JP2004063737A - マイクロ波集積回路、誘電体基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】MMIC、または誘電体基板の高周波信号パッドを測定インピーダンスとほぼ同等の幅とし、GNDパッドの間には、いずれにも接続されていない接続補助パッドを設けた。また、実装時には、高周波信号パッド同士の他に、GNDパッドと接続補助パッドの両者にワイヤのつぶれ部分が接触するように、GNDパッドおよび接続補助パッド同士を接続した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波、ミリ波帯等の高周波帯に使用するマイクロ波集積回路、または誘電体基板に関し、特に、反射特性および通過特性に優れたマイクロ波集積回路、または誘電体基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8(a)は、従来のマイクロ波集積回路(以下、MMIC:Monolithic Microwave ICという)の構成を示し、図8(b)は、その接続方法を示し、1はMMIC、2はマイクロストリップ線路、3は高周波信号パッド、4はGNDパッド、5は例えばAu等の金属製の第1のワイヤ(以下、ワイヤ5)である。
【0003】
図9は、従来のMMICの測定のために高周波プローバを使用した場合の、高周波信号パッド3における反射/通過特性の一例を示すものであり、曲線aは反射、曲線bは通過特性を示す。
【0004】
図10は、複数のMMICの高周波信号パッド同士を接続した場合の、接続部における反射/通過特性の一例を示すものであり、曲線c、曲線eは反射特性、曲線d、曲線fは通過特性を示す。
【0005】
次に、従来のMMICの構成および特性について説明する。従来のMMIC1は、FET等の能動素子(図では、省略する)に接続されるマイクロストリップ線路2の端に、1本あるいは2本程度のワイヤ5を接続できる幅をもった高周波信号パッド3を設け、複数のMMIC1(1a、1b)の高周波信号パッド3(3a、3b)同士をワイヤ5にて接続する。
一般に、MMIC1は、このような実装を行なう前に、高周波プローバ等を用いて、単体の特性を測定することが多い。その場合、高周波プローバの信号端子およびGND端子をそれぞれ高周波信号パッド3、GNDパッド4に接触させて行なうが、ワイヤ5を2本ボンディングする場合、高周波信号パッド3が幅広であるため、高周波プローバが接触した部分の両側に先端開放スタブが存在するような回路状態となる。マイクロ波、ミリ波帯等の高周波帯では、この先端開放スタブが容量成分となるため、測定に悪影響を及ぼし、図9のように、高周波プローバ接触点での反射量が大きく、通過量が小さくなるため、高精度な測定の妨げとなる。
【0006】
次に、複数の従来のMMIC1を実装し接続した場合の接続部の特性について説明する。図10の曲線cおよび曲線dは、高周波信号パッド3同士の接続を1本のワイヤで行なった場合の反射量および通過量を示す。また、曲線eおよび曲線fは、高周波信号パッド3同士の接続を2本のワイヤで行なった場合の反射量および通過量を示す。図のように、接続部は、高周波になるほど、反射量が大きく、通過量が小さくなる特性を有する。また、ワイヤ1本の方がワイヤ2本接続時よりも、反射量が大きく、通過量が小さい。これは、ワイヤ5のインピーダンスが、MMIC1のインピーダンスより大きく、MMIC1とワイヤ5のインピーダンスにミスマッチが発生するためである。
上記のとおり、ワイヤ5を1本ボンディングする場合は、高周波信号パッド3の幅を広げずに済むが、ワイヤボンディング時のインピーダンスミスマッチが大きくなり、ワイヤ5を2本ボンディングする場合は、高周波信号パッド3の幅を広げるため、オンウェハ測定に影響を及ぼす。このように、従来のMMICでは、マイクロ波、ミリ波帯等の高周波帯では、高周波プローバを用いた測定時、あるいはワイヤ5の接続および実装時に、その接続部における反射および通過特性が劣化するという問題があった。
【0007】
なお、本説明では、例えばFETやダイオード等の能動素子を含むMMIC1の測定および接続時について述べたが、能動素子を含まない誘電体基板を用いた場合でも同様の問題があった。
【0008】
この対策としては、例えば“マイクロ波・ミリ波のパッケージング技術”(電子情報通信学会総合大会、TC−1−1、1999)では、実装時の接続技術としてワイヤ長の短縮、ワイヤのリボン化などを挙げている。しかし、ワイヤ長の短縮には限界があり、高周波(特に、ミリ波)では効果が小さい。また、リボン化は、GaAs等の材料で構成されるMMICにボンディングした場合、基材が欠けたり、高周波信号パッド3付近の素子を破損する可能性が高いため、実現性に乏しい。従って、上記課題は解決には至らず、高周波回路を構成するにあたり、上記課題の解決が重要視されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、従来のMMICまたは誘電体基板では、高周波プローバを使用した測定を行なう際、高周波信号パッドの幅広部が先端開放スタブになり、また、ワイヤによる接続および実装時は、ワイヤとのインピーダンスミスマッチにより、いずれの状態でも、高周波信号パッドにおける反射、通過特性が劣化するという課題があった。
【0010】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、MMICのワイヤ接続部における反射特性および通過特性に優れたマイクロ波集積回路、または誘電体基板を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1の発明によるマイクロ波集積回路は、他のマイクロ波集積回路との間で高周波信号を授受する高周波信号パッドと、この高周波信号パッドの対向する両側面側に配設され、表裏導通するスルーホール等によって接地導体と導通するGNDパッドと、高周波信号パッドとGNDパッドの間に配設される接続補助パッドとを備えたものである。
【0012】
第2の発明によるマイクロ波集積回路は、第1の発明において、接続補助パッドと高周波信号パッドの離隔距離より、接続補助パッドとGNDパッドの離隔距離の方が近くなる位置に、接続補助パッドを配設したものである。
【0013】
第3の発明によるマイクロ波集積回路は、第1または第2の発明におけるマイクロ波集積回路を、少なくとも2個カスケード接続するマイクロ波集積回路の高周波信号パッド同士を第1のワイヤにて接続し、GNDパッドとその側に配設された接続補助パッドの両者に第2のワイヤを、そのつぶれ部分が接触するようにボンディングし、GNDパッドおよび接続補助パッド同士を接続するようにしたものである。
【0014】
第4の発明によるマイクロ波集積回路は、第1から第3の発明において、接続補助パッドを、高周波信号パッド端から少なくとも5μm以上離隔した位置に配設したものである。
【0015】
第5の発明によるマイクロ波集積回路は、第1から第4の発明において、接続補助パッドを、GNDパッド端から多くとも50μm以下に離隔した位置に配設したものである。
【0016】
第6の発明によるマイクロ波集積回路は、第1から第5の発明において、高周波信号パッドの幅が、マイクロ波集積回路に接触させて特性を測定する高周波プローバあるいは計測器のインピーダンスと略同一のインピーダンスが得られる幅としたものである。
【0017】
第7の発明による誘電体基板は、第1から第6の発明において、マイクロ波集積回路を誘電体基板としたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1(a)は、この発明の実施の形態1を示すMMICまたは誘電体基板の構成図、図1(b)はその接続図であり、1はMMIC、2はマイクロストリップ線路、3は高周波信号パッド、4はGNDパッド、5は例えばAu等の金属製の第1のワイヤ(以下、ワイヤ5)、5abは例えばAu等の金属製の第2のワイヤ(以下、ワイヤ5ab)、6は接続補助パッド、7は表裏導通するスルーホール、8は誘電体基板、9は接地導体である。
【0019】
また、図2は、この発明の実施の形態1を示すMMICまたは誘電体基板の高周波プローバ接触部における特性の一例を示す図であり、高周波プローバを用いてMMIC1または誘電体基板8を測定した場合の、高周波プローバ接触部における反射/通過特性の一例を示し、曲線gは反射量、曲線hは通過量を示す。
【0020】
また、図3は、この発明の実施の形態1を示すMMICまたは誘電体基板のワイヤ接続部における特性の一例を示す図であり、ワイヤ5を接続した場合の、ワイヤ接続部における反射/通過特性の一例を示し、曲線iは反射量、曲線jは通過量を示す。
【0021】
次に、MMIC1の構成および実装について説明する。MMIC1は、FET等の能動素子(図では省略する)が接続されるマイクロストリップ線路2の端に、1本あるいは2本程度のワイヤ5が接続できる幅を有する高周波信号パッド3と、この高周波信号パッド3の対向する両側面側に表裏導通するスルーホール7等によって接地導体9と導通するGNDパッド4を有し、この高周波信号パッド3とGNDパッド4の間のGNDパッド4に近い側に、接続補助パッド6を設けている。
また、2つのMMIC1を接続する場合、両者の高周波信号パッド3同士をワイヤ5にて接続し、さらに、ワイヤ5とは別のワイヤ5abを、GNDパッド4とその側に配設された接続補助パッド6の両者に、ボンディング時にできるワイヤ端のつぶれ部分が接触するようにボンディングし、2つのMMIC1(1a、1b)のGNDパッド4、および接続補助パッド6同士を接続している。
【0022】
次に、MMIC1の単体特性の測定について説明する。図4は、この発明の実施の形態1を示すMMICの単体特性の測定に係わる一例を示す図であり、10は使用する計測器(例えば、ネットワークアナライザ)、11は高周波プローバ、12は計測器10と高周波プローバ11を接続する接続線路(例えば、同軸線路や導波管等)である。
図4のように、一般には、MMIC1を単体測定する場合、高周波プローバ11を接続線路12を通して計測器10に接続し、高周波プローバ11の先端をMMIC1に接触させ、MMIC1の入出力特性等を測定する。この時、高周波プローバ11は、その中央の針上の突起をMMIC1の高周波信号パッド3に、両脇の針状の突起をGNDパッド4に接触させる。このMMIC1の場合、従来のように、高周波信号パッド3が幅広とならないため、高周波プローバ11が接触した場合でも、先端開放スタブ等が存在しなくなるので、高精度な測定が可能となる。
【0023】
また、この高周波プローバ11は、接続される計測器10とほぼ同等のインピーダンス(通常は約50Ω)にてキャリブレーションするため、高周波信号パッド3の幅を、計測器10及び高周波プローバ11のインピーダンスとほぼ同等とする(通常は約50Ω)ことにより、さらに高精度な測定が可能となり、図2のような反射/通過特性が得られる。
【0024】
次に、このMMIC1を接続および実装した場合について説明する。図1のように、両者の高周波信号パッド3同士の他に、GNDパッド4とその側に配設された接続補助パッド6にワイヤ5abのつぶれ部分が接触するようにワイヤ5abをボンディングし、2つのMMIC1(1a、1b)のGNDパッド4および接続補助パッド6同士を接続することにより、ワイヤ5のインピーダンスを低く抑えることが可能となり、MMIC1のインピーダンスに近づけることができる。従って、図3のように、ワイヤ接続部の特性において、反射量を低減し、通過量を改善できる。
【0025】
なお、この実施の形態1では、MMICについて述べたが、誘電体基板を測定した場合、誘電体基板同士を接続した場合、または誘電体基板とMMICを接続した場合のいずれも同様な効果があることは勿論である。
【0026】
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2を示すMMICまたは誘電体基板の構成図である。図において、実施の形態1と同一または相当部分には同一符号を付してあるので、説明は省略する。S1はGNDパッド4と接続補助パッド6の間隔、S2は高周波信号パッド3と接続補助パッド6の間隔である。
【0027】
また、図6は、この発明の実施の形態2を示すMMICの高周波プローバ接触部における特性の一例を示す図である。すなわち、高周波プローバを使用して、このMMIC1単体を測定する際の高周波プローバ接触部の反射/通過特性の一例を示すものであり、間隔S2を変化させた場合について、その反射量および通過量を示している。
【0028】
また、図7は、この発明の実施の形態2を示すMMICのワイヤボンディング部を示す図である。すなわち、MMICのGNDパッド4および接続補助パッド6へのワイヤボンディング状況を示し、13はワイヤ5をボンディングすることによってできた、ワイヤ5abのワイヤつぶれ部分である。
【0029】
次に、間隔S2による特性について説明する。図のように、間隔S2が小さいほど、すなわち接続補助パッド6が高周波信号パッド3に近いほど、高周波プローバの接触部における反射量および通過量が劣化する。これは、接続補助パッド6に信号が結合し容量成分が発生するために起こり、図のように、約5μm以下では反射量が−10dB以上と大きくなり、高精度な測定の妨げとなる可能性がある。
従って、間隔S2は少なくとも5μm以上必要であり、これを確保することにより、高精度な測定が実現できる。
【0030】
次に、GNDパッド4と接続補助パッド6の間隔S1について説明する。図7のように、ワイヤ5ab接続時は、このGNDパッド4と接続補助パッド6の両者にワイヤ5abのワイヤつぶれ部分13が接触するようにワイヤ5abをボンディングするが、この間隔S1が大きい場合、GNDパッド4、接続補助パッド6にかかるワイヤ5abのワイヤつぶれ部分13の密着性が低下する。
ここで、MIL−STD−883E Method2017.7によれば、クラスBにてワイヤつぶれ部分13の50%以上、クラスSについては75%以上の接触面積が必要である。つまり、図7のワイヤつぶれ部分13における斜線部の面積(GNDパッド4および接続補助パッド6に接触している部分)が、ワイヤつぶれ部分13の総面積の50〜75%必要である。従って、直径20〜40μmのワイヤ5abを使用した場合、ワイヤつぶれ部分13の幅は、ワイヤ5abの直径の約2〜3倍となるため、ワイヤつぶれ部分13の50%以上の接触面積を確保するためには、間隔S1を約50μm以下とする必要がある。
これにより、ワイヤ5abの密着性、強度を劣化させずに、MMIC1の接続を行なうことが可能となり、品質の向上が図れる。
【0031】
なお、この実施の形態2では、MMICについて述べたが、誘電体基板を測定した場合、誘電体基板同士を接続した場合、または誘電体基板とMMICを接続した場合のいずれでも同様な効果があることは論を待たない。
【0032】
【発明の効果】
この発明によれば、高周波信号を授受する高周波信号パッドと、この両側に配設され、表裏導通するスルーホール等によって接地導体と導通するGNDパッドと、高周波信号パッドとGNDパッドの間に、あるいはGNDパッドに近い位置に接続補助パッドとを設けたことにより、高周波プローバ等を使用した特性測定を高精度に実施できる。
【0033】
この発明によれば、接続するMMICまたは誘電体基板の高周波信号パッド同士とをワイヤにて接続し、GNDパッドとその側に配設された接続補助パッドの両者にワイヤと別のワイヤをそのつぶれ部分が接触するようにボンディングし、MMICまたは誘電体基板のGNDパッドおよび接続補助パッド同士を接続したことにより、ワイヤ接続部のインピーダンスをMMICのインピーダンスに近づけることができるため、接続部の特性を改善できる。
【0034】
この発明によれば、接続補助パッドを高周波信号パッド端から少なくとも5μm以上離隔した位置に配設したことにより、高周波プローバ等を使用した特性測定の際、接続補助パッドの影響を低減でき、高精度測定が可能となる。
【0035】
この発明によれば、接続補助パッドをGNDパッド端からの多くとも50μm以下に離隔した位置に配設したことにより、ワイヤを接続する際、ワイヤのつぶれ部分のMMICとの密着性を確保でき、品質の向上が図れる。
【0036】
この発明によれば、高周波信号パッドの幅が、高周波プローバを用いて測定を行なう計測器のインピーダンスとほぼ同じインピーダンスが得られる幅とすることにより、特性測定を高精度に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による実施の形態1のMMICまたは誘電体基板の構成図および接続図である。
【図2】この発明による実施の形態1のMMICまたは誘電体基板の高周波プローバ接触部における特性の一例を示す図である。
【図3】この発明による実施の形態1のMMICまたは誘電体基板のワイヤ接続部における特性の一例を示す図である。
【図4】この発明による実施の形態1のMMICまたは誘電体基板の単体特性の計測に係わる一例を示す図である。
【図5】この発明による実施の形態2のMMICまたは誘電体基板の構成図である。
【図6】この発明による実施の形態2のMMICまたは誘電体基板の高周波プローバ接触部における特性の一例を示す図である。
【図7】この発明による実施の形態2のMMICまたは誘電体基板のワイヤボンディング部を示す図である。
【図8】従来のMMICの構成および接続図である。
【図9】従来の高周波プローバ接触部における特性の一例を示す図である。
【図10】従来のワイヤ接続部における特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 MMIC、2 マイクロストリップ線路、3 高周波信号パッド、
4 GNDパッド、5 、5ab ワイヤ、6 接続補助パッド、7 スルー
ホール、8 誘電体基板、9 接地導体、10 計測器、11 高周波プローバ、12 接続線路、13 ワイヤつぶれ部分
Claims (7)
- マイクロ波、ミリ波等の高周波帯にて使用するマイクロ波集積回路において、他のマイクロ波集積回路との間で高周波信号を授受する高周波信号パッドと、この高周波信号パッドの対向する両側面側に配設され、表裏導通するスルーホール等によって接地導体と導通するGNDパッドと、上記高周波信号パッドと上記GNDパッドの間に配設される接続補助パッドとを備えたことを特徴とするマイクロ波集積回路。
- 上記接続補助パッドと上記高周波信号パッドの離隔距離より、上記接続補助パッドと上記GNDパッドの離隔距離の方が近くなる位置に、上記接続補助パッドが配設されることを特徴とする、請求項1記載のマイクロ波集積回路。
- 請求項1または請求項2に記載のマイクロ波集積回路を、少なくとも2個カスケード接続するマイクロ波集積回路において、接続する上記マイクロ波集積回路の高周波信号パッド同士を第1のワイヤにて接続し、上記GNDパッドとその側に配設された上記接続補助パッドの両者に第2のワイヤを、そのつぶれ部分が接触するようにボンディングし、上記GNDパッドおよび上記接続補助パッド同士を接続したことを特徴とするマイクロ波集積回路。
- 上記接続補助パッドを、上記高周波信号パッド端から少なくとも5μm以上離隔した位置に配設したことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
- 上記接続補助パッドを、上記GNDパッド端から多くとも50μm以下に離隔した位置に配設したことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
- 上記高周波信号パッドの幅が、上記マイクロ波集積回路に接触させて特性を測定する高周波プローバあるいは計測器のインピーダンスと略同一のインピーダンスが得られる幅である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のマイクロ波集積回路。
- 上記マイクロ波集積回路は、誘電体基板である、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の誘電体基板。
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