sind.
  • Das Siliciumsubstrat 92 besitzt einen spezifischen ohmschen Widerstand, der geringer ist als bei anderen dielektrischen Materialien, und deswegen besitzt das Siliciumsubstrat in einer passiven Schaltung keinen hohen Q-Wert. Das Siliciumsubstrat ist jedoch kostengünstig und ist für die Verwendung bei einem Halbleiterprozess geeignet. Deswegen können passive Elemente, wie etwa ein Dünnschichtkondensator, ein Spiralleiter oder ein Widerstand, mit einer hohen Dichte auf dem Substrat integriert werden. Wenn das Siliciumsubstrat 92, das die Isolationsschicht 91 aufweist, verwendet wird, können die aktiven Schaltungen 93, wie etwa der Spiralleiter, auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 vorgesehen werden, was zu einer Vergrößerung der Dichte der passiven Schaltungen beiträgt. Dadurch kann die Größe der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung stark verringert werden. Sie ist insbesondere geeignet für Anwendungen mit einer verhältnismäßig geringen Frequenz, bei denen keine sehr hohe Leistungsfähigkeit der passiven Elemente erforderlich ist.
  • BEISPIEL 7
  • 10 ist eine Schnittansicht, die eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 700 gemäß dem Beispiel 7 der Erfindung veranschaulicht. In 10 sind die Komponenten, die ebenfalls in den 1A bis 1C gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden im Folgenden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Beispiel 7 unterscheidet sich vom Beispiel 1, das in Verbindung mit den 1A bis 1C beschrieben wurde, in den folgenden Punkten. Als das dielektrische Substrat 1 werden eine erste dielektrische Schicht 101, eine Zwischenleiterschicht 102 und eine zweite dielektrische Schicht 103 abgelagert. Die Erdungsleiteroberfläche 12 ist teilweise oder vollständig über der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 vorgesehen. Die Erdungsleiterabschnitte 10 auf der Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 sind über die Durchgangslöcher 11 mit der Zwischenleiterschicht 102 verbunden und die Zwischenleiterschicht 102 ist über die Durchgangslöcher 11 mit der Erdungsleiteroberfläche 12 verbunden.
  • Insbesondere dann, wenn die passiven Schaltungen wie im Beispiel 1 aus den Mikrostreifenleitungen gebildet sind, muss der Abstand zwischen den Mikrostreifenleitungen und der Erdungsleiteroberfläche 12 verringert werden, wenn die Frequenz ansteigt, um dadurch die Dicke des dielektrischen Substrats zu verringern. Dies kann eine Verringerung der mechanischen Festigkeit des dielektrischen Substrats zur Folge haben. Indem jedoch die erste dielektrische Schicht 101, die Zwischenleiterschicht 102 und die zweite dielektrische Schicht 103 wie im Beispiel als das dielektrische Substrat 1 abgelagert werden, ist es möglich, die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitungen durch die Signalleitungen auf der ersten dielektrischen Schicht 102 und der Zwischenleiterschicht 102 zu bestimmen, während die mechanische Festigkeit des dielektrischen Substrats durch die zweite dielektrische Schicht 103 vergrößert wird. Darüber hinaus muss für die erste dielektrische Schicht 102 und die zweite dielektrische Schicht 103 nicht das gleiche Material verwendet werden.
  • BEISPIEL 8
  • Die 11A und 11B veranschaulichen eine Struktur einer Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 800 gemäß dem Beispiel 8 der Erfindung.
  • 11A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 800, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats 2 betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat 2 für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen 6 auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 2 und dem dielektrischen Substrat 1 transparent dargestellt ist. 11B ist eine Schnittansicht längs der Linie 11A-11B von 11A. In den 11A und 11B sind die Komponenten, die ebenfalls in den 1A bis 1C gezeigt sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und werden im Folgenden nicht weiter beschrieben, da sie im Wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren, die oben im Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Beispiel 8 unterscheidet sich von dem Beispiel 1, das in Verbindung mit den
  • 1A bis 1C beschrieben wurde, in den folgenden Punkten. Ein Rahmenkörper 111 aus metallbeschichteten Seitenwänden ist längs des Umfangs des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein metallbeschichteter Deckel 112 an dem Rahmenkörper 111 so vorgesehen, dass er das Halbleitersubstrat 2 abdeckt. Die Erdungsleiterabschnitte 10 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 sind mit dem Rahmenkörper 111 physikalisch und elektrisch verbunden, der seinerseits mit dem Deckel 112 physikalisch und elektrisch verbunden ist. Der Rahmenkörper 111 und der Deckel 112 dienen dazu, eine unerwünschte Strahlung von den aktiven Elementen 6 auf dem Halbleitersubstrat 2 und den passiven Elementen auf dem dielektrischen Substrat 1 bzw. zu diesen zu verhindern.
  • Wenn die Vorrichtung in dem Millimeterwellenband bei einer Frequenz von etwa 30 GHz oder größer verwendet wird, kann eine unerwünschte Welle in der Wellenleitermode im Rahmenkörper 111 eliminiert werden, da der Rahmenkörper 111 und der Deckel 112 elektrisch geerdet sind, während das Halbleitersubstrat 2 und das dielektrische Substrat 1 über die Metallhöcker 3 dreidimensional geerdet sind. Dies verbessert die Isolationscharakteristiken zwischen dem Eingang und dem Ausgang und realisiert dadurch eine gute und stabile Charakteristik.
  • Während für den Rahmenkörper 111 und den Deckel 110 in dem Beispiel ein metallbeschichtetes Material verwendet wird, kann alternativ ein Metallmaterial verwendet werden.
  • BEISPIEL 9
  • 12 veranschaulicht eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 900 gemäß dem Beispiel 9 der Erfindung. 12 veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 900, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und dem dielektrischen Substrat transparent dargestellt ist.
  • Die Struktur der Vorrichtung 900 in diesem Beispiel ist im Wesentlichen gleich der des Beispiels 5, das in Verbindung mit 8 beschrieben wurde, das Bei spiel veranschaulicht jedoch eine beispielhafte Struktur eines Abwärtsumsetzers, der als ein Hochfrequenzverstärker, ein Mischer und ein Zwischenfrequenzverstärker funktioniert.
  • Ein Hochfrequenzsignal wird über einen Eingangsanschluss 121 in eine Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 122 eingegeben und wird durch ein aktives Element 123 verstärkt. Dann verläuft das verstärkte Signal durch eine Zwischenstufenanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 124 und wird durch ein aktives Element 125 weiter verstärkt. Das Hochfrequenzsignal, das von dem aktiven Element 125 ausgegeben wird, wird einer Impedanzanpassung unterzogen und seine unerwünschte Welle wird durch eine Ausgangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung/Filterschaltung 126 entfernt und es wird anschließend in eine Mischereingangsanpassungsschaltung/Lokalversorgungsschaltung 127 eingegeben. Das Hochfrequenzsignal wird mit einem Lokaloszillationssignal, das durch eine Lokaloszillationsschaltung erzeugt wird, synthetisiert und in ein aktives Element 128 eingegeben. Infolge der Nichtlinearität des aktiven Elements 128 werden das Hochfrequenzsignal und das Lokaloszillationssignal miteinander gemischt, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt wird, das der Frequenzdifferenzkomponente zwischen dem Hochfrequenzsignal und dem Lokaloszillationssignal entspricht. Das Zwischenfrequenzsignal verläuft durch eine ZF-Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 129 und wird durch ein aktives Element 130 verstärkt. Dann verläuft das verstärkte Signal durch eine ZF-Zwischenstufenanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 131 und wird durch ein aktives Element 132 weiter verstärkt, damit es über eine ZF-Ausgangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 133 ausgegeben wird. Ein aktives Element 910 wird nicht verwendet.
  • Während das Beispiel 9 ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die passiven Schaltungen aus kopolaren Leitungen gebildet sind, können sie alternativ wie im Beispiel 1 aus Mikrostreifenleitungen gebildet sein. Während das Beispiel 9 einen Abwärtsumsetzer zum Umsetzen eines Hochfrequenzsignals in ein Zwischenfrequenzsignal veranschaulicht, kann darüber hinaus ein Aufwärtsumsetzer zum Umsetzen eines Zwischenfrequenzsignals in ein Hochfrequenzsignal im Wesentlichen in der gleichen Weise gebildet werden.
  • Wie in dem Beispiel ist es möglich, dass ein Halbleiterchip verwendet wird, um Frequenzumsetzungsvorrichtungen, wie etwa einen Abwärtsumsetzer oder einen Aufwärtsumsetzer, zu schaffen. Wenn die herkömmliche MMIC- oder HMIC-Struktur verwendet wird, um eine Frequenzumsetzungsvorrichtung für das Millimeterwellenband bei einer Frequenz von etwa 30 GHz oder größer zu schaffen, verschlechtern sich häufig die Charakteristiken von einigen Schaltungen, wie etwa eine Mischerschaltung oder eine Filterschaltung, die in der resultierenden Frequenzumsetzungsvorrichtung enthalten sind. Gemäß dem Beispiel kann dagegen eine derartige Verschlechterung verhindert werden.
  • BEISPIEL 10
  • Die 13A und 13B veranschaulichen eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1000 gemäß dem Beispiel 10 der Erfindung.
  • 13A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1000, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und dem dielektrischen Substrat transparent dargestellt ist. 13B ist eine Schnittansicht längs der Linie 13A-13B von 13A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1000 von Beispiel 10 besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 900 vom Beispiel 9, unterscheidet sich jedoch darin, dass ein externer Verbindungsanschluss 134 vorgesehen ist.
  • In der Vorrichtung 1000 enthält die Rückseite des dielektrischen Substrats 1 im Einzelnen eine Signalleitung 135 als eine koplanare Leitung, wovon ein Ende als externer Verbindungsanschluss 134 dient. Auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 ist der Eingangsanschluss durch eine Signalleitung 136 als eine koplanare Leitung verlängert und die Signalleitung 136 ist über ein Durchgangsloch 137 mit dem anderen Ende der Signalleitung 135 als eine koplanare Leitung auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 verbunden. Darüber hinaus ist der Rahmenkörper 111 aus metallbeschichteten Seitenwänden längs des Umfangs des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen und der metallbeschichtete Deckel 112 ist auf dem Rahmenkörper 111 so vor gesehen, dass er das Halbleitersubstrat 2 abdeckt. Die Erdungsleiterabschnitte auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 sind mit dem Rahmenkörper 111 physikalisch und elektrisch verbunden, der seinerseits mit dem Deckel 112 physikalisch und elektrisch verbunden ist. Der Rahmenkörper 111 und der Deckel 112 dienen dazu, eine unerwünschte Strahlung von den aktiven Elementen auf dem Halbleitersubstrat 2 und den passiven Elementen auf dem dielektrischen Substrat 1 oder zu diesen zu verhindern. Durch Vorsehen der Signalleitung 136 als eine koplanare Leitung auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 von dem Durchgangsloch 137, des Rahmenkörpers 111 und des Deckels 112 ist es darüber hinaus möglich, ein Signal auszugeben, das nicht durch ein elektromagnetisches Feld beeinflusst wird, das von den Schaltungen auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 abgestrahlt.
  • BEISPIEL 11
  • Die 14A und 14B veranschaulichen eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100 gemäß dem Beispiel 11 der Erfindung.
  • 14A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat zur genauen Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und dem dielektrischen Substrat transparent dargestellt ist. 14B ist eine Schnittansicht längs der Linie 14A-14B von 14A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist. 15 veranschaulicht das dielektrische Substrat 1, das von seiner Rückseite betrachtet wird.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100 vom Beispiel 11 besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 900 vom Beispiel 9, sie unterscheidet sich jedoch darin, dass eine ebene Antenne 141 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen ist.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100 vom Beispiel 11 enthält die ebene Antenne 141 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 und ein Ende einer Signalleitung, die von der ebenen Antenne 141 verlängert und in eine koplanare Leitung umgewandelt ist, besitzt einen Leistungsversor gungsabschnitt 142. Auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 ist der Eingangsanschluss 121 des Abwärtsumsetzers, der oben im Beispiel 9 beschrieben wurde, durch eine koplanare Leitung von der Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 122 verlängert und ist über ein Durchgangsloch 143 mit dem Leistungsversorgungsabschnitt 142 der ebenen Antenne 141 verbunden.
  • Ein Hochfrequenzsignal aus der Umgebung der Vorrichtung 1100 trifft auf die ebene Antenne 141 auf und wird über das Durchgangsloch 143 in eine Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 122 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats eingegeben. Die weitere Funktionsweise der Vorrichtung 1100 ist im Wesentlichen gleich der im Beispiel 9 beschriebenen Funktionsweise und wird deshalb nicht weiter beschrieben.
  • Durch das Vorsehen der ebenen Antenne 141 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 ist es möglich, eine sehr kleine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zu realisieren. Es ist außerdem möglich, die ebene Antenne mit der Hochfrequenzschaltung über die kürzeste Entfernung zu verbinden. Dadurch wird der Verlust des Hochfrequenzsignals verringert.
  • Beispiel 11 schafft eine beispielhafte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100, die ein Hochfrequenzsignal über die ebene Antenne 141 empfängt und das Hochfrequenzsignal zu einem Zwischenfrequenzsignal umsetzt. Das gleiche Prinzip kann in umgekehrter Weise angewendet werden, um eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zu schaffen, die ein Zwischenfrequenzsignal in ein Hochfrequenzsignal umsetzt und das umgesetzte Signal über eine ebene Antenne ausgibt.
  • BEISPIEL 12
  • 16 ist eine Schnittansicht, die eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1200 gemäß dem Beispiel 12 der Erfindung veranschaulicht.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1200 von Beispiel 12 besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1100 vom Beispiel 11, sie unterscheidet sich jedoch darin, dass das Halbleitersubstrat wie im Beispiel 8 mit einem Rahmenkörper und ei nem Deckel abgedeckt ist.
  • In der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1200 des Beispiels ist im Einzelnen der Rahmenkörper 111 aus metallbeschichteten Seitenwänden längs des Umfangs des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen. Darüber hinaus ist der metallbeschichtete Deckel 112 an dem Rahmenkörper 111 so vorgesehen, dass er das Halbleitersubstrat 2 abdeckt. Die Erdungsleiterabschnitte 10 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 sind mit dem Rahmenkörper 111 physikalisch und elektrisch verbunden, der seinerseits mit dem Deckel 112 physikalisch und elektrisch verbunden ist.
  • Wenn die ebene Antenne 141 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen ist, muss das Problem der Strahlung einer unerwünschten Welle auf die Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 und von dieser behandelt werden. Im Beispiel 12 kann eine Strahlung auf die Vorrichtung 1200 oder eine Reflexion von dieser durch den Rahmenkörper 111 und den Deckel 112 verhindert werden.
  • BEISPIEL 13
  • Die 17A und 17B veranschaulichen eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1300 gemäß dem Beispiel 13 der Erfindung. 17A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1300, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und dem dielektrischen Substrat transparent dargestellt ist. 17B ist eine Schnittansicht längs der Linie 17A-17B von 17A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1300 des Beispiels besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1000 vom Beispiel 10, sie unterscheidet sich jedoch dadurch, dass das dielektrische Substrat 1 die erste dielektrische Schicht 101, die Zwischenleiterschicht 102 und die zweite dielektrische Schicht 103 enthält.
  • In der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1300 vom Beispiel 13 sind im Einzelnen die erste dielektrische Schicht 101, die Zwischenleiterschicht 102 und die zweite dielektrische Schicht 103 als das dielektrische Substrat 1 abgelagert. Die Zwischenleiterschicht 102 ist mit einem Schlitzkopplungsloch 171 versehen. Eine Signalleitung, die aus einer Mikrostreifenleitung gebildet ist, ist auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Mikrostreifenleitung 172 vorgesehen, die sich zu einer Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung auf der Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 erstreckt. Das Ende der Mikrostreifenleitung 172 ist für eine gewünschte Frequenz über das Schlitzkopplungsloch 171 mit einer Signalleitung 173 auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 elektromagnetisch gekoppelt. Die Signalleitung 173 ist mit einem externen Verbindungsanschluss 174 verbunden.
  • Wenn die koplanare Leitung auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats wie im Beispiel 10 über ein Durchgangsloch mit der koplanaren Leitung auf seiner Rückseite verbunden ist, vergrößert sich der Verlust, wenn die Frequenz ansteigt, da das Durchgangsloch eine hohe Impedanz besitzt. Durch Kopplung der Mikrostreifenleitung auf der Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 mit der Mikrostreifenleitung auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 über ein Schlitzkopplungsloch wie im Beispiel 13, kann jedoch ein Signal verlustfrei übertragen werden.
  • BEISPIEL 14
  • Die 18A und 18B veranschaulichen eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400 gemäß dem Beispiel 14 der Erfindung.
  • 18A veranschaulicht die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400, die von der Rückseite des Halbleitersubstrats betrachtet wird, wobei das Halbleitersubstrat für eine genaue Darstellung der Verbindungen zwischen den aktiven Elementen auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats und dem dielektrischen Substrat transparent dargestellt ist. 18B ist eine Schnittansicht längs der Linie 18A-18B von 18A, die aus der Richtung betrachtet wird, die durch die Pfeile angegeben ist. 19 veranschaulicht die zweite dielektrische Schicht 103, die von ihrer Rückseite betrachtet wird.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400 vom Beispiel 14 be sitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1300 vom Beispiel 13, sie unterscheidet sich jedoch darin, dass die ebene Antenne 141 auf der Rückseite des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen ist.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400 gemäß dem Beispiel 14 enthält im Einzelnen die ebene Antenne 141, die auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 vorgesehen ist. Ein Anschluss der ebenen Antenne 141 ist für eine gewünschte Frequenz über das Schlitzkopplungsloch 171 mit der Mikrostreifenleitung 172 der ersten dielektrischen Schicht 101 elektromagnetisch gekoppelt. Die Mikrostreifenleitung 172 auf der Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 ist mit der Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 122 verbunden.
  • Ein externes Hochfrequenzsignal aus der Umgebung der Vorrichtung 1400 trifft auf die ebene Antenne 141 auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 auf und wird über das Schlitzkopplungsloch 171 in die Eingangsanpassungsschaltung/Leistungsversorgungsschaltung 122 auf der Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 eingegeben. Die weitere Funktionsweise der Vorrichtung 1400 ist im Wesentlichen gleich der im Beispiel 9 beschriebenen Funktionsweise und wird deswegen nicht weiter beschrieben.
  • Durch Vorsehen der ebenen Antenne 141 auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 ist es möglich, eine sehr kleine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zu realisieren. Es ist außerdem möglich, die ebene Antenne 141 mit der Hochfrequenzschaltung, die auf der ersten dielektrischen Schicht 101 vorgesehen ist, über die kürzeste Entfernung zu verbinden. Dies verringert den Verlust des Hochfrequenzsignals.
  • Das Beispiel 14 schafft eine beispielhafte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400, die ein Hochfrequenzsignal über die ebene Antenne empfängt und das Hochfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal umsetzt. Alternativ kann das gleiche Prinzip angewendet werden, um eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zu schaffen, die ein Zwischenfrequenzsignal zu einem Hochfrequenzsignal umsetzt und das umgesetzte Signal über eine ebene Antenne ausgibt.
  • BEISPIEL 15
  • 20 ist eine Schnittansicht, die eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1500 gemäß dem Beispiel 15 der Erfindung veranschaulicht.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1500 vom Beispiel 15 besitzt im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung 1400 vom Beispiel 14, sie unterscheidet sich jedoch in den folgenden Punkten. Der Rahmenkörper 111 aus metallbeschichteten Seitenwänden ist längs des Umfangs des dielektrischen Substrats 1 vorgesehen. Darüber hinaus ist der metallbeschichtete Deckel 112 auf dem Rahmenkörper 111 so vorgesehen, dass er das Halbleitersubstrat 2 abdeckt. Die Erdungsleiterabschnitte 10 auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats 1 sind mit dem Rahmenkörper 111 physikalisch und elektrisch verbunden, der seinerseits mit dem Deckel 112 physikalisch und elektrisch verbunden ist.
  • Wenn die ebene Antenne 141 auf der Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht 103 vorgesehen ist, muss das Problem der Strahlung einer unerwünschten Welle auf die Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht 101 und von dieser behandelt werden. Im Beispiel 15 kann die Strahlung auf die Vorrichtung 1500 oder die Reflexion von dieser durch den Rahmenkörper 111 und den Deckel 112 verhindert werden.
  • BEISPIEL 16
  • Die 23A, 23B und 23C veranschaulichen einen beispielhaften Frequenzabwärtsumsetzer unter Verwendung von mehreren Transistoren und einem Diodenpaar, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, als eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 16 der Erfindung.
  • Die 23A veranschaulicht einen Schaltplan, der die gesamte Schaltung der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung des Beispiels zeigt, die einen rauscharmen Verstärker 501 und einen Frequenzmischer 502 enthält. Die 23B veranschaulicht eine Verbindung zwischen einer Funktionselementanordnung 508, die Transistoren und Dioden enthält, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, und einem dielektrischen Substrat. Die Funktionselementanordnung 508 enthält Transistoren 503, 504 und 505 und ein Dioden paar 506, die in 23A dargestellt sind. Die 23C ist eine Darstellung des Schaltungslayouts, die die gesamte Schaltung zeigt, wobei eine Layoutdarstellung der Funktionselementanordnung 508 auf dem Halbleitersubstrat gemeinsam mit einer Layoutdarstellung der passiven Schaltungen 507 auf einem dielektrischen Substrat 520 veranschaulicht werden. In allen 23A bis 23C bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • In dem Schaltplan von 23A enthält der rauscharme Verstärker 501 die passiven Schaltungen 507, die aus Übertragungsleitungen auf dem dielektrischen Substrat gebildet sind, und die Transistoren 503, 504 und 505. Der Frequenzmischer 502 enthält ein Bandpassfilter, ein Tiefpassfilter, die passiven Schaltungen 507, die aus Übertragungsleitungen gebildet sind, und das Diodenpaar 506, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind. In 23B ist die Funktionselementanordnung 508 auf dem Halbleitersubstrat insgesamt aus vier Elementen gebildet; dies sind die Mikrowellentransistoren 503, 504 und 505 und das Diodenpaar 506. Entsprechende Basisanschlüsse B und Kollektoranschlüsse C der Mikrowellentransistoren 503 bis 505 und ein Eingangs-/Ausgangsanschluss des Diodenpaars 506 sind über Metallhöcker 509 mit entsprechenden Verbindungsanschlüssen 510 auf dem dielektrischen Substrat physikalisch und elektrisch verbunden. Außerdem sind Emitteranschlüsse E auf dem Halbleitersubstrat über die Metallhöcker 509 mit entsprechenden Erdungsanschlüssen 511 auf dem dielektrischen Substrat physikalisch und elektrisch verbunden. Darüber hinaus sind die Erdungsanschlüsse 511 mit entsprechenden (nicht gezeigten) Erdungsanschlüssen verbunden, die auf der Rückseite des dielektrischen Substrats vorgesehen sind.
  • Das Halbleitersubstrat und das dielektrische Substrat, die durch ein Flip-Chip-Verbindungsverfahren über die Metallhöcker 509 physikalisch und elektrisch miteinander verbunden sind, wie in 23B dargestellt ist, können mit den passiven Schaltungen 507, die auf dem dielektrischen Substrat 520 vorgesehen sind, integriert werden, wie in 23C dargestellt ist, um einen Frequenzabwärtsumsetzer zu implementieren. Im Einzelnen werden ein Hochfrequenzeingangssignal RFin mit einer Frequenz fRF, das in den rauscharmen Verstärker 501 eingegeben wird, und ein Lokaloszillationssignal LOin mit einer Frequenz fLO, das in den Frequenzmischer 502 eingegeben wird, verwendet, um ein Zwischenfrequenzsignal IFout mit einer Frequenz, die fRF – 2fLO entspricht, zu erzeugen und auszugeben.
  • Das dielektrische Substrat kann ein mehrschichtiges dünnes Substrat sein, das auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist. Dies ist für die Fertigung einer Vorrichtung geeignet, die bei einer hohen Frequenz betrieben wird, da das Substrat einer Feinbearbeitung unterzogen werden kann.
  • In dem oben beschriebenen Beispiel sind die Mikrowellentransistoren 503 bis 505 und das Diodenpaar 506 auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen. Alternativ können mehrere Funktionsblöcke auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sein, wobei jeder der Funktionsblöcke durch das Integrieren von Transistoren und einer Vorspannungsschaltung auf dem Halbleitersubstrat erhalten wird, wie in den 24A(a) und 24A(b) dargestellt ist. In diesem Fall können die Elemente der Vorspannungsschaltung, wie etwa ein Widerstand 515 und ein MIM-Kondensator 516 (MIM, Metall-Isolator-Metall) in der unmittelbaren Umgebung eines Mikrowellentransistors auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sein. Dadurch besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine parasitäre Kapazitätskomponente oder eine parasitäre Induktivitätskomponente auftreten, wodurch ein stabiler Schaltungsbetrieb realisiert wird.
  • Obwohl in dem Beispiel ein beispielhafter Frequenzabwärtsumsetzer, der den rauscharmen Verstärker 502 und den Frequenzmischer 502 enthält, dargestellt wurde, ist die Erfindung nicht auf eine derartige Struktur beschränkt.
  • Um z. B. einen Oszillator zur Verwendung in einem Mikrowellenband und in einem Millimeterwellenband zu schaffen, ist für die Transistoren eine Rückkopplungssteuerung erforderlich. In diesem Fall können ein Kondensatorelement 516, eine kurze Blindleitung 517 (die als ein induktives Element dient) oder dergleichen in der unmittelbaren Umgebung eines Mikrowellentransistors vorgesehen sein, wie in den 24B(a) und 24B(b) dargestellt ist, um dadurch einen Funktionsblock zu schaffen, der eine Reihenrückkopplungsschaltung enthält. Alternativ können Übertragungsleitungen 519 und Kopplungsleitungen 518 in der unmittelbaren Umgebung eines Transistors vorgesehen sein, wie in den 24C(a) und 24C(b) dargestellt ist, um dadurch einen Funktionsblock zu schaffen, der eine Parallelrückkopplungsschaltung enthält.
  • Die Größe dieser Rückkopplungsschaltungen verringert sich, wenn die Betriebsfrequenz ansteigt. Deswegen sind im Fall einer Reihenrückkopplungs schaltung, die in den 24B(a) und 24B(b) dargestellt ist, Elemente mit niedrigen Kapazitäts- oder Induktivitätswerten als das kapazitive Elemente 516 und das induktive Element 517 (kurze Blindleitung) erforderlich. Im Fall einer Parallelrückkopplungsschaltung, die in den 24C(a) und 24C(b) dargestellt ist, müssen die Kopplungsleitungen 518 einen kleinen Kopplungsabstand 4 aufweisen.
  • Es ist im Allgemeinen schwierig, Elemente zu schaffen, die diese Anforderungen auf einem dielektrischen Substrat, wie etwa ein Keramiksubstrat, im Hinblick auf die dafür erforderlichen Verarbeitungstechniken erfüllen. Gemäß der Erfindung können jedoch derartige Elemente auf einem Halbleitersubstrat durch Mikrobearbeitung auf der Grundlage einer Halbleiterbearbeitungstechnik geschaffen werden. Die oben beschriebene Rückkopplungsschaltung kann z. B. gleichzeitig ausgebildet werden, während die Mikrowellentransistoren 503 bis 505 auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden.
  • Es ist außerdem möglich, mehrere derartige Funktionsblöcke zu verwenden, wovon jeder durch Integrieren von Transistoren und einer Rückkopplungsschaltung erhalten wird. Da in diesem Fall die Rückkopplungsschaltung in der unmittelbaren Umgebung eines Mikrowellentransistors vorgesehen ist, besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine parasitäre Kapazitätskomponente, eine parasitäre Induktivitätskomponente, eine parasitäre Leitungskomponente oder dergleichen auftrifft, wodurch ein stabiler Schaltungsbetrieb realisiert wird.
  • In dem oben beschriebenen Frequenzabwärtsumsetzer sind lediglich die passiven Schaltungen 507 auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen. Eine aktive Schaltung kann jedoch alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein. Der Ausgangsabschnitt der Frequenzabwärtsumsetzungsschaltung gibt das Signal IFout in dem Zwischenfrequenzband aus, das durch eine Abwärtsumsetzung seiner Frequenz zu einer niedrigeren Frequenz erhalten wird, wie oben beschrieben wurde. Es ist deswegen z. B. möglich, eine aktive Schaltung, wie etwa eine Hybrid-IC oder eine MMIC, durch eine Kombination von einzelnen Transistoren zu schaffen, bei denen eine Zwischenfrequenz-Signalverarbeitungsschaltung, eine Frequenzumsetzungsschaltung zum Umsetzen eines Signals in ein Grundbandsignal oder dergleichen als Baugruppe zusammengefasst werden.
  • BEISPIEL 17
  • Ein beispielhafter Frequenzvervielfacher unter Verwendung von mehreren Transistoren wird unter Bezugnahme auf die 25A bis 25E als eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung gemäß dem Beispiel 17 der Erfindung beschrieben. Elemente in den 25A bis 25E, die gleiche Bezugszeichen aufweisen, wie die in den 23A bis 23C gezeigten Elemente, werden nicht weiter beschrieben.
  • In 25A, die einen Schaltplan darstellt, der die gesamte Schaltung zeigt, enthält eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung des Beispiels vier Transistoren 521 bis 524, die auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, und die passiven Schaltungen 507, die auf dem dielektrischen Substrat 520 vorgesehen sind. 25B(a) veranschaulicht die Positionierung der Metallhöcker 509 in Bezug auf die Transistoranordnung 508, die die Transistoren 521 bis 524 auf dem Halbleitersubstrat enthält. Die 25B(b) veranschaulicht die Positionierung der Eingangs-/Ausgangs-(Verbindungs-) Anschlüsse 510, der Erdungsanschlüsse 511, der Metallhöcker 509 und der Durchgangslöcher 512 in Bezug auf das dielektrische Substrat. 25B(c) veranschaulicht das Halbleitersubstrat und das dielektrische Substrat, die miteinander integriert sind. Darüber hinaus entsprechen die 25C(a) bis 25C(c) bzw. 25D(a) bis 25D(c) den 25B(a) bis 25B(c), die geringfügig unterschiedliche Anordnungen der Erdungsanschlüsse, der Metallhöcker und dergleichen in Bezug auf die Transistoranordnung 508 veranschaulichen. 25E ist dagegen ein Schaltplan, der die gesamte Schaltung zeigt und eine Layoutdarstellung der Funktionselementanordnung 508 auf einem Halbleitersubstrat 503 gemeinsam mit einer Layoutdarstellung der passiven Schaltungen 507 auf dem dielektrischen Substrat 520 veranschaulicht. In allen diesen Figuren sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
  • In dem Schaltplan von 25A enthält die Vorrichtung des Beispiels, die als ein Frequenzvervielfacher funktioniert, die passiven Schaltungen 507, die aus den Übertragungsleitungen gebildet sind, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, und die Transistoren 521 bis 524. Eine Frequenz f0 eines vorgegebenen Eingangssignals wird in jedem der Transistoren 521 bis 524 verdoppelt, wobei schließlich ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 16·f0 bereitgestellt wird. Bei einem Eingangssignal z. B. mit einer Frequenz f0 = 2 GHz beträgt die Ausgangsfrequenz 32 GHz.
  • Die passive Schaltung 507 enthält eine Schaltung zum Realisieren einer effizienten Frequenzvervielfachung durch Erreichen einer Impedanzanpassung zwischen den Transistoren 521 bis 524 und eine Schaltung zum Entfernen von unnötigen Wellen. Wie in 25E dargestellt ist, ist ein Halbleitersubstrat 530, das die darauf vorgesehene Transistoranordnung 508 enthält, durch ein Flip-Chip-Verbindungsverfahren über die Metallhöcker 509 mit den entsprechenden passiven Schaltungen 507, die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, integriert, wodurch ein Frequenzvervielfacher implementiert wird.
  • Die Erdungsanschlüsse 511 auf dem dielektrischen Substrat sind jeweils über die Durchgangslöcher 512 mit den (nicht gezeigten) Erdungsanschlüssen, die auf der Rückseite des dielektrischen Substrats vorgesehen sind, verbunden.
  • In 25B(a) enthält die Transistoranordnung 508 auf dem Halbleitersubstrat 530 die vier Transistoren 521 bis 524. Die Basis-, Kollektor- und Emitteranschlüsse B, C und E von jedem der Transistoren 521 bis 524 sind über die Metallhöcker 509 mit den Eingangs-/Ausgangs-(Verbindungs-) Anschlüssen 510 und den Erdungsanschlüssen 511 auf dem dielektrischen Substrat, das in 25B(b) dargestellt ist, physikalisch und elektrisch verbunden.
  • Die vier Transistoren 521 bis 524 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Transistoren 521 und 522 können z. B. eine Reihe bilden und die anderen Transistoren 523 und 524 können die andere Reihe bilden. Die Transistoren 521 und 522 der ersten Reihe sind in einer Richtung angeordnet, die durch einen Pfeil 531 angegeben ist, wohingegen die Transistoren 523 und 524 der zweiten Reihe in der entgegengesetzten Richtung angeordnet sind, die durch einen Pfeil 532 angegeben ist. Infolge einer derartigen Struktur, bei der die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse der Transistoren in den entsprechenden Reihen in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, ist es möglich, die Transistoren 521 bis 524 effizient zu verbinden, um dadurch eine kleinere passive Schaltung zu erreichen, die für einen Hochfrequenzbetrieb besser geeignet ist.
  • Wie in den 25B(a) und 25B(c) dargestellt ist, sind z. B. die einzigen Erdungsanschlüsse, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, die Emitter anschlüsse E, wohingegen die Erdungsanschlüsse 511 auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind. Die Erdungsanschlüsse 511 sind auf dem dielektrischen Substrat so vorgesehen, dass sie im Allgemeinen die Transistoren 521 bis 524 umgeben. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine Isolation gegenüber der gegenseitigen Störung der Transistoren 521 bis 524.
  • Alternativ kann ein weiterer Erdungsanschluss 526 zusätzlich auf dem Halbleitersubstrat 530 vorgesehen sein, wie in 25C(a) dargestellt ist. Der Erdungsanschluss 526 wird erhalten, indem die Emitteranschlüsse E miteinander verbunden und verlängert werden, und ist so geformt, dass er im Allgemeinen die Transistoren 521 bis 524 umgibt. Die Erdungsanschlüsse 511 auf dem dielektrischen Substrat sind dagegen unabhängig für die entsprechenden Transistoren 521 bis 524 vorgesehen, wie in 25C(b) dargestellt ist. Die sich ergebende Struktur, die in 25C(c) dargestellt ist, gewährleistet eine Isolierung gegen die gegenseitigen Störungen der Transistoren 521 bis 524 und schafft eine Wärmeabstrahlungswirkung.
  • In der Struktur, die in den 25D(a) bis 25D(c) dargestellt ist, sind der Erdungsanschluss 526 (siehe 25D(a)), der auf dem Halbleitersubstrat 530 vorgesehen ist, und die Erdungsanschlüsse 511 (siehe 25D(b)), die auf dem dielektrischen Substrat vorgesehen sind, über die Metallhöcker 509 verbunden. Die Transistoren 521 bis 524 sind gemeinsam durch die Metallhöcker 509 und die Erdungsanschlüsse 511 und 526 dreidimensional umgeben (siehe 25D(c)). Dies gewährleistet eine Isolation gegen die gegenseitigen Störungen der Transistoren 521 bis 524 und schafft eine verbesserte Wärmestrahlungswirkung, während unnötige elektromagnetische Wellenmoden beseitigt werden, die zwischen dem Halbleitersubstrat und dem dielektrischen Substrat vorhanden sind.
  • Wie oben beschrieben wurde, schafft die Erfindung eine kleine kostengünstige Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung, die ermöglicht, dass die Entwicklungszeit verkürzt wird, und gute passive Schaltungscharakteristiken besitzt. Darüber hinaus kann der Anbringungsbereich vergrößert werden, wodurch die Anbringungsfestigkeit der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung verbessert wird. Es ist ferner möglich, die elektrische Isolation zwischen den aktiven Elementen zu verbessern und die Induktivität zwischen den Erdungsanschlüssen der entsprechenden aktiven Elemente zu verringern.
  • Durch Vorsehen eines Leiters auf der Rückseite des Halbleitersubstrats und Verbinden des Leiters über ein Durchgangsloch mit der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats, ist es möglich, die Strahlungscharakteristiken des aktiven Elements zu verbessern.
  • Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus, die Massepotentiale der passiven Elemente und der aktiven Elemente der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung zu stabilisieren, wodurch die Charakteristiken der Mikrowellen und Millimeterwellen stabilisiert werden. Durch Vorsehen des dielektrischen Substrats, das mehrere Schichten enthält, ist es ferner möglich, die mechanische Festigkeit des dielektrischen Substrats zu verbessern.
  • Gemäß der Erfindung kann ferner eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung geschaffen werden, die eine Funktionselementblockanordnung verwendet, die ein aktives Element und ein Diodenelement enthält, um beliebige Schaltungen im Bereich von einer Mikrowellenband-Schaltung bis zu einer Millimeterwellenband-Schaltung aufzunehmen. Da die Mikrobearbeitung auf der Grundlage einer Halbleiterbearbeitungstechnik bei dem Halbleitersubstrat angewendet werden kann, kann eine winzige passive Schaltung, die für ein Hochfrequenzband erforderlich ist, in der unmittelbaren Umgebung eines aktiven Elements vorgesehen werden, wodurch ein stabiler Schaltungsbetrieb realisiert wird. Da außerdem ein dielektrisches Substrat mit einem kleinen dielektrischen Verlust, wie etwa ein Keramiksubstrat, als Zwischenverbindung zum Verbinden von entsprechenden Transistoren verwendet werden kann, wird eine Zwischenverbindung mit einem geringen Verlust im Millimeterwellenband realisiert, wodurch eine Schaltung mit hohem Gewinn und großem Wirkungsgrad geschaffen wird. Während die Schaltung thermisch stabilisiert ist, kann ferner eine ausreichende Isolierung gegen gegenseitige Störungen der Transistoren gesichert werden und unnötige elektromagnetische Wellenmoden, die zwischen dem Halbleitersubstrat und dem dielektrischen Substrat vorhanden sind, können entfernt werden.
  • Verschiedene weitere Modifikationen werden einem Fachmann erscheinen und können von diesem leicht ausgeführt werden, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Es ist demzufolge nicht vorgesehen, dass der Umfang der beigefügten Ansprüche durch die hier dargestellte Beschreibung eingeschränkt werden soll, sondern dass die Ansprüche allgemein ausgelegt werden.

Claims (22)

  1. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500), mit: einem dielektrischen Substrat (1; 520), das wenigstens eine Signalleitung (4; 81), eine passive Schaltung (5) und einen ersten Erdungsleiterabschnitt (10; 82; 511), die auf einer Oberflächenseite des dielektrischen Substrats ausgebildet sind, enthält; und einem Halbleitersubstrat (2; 530), das mehrere aktive Elemente (6; 41–45; 55; 57–59, 61, 62; 508), die auf derselben Oberfläche ausgebildet sind, enthält, wobei: ein Eingangs-/Ausgangsanschluss eines der mehreren aktiven Elemente auf dem Halbleitersubstrat nicht mit irgendeinem Eingangs-/Ausgangsanschluss eines weiteren der mehreren aktiven Elemente elektrisch verbunden ist, jedoch der Eingangs-/Ausgangsanschluss eines der mehreren aktiven Elemente mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluss eines weiteren der mehreren aktiven Elemente in der Weise elektrisch verbunden ist, dass: die Signalleitung (4) zwischen die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (7, 8; 510) des einen und des anderen aktiven Elements über Metallhöcker (3; 501) physikalisch und elektrisch geschaltet ist; und der erste Erdungsleiterabschnitt (10; 82; 511) mit einem Erdungsanschluss (9; 520) des aktiven Elements über einen weiteren Metallhöcker (3; 509) physikalisch und elektrisch verbunden ist.
  2. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (200) nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Erdungsabschnitt (51–53) auf einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats, wobei der zweite Erdungsabschnitt durch Verbinden entsprechender Erdungsanschlüsse (10) der mehreren aktiven Elemente (55, 57, 59, 61, 62) miteinander über einen ersten Leiter gebildet ist.
  3. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (400) nach Anspruch 2, bei der: ein zweiter Leiter (71) auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats (2) vorgesehen ist; und der Erdungsleiterabschnitt (51–53) auf der Oberflächenseite des Halbleitersubstrats (2) mit dem zweiten Leiter (71) über ein Durchgangsloch (72) verbunden ist.
  4. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (500) nach Anspruch 1, bei der: eine Erdungsleiteroberfläche (12) auf einer Rückseite des dielektrischen Substrats (1) vorgesehen ist; und die Erdungsleiteroberfläche (12) mit dem Erdungsleiterabschnitt (82) auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats (2) über ein Durchgangsloch (11) verbunden ist.
  5. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (700; 1300) nach Anspruch 1, bei der: das dielektrische Substrat (1) eine erste dielektrische Schicht (101), eine Zwischenleiterschicht (102) und eine zweite dielektrische Schicht (103) enthält; eine Erdungsleiteroberfläche (12) auf einer Rückseite der zweiten dielektrischen Lage (103) vorgesehen ist; ein Erdungsleiterabschnitt (10) auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats (1) vorgesehen ist; Durchgangslöcher (11) vorgesehen sind, um eine Verbindung zwischen dem Erdungsleiterabschnitt (10) und der Zwischenleiterschicht (102) bzw. zwischen der Zwischenschicht und der Erdungsleiteroberfläche (12) herzustellen.
  6. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (1300) nach Anspruch 5, bei der: die Zwischenleiterschicht ein Schlitzkopplungsloch (171) aufweist; eine zweite Signalleitung (173) auf einer Rückseite der zweiten dielektrischen Schicht (103) vorgesehen ist; eine erste Signalleitung (172) auf einer Oberflächenseite der ersten dielektrischen Schicht (101) vorgesehen ist; und die zweite Signalleitung (173) mit der ersten Signalleitung (172) über das Schlitzkopplungsloch (171) für eine gewünschte Frequenz elektromagnetisch gekoppelt ist.
  7. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (900) nach Anspruch 1, bei der: wenigstens eine Mischereingang-Anpassungsschaltung (127) und eine Filterschaltung (126) als die passiven Schaltungen vorgesehen sind; und die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung ferner eine Frequenz umsetzungsvorrichtung (128–133) enthält.
  8. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (1200) nach Anspruch 1, bei der: ein Rahmenkörper (111) längs eines Umfangs des dielektrischen Substrats (2) vorgesehen ist; ein Deckel (112) auf dem Rahmenkörper vorgesehen ist, um das Halbleitersubstrat (2) abzudecken; und der Rahmenkörper (111) und der Deckel (112) jeweils geerdet sind.
  9. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (1000) nach Anspruch 8, bei der: eine erste Signalleitung (136) auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats (1) vorgesehen ist; ein externer Verbindungsanschluss (134) und eine zweite Signalleitung (135) auf einer Rückseite des dielektrischen Substrats (1) vorgesehen sind; der externe Verbindungsanschluss (134) mit der zweiten Signalleitung (135) verbunden ist; die zweite Signalleitung (135) mit der ersten Signalleitung über ein Durchgangsloch (137) oder ein Schlitzkopplungsloch verbunden ist; und die erste Signalleitung (136) mit der passiven Schaltung verbunden ist.
  10. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (1400) nach Anspruch 1, bei der: ein Eingangsanschluss auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats vorgesehen ist; eine ebene Antenne (141) auf einer Rückseite des dielektrischen Substrats (1) vorgesehen ist; die ebene Antenne (141) einen Leistungsversorgungsabschnitt (122) für die Verbindung mit der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats enthält; der Leistungsversorgungsabschnitt (128) mit dem Eingangsanschluss über ein Durchgangsloch oder ein Schlitzkopplungsloch (171) verbunden ist; und ein Eingang von dem Eingangsanschluss zu der passiven Schaltung vorgesehen ist.
  11. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (600) nach Anspruch 1, bei der: das dielektrische Substrat (92) aus Silicium hergestellt ist und eine Isolationsschicht (91) auf der Oberflächenseite des dielektrischen Substrats (92) besitzt; und die passive Schaltung durch einen Halbleiterprozess für Silicium ausgebildet ist.
  12. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der: die mehreren aktiven Elemente (6) mehrere Transistoren (503, 504, 505; 521–524), eine Diode (506) und einen Funktionsblock (508, 505; 521–524), der durch ein vorgegebenes Schaltungselement gebildet ist, das mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse aufweist, die jeweils mit einer Signalleitung (4) des dielektrischen Substrats (1) über einen Metallhöcker (3) physikalisch und elektrisch verbunden sind, enthalten.
  13. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Metallhöcker (3; 509) eine Verbindung zwischen Anschlüssen zulässt, die auf dem dielektrischen Substrat (1; 520) und auf dem Halbleitersubstrat (2, 530) vorgesehen sind.
  14. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das dielektrische Substrat (520) ein mehrlagiges Dünnschichtsubstrat ist, das auf dem Halbleitersubstrat (530) vorgesehen ist.
  15. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Funktionsblock ein Paar Transistoren (503, 504, 505) und ein Paar Dioden (506) enthält.
  16. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Funktionsblock einen Transistor (503–505) und eine Vorspannungsschaltung (515, 516) für den Transistor enthält.
  17. Mikrowellen- und Millimeterwellenvorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Funktionsblock einen Transistor (503–505) und eine Rückkopplungsschaltung (518) für den Transistor enthält.
  18. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der Erdungsanschlüsse (511) für den Funktionsblock und die entsprechenden Transistoren (521–524) auf dem dielektrischen Substrat (520) an Positionen vorgesehen sind, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren (521–524) umgeben.
  19. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Erdungsanschlüsse (526) für den Funktionsblock und die entsprechenden Transistoren (521–524) auf dem Halbleitersubstrat (530) an Positionen vorgesehen sind, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren umgeben.
  20. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Erdungsanschlüsse (511) für den Funktionsblock und die jeweiligen Transistoren (521–524) auf dem dielektrischen Substrat (520) und/oder auf dem Halbleitersubstrat (530) an Positionen vorgesehen sind, derart, dass sie den Funktionsblock und die Transistoren umgeben.
  21. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die mehreren Transistoren (521–524) so angeordnet sind, dass sie eine erste Reihe (531) und eine zweite Reihe (532) bilden, wobei Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für die erste Reihe auf dem Halbleitersubstrat in einer ersten Richtung vorgesehen sind, während Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für die zweite Reihe auf dem Halbleitersubstrat in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist, vorgesehen sind.
  22. Mikrowellen- und Millimeterwellen-Vorrichtung (200) nach Anspruch 1, bei der die mehreren aktiven Elemente (41–45) in einer Linie angeordnet sind, derart, dass die Richtungen der Eingänge/Ausgänge (7, 8) der mehreren aktiven Elemente (41–45) abwechselnd umgekehrt sind.
DE69931204T 1998-02-19 1999-02-18 Mikrowellen und Millimeterwellen-Vorrichtung Expired - Fee Related DE69931204T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3715698 1998-02-19
JP3715698 1998-02-19
JP3892299 1999-02-17
JP03892299A JP3496752B2 (ja) 1998-02-19 1999-02-17 マイクロ波・ミリ波装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69931204D1 DE69931204D1 (de) 2006-06-14
DE69931204T2 true DE69931204T2 (de) 2007-05-24

Family

ID=26376240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69931204T Expired - Fee Related DE69931204T2 (de) 1998-02-19 1999-02-18 Mikrowellen und Millimeterwellen-Vorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6384701B1 (de)
EP (1) EP0938139B1 (de)
JP (1) JP3496752B2 (de)
DE (1) DE69931204T2 (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3889885B2 (ja) * 1998-02-27 2007-03-07 シャープ株式会社 ミリ波送信装置、ミリ波受信装置、ミリ波送受信システム及び電子機器
US6107119A (en) * 1998-07-06 2000-08-22 Micron Technology, Inc. Method for fabricating semiconductor components
JP3413120B2 (ja) * 1999-02-23 2003-06-03 ローム株式会社 チップ・オン・チップ構造の半導体装置
US6208210B1 (en) * 1999-04-07 2001-03-27 Ericsson Inc. Advanced hybrid power amplifier design
US6961141B2 (en) 2000-02-25 2005-11-01 Eastman Kodak Company Method and electronic apparatus for formatting and serving inkjet image data
US20020041009A1 (en) * 2000-07-05 2002-04-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Transmission line assembly chip and a manufacturing method thereof in a multi-chip module
US6549071B1 (en) * 2000-09-12 2003-04-15 Silicon Laboratories, Inc. Power amplifier circuitry and method using an inductance coupled to power amplifier switching devices
JP2002319658A (ja) * 2001-04-20 2002-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
JP4081284B2 (ja) * 2002-03-14 2008-04-23 富士通株式会社 高周波集積回路モジュール
US6825559B2 (en) * 2003-01-02 2004-11-30 Cree, Inc. Group III nitride based flip-chip intergrated circuit and method for fabricating
JP4248338B2 (ja) 2003-08-05 2009-04-02 パナソニック株式会社 半導体装置
DE10336171B3 (de) * 2003-08-07 2005-02-10 Technische Universität Braunschweig Carolo-Wilhelmina Multichip-Schaltungsmodul und Verfahren zur Herstellung hierzu
JP2005340741A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Renesas Technology Corp 半導体装置
US7294904B1 (en) * 2005-02-10 2007-11-13 Xilinx, Inc. Integrated circuit package with improved return loss
US7554193B2 (en) * 2005-08-16 2009-06-30 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
JP2007116217A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Hitachi Ltd ミリ波レーダ装置およびそれを用いたミリ波レーダシステム
US7791192B1 (en) 2006-01-27 2010-09-07 Xilinx, Inc. Circuit for and method of implementing a capacitor in an integrated circuit
WO2008007258A2 (en) * 2006-06-20 2008-01-17 Nxp B.V. Power amplifier assembly
US8111001B2 (en) 2007-07-17 2012-02-07 Cree, Inc. LED with integrated constant current driver
JP5631607B2 (ja) * 2009-08-21 2014-11-26 株式会社東芝 マルチチップモジュール構造を有する高周波回路
DE112013003806T5 (de) * 2012-08-01 2015-04-23 Samtec, Inc. Mehrschichtige Übertragungsleitungen
US10109584B2 (en) * 2014-09-02 2018-10-23 Qualcomm Incorporated Patterned grounds and methods of forming the same
CN104617092B (zh) * 2014-11-06 2018-06-22 苏州捷芯威半导体有限公司 一种半导体器件及其制作方法
JP2016111400A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． 高周波電力増幅装置及び無線通信装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739448A (en) * 1984-06-25 1988-04-19 Magnavox Government And Industrial Electronics Company Microwave multiport multilayered integrated circuit chip carrier
US5406125A (en) * 1993-04-15 1995-04-11 Martin Marietta Corp. Semiconductor device having a metalized via hole
US5635762A (en) * 1993-05-18 1997-06-03 U.S. Philips Corporation Flip chip semiconductor device with dual purpose metallized ground conductor
EP0634890B1 (de) * 1993-07-12 1996-12-04 Nec Corporation Gehäusestruktur für Mikrowellenschaltung
JP3141692B2 (ja) * 1994-08-11 2001-03-05 松下電器産業株式会社 ミリ波用検波器
US5528203A (en) * 1994-09-26 1996-06-18 Endgate Corporation Coplanar waveguide-mounted flip chip
US5550518A (en) * 1995-06-12 1996-08-27 Endgate Corporation Miniature active conversion between microstrip and coplanar wave guide
JPH0946225A (ja) 1995-07-31 1997-02-14 Sharp Corp マイクロ波・ミリ波帯位相同期発振回路
FR2738395B1 (fr) * 1995-08-31 1997-10-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif autoporte pour la propagation d'ondes hyperfrequences et procedes de realisation d'un tel dispositif
KR100641431B1 (ko) * 1996-09-27 2007-06-04 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 전자기파처리장치
JP3472430B2 (ja) * 1997-03-21 2003-12-02 シャープ株式会社 アンテナ一体化高周波回路
JP3859340B2 (ja) * 1998-01-06 2006-12-20 三菱電機株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6384701B1 (en) 2002-05-07
EP0938139A3 (de) 2000-07-26
EP0938139A2 (de) 1999-08-25
JP3496752B2 (ja) 2004-02-16
JPH11330163A (ja) 1999-11-30
DE69931204D1 (de) 2006-06-14
EP0938139B1 (de) 2006-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69931204T2 (de) Mikrowellen und Millimeterwellen-Vorrichtung
DE10051661B4 (de) Demultiplexer-Platte vom Typ mit integrierter Antenne
DE69628253T2 (de) Ultrahochfrequenzfunkgerät
DE19813767C2 (de) Mikrowellen-Sender /Empfängermodul
DE69825199T2 (de) Integrierte Antenne mit Hochfrequenzschaltung mit via Schlitzkopplungsloch elektromagnetisch gekoppelter Speiseschaltung, die mit der Hochfrequenzschaltung verbunden ist
DE10350346B4 (de) Hochfrequenzleitungs-Wellenleiter-Konverter und Hochfrequenzpaket
DE69934933T2 (de) Gunndiode, NRD Leitungsschaltung und Verfahren zur Herstellung
DE102019105487A1 (de) Mikrowellenantennenvorrichtung und Mikrowellenantennenbaugruppe
DE10152533A1 (de) Hochfrequenz-Schaltungsplatineneinheit, Hochfrequenz-Modul, bei dem die Einheit verwendet ist, elektronische Vorrichtung, bei der das Modul verwendet ist, und Verfahren zur Herstellung der Hochfrequenz-Schaltungsplatineneinheit
DE60128843T2 (de) Mikrostreifenleiter und damit versehene Mikrowellenvorrichtung
DE212019000228U1 (de) Hochfrequenzmodul und Kommunikationsgerät
DE102011079105A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE60016069T2 (de) Ebene abstrahlende Oszillatoranordnung
EP0101611A2 (de) Sender/Empfänger-Modul
DE60131643T2 (de) Leiterplatte und entsprechendes Herstellungsverfahren zur Installation von Mikrowellenchips bis zu 80 Ghz
DE19907966C2 (de) Dielektrische Schaltung
DE60037297T2 (de) Methode zur Verminderung der gegenseitigen Induktanz zwischen Verbindungsdrähten einer Hochfrequenzverstärkerschaltung
DE10203366A1 (de) Mikrostreifenleitung, Resonatorelement, Filter, Hochfrequenzschaltung und elektronisches Gerät, das dieselben verwendet
DE60226188T2 (de) Elektronisches Filter
DE3613258C2 (de) Millimeterwellen-Schaltungsanordnung
EP0782768B1 (de) Integrierte schaltungsstruktur mit einem aktiven mikrowellenbauelement und mindestens einem passiven bauelement
DE102023203294A1 (de) Antennenvorrichtung, kommunikationsvorrichtung und bildaufnahmesystem
DE69830760T2 (de) Dielektrische integrierte Planarschaltung
DE19903814C2 (de) Mikrowellen-Millimeterwellenschaltunganordnung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE60101089T2 (de) Multifunktionelle integrierte schaltungsanordnung hoher frequenz

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee