JP2001237263A - 高周波回路装置及びその製造方法 - Google Patents

高周波回路装置及びその製造方法

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bonding
frequency circuit
frequency
circuit device
wire
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JP2000047926A
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English (en)
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Tadashi Isono
磯野  忠
Terumi Nakazawa
照美 仲沢
Kazuo Matsuura
一雄 松浦
Shiro Ouchi
四郎 大内
Mamoru Oba
衛 大場
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子とマイクロストリップラインの接
続部における伝送損失の充分な低減と、接続部での信頼
性の充分な保持が得られるようにした高周波回路装置を
提供すること。 【解決手段】 高周波用半導体基板4上のボンディング
パッド9に、予め金又は銅などの金属バンプ11を形成
しておき、この金属バンプ11を介して複数本のボンデ
ィングワイヤ7が接合されるようにし、超音波によるボ
ンディングパッド9のダメージを軽減するようにしたも
の。 【効果】 接合面積の広い金属バンプ11が接合されて
いるため、高周波用回路基板6の高周波伝送線路5との
接合が確実になされるので、有機材料で構成した高周波
用回路基板6においても、接続信頼性を高める効果があ
り、テールの発生が無いため、放射による伝送損失を低
減でき、これによる伝送特性のばらつきを低減できる効
果がある。

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・ミリ
波などの高周波で動作する半導体回路に係り、特に、マ
イクロストリップ線路を備えた半導体回路と、その製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波・ミリ波などの高周波で動作
する半導体回路装置には、高周波信号を伝送する手段と
して、マイクロストリップラインを用いたモジュールが
一般的に使用されているが、この場合、マイクロストリ
ップラインと半導体素子などの回路素子の間はワイヤボ
ンディングにより接続されることが多い。
【0003】図7は、このようなマイクロストリップラ
インを用いた高周波用半導体回路装置の一例として、マ
イクロ波レーダ装置用の送受信装置を示したもので、図
において、1は、例えば金属やセラミックで形成された
ベースプレート、2はウォール、3はカバーで、これら
により筐体を形成する。
【0004】そして、ベースプレート1の一方の面、つ
まり筐体の内側の面に、高周波信号を発振、増幅するた
めの高周波用半導体素子が形成された半導体基板4と、
高周波伝送線路5が形成された伝送路基板6を実装し、
ベースプレート1の他方の面には、平面アンテナ8を設
けてある。
【0005】ここで、伝送路基板6に形成されている高
周波伝送線路5がマイクロストリップラインを構成する
導体条で、これの端部と、半導体基板4に形成されてい
るボンディングパッド9の間が、金(Au)などのボンデ
ィングワイヤ7で接続され、必要な回路が形成されるよ
うにしてある。
【0006】ところで、この場合、高周波伝送線路5は
高周波用半導体素子4と異なる誘電率の誘電体基板上に
形成されることが多く、それぞれの特性インピーダンス
を、例えば50Ωなど、同じ値に整合させたとすると、
各基板の誘電率の違いから、伝送線路の幅を違う寸法に
する必要が生じ、これら幅の異なる伝送線路間をワイヤ
ボンディングにより接続した場合、その形状的な不連続
性から反射による伝送損失が生じ易い。
【0007】そこで、この反射による伝送損失を回避す
るため、従来技術では、例えば図8に示すように、2本
乃至3本の複数本のボンディングワイヤ7を用い、これ
により、高周波伝送線路5の幅に比較して、半導体基板
4のボンディングパッド9の大きさが小さいことによる
形状の不連続性を改善し、伝送損失の抑制が得られるよ
うにしていた。
【0008】ここで、この図8において、同図(a)は、
図7の接続部を拡大して示した平面図で、同図(b)は、
図8(a)のB−B線による断面図である。なお、この種
の技術については、例えば特開平11−4101号公報
の開示を挙げることができる
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導
体素子の小型化に対して配慮がされておらず、素子の小
型化に伴って接続部での信頼性が低下してしまうという
問題があった。これを図8により説明すると、半導体素
子は年々小型化の傾向にあり、これに伴い、半導体基板
4に形成されるボンディングパッド9のサイズも微細に
なってゆく。
【0009】ここで、半導体基板4に設けてあるボンデ
ィングパッド9のサイズは、形状的な不連続性を考慮す
ると、この半導体基板4に形成されている回路内での伝
送線路の幅とほぼ同等にする必要がある。
【0010】そうすると、このような小さなパッド面
に、複数本のワイヤ7をボンディングしようとすると、
ボンディングパッド9上に全てのワイヤを並べることが
でくなくなって、重ね合わせてウエッジボンディングせ
ざるを得ず、このため、チップ側のワイヤの接続に充分
な信頼性が確保できなくなってしまうのである。
【0011】例えば、高周波用半導体素子によく用いら
れているガリウム砒素(GaAs)基板の場合、その厚さに
よっても異なるが、通常、ボンディングパッド9のサイ
ズは0.1mm角程度であり、従って、ここに2本から
3本の複数本ワイヤをウエッジボンディングしようとす
ると、2本目、3本目のボンディングワイヤは、1本目
にボンディングしたワイヤの上からボンディングされる
ことになる。
【0012】そうすると、1本目のワイヤは、一旦ボン
ディングパッド9にボンディングされた後、更に2度も
3度もの超音波加振を受けることになり、この結果、上
記した従来技術では、ワイヤ強度が劣化したり、ボンデ
ィングパッド9を形成している蒸着膜と1本目のワイヤ
が過剰に結合させられることにより、ボンディングパッ
ド9の基板に対する密着強度が低下し、接合強度の保持
が困難になって、信頼性が低下してしまうのである。
【0013】また、従来技術では、ウエッジボンディン
グ、或いはリボンボンディングにより半導体素子とマイ
クロストリップラインを接続した場合、図8に示すよう
に、ボンディングワイヤ7の接続部にテール(接続の前
後に発生する余分な線)10が残ってしまう虞れも回避
できないため、この部分からの放射による伝送損失も無
視できないものとなり、伝送特性にばらつきが生じてし
まうといった課題もあった。
【0014】すなわち、ウエッジボンディングを適用し
た場合には、その機構上、図8で説明したようにテール
10の発生が避けられないが、高周波の伝送経路の途中
にテールのような突起部があると、これがアンテナの作
用をして、放射による伝送損失が発生してしまう。しか
も、このテールは、その長さや形状に不可避的にバラツ
キを持ち、この場合、そのまま伝送特性のバラツキに繋
がってしまうからである。
【0015】本発明の目的は、半導体素子とマイクロス
トリップラインの接続部における伝送損失の充分な低減
と、接続部での信頼性の充分な保持が得られるようにし
た高周波回路装置と、その製造方法を提供することにあ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的は、高周波用回
路基板上に金属膜により形成された高周波伝送線路と高
周波用半導体基板を複数本のボンディングワイヤにより
接続した高周波回路装置において、前記高周波用半導体
基板のボンディング部に予め金属バンプが形成してあ
り、前記複数本のボンディングワイヤが、前記金属バン
プを介して接続されるようにして達成される。
【0017】また、上記目的は、高周波用回路基板上に
金属膜により形成された高周波伝送線路と、高周波用半
導体基板を複数本のボンディングワイヤにより接続した
高周波回路装置において、前記高周波伝送線路の接続部
と前記高周波用半導体基板のボンディング部の双方に予
め金属バンプが形成してあり、前記複数本のボンディン
グワイヤが、前記金属バンプを介して接続されるように
しても達成される。
【0018】このとき、前記金属バンプが金のボールバ
ンプにより形成されているようにしてもよく、前記金属
バンプに対する前記複数本のボンディングワイヤの接合
が、ウエッジ式ボンディングでなされるようにし、さら
には、前記ボンディングワイヤがリボン線で構成される
ようにしても良い。
【0019】さらに、上記目的は、高周波用回路基板上
に金属膜により形成された高周波伝送線路と、高周波用
半導体基板を複数本のボンディングワイヤにより接続し
た高周波回路装置の製造方法において、前記高周波用半
導体基板のボンディング部にボールバンプを形成する工
程と、前記高周波伝送線路の接続部に、ワイヤの一方の
端部に形成したボールバンプを接合する工程と、前記ワ
イヤの他方の端部を、前記高周波用半導体基板のボンデ
ィング部に形成してあるボールバンプまでもたらして、
該ボールバンプに接合する工程とを備えるようにして達
成される。
【0020】本発明によれば、伝送損失が抑えられ、接
続信頼性の高い高周波回路装置を提供でき、さらには、
伝送特性のばらつきが抑えられた高周波回路装置を提供
できる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明による高周波用半導
体回路装置について、図示の実施形態の形態により、詳
細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態で、
同図(a)が拡大平面図で、同図(b)はA−A線による断面
図であり、これらの図において、11は金属バンプで、
その他は図8で説明した従来技術と同じである。
【0022】従って、この実施形態でも、半導体基板4
に形成されている接続端子部伝送路基板6に形成されて
いる高周波伝送線路5の端部と、半導体基板4のボンデ
ィングパッド9の間がボンディングワイヤ7で接続して
あり、これによりマイクロストリップラインを用いた所
定の高周波回路が構成されている点は、図8の従来技術
と同じであり、さらにこのとき、複数本、この場合は3
本のボンディングワイヤ7が接続に用いられていて、反
射による伝送損失の低減が図られている点も従来技術と
同じである。
【0023】金属バンプ11は、例えば図示のように、
短い円柱形をした、所定の大きさの金又は銅(Cu)の粒
状体で、例えば蒸着などの技法により、予め半導体基板
4のボンディングパッド9上に形成されているものであ
る。なお、この金属バンプ11の形状は上記の短い円柱
形に限るものではなく、要は立方体、つまり塊になって
さえいればよい。
【0024】そして、図示のように、3本のボンディン
グワイヤ7をウエッジボンディングにより半導体基板4
に接続する際、そこに形成してある金属バンプ11の上
に順次、1本づつボンディングしてゆくのである。
【0025】そうすると、最初のボンディングワイヤ7
も、ボンディングパッド9の上に直接置かれるのではな
く、ある程度厚さを持った金属バンプ11の上に置かれ
た状態になるので、ボンディングパッド9を形成してい
る蒸着膜に対しては、ボンディング用の超音波振動が間
接的に伝えられる形になり、ボンディングパッド9を形
成している蒸着膜に対するダメージを充分に軽減させる
ことができる。
【0026】また、2本目以降に接合されるボンディン
グワイヤ7は、最初のボンディングワイヤ7の上に重ね
られた状態で次々にボンディングされるが、このとき、
下側のボンディングワイヤ7は金属バンプ11の中に埋
め込まれた形で接合されているので、このときもボンデ
ィングパッド9に超音波が加振されるのが抑えられ、ダ
メージを充分に軽減することができる。
【0027】更に、2本目以降に接合されるボンディン
グワイヤ7も、単に下側にあるボンのボンディングワイ
ヤ7の上に重ねて接合されるのではなくて、金属バンプ
11の中に一部でも埋め込まれた形で接合されるので、
ボンディングが強固に与えられる。
【0028】従って、この実施形態によれば、多数本、
例えば3本ものボンディングワイヤ7の接合によっても
ボンディングパッド9にダメージを与える虞れがなく、
この結果、伝送損失が少なくて信頼性の高い高周波回路
装置を容易に得ることができる。
【0029】次に、図2は、本発明の第2の実施の形態
であり、図の(a)は拡大平面図で、同図(b)はC−C線に
よる断面図であり、これらの図において、12はボール
バンプで、その他の構成は、図1で説明した第1の実施
形態と同じである。
【0030】既に図1の実施形態で説明したように、本
発明では、半導体基板4のボンディングパッド9上に設
けるべき金属は、要するに立方体、つまり塊になってい
ればよい。そこで、この図2の実施形態では、図示のよ
うに、ほぼ球形をしたボールバンプ12をボンディング
パッド9上に形成し、これにより3本のボンディングワ
イヤ7を高周波用の半導体基板4と高周波用回路基板6
を接続し、マイクロストリップラインを用いた所定の高
周波回路が得られるようにしたものである。
【0031】ボールバンプ12は、例えば周知の金線ボ
ールボンダを用い、予め高周波用半導体基板4のボンデ
ィングパッド9上に形成しておく。
【0032】そして、その後、最初のボンディングワイ
ヤ7については、同じく金線ボールボンダでボールボン
ディングによりボールバンプ12上に接合させ、2本目
以降は、同じく金線ボールボンダによるも、今度はウエ
ッジボンディングにより順次ボールバンプ12上にボン
ディングワイヤ7を接合してゆくのである。
【0033】この図2の実施形態によれば、図1で説明
した第1の実施形態の効果に加え、ボールボンダを用い
ているので、ウエッジボンディングで生ずるテール10
(図8参照)の発生が無いため、放射による伝送損失を低
減でき、これによる伝送特性のばらつきを低減できる効
果がある。
【0034】次に、図3は、本発明の第3の実施の形態
であり、図の(a)は拡大平面図、同図(b)はG−G線によ
る断面図であり、これらの図において、12A、12
B、12Cはボールバンプで、その他の構成は、図2で
説明した第2の実施形態と同じである。
【0035】従って、この実施形態が、図2の実施形態
と異なる点は、高周波用回路基板6上の高周波伝送線路
5上のボンディング部にも、ボールバンプ12A、12
B、12Cを設け、夫々により3本のボンディングワイ
ヤ7の接合を行なうようにした点にある。
【0036】一般に、高周波用回路基板6の誘電体とし
ては、加工性、コストの面からテフロンなどの有機材料
が選択されているが、このような有機材料の場合、剛性
が低く、ボンディングの際、超音波加振力が吸収されて
しまうため、無機材料の基板の場合に比較してボンダビ
リティ(接合性)が劣ってしまうという問題がある。
【0037】特に、ウエッジボンディングのように、接
合面積が比較的小さいボンディング技法を用いた場合、
ボンダビリティに歴然とした差が現われる。
【0038】ここで、この図3の実施形態によれば、予
め接合面積が広く得られる金属のボールバンプ12A、
12B、12Cが設けられているので、高周波用回路基
板6の剛性が低くても、これらボールバンプ12A、1
2B、12Cにより超音波加振力が受け止められるの
で、充分な接合エネルギーへの変換が得られることにな
り、高いボンダビリティが得られる。
【0039】従って、この図3の実施形態によれば、有
機材料の高周波用回路基板6を用いた場合でも、高周波
伝送線路5との接合が確実になされるので、接続信頼性
の高い高周波回路装置を提供できる。
【0040】ところで、特に説明しなかったが、図1に
より説明した第1の実施形態では、高周波用回路基板6
の高周波伝送線路5に対して、ボンディングワイヤ7が
ボールボンディングされているが、図4に示す第4の実
施形態のように、高周波用回路基板6の高周波伝送線路
5に対するボンディングワイヤ7の接合にも、ウエッジ
式ワイヤボンディングを適用してもよい。
【0041】この場合でも、高周波用回路基板6の高周
波伝送線路5との接合と、高周波用半導体素子4のボン
ディングパッド9の蒸着膜への接合が確実になされるた
め、第1の実施形態と同等の効果を得ることができる。
なお、この図4でも、図の(a)は拡大平面図であり、同
図(b)はD−DG線による断面図である。
【0042】次に、図5は、本発明の第5の実施形態
で、この実施形態は、図3により説明した第3の実施形
態におけるボンディングワイヤ7に代えて、リボンワイ
ヤ13を用いた場合の本発明の一実施形態で、図の(a)
は拡大平面図であり、同図(b)はE−E線による断面図
である。
【0043】そして、この図5の実施形態も、上記した
第3の実施形態と同じく、ボールバンプ12、12A、
12Bを用いているので、当然、第3の実施形態とと同
等の効果が得られることはいうまでもない。
【0044】次に、本発明による高周波回路装置の製造
方法について、図6により説明すると、これは、図1〜
図3で説明した本発明の実施形態による高周波回路装置
を製造するのに好適な本発明による高周波回路装置の製
造方法の一実施形態であり、以下、この製造方法につい
て詳細に説明する。
【0045】まず、この図6において、14はキャピラ
リで、毛細管を持った細間状の部材剤であり、ボールバ
ンプが形成できる金線ボールボンダのボンディング工具
となるものである。
【0046】そして、このキャピラリ14の毛細管の中
に金のワイヤ15を通しておき、このワイヤ15を毛細
管の先端から繰り出して、例えば電気火花放電などによ
り溶融してボールバンプ12を形成できるようになって
いるもので、かつ、このキャピラリ14の先端を超音波
ボンディング用の工具として使用し、ウエッジボンディ
ングが行なえるようになっているものである。
【0047】次に、この実施形態による製造工程につい
て、説明する。最初、図の(2)に示すように、金ボール
バンプ12を形成する。次に、(1)に示すように、高周
波用半導体基板4のボンディングパッド9上に金のボー
ルバンプ12をボンディングする。次いで、再び(2)に
示すように、キャピラリ14の先端にボールバンプ12
を形成する。
【0048】次に、(3)に示すように、キャピラリ14
の先端のボールバンプ12を用い、高周波用回路基板6
の高周波伝送線路5上にボールボンディングしてから金
のワイヤ15を引き出してボンディングワイヤ7としな
がら、キャピラリ14を高周波用半導体基板4のボンデ
ィングパッド9上に移動させる。
【0049】この後、(4)に示すように、今度は、キャ
ピラリ14を用い、ウエッジボンディングにより、金の
ワイヤ14の先端を高周波用半導体基板4のボンディン
グパッド9上にあるボールバンプ12に接合する。
【0050】そして、以上の処理をボンディングワイヤ
7の本数に応じて繰り返し、(5)に示すようにボンディ
ングして、所定の高周波回路装置を得る。
【0051】従って、この実施形態によれば、図1〜図
2に示した本発明の実施形態である高周波回路装置を容
易に構成することができる。
【0052】なお、この実施形態では、本発明を金線ボ
ールボンダにより実施した場合を例に取り示したが、蒸
着あるいは金属ボールで形成した金属バンプ12を予め
高周波用半導体基板4のボンディングパッド9に形成し
た後に、ボンディングワイヤー7をウエッジボンディン
グにより接続しても構成できる。
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、ある程度厚さを持った
金属バンプが、見かけ上、ボンディングパッドの代替と
なるので、超音波によるボンディングパッドの蒸着膜へ
のダメージを軽減する効果がある。
【0054】また、接合面積の広い金属バンプにより接
合されているため、有機材料で構成した高周波用回路基
板においても、接続信頼性を高める効果がある。
【0055】さらには、テールの発生が無いため、放射
による伝送損失を低減でき、これによる伝送特性のばら
つきを低減できる効果がある。
【0056】従って、本発明によれば、伝送損失を抑え
つつ、接続信頼性の高い高周波回路装置を提供でき、さ
らには、伝送特性のばらつきを抑えた高周波回路装置を
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による高周波回路装置の第1の実施形態
を示す説明図である。
【図2】本発明による高周波回路装置の第2の実施形態
を示す説明図である。
【図3】本発明による高周波回路装置の第3の実施形態
を示す説明図である。
【図4】本発明による高周波回路装置の第4の実施形態
を示す説明図である。
【図5】本発明による高周波回路装置の第5の実施形態
を示す説明図である。
【図6】本発明による高周波回路装置の製造方法の一実
施形態を示す説明図である。
【図7】高周波回路装置の一例を示す断面図である。
【図8】従来技術による高周波回路装置の一例を示す説
明図である。
【符号の説明】
1 ベースプレート 2 ウォール 3 カバー 4 高周波用半導体基板 5 高周波伝送線路 6 高周波用回路基板 7 ボンディングワイヤ 8 平面アンテナ 9 ボンディングパッド 10 テール 11 金属バンプ 12 ボールバンプ 13 リボンワイヤ 14 キャピラリ 15 金のワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01P 5/08 H01P 5/08 N 11/00 11/00 F (72)発明者 仲沢 照美 茨城県ひたちなか市高場2520番地 株式会 社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 松浦 一雄 茨城県ひたちなか市高場2520番地 株式会 社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 大内 四郎 茨城県ひたちなか市高場2520番地 株式会 社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 大場 衛 茨城県ひたちなか市高場2520番地 株式会 社日立製作所自動車機器グループ内 Fターム(参考) 5F044 AA05 AA18 AA19 CC01 CC05 FF04 FF08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波用回路基板上に金属膜により形成
    された高周波伝送線路と、高周波用半導体基板を複数本
    のボンディングワイヤにより接続した高周波回路装置に
    おいて、 前記高周波用半導体基板のボンディング部に予め金属バ
    ンプが形成してあり、前記複数本のボンディングワイヤ
    が、前記金属バンプを介して接続されていることを特徴
    とする高周波回路装置。
  2. 【請求項2】 高周波用回路基板上に金属膜により形成
    された高周波伝送線路と、高周波用半導体基板を複数本
    のボンディングワイヤにより接続した高周波回路装置に
    おいて、 前記高周波伝送線路の接続部と前記高周波用半導体基板
    のボンディング部の双方に予め金属バンプが形成してあ
    り、 前記複数本のボンディングワイヤが、前記金属バンプを
    介して接続されていることを特徴とする高周波回路装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の発明にお
    いて、 前記金属バンプが金のボールバンプにより形成されてい
    ることを特徴とする高周波回路装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載の発明にお
    いて、 前記金属バンプに対する前記複数本のボンディングワイ
    ヤの接合が、ウエッジ式ボンディングでなされているこ
    とを特徴とする高周波回路装置。
  5. 【請求項5】 請求項1又は請求項2に記載の発明にお
    いて、 前記ボンディングワイヤがリボン線で構成されているこ
    とを特徴とする高周波回路装置。
  6. 【請求項6】 高周波用回路基板上に金属膜により形成
    された高周波伝送線路と、高周波用半導体基板を複数本
    のボンディングワイヤにより接続した高周波回路装置の
    製造方法において、 前記高周波用半導体基板のボンディング部にボールバン
    プを形成する工程と、 前記高周波伝送線路の接続部に、ワイヤの一方の端部に
    形成したボールバンプを接合する工程と、 前記ワイヤの他方の端部を、前記高周波用半導体基板の
    ボンディング部に形成してあるボールバンプまでもたら
    して、該ボールバンプに接合する工程とを備えた高周波
    回路装置の製造方法。
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