JP2005294693A - High frequency module - Google Patents
High frequency module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005294693A JP2005294693A JP2004110058A JP2004110058A JP2005294693A JP 2005294693 A JP2005294693 A JP 2005294693A JP 2004110058 A JP2004110058 A JP 2004110058A JP 2004110058 A JP2004110058 A JP 2004110058A JP 2005294693 A JP2005294693 A JP 2005294693A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor chip
- region
- frequency
- isolation
- concave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Connection Structure (AREA)
Abstract
Description
本発明は高周波モジュールに関する。 The present invention relates to a high frequency module.
本発明は半導体集積回路チップを構成要素とする高周波モジュールに関し、特にミリ波帯半導体集積回路チップにおける高周波信号のアイソレーション技術を適用した高周波モジュールに関する。 The present invention relates to a high-frequency module having a semiconductor integrated circuit chip as a constituent element, and more particularly to a high-frequency module to which a high-frequency signal isolation technique is applied in a millimeter-wave band semiconductor integrated circuit chip.
およそ30GHz以上のミリ波帯で動作する半導体チップにおいて特に顕著な現象であるが、半導体チップ上のある回路から半導体基板内部に漏洩した高周波信号が、半導体基板内部を長距離に渡りあまり減衰せずに伝搬し、同じ半導体チップ上にある別の回路へ干渉することで半導体チップ本来の機能が損なわれる問題がある。 This phenomenon is particularly remarkable in a semiconductor chip that operates in a millimeter wave band of about 30 GHz or more, but a high-frequency signal leaking from a circuit on the semiconductor chip to the inside of the semiconductor substrate does not attenuate much over the long distance inside the semiconductor substrate. There is a problem that the original function of the semiconductor chip is impaired by interfering with another circuit on the same semiconductor chip.
30GHzより十分低い周波数においても前記と類似した干渉の問題があるが、その原因はミリ波帯とは異なり容量性結合によるものが主である事を考慮すると、ミリ波帯において特に効果のあるアイソレーション技術つまり半導体基板を通して高周波信号が干渉を起こさないための技術が必要とされている。 Even at frequencies sufficiently lower than 30 GHz, there is an interference problem similar to the above. However, considering that the cause is mainly due to capacitive coupling, unlike the millimeter wave band, an isolator that is particularly effective in the millimeter wave band. Therefore, there is a need for a technique for preventing interference of high-frequency signals through a semiconductor substrate.
次に、ミリ波帯における半導体基板を通した干渉についてさらに詳しく説明する。半導体基板は一般に誘電体であり、その比誘電率は、Siの場合に11.7、GaAsの場合に12.0、InPの場合に12.1等の比較的大きな値を持つ。一方、半導体チップを誘電体でできた1本の方形導波管とみなせば、導波管の内部を伝搬する最も低いしゃ断周波数を有するTE10モード(基本モード)におけるしゃ断周波数は、
fc=c/2a………………………………(1)
とあらわされる。ここでc=(εμ)−0.5は誘電体中における電磁波の速さ、εは半導体の誘電率、μは半導体の透磁率、aは方形導波管の長い方の辺の長さである。fcを表す式に典型的な半導体チップの持つ値を代入するとおよそ20〜40GHzがしゃ断周波数であることが分かる。
Next, interference through the semiconductor substrate in the millimeter wave band will be described in more detail. A semiconductor substrate is generally a dielectric, and its relative dielectric constant has a relatively large value such as 11.7 in the case of Si, 12.0 in the case of GaAs, and 12.1 in the case of InP. On the other hand, if the semiconductor chip is regarded as one rectangular waveguide made of a dielectric, the cutoff frequency in the TE 10 mode (fundamental mode) having the lowest cutoff frequency propagating inside the waveguide is:
f c = c / 2a ………………………… (1)
It is expressed. Where c = (εμ) −0.5 is the speed of the electromagnetic wave in the dielectric, ε is the dielectric constant of the semiconductor, μ is the magnetic permeability of the semiconductor, and a is the length of the longer side of the rectangular waveguide. is there. Approximately 20~40GHz Substituting the value carried typical semiconductor chip on expression for f c it is seen that the cut-off frequency.
30GHz以上の動作速度を有する半導体チップはGaAsあるいはInP等の化合物半導体であることが多い。これらの半導体チップでは、半絶縁性基板が用いられることから、高周波信号の半導体基板内部での損失を表すtanδは通常0.01を十分に下回っている。つまり、これらの化合物半導体により製造された半導体チップにおいては、数十GHz以上の高周波信号は容易に基板内部を伝搬可能で、かつ遠くまで減衰せずに伝わることがわかる。 A semiconductor chip having an operation speed of 30 GHz or more is often a compound semiconductor such as GaAs or InP. In these semiconductor chips, since a semi-insulating substrate is used, tan δ representing the loss of high-frequency signals inside the semiconductor substrate is usually well below 0.01. That is, it can be seen that in a semiconductor chip manufactured using these compound semiconductors, a high-frequency signal of several tens of GHz or more can easily propagate inside the substrate and is transmitted without being attenuated far.
干渉の問題が顕在化するのは、半導体チップの内部を高周波信号が伝搬可能なだけではなく、半導体チップ上の回路から高周波信号が半導体チップ内部に漏れる場合である。集積回路で用いられるコプレーナ線路(CPW)を伝搬する高周波信号は疑似TEMモードで伝搬しており、半導体チップ内部のTE01モードを直接励振する効率は低い。しかしCPW線路が曲がる部分においてはTEMモードに乱れが生じるため半導体チップ内部のTE01モードを励振することが可能である。また、TEMモードの乱れはCPW線路の幅が広いほど顕著である。実際の回路の中には伝送損失を抑制するために幅の広いCPWが随所に使われており、かつCPW線路が曲がる部分も非常に多いのが現状である。 The problem of interference becomes apparent not only when a high-frequency signal can propagate inside the semiconductor chip but also when a high-frequency signal leaks from the circuit on the semiconductor chip into the semiconductor chip. A high frequency signal propagating through a coplanar line (CPW) used in an integrated circuit propagates in a pseudo TEM mode, and the efficiency of directly exciting the TE 01 mode inside the semiconductor chip is low. However, since the TEM mode is disturbed in the bent portion of the CPW line, the TE 01 mode inside the semiconductor chip can be excited. Further, the TEM mode disturbance becomes more conspicuous as the width of the CPW line becomes wider. In actual circuits, a wide CPW is used everywhere in order to suppress transmission loss, and the CPW line is bent at a very large portion.
さらに、半導体チップを実装する場合には外部の回路と半導体チップの間で高周波信号の接続が行なわれるが、接続点には組み立て時の不完全さや構造そのものが原因となる線路の対称性の乱れ、あるいは特性インピーダンスの乱れがあるため、不要な電磁波の放射が起こり易い。複数の高周波信号用のポートを持つ半導体チップではポート間の高いアイソレーションが必要となるため、しばしば半導体基板内部の伝搬によるポート間の干渉が問題となる。 In addition, when a semiconductor chip is mounted, high-frequency signals are connected between an external circuit and the semiconductor chip, but the symmetry of the line is disturbed at the connection point due to imperfections during assembly or the structure itself. Or, because there is a disturbance of characteristic impedance, unnecessary electromagnetic radiation is likely to occur. In a semiconductor chip having a plurality of ports for high-frequency signals, high isolation between ports is necessary, and therefore interference between ports due to propagation inside the semiconductor substrate often becomes a problem.
前記の干渉の問題を防ぐため通常用いられる方法として、誘電体基板に対して一般的に用いられるビア形成による方法がまず考えられる(下記特許文献1〜3参照)。この方法では、半導体チップの表面と裏面を可能な限り多くの場所で接続し、しゃ断周波数を高周波側へ移動させることでアイソレーションを改善する。導電性を持つビアを高密度に形成することによって半導体基板内部は金属で囲まれた幾つもの小さな領域に仕切られるため、半導体基板を導波管とみなした場合、実効的に導波管の断面積が縮小し、しゃ断周波数が高周波側へ移動する。この方法では直流からしゃ断周波数までの広帯域にわたりアイソレーションを改善することができる反面、煩雑なビア形成工程と回路形成上の問題がある。以下にその説明を行なう。
As a method usually used for preventing the above-mentioned interference problem, a method of forming a via generally used for a dielectric substrate is first considered (see
ビアを形成する場合は、半導体チップの裏面にも金属薄膜を形成しておくため裏面メタライズ工程を行なう必要がある。またビアを開口可能な半導体基板の厚さには孔開け加工の方法に依存する限界があるため、半導体基板をあらかじめ裏面研磨により薄くしておく必要と、形成されたビアヘの金属の充填加工が必要になる。裏面研磨後の半導体基板の厚さとしては100μmが特徴的な値である。ビアの間隔と本数は要求されるしゃ断周波数に依存して決定される。半導体チップの動作周波数より十分高いしゃ断周波数を得るためには、式(1)のaの値をビアの間隔とみなして考えると1つの目安となる。例えば90GHz以下で動作する半導体チップの場合、若干の余裕を見てfcを100GHzとするには、aの値として約430μmが必要となる。半導体チップ内部での高周波信号の伝搬は2次元的であるから、ビアも430μmより狭い間隔で2次元的に配置する必要がある。ビアの直径はできるだけ小さい方が配置しやすいが、穴開け加工のアスペクト比は1.0程度が一般的であるため、ビアの直径は裏面研磨後の半導体基板の厚さと同程度となる。つまり100μmが特徴的な値である。さらにビアの周辺には半導体チップのグラウンドとビアを充填する金属との接続を行なうためのマージン領域が必要であり、ビアの占める領域はビアの直径である100μmよりも更に数十μm周辺に広がる。ここまで述べたように、ビアによるアイソレーションの改善は広帯域にわたって行なえる反面、高い周波数までアイソレーションを確保しようとすると非常に高密度でビアを形成する必要があり、半導体チップ有効面積のかなりの部分がビアによって失われるのが分かる。 When forming a via, a metal thin film is also formed on the back surface of the semiconductor chip, so that it is necessary to perform a back surface metallization process. In addition, since there is a limit that depends on the drilling method in the thickness of the semiconductor substrate that can open the via, it is necessary to thin the semiconductor substrate by polishing the back surface in advance, and metal filling processing to the formed via is necessary. I need it. A characteristic value of the thickness of the semiconductor substrate after the back surface polishing is 100 μm. The interval and number of vias are determined depending on the required cutoff frequency. In order to obtain a cutoff frequency sufficiently higher than the operating frequency of the semiconductor chip, it is a guideline when considering the value of a in Equation (1) as the interval between vias. For example, in the case of a semiconductor chip operating at 90GHz or less, the f c seeing some margin in the 100GHz is approximately 430μm is required as a value of a. Since the propagation of the high-frequency signal inside the semiconductor chip is two-dimensional, the vias also need to be two-dimensionally arranged at an interval narrower than 430 μm. Although it is easy to arrange the via diameter as small as possible, since the aspect ratio of drilling is generally about 1.0, the diameter of the via is about the same as the thickness of the semiconductor substrate after the backside polishing. That is, 100 μm is a characteristic value. Further, a margin area for connecting the ground of the semiconductor chip and the metal filling the via is necessary around the via, and the area occupied by the via extends to the periphery of several tens of μm from the via diameter of 100 μm. . As described so far, via isolation can be improved over a wide band, but it is necessary to form vias at a very high density to secure isolation up to a high frequency, and the effective area of the semiconductor chip is considerable. You can see that the part is lost by the via.
半導体チップのアイソレーションを改善する別の方法として、電波吸収体による方法がある(下記特許文献4〜7参照)。この方法では、目的とする周波数帯の電磁波を吸収する電波吸収体を半導体チップとは別に用意し、半導体チップの表面、裏面あるいは側面に接近する形で前記電波吸収体を配置し、半導体基板から漏れてくる電磁波を吸収しジュール熱に変換することで干渉を抑制するものである。効率的に電磁波を吸収するには可能な限り半導体チップの近くに前記電波吸収体を配置することが重要である。回路が形成されている半導体チップ表面に接するように配置した場合は回路特性が劣化するため、あまり接近させることは困難である。前記の配置は半導体チップのアイソレーションを改善するのではなく、むしろ半導体チップが実装されているモジュール内部の空間(キャビティー)による電磁波の共振を防ぐのが主目的である場合が多い。半導体チップの裏面に前記電波吸収体が接するように配置した場合、接触面積が大きくなる反面、電波吸収体の熱抵抗によって半導体チップの放熱特性が劣化する問題がある。市販されている電波吸収体の材質は正確には明らかにされていないが、ゴム状あるいは樹脂状の材質に必要な添加物を加え電波吸収作用を持たせたもの、セラミックスに必要な添加物を加え電波吸収作用を持たせたもの等があり、いずれの材質も金属に比べ熱抵抗が高く、放熱材料としては不向きである。このためパワーアンプ等の低熱抵抗を必要とする半導体チップには電波吸収体の選択に困難がある。また半導体チップの側面に接する形に配置した場合は接触面積が小さいため、この方法のみで良好なアイソレーションを得るのは難しく、他の何らかのアイソレーション技術との組み合わせの中で用いる補助的な手段と考えられる。
As another method for improving the isolation of the semiconductor chip, there is a method using a radio wave absorber (see
ビアによるアイソレーションの改善方法では半導体チップの裏面研磨、ビアの穴あけ、裏面メタライズ、ビアヘの導体の充填等の追加工程が必要であると同時に半導体チップ有効面積の一部が失われるため回路パターンの配置に困難が生じ易く、また電波吸収体による方法では半導体チップ裏面に接するように電波吸収体を配置した場合放熱特性の劣化を招き易く、また半導体チップの側面に接するように電波吸収体を配置した場合は効果が小さく、さらに使用する周波数帯域で十分な電磁波の吸収特性を有する電波吸収体を別途用意する必要があるといった問題があった。 The method of improving isolation by vias requires additional steps such as polishing of the backside of the semiconductor chip, drilling of the vias, backside metallization, and filling of the conductor into the via, and at the same time, part of the effective area of the semiconductor chip is lost. Difficult to place, and in the method using the radio wave absorber, if the radio wave absorber is placed in contact with the backside of the semiconductor chip, the heat dissipation characteristics are likely to deteriorate, and the radio wave absorber is placed in contact with the side surface of the semiconductor chip. In this case, the effect is small, and there is a problem that it is necessary to separately prepare a radio wave absorber having sufficient electromagnetic wave absorption characteristics in the frequency band to be used.
本発明の目的は、従来の方法が持つ前記の問題点を解決し、より低コストで高いアイソレーション効果が期待できる高周波モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-frequency module that solves the above-described problems of conventional methods and that can be expected to have a higher isolation effect at a lower cost.
本発明においては、上記目的を達成するために、請求項1に記載のように、
半導体チップがモジュール基体表面上に実装されている高周波モジュールにおいて、前記モジュール基体表面上の前記半導体チップが実装される領域内に、導電体で出来た凹凸が存在し、前記半導体チップと前記導電体とが、前記凹凸の凸部において接続し凹部において接続していないことを特徴とする高周波モジュールを構成する。
In the present invention, in order to achieve the above object, as described in
In a high-frequency module in which a semiconductor chip is mounted on the surface of a module base, irregularities made of a conductor exist in a region where the semiconductor chip is mounted on the surface of the module base, and the semiconductor chip and the conductor Constitutes a high-frequency module characterized in that it is connected at the concave and convex portions but not at the concave portions.
また、本発明においては、請求項2に記載のように、
請求項1記載の高周波モジュールおいて、前記凹凸の凹部における前記半導体チップと前記導電体とに挟まれた空間が誘電体で充填されていることを特徴とする高周波モジュールを構成する。
In the present invention, as described in
2. The high frequency module according to
また、本発明においては、請求項3に記載のように、
請求項1または2記載の高周波モジュールおいて、前記凹凸が、前記モジュール基体表面上の格子状または千鳥格子状に並んだ複数個の長方形の領域を該領域周辺の前記モジュール基体表面より低くすることによって形成されていることを特徴とする高周波モジュールを構成する。
In the present invention, as described in
3. The high-frequency module according to
また、本発明においては、請求項4に記載のように、
請求項1または2記載の高周波モジュールおいて、前記凹凸が、前記モジュール基体表面上の格子状または千鳥格子状に並んだ複数個の長方形の領域を該領域周辺の前記モジュール基体表面より高くすることによって形成されていることを特徴とする高周波モジュールを構成する。
In the present invention, as described in
3. The high-frequency module according to
また、本発明においては、請求項5に記載のように、
請求項3または4記載の高周波モジュールおいて、前記長方形の各辺の長さ及び前記凹凸の高低差が前記半導体チップ中の高周波信号の周波数と同じ周波数を有する電磁波の前記半導体チップ中における波長の1/8以上であることを特徴とする高周波モジュールを構成する。
In the present invention, as described in
5. The high-frequency module according to
本発明の実施によって、半導体チップが実装される領域内に導体で出来た凹凸を存在させ、半導体チップ中を伝搬する電磁波が反射されるようにして、より低コストで高いアイソレーション効果が期待できる高周波モジュールを提供することが可能となる。 By implementing the present invention, it is possible to expect a higher isolation effect at a lower cost by making the irregularities made of a conductor present in the region where the semiconductor chip is mounted and reflecting the electromagnetic waves propagating through the semiconductor chip. A high-frequency module can be provided.
以下に、本発明を実施の形態例によって説明する。 Hereinafter, the present invention will be described by way of embodiments.
[第1の実施の形態例]
図1に第1の実施の形態例を示す。図において、モジュール基体である金属モジュール筐体3の表面上に半導体チップが実装される領域1があり、領域1内に、直方体状凹部の領域2が縁の領域4を残して形成され、直方体状凹部の領域2の部分は金属モジュール筐体3が切削等の方法により除去されており、この凹部には空気あるいは誘電体が充填されている。このようにして、金属モジュール筐体3の表面上の半導体チップが実装される領域1内に導電体で出来た凹凸を存在させる。領域1に半導体チップが実装されたときに、その半導体チップと前記導電体とは、前記凹凸の凸部において接続し凹部において接続していず、凹凸の凹部すなわち領域2の部分における半導体チップと導電体とに挟まれた空間は、前記したように、空気あるいは誘電体で充填された状態となる。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment. In the figure, there is a
金属モジュール筐体3の材質としては、良導電体であれば金属の種類に依存せず使うことが可能である。一例を挙げると黄銅、銅、銅タングステン、コバール、アルミニウム、ジュラルミン等とそれらの表面をメッキ等の方法により別の良導電体で被覆した全ての材料が使用可能である。さらに導電体以外の材料であっても表面を良導電体である金属で被覆した物であれば使用することが可能である。
As a material of the
以下に本発明の原理を説明する。 The principle of the present invention will be described below.
図2に、半導体チップ7が金属モジュール筐体3に実装された部分の断面構造を示す。図2の(a)は金属モジュール筐体3が均質で平らな場合である。背景技術の説明で述べたように、入射波(Vin)9は損失なく半導体チップ7の中を伝搬するため、透過波(Vt)10は入射波(Vin)9と同程度の強さを有する。つまり半導体チップ7のアイソレーションは悪いことが分かる。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a portion where the
一方、図2の(b)は金属モジュール筐体3に不連続部8が形成されている場合であり、この不連続部8は異質領域12に空気あるい誘電体が充填されることによって生じている。不連続部8の生じている場所においては電磁波に対する境界条件が急変するため不整合を生じ、入射波(Vin)9は反射波(Vr)11として押し戻され、ごく一部の成分だけが透過波(Vt)10として伝搬する。つまり、金属モジュール筐体3に前記の不連続部8が存在するだけで半導体チップ7の内部を伝搬する電磁波は伝搬が阻止されることがわかる。
On the other hand, FIG. 2B shows a case where a discontinuous portion 8 is formed in the
図3は、図1に示した構造に半導体チップ7を実際に接着した場合を示しており、(a)は半導体チップ7の上から見た平面図、(b)は(a)の断面aa’を示した断面図である。異質領域12には空気または誘電体が充填されている。図3の(a)の場合、入射波(Vin)9は2個所の不連続部8が生じている場所で反射され、透過波(Vt)10の高周波電力は極めてわずかであり、半導体チップ7のアイソレーションが改善されているのが分かる。
FIG. 3 shows a case where the
図4に示した構造は、図1とは材質を反対に置き換えた構造であり、金属モジュール筐体3に直方体状凸部の領域5が形成されており、半導体チップは凸部の領域5を含む領域1に実装される。このようにして、金属モジュール筐体3の表面上の半導体チップが実装される領域1内に導電体で出来た凹凸を存在させる。領域1に半導体チップが実装されたときに、その半導体チップと前記導電体とは、前記凹凸の凸部において接続し凹部において接続していず、凹凸の凹部、すなわち、凸部の領域5の周辺の領域6の部分における半導体チップと導電体とに挟まれた空間は、空気あるいは誘電体で充填される。この場合も、既に述べた原理により、凸部の領域5の作用で半導体チップのアイソレーションが改善される。
The structure shown in FIG. 4 is a structure in which the material is reversed to that of FIG. 1, and a rectangular parallelepiped
以下の実施の形態例においては、便宜上、図1に示した構造を基本にして説明を行なうが、図4に示した、材質を反対に置き換えた構造も不連続部8を有し、全く同じ原理により半導体チップのアイソレーションが改善される。 In the following embodiment, for the sake of convenience, description will be made based on the structure shown in FIG. 1. However, the structure shown in FIG. The principle improves the isolation of the semiconductor chip.
また、発明の本質は図2の(b)の不連続部8の部分における電磁波の反射であることを考慮すると、金属モジュール筐体3に形成される直方体状凹部の領域2の全てが半導体チップ7の下に隠れている必要は無く、前記凹部2の一部が半導体チップ7より外にはみ出していても構わない。
Further, considering that the essence of the invention is the reflection of electromagnetic waves at the discontinuous portion 8 in FIG. 2B, all of the rectangular parallelepiped
図5の(a)及び(b)に前記凹部の領域2が半導体チップが実装される領域1からはみ出した場合の構造例を示す。ここで、図5の(b)の構造に見られるように、領域1の対向する2辺の間を不連続部8が完全に横断している場合に最も効果的なアイソレーションが得られることは、発明の本質が不連続部8の部分における電磁波の反射であることから容易に理解できる。
FIGS. 5A and 5B show structural examples when the recessed
図1に見られる縁の領域4には凹部の領域2が無く、アイソレーションを劣化させる要因となりえる。しかし半導体チップ7を金属モジュール筐体3に良好に接着する必要があるため、必ずしも図5の(b)のような構造を用いることはできない場合がある。この場合、むしろ図1に示した構造のように縁の領域4を残した構造が求められる。縁の領域4を細い誘電体導波管と考えると背景技術の説明で述べた遮断周波数を求めることが出来る。その遮断周波数が回路の使用周波数より十分に高くなるまで縁の領域4を細くすることでアイソレーションの劣化を抑制する必要がある。
The
前記凹部の領域2の凹部形状として直方体状を一例として上げたが、これが円柱状や楕円柱状であっても図2の(b)の不連続部8の断面構造を有すれば、アイソレーションの改善が行なえることも明らかである。また直方体状凹部の領域2と円柱状の凹部等の異なる形状の凹部の領域が混在してもアイソレーションの改善が行なえることは容易に類推される。さらに幾つかの凹部の領域が結合しても不連続部8が半導体チップ7の下に存在するならばアイソレーションの改善が行なえる。
Although the rectangular parallelepiped shape is given as an example of the concave shape of the
図6に直方体状凹部の領域2の大きさを変えた場合のアイソレーション特性の変化を示す。各部の長さは図3の(a)と(b)に定義されている。凹部の幅W1を変化させた場合を図6の(a)に、凹部の深さH2を変化させた場合を図6の(b)に示した。ここで、全ての長さは、半導体チップ7を方形導波管とみなした場合の回路の使用周波数における管内波長、すなわち、半導体チップ7中の高周波信号の周波数と同じ周波数を有する電磁波の半導体チップ7中における波長λにより規格化されている。また、同様に、周波数軸も回路の使用周波数、すなわち、半導体チップ7中の高周波信号の周波数により規格化されている。図6の(a)、(b)より凹部の幅W1と凹部の深さH2については可能な限り大きい方が効果的にアイソレーションを改善する事がわかる。逆に凹部の幅W1と凹部の深さH2を小さくしていくと徐々にアイソレーションの効果が失われて行き、0.1波長から0.2波長の間でアイソレーションの改善量が6dB程度となる。アイソレーション6dB以上の改善を一つの目安とするならば前記管内波長λの1/8程度がW1とH2の必要最低量となることが分かる。ここに、W1は長方形の1対の辺の長さであるが、他の対の辺の長さ(W2)についても同様の条件が必要となる。H2は凹凸の高低差であり、今の場合は凹部の深さであるが、図4に示した構造においては凸部の高さである。
FIG. 6 shows changes in the isolation characteristics when the size of the
また、複数個の凹部の領域2を半導体チップの下に形成することで、より多くの図3の(a)に示した不連続部8が形成され、高いアイソレーションが得られることを考慮すると、凹部の領域2の大きさは半導体チップの大きさより十分小さくなければならない。一方で凹部の領域2の大きさには前述したように下限が存在する。すなわち、本発明によるアイソレーションの改善方法は、アイソレーションを得たい周波数における管内波長λの1/8より、図3に示した半導体チップ7のサイズL1、L2が大きい場合に効果的に使える方法であると言える。
Further, considering that a plurality of the recessed
半導体チップ7の放熱を考慮する必要がある場合、凹部の領域2を大きくすると半導体チップ7と金属モジュール筐体3の接触面積が減少し接触部分の熱抵抗が上昇するため好ましくない。この場合、凹部の領域2の最大の大きさと個数は必要な熱抵抗との兼ね合いを考慮して決定される。一例として、凹部の領域2を設けない場合の実装部分の熱抵抗の2倍以内が許容される熱抵抗であるならば、半導体チップ7と金属モジュール筐体3の全実装面積の半分未満が凹部2の面積の目安となる。凹部の領域2を空気より熱伝導度の高い誘電体で充填することで放熱の問題は緩和される。この目的に使用できる材料としてはアルミナ(熱伝導度=36W/m℃)、サファイア(熱伝導度=46W/m℃)等が考えられる。また、半導体チップ7と同じ材料つまりSi、GaAs、InP、GaN等を用いて凹部を充填することも可能である。
When it is necessary to consider the heat dissipation of the
最後に、本発明によるアイソレーションの改善には異方性が存在することを述べる。図2の(b)の不連続部8を横断する電磁波については反射が期待できる反面、不連続部8と平行に走る電磁波については反射が起こる理由はなく、よってアイソレーションは期待できない。つまり電磁波の進行方向によってアイソレーション効果の大小が存在する。この点を改良するために第3と第4の実施の形態例において凹部の領域2を格子状または千鳥格子状に並べた場合を述べる。また、第5の実施の形態例においてはアイソレーションの異方性を考慮し、半導体チップ7の局所的なアイソレーションを改善する方法を述べる。
Finally, it will be described that anisotropy exists in the isolation improvement according to the present invention. Reflection can be expected for the electromagnetic wave traversing the discontinuous portion 8 in FIG. 2B, whereas there is no reason for reflection to occur in parallel with the discontinuous portion 8, and therefore isolation cannot be expected. That is, the magnitude of the isolation effect depends on the traveling direction of the electromagnetic wave. In order to improve this point, a case will be described in which the recessed
[第2の実施の形態例]
図7に第2の実施の形態例を示す。金属モジュール筐体3の表面上に半導体チップが実装される領域1があり、その領域1の中にある直方体状凹部の領域2の部分は金属モジュール筐体3が切削等の方法により除去されており、凹部には空気あるいは誘電体が充填されている。凹部の領域2を2個並べることによりアイソレーションを改善した実施の形態例である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a second embodiment. There is a
[第3の実施の形態例]
図8に第3の実施の形態例を示す。金属モジュール筐体3の表面上に半導体チップが実装される領域1があり、その領域1の中にある直方体状凹部の領域2の部分は金属モジュール筐体3が切削等の方法により除去されており、凹部には空気あるいは誘電体が充填されている。凹部の領域2を格子状に並べることによりアイソレーションの異方性を改善した実施の形態例である。高いアイソレーションを得るには、凹部の領域2の間の領域15と縁の領域4は第1の実施の形態例と同様に半導体チップ7の遮断周波数を考慮して十分細くしておく必要がある。なお、上記の格子状に並んだ凹部の領域2に代えて、図4に示した直方体状凸部の領域5を格子状に並べて用いても、本実施の形態例と同様の効果が得られる。
[Third embodiment]
FIG. 8 shows a third embodiment. There is a
[第4の実施の形態例]
図9に第4の実施の形態例を示す。金属モジュール筐体3の表面上に半導体チップが実装される領域1があり、その領域1の中にある直方体状凹部の領域2の部分は金属モジュール筐体3が切削等の方法により除去されており、凹部には空気あるいは誘電体が充填されている。凹部の領域2を千鳥格子状に並べることによりアイソレーションの異方性を改善した実施の形態例である。なお、上記の千鳥格子状に並んだ凹部の領域2に代えて、図4に示した直方体状凸部の領域5を千鳥格子状に並べて用いても、本実施の形態例と同様の効果が得られる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 shows a fourth embodiment. There is a
[第5の実施の形態例]
図10に第5の実施の形態例を示す。金属モジュール筐体3の表面上に半導体チップが実装される領域1があり、金属モジュール筐体3の表面上にあるL字型をした凹部の領域13の部分は金属モジュール筐体3が切削等の方法により除去されており、凹部には空気あるいは誘電体が充填されている。このように、実施の形態例1から4の凹部の領域2をL字型に変形することにより、アイソレーションを局所的に改善した領域14を作り、領域14上の半導体チップ2の部分のアイソレーションを局所的に改善することが可能となる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 shows a fifth embodiment. There is a
以上説明したように、導電体の凹凸を表面に有するモジュール基体(上記実施の形態例においては金属モジュール筐体3)を用いて高周波モジュールを構成することによって、アイソレーションのための煩雑なビア形成工程を用いる必要がなくなり、かつチップ面積を有効に回路形成に使用出来るようになる。また上記本発明による高周波モジュールを用いることで、電磁波吸収体を別途用意し半導体チップとは別に実装する必要が無くなり実装方法の簡略化が行なえ、かつ電磁波吸収体のみによる方法では得にくい高アイソレーションが可能となる。その結果、ミリ波帯半導体集積回路の実装が容易となりモジュール性能の向上と低コスト化が達成される。
As described above, complex via formation for isolation is achieved by configuring a high-frequency module using a module base (
1…半導体チップが実装される領域、2…直方体状凹部の領域、3…金属モジュール筐体、4…縁の領域、5…直方体状凸部の領域、6…凸部の領域5の周辺の領域、7…半導体チップ、8…不連続部、9…入射波(Vin)、10…透過波(Vt)、11…反射波(Vr)、12…異質領域、13…L字型をした凹部の領域、14…アイソレーションを局所的に改善した領域、15…凹部の領域2の間の領域。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004110058A JP2005294693A (en) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | High frequency module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004110058A JP2005294693A (en) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | High frequency module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005294693A true JP2005294693A (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35327260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004110058A Pending JP2005294693A (en) | 2004-04-02 | 2004-04-02 | High frequency module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005294693A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299503A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Nec Corp | Flip chip mounting substrate |
JP2003297972A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Anritsu Corp | High frequency module |
JP2003304106A (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Waveguide structure |
-
2004
- 2004-04-02 JP JP2004110058A patent/JP2005294693A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299503A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Nec Corp | Flip chip mounting substrate |
JP2003297972A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Anritsu Corp | High frequency module |
JP2003304106A (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | Waveguide structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5616338B2 (en) | Waveguides and transmission lines in the gap between parallel conducting surfaces. | |
US20200076037A1 (en) | Contactless air-filled substrate integrated waveguide devices and methods | |
JP5172481B2 (en) | Short slot directional coupler with post-wall waveguide, butler matrix and on-vehicle radar antenna using the same | |
JP5072968B2 (en) | Waveguide connection structure | |
JP5566169B2 (en) | Antenna device | |
US8362608B2 (en) | Ultra wideband hermetically sealed surface mount technology for microwave monolithic integrated circuit package | |
JP4453696B2 (en) | Waveguide-high frequency line converter and wireless communication device | |
JP2010509795A (en) | Planar antenna ground plane support with quarter wavelength trap | |
KR20050057509A (en) | Junction between a microstrip line and a waveguide | |
JP2020099051A (en) | Waveguide device, antenna device, and communication device | |
US10325850B1 (en) | Ground pattern for solderability and radio-frequency properties in millimeter-wave packages | |
JP3999177B2 (en) | High frequency circuit board | |
US6441698B1 (en) | Dielectric-waveguide attenuator, dielectric-waveguide terminator, and wireless apparatus incorporating same | |
JP2005294693A (en) | High frequency module | |
JP5550489B2 (en) | Non-reflective termination resistor circuit | |
Ashesh et al. | Characterization of V-groove coupled microshield line | |
US9755290B2 (en) | Electromagnetic wave mode transducer | |
Zhang et al. | E-band “T” shape transitions between substrate integrated waveguide and standard waveguide | |
JP4304498B2 (en) | Semiconductor device and semiconductor module | |
JP4680076B2 (en) | High frequency circuit chip mounting structure | |
JP3748770B2 (en) | Transmission line substrate, high-frequency transmission structure, and high-frequency package including the same | |
US20240213185A1 (en) | System, electronic device and package with vertical to horizontal substrate integrated waveguide transition and horizontal grounded coplanar waveguide transition | |
US20220407212A1 (en) | Millimeter wave components in a glass core of a substrate | |
RU2721303C1 (en) | Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate | |
JPH0923106A (en) | Coplaner guide transmission line |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060808 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061212 |