JP2003249534A - 高周波回路、高周波回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ状態での高周波プローブを用いた高周
波特性検査により、バンプを形成する実装パッド表面が
傷つき、良好な再現性でバンプを形成することが困難で
ある。形成したバンプにより接続したフリップチップ接
続部の高周波特性の再現性が低い。形成したバンプによ
り接続したフリップチップ接続部の高周波特性の長期信
頼性が低い。 【解決手段】 高周波回路の高周波入出力部の信号線
が、高周波特性的に等価な二本のスタブに任意の位置に
おいて分岐され、一方の分岐スタブの先端が接地電極パ
ッドを近傍に伴う信号電極パッドとして機能し、もう一
方の分岐スタブの先端が実装時のバンプ実装パッドとし
て機能することにより、ウェハ状態での高周波特性検査
と、実装接合部の良好な高周波特性と良好な長期信頼性
の両立が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路の構造に
係わり、特にＭＭＩＣ等のマイクロ波帯・ミリ波帯半導
体装置内で使用される高周波回路の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報通信量の飛躍的な需要の増大
により、マイクロ波帯、さらにはミリ波帯における通信
システムの実用化が進んでいる。これらのシステムに用
いられる低雑音増幅器、電力増幅器、ミキサ、周波数逓
倍器、等のＲＦ半導体装置には更なる特性の向上、小型
化が求められている。また、これらの半導体装置は集積
化、大量生産による低コスト化が期待されている。

【０００３】半導体デバイス、半導体集積素子、高周波
回路の高周波特性を測定するために、ウェハ状態で検査
を行なうのが一般的である。これは、パッケージ基板、
もしくはモジュール基板へ実装した形態での全体装置の
製造歩留まりを向上させるためには、前記装置の構成要
素である各デバイス、各回路の、実装前工程での高周波
特性検査が不可欠であることによる。

【０００４】一般に、ウェハ状態での高周波回路の高周
波特性を測定するためには、例えば、エアコプレーナ型
の高周波プローブが用いられる。ＧＳＧ型を例にとる
と、同プローブは、中央に信号線、両側にグラウンドが
接続される信号針３本により構成されている。また、各
信号針は、測定機器に接続される同軸ケーブル、あるい
は同軸コネクタの信号線、グラウンドにそれぞれ電気的
に接続している。信号針３本間の形状は、評価系を構成
する測定機器のインピーダンスである５０Ωと整合が可
能なように最適設計されている。

【０００５】また、ウェハ状態での高周波特性測定を行
なう高周波回路の信号線の入出力部先端には、前記高周
波プローブが接触するための導電性の接触パッドが形成
される。接触パッドの近傍の回路基板表面にはグラウン
ド針が接触するための接触パッドが形成される。ここ
で、回路基板上の信号線路がコプレーナ線路により構成
される場合、信号線路のグラウンドは回路基板表面に形
成されており、上記信号線のグラウンド面は高周波プロ
ーブの接触パッドとの兼用が可能である。また、マイク
ロストリップ線路により回路基板上の信号線路が構成さ
れている場合は、基板裏面に存在する信号線路のグラウ
ンドと高周波プローブのグラウンド針が接触する接触パ
ッドの電位を等しくするために、図２に示すような高周
波回路が使用される。ここで、接触パッド１５は高周波
プローブの信号線針が接触するためのパッドであり、接
触パッド１７、１８は高周波プローブのグラウンド針が
接触するためのパッドである。基板を貫通するバイアホ
ール１９、２０が接触パッド近傍に形成され、同接触パ
ッド１７、１８と導電性配線により接続される。両パッ
ドの形状、間隔、接触する高周波プローブの形状を制御
することにより、測定機器のインピーダンスが５０Ωで
ある測定系における評価回路の高周波特性が測定可能と
なる。以上詳述した高周波回路をあらかじめ高周波回路
基板上に形成しておくことにより、前記高周波プローブ
を使用し、Ｓパラメータ、雑音指数、歪特性などの高周
波回路の高周波特性をウェハ状態で測定することが可能
となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術には以下のような課題があった。すなわち、ウェハ
状態での高周波回路の高周波特性検査時に、高周波プロ
ーブ針先が前記接触パッドへ接触することにより、同接
触パッドの表面に傷がついてしまうという問題があっ
た。凹凸が存在する接触パッドの表面上に、フリップチ
ップ実装のためのメッキバンプを形成することは困難で
ある。また、仮に形成に成功したとしても、同バンプの
形状を制御することは困難である。形成されたメッキバ
ンプの高さ、表面平坦性、硬度にばらつきが生じた場
合、モジュール基板やパッケージ基板などの実装基板と
該バンプとの接合を一様に再現不可能となる。接合部の
形状、面積などの接合部のばらつきは、超高周波におけ
る高周波特性に大きなばらつきを生じさせ、高周波装置
の製造歩留まりを低下させる要因となる。また、接合部
形状のばらつきは、任意の一定の加圧、昇温、紫外線照
射、超音波印加などの条件下において接合される接合箇
所の長期信頼性低下をまねく。また、以上詳述したの
は、メッキバンプを介してフリップチップ実装を行なう
場合の課題であるが、半田バンプのようなメッキバンプ
以外の形態のバンプを使用する場合においても、また、
ワイヤボンディング接合を行なう場合においても、バン
プパッドやワイヤパッドの平坦性の低下は一様に接合部
の高周波特性の再現性低下、接合部の長期信頼性の低下
という課題を生じる。

【０００７】また、ミリ波帯のような高周波帯での測定
においては、信号線間の接続、さらには異なるグラウン
ド面間の接続強度が低下すると測定精度が大きく劣化し
てしまう。このため、高周波プローブ針の接触パッドへ
の接触は確実に行なわれる必要があり、同高周波プロー
ブを加圧しつつ同接触パッドへ接触させることが避けら
れず、接触パッド表面へ傷を生じず測定を行なうことは
現実的に不可能である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第一の高周波回路は、高周波信号入出力箇
所に信号線より分岐したすくなくとも二本の分岐スタブ
が形成され、同分岐スタブのすくなくとも一方が高周波
プローブを接触させるための接触パッドにより終端さ
れ、ウェハ状態での高周波特性検査を可能とするだけで
なく、すくなくとも一方の分岐スタブが実装用のバンプ
形成のためのパッドにより終端されることを特徴とする
ものである。

【０００９】本発明の第一の高周波回路により、高周波
特性検査前後での実装用パッドの表面形状の変化を回避
できるため、良好な再現性での実装用バンプ形状の制御
が可能となり、またフリップチップ実装の接合部の高周
波特性維持、またフリップチップ実装の接合部の長期信
頼性維持が可能となる。

【００１０】なお、本発明の第一の高周波回路として
は、二本の分岐スタブの高周波特性が等価であることが
好ましい。ウェハ状態での高周波特性検査時には実装パ
ッドに接続される分岐スタブが、また実装時には高周波
プローブ接触用パッドに接続される分岐スタブがそれぞ
れ先端開放スタブとして機能し、高周波回路特性へ影響
を与えるため、この影響を等価とすることにより精度の
よい高周波特性検査が可能となる。

【００１１】また、上記課題を解決するために、本発明
の第二の高周波回路は、高周波信号入出力箇所に信号線
より分岐した二本の分岐スタブが形成され、同分岐スタ
ブの一方が高周波プローブを接触させるための接触パッ
ドにより終端され、ウェハ状態での高周波特性検査を可
能とするだけでなく、もう一方の分岐スタブが実装用の
バンプ形成のための実装パッドにより終端され、さらに
は各分岐スタブと該分岐スタブを終端するパッドから構
成される先端開放スタブの電気長が、所定の設計周波数
帯域においてλ／８程度に相当することを特徴とするも
のである。本発明の第二の高周波回路により、本発明の
第一の高周波回路と同様、ウェハ状態での高周波特性検
査と良好な実装特性の両立が可能となるだけでなく、半
導体素子の線形性を劣化させる高調波発生を抑制するこ
とが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら説明する。なお、本発明は実施の形
態に限定されない。

【００１３】（実施の形態１）図１は本発明の第一の実
施の形態を示す高周波回路の上面図である。以下、特に
触れない場合は、図１において図示された構造は全て絶
縁性基板上に導電性物質によりパターニングされた配線
構造とする。マイクロストリップ線路構造の信号線１１
は分岐点１２において二本の分岐スタブ１３、１４に分
岐される。分岐スタブ１３は、高周波プローブの信号針
接触を目的とした接触パッド１５により終端される。す
なわち、分岐スタブ１３と接触パッド１５から先端開放
スタブ１６が実現される。接触パッド１５の近傍には、
高周波プローブのグラウンド針の接触を目的とした接地
パッド１７、１８が形成される。接地パッド１７、１８
は隣接して形成されるバイアホール１９、２０と電気的
に接続されている。なお、上面図において示した構造の
内、バイアホール１９、２０のみが基板を貫通して形成
されている。バイアホール１９、２０は、マイクロスト
リップ線路のグラウンド面である基板裏面の導体面と接
地パッド１７、１８の電位を等しく、もしくは近づける
ことを目的としている。また、分岐スタブ１４は、実装
時にワイヤ、もしくはバンプを形成する実装パッド２１
により終端される。すなわち、分岐スタブ１４と実装パ
ッド２１から先端開放スタブ２２が実現される。また、
実装パッド２１の近傍にも接地バンプ用の実装パッド２
３、２４を設けた。また、接地パッド１６、１７がバイ
アホール１８、１９を介して基板裏面のグラウンド面と
電気的に接続しているのと同様に、実装パッド２３、２
４に隣接してバイアホール２５、２６を形成し、実装パ
ッド２３、２４の電位をグラウンドと等電位に設定する
のに用いている。

【００１４】本発明の第一の形態の高周波回路を一部に
設けた半導体素子をウェハ状態で高周波特性を検査した
後、別の絶縁体基板上に形成された高周波回路基板へフ
リップチップ実装して接続した。検査前後において、実
装パッド２１、２３、２４の表面平坦度が変化しないこ
とはいうまでもない。また、検査工程後の実装パッド２
１、２３、２４へのバンプ形成が容易であったこともい
うまでもない。また、その形状、硬度の制御も容易に可
能であった。よって、本発明の第一の形態の高周波回路
の採用により、ウェハ状態での高周波特性検査と、実装
接合部の良好な高周波特性と良好な長期信頼性が両立さ
れた高周波回路装置が実現された。

【００１５】なお、上記実施例においては、検査工程後
に実装パッド２１、２３、２４上へメッキバンプを形成
する例について述べたが、本発明の高周波回路において
は実装パッド２１、２３、２４と検査パッド１５、１
７、１８を別個に構成するため、検査工程前に実装パッ
ド２１、２３、２４上にバンプが形成済みとなる製造工
程により本高周波回路を製造することも可能である。

【００１６】なお、本発明の第一の形態においては、絶
縁性基板として厚さ１００ミクロンのガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）基板を、信号線１１、分岐スタブ１３、１４の
線幅を３０ミクロン、分岐スタブ１３、１４の線路長を
それぞれ１２０ミクロンとし、３０ＧＨｚを周波数帯域
とするミリ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）の入力
構造として用いた。なお、実装パッド、接触パッドの形
状はそれぞれ正方形とし、その一辺を８０ミクロンに設
定した。また、接触パッド１５と接地パッド１７、１８
間の各間隔、実装パッド２１と接地バンプの実装パッド
２３、２４間の各間隔はそれぞれ１００ミクロンとし
た。また、接地バンプに隣接して設けられる全バイアホ
ールは円柱状とし、その半径を３０ミクロンとした。

【００１７】本発明の第一の形態においては、ウェハ状
態での高周波特性検査時には分岐スタブ１４、および実
装パッド２１は先端開放スタブ２２として機能するが、
先端開放スタブ２２の反射インピーダンスは３０ＧＨｚ
において４６−ｊ１４Ωであり、殆ど整合に影響を与え
ない。同様に、実装時の先端開放スタブ１６が整合に与
える影響もわずかである。よって、従来の半導体集積回
路に、本発明の第一の実施の形態の高周波回路を適用す
ることによる整合変化は無視することができる。この理
由から、本要約においては詳細を記述しない、分岐スタ
ブ１３、１４の線路長、もしくは線幅等の条件を互いに
違えた別実施例においても、同様に本発明の効果を得る
ことが可能であった。

【００１８】また、分岐スタブ１３、１４の線路長をそ
れぞれ７００ミクロンとした場合においては、ウェハ状
態での高周波特性検査時の先端開放スタブ２２は、反射
インピーダンス６−ｊ１６Ωの高周波回路として機能
し、整合への影響が無視できなくなる。しかし、分岐ス
タブ１３の線路長も分岐スタブ１４の線路長と同一値で
ある７００ミクロンへ設定することにより、検査時の先
端開放スタブ２２と実装時の先端開放スタブ１６の回路
特性を同一とすることが可能であり、先端開放スタブ１
６、もしくは２２の影響を考慮することにより容易に回
路設計を行なうことが可能である。

【００１９】また、本実施の形態においては、ＤＣ阻
止、もしくは整合回路として機能するキャパシタや、抵
抗素子、さらにはスパイラルインダクタなどの高周波回
路素子を回路内に含まない形態について説明を行なった
が、分岐点１２より分岐される分岐スタブ１３、１４が
それぞれパッド１５、２１により終端されるまでにこれ
らの高周波素子を包含してもよいことはいうまでもな
い。

【００２０】また、本実施の形態においては、高周波回
路の信号線をマイクロストリップ線路において構成した
例について示したが、高周波回路の信号線がコプレーナ
線路によって構成される場合においても、本発明の効果
は同様に得られる。なお、この場合、バイアホールは不
要となる。また高周波プローブのグラウンド針が接触す
るためのグラウンドパターンは、信号線１１、分岐スタ
ブ１３、１４の周辺の基板表面に存在するグラウンド面
でよく、接地パッド１７、１８を別個に設ける必要が無
いことはいうまでもない。同様に、実装パッド２３、２
４を別個設置する必要も無い。

【００２１】（実施の形態２）本発明の第二の実施の形
態の高周波回路においては、本発明の第一の実施の形態
における分岐スタブ１３と接触パッド１５から構成され
る先端開放スタブ１６と、分岐スタブ１４と実装パッド
２１から構成される先端開放スタブ２２の実効的な線路
長を、設計周波数の３０ＧＨｚの２倍高調波のλ／４の
電気長に相当するよう、分岐スタブ１３、１５の長さを
それぞれ３７０ミクロンに設定した。すなわち、先端開
放スタブ１６、２２の実効的な電気長を設計周波数のλ
／８に設定した。

【００２２】本発明の第二の実施の形態の高周波回路に
おいては、ウェハ検査時には先端開放スタブ２２が、ま
た実装時には先端開放スタブ１６が、設計帯域の２倍高
調波である６０ＧＨｚにおいて１．２Ωの反射インピー
ダンスを有する回路として機能する。すなわち、各スタ
ブはそれぞれ２０ｄＢ以上の帯域除去フィルタとして機
能するため、高調波の抑制が可能となる。また、本発明
の第一の実施の形態と同様に、ウェハ状態での高周波特
性検査と、実装部の高周波特性維持、及び信頼性維持が
可能になることは云うまでもない。

【００２３】また、本発明の第二の実施の形態の高周波
回路においては、ウェハ検査時には先端開放スタブ２２
が、また実装時には先端開放スタブ１６が、設計周波数
とした３０ＧＨｚにおいて３２−ｊ２４Ωの反射インピ
ーダンスを有する回路として機能するが、設計時から同
回路を整合回路の一部としてその影響を考慮して整合回
路を最適設計することにより、本発明の有利な効果と良
好な高周波特性を両立することが可能である。

【００２４】また、本発明の第二の実施の形態の高周波
回路を、増幅器を含む集積回路の出力部に設けることに
より、増幅器の相互変調歪特性が改善されるという有利
な効果が得られた。

【００２５】また、本発明の第二の実施の形態の高周波
回路を、増幅器を含む集積回路の入力部に設けることに
より、前記集積回路を含む高周波モジュール内において
前記集積回路の前段回路において発生する高調波成分が
除去され、増幅器の相互変調歪特性劣化が回避されると
いう有利な効果が得られた。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第一の高
周波回路によれば、ウェハ状態での高周波特性検査と、
実装接合部の良好な高周波特性と良好な長期信頼性の両
立という有利な効果が得られた。

【００２７】また、以上詳述したように、本発明の第二
の高周波回路によれば、ウェハ状態での高周波特性検査
と、実装接合部の良好な高周波特性と良好な長期信頼性
の両立という有利な効果が得られるだけでなく、高調波
信号の低減という有利な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の高周波回路の上面
図

【図２】従来の高周波回路においてウェハ状態での高周
波特性検査を行なうために設けられる高周波回路の上面
図

【符号の説明】 １１ マイクロストリップ線路構造の信号線 １２ 信号線１１が二本のスタブに分岐される任意の分
岐点 １３ 高周波プローブの信号針接触を目的とした接触パ
ッドにより終端される分岐スタブ １４ 高周波プローブの信号針接触を目的とした接触パ
ッドにより終端される分岐スタブ １５ 高周波プローブの信号針接触を目的とした接触パ
ッド １６ 分岐スタブ１３と接触パッド１５から構成される
先端開放スタブ １７，１８ 高周波プローブのグラウンド針接触を目的
とした接地パッド １９，２０ 接地パッド１６、１７の電位を基板裏面の
グラウンドと等電位に設定するために各接地パッドに隣
接して設けられたバイアホール ２１ 実装時にバンプを形成する実装パッド ２２ 分岐スタブ１４と実装パッド２１から構成される
先端開放スタブ ２３，２４ 接地バンプを表面に形成するための実装パ
ッド ２５，２６ 接地パッド２３、２４の電位を基板裏面の
グラウンドと等電位に設定するために各接地パッドに隣
接して設けられたバイアホール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に形成された導電性高周波
   信号線と、 前記信号線の任意の地点において分岐された少なくとも
   ２本以上の分岐線と、 前記分岐線のうち少なくとも１本の先端に接続された高
   周波プローブ接触パッドと、 前記分岐線のうち少なくとも１本の先端に接続された実
   装パッドと、 を具備することを特徴とする、高周波回路。
2. 【請求項２】 信号線および分岐線はマイクロストリッ
   プ線路により構成され、高周波プローブ接触パッドの近
   辺には、バイアホールにより絶縁性基板を貫通して裏面
   グラウンドと接続する接地パッドが設けられており、前
   記高周波プローブ接触パッドと前記接地パッドは電気的
   に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の高
   周波回路。
3. 【請求項３】 分岐線が互いに等価な高周波特性を有す
   ることを特徴とする請求項１、２に記載の高周波回路。
4. 【請求項４】 分岐線と接触パッド、もしくは前記接触
   パッドから構成される先端開放スタブの実効的な電気長
   が設計周波数の８分の１波長に相当することを特徴とす
   る請求項１から３に記載の高周波回路。
5. 【請求項５】 請求項１から４に記載の高周波回路を集
   積回路の入出力部に有することを特徴とする半導体集積
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体集積装置の入出
   力部の実装パッド上に任意形状の導電性バンプを成長
   し、前記導電性バンプを別絶縁性基板上に形成した導電
   性パッドに接続し実装することを特徴とする高周波回路
   装置。