JP3216622B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板上に半導
体チップをフリップチップ実装した半導体装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】回路基板上に半導体チップを取り付ける
構造として、フリップチップ実装がある。フリップチッ
プ実装の構造について、図3を用いて説明する。
【0003】図3に示すように、回路基板1の一面には
回路部3が形成され、半導体チップ6の一面には、チッ
プ接合部7が形成されている。また、回路基板1の回路
部3には、配線2と接合部配線4とが設けられている。
【0004】回路基板1に半導体チップ6を実装するに
は、回路基板1の表面と半導体チップ6の表面とを向き
合わせにセットし、回路基板1上に形成した回路部3の
接合部配線4と半導体チップ6のチップ接合部7を重ね
て、これらを接合し、回路基板1の回路部3に半導体チ
ップ6を電気的に接続して、回路基板1上に半導体チッ
プ6を実装している。
【0005】通常、回路基板1上に形成した回路部3の
接合部配線4にハンダを取り付けておき、回路部3の接
合部配線4と半導体チップ6のチップ接合部7とを位置
決めして、ハンダを加熱しつつ半導体チップ6を加圧す
ることにより、回路部3の接合部配線4と半導体チップ
6のチップ接合部7とをハンダで接合している。
【0006】図3に示すフリップチップ実装の構造で
は、接合を行う回路部3の接合部配線4の幅が比較的広
く、回路部3の接合部配線4と半導体チップ6のチップ
接合部7を比較的容易に接合することが可能であり、低
い動作周波数で動作する半導体装置にあっては、特に問
題が生じていない。
【0007】ところで、最近の半導体装置は、高い動作
周波数で動作するように設計されるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高い動
作周波数で動作する半導体装置においては、上述した接
合を行う回路部3の接合部配線4の幅が比較的広く、回
路部3の接合部配線4と半導体チップ6のチップ接合部
7を比較的容易に接合することが可能であるという構造
は、致命的な欠陥となる。以下、その理由について説明
する。
【0009】すなわち、低い動作周波数で動作する半導
体装置にあっては、回路部3の接合部配線4の幅と半導
体チップ6のチップ接合部7の配線幅(線路幅)とが相
違する構造は、線路のインピーダンスの観点からする
と、影響を受ける割合が少ないものである。
【0010】一方、高い動作周波数で動作する半導体装
置においては、回路部3の接合部配線4の線路幅と半導
体チップ6のチップ接合部7の線路幅とが異なる箇所で
線路のインピーダンスが不連続となり、インピーダンス
の不連続部で信号の反射が生じ、その反射による損失が
生じてしまうこととなる。
【0011】したがって、高い動作周波数で動作する半
導体装置においては、上述した信号の反射損失が原因と
なって、設計値に基づく効率的な動作を行うことが不可
能になるという問題がある。
【0012】本発明の目的は、回路部の配線と半導体チ
ップのチップ接合部との接合時にインピーダンスの不整
合により損失が生じないようにした半導体装置を提供す
ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、回路基板上に半導体チ
ップをフリップチップ実装した半導体装置であって、前
記回路基板内の半導体チップをフリップチップ実装によ
り接合する領域には誘電率の異なる領域を形成し、前記
誘電率の異なる領域上に線路を設け、かつ、前記誘電率
の異なる領域での線路幅を変更したものである。
【0018】また本発明に係る半導体装置は、回路基板
上に半導体チップをフリップチップ実装した半導体装置
であって、前記回路基板の一部に基板厚の異なる領域を
形成し、前記基板厚の異なる領域上に線路を設け、か
つ、前記基板厚の異なる領域での線路幅を変更したもの
である。
【0019】また前記回路基板の基板厚の異なる領域
は、回路基板上に半導体チップをフリップチップ実装す
る領域である。
【0020】また前記誘電率の異なる領域での線路幅を
拡張して線路のインピーダンスを変化させることなく変
更したものである。
【0021】また前記基板厚を厚くして線路幅を線路の
インピーダンスを変化させることなく変更したものであ
る。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
【0023】本発明に係る半導体装置は、フリップチッ
プ実装を用いて製造される高周波動作可能な半導体装置
を対象とするものであり、回路部の配線と半導体チップ
のチップ接合部との接合時にインピーダンスの不整合に
より損失が生じないようにすることを目的とするもので
ある。
【0024】次に、回路部の配線と半導体チップのチッ
プ接合部との接合時にインピーダンスの不整合により損
失が生じないようにする具体的な技術的手段について技
術的に解析する。
【0025】最近の半導体装置に用いる半導体チップ
は、高周波動作するものが多い。このような半導体チッ
プを回路基板上にフリップチップ実装する場合、半導体
チップと回路基板の配線との接合箇所での配線幅(線路
幅)が異なるため、その部分で線路のインピーダンスが
変化してしまい、信号の反射損失が発生してしまう。信
号反射による損失は、特に高周波動作する半導体装置の
場合、その動作に顕著に影響する。
【0026】以上の記載からすると、半導体チップと回
路基板の配線との接合箇所での配線幅(線路幅)を同一
にすることが考えられる。しかしながら、半導体チップ
と回路基板との誘電率と基板厚によって、半導体チップ
のチップ接合部と回路基板の配線とが固有のインピーダ
ンスをもつため、配線幅を同一にすることは不可能であ
る。
【0027】したがって、半導体チップと回路基板の配
線との接合部での配線幅を同一にするという考えは、設
計上からすると、理想的であるが、フリップチップ実装
の製造面からすると、技術的に不可能である。
【0028】回路基板は、絶縁体、すなわち誘電体上に
配線を形成する構造のものであり、その配線に半導体チ
ップを電気的に接続するものであり、しかも、その配線
部分には高周波数の信号が伝送されるものであるから、
回路基板上に半導体チップをフリップチップ実装して、
半導体チップを高周波数動作させる構造は、マイクロス
トリップ線路と擬似的に同一構造と見做すことが可能で
ある。
【0029】したがって、マイクロ波・ミリ波で使用す
る一般的なマイクロストリップ線路におけるインピーダ
ンスZcの算出法を本発明に係る半導体装置に適用する
と、半導体チップと回路基板の配線との接合箇所におけ
る線路のインピーダンスZcは、下記の式(1)で与え
られる。
【0030】Zc=√(ε0εeffμ)・t/(ε1W)
・・・・・・式(1) ここで、 ε0 :線路上面空間の誘電率 εeff:等価誘電率 μ :基板の透磁率 t :基板の厚さ ε1 :基板の誘電率 W :配線幅 を表わす。
【0031】上述した式(1)からインピーダンスZc
を変えずに、半導体チップと回路基板の配線との接合箇
所における配線幅(線路幅)を拡張するためには、2通
りの方法を導き出すことができる。
【0032】第1の方法は、半導体チップ6のチップ接
合部7と回路基板1の接合配線部4との接合箇所での配
線下を低誘電率の基板で構成するものである。
【0033】第2の方法は、半導体チップ6のチップ接
合部7と回路基板1の接合配線部4との接合箇所の配線
下の基板厚tを変更し、配線のインピーダンスを変更す
る構成のものである。
【0034】前記第1の構成は図1に示すように、回路
基板1のうち、半導体チップ6が接合される基板一部
を低誘電体5として構成し、低誘電体5上に、半導体チ
ップ6のチップ接合部7を接合させる回路基板1の接合
配線部4を作成する。
【0035】回路基板1の接合配線部4は、回路基板1
の回路部3に配線4aを介して接続される。
【0036】低誘電体5上に接合配線部4を作成するに
あたっては、低誘電体5上における接合配線部4の配線
幅W1を、配線4aの配線幅W2より拡張し、線路のイン
ピーダンスを変化させないような寸法にする。
【0037】前記第1の方法による構成を評価する。上
述した式(1)におけるε1は回路基板1の誘電率、W
は配線幅であるから、低誘電体5として、回路基板1の
誘電率と異なる誘電率のものを用いることにより、配線
幅Wを拡張する方向に変えることが可能となる。
【0038】配線幅Wを拡張する方向に変えるという技
術的な手段を用いて、配線4aと接合配線部4との接合
箇所を含めて半導体チップ6のチップ接合部7と回路基
板1の接合配線部4との接合箇所におけるインピーダン
ス合わせを容易に行うことが可能となる。
【0039】したがって、図1に示す第1の構成に基づ
いて、回路部3の配線4aに連なる接合部配線4と半導
体チップ6のチップ接合部7とを接合する際のインピー
ダンスの不整合を調整して、インピーダンスの不整合に
よる損失を低減することができること明らかである。
【0040】前記第2の構成は図2に示すように、回路
基板1のうち、半導体チップ6が接合される基板一部
の基板厚tを厚く構成し、基板厚tが厚いチップ接合部
段差8上に、半導体チップ6のチップ接合部7を接合さ
せる回路基板1の接合配線部4を作成する。
【0041】回路基板1の接合配線部4は、回路基板1
の回路部3に配線4aを介して接続される。
【0042】チップ接合部段差8上に接合配線部4を作
成するにあたっては、チップ接合部段差8上における接
合配線部4の配線幅W1を、配線4aの配線幅W2より拡
張して形成する。
【0043】さらに、半導体チップ6のチップ接合部7
と回路基板1の接合配線部4との接合部の真下(配線
下)の基板厚tを厚く変更し、インピーダンスを変化さ
せないようにする。
【0044】図2では、半導体チップ6との接合部分の
基板厚tを厚くすることにより、回路基板1の接合配線
部4の配線幅を変更している。基板厚さtに対する接合
配線部4の配線幅Wの変動の程度は、例えば、式(1)
のtが基板厚であることから、基板厚tを2倍にするこ
とにより、線路のインピーダンスを変えることなく、接
合配線部4の配線幅Wを2倍に広げることが可能にな
る。
【0045】回路基板1の基板厚tを厚くするという技
術的な手段を用いて、配線4aと接合配線部4との接合
部を含めて半導体チップ6のチップ接合部7と回路基板
1の接合配線部4との接合部におけるインピーダンス合
わせを容易に行うことが可能となる。
【0046】したがって、図2に示す第2の構成に基づ
いて、回路部3の配線4aに連なる接合部配線4と半導
体チップ6のチップ接合部7とを接合する際のインピー
ダンスの不整合を調整して、インピーダンスの不整合に
よる損失を低減することができること明らかである。
【0047】次に、本発明の具体例を実施形態として説
明する。
【0048】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係る半導体装置を示す分解斜視図である。
【0049】図1に示すように、回路基板1の一面には
回路部3が形成され、半導体チップ6の一面にはチップ
接合部7が形成されている。また、回路基板1の回路部
3には、配線2と4が設けられている。
【0050】さらに、回路基板1の一部、つまり半導体
チップ6をフリップチップ実装する場合に接合部となる
領域を低誘電体5にて構成し、低誘電体5上に、半導体
チップ6のチップ接合部7を接合させる回路基板1の接
合配線部4を作成する。
【0051】回路基板1の接合配線部4は、回路基板1
の回路部3に配線4aを介して接続される。
【0052】低誘電体5上に接合配線部4を作成するに
あたっては、低誘電体5上における接合配線部4の配線
幅W1を、配線4aの配線幅W2より拡張し、インピーダ
ンスを変化させないような寸法にする。
【0053】回路基板1に半導体チップ6を実装するに
は、回路基板1の表面と半導体チップ6の表面とを向き
合わせにセットし、回路基板1上に形成した回路部3の
接合部配線4と半導体チップ6のチップ接合部7を重ね
て、これらを接合し、回路基板1の回路部3に半導体チ
ップ6を電気的に接続して、回路基板1上に半導体チッ
プ6をフリップチップ実装する。
【0054】本発明の実施形態1において、式(1)か
ら明らかなように、回路基板1の誘電率ε1と接合部配
線4の配線幅Wとは反比例の関係にあるため、低誘電体
5の誘電率が回路基板1の誘電率の2分の1である場
合、配線幅Wは約2倍に拡張することができる。
【0055】一般に、回路基板1と半導体チップ6の誘
電率及び基板厚が異なるため、同一の線路インピーダン
スを有する回路基板1の配線4aと半導体チップ6のチ
ップ接合部7との線路幅は、異なっている。
【0056】回路基板1に半導体チップ6をフリップチ
ップ実装した場合には、回路基板1の接合部配線4と半
導体チップ6のチップ接合部7との配線幅が異なると、
接合部配線4とチップ接合部7との接合箇所での線路幅
の狭い線路(チップ接合部7)は、接合箇所で線路幅が
急に広がったと見なされ、線路のインピーダンスが変化
する。
【0057】このため、接合部配線4とチップ接合部7
との接合箇所でのインピーダンスが変化しないように、
回路基板1の接合部配線4の線路幅W1を半導体チップ
6のチップ接合部7の線路幅W2より拡張する。この場
合、低誘電体5の誘電率も一義的に決めることができ
る。
【0058】(実施形態2)図2は、本発明の実施形態
2に係る半導体装置を示す分解斜視図である。
【0059】図1に示す本発明の実施形態1は、回路基
板1に誘電率が異なる低誘電率体5の領域を作成するも
のであるが、図2に示す本発明の実施形態2は、回路基
板1の材質を変えることなく、インピーダンスを変える
構造を示すものである。
【0060】図2に示す本発明の実施形態2では、回路
基板1の半導体チップ6を取り付ける箇所の基板厚tを
厚くしてチップ接合部段差8を形成する。チップ接合部
段差8の高さ、すなわち基板厚tは、拡張する線路幅W
に応じて変更することが可能である。
【0061】式(1)に示すように、基板厚tと線路幅
Wは、線路のインピーダンスに対して比例・反比例の関
係があるため、線路幅Wを2倍に拡張する場合、チップ
接合部段差8の基板厚tをほぼ2倍にすることにより、
接合部配線4とチップ接合部7との接合箇所での線路の
インピーダンスを変えることなく線路幅Wを拡張するこ
とができる。
【0062】本発明の実施形態2と実施形態1とを比較
すると、実施形態1では低誘電体5の誘電率を任意に決
めることができないため、線路幅Wは階段状に拡張する
のに対し、実施形態2では、チップ接合部段差8の基板
厚tは任意に変えられるため、線路幅Wを連続的に拡張
することができるという利点を有している。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
路基板の一部に誘電率の異なる領域を形成し、誘電率の
異なる領域で配線幅を拡張して変更することにより、半
導体チップと回路基板との接合箇所におけるインピーダ
ンス合わせを容易に行うことができ、インピーダンスの
不整合を調整して、インピーダンスの不整合による損失
を低減することができる。
【0064】さらに回路基板の一部の基板厚を厚くする
ことにより、半導体チップと回路基板との接合部におけ
るインピーダンス合わせを容易に行うことができ、イン
ピーダンスの不整合を調整して、インピーダンスの不整
合による損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る半導体装置を示す分
解斜視図である。
【図2】本発明の実施形態2に係る半導体装置を示す分
解斜視図である。
【図3】回路基板上に半導体チップをフリップチップ実
装した半導体装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1 回路基板 2 配線 3 回路部 4 接合部配線 4a 配線 5 低誘電体 6 半導体チップ 7 チップ接合部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板上に半導体チップをフリップチ
    ップ実装した半導体装置であって、前記回路基板内の半
    導体チップをフリップチップ実装により接合する領域に
    誘電率の異なる領域を形成し、前記誘電率の異なる領
    域上に線路を設け、かつ、前記誘電率の異なる領域での
    線路幅を変更したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 回路基板上に半導体チップをフリップチ
    ップ実装した半導体装置であって、前記回路基板の一部
    に基板厚の異なる領域を形成し、前記基板厚の異なる領
    域上に線路を設け、かつ、前記基板厚の異なる領域での
    線路幅を変更したことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記回路基板の一部は、回路基板上に半
    導体チップをフリップチップ実装する領域であることを
    特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記誘電率の異なる領域での線路幅を拡
    張して線路のインピーダンスを変化させることなく変更
    したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記基板厚を厚くして線路幅を線路のイ
    ンピーダンスを変化させることなく変更したことを特徴
    とする請求項2に記載の半導体装置。
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