JP2004214378A - High frequency integrated circuit device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency integrated circuit device at a low cost which has a plurality of capacitors connected with a part between bias lines for supplying a bias voltage to a high frequency semiconductor element and ground patterns, and in which the ground patterns on a substrate are connected with each other. <P>SOLUTION: On the substrate 10, the high frequency integrated circuit is provided with a high frequency semiconductor element 11, compound electronic components 12A-12D containing the capacitors, the bias lines 15A-15D, and the ground patterns 16A-16D and 17A, 17B. The compound electronic components 12A-12D form the capacitors connected with parts between the bias lines 15A-15D and the ground patterns 16A-16D and 17A, 17B. A ground path is formed which connects a part between the adjacent ground patterns interposing each of the bias lines. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯乃至ミリ波帯のような高い周波数領域で使用される高周波集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報通信分野における急速な需要の伸びにより、通信容量、通信回線数を増やすことが急務となってきている。この要求に対して、マイクロ波帯乃至ミリ波帯といった非常に高い周波数帯を通信に使用するシステムの実用化が急ピッチで進められている。これに伴い、通信端末として使用される無線通信機器も、マイクロ波帯乃至ミリ波帯に対応可能であることが要求される。
【0003】
無線通信機器における発振器、シンセサイザ、変調器、電力増幅器、低雑音増幅器及び復調器等を含む高周波回路は、電気特性が優れていることに加えて、小型化が容易であることが要求される。高周波回路の小型化には、MIC(Microwave Integrated Circuit;マイクロ波集積回路)やMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit;モノリシックマイクロ波集積回路)の採用により、回路をできるだけ集積化することが有効である。MICやMMICは、マイクロ波帯、準ミリ波帯あるいはミリ波帯に使用されるため、これらを使用する回路装置を総称して本発明では高周波集積回路装置と呼ぶ。
【0004】
MICやMMICにおいては、半導体集積化技術の飛躍的な発展に伴って、一つのモジュール基板内に形成される回路は、能動素子単体から機器の一つの回路機能を果たす機能回路ブロック、さらには複数の機能回路ブロックへと、集積化度が徐々に高くなってきている。これらの機能回路ブロックは、一般にHEMT、HBT、MESFET等の高周波半導体素子と、キャパシタ、インダクタ、抵抗等の受動素子及び各種の線路によって実現される。
【0005】
高周波半導体素子の入力電極と出力電極には、半導体素子にバイアスを供給するためのバイアス線路が接続される。バイアス線路には、半導体素子近傍に設置された高周波接地のためとバイアス電圧の変動を抑えるためのデカップリングキャパシタの一端が接続される。デカップリングキャパシタの他端は、グラウンドパターンに接続される。デカップリングキャパシタは、直流から回路の動作周波数までの全ての周波数領域でインピーダンスがゼロに十分近いような非常に低い値を持つ周波数特性を示すことが理想的であるが、実際にはある特定の周波数領域でのみインピーダンスが低くなる特性を示す。
【0006】
そこで、容量値の異なる複数のデカップリングキャパシタを組み合わせて用いることにより、直流から回路の動作周波数までの広い周波数領域でインピーダンスをできるだけ低くする手法がとられる(例えば、非特許文献1、特に図1とその説明を参照)。
【0007】
このように半導体チップの近傍に複数のデカップリングキャパシタを配置した高周波集積回路装置においては、各キャパシタは別々のバイアス線路とグラウンドパターンとの間に接続される。モジュール基板上の従来のメタルパターンレイアウトによると、各キャパシタはバイアス線路の一端が接続され、他端が各バイアス線路を挟むように配置された二つのグラウンドパターンのいずれか一方に接続される。従って、バイアス線路の両側に配置されたグラウンドパターンは、基板上で互いに分離される。一般に、高周波集積回路装置の特性を維持するためには、互いに分離されたグラウンドパターン同士をできるだけ短い距離で電気的に接続することによって、各グラウンドパターンが共通のグラウンド電位を持つようにすることが必要である。
【0008】
【非特許文献1】
Naoko Ono, Eiji Takagi, Miki Mori, Kenji Ishida, Horoyuki Kayano, Kunio Yoshihara and Mitsuo Konno “MINIATURIZED POWER AMPLIFIER MODULE USINGLGA STRUCTURE” IMC 1996 Proceedings, Omiya, April 26, 1996
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
高周波集積回路装置の特性劣化を避けるために、基板上の分離されたグラウンド同士を接続する方法として、次の二つがある。一つの方法は、モジュール基板の裏面全面に一様にグラウンドパターンを設け、この裏面上のグラウンドパターンとモジュール基板の主面上のグラウンドパターンをスルーホールを介して接続する方法である。他の方法は、ワイヤを用いたブリッジ部材により、基板上グラウンドパターン同士を接続する方法である。
【0010】
しかし、前者の方法ではスルーホールと基板裏面上のグラウンドパターンを必要とするために、基板コストが高くなってしまい、後者の方法ではブリッジ部材とその実装に要するコストがかかるという問題が生じる。
【0011】
本発明は、高周波半導体素子にバイアスを供給するためのバイアス線路とグラウンドパターンとの間に接続された複数のキャパシタを有し、基板上のグラウンドパターン同士が接続された低コストの高周波集積回路装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の一つの観点に係る高周波集積回路装置は、主面を有する基板と、基板の主面上に設けられた高周波半導体素子と、該基板の主面上に設けられた、高周波半導体素子にバイアスを供給するための少なくとも一つのバイアス線路と、基板の主面上にバイアス線路を両側から挟むように設けられた第1及び第2のグラウンドパターンと、バイアス線路と第1及び第2のグラウンドパターンとの間にそれぞれ接続される第1及び第2のキャパシタ、及び第1のグラウンドパターンと第2のグラウンドパターン間を接続する接続導体を有する複合電子部品とを具備する。
【0013】
本発明の他の観点に係る高周波集積回路装置は、主面を有する基板と、基板の主面上に設けられた高周波半導体素子と、基板の主面上に平行に設けられた、高周波半導体素子に異なるバイアスを供給するための第1及び第2のバイアス線路と、基板の主面上に第1及び第2のバイアス線路の間に位置して設けられた第1のグラウンドパターンと、第1のバイアス線路を第1のグラウンドパターンとの間に挟むように設けられた第2のグラウンドパターンと、第2のバイアス線路を第1のグラウンドパターンとの間に挟むように設けられた第3のグラウンドパターンと、第1及び第2のバイアス線路と第1乃至第3のグラウンドパターンとの間にそれぞれ接続される第1乃至第4のキャパシタ、第1及び第2のグラウンドパターン間を接続する第1の接続導体、並びに第2及び第3のグラウンドパターン間を接続する第2の接続導体を有する複合電子部品とを具備する。
【0014】
このように、キャパシタに加えて複数のグラウンド用電極間を接続する接続導体を備えた複合電子部品を用いることによって、基板上の互いに分離したグラウンドパターン同士を接続するグラウンドパスが形成されるため、高周波特性が良好で、かつ低コストの高周波半導体装置を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、図1〜図6を用いて本発明の一実施形態に係る高周波集積回路装置について説明する。図1は本実施形態に係る高周波集積回路装置の平面図であり、図2は図1のA−A′線に沿う断面図である。
図1及び図2において、モジュール基板10は、キャリア基板とも呼ばれる例えば数ミリ程度の大きさの基板10である。モジュール基板10は単一の誘電体層を持ち、主面のみにメタルパターンが設けられた構造を持つ。モジュール基板10としては、アルミナ基板、または、シリコン、砒化ガリウムのような半絶縁性材料からなる半導体基板、あるいは樹脂基板のような絶縁基板を使用することが可能である。本実施形態では、キャリア基板10として例えばアルミナ基板を使用することとする。
【0016】
モジュール基板10の主面上(以下、単に基板10上という)に、高周波半導体素子11と、キャパシタ及びグラウンドパス用の接続導体をそれぞれ含む複数の複合電子部品12A〜12Dが実装され、さらに複数のメタルパターンが被着されている。
【0017】
高周波半導体素子11は、例えばチップサイズが1〜3mm角程度の半導体チップであり、HEMT(high electron mobility transistor),HBT(hetero bipolar transistor),MESFET(metal silicon FET)のようなマイクロ波帯乃至ミリ波帯で動作可能な能動素子を一つまたは複数個含む。本実施形態では、高周波半導体素子11として例えば砒化ガリウムを材料とするMMICタイプの半導体チップを用いる場合を例に説明する。
【0018】
図3は、高周波半導体素子11の具体的な回路例を示すブロック図である。この例では能動素子としてHEMTを用い、2段構成の増幅器を構成している。高周波入力電極21に入力される高周波信号は、入力整合回路22を介して1段目のHEMT23のゲート端子に与えられる。1段目のHEMT23のドレイン端子から取り出される高周波信号は、段間整合回路24を介して2段目のHEMT25のゲート端子に与えられる。2段目のHEMT25のドレイン端子から取り出される高周波信号は、出力整合回路26を介して高周波出力電極27へ出力される。HEMT23,25のドレイン端子にはバイアス電極28A,28Bが接続され、ゲート端子にはバイアス電極29A,29Bが接続される。
【0019】
モジュール基板10上のメタルパターンは、モジュール基板10上に例えば、金,銅,タングステン,銀あるいは銀パラジウム合金のような金属導体材料などにより形成される。メタルパターンは、入力線路13、出力線路14、バイアス線路15A〜15D、矩形状のグラウンドパターン16A〜16D及びストリップ状のグラウンドパターン17A,17Bを含む。入力線路13及び出力線路14は、高周波半導体素子11の図3中に示した高周波入力電極21及び高周波出力電極27にそれぞれ接続され、高周波信号の入出力のために設けられる。
【0020】
バイアス線路15A〜15Dは、高周波半導体素子11にバイアス電圧を供給するための線路であり、その各一端は高周波半導体素子11の図3中に示したバイアス電極28A,28B,29A,29Bにそれぞれ接続され、各他端の引き出し端子は高周波集積回路装置の外部にある図示しないバイアス電圧源に接続される。この例では、バイアス線路15Aと15Bの組及びバイアス線路15Cと15Dの組はそれぞれ平行に配置されており、前者の組は高周波半導体素子11の図1中上側の辺に、後者の組は図1中下側の辺にそれぞれ対向して配置されている。
【0021】
矩形状のグラウンドパターン16A〜16Dは、モジュール基板10上の四隅に配置されている。ストリップ状のグラウンドパターン17A,17Bは、バイアス線路15Aと15Bの間及びバイアス線路15Cと15Dの間にそれぞれ配置されている。従って、バイアス線路15A〜15Dは、いずれも二つのグラウンドパターンによって挟まれる。
【0022】
高周波半導体素子11は、この例ではモジュール基板10上にフェイスダウンのフリップリップ接続によって実装されており、基板10に対応する面に設けられた図1中に点線の丸で示される高周波入力電極、高周波出力電極、バイアス電極及びグラウンド電極は、それぞれ入力線路13、出力線路14、バイアス線路15A〜15D、グラウンドパターン16A〜16D及び17A,17Bの各一端に接続される。入力線路13、出力線路14、バイアス線路15A〜15D、グラウンドパターン16A〜16D及び17A,17Bの各他端は、小さな矩形で示されるような引き出し電極となっている。一方、複合電子部品12A〜12Dは、例えば通常の半田リフロープロセスを用いてモジュール基板10上に実装される。
【0023】
次に、複合電子部品12A〜12Dについて説明する。
複合電子部品12A〜12Dの各々は、一つのバイアス用電極と該バイアス用電極を挟むように設けられた二つのグラウンド用電極を同一平面上に有し、バイアス用電極と各グラウンド用電極との間にそれぞれキャパシタを構成し、かつ各グラウンド用電極間にグラウンドパスを形成する構造を持つ。バイアス用電極と各グラウンド用電極との間にそれぞれ形成されるキャパシタは、電気的には並列接続されて一つのキャパシタとして機能する。
【0024】
このような構造により、複合電子部品12A〜12Dはバイアス線路15A〜15Dを高周波的に接地し、かつバイアス電圧の変動を防止するためのグラウンドデカップリングキャパシタとしての機能に加えて、バイアス線路15A〜15Dの両側のグラウンドパターン間を電気的に接続するグランウンドパスとしての機能を有する。すなわち、部品12A内のグラウンドパスはグラウンドパターン16Aと17A間を接続し、部品12B内のグラウンドパスはグラウンドパターン16Bと17A間を接続し、部品12C内のグラウンドパスはグラウンドパターン16Cと17B間を接続し、部品12D内のグラウンドパスはグラウンドパターン16Dと17B間を接続する。
【0025】
図4には、複合電子部品12A〜12Dの構成例を示す。図4では、一つの複合電子部品12のみを示している。この例の複合電子部品は、公知の積層セラミックコンデンサと同様の基本構造を持っており、セラミクスのような高誘電率の材料からなる誘電体ブロック30内に、第1電極層31と第2電極層32が相互間に誘電体層33を介して積層される。ここで、最上層に接続導体34が配置される点が通常の積層セラミックコンデンサとは異なる。
【0026】
誘電体ブロック30の長手方向の中央部及び両側に、スルーホール35及び36A,36Bが貫通しており、スルーホール35及び36A,36Bの端部はそれぞれ誘電体ブロック30の底面に形成されたバイアス用電極37及びグラウンド用電極38A,38Bに接続される。
【0027】
第1電極層31は、図5(a)に示されるパターンを有しており、中央部がスルーホール35を介してバイアス用電極37に接続され、両端部はスルーホール36A,36Bに対し非接触である。一方、第2電極層32は図5(b)に示されるように二つの領域に分割されたパターンを有しており、両端部がスルーホール36A,36Bをそれぞれ介してグラウンド用電極38A,38Bに接続され、中央部はスルーホール35に対して非接触である。従って、バイアス用電極37とグラウンド用電極38Aとの間及びバイアス用電極37とグラウンド用電極38Bとの間に、第1、第2電極層31,32及び誘電体層33により構成される個別キャパシタの並列接続からなるキャパシタがそれぞれ形成される。
【0028】
最上層の接続導体34は電極層31,32とは異なり、いわゆるべた電極、すなわちスルーホール36A,36B間に連続的に形成された導体であり、その両端がスルーホール36A,36Bをそれぞれ介してグラウンド用電極38A,38Bに接続される。従って、接続導体34によりグラウンド用電極38A,38B間が短絡される。
【0029】
このような構造の複合電子部品12A〜12Dを図1に示したように実装すると、グラウンド用電極38A,38Bは、部品12Aにおいてはグラウンドパターン16A,17Aに、部品12Bにおいてはグラウンドパターン16B,17Aに、部品12Cにおいてはグラウンドパターン16C,17Bに、部品12Dにおいてはグラウンドパターン16D,17Bにそれぞれ接続される。このとき、複合電子部品12A〜12D内の接続導体34によって形成されるグラウンドパスにより、グラウンドパターン16Aと17A間、グラウンドパターン16Bと17A間、グラウンドパターン16Cと17B間、グラウンドパターン16Dと17B間がそれぞれ接続される。
【0030】
すなわち、モジュール基板10上のグラウンドパターン16A,16B,17A及び16C,16D,17Bは、接続導体34によって形成されるグラウンドパスにより互いに電気的に接続され、共通のグラウンド電位を持つ。従って、準ミリ波帯乃至ミリ波帯といった超高周波領域においても、高周波半導体素子11の動作を安定化することができる。
【0031】
図6に、複合電子部品12A〜12Dの他の構成例を示す。図4に示した例の複合電子部品は、積層セラミックコンデンサ構造であったのに対して、図6の例の複合電子部品は、高周波用キャパシタとして一般に用いられる単層の誘電体層を用いた、いわゆるMIMキャパシタと同様の構造を有する。
【0032】
すなわち、図6においては、誘電体基板40の図中下側の面上にバイアス用電極47及びグラウンド用電極48A,48Bが被着され、誘電体層40の図中上側の面上に接続導体44が一様に被着されている。接続導体44とグラウンド用電極48A,48Bとは、誘電体層40を貫通して設けられたスルーホール46A,46Bをそれぞれ介して接続される。誘電体層40とバイアス用電極47及びグラウンド用電極48A,48Bによって二つのキャパシタが形成される。各キャパシタの静電容量は、バイアス用電極47とグラウンド用電極48A,48B間の静電容量と、バイアス用電極47と接続導体44間の静電容量との合成によって与えられる。
【0033】
図6の複合電子部品では、接続導体44によってグラウンド用電極48A,48B間が短絡されるため、図4に示した複合電子部品と同様の利点を有する。
すなわち、図6の構造の複合電子部品12A〜12Dを図1に示したように実装すると、グラウンド用電極48A,48Bが部品12A〜12Dにおいてそれぞれグラウンドパターン16A,17A、グラウンドパターン16B,17A、グラウンドパターン16C,17B、グラウンドパターン16D,17Bと接触し、部品12A〜12D内の接続導体44によって形成されるグラウンドパスにより、グラウンドパターン16Aと17A間、グラウンドパターン16Bと17A間、グラウンドパターン16Cと17B間、グラウンドパターン16Dと17B間がそれぞれ接続される。
【0034】
従って、モジュール基板10上のグラウンドパターン16A,16B及び17A、あるいは16C,16D及び17Bは、接続導体44によって形成されるグラウンドパスにより互いに電気的に接続され、共通のグラウンド電位を持つので、準ミリ波帯乃至ミリ波帯においても、高周波半導体素子11の動作を安定化することができる。
【0035】
図4または図6に示した複合電子部品12A〜12Dを用いると、グラウンドパスを形成する接続導体34または44が複合電子部品12A〜12D内にデカップリングキャパシタと共に設けられているため、従来のグラウンドパス形成方法と比較して低コストとなる。
【0036】
すなわち、従来では前述したように、(1)基板裏面の全面に形成されたグラウンドパターンに対して、基板表面に設けられたグラウンドパターンをスルーホールにより接続する方法、(2)ワイヤを用いたブリッジ部材により基板上の分離された隣接グラウンドパターン同士を接続する方法が用いられる。これに対して、本実施形態ではキャパシタ部品に接続導体34または44を追加した複合電子部品12A〜12Dを用意するだけで、グラウンドパスを簡単に形成することができる。
【0037】
このように本実施形態によると、両面メタルパターンとスルーホールを持つキャリア基板、あるいは独立した隣接グラウンドメタルパターン間を接続するためのブリッジ部材が不要であるため、部品点数が少なく、実装コストが安く、主面のみにメタルパターンを持つ安価なモジュール基板を使用した低コストの高周波集積回路装置を実現することが可能になる。
【0038】
図7は、本発明の他の実施形態に係る高周波集積回路装置の平面図であり、二つの複合電子部品12E,12Fを有する。複合電子部品12Eは図1における複合電子部品12A,12Bを一体化した構成を有し、複合電子部品12Fは図1における複合電子部品12C,12Dを一体化した構成を有する。
【0039】
複合電子部品12C,12Dの各々は、二つのバイアス用電極と各バイアス用電極を挟むように設けられた計三つのグラウンド用電極を同一平面上に有し、各々バイアス用電極と各グラウンド用電極との間にそれぞれキャパシタを構成し、かつ各グラウンド用電極間にグラウンドパスを形成する構造を持つ。一つのバイアス用電極と各グラウンド用電極との間にそれぞれ形成されるキャパシタは、電気的には並列接続されて一つのキャパシタとして機能するので、一つの複合電子部品は二つのキャパシタを有する。
【0040】
図8に、複合電子部品12E,12Fの構成例を示す。
図8では、一つの複合電子部品のみを示している。図8の複合電子部品は、図4に示した複合電子部品を二つ一体化した構造であり、誘電体ブロック30内の図中左側において第1電極層31Aと第2電極層32Aが相互間に誘電体層33Aを介して積層され、最上層に接続導体34Aが配置され、さらに図中右側においても同様に第1電極層31Bと第2電極層32Bが相互間に誘電体層33Bを介して積層され、最上層に接続導体34Bが配置される。
【0041】
誘電体ブロック30には、スルーホール35A,35B及び36C,36D,36Eが貫通しており、スルーホール35A,35B及び36C,36D,36Eの端部はそれぞれ誘電体ブロック30の底面に形成されたバイアス用電極37A,37B及び38C,38D,38Eに接続される。
【0042】
第1電極層31A,31Bは、図5(a)に示したパターンを有し、それぞれ中央部がスルーホール35A,35Bを介してバイアス用電極37A,37Bに接続される。第2電極層32A,32Bは、図5(b)に示されるパターンを有し、それぞれ両端部がスルーホール36C,36D及び36D,36Eを介してグラウンド用電極38C,38D及び38D,38Eに接続される。
【0043】
従って、バイアス用電極37Aとグラウンド用電極38C,38Dとの間及びバイアス用電極37Bとグラウンド用電極38D,38Eとの間に、第1、第2電極層31A,31B,32A,32B及び誘電体層33A,33Bにより構成される個別キャパシタの並列接続からなるキャパシタがそれぞれ形成される。
【0044】
最上層の接続導体34A,34Bはスルーホール36C,36D,36E間に連続的に形成された導体であり、スルーホール36A,36Bをそれぞれ介してグラウンド用電極38A,38Bに接続される。従って、接続導体34A,34Bによりグラウンド用電極38C,38D,38E間が短絡される。
【0045】
図9に、複合電子部品12E,12Fの他の構成例を示す。
図9では、一つの複合電子部品のみを示している。この例の複合電子部品は、図6に示した複合電子部品を二つ一体化した構造であり、誘電体層40の一方の面に接続導体44の層が一様に被着され、裏面にバイアス用電極47A,47B及びグラウンド用電極48C,48D,48Eが被着されている。接続導体44とグラウンド用電極48C,48D,48Eとは、誘電体層40を貫通して設けられたスルーホール46C,46D,46Eをそれぞれ介して接続される。
【0046】
誘電体層40とバイアス用電極47A,47B及びグラウンド用電極48C,48D,48Eによって二つのキャパシタが形成される。各キャパシタの静電容量は、バイアス用電極47A,47Bとグラウンド用電極48C,48D,48E間の静電容量と、バイアス用電極47A,47Bと接続導体44間の静電容量との合成によって与えられる。
【0047】
このように本実施形態によると、キャパシタ部品に接続導体34A,34Bまたは44を追加した複合電子部品12E,12Fを用意するだけで、グラウンドパスを簡単に形成することができ、先の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では先の実施形態に比較して複合電子部品の個数が半減されるため、実装がより一層容易となる。
【0048】
次に、図10〜図12を用いて高周波集積回路装置のより具体的な実装例について説明する。
図10に、図1に示した高周波集積回路装置をマザーボードに実装した例を示す。高周波集積回路装置は、モジュール基板10の主面上に設けられた引き出し電極18をI/O(入出力)電極として利用するBGA(ボール・グリッド・アレイ)タイプのI/O方式でマザーボード50に実装される。すなわち、引き出し電極18は半田ボール52をそれぞれ介してマザーボード50上の電極53に接続される。ここで、引き出し電極18は例えば図1中の入力線路13、出力線路14、バイアス線路15A〜15D、グラウンドパターン16A〜16D及び17A,17Bの各他端に設けられた小さな矩形で示される電極である。
【0049】
図11は、図1に示した高周波集積回路装置をマザーボードに実装した他の例を示す。高周波集積回路装置は、モジュール基板10の裏面に設けられた電極ををI/O電極として利用するLGA(ランド・グリッド・アレイ)タイプのI/O方式でマザーボード50に実装される。すなわち、モジュール基板10の裏面には、主面上の引き出し電極18とスルーホール54を介して接続されたLGA用電極55が設けられており、これらのLGC用電極55がマザーボード50上の電極53と半田等により接続される。
【0050】
図12には、図1に示した高周波集積回路装置を複数個マザーボードに実装した例を示す。高周波集積回路装置とマザーボード50とのI/O電極には、モジュール基板10の主面上に設けられた電極を用い、隣接する高周波集積回路装置のモジュール基板10間、及び端部のモジュール基板とマザーボード50間がボンディングワイヤ56によって接続される。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば高周波半導体素子にバイアスを供給するためのバイアス線路とグラウンドパターンとの間に接続された複数のキャパシタを有する高周波集積回路装置において、独立したグラウンドパターン接続用ブリッジ部品や両面メタルパターンとスルーホールを持つ基板を用いることなく、基板上のグラウンドパターン同士を接続することにより、低コストの高周波集積回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る高周波集積回路装置の構成を示す平面図
【図2】図1のA−A′線に沿う断面図
【図3】同実施形態における高周波半導体素子の具体的な回路構成例を示すブロック図
【図4】同実施形態における複合電子部品の一構成例を示す断面図
【図5】図3のB−B′線及びC−C′線に沿う断面図
【図6】同実施形態における複合電子部品の他の構成例を示す断面図
【図7】本発明の他の実施形態に係る高周波集積回路装置の構成を示す平面図
【図8】同実施形態における複合電子部品の一構成例を示す断面図
【図9】同実施形態における複合電子部品の他の構成例を示す断面図
【図10】本発明の実施形態に係る高周波集積回路装置の第1の実装例を示す断面図
【図11】本発明の実施形態に係る高周波集積回路装置の第2の実装例を示す断面図
【図12】本発明の実施形態に係る高周波集積回路装置の第3の実装例を示す断面図
【符号の説明】
10…モジュール基板
11…高周波半導体素子
12A〜12D,12E,12F…複合電子部品
13…入力線路
14…出力線路
15A〜15D…バイアス線路
16A〜16D,17A,17B…グラウンドパターン
30…誘電体ブロック
31…第1電極層
32…第2電極層
33…誘電体層
34…接続導体層
35,36A,36B,36C〜36E…スルーホール
37,37A,37B…バイアス用電極
38A,38B,38C〜38E…グラウンド用電極
40…誘電体基板
46A,46B,46C〜46E…スルーホール
47,47A,47B…バイアス用電極
48A,48B,48C〜48E…グラウンド用電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency integrated circuit device used in a high frequency range such as a microwave band or a millimeter wave band.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, due to rapid growth in demand in the information and communication field, it has become urgent to increase communication capacity and the number of communication lines. In response to this demand, the practical use of a system that uses a very high frequency band such as a microwave band or a millimeter wave band for communication is progressing at a rapid pace. Accordingly, wireless communication devices used as communication terminals are required to be able to support the microwave band or the millimeter wave band.
[0003]
A high-frequency circuit including an oscillator, a synthesizer, a modulator, a power amplifier, a low-noise amplifier, a demodulator, and the like in a wireless communication device is required to have excellent electrical characteristics and to be easily miniaturized. In order to reduce the size of the high-frequency circuit, it is effective to use a MIC (Microwave Integrated Circuit) or an MMIC (Monolitic Microwave Integrated Circuit) to integrate the circuit as much as possible. Since the MIC and the MMIC are used in a microwave band, a quasi-millimeter wave band, or a millimeter wave band, circuit devices using these are collectively referred to as high-frequency integrated circuit devices in the present invention.
[0004]
In MICs and MMICs, with the rapid development of semiconductor integration technology, circuits formed in one module substrate are replaced by functional circuit blocks that perform one circuit function of a device from a single active element, and a plurality of circuits. , The degree of integration is gradually increasing. These functional circuit blocks are generally realized by high-frequency semiconductor elements such as HEMTs, HBTs, and MESFETs, passive elements such as capacitors, inductors, and resistors, and various lines.
[0005]
A bias line for supplying a bias to the semiconductor element is connected to an input electrode and an output electrode of the high-frequency semiconductor element. One end of a decoupling capacitor is connected to the bias line for high-frequency grounding provided near the semiconductor element and for suppressing fluctuations in bias voltage. The other end of the decoupling capacitor is connected to a ground pattern. Ideally, the decoupling capacitor exhibits a frequency characteristic with a very low value such that the impedance is sufficiently close to zero in the entire frequency range from DC to the operating frequency of the circuit, but in practice, a specific The characteristic shows that the impedance is reduced only in the frequency domain.
[0006]
In view of this, a technique is employed in which a plurality of decoupling capacitors having different capacitance values are used in combination to reduce the impedance as much as possible in a wide frequency range from DC to the operating frequency of the circuit (for example, see Non-Patent Document 1, especially FIG. 1). And its description).
[0007]
In such a high-frequency integrated circuit device in which a plurality of decoupling capacitors are arranged near the semiconductor chip, each capacitor is connected between a separate bias line and a ground pattern. According to the conventional metal pattern layout on the module substrate, one end of each bias line is connected to each capacitor, and the other end is connected to one of two ground patterns arranged so as to sandwich each bias line. Therefore, the ground patterns disposed on both sides of the bias line are separated from each other on the substrate. Generally, in order to maintain the characteristics of a high-frequency integrated circuit device, ground patterns separated from each other are electrically connected to each other at a distance as short as possible so that each ground pattern has a common ground potential. is necessary.
[0008]
[Non-patent document 1]
Naoko Ono, Eiji Takagi, Miki Mori, Kenji Ishida, Horoyuki Kayano, Kunio Yoshihara and Mitsuo Konno "MINIATURIZED POWER AMPLIFIER MODULE USINGLGA STRUCTURE" IMC 1996 Proceedings, Omiya, April 26, 1996
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In order to avoid deterioration of the characteristics of the high-frequency integrated circuit device, there are the following two methods for connecting the separated grounds on the substrate. One method is to provide a ground pattern uniformly on the entire back surface of the module substrate, and connect the ground pattern on the back surface to the ground pattern on the main surface of the module substrate via a through hole. Another method is a method of connecting ground patterns on a substrate with a bridge member using a wire.
[0010]
However, the former method requires a through-hole and a ground pattern on the back surface of the substrate, which increases the cost of the substrate, and the latter method involves a problem that the bridge member and the cost required for mounting the bridge member are required.
[0011]
The present invention relates to a low-cost high-frequency integrated circuit device having a plurality of capacitors connected between a bias line for supplying a bias to a high-frequency semiconductor element and a ground pattern, wherein the ground patterns on the substrate are connected to each other. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a high-frequency integrated circuit device according to one aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a high-frequency semiconductor element provided on the main surface of the substrate, and a high-frequency semiconductor element provided on the main surface of the substrate. At least one bias line for supplying a bias to the high-frequency semiconductor element, first and second ground patterns provided on both sides of the bias line on the main surface of the substrate, and a bias line. First and second capacitors connected between the first and second ground patterns, respectively, and a composite electronic component having a connection conductor connecting between the first and second ground patterns is provided. I do.
[0013]
A high-frequency integrated circuit device according to another aspect of the present invention includes a substrate having a main surface, a high-frequency semiconductor element provided on the main surface of the substrate, and a high-frequency semiconductor element provided in parallel on the main surface of the substrate. First and second bias lines for supplying different biases to the first and second ground lines; a first ground pattern provided between the first and second bias lines on the main surface of the substrate; A second ground pattern provided so as to sandwich the bias line between the first ground pattern and a third ground line provided so as to sandwich the second bias line between the first ground pattern. A ground pattern, first to fourth capacitors connected between the first and second bias lines and the first to third ground patterns, and connection between the first and second ground patterns, respectively. 1 connection conductors, and comprising a composite electronic component having a second connecting conductor for connecting the second and third ground patterns.
[0014]
As described above, by using the composite electronic component including the connection conductor connecting the plurality of ground electrodes in addition to the capacitor, a ground path connecting the ground patterns separated from each other on the substrate is formed. A high-frequency semiconductor device with good high-frequency characteristics and low cost can be realized.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a high-frequency integrated circuit device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of the high-frequency integrated circuit device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG.
1 and 2, the module substrate 10 is a substrate 10 having a size of, for example, about several millimeters, which is also called a carrier substrate. The module substrate 10 has a single dielectric layer, and has a structure in which a metal pattern is provided only on the main surface. As the module substrate 10, an alumina substrate, a semiconductor substrate made of a semi-insulating material such as silicon or gallium arsenide, or an insulating substrate such as a resin substrate can be used. In the present embodiment, for example, an alumina substrate is used as the carrier substrate 10.
[0016]
On the main surface of the module substrate 10 (hereinafter simply referred to as the substrate 10), a high-frequency semiconductor element 11, a plurality of composite electronic components 12A to 12D each including a capacitor and a connection conductor for a ground path are mounted. A metal pattern is applied.
[0017]
The high-frequency semiconductor element 11 is, for example, a semiconductor chip having a chip size of about 1 to 3 mm square, and includes a microwave band or a millimeter such as a HEMT (high electron mobility transistor), an HBT (hetero bipolar transistor), and a MESFET (metal silicon FET). Includes one or more active elements operable in the waveband. In the present embodiment, an example will be described in which an MMIC type semiconductor chip made of, for example, gallium arsenide is used as the high-frequency semiconductor element 11.
[0018]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific circuit example of the high-frequency semiconductor element 11. In this example, a two-stage amplifier is configured using HEMTs as active elements. The high-frequency signal input to the high-frequency input electrode 21 is supplied to the gate terminal of the first-stage HEMT 23 via the input matching circuit 22. The high-frequency signal extracted from the drain terminal of the first-stage HEMT 23 is supplied to the gate terminal of the second-stage HEMT 25 via the inter-stage matching circuit 24. The high-frequency signal extracted from the drain terminal of the second-stage HEMT 25 is output to the high-frequency output electrode 27 via the output matching circuit 26. Bias electrodes 28A and 28B are connected to the drain terminals of the HEMTs 23 and 25, and bias electrodes 29A and 29B are connected to the gate terminals.
[0019]
The metal pattern on the module substrate 10 is formed on the module substrate 10 using, for example, a metal conductor material such as gold, copper, tungsten, silver, or a silver-palladium alloy. The metal pattern includes an input line 13, an output line 14, bias lines 15A to 15D, rectangular ground patterns 16A to 16D, and strip-shaped ground patterns 17A and 17B. The input line 13 and the output line 14 are connected to the high-frequency input electrode 21 and the high-frequency output electrode 27 of the high-frequency semiconductor device 11 shown in FIG. 3, respectively, and are provided for inputting and outputting high-frequency signals.
[0020]
The bias lines 15A to 15D are lines for supplying a bias voltage to the high-frequency semiconductor element 11, and one ends thereof are connected to the bias electrodes 28A, 28B, 29A, 29B of the high-frequency semiconductor element 11 shown in FIG. The lead terminals at the other ends are connected to a bias voltage source (not shown) outside the high-frequency integrated circuit device. In this example, a set of bias lines 15A and 15B and a set of bias lines 15C and 15D are arranged in parallel, the former set being on the upper side of the high-frequency semiconductor device 11 in FIG. 1 are arranged opposite to the lower side.
[0021]
The rectangular ground patterns 16 </ b> A to 16 </ b> D are arranged at four corners on the module substrate 10. The strip-shaped ground patterns 17A and 17B are arranged between the bias lines 15A and 15B and between the bias lines 15C and 15D, respectively. Therefore, each of the bias lines 15A to 15D is sandwiched between two ground patterns.
[0022]
In this example, the high-frequency semiconductor element 11 is mounted on the module substrate 10 by face-down flip-lip connection, and provided on a surface corresponding to the substrate 10, a high-frequency input electrode indicated by a dotted circle in FIG. The high-frequency output electrode, the bias electrode, and the ground electrode are connected to one end of each of the input line 13, the output line 14, the bias lines 15A to 15D, and the ground patterns 16A to 16D and 17A, 17B. The other ends of the input line 13, the output line 14, the bias lines 15A to 15D, the ground patterns 16A to 16D, and 17A and 17B are lead electrodes as shown by small rectangles. On the other hand, the composite electronic components 12A to 12D are mounted on the module substrate 10 using, for example, a normal solder reflow process.
[0023]
Next, the composite electronic components 12A to 12D will be described.
Each of the composite electronic components 12A to 12D has one bias electrode and two ground electrodes provided so as to sandwich the bias electrode on the same plane. It has a structure in which a capacitor is formed between the electrodes and a ground path is formed between the ground electrodes. Capacitors formed between the bias electrode and each of the ground electrodes are electrically connected in parallel and function as one capacitor.
[0024]
With such a structure, the composite electronic components 12A to 12D ground the bias lines 15A to 15D at a high frequency and function as ground decoupling capacitors for preventing the fluctuation of the bias voltage. It has a function as a ground path for electrically connecting the ground patterns on both sides of the 15D. That is, the ground path in the component 12A connects between the ground patterns 16A and 17A, the ground path in the component 12B connects between the ground patterns 16B and 17A, and the ground path in the component 12C connects between the ground patterns 16C and 17B. The ground path in the component 12D connects between the ground patterns 16D and 17B.
[0025]
FIG. 4 shows a configuration example of the composite electronic components 12A to 12D. FIG. 4 shows only one composite electronic component 12. The composite electronic component of this example has the same basic structure as a known multilayer ceramic capacitor, and includes a first electrode layer 31 and a second electrode layer in a dielectric block 30 made of a material having a high dielectric constant such as ceramics. The layers 32 are laminated with a dielectric layer 33 therebetween. Here, the point that the connection conductor 34 is arranged on the uppermost layer is different from the ordinary multilayer ceramic capacitor.
[0026]
Through holes 35 and 36A, 36B penetrate through the central part and both sides in the longitudinal direction of the dielectric block 30, and the ends of the through holes 35, 36A, 36B are formed on the bottom surface of the dielectric block 30, respectively. Electrode 37 and ground electrodes 38A and 38B.
[0027]
The first electrode layer 31 has the pattern shown in FIG. 5A. The center portion is connected to the bias electrode 37 via the through hole 35, and both ends are not connected to the through holes 36A and 36B. Contact. On the other hand, the second electrode layer 32 has a pattern divided into two regions as shown in FIG. 5B, and both ends are ground electrodes 38A, 38B via through holes 36A, 36B, respectively. , And the central portion is not in contact with the through hole 35. Therefore, between the bias electrode 37 and the ground electrode 38A and between the bias electrode 37 and the ground electrode 38B, the individual capacitors formed by the first and second electrode layers 31, 32 and the dielectric layer 33 are provided. Are formed in parallel.
[0028]
Unlike the electrode layers 31 and 32, the uppermost connection conductor 34 is a so-called solid electrode, that is, a conductor formed continuously between the through holes 36A and 36B, and both ends of the connection conductor 34 are provided through the through holes 36A and 36B, respectively. Connected to ground electrodes 38A and 38B. Accordingly, the connection electrodes 34 short-circuit the ground electrodes 38A and 38B.
[0029]
When the composite electronic components 12A to 12D having such a structure are mounted as shown in FIG. 1, the ground electrodes 38A and 38B are connected to the ground patterns 16A and 17A in the component 12A, and to the ground patterns 16B and 17A in the component 12B. The component 12C is connected to the ground patterns 16C and 17B, and the component 12D is connected to the ground patterns 16D and 17B. At this time, a ground path formed by the connection conductors 34 in the composite electronic components 12A to 12D causes a connection between the ground patterns 16A and 17A, between the ground patterns 16B and 17A, between the ground patterns 16C and 17B, and between the ground patterns 16D and 17B. Connected respectively.
[0030]
That is, the ground patterns 16A, 16B, 17A and 16C, 16D, 17B on the module substrate 10 are electrically connected to each other by a ground path formed by the connection conductor 34, and have a common ground potential. Therefore, the operation of the high-frequency semiconductor element 11 can be stabilized even in an ultra-high frequency region such as a quasi-millimeter wave band or a millimeter wave band.
[0031]
FIG. 6 shows another configuration example of the composite electronic components 12A to 12D. The composite electronic component of the example shown in FIG. 4 has a multilayer ceramic capacitor structure, whereas the composite electronic component of the example of FIG. 6 uses a single dielectric layer generally used as a high-frequency capacitor. Has the same structure as a so-called MIM capacitor.
[0032]
That is, in FIG. 6, the bias electrode 47 and the ground electrodes 48A and 48B are attached on the lower surface of the dielectric substrate 40 in the figure, and the connection conductor is provided on the upper surface of the dielectric layer 40 in the figure. 44 are uniformly applied. The connection conductor 44 and the ground electrodes 48A, 48B are connected via through holes 46A, 46B provided through the dielectric layer 40, respectively. Two capacitors are formed by the dielectric layer 40, the bias electrode 47, and the ground electrodes 48A and 48B. The capacitance of each capacitor is given by combining the capacitance between the bias electrode 47 and the ground electrodes 48A and 48B and the capacitance between the bias electrode 47 and the connection conductor 44.
[0033]
The composite electronic component of FIG. 6 has the same advantages as the composite electronic component shown in FIG. 4 because the connection conductors 44 short-circuit the ground electrodes 48A and 48B.
That is, when the composite electronic components 12A to 12D having the structure of FIG. 6 are mounted as shown in FIG. 1, the ground electrodes 48A and 48B are connected to the ground patterns 16A and 17A, the ground patterns 16B and 17A, By contacting the patterns 16C and 17B and the ground patterns 16D and 17B, and by the ground paths formed by the connection conductors 44 in the components 12A to 12D, the ground patterns 16A and 17A, the ground patterns 16B and 17A, and the ground patterns 16C and 17B Between the ground patterns 16D and 17B.
[0034]
Accordingly, the ground patterns 16A, 16B and 17A or 16C, 16D and 17B on the module substrate 10 are electrically connected to each other by a ground path formed by the connection conductor 44, and have a common ground potential. The operation of the high-frequency semiconductor element 11 can be stabilized even in the waveband to the millimeter waveband.
[0035]
When the composite electronic components 12A to 12D shown in FIG. 4 or FIG. 6 are used, the connection conductor 34 or 44 that forms the ground path is provided in the composite electronic components 12A to 12D together with the decoupling capacitor. The cost is lower than the path forming method.
[0036]
That is, conventionally, as described above, (1) a method in which a ground pattern provided on the substrate surface is connected to a ground pattern formed on the entire back surface of the substrate by through holes, and (2) a bridge using a wire. A method of connecting adjacent ground patterns separated on a substrate by a member is used. On the other hand, in the present embodiment, the ground path can be easily formed only by preparing the composite electronic components 12A to 12D in which the connection conductor 34 or 44 is added to the capacitor component.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, a carrier substrate having a double-sided metal pattern and a through hole or a bridge member for connecting between independent adjacent ground metal patterns is unnecessary, so that the number of components is small and the mounting cost is low. Thus, a low-cost high-frequency integrated circuit device using an inexpensive module substrate having a metal pattern only on the main surface can be realized.
[0038]
FIG. 7 is a plan view of a high-frequency integrated circuit device according to another embodiment of the present invention, which has two composite electronic components 12E and 12F. The composite electronic component 12E has a configuration in which the composite electronic components 12A and 12B in FIG. 1 are integrated, and the composite electronic component 12F has a configuration in which the composite electronic components 12C and 12D in FIG. 1 are integrated.
[0039]
Each of the composite electronic components 12C and 12D has two bias electrodes and a total of three ground electrodes provided so as to sandwich the bias electrodes on the same plane. , And a capacitor is formed between them, and a ground path is formed between the ground electrodes. Capacitors formed between one bias electrode and each ground electrode are electrically connected in parallel and function as one capacitor, so that one composite electronic component has two capacitors.
[0040]
FIG. 8 shows a configuration example of the composite electronic components 12E and 12F.
FIG. 8 shows only one composite electronic component. The composite electronic component shown in FIG. 8 has a structure in which two composite electronic components shown in FIG. 4 are integrated, and a first electrode layer 31A and a second electrode layer 32A are disposed on the left side of the dielectric block 30 in the drawing. Are stacked on each other with a dielectric layer 33A interposed therebetween, and a connection conductor 34A is disposed on the uppermost layer. Similarly, also on the right side in the figure, the first electrode layer 31B and the second electrode layer 32B are similarly arranged with the dielectric layer 33B interposed therebetween. The connection conductor 34B is arranged on the uppermost layer.
[0041]
Through holes 35A, 35B and 36C, 36D, 36E penetrate through the dielectric block 30, and ends of the through holes 35A, 35B and 36C, 36D, 36E are formed on the bottom surface of the dielectric block 30, respectively. The electrodes are connected to the bias electrodes 37A, 37B and 38C, 38D, 38E.
[0042]
The first electrode layers 31A and 31B have the pattern shown in FIG. 5A, and the central portions are connected to the bias electrodes 37A and 37B via through holes 35A and 35B, respectively. The second electrode layers 32A, 32B have the pattern shown in FIG. 5B, and both ends are connected to ground electrodes 38C, 38D and 38D, 38E via through holes 36C, 36D and 36D, 36E, respectively. Is done.
[0043]
Therefore, the first and second electrode layers 31A, 31B, 32A, 32B and the dielectric material are provided between the bias electrode 37A and the ground electrodes 38C and 38D and between the bias electrode 37B and the ground electrodes 38D and 38E. Capacitors formed by parallel connection of the individual capacitors constituted by the layers 33A and 33B are formed.
[0044]
The uppermost connection conductors 34A and 34B are conductors formed continuously between the through holes 36C, 36D and 36E, and are connected to the ground electrodes 38A and 38B via the through holes 36A and 36B, respectively. Accordingly, the grounding electrodes 38C, 38D, 38E are short-circuited by the connection conductors 34A, 34B.
[0045]
FIG. 9 shows another configuration example of the composite electronic components 12E and 12F.
FIG. 9 shows only one composite electronic component. The composite electronic component of this example has a structure in which the two composite electronic components shown in FIG. 6 are integrated, and a layer of the connection conductor 44 is uniformly applied to one surface of the dielectric layer 40, and Bias electrodes 47A and 47B and ground electrodes 48C, 48D and 48E are attached. The connection conductor 44 and the ground electrodes 48C, 48D, 48E are connected via through holes 46C, 46D, 46E provided through the dielectric layer 40, respectively.
[0046]
Two capacitors are formed by the dielectric layer 40, the bias electrodes 47A and 47B, and the ground electrodes 48C, 48D and 48E. The capacitance of each capacitor is given by combining the capacitance between the bias electrodes 47A, 47B and the ground electrodes 48C, 48D, 48E and the capacitance between the bias electrodes 47A, 47B and the connection conductor 44. Can be
[0047]
As described above, according to the present embodiment, the ground path can be easily formed only by preparing the composite electronic components 12E and 12F in which the connection conductors 34A, 34B or 44 are added to the capacitor component. Similar effects can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, the number of composite electronic components is halved compared to the previous embodiment, so that mounting is further facilitated.
[0048]
Next, a more specific implementation example of the high-frequency integrated circuit device will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 shows an example in which the high-frequency integrated circuit device shown in FIG. 1 is mounted on a motherboard. The high-frequency integrated circuit device is mounted on the motherboard 50 in a BGA (ball grid array) type I / O system using an extraction electrode 18 provided on the main surface of the module substrate 10 as an I / O (input / output) electrode. Implemented. That is, the extraction electrodes 18 are connected to the electrodes 53 on the motherboard 50 via the solder balls 52, respectively. Here, the extraction electrode 18 is, for example, an electrode indicated by a small rectangle provided at the other end of each of the input line 13, the output line 14, the bias lines 15A to 15D, and the ground patterns 16A to 16D and 17A and 17B in FIG. is there.
[0049]
FIG. 11 shows another example in which the high-frequency integrated circuit device shown in FIG. 1 is mounted on a motherboard. The high-frequency integrated circuit device is mounted on the motherboard 50 in an LGA (land grid array) type I / O system using electrodes provided on the back surface of the module substrate 10 as I / O electrodes. That is, on the back surface of the module substrate 10, there are provided LGA electrodes 55 connected to the lead electrodes 18 on the main surface via the through holes 54, and these LGC electrodes 55 are connected to the electrodes 53 on the motherboard 50. And are connected by solder or the like.
[0050]
FIG. 12 shows an example in which a plurality of high-frequency integrated circuit devices shown in FIG. 1 are mounted on a motherboard. For the I / O electrodes between the high-frequency integrated circuit device and the motherboard 50, electrodes provided on the main surface of the module substrate 10 are used. The motherboards 50 are connected by bonding wires 56.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a high-frequency integrated circuit device having a plurality of capacitors connected between a bias line for supplying a bias to a high-frequency semiconductor element and a ground pattern, an independent ground pattern connection By connecting ground patterns on a substrate without using a bridge component or a substrate having a double-sided metal pattern and a through hole, a low-cost high-frequency integrated circuit device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a high-frequency integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a specific circuit configuration example of the high-frequency semiconductor device according to the embodiment;
FIG. 4 is an exemplary sectional view showing a configuration example of the composite electronic component according to the embodiment;
FIG. 5 is a sectional view taken along lines BB ′ and CC ′ in FIG. 3;
FIG. 6 is an exemplary sectional view showing another configuration example of the composite electronic component according to the embodiment;
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a high-frequency integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exemplary sectional view showing a configuration example of the composite electronic component according to the embodiment;
FIG. 9 is an exemplary sectional view showing another configuration example of the composite electronic component according to the embodiment;
FIG. 10 is a sectional view showing a first mounting example of the high-frequency integrated circuit device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a sectional view showing a second mounting example of the high-frequency integrated circuit device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a sectional view showing a third mounting example of the high-frequency integrated circuit device according to the embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
10 Module board
11 High frequency semiconductor device
12A to 12D, 12E, 12F ... composite electronic components
13. Input line
14 ... Output line
15A-15D: bias line
16A-16D, 17A, 17B ... ground pattern
30 ... Dielectric block
31: first electrode layer
32: second electrode layer
33: dielectric layer
34 connection conductor layer
35, 36A, 36B, 36C to 36E ... Through-hole
37, 37A, 37B ... bias electrode
38A, 38B, 38C to 38E: ground electrode
40 ... dielectric substrate
46A, 46B, 46C to 46E: Through-hole
47, 47A, 47B ... bias electrode
48A, 48B, 48C to 48E: ground electrode

Claims (6)

主面を有する基板と;
前記基板の前記主面上に設けられた高周波半導体素子と;
前記基板の前記主面上に設けられた、前記高周波半導体素子にバイアスを供給するためのバイアス線路と;
前記基板の前記主面上に前記バイアス線路を両側から挟むように設けられた第1及び第2のグラウンドパターンと;
前記バイアス線路と前記第1及び第2のグラウンドパターンとの間にそれぞれ接続される第1及び第2のキャパシタ、及び前記第1のグラウンドパターンと第2のグラウンドパターン間を接続する接続導体を有する複合電子部品と
を具備する高周波集積回路装置。
A substrate having a main surface;
A high-frequency semiconductor element provided on the main surface of the substrate;
A bias line provided on the main surface of the substrate for supplying a bias to the high-frequency semiconductor element;
First and second ground patterns provided on the main surface of the substrate so as to sandwich the bias line from both sides;
First and second capacitors connected between the bias line and the first and second ground patterns, respectively, and connection conductors connecting the first and second ground patterns are provided. A high-frequency integrated circuit device comprising a composite electronic component.
前記複合電子部品は、前記バイアス線路に接続されるバイアス用電極と、前記第1及び第2のグラウンドパターンにそれぞれ接続される第1及び第2のグラウンド用電極と、前記第バイアス用電極と前記第1及び第2のグラウンド用電極との間に静電容量を形成するように設けられる少なくとも一つの誘電体層を有し、前記接続導体は前記第1のグラウンド用電極と第2のグラウンド用電極間を短絡するように配置される請求項1記載の高周波集積回路装置。The composite electronic component includes: a bias electrode connected to the bias line; first and second ground electrodes connected to the first and second ground patterns, respectively; At least one dielectric layer is provided to form a capacitance between the first and second ground electrodes, and the connection conductor is provided between the first ground electrode and the second ground electrode. 2. The high-frequency integrated circuit device according to claim 1, wherein the high-frequency integrated circuit device is arranged to short-circuit between the electrodes. 前記複合電子部品は、第1の電極層と面内方向で二つの領域に分離された第2電極層及び誘電体層が交互に積層された積層体と、前記第1の電極層を共通に接続されると共に前記バイアス線路に接続されるバイアス用電極と、前記第2電極層の分割された一方の領域に共通に接続されると共に前記第1のグラウンドパターンに接続される第1のグラウンド用電極、及び前記第2電極層の分割された他方の領域を共通に接続されると共に前記第2のグラウンドパターンに接続される第2のグラウンド用電極を有し、前記接続導体は前記第1のグラウンド用電極と第2のグラウンド用電極間を短絡するように前記積層体の上に配置される請求項1記載の高周波集積回路装置。The composite electronic component has a structure in which a first electrode layer and a second electrode layer and a dielectric layer, which are separated into two regions in an in-plane direction, are alternately stacked, and the first electrode layer is shared. A bias electrode connected to the bias line and a first ground electrode commonly connected to one of the divided regions of the second electrode layer and connected to the first ground pattern; An electrode, and a second ground electrode connected to the other divided area of the second electrode layer in common and connected to the second ground pattern, wherein the connection conductor is the first ground electrode; The high-frequency integrated circuit device according to claim 1, wherein the high-frequency integrated circuit device is disposed on the stacked body so as to short-circuit between a ground electrode and a second ground electrode. 前記複合電子部品は、一方の面上に前記接続導体の層が一様に設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の一方の面上に設けられた、前記バイアス線路に接続されるバイアス用電極と、前記誘電体基板の一方の面上に設けられた、前記第1及び第2のグラウンドパターンにそれぞれ接続される第1及び第2のグラウンド用電極と、前記接続導体と前記第1及び第2のグラウンド用電極とを接続するように前記誘電体基板を貫通して設けられた第1及び第2のスルーホールとを有する請求項1記載の高周波集積回路装置。The composite electronic component includes a dielectric substrate having the connection conductor layer uniformly provided on one surface, and a bias connected to the bias line provided on one surface of the dielectric substrate. Electrodes, first and second ground electrodes provided on one surface of the dielectric substrate and connected to the first and second ground patterns, respectively, the connection conductor, and the first and second ground electrodes. 2. The high-frequency integrated circuit device according to claim 1, further comprising: first and second through holes provided through the dielectric substrate so as to connect the first and second ground electrodes. 主面を有する基板と;
前記基板の前記主面上に設けられた高周波半導体素子と;
前記基板の前記主面上に平行に設けられた、前記高周波半導体素子に異なるバイアスを供給するための第1及び第2のバイアス線路と;
前記基板の前記主面上に前記第1及び第2のバイアス線路の間に位置して設けられた第1のグラウンドパターンと;
前記第1のバイアス線路を前記第1のグラウンドパターンとの間に挟むように設けられた第2のグラウンドパターンと;
前記第2のバイアス線路を前記第1のグラウンドパターンとの間に挟むように設けられた第3のグラウンドパターンと;
前記第1及び第2のバイアス線路と前記第1乃至第3のグラウンドパターンとの間にそれぞれ接続される第1乃至第4のキャパシタ、前記第1及び第2のグラウンドパターン間を接続する第1の接続導体、並びに前記第2及び第3のグラウンドパターン間を接続する第2の接続導体を有する複合電子部品とを具備する高周波集積回路装置。
A substrate having a main surface;
A high-frequency semiconductor element provided on the main surface of the substrate;
First and second bias lines provided in parallel on the main surface of the substrate for supplying different biases to the high-frequency semiconductor device;
A first ground pattern provided between the first and second bias lines on the main surface of the substrate;
A second ground pattern provided so as to sandwich the first bias line between the first bias line and the first ground pattern;
A third ground pattern provided so as to sandwich the second bias line between the second bias line and the first ground pattern;
First to fourth capacitors connected between the first and second bias lines and the first to third ground patterns, respectively, and a first to connect between the first and second ground patterns. And a composite electronic component having a second connection conductor connecting between the second and third ground patterns.
前記複合電子部品は、前記第1及び第2のバイアス線路に接続される第1及び第2の電極、前記第1乃至第3のグラウンドパターンにそれぞれ接続される第3乃至第5の電極、並びに前記第1及び第2の電極と第3乃至第5の電極との間に静電容量を形成するように設けられる少なくとも一つの誘電体層を有し、前記第1の接続導体は前記第3及び第4の電極間を短絡するように配置され、前記第2の接続導体は前記第4及び第5の電極間を短絡するように配置される請求項5記載の高周波集積回路装置。The composite electronic component includes first and second electrodes connected to the first and second bias lines, third to fifth electrodes respectively connected to the first to third ground patterns, and At least one dielectric layer provided so as to form a capacitance between the first and second electrodes and the third to fifth electrodes, and the first connection conductor is provided in the third connection layer. 6. The high-frequency integrated circuit device according to claim 5, wherein the second connection conductor is arranged to short-circuit between the fourth and fifth electrodes, and the second connection conductor is arranged to short-circuit between the fourth and fifth electrodes.
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