JP2000323907A - マイクロ波ｉｃ接続線路 - Google Patents

マイクロ波ｉｃ接続線路

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JP2000323907A
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JP
Japan
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microwave
conductor
connection line
chip
bonding
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JP12698399A
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English (en)
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Tomoya Kaneko
友哉 金子
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波ＩＣ間を接続距離に影響されず安
定に接続する。 【解決手段】 マイクロ波ＩＣ間やその周辺回路とを接
続するため、３本の導線またはリボンを誘電体樹脂１３
で等間隔に並べた高周波回路用ボンディングワイヤ７を
用いる。中央の導線またはリボンに高周波信号を伝送
し、両側の導線またはリボンを接地することによりコプ
レーナ導波管（ＣＰＷ）として動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波ＩＣ接
続線路に関し、特に、マイクロ波帯やミリ波帯ＩＣの接
続に用いられるボンディングワイヤやリボンによるマイ
クロ波ＩＣ接続線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来のボンディングワイヤを用
いて高周波帯モノリシックＩＣチップ（以下、単にＩＣ
チップと称する）間を接続する構成について説明する図
面である。
【０００３】本図において、１ａ，１ｂは高周波増幅回
路やミキサー等の高周波回路が搭載されたＩＣチップ、
２はＩＣチップ１ａ，１ｂ上に設けられた高周波信号の
インターフェースとなるボンディングパッド、３はボン
ディングパッドに取り付けられ高周波信号を伝送する単
線のボンディングワイヤ、４は誘電体基板、５は誘電体
基板４上に取り付けられＩＣチップ１ａ，１ｂ間の高周
波信号を伝送するマイクロストリップ線路、６はＩＣチ
ップ１や誘電体基板４を上部に搭載する金属キャリアを
表す。
【０００４】ボンディングワイヤ３は、直径が約１５〜
３０マイクロメートルで、長さが数ミリメートルのもの
が一般に用いられる。
【０００５】図７では、ボンディングワイヤ３の長さを
短くするためにＩＣチップ１ａ、誘電体基板４、ＩＣチ
ップ１ｂは、それぞれ近接して配置されている。そし
て、ＩＣチップ１ａとマイクロストリップ線路５間及び
マイクロストリップ線路とＩＣチップ１ｂ間とをボンデ
ィングワイヤ３にて接続していた。
【０００６】以上説明した従来技術では、ボンディング
ワイヤを用いてＩＣチップ間を接続する構成を説明した
が、他に金等の金属でできたリボンも用いられている。
【０００７】すなわち、リボンは、１本のリボンで構成
され、厚さが約２０〜５０マイクロメートルで、長さが
数ミリメートルのものを用いてＩＣチップ間を接続して
いた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の単
線のボンディングワイヤやリボンを用いてＩＣチップを
接続する方法では、ボンディングワイヤやリボン自体に
マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号が伝送する。
【０００９】上述したようにボンディングワイヤやリボ
ンは、非常に細いため高周波信号帯ではインダクタンス
となる。
【００１０】このため、ボンディングワイヤやリボンの
長さや太さの相違によってインダクタンスが変化するこ
とにより高周波特性が変わり、例えば、高周波回路の不
整合損失特性が劣化する場合がある。
【００１１】図７に示した従来のボンディングワイヤを
用いたＩＣチップ間の接続では、ＩＣ設計時にＩＣチッ
プの種類を決め、そのＩＣチップの大きさに合う誘電体
基板を用意することでボンディングワイヤ長を最短にで
きる。
【００１２】しかし、ＩＣ量産時には低価格化や安定供
給のために、複数のＩＣ製造会社から同一機能のＩＣを
購入したり、同一のＩＣ製造会社であってもボンディン
グパッドの位置が変更したりＩＣ自体のサイズが変更と
なる場合がある。このため、予め決めた最短のボンディ
ングワイヤを維持できず、長くせざるを得ないことにな
る。
【００１３】この場合には、上述した理由から高周波特
性が劣化する問題が発生することになる。
【００１４】また、複数個のＩＣチップを直列接続して
使用するＭＣＭ（マイクロ波マルチチップモジュール）
の場合には、使用するＩＣチップの組がユニークに決ま
ったとしても個々のＩＣチップの大きさの個体差によ
り、やはりボンディングワイヤの長さがばらつくことに
なる。
【００１５】以上のように、従来のボンディングワイヤ
やリボンによる接続線路では、接続長にバラツキが生ず
る問題がある。
【００１６】このため、従来より図８のようにＩＣチッ
プ１ａ，１ｂ間に誘電体基板４を取り付けずマイクロス
トリップ線路５を介さずに直接ボンディングワイヤ３で
接続することも行われていた。
【００１７】しかし、図８の接続形態では、ＩＣチップ
間の距離のバラツキや変動要因を吸収するメリットを有
しているが、前述したようにボンディングワイヤ３はそ
れ自体インダクタンスであるため長さによりリアクタン
スが変化し、ＩＣチップの接続間距離により不整合損失
が変化する。
【００１８】すなわち、図８の接続形態では、ボンディ
ングワイヤ３の長さが長くなるため、不整合損失が増大
して高周波回路の入出力インピーダンスが劣化する問題
を有する。この問題は、リボンを用いた場合にも同様の
問題となっていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波ＩＣ
接続線路は、上記課題を解決するために、高周波集積回
路間を接続する高周波接続用線路において、高周波信号
を伝送する１本の第１の導体と、両端で接地され、前記
第１の導体の両側に一定間隔に平行に設けられた第２の
導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との周囲に塗
布し各導体を保持する誘電体樹脂とからなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明のマイクロ波ＩＣ接続
線路を示した外観図である。本図においては、マイクロ
波ＩＣ接続線路として高周波回路用ボンディングワイヤ
７を用いた場合の構成を示している。
【００２１】ここで、高周波回路用ボンディングワイヤ
７は、従来のボンディングワイヤ３のような単線を用い
たものではなくて、それぞれ単線の導線１０，１１，１
２を一定間隔にて並べて絶縁樹脂１３で固定した構成を
している。
【００２２】なお、図１では、これら導線１０，１１，
１２と絶縁樹脂１３とを分かりやすくするため、導線１
０，１１，１２を絶縁樹脂１３から突出した状態で記載
してある。
【００２３】本図において、１０，１１はともに断面が
円形の導線（接地用）、１２はマイクロ波やミリ波等の
高周波信号が伝送する断面が円形の導線（信号伝送
用）、１３は３本の導線１０，１１，１２のそれぞれの
周囲に塗布され、それぞれを一定間隔で平行に保持する
ための絶縁樹脂（本発明では、誘電体材料を用いるため
以下では誘電体樹脂と称する）である。
【００２４】図１のように接地用導線１０，１１と信号
伝送用導線１２とで構成された３本の導線を一定間隔で
平行に配置した高周波回路用ボンディングワイヤ７は、
全体構成としていわゆるコプレーナ導波管（以下、ＣＰ
Ｗと称する）を構成する。
【００２５】なお、接地用導線１０，１１と信号伝送用
導線１２の材料としては、金やアルミニウムの様な金属
が用いられる。また、後述する理由から誘電体樹脂の材
料は、ポリイミド、ポリエチレンなどが用いられる。
【００２６】また、ＣＰＷの特性インピーダンスは、高
周波回路用ボンディングワイヤ７における各導体の直径
をＤ、各導体間隔をＬ、誘電体樹脂の比誘電率をεとす
ると、これら定数を適当に選ぶことにより所定の特性イ
ンピーダンスにできる。
【００２７】上記の内容は、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｌ
ａｎａｒ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ
Ｆｉｌｔｅｒｓ（Ｊ．Ｈｅｌｓｚａｊｎ著、Ｊｏｈｎ
Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ社、ＩＳＢＮ）に各設計パ
ラメータと特性インピーダンスの定量的な関係が記載さ
れている。
【００２８】次に、図２は、高周波回路用ボンディング
ワイヤ７とモノリシックＩＣチップのボンディングパッ
ドとの接続状態を示した図である。
【００２９】本図において、１４，１５，１６は、それ
ぞれモノリシックＩＣチップ１ａ（１ｂ）上に隣接して
取り付けられたボンディングパッドである。そして、ボ
ンディングパッド１４，１５はＩＣチップ１ａ（１ｂ）
のグランドと接続され接地されている。また、ボンディ
ングパッド１６には高周波信号が供給されている。１７
は、導線１０，１１，１２の先端が放電されて溶解して
できた球状の金属（以下、ボールと称する）である。
【００３０】図２において、このボール１７とボンディ
ングパッド１４，１５，１６とは、熱圧着接合されて高
周波回路用ボンディングワイヤ７と各ボンディングパッ
ドの接続が行われている。
【００３１】次に、この高周波回路用ボンディングワイ
ヤ７とボンディングパッドとを熱圧着接合する方法を図
３、図４を用いて説明する。
【００３２】図３、図４において、加熱装置１８の上部
にモノリシックＩＣチップ１ａと１ｂが搭載された金属
キャリア６をのせて約１００〜３００℃の温度に加熱す
る（ステップ１）。なお、モノリシックＩＣ１ａ（１
ｂ）は、接着剤またはロウ材により金属キャリア６に搭
載されている。
【００３３】次に、高周波回路用ボンディングワイヤ７
の先端をボンディングパッド１４，１５，１６に接触さ
せる（ステップ２）。
【００３４】次に、電極１９をボンディングパッド１
４，１５，１６に近づける（ステップ３）。
【００３５】ここで、電極１９の融点は、導線１０，１
１，１２の材料である金またはアルミなどの融点約６０
０〜１１００℃よりも十分高い温度を有している。この
ような材料としては、例えば、タングステン、モリブデ
ンなどの金属が用いられる。
【００３６】さらに、電極１９にて電気的な放電現象を
起こさせることで、高周波回路用ボンディングワイヤ７
の先端部の誘電体樹脂１３を溶解させる（ステップ
４）。
【００３７】次に、誘電体樹脂１３が溶解された後、表
れた導線１０，１１，１２の先端を電極１９のジュール
熱で溶解させボール１７を形成する（ステップ５）。
【００３８】なお、放電電流は電極１９の金属の単位断
面積あたり１０5 Ａ／ｃｍ2 〜１０ 6 Ａ／ｃｍ2 程度と
すればよい。ここで、誘電体樹脂１３の融点は、加熱装
置１８の加熱温度より高く、金やアルミの融点よりも低
いとする。この結果、ジュール熱により導線を覆う誘電
体樹脂１３は溶解し、ボール１９の導体が露出する。
【００３９】最後に、下部から１５０℃から３００℃に
加熱されたＩＣチップ１ａ（１ｂ）のボンディングパッ
ド１４，１５，１６に、ボール１７を他のツール(例え
ば、ボールボンダ等）により押しつけることで、ボール
１７はボンディングパッド１４，１５，１６に熱圧着接
合される（ステップ６）。
【００４０】図５は、以上説明した本発明のマイクロ波
ＩＣ接続線路を用いてマルチチップモジュールに搭載さ
れたＩＣチップ１ａと１ｂとを接続した場合の外観図で
ある。
【００４１】ここで、マイクロ波マルチチップモジュー
ル（ＭＣＭ）とは、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅやＩｎＰなどの
化合物半導体を基板９とし、その上にトランジスタ、電
解効果トランジスタ、２次元電子ガストランジスタ、ダ
イオードなどとマイクロストリップ線路やＣＰＷを用い
て機能回路を構成したＭＭＩＣ１ａ，１ｂを複数個接続
した高周波回路を１個のモジュール内に搭載したもので
ある。
【００４２】本発明のマイクロ波ＩＣ接続線路を用いる
と、高周波回路用ボンディングワイヤ７はＣＰＷとして
一定のインピーダンス（特性インピーダンス）を維持で
きるため、ＩＣチップのその長さによって高周波特性を
変化させる問題を発生せず、インピーダンス整合の良い
特性が得られる効果を有している。 （第２の実施の形態）以上説明した本発明のマイクロ波
ＩＣ接続線路は、断面が円形である３本の高周波回路用
ボンディングワイヤを用いた構成で説明したが、本発明
はこれに限られるものではない。図６は、本発明の第２
の実施の形態としての高周波接続用線路は、断面が矩形
の金属製リボンを３個組み合わせた構成としている。
【００４３】本図において、接地用リボン２０，２１と
信号伝送用リボン２２とで構成された３本のリボンを誘
電体樹脂１３を用いて一定間隔で平行に配置した高周波
回路用リボン８が用いられている。
【００４４】本図の構成においても、図１と同様にコプ
レーナ導波管として動作しており、所要の高周波インピ
ーダンスを得るための機械的寸法（例えば、各リボン間
の距離Ｌやリボンの厚さＳ等）は前述した文献から決定
できる。
【００４５】また、各リボンとボンディングパッドとの
接続は、図３、４で説明したと同様の方法で構成でき、
図１と同様の効果を有している。 （第３の実施の形態）さらに、本発明のマイクロ波ＩＣ
接続線路は、断面が円形である高周波回路用ボンディン
グワイヤと断面が矩形のリボンを組み合わせても構成で
きる。例えば、本発明の第３の実施の形態では、信号伝
送用に高周波回路用ボンディングワイヤを用い、その両
側に接地用のリボンを設けて、これらで高周波回路用ボ
ンディングワイヤとリボンを誘電体樹脂で一定間隔で平
行に配置する構成を有している。
【００４６】本実施の形態においても、全てを高周波回
路用ボンディングワイヤやリボンとした場合と同様の効
果を得ることができる。 （第４の実施の形態）以上説明した実施の形態では、本
発明のマイクロ波ＩＣ接続線路で接続する対象をモノリ
シックＩＣチップで説明した。
【００４７】しかし、本発明のマイクロ波ＩＣ接続線路
は、この接続対象がモノリシックＩＣチップでなくても
構成できる。例えば、信号入出力パッドの両側に接地用
パッドを配した半導体ベアチップであっても、接続は可
能である。 （第５の実施の形態）また、以上説明した実施の形態で
は図１や図６のように３本の導線やリボンを用いてマイ
クロ波ＩＣ接続線路を構成していた。
【００４８】しかし、本発明はこれに限られるものでは
なく、信号伝送用の導線やリボンを１本として、その信
号伝送用導線やリボンの両側にそれぞれ２本以上の接地
用導線やリボンを設けてもよい。この場合、線路として
の実装スペースが増大するが、３本の導線やリボンを用
いた高周波接続用線路に比べてさらにグランドを強化し
て高周波特性を改善できる。
【００４９】なお、本発明のマイクロ波ＩＣ接続線路
は、マイクロ波帯やミリ波帯のような高周波信号の接続
に効果を発揮するが、直流配線の接続にも用いることが
できるのは勿論である。特に、直流バイアス供給用パッ
ドが複数個等間隔で並んでいる場合に、本ワイヤを用い
ることで、接続行為の作業回数を節減できる効果があ
る。
【００５０】
【発明の効果】本発明のマイクロ波ＩＣ接続線路は、隔
たった場所に搭載されたモノリシックＩＣ等の信号電極
間の接続手段として以下の効果を有している。 （１）上述した文献によると、ＣＰＷの性質として、導
体間隔が広くなることにより特性インピーダンスが上が
り、狭くなることで特性インピーダンスは下がる特性を
有しているが、３本の導体は樹脂により間隔が固定され
ているため、安定な特性インピーダンスが得られる。 （２）ＩＣチップの大きさの違いや、ＩＣチップ搭載位
置のバラツキなどにより、ＩＣ間の接続距離が変動した
としても、インピーダンスが安定であるためフレキシブ
ルに対応できる。また、本発明のＣＰＷの特性インピー
ダンスをＩＣチップの入出力インピーダンスに選ぶこと
で、接続の長さによらず接続時の不整合損失をなくすこ
とができる。 （３）従来のボンディングワイヤやリボンを用いた場合
には、ＭＭＩＣが数ミリメートルというように長距離隔
てて接続すると、ボンディングワイヤが撓んで周囲のシ
ャーシや周囲回路と不用意に接触したり、短絡するおそ
れがあるが、本発明のマイクロ波ＩＣ接続線路では線路
表面が絶縁されているためこのような問題を全く発生し
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波回路用ボンディングワイヤを用
いたマイクロ波ＩＣ接続線路の構成を説明する外観図で
ある。
【図２】図１の高周波回路用ボンディングワイヤとボン
ディングパッドとの接続を説明する図である。
【図３】図２の高周波回路用ボンディングワイヤとボン
ディングパッドとの接続方法を説明するブロック図であ
る。
【図４】図２の高周波回路用ボンディングワイヤとボン
ディングパッドとの接続方法を説明するフローチャート
である。
【図５】図１のマイクロ波ＩＣ接続線路を用いたＩＣチ
ップ間の接続を説明するための外観図である。
【図６】リボンを用いたマイクロ波ＩＣ接続線路を示す
外観図である。
【図７】従来のボンディングワイヤを用いたＩＣチップ
間の接続を示す外観図である。
【図８】他の従来のボンディングワイヤを用いたＩＣチ
ップ間の接続を示す外観図である。
【符号の説明】
１ モノリシックＩＣチップ ２ ボンディングパッド ３ ボンディングワイヤ ４ 誘電体基板 ５ マイクロストリップ線路 ６ 金属キャリア ７ 高周波回路用ボンディングワイヤ ８ 高周波回路用リボン ９ 化合物半導体基板 １０ 導線 １１ 導線 １２ 導線 １３ 誘電体樹脂 １４ ボンディングパッド １５ ボンディングパッド １６ ボンディングパッド

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波集積回路間を接続するマイクロ波
    ＩＣ接続線路において、 高周波信号を伝送する１本の第１の導体と、両端で接地
    され、前記第１の導体の両側に一定間隔に平行に設けら
    れた第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体と
    の周囲に塗布し各導体を保持する誘電体樹脂とからなる
    ことを特徴とするマイクロ波ＩＣ接続線路。
  2. 【請求項２】 前記第２の導体は、２本の円形断面の金
    属製ボンディングワイヤであることを特徴とする請求項
    １記載のマイクロ波ＩＣ接続線路。
  3. 【請求項３】 前記第２の導体は、２本の矩形断面の金
    属製リボンであることを特徴とする請求項１記載のマイ
    クロ波ＩＣ接続線路。
  4. 【請求項４】 前記第２の導体は、３本以上の円形断面
    の金属製ボンディングワイヤであることを特徴とする請
    求項１記載のマイクロ波ＩＣ接続線路。
  5. 【請求項５】 前記第２の導体は、３本以上の矩形断面
    の金属製リボンであることを特徴とする請求項１記載の
    マイクロ波ＩＣ接続線路。
  6. 【請求項６】 前記第１、第２の導体は、前記円形断面
    の金属製ボンディングワイヤと前記矩形断面の金属製リ
    ボンとを含むことを特徴とする請求項１記載のマイクロ
    波ＩＣ接続線路。
  7. 【請求項７】 前記高周波集積回路はモノリシックＩＣ
    チップであり、前記第１の導体の両端が前記モノリシッ
    クＩＣチップの信号用ボンディングパッドと接続され、
    前記第２の導体の両端が前記モノリシックＩＣチップの
    接地用ボンディングパッドと接続されることを特徴とす
    る請求項１記載のマイクロ波ＩＣ接続線路。
  8. 【請求項８】 前記高周波集積回路は半導体ベアチップ
    であり、前記第１の導体の両端が前記半導体ベアチップ
    の信号用パッドと接続され、前記第２の導体の両端が前
    記半導体ベアチップの接地用パッドと接続されることを
    特徴とする請求項１記載のマイクロ波ＩＣ接続線路。
  9. 【請求項９】 前記マイクロ波ＩＣ接続線路の特性イン
    ピーダンスは、前記第１、第２の導体の大きさや前記誘
    電体樹脂の誘電率に基づき決定されることを特徴とする
    請求項１記載のマイクロ波ＩＣ接続線路。
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