JP2005510066A - マルチチップモジュール - Google Patents

Abstract

マルチチップモジュールの一方のＩＣ（１０）上の信号ポート（１２）と、同一モジュールの他方の隣接するＩＣ（１１）上の信号ポート（１３）とを相互接続するためのボンドワイヤ・トランジション配列は、一方のポート（１２）上の信号が、同一ＩＣ（１０）の該ポートと接地端（３３）との間の直列伝送線路セグメント配列（３０）に沿ったタップポイントにサブ信号として現れ、サブ信号が、他方のＩＣ（１１）上の他のポート（１３）と接地端（３４）との間に接続された第２の直列伝送線路セグメント配列（３１）に沿って再結合される、分散型信号トランジション・プロセスを用いる。空間的に対応するタップポイントは、ボンドワイヤ（３５）によって相互接続される。

Description

本発明は、ボンドワイヤにより相互接続される２つ又はそれ以上のマイクロ波回路を有するマルチチップモジュールに関し、詳細には、マイクロ波回路がモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）又はマイクロストリップライン集積回路（ＭＩＣ）であるマルチチップモジュールに関する。

小形システムに対する継続的な要求から、マイクロ波システム及びサブシステムには高度に集積された回路（ＩＣ）が使用されている。これらのＩＣは、マイクロストリップライン集積回路（ＭＩＣ）又はモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の形態をとる。ＭＭＩＣは、現在及び将来のマイクロ波システム設計における主要な構成部品であるが、実際には、マイクロ波システムは、これら２つの構成部品が混在したものに加えて、同様には集積できないインダクタ、抵抗器、及びキャパシタ等の多数の集中素子を備える。これらは全てマルチチップモジュール（ＭＣＭ）上に一緒にアッセンブルされ、種々の構成部品はボンドワイヤ又はリードワイヤによって相互接続される。

ボンドワイヤは、相互接続される種々の回路の作動波長に比較して可能な限り短くされるので、低周波においてＭＭＩＣ又はＭＩＣの電気的特性に影響を及ぼすことはない。しかしながら、高周波においては、電気的特性に相当影響を及ぼすことが観察されており、これらの電気的特性としては、ＩＣの散乱パラメータ及びノイズを挙げることができる。従って、ボンドワイヤによる相互接続は、マルチチップモジュールの設計及び集積化に大きく影響し、ＩＣ設計者はこのことを考慮する必要がある。

ボンドワイヤは、最も一般的には集中インダクタンスと見なされるが、この単純モデルは、以下の要因によって高周波において複雑となる。
（ａ）寄生キャパシタンスは、単純にインダクタンスにではなく、ボンドワイヤに関連する。
（ｂ）２本以上のボンドワイヤを並列に使用する場合、状況を複雑にする近接効果が存在する。
（ｃ）２つ又はそれ以上の誘電体の存在が、相互接続の分散特性の計算を一層難しくする。
（ｄ）ボンドワイヤの抵抗を考慮する必要があり、高周波における表皮効果は特に重要であり、高周波抵抗は、そのＤＣ値の何倍にもなる場合がある。

各ＩＣの間のボンドワイヤ・トランジションは、主としてインダクタンスと特定の寄生キャパシタンスとで構成されるので、本質的に低域通過特性を有する。ボンドワイヤを高周波において使用可能にするために、ボンドワイヤ相互接続を補償する必要がある。これを実現するために以下の公知の方法が使用される。

（１）ボンドワイヤは、可能な限り短くされる。図１は、各々が信号ポート１２、１３を有する２つのＩＣチップ１０、１１を示し、これらの信号ポート１２、１３には、チップの端部近傍においてそれぞれボンドパッド１６、１７で終端する伝送線路セグメント１４、１５がそれぞれ接続される。短いボンドワイヤ１８は、２つのボンドパッドを接続する。しかしながら、この方法には物理的な限界があり、例えば、製造公差に起因してカスケード組立体で実現するのは困難である。
（２）インダクタンスを低減するために、２本又はそれ以上のボンドワイヤを並列に接続すると（図２参照）、大型ボンドパッドが必要になるので寄生キャパシタンスが大きくなり、やはり帯域幅が制限される。
（３）図３に示すように、２つ又はそれ以上の集中キャパシタンス１９、２０は、ボンドワイヤに直列に取り付けられる。これによって帯域通過特性が生じ、結果的に、このようなトランジションは、限られた帯域幅でしか使用できない。別の欠点は、ＭＭＩＣ技術において一般に使用されるＭＩＭタイプのキャパシタが、このようなキャパシタに使用される誘電体の薄さが原因で、それらのトッププレートに結合できない点にある。しかしながら、このトランジション配列は、Ｄｉ−ｃａｐｓ（登録商標）のような集中キャパシタを使用する場合には、ＭＩＣとＭＩＣとの相互接続において使用することができる。
（４）２本以上のボンドワイヤを使用する場合、各々のチップ上で「Ｔ字形フレア」と呼ばれる大型のボンドパッドが使用される（２つのフレア２１、２２を示す図２を参照のこと）。図示のキャパシタは、フレアの開回路スタブ部分の開放端キャパシタンスである。これらのキャパシタンスは、実際には寄生ボンドパッドキャパシタンスである。この構成は非常に一般的であるが、その低域通過特性によって帯域幅が制限される。

本発明の第１の態様によれば、第１の信号ポートと第１の基準電位点とを有する第１のマイクロ波回路と、第２の信号ポートと第２の基準電位点とを有し、第１のマイクロ波回路に隣接して配置された第２のマイクロ波回路とを備え、第１の信号ポートと第１の基準電位点との間に、Ｎ−１個の連続したタップポイントを有しＮ個の伝送線路セグメントから成る第１の直列配列が接続され、第２の信号ポートと第２の基準電位点との間に、Ｎ−１個の連続したタップポイントを有し複数の伝送線路セグメントから成る第２の直列配列が接続された、マルチチップモジュールであって、第１の直列配列の信号ポートの端部が、第２の直列配列の基準電位点の端部と空間的に対応し、第２の直列配列の信号ポートの端部が、第１の直列配列の基準電位点の端部と空間的に対応し、同様に、空間的に対応するタップポイント対が、それぞれのボンドワイヤによって相互に接続されることを特徴とするマルチチップモジュールが提供される。

第１の直列配列と第２の直列配列の少なくとも一方において、信号ポートに最も近い伝送線路セグメントがベンドであることが好ましい。

第１の直列配列と第２の直列配列は、開回路であることが好都合である。この構成において、第１の直列配列と第２の直列配列の少なくとも一方において、開回路キャパシタンスが、該配列の基準電位端に設けられることが好ましい。

マイクロ波回路は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）又はマイクロストリップライン集積回路（ＭＩＣ）であることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、マルチチップモジュールの一方のＩＣの第１の信号ポート上の信号を、同一マルチチップモジュールの他方の隣接するＩＣの第２の信号ポート上の信号にインターフェース接続するための方法であって、第１の伝送線路配列内で信号を複数のサブ信号に分解する段階と、サブ信号を、ボンドワイヤによって、第２の伝送線路配列に入力する段階と、入力されたサブ信号を、第２の伝送線路配列内で、第２の信号ポートにおいて結合信号へと再結合する段階とを含む。
以下に添付図面を参照して、例示的に、本発明の１つの実施形態を説明する。

図４を参照して、本発明の実施形態を説明する。前述のように、２つのＩＣチップ（ＭＭＩＣ又はＭＩＣ回路）は、ボンドワイヤを使用して相互接続された信号ポート１２、１３をそれぞれ有する。しなしながら、この場合、トランジションの分散形態は、信号ポート１２、１３と基準電位（接地）点３３、３４との間に接続された、伝送線路セグメント３２の直列配列３０、３１をそれぞれ設けることによって実現される。各々のＭＭＩＣ又はＭＩＣ回路の底面は接地電位である。実際のトランジションは、ボンドワイヤ３５を用いて、一方の直列配列３０に沿う各タップポイントを、空間的に対応する他方の直列配列３１に沿うタップポイントに接続することにより実現される。各タップポイント対を相互に直接向かい合うように配置することによって、ボンドワイヤを可能な限り短くすることができるが、このことが望ましいことは既に分かっている。本構成において、直列配列３０の末端の信号ポートは、直列配列３１の末端でない信号ポートとほぼ向かい合っており、逆の場合も同じであることに留意されたい。

従って、本構成において、例えば、信号ポート１２、１３がそれぞれ出力ポート及び入力ポートである場合、直列配列３０への出力信号は、ボンドワイヤ接続線３５の全てに分散され、結果的に生成されたサブ信号は、直列配列３１によって、ＩＣ１１の入力ポート１３で再度１つの信号に結合される。

この形式の相互接続は、トランジションの分散特性によって帯域幅が非常に広い。図５には、相互接続の典型的な性能の考え方が示されており、周波数に対する、トランジション・スキームに関する種々のＳパラメータの大きさ（ｄＢ表示）がプロットされている。

図４に示す実際の実施形態において、直列配列３０、３１の各々に全部で５つの伝送線路セグメントが示されており、各々の配列において、信号ポートに最も近いセグメントは、マイターベンド３６である。各々の配列において、接地端３３に最も近い最後の伝送線路セグメント３２は、開回路スタブであり、キャパシタンス３７、３８は、これらのスタブの開放端キャパシタンスである。関連する特定のＩＣチップのレイアウトにもよるが、マイターベンドは必要ない場合があり、また、セグメント数は、図示の５つより多くても少なくてもよい。ボンドワイヤ３５及び伝送線路の数は、帯域幅及びトランジションの反射係数の判定基準である。

実際には、直列配列３０の各伝送線路セグメント３２のパラメータ値は、相互に異なっていてもよい。同様に、直列配列３１の各伝送線路セグメント３２のパラメータ値は、相互に異なっていてもよい。また、セグメント３９、４０といった対応するセグメントのパラメータ値は、相互に異なっていてもよい。本設計は、多重分岐線路ゼロｄＢカプラに基づいており、ボンドワイヤ３５は分岐線路であり、線路３０、３１は直通線路又は結合線路である。結合ポート及び絶縁ポートは、開回路キャパシタンス３７、３８で終端する。

従来の集積回路間のボンドワイヤ相互接続の例である。 従来の集積回路間のボンドワイヤ相互接続の例である。 従来の集積回路間のボンドワイヤ相互接続の例である。 本発明によるボンドワイヤ・トランジションの回路図である。 図４のボンドワイヤ・トランジションに関する種々の性能特性を示すグラフである。

Claims (6)

1. 第１の信号ポート（１２）と第１の基準電位点（３３）とを有する第１のマイクロ波回路（１０）と、第２の信号ポート（１３）と第２の基準電位点（３４）とを有し、前記第１のマイクロ波回路（１０）に隣接して配置された第２のマイクロ波回路（１１）とを備え、前記第１の信号ポート（１２）と前記第１の基準電位点（３３）との間に、Ｎ−１個の連続したタップポイントを有しＮ個の伝送線路セグメント（３２）から成る第１の直列配列（３０）が接続され、前記第２の信号ポート（１３）と前記第２の基準電位点（３４）との間に、Ｎ−１個の連続したタップポイントを有し複数の伝送線路セグメント（３２）から成る第２の直列配列（３１）が接続されたマルチチップモジュールであって、
   前記第１の直列配列（３０）の前記信号ポートの端部が、前記第２の直列配列（３１）の前記基準電位点の端部と空間的に対応し、前記第２の直列配列（３１）の前記信号ポートの端部が、前記第１の直列配列（３０）の前記基準電位点の端部と空間的に対応し、同様に、空間的に対応するタップポイント対が、それぞれのボンドワイヤ（３５）によって相互に接続されることを特徴とするマルチチップモジュール。
2. 前記第１の直列配列（３０）と前記第２の直列配列（３１）の少なくとも一方において、前記信号ポートに最も近い前記伝送線路セグメントが、ベンド（３６）であることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップモジュール。
3. 前記第１の直列配列（３０）及び前記第２の直列配列（３１）が、開回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチチップモジュール。
4. 前記第１の直列配列（３０）と前記第２の直列配列（３１）の少なくとも一方において、開回路キャパシタンス（３７、３８）が、前記配列の前記基準電位点の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップモジュール。
5. 前記マイクロ波回路（１０、１１）が、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）又はマイクロストリップライン集積回路（ＭＩＣ）であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のマルチチップモジュール。
6. マルチチップモジュールの一方のＩＣ（１０）の第１の信号ポート（１２）上の信号を、同一マルチチップモジュールの他方の隣接するＩＣ（１１）の第２の信号ポート（１３）上の信号にインターフェース接続するための方法であって、
   第１の伝送線路配列（３０）内で前記信号を複数のサブ信号に分解する段階と、
   前記サブ信号を、ボンドワイヤによって、第２の伝送線路配列（３１）に入力する段階と、
   入力された前記サブ信号を、第２の伝送線路配列内で、前記第２の信号ポート（１３）において結合信号へと再結合する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。

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