JP2001292026A - パッケージ集積回路 - Google Patents

パッケージ集積回路

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JP2001292026A JP2001022627A JP2001022627A JP2001292026A JP 2001292026 A JP2001292026 A JP 2001292026A JP 2001022627 A JP2001022627 A JP 2001022627A JP 2001022627 A JP2001022627 A JP 2001022627A JP 2001292026 A JP2001292026 A JP 2001292026A
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Ilse Wuyts
イルセ・ウイツ
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ステフアン・ヘルト・アレクサンダー・テルリン
Frank Olyslager
フランク・オリスラヘル
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Zutter Daniel De
ダニエル・デ・ズツテル
Vliet Rick Van
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より小型で、知られているものよりもコスト
が低い、無線周波装置で使用するパッケージ集積回路を
提供する。 【解決手段】 このパッケージ集積回路は、集積回路ダ
イに含まれる１つまたは複数の無線周波部品から構成さ
れている。集積回路ダイは無線周波アンテナに結合され
ている。無線周波アンテナはまたパッケージ集積回路に
含まれるが、集積回路ダイには含まれない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１のプリア
ンブルに記載のパッケージ（化）集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】そのようなパッケージ集積回路は、たと
えば、ＡＴＭＥＬ発表「ATMEL announces Bluetooth so
lution」、１９９９年１１月８日、およびＡＴＭＥＬブ
ルーツースソリューション発表「No more cables The B
luetooth wireless standard and ATMEL Corporation’
s instant time-to-market Bluetooth solution」から
技術上既に知られている。両文献ともＡＴＭＥＬウェブ
サイトに記載されている。そこでは、ブルーツーストラ
ンシーバ（送受信機）が、無線、ベースバンド、かつフ
ラッシュメモリをボールグリッドアレイパッケージ内に
含んでいるマルチチップモジュールから構成されてい
る。このモジュールは、フィルタおよびアンテナのよう
な種々の外部個別部品と共に、印刷回路基板上に組み立
てられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】様々な種類の小型携帯
用装置においてそのようなトランシーバを使用するの
で、そのようなトランシーバ装置は非常に小型であるこ
とが必要である。さらに、予想される大多数のそのよう
なトランシーバがブルーツース支援装置に適用されるこ
とを考慮すると、そのようなトランシーバの生産コスト
および組立コストは低くすべきである。
【０００４】本発明の目的は、上述の知られているタイ
プものではあるが、より小型であり、知られているもの
よりもコストが低いパッケージ集積回路を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、請求項１に記載のパッケージ集積回路によって達
成される。
【０００６】実際に、この目的は、パッケージ集積回路
中に実現された集積回路ダイ中に少なくとも１つの無線
周波部品を設け、かつ無線周波アンテナをも同じパッケ
ージ中に集積化することによって達成される。アンテナ
を含んでいる１つの部品のパッケージ全体が、ブルーツ
ースのような無線アプリケーションに適用するために無
線周波モジュールと別個のアンテナを印刷回路基板上で
結合する代わりに、ブルーツースアプリケーションのよ
うな無線アプリケーションにおいて集積化され得る。こ
の方法で、印刷回路基板上および無線アプリケーション
ハウジング中のスペースが節約され、同時に、無線モジ
ュールを取り付ける処置および印刷回路基板上にアンテ
ナを取り付け、続けて両方のエレメントの相互接続を処
理する処置の代わりに、唯一の処置だけが必要とされる
ので、無線アプリケーションを実現するためのコストが
低減される。
【０００７】本発明を特徴付ける別の実施形態が請求項
２に記載されている。
【０００８】無線周波アンテナは、パッケージ集積回路
のエレメントを収納する集積回路パッケージ内部にある
少なくとも１つの金属物（体）から構成されている。集
積回路パッケージ内部の既存または追加の金属物を使用
することによって、アンテナは集積回路パッケージ内部
に組み込まれる。
【０００９】本発明のその次に特徴付ける実施形態が請
求項３および請求項４にそれぞれ記載されている。
【００１０】両方の代替実施形態では、金属物無線周波
アンテナを実現するためにパッケージ中の金属物が使用
される。最初に、請求項３では、集積化無線周波アンテ
ナは、たとえば、集積回路ダイの出力を出力端子にワイ
ヤボンディング接続することによって構成されている。
ワイヤボンディングの長さが受信または送信される無線
信号波長である対象の１／２λまたは１／４λである場
合に、これは実現可能である。第２に、請求項４では、
別法として、集積回路パッケージ中の金属リードフレー
ムが無線周波アンテナとして使用される。
【００１１】本発明を特徴付けるさらに他の実施形態が
請求項５に記載されている。
【００１２】別の代替無線周波アンテナのように、少な
くとも１つの平面の金属パターンがアンテナとして使用
され得る。そのような少なくとも１つの金属パターン
は、パッケージ材料中にそれを成形することによって、
またはパッケージの表面上にパターンを実現させること
によって、集積回路パッケージに含まれることがある。
そのうえ、アンテナは接地された金属板から構成されて
いる。パターンと接地された金属板は、集積回路パッケ
ージ中の絶縁層によって分離されている。
【００１３】本発明のさらに別の特徴付ける実施形態が
請求項６に記載されている。
【００１４】無線周波アンテナは、接地された基板上に
配置された平面のスロットパターンから構成されてい
る。この基板は集積回路パッケージの表面上に実現され
る。高い誘電率を有するセラミック材料を使用すること
によって、セラミック基板上の無線周波アンテナの大き
さがより一層最小化され得る。
【００１５】本発明のまた別の特徴付ける実施形態が請
求項７に記載されている。
【００１６】接地された基板上の無線周波アンテナのス
ロットパターンは第１のＳ字形スロットから構成されて
おり、この第１のＳ字形スロットの長さが送受信される
無線周波信号の共振周波数を決定する。曲線のＳ字形は
非線形偏放射パターンを生ずる。このアンテナ成形技術
を適用することにより、アンテナの形または大きさを少
し修正するだけで、無線周波アンテナを別の共振周波数
に適合することが容易になる。この方法では、アンテナ
は周波数同調可能である。
【００１７】本発明を特徴付ける次の実施形態が請求項
８に記載されている。
【００１８】第１のＳ字形スロットに、第１のＳ字形ス
ロットに対して９０度回転された第２のＳ字形スロット
が加えられる。この第２のＳ字形スロットは、無線周波
信号の作動周波数の調和（調波）周波数におけるより高
次の共振を抑圧し、その結果、無線周波信号の帯域幅を
小さくする。曲線のＳ字形は非線形偏放射パターンを生
じ、両方のＳ字形スロットの結合が共振周波数および帯
域幅を規定するだけでなく、必要な無線周波信号を除く
すべての他の調和周波数を抑圧することによっていくつ
かのフィルタ特性を構成する。このアンテナ成形技術を
適用することにより、アンテナの形または大きさを少し
修正するだけで、無線周波アンテナを別の共振周波数に
適合し、また他の調和周波数を抑圧することが促進され
る。この方法では、アンテナも帯域幅に同調可能であ
る。第２のＳ字形を適用して、アンテナ自体がフィルタ
特性を規定し、これによって、追加のフィルタエレメン
トを適用する必要性を小さくする。
【００１９】本発明を特徴付けるさらに他の実施形態が
請求項９、１０、および１１に記載されている。
【００２０】そのような無線周波モジュールを、ボール
グリッドアレイパッケージ、カッドフラットパック（Ｑ
ｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋ）パッケージ、小型オンラ
イン（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ）パッケージ、また
は他のいずれかの標準パッケージのような標準集積回路
パッケージに集積化することによって、パッケージは、
コスト低減を生ずるソルダーフロー装置または試験装置
のような標準装置によって処理され得る。また、これら
の標準パッケージを使用することによって、無線装置全
体のサイズとコストが低減される。
【００２１】さらにまた、本発明は、上述の少なくとも
１つのパッケージ集積回路を含んでいる無線周波モジュ
ールに関する。
【００２２】添付図面と共に行う一実施形態についての
以下の説明を参照することによって、本発明の上記その
他の目的および特徴がより明らかとなり、本発明自体が
最もよく理解されよう。
【００２３】以下の段落で、図面を参照しながら、本発
明による方法の実現について説明する。
【００２４】
【発明の実施の形態】この説明の最初に、図１に示され
る、本発明のパッケージ集積回路が実現されるボールグ
リッドアレイパッケージＩＣＰＡの主要なエレメントに
ついて説明する。この部分の後に、前述のエレメントの
各々間のすべての相互接続について説明する。次に、本
発明を実現する実際の実行について説明する。
【００２５】本発明のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）
パッケージＩＣＰＡは、印刷回路基板ＰＣＢ上に取り付
けられ得るキャビティダウンパッケージ（ｃａｖｉｔｙ
−ｄｏｗｎ ｐａｃｋａｇｅ）である。このＢＧＡパッ
ケージは、絶縁層によって分離された平面金属層ＧＮＤ
ＰＬおよびＩＣＰから基本的に構成されている。絶縁層
はセラミック材料で実現される。ボールグリッドアレイ
パッケージＩＣＰＡの上部に、第１の金属被覆層ＭＥＴ
が実現される。アンテナＲＦＡが、よく知られているス
ロット技術を使用して、金属被覆層ＭＥＴからエッチン
グされる。無線周波アンテナの下に、セラミック絶縁層
および接地面として作用する平面金属層ＧＮＤＰＬがあ
る。さらに接地面ＧＮＤＰＬの下に、別の絶縁層および
相互接続面として作用する金属層ＩＣＰがある。この層
ＩＣＰ上で、集積回路ダイＩＣＤのすべてのピンおよび
すべての出力コネクタまたは内部エレメントの間の相互
接続がエッチングされる。ＢＧＡパッケージの出力端子
は、印刷回路基板ＰＣＢ上にはんだ付けされ得るはんだ
ボールである。
【００２６】集積回路ダイＩＣＤは、トランジスタ、コ
ンデンサ、インダクタ、および抵抗のような電子無線周
波部品を含んでいる。
【００２７】すべてのエレメント間の縦方向の相互接続
が、絶縁層に開けられたホールである金属で充填された
ビア（バイア）ホールを使用して行われる。印刷回路基
板ＰＣＢへの接続がはんだボールで実現される。
【００２８】無線周波アンテナＲＦＡの端子が、Ｖ１の
ようなビアホールおよび層ＩＣＰ上の金属相互接続によ
って集積回路ダイＩＣＤに接続される。接地面ＧＮＤＰ
Ｌは、印刷回路基板ＰＣＢ上の接地面ＧＮＤＰＬ１に結
合されたビアホールＶ３およびＶ６を使用して電気的接
地に接続される。また、集積回路ダイＩＣＤはビアＶ２
によって接地面ＧＮＤＰＬに結合されている。ビアＶ４
およびＶ５が、集積回路ダイ信号出力を印刷回路基板Ｐ
ＣＢ上に取り付けられた他の次のエレメントに結合する
ために使用される。集積回路ダイＩＣＤのピンが、ワイ
ヤボンドＷＢを経由して相互接続面ＩＣＰに結合されて
いる。
【００２９】図２に、ＢＧＡパッケージの上部の第１の
金属被覆層に組み込まれた無線周波アンテナＲＦＡの細
部が示される。アンテナＲＦＡは、よく知られているス
ロット技術を使用してエッチングされる。ここで、「ス
ロット」は金属パターンにおける開口（ｏｐｅｎｉｎ
ｇ）を意味する。アンテナＲＦＡは、第１のＳ字形スロ
ットＳ１および第１のＳ字形スロットに対して９０度回
転された第２のＳ字形スロットＳ２から構成されてい
る。アンテナは、アンテナの端でビアホールＶＨの四角
のアレイ（配列）に囲まれる。
【００３０】以下の段落で、前述のエレメントの関連性
および位置決めについて説明する。
【００３１】まず、キャビティダウンパッケージを使用
して、ダイを２つの接地面ＧＮＤＰＬとＧＮＤＰＬ１の
間に配置することによって、集積回路ダイＩＣＤを放射
線から遮蔽することが容易になる。他方、無線周波アン
テナＲＦＡも、接地面ＧＮＤＰＬを適用して集積回路ダ
イＩＣＤから遮蔽される。この構造が、集積回路ダイＩ
ＣＤとアンテナＲＦＡを１つのパッケージ中に、相互作
用および／または性能障害なしに、組み合わせることを
可能にする。
【００３２】アンテナＲＦＡは、セラミック絶縁層上に
配置されるスロットパターンから構成されている。セラ
ミック材料の高誘電率εｒおよび層の厚さのような大き
さとパターンレイアウトを正確に制御する能力のため
に、アンテナの大きさを最小にでき、アンテナの寸法を
正確に再現できる。スロットパターン自体は、２つのＳ
字形スロットＳ１および９０度だけ回転されたＳ２から
構成されている。第１のＳ字形スロットＳ１の長さがア
ンテナ共振周波数を決定する。第２のＳ字形スロットＳ
２が作動周波数の調和周波数におけるより高次の共振を
抑圧し、帯域幅を小さくする。曲線のＳ字形は非線形偏
放射パターンを生じ、両方のＳ字形スロットの結合が共
振周波数と帯域幅を規定するだけでなく、必要な無線周
波信号を除くすべての他の調和周波数を抑圧することに
よっていくつかのフィルタ特性も規定する。
【００３３】曲線のＳ字形は非線形偏放射パターンを生
じる。このアンテナ成形技術を適用して、アンテナの形
または大きさを少し修正するだけで、無線周波アンテナ
ＲＦＡを別の共振周波数に適合することが促進される。
この方法では、アンテナは周波数同調可能である。
【００３４】さらに、このアンテナ成形技術を適用し
て、アンテナの形または大きさを少し修正するだけで、
無線周波アンテナＲＦＡを別の共振周波数に適合し、ま
た他の調和周波数を抑圧することが促進される。この方
法では、アンテナも帯域幅に同調可能である。第２のＳ
字形を適用して、アンテナ自体が、追加のフィルタエレ
メントを適用する必要をなくすフィルタ特性を備えてい
る。
【００３５】アンテナは、フリンジング効果を避けるた
めに金属被膜をアンテナの端で接地するビアホールの四
角のアレイに囲まれる。
【００３６】アンテナは図２のポイントＡとＢで区別し
て励起され、ダイへの接続がこれらの２つのポイントの
ビアホールで行われる。さらに、ポイントＡとポイント
Ｂから見たインピーダンスは、アンテナの対称性によっ
て全く同じである。
【００３７】アンテナ、アンテナフィルタ、およびシリ
コンとアンテナ間の遮蔽のサイズを最小化するために使
用される技術によって、すべての無線機能をブルーツー
スアプリケーションのための１つの非常に小さいチップ
パッケージソリューションに集積化することが可能にな
る。
【００３８】また、ワイヤボンドおよび金属リードフレ
ームのような集積回路パッケージ中の金属物を使用する
実施形態は、パッケージ集積回路中に無線周波アンテナ
を実現するのに適していることが述べられる。
【００３９】さらに、ＢＧＡパッケージを使用する代わ
りに、小型オンラインパッケージ、カッドフラットパッ
クパッケージ、またはどんな他の標準パッケージも、Ｂ
ＧＡパッケージと同じ利点を提供するために使用され得
ることが述べられる。また、本発明は、セラミック材料
以外の材料で実現される絶縁層を含んでいるパッケージ
に適用され得る。
【００４０】以上、本発明の原理について特定の装置に
関して説明したが、この説明は例として行ったものにす
ぎず、首記の請求項に記載した本発明の範囲を限定する
ものではないことが明確に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波アンテナと共に無線周波モジュールが
実現されるボールグリッドアレイパッケージを示す図で
ある。
【図２】図１の無線周波モジュール中で使用されるスロ
ットアンテナのパターンを示す図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ ポイント ＧＮＤＰＬ、ＧＮＤＰＬ１ 接地面 ＩＣＤ 集積回路ダイ ＩＣＰ 金属層 ＩＣＰＡ ボールグリッドアレイパッケージ ＭＥＴ 金属被覆層 ＰＣＢ 印刷回路基板 ＰＩＣ パッケージ集積回路 ＲＦＡ 無線周波アンテナ Ｓ１ 第１のＳ字形スロット Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６ ビアホール ＷＢ ワイヤボンド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリイ・ヘラルト・ヨセフ・ヨーラン デ・デハエク ベルギー国、ベー−9700・オーデンナール デ、メルデンストラート・５ (72)発明者 イルセ・ウイツ ベルギー国、ベー−9850・ネフエーレ、セ ー・フアン・デル・クライスセンストラー ト・23 (72)発明者 ステフアン・ヘルト・アレクサンダー・テ ルリン ベルギー国、ベー−8930・ロウエ、レオポ ールト・サベストラート・３ (72)発明者 フランク・オリスラヘル オランダ国、エヌ・エル−5551・ベー・エ ム・フアルケンスワールト、フロレインホ ーフ・11 (72)発明者 ヘンドリク・ロヘール ベルギー国、ベー−9500・ヘールラールト スベルヘン、マヨール・フアン・リールデ ラーン・12 (72)発明者 ダニエル・デ・ズツテル ベルギー国、ベー−9900・エークロ、ベ ー・エム・ホートハルスラーン・12 (72)発明者 フアン・フリート・リツク イギリス国、サリー・アール・エイチ・ ７・６・キユウ・ユー、ドルマンズラン ド、ハツチ・エンド−ザ・プラツト（番地 なし)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線周波アンテナ（ＲＦＡ）に結合され
    た集積回路ダイ（ＩＣＤ）に含まれる少なくとも１つの
    無線周波部品を備えたパッケージ集積回路（ＰＩＣ）で
    あって、前記集積回路ダイ（ＩＣＤ）が前記パッケージ
    集積回路（ＰＩＣ）に含まれており、前記無線周波アン
    テナがまた、前記パッケージ集積回路（ＰＩＣ）に含ま
    れ、かつ前記集積回路ダイ（ＩＣＤ）に含まれないこと
    を特徴とするパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つの無線周波部品を収
    納する集積回路パッケージ（ＩＣＰＡ）と、該集積回路
    パッケージの一部である少なくとも１つの金属物によっ
    て構成された無線周波アンテナ（ＲＦＡ）とを含んでい
    ることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ集積回
    路（ＰＩＣ）。
  3. 【請求項３】 前記無線周波アンテナ（ＲＦＡ）が、前
    記集積回路ダイ（ＩＣＤ）に結合されたワイヤボンディ
    ングによって構成されていることを特徴とする請求項２
    に記載のパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  4. 【請求項４】 前記無線周波アンテナ（ＲＦＡ）が、前
    記集積回路パッケージ（ＩＣＰＡ）の金属リードフレー
    ム上に設けられることを特徴とする請求項２に記載のパ
    ッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  5. 【請求項５】 前記無線周波アンテナ（ＲＦＡ）は、絶
    縁層によって接地金属面から分離された少なくとも１つ
    の平面金属パターンから構成されていることを特徴とす
    る請求項１に記載のパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  6. 【請求項６】 前記平面金属パターンが金属スロットパ
    ターンであり、前記絶縁層がセラミック層であることを
    特徴とする請求項５に記載のパッケージ集積回路（ＰＩ
    Ｃ）。
  7. 【請求項７】 前記スロットパターンが第１のＳ字形ス
    ロットから構成されていることを特徴とする請求項６に
    記載のパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  8. 【請求項８】 前記無線周波アンテナ（ＲＦＡ）は、前
    記第１のＳ字形スロットに対して９０度回転された第２
    のＳ字形スロットを備えていることを特徴とする請求項
    ７に記載のパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  9. 【請求項９】 前記集積回路パッケージ（ＩＣＰＡ）
    が、ボールグリッドアレイパッケージであることを特徴
    とする請求項１に記載のパッケージ集積回路（ＰＩ
    Ｃ）。
  10. 【請求項１０】 前記集積回路パッケージ（ＩＣＰＡ）
    が、カッドフラットパックパッケージであることを特徴
    とする請求項１に記載のパッケージ集積回路（ＰＩ
    Ｃ）。
  11. 【請求項１１】 前記集積回路パッケージが、小型オン
    ラインパッケージであることを特徴とする請求項１に記
    載のパッケージ集積回路（ＰＩＣ）。
  12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれか一項に記
    載の少なくとも１つのパッケージ集積回路（ＰＩＣ）を
    含んでいる無線周波モジュール。
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