JP2014107486A - 配線構造、及び、電子装置 - Google Patents

配線構造、及び、電子装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2014107486A
JP2014107486A JP2012261067A JP2012261067A JP2014107486A JP 2014107486 A JP2014107486 A JP 2014107486A JP 2012261067 A JP2012261067 A JP 2012261067A JP 2012261067 A JP2012261067 A JP 2012261067A JP 2014107486 A JP2014107486 A JP 2014107486A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bonding wire
wire
bonding
pad
wiring structure
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
Application number
JP2012261067A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiichi Oguro
啓一 小黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2012261067A priority Critical patent/JP2014107486A/ja
Publication of JP2014107486A publication Critical patent/JP2014107486A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/0555Shape
    • H01L2224/05552Shape in top view
    • H01L2224/05554Shape in top view being square
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/4917Crossed wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3011Impedance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3011Impedance
    • H01L2924/30111Impedance matching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

【課題】ボンディングワイヤにおける電波の放射又は受信を低減した配線構造、及び、電子装置を提供する。
【解決手段】配線構造は、電子部品側の端子と、配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体とを含む、配線構造。
【選択図】図2

Description

本発明は、配線構造に関する。
従来より、例えば、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)のような半導体集積回路の端子に接続するボンディングワイヤから電波の放射が生じることが指摘されている(例えば、非特許文献1参照)。この文献では、ボンディングワイヤが電波を受信することも指摘されている。
Wideband Characterization of a Typical Bonding Wire for Microwave and Millimeter-wave Integrated Circuits, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.43, NO.1, JANUARY 1995
ところで、ボンディングワイヤから電波が放射することは、ボンディングワイヤからノイズが放射されていることになるため、ボンディングワイヤの周辺の回路の動作に悪影響が生じる場合がある。
また、ボンディングワイヤで電波が受信されると、ボンディングワイヤに接続されている回路にノイズが侵入することになるため、回路の動作に悪影響が生じる場合がある。
そこで、ボンディングワイヤにおける電波の放射又は受信を低減した配線構造、及び、電子装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の配線構造は、電子部品側の端子と、配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体とを含む。
ボンディングワイヤにおける電波の放射又は受信を低減した配線構造、及び、電子装置を提供することができる。
前提技術による配線構造1Aを示す図である。 実施の形態1の配線構造100を示す斜視図である。 実施の形態1の配線構造100を示す平面図である。 実施の形態1の配線構造100を示すXZ断面図である。 実施の形態1の配線構造100を示すYZ断面図である。 Sパラメータを求めるための前提技術の配線構造1Aのモデルを示す図である。 Sパラメータの特性を示す図である。 実施の形態2の配線構造200を示す斜視図である。 実施の形態2の配線構造200を示す平面図である。 実施の形態2の配線構造200を示すXZ断面図である。 実施の形態2の配線構造200を示すYZ断面図である。 実施の形態3の配線構造300のYZ断面図である。
以下、本発明の配線構造、及び、電子装置を適用した実施の形態1、2について説明するにあたり、まず、実施の形態1、2の配線構造、及び、電子装置の前提となる技術について説明する。
図1は、前提技術による配線構造1Aを示す図である。図1(A)は平面図、図1(B)は(A)のA−A矢視断面を示す図である。
図1(A)、(B)には、基板10の上にMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)チップ20が実装されている電子装置1を示す。
基板10は、例えば、FR−4(Flame Retardant type 4)規格に準じたプリント配線基板(PCB:Printed Circuit Board)であり、絶縁層10A、パッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11C、グランド層11D、及び配線層12を含む。基板10は、高周波用の樹脂製の回路基板である。
絶縁層10Aは、例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたものであり、表面(上面)にパッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11C、グランド層11Dが貼り付けられるとともに、裏面(下面)に配線層12が貼り付けられている。
パッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11C、グランド層11Dは、絶縁層10Aの表面(上面)に形成されており、配線層12は絶縁層10Aの裏面(下面)に形成されている。パッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11C、グランド層11D、及び配線層12は、例えば、銅箔で形成されている。
なお、基板10は、配線層12よりも下側に、さらに下層の絶縁層と配線層を含む多層基板であってもよい。なお、図1(A)には、平面視における基板10の一部分を示しており、基板10は実際にはさらに平面的に拡がっていてもよい。
パッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11C、及びグランド層11Dは、例えば、絶縁層10Aの表面(上面)に貼り付けられた銅箔をパターニングすることによって形成される。
パッド11Aは、整合回路11Bを介してマイクロストリップライン11Cに接続されている。パッド11Aには、ボンディングワイヤ30が接続される。
整合回路11Bは、パッド11Aとマイクロストリップライン11Cとの間に形成されており、整合回路11Bよりもマイクロストリップライン11C側の伝送路及び回路等のインピーダンス整合を取っている。
マイクロストリップライン11Cは、特性インピーダンスが例えば50Ωに設定された伝送路であり、例えば、MMICチップ20に伝送する信号を生成する回路が接続されている。
グランド層11Dは、MMICチップ20を実装する領域に形成されており、グランド電位に保持される。グランド層11Dの上には、MMICチップ20が実装される。
配線層12は、絶縁層10Aの裏面(下面)に形成されており、グランド電位に保持される。配線層12は、例えば、絶縁層10Aの裏面(下面)の全面に貼り付けられている。
なお、図1(A)には、マイクロストリップライン11Cのうち、整合回路11Bに接続される部分のみを示すが、マイクロストリップライン11Cは、実際には、図1(A)において、さらに右方に伸延していてもよい。
MMICチップ20は、本体部20A、パッド21A、配線21B、及びグランド端子22を含む。ここでは、一例として、銀(Ag)ペーストを用いて、MMICチップ20が基板10の表面に実装(ダイボンディング)されていることとする。この状態で、グランド端子22は、基板10のグランド層11Dに接続されている。
なお、図1(B)ではMMICチップ20を簡略化し、本体部20A、パッド21A、及び配線21Bのみを示す。
パッド21Aにはボンディングワイヤ30が接続されている。パッド21Aに連続して本体部20Aの上面に形成される配線21Bは、本体部20Aの内部の回路に接続されている。MMICチップ20は、パッド21Aに接続される端子の特性インピーダンスが50Ωになるように設計されている。
以上のような基板10及びMMICチップ20を含む電子装置1において、基板10のパッド11Aと、MMICチップ20のパッド21Aとは、ボンディングワイヤ30によって接続されている。
ボンディングワイヤ30は、例えば、超音波又は熱等を用いて、ボンディングマシンによってパッド11Aとパッド21Aとに両端がそれぞれ接続される。ボンディングワイヤ30としては、例えば、金線を用いることができる。
ボンディングワイヤ30は、例えば、太さが20μm〜30μm、長さが数100μm〜数mm程度である。このようにボンディングワイヤ30の長さが短いのは、近年における電子装置1の高周波数化による小型化、又は、半導体製造技術の微細化等により、パッド11Aとパッド21Aとが近接して配置されているからである。
前提技術による配線構造1Aは、パッド11Aとパッド21Aとの間を接続するボンディングワイヤ30を含む。ボンディングワイヤ30は、金線のように金属単体で形成されているため、表面には何も形成されておらず、金(Au)が剥き出しの状態である。
ところで、MMICチップ20の処理速度が、例えばギガヘルツオーダーのように高速になると、ボンディングワイヤ30によって基板10側からMMICチップ20側に伝送される信号の周波数は非常に高くなる。この場合、信号の周波数もギガヘルツオーダーになる。
しかしながら、ボンディングワイヤ30は金属単体で形成されており、表面が遮蔽されていないため、ボンディングワイヤ30から非常に周波数の高い電波が放射されることになる。
ボンディングワイヤ30から放射される電波の周波数が比較的低いうちは、問題は生じにくい。
しかし、ボンディングワイヤ30から放射される電波の周波数が、例えばギガヘルツオーダー等のように非常に高い周波数になると、MMICチップ20、又は、基板10に実装されているMMICチップ20以外の電子部品等に悪影響を与える場合がある。特に、近年は、周波数が30GHz以上のミリ波の周波数が用いられることがあるので、ボンディングワイヤ30からミリ波が放射される場合がある。
これは、ボンディングワイヤ30がアンテナとして機能し、高周波の電波(ノイズ)を放射していることを意味する。ボンディングワイヤ30の長さは、上述のように100μm〜数mm程度であり、これは、ギガヘルツオーダーの周波数における波長の4分の1以下の長さである。このため、ボンディングワイヤ30は、例えば、基板10のグランド層11D等と協働して、モノポールアンテナとして機能すると考えられる。
また、ボンディングワイヤ30がアンテナとして機能することにより、ボンディングワイヤ30から電波(ノイズ)が放射されるだけでなく、ボンディングワイヤ30が周囲のノイズ等を受信する場合もある。
例えば、ボンディングワイヤ30の周囲で電磁波又はスイッチングノイズ等のようなノイズが発生している場合には、ボンディングワイヤ30によって受信されるノイズがMMICチップ20及び高周波樹脂回路の基板10の動作に悪影響を与えることがあり得る。
基板10とMMICチップ20を含む電子装置1では、マイクロストリップライン11Cは特性インピーダンスが50Ω等に設定されており、MMICチップ20に伝送する信号を生成する回路とインピーダンス整合が取れている。また、MMICチップ20の端子は、入出力抵抗が50Ωに設定されている。
一方、パッド11A、ボンディングワイヤ30、パッド21A等はインピーダンス整合は取れていない。
このため、整合回路11BとMMICチップ20との間には、ボンディングワイヤ30という不整合素子(ミスマッチ・エレメント)が存在していることになる。従って、ボンディングワイヤ30に信号が入力されると、パッド間で多重反射が生じ、この多重反射によって電波の放射が増大する場合がある。
以上のような理由により、前提技術の配線構造1Aに含まれるボンディングワイヤ30は、ノイズの発生源になるとともに、ノイズの吸収源になる。
このため、ボンディングワイヤ30によるノイズの発生又は吸収を抑制し、アンテナとしての機能を低下させることが望ましい。
ここで、ボンディングワイヤ30によるノイズの発生又は吸収を抑制するには、例えば、ボンディングワイヤ30の代わりに、同軸ケーブルを用いることが考えられる。
特性インピーダンスが50Ωの同軸ケーブルの芯線で、基板10のパッド11Aと、MMICチップ20のパッド21Aとを接続するとともに、シールド線を基板10側のグランド層とMMICチップ20側のグランド層に接続すれば、パッド11Aとパッド21Aとの間におけるノイズの発生又は吸収を無くすことができる。
しかしながら、基板10のパッド11Aと、MMICチップ20のパッド21Aとの間を接続するボンディングワイヤ30の長さは、約100μm〜数mm程度であり、この長さの同軸ケーブルを用いてパッド11Aとパッド21Aとを接続することは、現実的には困難である。
また、これに加えて、基板10のパッド11AとMMICチップ20のパッド21Aのように平面的に形成される回路(平面回路)に同軸ケーブルを接続する場合には、接続部でのインピーダンス整合を完全に取ることが難しい。これは、主に、接続部でのインピーダンス整合を完全に取るために、平面回路に対して垂直に同軸ケーブルを接続しようとすると、グランド線も必要になり、芯線とシールド線の接続先の取り回しが複雑になるからである。
このため、同軸ケーブル以外の現実的な手段として、前提技術の配線構造1Aに含まれるボンディングワイヤ30によるノイズの発生又は吸収を抑制できるものが求められる。
以下、実施の形態1、2において、ボンディングワイヤ30によるノイズの発生又は吸収を抑制する手段について説明する。
<実施の形態1>
図2乃至図5は、実施の形態1の配線構造100を示す図である。図2は斜視図である。ここでは、図2に示すように、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。図3は、XY面での配線構造100を示す平面図である。図4は図3におけるB−B断面(XZ断面)を示す図である。図5は図3におけるC−C断面(YZ断面)を示す図である。
実施の形態1において、図1に示す前提技術による電子装置1と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態1の電子装置500は、基板10、MMICチップ20、及び配線構造100を含む。
図2に示すように、実施の形態1の基板10は、絶縁層10A、パッド11A、マイクロストリップライン11C、グランド層11D、配線層12、パッド13A、13B、及びビア14A、14Bを含む。
実施の形態1の基板10は、次の点において前提技術の基板10(図1参照)と異なる。
実施の形態1の基板10は、整合回路11B(図1参照)を含まずに、パッド11Aとマイクロストリップライン11Cとが直接的に接続されている。パッド11Aは、配線の一例であるマイクロストリップライン11Cに接続される、配線側の端子の一例である。
実施の形態1の基板10が整合回路11Bを含まないのは、前提技術の配線構造1Aに比べて、ボンディングワイヤ30のインピーダンス整合が改善されるためである。インピーダンス整合の改善については後述する。
また、実施の形態1の基板10では、パッド11AのX軸正方向側と負方向側にパッド13A及び13Bが形成されている。また、パッド13A、13Bは、それぞれ、ビア14A、14Bを介して配線層12に接続されている。ビア14A、14Bは、絶縁層10Aを厚さ方向(Z軸方向)に貫通し、パッド13A、13Bと配線層12とを接続している。配線層12はグランド電位に保持されるため、パッド13A、13Bもグランド電位に保持される。
また、実施の形態1の基板10のグランド層11Dは、X軸正方向側とX軸負方向側とにおいて、Y軸正方向側に伸延している。
実施の形態1のMMICチップ20は、本体部20A、パッド21A、マイクロストリップライン21C、グランド端子22、パッド23A、23B、ビア24A、24B、及びパッド25A、25Bを含む。MMICチップ20は、電子部品の一例である。
実施の形態1のMMICチップ20は、次の点において前提技術のMMICチップ20(図1参照)と異なる。
実施の形態1のMMICチップ20は、配線21B(図1参照)を含まず、配線21Bの代わりにマイクロストリップライン21Cを含む。マイクロストリップライン21Cは、パッド21Aに直接的に接続されている。パッド21Aは、電子部品の一例であるMMICチップ20に設けられる、電子部品側の端子の一例である。
また、実施の形態1のMMICチップ20では、パッド21AのX軸正方向側と負方向側にパッド23A及び23Bが形成されている。また、パッド23A、23Bは、それぞれ、ビア24A、24Bを介してグランド端子22に接続されている。ビア24A、24Bは、本体部20Aを厚さ方向(Z軸方向)に貫通し、パッド23A、23Bとグランド端子22とを接続している。このため、パッド23A、23Bはグランド電位に保持される。
また、実施の形態1のMMICチップ20では、パッド23A、23BのY軸負方向側で、かつ、マイクロストリップライン21CのY軸正方向側の端部(パッド21Aとマイクロストリップライン21Cとの接続部)のX軸正方向側及びX軸負方向側に、パッド25A、25Bがそれぞれ配設されている。パッド25A、25Bは、パッド23A、23Bとは離間して設けられており、グランド端子22にも接続されていない。
以上のように、実施の形態1では、基板10とMMICチップ20の構成が、図1に示す前提技術の電子装置1における基板10とMMICチップ20の構成と一部において異なる。
次に、実施の形態1の配線構造100について説明する。
実施の形態1の配線構造100は、ボンディングワイヤ30に加えて、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を含む。これらのうち、ボンディングワイヤ150は、ワイヤ部151、152、153、154、155、及び156を含む。
ここで、ボンディングワイヤ30は、パッド11Aとパッド21Aとの間で、信号線を伝送する第1ボンディングワイヤの一例である。ボンディングワイヤ30は、基板10のパッド11A側で緩やかに(XY平面に対する角度が浅い状態で)立ち上がり、MMICチップ20のパッド21A側で急峻に(XY平面に対して直角に近い角度で)立ち上がるように形成されている。なお、ボンディングワイヤ30には、パッド11Aからパッド21Aに信号が伝送されてもよいし、パッド21Aからパッド11Aに信号が伝送されてもよい。
また、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、ボンディングワイヤ30から離間して設けられ、グランド電位に保持される導体の一例であるとともに、第2ボンディングワイヤの一例である。
ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、それぞれ、ボンディングワイヤ30と同様に、例えば、金線であればよく、ボンディングマシンによって形成される。
ボンディングワイヤ110は、一端がパッド13Aに接続され、ボンディングワイヤ30の上を跨ぎ、他端がパッド13Bに接続される。このため、ボンディングワイヤ110は、グランド電位に保持される。
ボンディングワイヤ110の一端と他端のY軸方向の位置は等しい。ボンディングワイヤ110は、基板10の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。
ボンディングワイヤ110の中間部は、ボンディングワイヤ30の上側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。ボンディングワイヤ110は、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。
ボンディングワイヤ120Aは、一端がグランド層11Dに接続され、ボンディングワイヤ30の上を跨ぎ、他端がグランド層11Dに接続される。このため、ボンディングワイヤ120Aは、グランド電位に保持される。
ボンディングワイヤ120Aの一端と他端のY軸方向の位置は等しい。ボンディングワイヤ120Aは、基板10の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。
ボンディングワイヤ120Aの中間部は、ボンディングワイヤ30の上側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。ボンディングワイヤ120Aは、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。
ボンディングワイヤ120Bは、一端がグランド層11Dに接続され、ボンディングワイヤ30の下をくぐり、他端がグランド層11Dに接続される。このため、ボンディングワイヤ120Bは、グランド電位に保持される。
ボンディングワイヤ120Bの一端と他端のY軸方向の位置は等しく、かつ、ボンディングワイヤ120Aの一端と他端のY軸方向の位置と等しい。ボンディングワイヤ120Bは、基板10の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。
ボンディングワイヤ120Bの中間部は、ボンディングワイヤ30の下側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。また、ボンディングワイヤ120Bは、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。
このため、ボンディングワイヤ120Bは、XZ平面内において、ボンディングワイヤ120Aと同心円状に配設される。
ボンディングワイヤ130は、ボンディングワイヤ120A、120Bよりも、Y軸負方向側(MMICチップ20に近い側)に配設される。
ボンディングワイヤ130は、一端がグランド層11Dに接続され、ボンディングワイヤ30の上を跨ぎ、他端がグランド層11Dに接続される。このため、ボンディングワイヤ130は、グランド電位に保持される。
ボンディングワイヤ130の一端と他端のY軸方向の位置は等しい。
ボンディングワイヤ130は、基板10の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。ボンディングワイヤ130の中間部は、ボンディングワイヤ30の上側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。ボンディングワイヤ130は、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。
なお、ボンディングワイヤ130は、ボンディングワイヤ150の一部であるワイヤ部151と同心円状に配設される。
ボンディングワイヤ140は、一端がパッド23Aに接続され、ボンディングワイヤ30の上を跨ぎ、他端がパッド23Bに接続される。このため、ボンディングワイヤ140は、グランド電位に保持される。
ボンディングワイヤ140の一端と他端のY軸方向の位置は等しい。ボンディングワイヤ140は、MMICチップ20の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。
ボンディングワイヤ140の中間部は、ボンディングワイヤ30の上側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。ボンディングワイヤ140は、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。
ボンディングワイヤ150は、ワイヤ部151、152、153、154、155、及び156を含み、基板10とMMICチップ20とに跨ってループ状に形成される。
ワイヤ部151は、一端がグランド層11Dに接続され、ボンディングワイヤ30の下をくぐり、他端がグランド層11Dに接続される。このため、ワイヤ部151は、グランド電位に保持される。
また、ワイヤ部151の一端はワイヤ部152に接続され、他端はワイヤ部156に接続される。ワイヤ部151の一端と他端のY軸方向の位置は等しく、かつ、ボンディングワイヤ130の一端と他端のY軸方向の位置と等しい。
ワイヤ部151は、基板10の表面(上面)上に、XZ平面内に位置するように半円弧状に形成される。ワイヤ部151の中間部は、ボンディングワイヤ30の下側に位置しており、ボンディングワイヤ30から離間している。
また、ワイヤ部151は、ボンディングワイヤ30を対称軸として、線対称になるように形成されている。このため、ワイヤ部151は、XZ平面内において、ボンディングワイヤ130と同心円状に配設される。
ワイヤ部152は、一端がグランド層11Dに接続され、ボンディングワイヤ30のX軸正方向側においてY軸方向に伸延し、他端がパッド23Aに接続される。また、ワイヤ部152の一端はワイヤ部153に接続され、他端はワイヤ部151に接続される。このため、ワイヤ部152は、グランド電位に保持される。
ワイヤ部152は、基板10のグランド層11D側で緩やかに(XY平面に対する角度が浅い状態で)立ち上がり、MMICチップ20のパッド23A側で急峻に(XY平面に対して直角に近い角度で)立ち上がるように形成されている。これは、ボンディングワイヤ30と同様の形状である。ここで、ワイヤ部152をボンディングワイヤ30と同様の形状にするのは、ボンディングワイヤ30のインピーダンス整合をより効果的に改善するためである。
ワイヤ部153は、一端がパッド23Aに接続され、他端がパッド25Aに接続される。また、ワイヤ部153の一端はワイヤ部154に接続され、他端はワイヤ部152に接続される。このため、ワイヤ部153は、グランド電位に保持される。
ワイヤ部154は、一端がパッド25Aに接続され、他端がパッド25Bに接続される。また、ワイヤ部154の一端はワイヤ部153に接続され、他端はワイヤ部155に接続される。このため、ワイヤ部154は、グランド電位に保持される。
ワイヤ部155は、一端がパッド25Bに接続され、他端がパッド23Bに接続される。また、ワイヤ部155の一端はワイヤ部156に接続され、他端はワイヤ部154に接続される。このため、ワイヤ部155は、グランド電位に保持される。
ワイヤ部155は、平面視(XY平面視)において、ボンディングワイヤ30の中心軸を対称軸として、ワイヤ部153と線対称になるように形成される。
ワイヤ部156は、一端がパッド25Bに接続され、ボンディングワイヤ30のX軸不方向側においてY軸方向に伸延し、他端がグランド層11Dに接続される。また、ワイヤ部156の一端はワイヤ部151に接続され、他端はワイヤ部155に接続される。このため、ワイヤ部156は、グランド電位に保持される。
ワイヤ部156は、基板10のグランド層11D側で緩やかに(XY平面に対する角度が浅い状態で)立ち上がり、MMICチップ20のパッド25B側で急峻に(XY平面に対して直角に近い角度で)立ち上がるように形成されている。これは、ボンディングワイヤ30と同様の形状である。ここで、ワイヤ部156をボンディングワイヤ30と同様の形状にするのは、ボンディングワイヤ30のインピーダンス整合をより効果的に改善するためである。
ワイヤ部156は、平面視(XY平面視)において、ボンディングワイヤ30の中心軸を対称軸として、ワイヤ部152と線対称になるように形成される。
ワイヤ部151〜156は、例えば、いずれかの一端又は他端から金線のボンディングを行い、ワイヤ部151〜156のループを形成するように、1本の金線で形成することができる。
また、ワイヤ部151〜156は、それぞれ別々にボンディングを行うことによって形成してもよいし、幾つかのグループに分けてボンディングを行うことによって形成してもよい。
また、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140の形成は、両端のうちのいずれの端部から金線のボンディングを開始することによって行ってもよい。同様に、ボンディングワイヤ150を1本の金線で形成する場合は、ワイヤ部151〜156のいずれの端部からボンディングを開始してもよい。また、ワイヤ部151、152、153、154、155、及び156をそれぞれ別々にボンディングを行うことによって形成する場合、又は、幾つかのグループに分けてボンディングを行う場合には、いずれの端部からボンディングを開始してもよい。
ここで、非特許文献1によれば、ボンディングワイヤからの電波の放射は、グランド面に対するボンディングワイヤの角度が大きい部分(例えば、垂直に立ち上がるような部分)で顕著になり、グランド面に対するボンディングワイヤの角度が浅い部分の方が電波の放射が少ないことが分かっている。
このため、実施の形態1では、ボンディングワイヤ30のうち、パッド21Aに近い部分は、グランド面に対する角度が大きい部分であると考え、ワイヤ部152〜156を配設し、遮蔽構造をより密に形成した。このように、ボンディングワイヤ30がグランド面に対して垂直に立ち上がっている部分では、ボンディングワイヤ30の周囲に同心円状にグランド電位のボンディングワイヤを形成することは困難であるため、ワイヤ部152〜156のように、ボンディングワイヤ30に沿う区間が多い構成にした。特に、ワイヤ部152、156は、ボンディングワイヤ30と同様の形状にするとともに、ボンディングワイヤ30に略平行に設けることにより、より密な遮蔽構造を実現している。
また、ボンディングワイヤ30のうち、パッド11Aに近い部分は、グランド面に対する角度が浅い部分であると考え、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、ワイヤ部151を同心円状に配設した。このように、ボンディングワイヤ30のグランド面に対する角度が比較的緩やかな部分では、ボンディングワイヤ30の径方向の内側及び外側にグランド電位のボンディングワイヤを形成することが比較的容易である。このため、ボンディングワイヤ30に対して、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、ワイヤ部151を同心円状に配設した。
なお、電磁界シミュレーションを行った結果、グランド面に対するボンディングワイヤ30の角度が約60度よりも大きい領域でボンディングワイヤ30からの電波の放射が顕著になり、グランド面に対するボンディングワイヤ30の角度が約60度よりも小さい領域ではボンディングワイヤ30からの電波の放射が少なかった。グランド面に対するボンディングワイヤ30の角度が約60度よりも大きい領域は、ボンディングワイヤ30から放射されるすべての電波の80%以上を占めていた。
このため、例えば、グランド面に対するボンディングワイヤの角度が約60度よりも大きい領域について、ワイヤ部152〜156による、より密な遮蔽構造を形成するようにすればよい。また、グランド面に対するボンディングワイヤの角度が約60度よりも小さい領域について、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、ワイヤ部151のようにボンディングワイヤを同心円状に配設すればよい。ここでは、このような境界の角度が約60度の場合について説明するが、境界の角度は、信号伝送用のボンディングワイヤ30の形状及び角度等に基づいて、電磁界シミュレーション等の結果に基づいて設定すればよい。
以上のような実施の形態1の配線構造100は、ボンディングワイヤ30の周囲に配置され、ボンディングワイヤ30から離間し、基準電位に保持されるボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を含む。
ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に張り巡らされており、ボンディングワイヤ30の周囲を覆うように形成されている。
このため、ボンディングワイヤ30の周囲にグランド電位に保持される導体による遮蔽部を設けることができる。
従って、ボンディングワイヤ30に高周波の信号が流れて電波が放射されても、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150によって電波を吸収することができる。
このため、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150よりも外側の空間にノイズが存在していても、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150でノイズをある程度吸収することができる。
従って、ボンディングワイヤ30の周囲にノイズが存在していても、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150によってノイズを吸収し、信号伝送用のボンディングワイヤ30へのノイズの侵入を抑制することができる。
また、上述のように、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲を覆うように設けられている。
これは、高周波の信号伝送用のボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150とによって、疑似的な同軸線路構造を形成したものである。
この同軸線路構造とは、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150によって、信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に、同軸ケーブルのシールド線のような遮蔽構造を形成したものである。
同軸ケーブルのシールド線は芯線を完全に覆っており、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、ボンディングワイヤ30の外周面の一部分を覆うに過ぎない。
しかしながら、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150をボンディングワイヤ30の外周に配設することにより、ボンディングワイヤ30による電波の放射又は受信を抑制するとともに、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスを改善することができる。
実施の形態1の電子装置500の基板10が整合回路11B(図1参照)を含まないのは、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を設けることにより、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスが改善されるからである。
なお、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150によって、高周波の信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に疑似的な遮蔽構造を形成する際に、ボンディングワイヤ30と、遮蔽構造との間の寸法を次のように設定してもよい。
ボンディングワイヤ30の直径をdとする。また、ボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離をD/2とする。ここで、遮蔽構造は、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150によってもたらされるものであるが、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150のすべての部位と、ボンディングワイヤ30との間の距離を一定にすること困難である。
このため、ボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離をD/2に設定することは、次のようにして実現すればよい。すなわち、ボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150のいずれかの部位との間の距離がD/2になるように、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150の位置を決めることによって実現すればよい。
また、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150の特性インピーダンスをZとする。
ボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離をD/2は、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150の特性インピーダンスZが50Ωである場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定すればよい。
この式を満たす距離D/2は、同軸ケーブルの芯線の中心軸と、シールド線との間の距離に相当する。
このようにボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離をD/2に設定することにより、擬似的な同軸線路構造を実現することができる。
ここで、電磁界シミュレーションによって求めたSパラメータについて説明する。実施の形態1の配線構造100の電気性能を説明するにあたり、比較用に、前提技術の配線構造1A(図1参照)の電気性能も電磁界シミュレーションによって求めた。
図6は、Sパラメータを求めるための前提技術の配線構造1Aのモデルを示す図である。図7は、Sパラメータの特性を示す図であり、(A)は実施の形態1の配線構造100のSパラメータの周波数特性を示し、(B)は前提技術の配線構造1AのSパラメータの周波数特性を示す。
Sパラメータを求めるために、図6に示すように、前提技術の配線構造1Aを2つ用いて、4端子回路のモデルを作製した。図6に示すモデルは、基板10の絶縁層10Aの表面(上面)に、パッド11A、整合回路11B、及びマイクロストリップライン11Cを一対設けるとともに、MMICチップ20に一対のパッド21A及び配線21Bを設け、一対のボンディングワイヤ30で接続したものである。
また、図6に示すように、X軸正方向側のパッド11A、整合回路11B、及びマイクロストリップライン11CのX軸正方向側と、X軸負方向側のパッド11A、整合回路11B、及びマイクロストリップライン11Cとの間、及び外側に、グランド層11Eを設けた。
Sパラメータを求めるための4つの端子(Port1、2、3、4)は、それぞれ、X軸正方向側のマイクロストリップライン11Cの端部(Port1)、X軸正方向側の配線21Bの端部(Port2)、X軸負方向側の配線21Bの端部(Port3)、X軸負方向側のマイクロストリップライン11Cの端部(Port4)とした。
なお、ここには図示しないが、実施の形態1の配線構造100のSパラメータを求める際には、図6に示すモデルと同様に、一対の配線構造100を含むモデルを作製した。
実施の形態1の配線構造100を含む4端子回路のモデルでは、X軸正方向側のマイクロストリップライン11Cの端部(Port1)、X軸正方向側のマイクロストリップライン21Cの端部(Port2)、X軸負方向側のマイクロストリップライン21Cの端部(Port3)、X軸負方向側のマイクロストリップライン11Cの端部(Port4)とした。
また、電磁界シミュレーションを行うにあたっては、各部の寸法を以下のように設定した。
基板10については、絶縁層10Aの厚さ100μm、絶縁層10Aの誘電率εr=3.6、パッド11A、整合回路11B、マイクロストリップライン11Cの厚さh=18μmとした。また、パッド11Aの幅は、50Ωの特性インピーダンスが得られる値にした。
また、MMICチップ20については、本体部20A(シリコン基板)の厚さ250μm、本体部20A(シリコン基板)の誘電率εr=11.9、パッド21Aとマイクロストリップライン21Cの厚さ3μmとした。また、パッド21Aの幅は、50Ωの特性インピーダンスが得られる値にした。
また、基板10とMMICチップ20との間のギャップwは100〜200μmとし、D/2≒35μmとした。
また、ボンディングワイヤ30については、ボンドパッドピッチ(BPP:Bond Pad Pitch)が60μmで、金線の直径は25μmに設定した。ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、150については、ボンドパッドピッチ(BPP)が50μmで、金線の直径は23μmに設定した。
ボンディングワイヤ210A、210Bについては、ボンドパッドピッチ(BPPが50μmで、金線の直径は23μmに設定した。このとき、D/2≒35μmとなる。
図7には、横軸に周波数、縦軸に入出力反射損失(S11,S22,S33,S44)と通過損失(S12,S34)、各種アイソレーション(S13,S14,S23,S24)を示す。
周波数が62.5±7.5GHzの範囲でシミュレーションを行った。
前提技術では、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスが156.5Ω、入出力反射損失については、S11が10.8dB、S22が23.5dB、通過損失を表すS21が3dBであり、S22が20dB以上となる範囲は、1.75GHzであった。
これに対して、実施の形態1では、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスが47Ωであり、約50Ωという値が得られた。入出力反射損失については、S11が24.3dBであり、13.5dB向上した。S22は29dBであり、5.5dB向上した。通過損失を表すS21が1dBであり、2dB向上した。S22が20dB以上となる範囲は、6.5GHzであり、約3.7倍の広帯域化が図られた。
以上のように、前提技術の配線構造1Aによるモデルでは、ボンディングワイヤ30のインピーダンスのミスマッチからノイズの放射が生じ、自家中毒症状(ボンディングワイヤ30自身の放射が自らの性能に悪影響を与える現象)が電気特性に現れている。
これに対して、実施の形態1の配線構造100を含むモデルでは、自家中毒症状が見られなくなった。
これは、ボンディングワイヤ30の周囲にボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を設けることにより、ボンディングワイヤ30に整合機能を持たせることで、ノイズの放射が抑制されたことを示している。
信号伝送用のボンディングワイヤ30に対して、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、同軸ケーブルのシールド線を擬似的に形成したような役割を果たしている。
このように、高周波の信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に、疑似的な同軸線路構造を形成することにより、各種電気性能を改善できることが確認できた。
また、ボンディングワイヤ30に整合機能を持たせて、ノイズの放射が抑制できることから、ボンディングワイヤ30によるノイズの吸収も抑えられると考えることができる。
以上のように、実施の形態1によれば、信号伝送用のボンディングワイヤ30における電波の放射又は受信を低減した配線構造100を提供することができる。
また、ボンディングワイヤにおける電波の放射又は受信を低減した電子装置500を提供することができる。
また、信号伝送用のボンディングワイヤ30における電波の受信を低減できることにより、ボンディングワイヤ30によって伝送される信号によって駆動されるMMICチップ20の動作を安定的なものにすることができる。
また、前提技術の配線構造1Aでは、ボンディングワイヤ30によって伝送される信号の周波数が高くなるほど、インピーダンス整合が取れていないボンディングワイヤ30のインダクタンスが大きくなり、入力反射損失が増大するおそれがある。
これに対して、実施の形態1では、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスは、擬似的な遮蔽構造によって改善されるため、前提技術に比べて、入力反射損失は低減される。
なお、以上では、ボンディングワイヤ30の周囲に配置され、第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持されるボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を含む形態について説明した。
信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に設けるボンディングワイヤの数又は形状は、ボンディングワイヤ30の形状、長さ、太さ、又は材質等に応じて、適切な数又は形状に設定すればよい。
また、信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に配設され、グランド電位に保持される導体であれは、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150のようなボンディングワイヤ30に限らず、棒状又は薄板状等の導体であってもよい。
また、以上では、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150がグランド電位に保持される形態について説明したが、固定的な電位であれば、グランド電位以外の電位に保持されてもよい。例えば、基板10の直流電源用の配線に接続することにより、例えば、5V等の所定の電位に保持されてもよい。
また、以上では、信号伝送用のボンディングワイヤ30の周囲に、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150を配設する形態について説明した。しかしながら、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150は、グランド層等に接続され、信号のリターン用に用いられるボンディングワイヤの周囲に配設してもよい。
また、以上では、基板10に、電子部品の一例としてのMMICチップ20が実装され、基板10のパッド11Aと、MMICチップ20のパッド21Aとの間にボンディングワイヤ30が接続されている形態について説明した。
しかしながら、基板10に実装される電子部品は、MMICチップ20に限られない。基板10に実装され、電子部品の端子と、基板10のパッド11Aのような端子とが、上述のボンディングワイヤ30のように長さの短いボンディングワイヤによって接続され、信号線が伝送される電子部品であれば、MMICチップ20以外の電子部品であってもよい。
また、以上では、基板10にマイクロストリップライン11Cが形成される形態について説明したが、マイクロストリップライン11Cの代わりに、コプレーナ線路を基板10に形成してもよい。なお、これは、MMICチップ20のマイクロストリップライン21Cについても同様である。
また、以上では、信号伝送用のボンディングワイヤ30の一端が、配線の一例であるマイクロストリップライン11Cに接続される、配線側の端子の一例であるパッド11Aに接続される形態について説明した。パッド11Aは、基板10に設けられる端子である。
しかしながら、ボンディングワイヤ30の一端の接続先は、MMICチップ20が実装される基板10に設けられるパッド11Aに限られない。ボンディングワイヤ30の一端の接続先は、例えば、MMICチップ20が実装されずに、MMICチップ20に隣接して配設される基板のパッドであってもよく、例えば、リードフレームの端子であってもよい。
また、以上では、ボンディングワイヤ30の他端は、電子部品の一例であるMMICチップ20に設けられるパッド21Aに接続される形態について説明した。
しかしながら、ボンディングワイヤ30の他端の接続先は、MMICチップ20のパッド21Aに限られず、他の種類のICチップ等のパッド(端子)であってもよい。また、MMICチップ20の端子等に配線等を介して接続されたパッド(端子)であってもよい。
<実施の形態2>
図8乃至図11は、実施の形態2の配線構造200を示す図である。図8は斜視図である。ここでは、図8に示すように、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。図9は、XY面での配線構造200を示す平面図である。図10は図9におけるB−B断面(XZ断面)を示す図である。図11は図9におけるC−C断面(YZ断面)を示す図である。
実施の形態2において、実施の形態1の配線構造100及び電子装置500と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態2の電子装置500Aは、基板10、MMICチップ20、及び配線構造200を含む。
実施の形態2の配線構造200は、実施の形態1の配線構造100にボンディングワイヤ210A、210Bを追加したものである。ボンディングワイヤ210A、210Bは、第3ボンディングワイヤの一例である。
ボンディングワイヤ210Aは、一端がパッド13Aに接続され、他端がパッド23Aに接続される。ボンディングワイヤ210Aは、ボンディングワイヤ30よりもX軸正方向側で、ボンディングワイヤ30に沿って形成されている。ボンディングワイヤ210Aの長さは、ボンディングワイヤ30の長さと同等である。
このため、ボンディングワイヤ210Aは、基板10のパッド13A側で緩やかに(XY平面に対する角度が浅い状態で)立ち上がり、MMICチップ20のパッド23A側で急峻に(XY平面に対して直角に近い角度で)立ち上がるように形成されている。
ボンディングワイヤ210Bは、一端がパッド13Bに接続され、他端がパッド23Bに接続される。ボンディングワイヤ210Bは、ボンディングワイヤ30よりもX軸負方向側で、ボンディングワイヤ30に沿って形成されている。ボンディングワイヤ210Bの長さは、ボンディングワイヤ30の長さと同等である。
このため、ボンディングワイヤ210Bは、基板10のパッド13B側で緩やかに(XY平面に対する角度が浅い状態で)立ち上がり、MMICチップ20のパッド23B側で急峻に(XY平面に対して直角に近い角度で)立ち上がるように形成されている。
このようなボンディングワイヤ210Bは、ボンディングワイヤ30のリターンパスを形成する。
実施の形態1の電子装置500(図2乃至図5参照)においても、基板10のグランド電位の配線と、MMICチップ20のグランド電位の配線とを辿って、ボンディングワイヤ30のリターンパスは形成される。しかしながら、リターンパスの長さは、ボンディングワイヤ30に比べて長い。
これに対して、実施の形態2の配線構造200は、パッド13A、13Bとパッド23A、23Bとを接続するボンディングワイヤ210A、210Bを含み、ボンディングワイヤ210A、210Bの長さは、ボンディングワイヤ30の長さと同等である。
従って、信号伝送用のボンディングワイヤ30と同等の長さを有する、信号のリターン用のボンディングワイヤ210A、210Bを用いることにより、ボンディングワイヤ30のインピーダンス整合を実施の形態1の配線構造100よりもさらに改善することができる。
また、実施の形態2では、ボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ210A、210Bとの間の距離を次のように設定してもよい。
ボンディングワイヤ30の直径をdとする。また、ボンディングワイヤ30の中心軸と、ボンディングワイヤ210A、210Bの中心軸との間の距離をD/2とする。また、ボンディングワイヤ210A、210Bの特性インピーダンスをZとする。
ボンディングワイヤ30の中心軸と、ボンディングワイヤ210A、210Bの中心軸との間の距離をD/2は、ボンディングワイヤ210A、210Bの特性インピーダンスZが50Ωである場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定すればよい。
この式を満たす距離D/2は、同軸ケーブルの芯線の中心軸と、シールド線との間の距離に相当する。
このようにボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離をD/2に設定することにより、擬似的な同軸線路構造を実現することができる。
ボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ210A、210Bとの間の距離が上述の式を満たすようにすることにより、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスをさらに改善することができる。
また、ボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ110、120A、120B、130、140、150との位置関係と、ボンディングワイヤ30と、ボンディングワイヤ210A、210Bとの位置関係とが、ともに上述の式を満たすようにすれば、ボンディングワイヤ30の特性インピーダンスは、相乗効果で改善されることになる。
以上のように、実施の形態2によれば、信号伝送用のボンディングワイヤ30における電波の放射又は受信を低減した配線構造200を提供することができる。
また、ボンディングワイヤにおける電波の放射又は受信を低減した電子装置500Aを提供することができる。
また、信号伝送用のボンディングワイヤ30における電波の受信を低減できることにより、ボンディングワイヤ30によって伝送される信号によって駆動されるMMICチップ20の動作を安定的なものにすることができる。
<実施の形態3>
図12は、実施の形態3の配線構造300のYZ断面を示す図である。図12に示すYZ断面は、実施の形態1の配線構造100の図5に示すYZ断面に対応する。
実施の形態3の配線構造300は、ボンディングワイヤ30の一部と、ボンディングワイヤ120A、120B、及び130と、ワイヤ部151とを覆う樹脂部310を含む点が実施の形態1の配線構造100(図2乃至図5参照)と異なる。その他の構成はすべて実施の形態1の配線構造100と同様である。
実施の形態3の電子装置500Bは、基板10、MMICチップ20、及び配線構造300を含む。
樹脂部310は、ボンディングワイヤ3と、ボンディングワイヤ120A、120B、130、及びワイヤ部151とを絶縁するために設けられている。樹脂部310としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。
以上のように、実施の形態3によれば、ボンディングワイヤ3と、ボンディングワイヤ120A、120B、130、及びワイヤ部151とを絶縁する樹脂部310を設けることにより、絶縁性を改善し、信号伝送用のボンディングワイヤ30における電波の放射又は受信を低減した配線構造300を提供することができる。
なお、ボンディングワイヤ3と、ボンディングワイヤ120A、120B、130、及びワイヤ部151とを樹脂部310で絶縁する区間については、ボンディングワイヤ30の中心軸と、遮蔽構造との間の距離D/2が、次の式を満たすように設定すればよい。
樹脂部310の誘電率をεとした場合に、距離D/2が、Z=(138/√(ε))×log10(D/d)を満たす値に設定すればよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態の配線構造、及び、電子装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
電子部品側の端子と、配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、
前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体と
を含む、配線構造。
(付記2)
前記導体は、前記第1ボンディングワイヤの長手方向に沿うように、又は、前記第1ボンディングワイヤの外周方向に沿うように、配設される、付記1記載の配線構造。
(付記3)
前記導体は、第2ボンディングワイヤである、付記1又は2記載の配線構造。
(付記4)
前記第1ボンディングワイヤの直径をd、前記第1ボンディングワイヤと前記第2ボンディングワイヤとの間の距離をD/2、前記第2ボンディングワイヤの特性インピーダンスをZとすると、
前記第1ボンディングワイヤと前記第2ボンディングワイヤとの間の距離D/2は、前記第2ボンディングワイヤの特性インピーダンスZが50Ω又は所定値である場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定される、付記3記載の配線構造。
(付記5)
前記第1ボンディングワイヤと、前記第2ボンディングワイヤとを絶縁する、樹脂部をさらに含む、付記3記載の。
(付記6)
前記第1ボンディングワイヤに沿って配設され、前記第1ボンディングワイヤのリターンパスを形成する第3ボンディングワイヤをさらに含む、付記1乃至5のいずれか一項記載の配線構造。
(付記7)
前記第1ボンディングワイヤの直径をd、前記第1ボンディングワイヤと前記第3ボンディングワイヤとの間の距離をD/2、前記第3ボンディングワイヤの特性インピーダンスをZとすると、
前記第1ボンディングワイヤと前記第3ボンディングワイヤとの間の距離D/2は、前記第3ボンディングワイヤの特性インピーダンスZが50Ω又は所定値である場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定される、付記6記載の配線構造。
(付記8)
前記電子部品は半導体集積回路である、付記1乃至7記載の配線構造。
(付記9)
電子部品と、
前記電子部品に伝送される信号、又は、前記電子部品から伝送される信号を伝送する配線と、
前記電子部品側の端子と前記配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、
前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体と
を含む、電子装置。
100 配線構造
500 電子装置
10 基板
10A 絶縁層
11A パッド
11C マイクロストリップライン
11D グランド層
12 配線層
13A、13B パッド
14A、14B ビア
20 MMICチップ
20A 本体部
21A パッド
21C マイクロストリップライン
22 グランド端子
23A、23B パッド
24A、24B ビア
25A、25B パッド
110、120A、120B、130、140、150 ボンディングワイヤ
151、152、153、154、155、156 ワイヤ部
200 配線構造
500A 電子装置
210A、210B ボンディングワイヤ
300 配線構造
500B 電子装置
310 樹脂部

Claims (7)

  1. 電子部品側の端子と、配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、
    前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体と
    を含む、配線構造。
  2. 前記導体は、前記第1ボンディングワイヤの長手方向に沿うように、又は、前記第1ボンディングワイヤの外周方向に沿うように、配設される、請求項1記載の配線構造。
  3. 前記導体は、第2ボンディングワイヤである、請求項1又は2記載の配線構造。
  4. 前記第1ボンディングワイヤの直径をd、前記第1ボンディングワイヤと前記第2ボンディングワイヤとの間の距離をD/2、前記第2ボンディングワイヤの特性インピーダンスをZとすると、
    前記第1ボンディングワイヤと前記第2ボンディングワイヤとの間の距離D/2は、前記第2ボンディングワイヤの特性インピーダンスZが50Ω又は所定値である場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定される、請求項3記載の配線構造。
  5. 前記第1ボンディングワイヤに沿って配設され、前記第1ボンディングワイヤのリターンパスを形成する第3ボンディングワイヤをさらに含む、請求項1乃至4のいずれか一項記載の配線構造。
  6. 前記第1ボンディングワイヤの直径をd、前記第1ボンディングワイヤと前記第3ボンディングワイヤとの間の距離をD/2、前記第3ボンディングワイヤの特性インピーダンスをZとすると、
    前記第1ボンディングワイヤと前記第3ボンディングワイヤとの間の距離D/2は、前記第3ボンディングワイヤの特性インピーダンスZが50Ω又は所定値である場合に、Z=138×log10(D/d)を満たす値に設定される、請求項5記載の配線構造。
  7. 電子部品と、
    前記電子部品に伝送される信号、又は、前記電子部品から伝送される信号を伝送する配線と、
    前記電子部品側の端子と前記配線側の端子とを接続し、信号を伝送する第1ボンディングワイヤと、
    前記第1ボンディングワイヤの周囲に配置され、前記第1ボンディングワイヤから離間し、基準電位に保持される導体と
    を含む、電子装置。
JP2012261067A 2012-11-29 2012-11-29 配線構造、及び、電子装置 Pending JP2014107486A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261067A JP2014107486A (ja) 2012-11-29 2012-11-29 配線構造、及び、電子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261067A JP2014107486A (ja) 2012-11-29 2012-11-29 配線構造、及び、電子装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014107486A true JP2014107486A (ja) 2014-06-09

Family

ID=51028699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012261067A Pending JP2014107486A (ja) 2012-11-29 2012-11-29 配線構造、及び、電子装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014107486A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170118841A1 (en) * 2015-10-26 2017-04-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. High-frequency modules
JP2021044458A (ja) * 2019-09-12 2021-03-18 キヤノン株式会社 配線基板及び半導体装置
TWI767243B (zh) * 2020-05-29 2022-06-11 矽品精密工業股份有限公司 電子封裝件

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170118841A1 (en) * 2015-10-26 2017-04-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. High-frequency modules
JP2017084898A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 株式会社村田製作所 高周波モジュール
US10292271B2 (en) 2015-10-26 2019-05-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. High-frequency modules
JP2021044458A (ja) * 2019-09-12 2021-03-18 キヤノン株式会社 配線基板及び半導体装置
JP7362380B2 (ja) 2019-09-12 2023-10-17 キヤノン株式会社 配線基板及び半導体装置
TWI767243B (zh) * 2020-05-29 2022-06-11 矽品精密工業股份有限公司 電子封裝件
US11532568B2 (en) * 2020-05-29 2022-12-20 Siliconware Precision Industries Co., Ltd. Electronic package

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10418708B2 (en) Wideband antenna
JP5431433B2 (ja) 高周波線路−導波管変換器
JP5765174B2 (ja) 電子装置
JP5669043B2 (ja) ポスト壁導波路アンテナ及びアンテナモジュール
TWI663785B (zh) 電子裝置、射頻裝置及其訊號傳輸構件
JP2009038696A (ja) アンテナ付き集積回路パッケージ
TW201436362A (zh) 具有天線之半導體結構
TWI594380B (zh) 封裝結構及三維封裝結構
CN111213282A (zh) 微电子封装衬底与电介质波导连接件之间的中介层
JP2018117215A (ja) 無線装置
US9245866B2 (en) Antenna device and wireless apparatus
TW201503482A (zh) 電子電路及電子機器
JP2010021505A (ja) 接続方法、基板
JP6602326B2 (ja) 無線装置
JP2011009505A (ja) 3次元実装基板および3次元実装基板の製法
Zhang et al. Novel antenna-in-package design in LTCC for single-chip RF transceivers
JP2014107486A (ja) 配線構造、及び、電子装置
US20150021748A1 (en) Semiconductor device
JP2013138147A (ja) 電子装置
JP5082250B2 (ja) 高周波回路基板
US10615481B2 (en) Millimeter wave semiconductor apparatus including a microstrip to fin line interface to a waveguide member
JP2002299502A (ja) 高周波半導体素子収納用パッケージ
JP4737192B2 (ja) 2つのマイクロストリップ線路の接続構造及び筐体を用いた集積回路チップの実装基板への実装構造
US11742303B2 (en) Systems for millimeter-wave chip packaging
Felic et al. A CPW-fed loop slot antenna for integration with millimeter wave CMOS transceiver