JP2000124358A - 高周波集積回路 - Google Patents

高周波集積回路

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JP2000124358A JP29035198A JP29035198A JP2000124358A JP 2000124358 A JP2000124358 A JP 2000124358A JP 29035198 A JP29035198 A JP 29035198A JP 29035198 A JP29035198 A JP 29035198A JP 2000124358 A JP2000124358 A JP 2000124358A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体薄膜を積層して形成した高周波集積回
路に関し、高機能な高周波集積回路を低価格で実現する
ことを目的とする。 【解決手段】 シリコン基板１０１にＭＩＭ型容量１０
２、スパイラルインダクタ１０３、薄膜抵抗１０４を形
成し、その上に第１のＢＣＢ１０５と、接地導体１０６
と、第２、第３のＢＣＢ１０７、１０８を積層して受動
回路を形成し、その上に能動素子１１１をフリップチッ
プ実装により実装した高周波集積回路で、能動素子を受
動素子と別々に形成するために低価格化が実現できる。
また、比較的低周波で使われる集中定数型受動素子と、
高周波で使われる分布定数型受動素子を、接地導体で分
離でき、高密度に受動素子を配置できるため、受動素子
基板も小型化、低価格化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体薄膜を積層
して形成した高周波集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、誘電体薄膜を積層した集積回路と
しては、１９９６年ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓマイクロ波シ
ンポジウムダイジェスト１２０９頁から１２１３頁に記
載されたものが知られている。
【０００３】図７に従来の誘電体薄膜を積層した集積回
路の構造を示す。６０１のガリウム砒素基板上に能動素
子としてＭＥＳＦＥＴ６０２と、受動素子としてＭＩＭ
型容量６０３、抵抗６０４を半導体プロセスを用いて形
成し、その上にポリィミド６０５を４層積層し、各層間
や層の上に金属配線を有し、層間をヴィアホール６０６
で接続する構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この集積回路では、高
周波の信号を処理するためのトランジスタと同一基板上
に受動素子を形成している。高価な半導体基板上に、低
周波で必要とする集中定数型の受動素子を形成するため
に、高コストとなる。
【０００５】本発明は上記課題を解決するものであり、
受動素子部分を安価な基板上に形成し、高価な能動素子
部分の基板面積を最小限に抑えて、能動素子部分を受動
素子とは別に形成することで低コスト化を実現すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】シリコン基板上に、ＭＩ
Ｍ型の容量と、スパイラルインダクタと、薄膜抵抗と、
これらを接続する金属配線とを有し、これらの素子の上
部に第１のＢＣＢ（ベンソシクロブテン）を積層し、前
記第１のＢＣＢの上面に接地面として金属を積層し、第
２、第３のＢＣＢを積層し、第２、第３のＢＣＢ上に金
属配線を有し、前記第１、第２、第３のＢＣＢ層間の金
属配線をヴィアホールで接続し、前記第３のＢＣＢ上に
金属電極を設け、前記金属電極上にフリップチップ実装
により能動素子を実装した構造を有する。
【０００７】これにより、接続による特性劣化がなく、
安価で高機能な高周波集積回路が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、シリコン基板上に、ＭＩＭ型の容量と、スパイラル
インダクタと、薄膜抵抗と、これらを接続する金属配線
とを有し、これらの素子の上部に第１のＢＣＢ（ベンソ
シクロブテン）を積層し、前記第１のＢＣＢの上面に接
地面として金属を積層し、第２、第３のＢＣＢを積層
し、第２、第３のＢＣＢ上に金属配線を有し、前記第
１、第２、第３のＢＣＢ層間の金属配線をヴィアホール
で接続し、前記第３のＢＣＢ上に金属電極を設け、前記
金属電極上にフリップチップ実装により能動素子を実装
したことを特徴とする高周波集積回路であり、受動素子
を比較的安価な基板上に形成し、能動素子をフリップチ
ップで実装することにより特性劣化することなく、高機
能な高周波集積回路を安価に実現できるという作用を有
する。
【０００９】請求項２に記載の発明は、シリコン基板の
裏面に、ＭＩＭ型容量と、スパイラルインダクタと、薄
膜抵抗を形成し、前記シリコン基板の裏面と表面をヴィ
アホールで接続したことを特徴とする請求項１記載の高
周波集積回路であり、受動素子を接地金属から離すこと
ができ、受動素子の自己共振周波数を高くすることがで
きるという作用を有する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、シリコン基板に
ヴィアホールを有し、裏面を放熱板の上に実装したこと
を特徴とする請求項１記載の高周波集積回路であり、高
出力のデバイスも実現できるという作用を有する。
【００１１】請求項４に記載の発明は、シリコン基板の
代わりに、ガリウム砒素基板またはガラス基板またはセ
ラミック基板または窒化アルミ基板を用いたことを特徴
とする請求項１記載の高周波集積回路であり、どの材料
を使用しても請求項１記載発明と同等の効果が得られる
といる作用を有する。
【００１２】請求項５に記載の発明は、ＢＣＢの代わり
に有機系材料を用いたことを特徴とする請求項１記載の
高周波集積回路であり、有機系材料を用いても請求項１
記載の発明と同等の効果が得られるという作用を有す
る。
【００１３】また、請求項６に記載の発明のように、有
機系材料として、ポリィミドを用いたことを特徴とする
請求項５記載の高周波集積回路としても、同様の作用を
呈する。
【００１４】請求項７に記載の発明は、シリコン基板の
代わりにガラス基板またはセラミック基板または窒化ア
ルミ基板の多層基板を用い、内層にも金属配線を形成
し、ヴィアホールで接続したことを特徴とする請求項１
記載の高周波集積回路であり、受動素子基板をさらに小
型化ができるという作用を有する。
【００１５】請求項８に記載の発明は、能動素子として
単体トランジスタを用いたことを特徴とする請求項１記
載の高周波集積回路であり、単体トランジスタを使用す
ることで高周波における動作が可能であるという作用を
有する。
【００１６】また、請求項９のように、単体トランジス
タとして、ＨＥＭＴまたはＨＢＴまたはＭＥＳＦＥＴま
たはバイポーラトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴのうち
少なくとも一つを用いたことを特徴とする請求項８記載
の高周波集積回路としても、同様の作用を呈する。
【００１７】請求項１０に記載の発明は、能動素子とし
て、１チップ内に複数の単体トランジスタを有するもの
を用いたことを特徴とする請求項１記載の高周波集積回
路であり、複数のトランジスタを一度に実装することに
より、実装のコストを低減するとともに、小型化を実現
できるという作用を有する。
【００１８】請求項１１に記載の発明は、能動素子とし
て、複数の半導体チップを同一基板上にフリップチップ
実装したことを特徴とする請求項１記載の高周波集積回
路であり、異種のトランジスタをモジュール内において
自由に用いることができるという作用を有する。
【００１９】請求項１２に記載の発明は、シリコン基
板、またはシリコン基板の代わりとして用いたガリウム
砒素基板上に、バイポーラトランジスタまたは電界効果
トランジスタを形成し、低周波の信号を処理する回路を
形成したことを特徴とする請求項１または４記載の高周
波集積回路であり、モジュールの面積を増やさず、電源
回路などの低周波回路を内蔵することができるという作
用を有する。
【００２０】請求項１３に記載の発明は、請求項１から
１２のいずれかに記載の高周波集積回路を用いたことを
特徴とする無線端末装置であり、無線端末装置の小型化
と低価格化を実現するという作用を有する。
【００２１】請求項１４に記載の発明は、請求項１から
１２のいずれかに記載の高周波集積回路を用いたことを
特徴とする無線基地局装置であり、無線基地局装置の小
型化と低価格化を実現するという作用を有する。
【００２２】請求項１５に記載の発明は、請求項１から
１２のいずれかに記載の高周波集積回路を用いたことを
特徴とする無線計測装置であり、無線計測装置の小型化
と低価格化を実現するという作用を有する。
【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の高周波集積回路にお
ける第１の実施の形態を示したものである。図１におい
て１０１はシリコン基板、１０２は窒化珪素を誘電体と
するＭＩＭ型容量、１０３はスパイラルインダクタ、１
０４は薄膜抵抗、１０５は第１のＢＣＢ膜、１０６は第
１のＢＣＢ膜上に形成した接地導体層、１０７、１０８
は第２、第３のＢＣＢ膜、１０９は分布定数回路を形成
するための金属配線、１１０はＢＣＢ層間を貫くヴィア
ホール、１１１は能動素子を形成した半導体チップ、１
１２はフリップチップ実装の接続部となる金バンプ、１
１３は封止樹脂である。
【００２４】このような構造とすることで、バイアス回
路などで必要となる容量１０２、インダクタ１０３、抵
抗１０４などの集中定数素子と高周波における整合回路
などで必要となる分布定数回路１０９を多層に配置する
ことにより、受動回路部分を小型化することができる。
そして、両者の層間には接地導体層１０６を設けている
ために、アイソレーションが確保できる。
【００２５】また、能動素子１１１を別の基板上に形成
するため、低コスト化が実現できる。
【００２６】更に、能動素子を微小な金バンプ１１２を
用いてフリップチップ実装により実装するため、高周波
における接続部の損失を低減することができる。
【００２７】なお、シリコン基板の代わりにガリウム砒
素基板、セラミック基板、ガラス基板などを用いても同
様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２８】また、ＢＣＢの代わりにポリィミドなどの
有機系の材料を使用しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。
【００２９】また、フリップチップする能動素子１１１
としては、ＨＥＭＴ、ＨＢＴ、ＭＥＳＦＥＴ、バイポー
ラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなどの単体
トランジスタのチップでも、これらの素子が複数集積化
されたチップでもよいが、複数集積化されたチップを用
いることにより、より小型化を実現することができる。
【００３０】（実施の形態２）図２は、高周波集積回路
における第２の実施の形態を示し、図２において第１の
実施の形態と異なるのは、シリコン基板の代わりに窒化
アルミ基板２０１を用い、窒化アルミ基板２０１にヴィ
アホール１１４を設け、窒化アルミ基板２０１を放熱板
１１６上に実装した点である。
【００３１】このように、放熱性に優れた窒化アルミ基
板を用いるとともに、裏面に熱を放熱するために、高出
力アンプなどの放熱性に優れた高周波集積回路が実現で
きる。
【００３２】（実施の形態３）図３は、高周波集積回路
における第３の実施の形態を示し、図３において第１の
実施の形態と異なるのは、集中定数素子１０２、１０
３、１０４をシリコン基板の裏面に形成し、ヴィアホー
ル１１６を介して表面の回路と接続した点である。
【００３３】このように、裏面に形成することで、表面
の接地導体層１０６との距離をとることができるため、
接地面に対する寄生容量を低減することができ、集中定
数素子の自己共振周波数を高くすることができる。
【００３４】（実施の形態４）図４は、高周波集積回路
における第４の実施の形態を示し、図４において第１の
実施の形態と異なる点は、シリコン基板１０１の代わり
としてセラミック多層基板３０１を用いて、その内層に
スパイラルインダクタ２０３や薄膜抵抗２０４を形成し
た点である。
【００３５】このようにすることで、さらに小型化を図
ることができる。 （実施の形態５）図５は高周波集積回路における第５の
実施の形態を示し、図６は回路例を示したものである。
図５において第１の実施例の形態と異なる点は、シリコ
ン基板１０１上に低周波信号の処理を行う半導体回路を
形成し、その上に第１、第２、第３のＢＣＢ膜１０５、
１０７、１０８を積層し、ＢＣＢ膜上に、高周波信号の
処理を行う高周波集積回路を形成した点である。
【００３６】本実施の形態においては、受動素子だけで
なく、トランジスタ３０２を半導体プロセスにより、シ
リコン基板１０１上に形成し、高周波増幅器の電源回路
や、バイアス回路などの低周波回路３０３をシリコン基
板上に形成し、高周波増幅器の１／４波長型高周波阻止
回路３０５や、入出力整合回路３０６などの高周波回路
３０３をＢＣＢの膜上に分布定数回路を用いて形成し、
能動素子１１１としてＨＢＴを用いている。
【００３７】このように、接地導体１０６を境として、
これより上層に高周波回路３０４、接地導体１０６より
下部に低周波回路３０３を設けることで、両者のアイソ
レーションを確保しながら、高密度に回路を形成するこ
とができ、小型化を実現することができる。
【００３８】また本実施の形態においては、低周波信号
処理回路として、電源回路を例としたが、Ａ／Ｄコンバ
ータ、ディジタルフィルタ、検波回路などのディジタル
信号処理回路を設けてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、シリコン
基板上とシリコン基板上に積層したＢＣＢ上に、高密度
に受動回路を形成し、その上に能動素子をフリップチッ
プ実装する構造とすることにより、接続による特性劣化
がなく、高集積度の集積回路を安価に実現できるという
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
構造断面図
【図２】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
構造断面図
【図３】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
構造断面図
【図４】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
構造断面図
【図５】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
構造断面図
【図６】本発明の一実施の形態による高周波集積回路の
回路例を示す図
【図７】従来の高周波集積回路の構造断面図
【符号の説明】
１０１ シリコン基板 １０２ ＭＩＭ型容量 １０３、２０３ スパイラルインダクタ １０４、２０４ 薄膜抵抗 １０５ 第１のＢＣＢ膜 １０６、１１５ 接地導体 １０７ 第２のＢＣＢ膜 １０８ 第３のＢＣＢ膜 １０９ 金属配線 １１０ ヴィアホール １１１ 能動素子 １１２ 金バンプ １１３ 封止樹脂 １１４ ヴィアホール １１６ 放熱板 ２０１ 窒化アルミ基板 ３０１ セラミック基板 ３０２ トランジスタ ３０３ 低周波回路 ３０４ 高周波回路 ３０５ １／４波長型高周波阻止回路 ３０６ 整合回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 洋 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5J006 HB01 HB05 HB22 HD08 HD12 JA02 JA03 LA15 LA21 LA25 NA08 PB01 5J067 AA04 AA41 CA91 CA92 FA16 HA02 HA09 HA10 HA11 HA12 HA24 HA25 HA29 HA33 KA12 KA13 KA29 KA42 KA47 KA65 KA68 KS11 KS25 KS27 LS12 MA21 QA02 QA04 QS03 QS04 QS05 QS11 QS12 QS17 TA01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板上に、ＭＩＭ型の容量と、
    スパイラルインダクタと、薄膜抵抗と、これらを接続す
    る金属配線とを有し、これらの素子の上部に第１のＢＣ
    Ｂ（ベンソシクロブテン）を積層し、前記第１のＢＣＢ
    の上面に接地面として金属を積層し、第２、第３のＢＣ
    Ｂを積層し、第２、第３のＢＣＢ上に金属配線を有し、
    前記第１、第２、第３のＢＣＢ層間の金属配線をヴィア
    ホールで接続し、前記第３のＢＣＢ上に金属電極を設
    け、前記金属電極上にフリップチップ実装により能動素
    子を実装したことを特徴とする高周波集積回路。
  2. 【請求項２】 シリコン基板の裏面に、ＭＩＭ型容量
    と、スパイラルインダクタと、薄膜抵抗を形成し、前記
    シリコン基板の裏面と表面をヴィアホールで接続したこ
    とを特徴とする請求項１記載の高周波集積回路。
  3. 【請求項３】 シリコン基板にヴィアホールを有し、裏
    面を放熱板の上に実装したことを特徴とする請求項１記
    載の高周波集積回路。
  4. 【請求項４】 シリコン基板の代わりに、ガリウム砒素
    基板またはガラス基板またはセラミック基板または窒化
    アルミ基板を用いたことを特徴とする請求項１記載の高
    周波集積回路。
  5. 【請求項５】 ＢＣＢの代わりに有機系材料を用いたこ
    とを特徴とする請求項１記載の高周波集積回路。
  6. 【請求項６】 有機系材料として、ポリィミドを用いた
    ことを特徴とする請求項５記載の高周波集積回路。
  7. 【請求項７】 シリコン基板の代わりにガラス基板また
    はセラミック基板または窒化アルミ基板の多層基板を用
    い、内層にも金属配線を形成し、ヴィアホールで接続し
    たことを特徴とする請求項１記載の高周波集積回路。
  8. 【請求項８】 能動素子として単体トランジスタを用い
    たことを特徴とする請求項１記載の高周波集積回路。
  9. 【請求項９】 単体トランジスタとして、ＨＥＭＴまた
    はＨＢＴまたはＭＥＳＦＥＴまたはバイポーラトランジ
    スタまたはＭＯＳＦＥＴのうち少なくとも一つを用いた
    ことを特徴とする請求項８記載の高周波集積回路。
  10. 【請求項１０】 能動素子として、１チップ内に複数の
    単体トランジスタを有するものを用いたことを特徴とす
    る請求項１記載の高周波集積回路。
  11. 【請求項１１】 能動素子として、複数の半導体チップ
    を同一基板上にフリップチップ実装したことを特徴とす
    る請求項１記載の高周波集積回路。
  12. 【請求項１２】 シリコン基板、またはシリコン基板の
    代わりとして用いたガリウム砒素基板上に、バイポーラ
    トランジスタまたは電界効果トランジスタを形成し、低
    周波の信号を処理する回路を形成したことを特徴とする
    請求項１または４記載の高周波集積回路。
  13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれかに記載の
    高周波集積回路を用いたことを特徴とする無線端末装
    置。
  14. 【請求項１４】 請求項１から１２のいずれかに記載の
    高周波集積回路を用いたことを特徴とする無線基地局装
    置。
  15. 【請求項１５】 請求項１から１２のいずれかに記載の
    高周波集積回路を用いたことを特徴とする無線計測装
    置。
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