EP1247306A1 - Monolithisch integriertes mikrowellenleiter-bauelement zur hochfrequenz-überkopplung - Google Patents

Monolithisch integriertes mikrowellenleiter-bauelement zur hochfrequenz-überkopplung

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Publication number
EP1247306A1
EP1247306A1 EP00979838A EP00979838A EP1247306A1 EP 1247306 A1 EP1247306 A1 EP 1247306A1 EP 00979838 A EP00979838 A EP 00979838A EP 00979838 A EP00979838 A EP 00979838A EP 1247306 A1 EP1247306 A1 EP 1247306A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
microwave
conductor
microwave conductor
line section
chip
Prior art date
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Ceased
Application number
EP00979838A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kern
Gregor Gerhard
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Ericsson AB
Original Assignee
Marconi Communications GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices

Definitions

  • the invention relates to a monolithically integrated microwave component with the features mentioned in the preamble of claim 1
  • Microwave conductor components of the generic type are known. These are used for emitting or decoupling electromagnetic waves of high frequency that are brought in via a microwave conductor.
  • microwave conductor components consist of a chip with an integrated conductor structured as a strip conductor or microstrip conductor. This conductor is known to be placed on the top of the chip Further circuit components, for example Veistarker, oscillators or the like can be integrated within the chip.
  • the Ch p is arranged on or next to a carrier, which likewise has a conductor for the electromagnetic waves designed as a strip conductor or microstrip conductor. Around the line structures of the chip and the carrier with one another to connect, it is known to contact them via a bond or ribbon connection.
  • the compensation structures are formed by line sections of the microwave conductors which have a conductor width adapted to the transition.
  • the compensation structure can be integrated in a simple manner by determining the layout of the microwave guides in the contact area.
  • the microwave guide assigned to the chip forms a capacitively acting line section in the contact area and the microwave guide assigned to the carrier forms an inductively acting line section in the contact area.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a monolithically integrated microwave conductor component
  • Figure 2 is a schematic plan view of the monolithically integrated microwave conductor component.
  • FIG. 1 shows a monolithically integrated microwave conductor component 10 in a longitudinal section.
  • the contact area 12 of a first micro-conductor 14 with a second microwave conductor 16 is shown.
  • the microwave conductor 14 is arranged on a chip 18, for example on a GaAs (gallium arsenide) chip.
  • the chip 18 has a thickness of 100 ⁇ m, for example.
  • the second microwave conductor 16 is arranged on a carrier 20, for example an Al 2 O 3 (aluminum oxide) substrate.
  • the carrier 20 has a thickness of 254 ⁇ m, for example.
  • An upper side 22 of the carrier 20 carries a metallization 24, while an underside 26 of the carrier 20 carries a metallization 28.
  • the metallizations 24 and 28 are galvanically connected via vias 30 indicated here.
  • the metallic Sations 24 and 28 are used in a known manner to provide a ground potential for integrated in the microwave conductor component 10 - not shown in detail - circuits. These can be monolithically integrated in the chip 18, for example.
  • the microwave conductor 14 consists of a first line section 32 and a second line section 34 and the microwave conductor 16 consists of a first line section 36 and a second line section 38.
  • the line sections 34 and 38 are in the contact area 12.
  • the metallization 24 forms in the contact area 12 a recess 40 which can be seen in FIG. 2 and which virtually encompasses the contact area 12.
  • the plated-through holes 30 are arranged symmetrically around the contact region 12 by the carrier 20.
  • the microwave conductor 14 comprises a width a in its line section 32 and a width b in its line section 34, the line section 34 being wider than the line section 32.
  • a taper structure 42 is formed in the transition between the line sections 32 and 34.
  • the microwave waveguide 16 has a width c in its line section 36 and a width d in its line section 38.
  • the width d is less than the width c.
  • the line section 38 forms a contact clock zone 44.
  • the microwave conductors 14 and 16 are connected to one another via a via 46 through the chip 18.
  • the via 46 connects the line sections 34 and 38.
  • the line sections 32 and 34 of the microwave conductor 14 and the line section 36 of the microwave conductor 16 are strip or microstrip conductors, while the line section 38 is designed as a coplanar conductor.
  • the line sections 34 and 38 form integrated compensation structures for compensating reflections in the contact area 12.
  • the section 32 forms a 50-ohm microstrip line by arrangement over the metallization 24 (ground).
  • the line section 36 of the micelle conductor 16 likewise forms a 50-ohm microstrip line, with a matching to the metallization 28 on the underside of the carrier 20.
  • the inventive design of the contact area 12 allows electromagnetic waves to be coupled out or out.
  • either the microwave 14 input and the microwave 14 output are coupled out or out.
  • reflection values of ⁇ 27 db result for the monolithically integrated microwave waveguide component according to the invention.
  • the transmission loss in transition here is less than 0.3 db.
  • the chip 18 can be applied to the carrier 20 itself in an adjusting manner when the microwave conductor component 10 is mounted. Contacting takes place by soldering, the chip 18 being adjusted on the carrier 20 itself — adjusting by the surface tension of the solder in the region of the contact area 12. As a result, tolerance deviations during assembly can be reduced to a minimum, so that the formation of parasitic elements in the contact area 12 - which could have an effect on the compensation - is negligibly small.

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement zur Hochfrequenz-Überkopplung, mit einem ersten, auf einem Mikrowellenleiterchip strukturierten Mikrowellenleiter und einem zweiten, auf einem Trägersubstrat strukturierten Mikrowellenleiter, wobei die Mikrowellenleiter durch eine Chip-Durchkontaktierung miteinander kontaktiert sind. Es ist vorgesehen, dass die Mikrowellenleiter (14, 16) im Kontaktbereich (12) jeweils eine integrierte Kompensationsstruktur (42, 34, 44, 38) zur Kompensation von Reflexionen aufweisen.

Description

Monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement zur Hochfrequenz -Überkopplung
Die Erfindung betrifft em monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen
Stand der Technik
Mikrowellenleiter-Bauelemente der gattungsgemaßen Art sind bekann . Diese dienen dem Em- beziehungsweise Auskoppeln von über einen Mikrowellenleiter herange- führten, elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz Derartige Mikrowellenleiter-Bauelemente bestehen aus einem Chip, dem ein als Streif enleiter beziehungsweise Mikrostreif enleiter strukturierter Leiter integriert ist Dieser Leiter ist bekannterweise auf der Oberseite des Chips angelegt Innerhalb des Chips können weitere Schal tungsbestandteile, beispielsweise Veistarker, Oszillatoren oder dergleichen, integriert sein. Der Ch p ist auf oder neben einem Trager angeordnet, der ebenfalls einen als Streif enleiter bezie- hungsweise Mikrostreif enleiter ausgelegten Leiter für die elektromagnetischen Wellen aufweist Um die Leitungsstrukturen des Chips und des Tragers miteinander zu verbinden , ist bekannt , diese über eine Bond- oder Bändchenverbindung miteinander zu kontaktieren . Hierbei ist nachteilig , daß eine derartige Auskopplung hochf requenter elektromagnetischer Wellen , insbeson- dere bei Frequenzen oberhalb von 10 GHz , aufgrund der Induktivität der Auskoppelleitung zu erhöhten Reflexionen führt . Um diese Ref lexionen auszugleichen , sind Kompensationsschaltungen vorzusehen . Dies erfordert in der Regel einen hohen Platzbedarf auf dem Chip . Ferner ist nachteilig , daß durch die mit den hohen Frequenzen verbundene geringe Wellenlänge bei Montagetoleranzen zwischen Chip und Träger beziehungsweise zwischen Leiterstrukturen und der Auskop- pelleitung zur Ausbildung parasitärer Elemente (Kapa- zitäten, Induktivitäten) führen , die eine Kompensation erschweren .
Aus " DBIT - DIRECT BACKSIDE INTERCONNECT TECHNOLOGY" ; IEEE , 6/ 97 ist bekannt , die Leitungsstrukturen des Chips und des Trägers durch eine Chip-Durchkontakt ie rung miteinander zu verbinden . Bei einer derartigen Chip-Durchkontakt ierung s ind zwar die durch die übliche Bond- oder Bändchenverbindung hervorgerufenen Reflexionen vermieden, j edoch bleibt das Problem der Kompensation bei der HF-Auskopplung ungelöst .
Vorteile der Erf indung
Das erfindungsgemäße monolithisch integrierte Mikro- wellenleiter-Bauelement bietet demgegenüber den Vorteil , daß in einfacher Weise eine Kompensation einer HF-Auskopplung erreicht ist . Dadurch, daß die Mikro- Wellenleiter - sowohl des Chips als auch des Trägers - im Kontaktbereich jeweils eine integrierte Kompensationsstruktur aufweisen, kann in einfacher Weise die Herstellung der HF-Auskopplung erfolgen und gleichzeitig eine elektrische Auslegung des Kontaktbereiches derart erfolgen, daß eine Kompensation von Reflexionen möglich ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, daß die Kompensationsstrukturen durch Lei- tungsabschnitte der Mikrowellenleiter gebildet sind, die eine dem Übergang angepaßte Leiterbreite besitzen. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise durch Bestimmen des Layouts der Mikrowellenleiter im Kon- taktierungsbereich die Kompensationsstruktur integrieren. Insbesondere ist vorgesehen, daß der dem Chip zugeordnete Mikrowellenleiter einen kapazitiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich ausbildet und der dem Träger zugeordnete Mikrowellen- leiter einen induktiv wirkenden Leitungsabschnitt im Kontaktbereich ausbildet. Durch Zusammenwirken dieser Leitungsabschnitte im Kontaktbereich mit einer Masseführung des Mikrowellenleiter-Bauelementes läßt sich eine Kompensation derart erzielen, daß die Leiter- Struktur der HF-Auskopplung dem eines 50-Ohm-Stan- dard-Mikrowellenleiters mit hinreichender Genauigkeit entspricht .
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert . Es zeigen :
Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein monolithisch integriertes Mikrowellenleiter- Bauelement und
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf das monolithisch integrierte Mikrowellenleiter-Bauelement .
Beschreibung des Ausf ührungsbeispiels
Figur 1 zeigt ein monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement 10 in einem Längsschnitt . Dargestellt ist der Kontaktbereich 12 eines ersten Mikro ellenleiters 14 mit einem zweiten Mikrowellenleiter 16 . Der Mikrowellenleiter 14 ist auf einem Chip 18 , beispielsweise auf einem GaAs (Galliumarse- nid) -Chip , angeordnet . Der Chip 18 besitzt beispielsweise eine Dicke von 100 μm . Der zweite Mikrowellen- leiter 16 ist auf einem Träger 20 , beispielsweise einem AI2O3 (Aluminiumoxid) - Substrat , angeordnet . Der Träger 20 besitzt beispielsweise eine Dicke von 254 μm . Eine Oberseite 22 des Trägers 20 trägt eine Metallisierung 24 , während eine Unterseite 26 des Trägers 20 eine Metallisierung 28 trägt . Die Metallisierungen 24 und 28 sind über hier angedeutete Durch- kontaktierungen 30 galvanisch verbunden . Die Metalli- sierungen 24 und 28 dienen in bekannter Weise der Bereitstellung eines Massepotentials für in das Mikrowellenleiter-Bauelement 10 integrierte - im einzelnen nicht dargestellte - Schaltungen . Diese können beispielsweise in dem Chip 18 monolithisch integriert sein .
Wie die in Figur 2 gezeigte sche atische Drauf sicht verdeutlicht , besteht der Mikrowellenleiter 14 aus einem ersten Leitungsabschnitt 32 und einem zweiten Leitungsabschnitt 34 und der Mikrowellenleiter 16 aus einem ersten Leitungsabschnitt 36 sowie einem zweiten Leitungsabschnitt 3 8 . Die Leitungsabschnitte 34 und 38 liegen im Kontaktbereich 12 . Die Metallisierung 24 bildet im Kontaktbereich 12 eine in Figur 2 erkennbare Aussparung 40 aus , die den Kontaktbereich 12 quasi umgreif t . Die Durchkontaktierungen 30 durch den Träger 20 s ind symmetrisch um den Kontaktbereich 12 angeordnet .
Der Mikrowe l lenleiter 14 umfaßt in seinem Lei tungs abschnitt 32 eine Breite a und in seinem Leitungsabschnitt 34 eine Breite b , wobei der Leitungsabschnitt 34 breiter ist als der Leitungsabschnitt 32 . Im Über- gang zwischen den Leitungsabschnitten 32 und 34 ist eine Taperstruktur 42 ausgebildet .
Der Mikrowel lenleiter 16 besitzt in seinem Leitungs abschnitt 3 6 eine Breite c und in seinem Leitungsab- schnitt 38 eine Breite d . Hierbei ist die Breite d geringer als die Breite c . Im unmittelbaren Kontakt bereich 12 bildet der Leitungsabschnitt 38 eine Kon- taktzone 44 aus . Die Mikrowellenleiter 14 und 16 sind über eine Durchkontakt ierung 46 durch den Chip 18 miteinander verbunden . Die Durchkontakt ierung 46 verbindet die Leitungsabschnitte 34 und 38 .
Die Leitungsabschnitte 32 und 34 des Mikrowellenlei- terε 14 sowie der Leitungsabschnitt 36 des Mikrowel- lenleiters 16 sind Streifen- beziehungsweise Mikrostreif enleiter , während der Leitungsabschnitt 38 als Koplanarleiter ausgebildet ist .
Die Leitungsabschnitte 34 und 38 bilden integrierte Kompensationsstrukturen zur Kompensation von Reflexionen im Kontaktbereich 12 . Der Abschnitt 32 bildet durch Anordnung über der Metallisierung 24 (Masse) eine 50 -Ohm-Mikrostreif enleitung aus . Der Leitungsabschnitt 36 des Mikro ellenleiters 16 bildet ebenfalls eine 50 -Ohm-Mikrostreif enleitung aus , wobei hier eine Abst immung auf die Metallisierung 28 an der Untersei - te des Trägers 20 erfolgte .
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kontakt - bereiches 12 können elektromagnetische Wellen einbeziehungsweise ausgekoppelt werden . Hierbei kann entweder der Mikrowellenleiter 14 Eingang und der
Mikrowellenleiter 16 Ausgang oder im umgedrehten Falle der Mikrowellenleiter 16 Eingang und der Mikrowellenleiter 14 Ausgang sein . Beispielsweise bei ei nem Signal mit einer Frequenz von bis 40 GHz ergeben sich für das erf indungsgemäße monolithisch integrierte Mikrowellenleiter-Bauelement Reflexionswerte von < 27 db . Die Transmissionsdämpfung im Übergang beträgt hier unter 0 , 3 db . Neben der Integration der Kompensationsstrukturen in den Kontaktbereich 12 ergibt sich als weiterer Vorteil , daß bei der Montage des Mikrowellenleiter-Bauelementes 10 der Chip 18 auf dem Träger 20 selbst justierend aufgebracht werden kann . Eine Kontaktierung erfolgt durch Löten, wobei die Justage des Chips 18 auf dem Träger 20 selbst - justierend durch die Oberflächenspannung des Lots im Bereich des Kontaktbereiches 12 erfolgt . Hierdurch lassen sich Toleranzabweichungen bei der Montage auf ein Minimum reduzieren , so daß das Entstehen parasitärer Elemente im Kontaktbereich 12 - die Auswirkung auf die Kompensation haben könnten - vernachlässigbar klein sind .

Claims

Patentansprüche
1. Monolithisch integriertes Mikrowellenleiter-Bauelement zur Hochfrequenz -Überkopplung, mit einem ersten, auf einem Mikrowellenleiterchip strukturierten Mikrowellenleiter und einem zweiten, auf einem Trägersubstrat strukturierten Mikrowellenleiter, wobei die Mikrowellenleiter durch eine Chip-Durchkontaktierung miteinander kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleiter (14, 16) im Kon- taktbereich (12) jeweils eine integrierte Kompensa- tionsstruktur (42, 34, 44, 38) zur Kompensation von Reflexionen aufweisen.
2. Mikrowellenleiter-Bauelement nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, daß der erste Mikrowellenleiter
(14) einen kapazitiv wirkenden Leitungsabschnitt (34) im Kontaktbereich (12) ausbildet.
3. Mikrowellenleiter-Bauelement nach Anspruch 2, da- durch gekennzeichnet, daß ein Leitungsabschnitt (32) des Mikrowellenleiters (14) über eine Taperstruktur (42) in den Leitungsabschnitt (34) übergeht.
4. Mikrowellenleiter-Bauelement nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mikrowellenleiter (16) einen induktiv wir- kenden Leitungsabschnitt (38) im Kontaktbereich (12) ausbildet .
5. Mikrowellenleiter-Bauelement nach Anspruch 4, da- durch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt (38) ein Koplanarleiter ist .
6. Mikrowellenleiter-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (32 und 34) des Mikrowellen- leiters (14) und der Leitungsabschnitt (36) des Mikrowellenleiters (16) Streifen- beziehungsweise Mikrowellenstreifenleiter sind.
7. Mikrowellenleiter-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen Chip (18) und Trägersubstrat (20) angeordnete Metallisierung (24) im Kontaktbereich (12) eine Ausnehmung (14) ausbildet.
EP00979838A 1999-12-10 2000-11-21 Monolithisch integriertes mikrowellenleiter-bauelement zur hochfrequenz-überkopplung Ceased EP1247306A1 (de)

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