JP2002124599A - 高周波キャリア及びそれを有する電気組立体 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】信号伝送における相互接続の効率の高い高周波
キャリアの提供。 【解決手段】高周波キャリア２３０は、第１面及び第２
面を有する平坦なセラミック基板２３１と、第１面から
第２面に延びる少なくとも１個のフィードスルーとを具
備する。フィードスルーは、導電金属層により少なくと
も部分的に囲まれるドープされた半導体の台座２３６を
有する。また、電気組立体は、高周波キャリア２３０
と、金属化された基板２０１とを有する。キャリア２３
０の第１面は、フィードスルーが金属化された基板２０
１と電気的に接続されるように、金属化された基板２０
１に取り付けられる。また、電気組立体は、キャリア２
３０の第２面に取り付けられる（電子部品又は電気回路
等の）少なくとも１個の電子要素３００を有し、電子要
素３００はフィードスルーに電気的に接続される。
キャリアの提供。 【解決手段】高周波キャリア２３０は、第１面及び第２
面を有する平坦なセラミック基板２３１と、第１面から
第２面に延びる少なくとも１個のフィードスルーとを具
備する。フィードスルーは、導電金属層により少なくと
も部分的に囲まれるドープされた半導体の台座２３６を
有する。また、電気組立体は、高周波キャリア２３０
と、金属化された基板２０１とを有する。キャリア２３
０の第１面は、フィードスルーが金属化された基板２０
１と電気的に接続されるように、金属化された基板２０
１に取り付けられる。また、電気組立体は、キャリア２
３０の第２面に取り付けられる（電子部品又は電気回路
等の）少なくとも１個の電子要素３００を有し、電子要
素３００はフィードスルーに電気的に接続される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波及びミ
リ波周波数帯で有効な信号フィードスルー（貫通導体）
を有する相互接続構造に関する。
リ波周波数帯で有効な信号フィードスルー（貫通導体）
を有する相互接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】非常に小型で低コストの高周波（すなわ
ちマイクロ波又はミリ波）通信回路に対する需要は高ま
りつつある。この需要に応じ、このような回路が、マル
チ・チップ・モジュール（以下ＭＣＭという）基板構造
に支持されたシリコンＩＣ及びガリウムひ素（GaAs）モ
ノリシック・マイクロ波・ＩＣデバイス（以下ＭＭＩＣ
という）混合技術を使用することが多い。ＩＣ及びＭＭ
ＩＣは、通常、能動デバイス及び集積受動部品からな
る。
ちマイクロ波又はミリ波）通信回路に対する需要は高ま
りつつある。この需要に応じ、このような回路が、マル
チ・チップ・モジュール（以下ＭＣＭという）基板構造
に支持されたシリコンＩＣ及びガリウムひ素（GaAs）モ
ノリシック・マイクロ波・ＩＣデバイス（以下ＭＭＩＣ
という）混合技術を使用することが多い。ＩＣ及びＭＭ
ＩＣは、通常、能動デバイス及び集積受動部品からな
る。
【０００３】これら製品は高周波で作動するので、ＭＣ
Ｍ基板及び該基板に実装されたマイクロ波GaAs及び高速
シリコン能動デバイスには、高周波（ＲＦ）接地プレー
ンの連続性が要求されている。また、挿入損失及び戻り
損失を非常に小さくするため、信号電力の伝送における
相互接続の効率は高いことが要求されている。
Ｍ基板及び該基板に実装されたマイクロ波GaAs及び高速
シリコン能動デバイスには、高周波（ＲＦ）接地プレー
ンの連続性が要求されている。また、挿入損失及び戻り
損失を非常に小さくするため、信号電力の伝送における
相互接続の効率は高いことが要求されている。
【０００４】これら要求事項に対して、ボール・グリッ
ド・アレー構造（以下ＢＧＡという）が提案されてき
た。。ＢＧＡは、電気部品、集積回路又はＭＣＭ基板か
ら回路基板等の他の回路まで、マイクロ波及びミリ波周
波数でのフィードスルーを可能にする。例えば、米国特
許第５，６９４，３００号、同５，７１７，２４５号及
び同５，３５５，２８３号を参照されたい。
ド・アレー構造（以下ＢＧＡという）が提案されてき
た。。ＢＧＡは、電気部品、集積回路又はＭＣＭ基板か
ら回路基板等の他の回路まで、マイクロ波及びミリ波周
波数でのフィードスルーを可能にする。例えば、米国特
許第５，６９４，３００号、同５，７１７，２４５号及
び同５，３５５，２８３号を参照されたい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＢＧＡは従来
から金属相互接続を使用するので、寄生インダクタン
ス、寄生容量及び抵抗効果によって高周波性能が制限さ
れる。
から金属相互接続を使用するので、寄生インダクタン
ス、寄生容量及び抵抗効果によって高周波性能が制限さ
れる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のキャリアは、従
来技術における上述の非効率に向けられたものであり、
第１面及び第２面を有する平坦なセラミック基板と、第
１面から第２面に延びる少なくとも１個のフィードスル
ーとを具備する。フィードスルーは、導電金属層によっ
て少なくとも部分的に囲まれた、ドープされた半導体の
台座を有する。
来技術における上述の非効率に向けられたものであり、
第１面及び第２面を有する平坦なセラミック基板と、第
１面から第２面に延びる少なくとも１個のフィードスル
ーとを具備する。フィードスルーは、導電金属層によっ
て少なくとも部分的に囲まれた、ドープされた半導体の
台座を有する。
【０００７】好適なセラミック基板材料はガラスであ
り、好適な半導体材料は、十分なドーピング（例えばひ
素ドープ）を提供して比抵抗を0.02Ω-cm以下に低減
し、ピラミッド部分は台座に好適な形状である。導電材
料は銀、金及び銅から選択されることが好ましく、いく
つかの実施形態では、台座が金属により完全に囲まれて
もよい。
り、好適な半導体材料は、十分なドーピング（例えばひ
素ドープ）を提供して比抵抗を0.02Ω-cm以下に低減
し、ピラミッド部分は台座に好適な形状である。導電材
料は銀、金及び銅から選択されることが好ましく、いく
つかの実施形態では、台座が金属により完全に囲まれて
もよい。
【０００８】また、金属化層は、セラミック製平坦基板
の少なくとも１面に設けられることが典型的である。金
属層の一例は、ニッケル上の銅(Copper on Nickel)を具
備する。金属化層は、マイクロストリップライン又は共
平面構造のような１以上の高周波伝送線である１以上の
信号路を具備することができる。
の少なくとも１面に設けられることが典型的である。金
属層の一例は、ニッケル上の銅(Copper on Nickel)を具
備する。金属化層は、マイクロストリップライン又は共
平面構造のような１以上の高周波伝送線である１以上の
信号路を具備することができる。
【０００９】多くの好適実施形態では、金属化層又はフ
ィードスルー、或いは金属化層及びフィードスルーの両
方に１以上の半田ボールが設けられている。
ィードスルー、或いは金属化層及びフィードスルーの両
方に１以上の半田ボールが設けられている。
【００１０】本発明の別の好適実施形態によれば、電気
組立体は、上述の高周波キャリア及び金属化された基板
を具備する。キャリアの第１面は、金属化された基板に
取り付けられ、少なくとも１個のフィードスルーは、金
属化された基板に電気的に接続されている。
組立体は、上述の高周波キャリア及び金属化された基板
を具備する。キャリアの第１面は、金属化された基板に
取り付けられ、少なくとも１個のフィードスルーは、金
属化された基板に電気的に接続されている。
【００１１】多くの場合、（電子部品又は電子回路等
の）少なくとも１個の電子要素は、その電子要素が少な
くとも１個のフィードスルーに電気的に接続されるよう
に、キャリアの第２面に取り付けることが好ましい。
の）少なくとも１個の電子要素は、その電子要素が少な
くとも１個のフィードスルーに電気的に接続されるよう
に、キャリアの第２面に取り付けることが好ましい。
【００１２】電子要素は、例えば能動デバイスを具備す
ることができる。好適な能動デバイスは、電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）、電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）及びヘテロ結合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）
等の電子ミリ波デバイスを含む。
ることができる。好適な能動デバイスは、電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）、電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）及びヘテロ結合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）
等の電子ミリ波デバイスを含む。
【００１３】特に電気組立体の一実施形態によれば、金
属化された基板はＭＣＭ基板であり、少なくとも１個の
電子要素は半導体デバイスを含む。
属化された基板はＭＣＭ基板であり、少なくとも１個の
電子要素は半導体デバイスを含む。
【００１４】電気組立体用の好適な金属基板は、（例え
ばエポキシ及びガラス繊維を有する金属化された基板で
ある）印刷回路及び金属化されたセラミック基板を含
む。また、金属化された基板の金属化部分は、高周波伝
送線等の１以上の信号路を有することが多い。
ばエポキシ及びガラス繊維を有する金属化された基板で
ある）印刷回路及び金属化されたセラミック基板を含
む。また、金属化された基板の金属化部分は、高周波伝
送線等の１以上の信号路を有することが多い。
【００１５】電気組立体を構成する際に、金属化された
基板は高周波キャリアの第１面に取り付けることがで
き、少なくとも１個の電子要素は１個以上の半田ボール
を介して高周波キャリアの第２面に取り付けることがで
きる。
基板は高周波キャリアの第１面に取り付けることがで
き、少なくとも１個の電子要素は１個以上の半田ボール
を介して高周波キャリアの第２面に取り付けることがで
きる。
【００１６】本発明の利点の一つは、フィードスルー
が、重要な設計的柔軟性を提供する、既に確立された半
導体処理技術を用いて製造されることである。例えば、
非常に小さなフィードスルーを設けることができる。そ
の結果、非常に高密度のフィードスルーを有するキャリ
アが実現できる。さらに、キャリア内に小さい寸法のフ
ィードスルーが形成された結果、寄生インピーダンス成
分を小さくする利点が得られる。また、寄生成分の制御
は良好且つ予想可能である。
が、重要な設計的柔軟性を提供する、既に確立された半
導体処理技術を用いて製造されることである。例えば、
非常に小さなフィードスルーを設けることができる。そ
の結果、非常に高密度のフィードスルーを有するキャリ
アが実現できる。さらに、キャリア内に小さい寸法のフ
ィードスルーが形成された結果、寄生インピーダンス成
分を小さくする利点が得られる。また、寄生成分の制御
は良好且つ予想可能である。
【００１７】本発明の別の利点は、キャリアが、伝送線
等の受動回路を有する、金属化された基板を提供するの
に使用できることである。或いは、本発明のキャリア
は、フリップチップ実装、ワイヤボンディング実装等の
能動部品を実装するための従来からの技法に関連して使
用することができる。
等の受動回路を有する、金属化された基板を提供するの
に使用できることである。或いは、本発明のキャリア
は、フリップチップ実装、ワイヤボンディング実装等の
能動部品を実装するための従来からの技法に関連して使
用することができる。
【００１８】本発明の実施形態の利点は、当業者には特
許請求の範囲及び以下の説明を読めば明らかであろう。
許請求の範囲及び以下の説明を読めば明らかであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）ないし（Ｄ）は、本発
明の一実施形態に従ったキャリアの形成工程を示す図で
ある。図２は、本発明の一実施形態に従った、50Ωマイ
クロストリップが親基板からキャリアへ移行(transitio
n)する組立体を示す斜視図である。図３は、本発明の一
実施形態に従ったキャリアを使用してｐ型ＨＥＭＴデバ
イスが親基板に実装された組立体を示す断面図である。
明の一実施形態に従ったキャリアの形成工程を示す図で
ある。図２は、本発明の一実施形態に従った、50Ωマイ
クロストリップが親基板からキャリアへ移行(transitio
n)する組立体を示す斜視図である。図３は、本発明の一
実施形態に従ったキャリアを使用してｐ型ＨＥＭＴデバ
イスが親基板に実装された組立体を示す断面図である。
【００２０】いくつかの本発明の好適実施形態を以下に
説明する。しかし、本発明は、別の形態でも実施可能で
あり、ここに説明される実施形態に限定して解釈すべき
でない。
説明する。しかし、本発明は、別の形態でも実施可能で
あり、ここに説明される実施形態に限定して解釈すべき
でない。
【００２１】本発明は、ガラス、サファイヤ又は他のセ
ラミック材料製の平坦な基板を貫通する少なくとも１個
のフィードスルーを有するキャリアに関するものであ
る。ガラス基板が好適であり、ホウケイ酸ガラス等の低
損失ガラスがより好適である。
ラミック材料製の平坦な基板を貫通する少なくとも１個
のフィードスルーを有するキャリアに関するものであ
る。ガラス基板が好適であり、ホウケイ酸ガラス等の低
損失ガラスがより好適である。
【００２２】フィードスルーは、導電材料層によって少
なくとも部分的に囲まれた、ドープされた半導体コアを
有する。半導体は、ケイ素（シリコン）又はゲルマニウ
ム等の単体元素半導体でもよいし、ガリウムひ素等の化
合物半導体でもよい。シリコンが好適である。本発明の
実施には、いかなる公知のドーパントも基本的に使用可
能である。例えば、シリコン用の代表的なドーパント
は、ホウ素、ひ素、燐等が含まれる。ドーピングレベル
は、半導体の比抵抗を0.02Ωcm以下に低減するのに十分
なレベルが好ましい。
なくとも部分的に囲まれた、ドープされた半導体コアを
有する。半導体は、ケイ素（シリコン）又はゲルマニウ
ム等の単体元素半導体でもよいし、ガリウムひ素等の化
合物半導体でもよい。シリコンが好適である。本発明の
実施には、いかなる公知のドーパントも基本的に使用可
能である。例えば、シリコン用の代表的なドーパント
は、ホウ素、ひ素、燐等が含まれる。ドーピングレベル
は、半導体の比抵抗を0.02Ωcm以下に低減するのに十分
なレベルが好ましい。
【００２３】フィードスルーは、電流路が基板の面間に
設けられる限り、基本的にいかなる形状をとることがで
きる。
設けられる限り、基本的にいかなる形状をとることがで
きる。
【００２４】基板平面の法線方向のフィードスルーの寸
法は、もちろん基板自体の厚さと同じになる。基板平面
内には、広い寸法範囲が可能である。フィードスルーの
面内断面は、作動周波数（より高周波には、より小さい
断面）、必要とされるバンプ（例えば半田ボール、又は
ボリマーベースのバンプ等の他のバンプ）の寸法、その
他（より大きなバンプには、より大きな断面）等に依存
することが典型的である。
法は、もちろん基板自体の厚さと同じになる。基板平面
内には、広い寸法範囲が可能である。フィードスルーの
面内断面は、作動周波数（より高周波には、より小さい
断面）、必要とされるバンプ（例えば半田ボール、又は
ボリマーベースのバンプ等の他のバンプ）の寸法、その
他（より大きなバンプには、より大きな断面）等に依存
することが典型的である。
【００２５】フィードスルーは、基板面と共平面である
端部を有する台座形状であるのが好ましい。好適な台座
形状には、柱形状、部分錐部及び部分ピラミッド部が含
まれる。部分錐部又は部分ピラミッド部が使用される場
合、フィードスルーの断面は、基板の頂側から底側に進
むに従って増大する。部分ピラミッド形状は、後述する
好適製造工程の際、異方エッチングにより自然に生ずる
ので、使用することが好ましい。このような形状は、台
座の平均断面を最小に維持しながら、キャリアの一面に
収容できる半田ボール数が比較的多い点で有利である。
端部を有する台座形状であるのが好ましい。好適な台座
形状には、柱形状、部分錐部及び部分ピラミッド部が含
まれる。部分錐部又は部分ピラミッド部が使用される場
合、フィードスルーの断面は、基板の頂側から底側に進
むに従って増大する。部分ピラミッド形状は、後述する
好適製造工程の際、異方エッチングにより自然に生ずる
ので、使用することが好ましい。このような形状は、台
座の平均断面を最小に維持しながら、キャリアの一面に
収容できる半田ボール数が比較的多い点で有利である。
【００２６】半導体コアを少なくとも部分的に取り囲む
導電材料層は、銀、金又は銅等の高導電性金属が好まし
い。金属層は、基板の両面から現れるコアを覆い、基板
両面間のコアの少なくとも一部を覆うのが代表的であ
る。金属層は、フィードスルーの高周波作動を強化する
ことができる。高周波において調整された、すなわち共
鳴回路を提供するために、金属でコーティングされた構
造を変更する技法は、当該技術分野では周知である。例
として、基板両面間の半導体コアの金属化の厚さ、パタ
ーンの一方又は両方は、この目的のために調節可能であ
る。
導電材料層は、銀、金又は銅等の高導電性金属が好まし
い。金属層は、基板の両面から現れるコアを覆い、基板
両面間のコアの少なくとも一部を覆うのが代表的であ
る。金属層は、フィードスルーの高周波作動を強化する
ことができる。高周波において調整された、すなわち共
鳴回路を提供するために、金属でコーティングされた構
造を変更する技法は、当該技術分野では周知である。例
として、基板両面間の半導体コアの金属化の厚さ、パタ
ーンの一方又は両方は、この目的のために調節可能であ
る。
【００２７】金属化は、必要ならセラミック基板の一面
又は両面に設けることができる。このような金属化は、
高周波伝送線と同様に、直流路及びバイアス信号路等の
１以上の信号路を形成するように設けられるのが代表的
である。高周波伝送線の例には、マイクロストリップ構
造及び共平面線構造が含まれる。マイクロストリップ構
造は、構成要素として、誘電層により分離されたストリ
ップ金属化及び固い接地プレーン金属化を含む。共平面
線構造は、構成要素として、いずれかの面に２本の共平
面基準線を有する金属化されたストリップを含む。金属
化の組合せ(scheme)例は、Ni上のCu、Au上のPt、Ti-W上
のAu及びCu上のAgが含まれる。
又は両面に設けることができる。このような金属化は、
高周波伝送線と同様に、直流路及びバイアス信号路等の
１以上の信号路を形成するように設けられるのが代表的
である。高周波伝送線の例には、マイクロストリップ構
造及び共平面線構造が含まれる。マイクロストリップ構
造は、構成要素として、誘電層により分離されたストリ
ップ金属化及び固い接地プレーン金属化を含む。共平面
線構造は、構成要素として、いずれかの面に２本の共平
面基準線を有する金属化されたストリップを含む。金属
化の組合せ(scheme)例は、Ni上のCu、Au上のPt、Ti-W上
のAu及びCu上のAgが含まれる。
【００２８】本発明のキャリアは、所与の金属化された
基板に受動部品を追加するのに使用することができる。
例えば、高分解能回路、１以上の伝送線のいずれか一方
又は両方を、キャリアのセラミック基板上に設けること
ができる。
基板に受動部品を追加するのに使用することができる。
例えば、高分解能回路、１以上の伝送線のいずれか一方
又は両方を、キャリアのセラミック基板上に設けること
ができる。
【００２９】また、本発明のキャリアは、金属化された
基板を有する１以上の電気要素と電気的に接続するのに
使用することができる。１以上の電気要素は、例えば電
子部品、電子回路の一方又は両方でもよい。
基板を有する１以上の電気要素と電気的に接続するのに
使用することができる。１以上の電気要素は、例えば電
子部品、電子回路の一方又は両方でもよい。
【００３０】好適な電気部品は、マイクロ波及びミリ波
能動デバイスを含むシリコン及びガリウムひ素デバイス
を含む。与えられ得る特定のマイクロ波及びミリ波能動
デバイスは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）及びヘテロ結合バ
イポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を含む。電子回路の例
は、発振器、ミキサ、スイッチ、ＬＮＡ等の高周波（す
なわちマイクロ波又はミリ波）回路を含む。
能動デバイスを含むシリコン及びガリウムひ素デバイス
を含む。与えられ得る特定のマイクロ波及びミリ波能動
デバイスは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）及びヘテロ結合バ
イポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を含む。電子回路の例
は、発振器、ミキサ、スイッチ、ＬＮＡ等の高周波（す
なわちマイクロ波又はミリ波）回路を含む。
【００３１】金属化された基板は、例えば金属化された
誘電又は半導体基板とすることができる。金属化された
基板の例は、基板の性質に依存して、ＭＣＭ基板、及び
硬質またはフレキシブルになり得る及び印刷基板が含ま
れる。共通の誘電基板は、エポキシ−ガラス繊維、セラ
ミック−フルオロカーボン含有ポリマ、ポリイミド、テ
フロン（登録商標）基板、テフロン−セラミック複合体
等を含む。
誘電又は半導体基板とすることができる。金属化された
基板の例は、基板の性質に依存して、ＭＣＭ基板、及び
硬質またはフレキシブルになり得る及び印刷基板が含ま
れる。共通の誘電基板は、エポキシ−ガラス繊維、セラ
ミック−フルオロカーボン含有ポリマ、ポリイミド、テ
フロン（登録商標）基板、テフロン−セラミック複合体
等を含む。
【００３２】特定例として、本発明の好適一実施形態で
は、金属化された基板はＭＣＭ基板であり、電子要素は
GaAs又はSiデバイスであり、キャリアはＭＣＭ基板及び
GaAs又はSiデバイス間に配置される。
は、金属化された基板はＭＣＭ基板であり、電子要素は
GaAs又はSiデバイスであり、キャリアはＭＣＭ基板及び
GaAs又はSiデバイス間に配置される。
【００３３】１以上の電子要素は、公知技法を用いてキ
ャリアの一面の金属化に物理的及び電気的に接続するこ
とができる。同様に、キャリアの他面の金属化は、公知
技法を用いて金属化された基板に物理的及び電気的に接
続することができる。相補的な金属化の組合せを物理的
及び電気的に接続するための技法は公知である。これら
技法には、例えば半田ボール（これはまた、一般に半田
バンプと呼ばれる）を介しての半田接合、導電性ポリマ
を使用した接合(bonding)、及びエポキシ等の金属含有
接着剤を使用した接合が含まれる。半田濡れ性のよい金
属の半田パッド（例えば銅の表面を有するパッド）間に
半田ボール（例えば鉛錫又は金錫半田）を使用する半田
接合が好ましい。
ャリアの一面の金属化に物理的及び電気的に接続するこ
とができる。同様に、キャリアの他面の金属化は、公知
技法を用いて金属化された基板に物理的及び電気的に接
続することができる。相補的な金属化の組合せを物理的
及び電気的に接続するための技法は公知である。これら
技法には、例えば半田ボール（これはまた、一般に半田
バンプと呼ばれる）を介しての半田接合、導電性ポリマ
を使用した接合(bonding)、及びエポキシ等の金属含有
接着剤を使用した接合が含まれる。半田濡れ性のよい金
属の半田パッド（例えば銅の表面を有するパッド）間に
半田ボール（例えば鉛錫又は金錫半田）を使用する半田
接合が好ましい。
【００３４】本発明のキャリアは、当該技術分野では公
知のガラスマイクロ波集積回路（ＧＭＩＣ）を使用して
構成することができる。好適な工程は、米国特許第５，
６９６，４６６号に関して説明される。さて、図１
（Ａ）ないし（Ｄ）を参照すると、シリコンの導電率を
例えば0.003Ωcm以下に減少させるために、例えばひ素
をドープした単結晶シリコン基板を設けることから、本
工程が始まる。シリコン台座は異方エッチング技法を用
いて画定され、画定された結晶面に平行の側壁を形成す
る。単結晶材料のエッチングに関する詳細は、米国特許
第４，２１０，９２３号に見られる。予測可能で再生産
可能な形状は本工程によって製造され、図１（Ａ）に示
されるようによく画定された平面に側壁１２ｗを有する
台座１２を基板１０に設けることができる。台座の高さ
は、好適には125〜250μmのオーダーが好ましい。
知のガラスマイクロ波集積回路（ＧＭＩＣ）を使用して
構成することができる。好適な工程は、米国特許第５，
６９６，４６６号に関して説明される。さて、図１
（Ａ）ないし（Ｄ）を参照すると、シリコンの導電率を
例えば0.003Ωcm以下に減少させるために、例えばひ素
をドープした単結晶シリコン基板を設けることから、本
工程が始まる。シリコン台座は異方エッチング技法を用
いて画定され、画定された結晶面に平行の側壁を形成す
る。単結晶材料のエッチングに関する詳細は、米国特許
第４，２１０，９２３号に見られる。予測可能で再生産
可能な形状は本工程によって製造され、図１（Ａ）に示
されるようによく画定された平面に側壁１２ｗを有する
台座１２を基板１０に設けることができる。台座の高さ
は、好適には125〜250μmのオーダーが好ましい。
【００３５】銀等の高導電性金属１４の層が、図１
（Ｂ）に示されるように当該技術分野では公知の技法を
用いて基板上に付着される。この金属層は、当該技術分
野では公知のマスキング及びエッチング技法により、最
終構造のインピーダンスを最大化するための方法でパタ
ーン化することができる。
（Ｂ）に示されるように当該技術分野では公知の技法を
用いて基板上に付着される。この金属層は、当該技術分
野では公知のマスキング及びエッチング技法により、最
終構造のインピーダンスを最大化するための方法でパタ
ーン化することができる。
【００３６】次に、金属コーティングされた台座間の溝
は、低誘電定数及び低損失正接を有するホウケイ酸ガラ
スであって、縁での良好な電気的絶縁性及び機械的支持
を提供するコーニング７０７０等の低損失ガラスで充填
される。例えば、溝は、この後融点を超えて加熱される
細かく挽いたガラス粉で充填される。別の例として、シ
リコンウエハ（台座が画定された後の）上にガラスウエ
ハを実装することができ、その後、本組立体はガラス融
点を超えて加熱される。次に、ガラス及びシリコンウエ
ハは低圧力下で一緒にプレスされ、台座間の溝を充填す
る。ガラス形成段階の後、ガラス１６はシリコン台座１
２の深さよりも、図１（Ｃ）に示されるように好適には
少なくとも50μmだけ厚い。
は、低誘電定数及び低損失正接を有するホウケイ酸ガラ
スであって、縁での良好な電気的絶縁性及び機械的支持
を提供するコーニング７０７０等の低損失ガラスで充填
される。例えば、溝は、この後融点を超えて加熱される
細かく挽いたガラス粉で充填される。別の例として、シ
リコンウエハ（台座が画定された後の）上にガラスウエ
ハを実装することができ、その後、本組立体はガラス融
点を超えて加熱される。次に、ガラス及びシリコンウエ
ハは低圧力下で一緒にプレスされ、台座間の溝を充填す
る。ガラス形成段階の後、ガラス１６はシリコン台座１
２の深さよりも、図１（Ｃ）に示されるように好適には
少なくとも50μmだけ厚い。
【００３７】次に、ウエハは削り(grind)工程に供さ
れ、その後、図１（Ｄ）に示されるようにシリコン台座
１２の頂面１２ｔ及び底面１２ｂを露出するためウエハ
を研磨するのに使用される標準的な研磨工程が続く。台
座の最終高さは115〜260μmが好適である。台座の頂面
のガラスが研磨され、シリコン・ガラス複合体の背面か
ら全てのシリコンが除去されるので、台座高さは残りの
ガラス基板の厚さと同じである。米国特許第５，６９
６，４６６号明細書に記載の工程とは異なり、本発明の
工程では、シリコンのバックプレーンが除去されること
に留意されたい。
れ、その後、図１（Ｄ）に示されるようにシリコン台座
１２の頂面１２ｔ及び底面１２ｂを露出するためウエハ
を研磨するのに使用される標準的な研磨工程が続く。台
座の最終高さは115〜260μmが好適である。台座の頂面
のガラスが研磨され、シリコン・ガラス複合体の背面か
ら全てのシリコンが除去されるので、台座高さは残りの
ガラス基板の厚さと同じである。米国特許第５，６９
６，４６６号明細書に記載の工程とは異なり、本発明の
工程では、シリコンのバックプレーンが除去されること
に留意されたい。
【００３８】次に、研磨された表面には、当該技術分野
では公知の工程を用いて、いかなる所望の金属化パター
ンをも設けることができる。円滑な表面仕上げにより、
細線のリトグラフィの製造が可能になる。細線のリトグ
ラフィ用に平坦なガラスウエハの円滑面仕上げを正しく
使用することの詳細は、米国特許出願第０８／６１０，
８２５号に見られる。
では公知の工程を用いて、いかなる所望の金属化パター
ンをも設けることができる。円滑な表面仕上げにより、
細線のリトグラフィの製造が可能になる。細線のリトグ
ラフィ用に平坦なガラスウエハの円滑面仕上げを正しく
使用することの詳細は、米国特許出願第０８／６１０，
８２５号に見られる。
【００３９】必要な場合、接合を補助するために半田バ
ンプを金属化に追加することができる。例えば、錫鉛半
田は上述のNi上のCu金属化と両立可能であり、他方、金
錫半田はAu上のPt金属化と両立可能である。
ンプを金属化に追加することができる。例えば、錫鉛半
田は上述のNi上のCu金属化と両立可能であり、他方、金
錫半田はAu上のPt金属化と両立可能である。
【００４０】図２は、５０Ωマイクロストリップを最小
のインピーダンス損失で親基板から本発明のキャリアへ
いかに移行できるかを示す。図２は、１対の５０Ωマイ
クロストリップ伝送線１１２、接地パッド１１４、多数
の半田ボール接合パッド１１６、及び接地へのビアホー
ル１１８が設けられた例えばＦＲ−４ガラス繊維基板１
０１を含む親基板１００を示す。また、図２にはキャリ
ア１３０も示され、上側５０Ωマイクロストリップ伝送
線１３２と、付随する下側接地プレーン１３４（ハッチ
ングで表示）とを有するガラス基板１３１を有する。ま
た、キャリア１３０には、銀層により取り囲まれた例え
ばひ素がドープされたシリコンコアからなる台座１３６
が設けられる。また、接合パッド（図示せず）は、キャ
リア１３０の下面の接地プレーン１３４及び台座１３６
に設けられている。キャリア１３０は究極的には、半田
ボール（図示せず）を介して親基板１００に接続され
る。
のインピーダンス損失で親基板から本発明のキャリアへ
いかに移行できるかを示す。図２は、１対の５０Ωマイ
クロストリップ伝送線１１２、接地パッド１１４、多数
の半田ボール接合パッド１１６、及び接地へのビアホー
ル１１８が設けられた例えばＦＲ−４ガラス繊維基板１
０１を含む親基板１００を示す。また、図２にはキャリ
ア１３０も示され、上側５０Ωマイクロストリップ伝送
線１３２と、付随する下側接地プレーン１３４（ハッチ
ングで表示）とを有するガラス基板１３１を有する。ま
た、キャリア１３０には、銀層により取り囲まれた例え
ばひ素がドープされたシリコンコアからなる台座１３６
が設けられる。また、接合パッド（図示せず）は、キャ
リア１３０の下面の接地プレーン１３４及び台座１３６
に設けられている。キャリア１３０は究極的には、半田
ボール（図示せず）を介して親基板１００に接続され
る。
【００４１】図３は、本発明の一実施形態に従ったキャ
リアを用いてｐ型ＨＥＭＴデバイスが親基板に実装され
た組立体を示す。図３の親基板２００は図２の親基板と
同様である。図示されているのはＦＲ−４ガラス繊維基
板２０１であり、接地パッド２１４及び接地ビア２１８
が設けられている。また、この親基板は１対の５０Ωマ
イクロストリップ伝送線２１２を含む。マイクロストリ
ップ伝送線２１２用の接地プレーン２１３も示されてい
る。図３のキャリア２３０も、銀層により取り囲まれた
例えばひ素がドープされたシリコンコアからなるガラス
基板２３１及び台座２３６を有する点で、図２のキャリ
アと同様である。単一の伝送線の代わりに、図３のキャ
リア２３０は、１対の上側５０Ωマイクロストリップ伝
送線２３２及び付随する下側接地プレーン２３４からな
る。台座２３６は半田ボール２１７を介して伝送線２１
２に接続され、接地パッド２１４は半田ボール２１９を
介して接地プレーン２３４に接続される。ｐ型ＨＥＭＴ
デバイス等のミリ波デバイス３００は、キャリア２００
の頂面の伝送線２３２に半田ボール３０２を介してフリ
ップチップ実装される。
リアを用いてｐ型ＨＥＭＴデバイスが親基板に実装され
た組立体を示す。図３の親基板２００は図２の親基板と
同様である。図示されているのはＦＲ−４ガラス繊維基
板２０１であり、接地パッド２１４及び接地ビア２１８
が設けられている。また、この親基板は１対の５０Ωマ
イクロストリップ伝送線２１２を含む。マイクロストリ
ップ伝送線２１２用の接地プレーン２１３も示されてい
る。図３のキャリア２３０も、銀層により取り囲まれた
例えばひ素がドープされたシリコンコアからなるガラス
基板２３１及び台座２３６を有する点で、図２のキャリ
アと同様である。単一の伝送線の代わりに、図３のキャ
リア２３０は、１対の上側５０Ωマイクロストリップ伝
送線２３２及び付随する下側接地プレーン２３４からな
る。台座２３６は半田ボール２１７を介して伝送線２１
２に接続され、接地パッド２１４は半田ボール２１９を
介して接地プレーン２３４に接続される。ｐ型ＨＥＭＴ
デバイス等のミリ波デバイス３００は、キャリア２００
の頂面の伝送線２３２に半田ボール３０２を介してフリ
ップチップ実装される。
【００４２】種々の実施形態を特に図示及び説明した
が、本発明の変形、変更は、上述の開示によりカバーさ
れ、本発明の心髄及び範囲から離れることなく、特許請
求の範囲の技術的範囲内である。
が、本発明の変形、変更は、上述の開示によりカバーさ
れ、本発明の心髄及び範囲から離れることなく、特許請
求の範囲の技術的範囲内である。
【図１】本発明の一実施形態に従ったキャリアの形成工
程を示す図である。
程を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従った、50Ωマイクロス
トリップが親基板からキャリアへ移行する組立体を示す
斜視図である。
トリップが親基板からキャリアへ移行する組立体を示す
斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に従ったキャリアを使用し
てｐ型ＨＥＭＴデバイスが親基板に実装された組立体を
示す断面図である。
てｐ型ＨＥＭＴデバイスが親基板に実装された組立体を
示す断面図である。
１０，１３１，２３１ セラミック基板 １２，１３６，２３６ 台座 １４ 導電金属層 １００，２００ 金属化された基板 ２１７，３０２ 半田ボール ３００ 電子要素
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０５ Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｌ (72)発明者 ロバート イアン グレシャム アメリカ合衆国 02144 マサチューセッ ツ州 ソマービル ナンバー３ ウエスト ミンスターストリート ７ (72)発明者 リョウスケ イトウ アメリカ合衆国 01002 マサチューセッ ツ州 アンハースト アパートメントディ ー ボールレーン 21 Ｆターム(参考） 5E319 AA04 AB10 AC02 AC04 BB02 CC22 GG20 5E336 AA04 BB15 BB18 BC34 CC31 CC55 DD01 EE01 GG11 5J011 CA12
Claims (31)
- 【請求項１】第１面及び第２面を有する平坦なセラミッ
ク基板と、 前記第１面から前記第２面に延びる少なくとも１個のフ
ィードスルーとを具備し、 前記少なくとも１個のフィードスルーは、導電金属層に
よって少なくとも部分的に囲まれた、ドープされた半導
体の台座を具備することを特徴とする高周波キャリア。 - 【請求項２】前記半導体がシリコンであることを特徴と
する請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項３】前記シリコンがひ素でドープされているこ
とを特徴とする請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項４】前記半導体は、比抵抗を0.02Ωcm以下に低
減するために十分なドーピングを提供することを特徴と
する請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項５】前記台座はピラミッド状であることを特徴
とする請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項６】前記台座は金属によって完全に囲まれてい
ることを特徴とする請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項７】前記導電金属は、銀、金又は銅であること
を特徴とする請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項８】前記平坦なセラミック基板はガラス基板で
あることを特徴とする請求項１記載の高周波キャリア。 - 【請求項９】前記平坦なセラミック基板の少なくとも一
面に金属化層を更に有することを特徴とする請求項１記
載の高周波キャリア。 - 【請求項１０】前記金属化層はニッケル上の銅を有する
ことを特徴とする請求項９記載の高周波キャリア。 - 【請求項１１】前記金属化層は１以上の信号路を有する
ことを特徴とする請求項９記載の高周波キャリア。 - 【請求項１２】前記１以上の信号路は高周波伝送線を有
することを特徴とする請求項１１記載の高周波キャリ
ア。 - 【請求項１３】前記伝送線は、マイクロストリップライ
ン又は共平面線構造であることを特徴とする請求項１２
記載の高周波キャリア。 - 【請求項１４】前記金属化又は前記フィードスルー、或
いは前記金属化及び前記フィードスルーの両方に１以上
の半田ボールを有することを特徴とする請求項９記載の
高周波キャリア。 - 【請求項１５】金属化された基板と、 請求項１記載の高周波キャリアとを具備し、 前記キャリアの前記第１面が前記金属化された基板に取
り付けられ、 前記少なくとも１個のフィードスルーは前記金属化され
た基板に電気的に接続されていることを特徴とする電気
組立体。 - 【請求項１６】前記電気組立体が、前記キャリアの前記
第２面に取り付けられた少なくとも１個の電子要素を更
に具備し、 該少なくとも１個の電子要素は、電子部品又は電子回路
であり、前記少なくとも１個のフィードスルーに電気的
に接続されていることを特徴とする請求項１５記載の電
気組立体。 - 【請求項１７】前記少なくとも１個の電子要素は能動デ
バイスであることを特徴とする請求項１６記載の電気組
立体。 - 【請求項１８】前記能動デバイスは、電界効果トランジ
スタ、電子移動度トランジスタ又はヘテロ結合バイポー
ラトランジスタである電子ミリ波デバイスであることを
特徴とする請求項１７記載の電気組立体。 - 【請求項１９】前記金属化された基板は印刷回路である
ことを特徴とする請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項２０】前記金属化された基板は、エポキシ及び
ガラス繊維を有する金属化された基板であることを特徴
とする請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項２１】前記金属化された基板は、金属化された
セラミック基板であることを特徴とする請求項１６記載
の電気組立体。 - 【請求項２２】前記金属化された基板の金属化は１以上
の信号路を有することを特徴とする請求項１６記載の電
気組立体。 - 【請求項２３】前記１以上の信号路は高周波伝送線を有
することを特徴とする請求項２０記載の電気組立体。 - 【請求項２４】前記伝送線は、マイクロストリップライ
ン又は共平面線構造であることを特徴とする請求項２１
記載の電気組立体。 - 【請求項２５】前記少なくとも１個の電子要素は、１個
以上の半田ボールにより前記高周波キャリアの前記第２
面に取り付けられていることを特徴とする請求項１６記
載の電気組立体。 - 【請求項２６】前記金属化された基板は、１個以上の半
田ボールにより前記高周波キャリアに取り付けられてい
ることを特徴とする請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項２７】前記半導体はシリコンであることを特徴
とする請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項２８】前記セラミック基板はガラス基板である
ことを特徴とする請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項２９】前記電気組立体が、前記セラミック基板
の少なくとも一面に金属化層を有することを特徴とする
請求項１６記載の電気組立体。 - 【請求項３０】前記金属化層は１以上の高周波伝送線を
有することを特徴とする請求項２９記載の電気組立体。 - 【請求項３１】前記金属化された基板はＭＣＭ基板であ
り、 前記少なくとも１個の電子要素は、半導体デバイスであ
ることを特徴とする請求項１６記載の電気組立体。
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