JP3217677B2 - High frequency semiconductor device - Google Patents

High frequency semiconductor device

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JP3217677B2
JP3217677B2 JP34229695A JP34229695A JP3217677B2 JP 3217677 B2 JP3217677 B2 JP 3217677B2 JP 34229695 A JP34229695 A JP 34229695A JP 34229695 A JP34229695 A JP 34229695A JP 3217677 B2 JP3217677 B2 JP 3217677B2
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frequency
frequency transmission
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    • 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
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    • H01L2224/48091Arched

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯から
ミリ波帯領域の高周波用として用いられる半導体装置に
関し、特に、高周波信号の特性を劣化させることなく半
導体素子や回路部品に信号を伝送することが出来る半導
体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device used for high frequencies in a microwave band to a millimeter wave band, and more particularly, to transmitting a signal to a semiconductor element or a circuit component without deteriorating characteristics of a high frequency signal. The present invention relates to a semiconductor device which can be used.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、マイクロ波帯からミリ波帯領域の高
周波用として用いられる半導体装置では、図7(a)に
示すように、誘電体からなる絶縁基板22と蓋体23に
より形成されたキャビティ24内に半導体素子(IC)
25を搭載して気密に封止している。そして信号等の入
出力は、絶縁基板22表面に形成されたストリップ線路
等の高周波用伝送線路26を通じ、ICとボンディング
ワイヤ等によって接続されている。また他の方法として
図7(b)に示すように、絶縁基板22の底面に高周波
用伝送線路26を形成し、この伝送線路26とIC25
とをスルーホール27を通じて接続されたものも提案さ
れている。さらに、図7(c)に示すように、半導体装
置の底面に形成した伝送線路26を半導体装置の側面を
経由して表面の伝送線路に接続して信号等を伝送するも
のも提案されている。(特開昭61−168939
号)。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device used for high frequencies in a microwave band to a millimeter wave band, as shown in FIG. 7A, a cavity formed by an insulating substrate 22 made of a dielectric and a lid 23 is used. Semiconductor device (IC) in 24
25 is hermetically sealed. Input and output of signals and the like are connected to the IC by bonding wires and the like through a high-frequency transmission line 26 such as a strip line formed on the surface of the insulating substrate 22. As another method, as shown in FIG. 7B, a high-frequency transmission line 26 is formed on the bottom surface of the insulating substrate 22, and the transmission line 26 and the IC 25 are formed.
Are connected via a through hole 27. Further, as shown in FIG. 7C, there has been proposed a device in which a transmission line 26 formed on a bottom surface of a semiconductor device is connected to a transmission line on the front surface via a side surface of the semiconductor device to transmit a signal or the like. . (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-168939)
issue).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7
(a)や図7(c)に示されるように、IC搭載面に伝
送線路26を形成し、伝送線路26が蓋体23の側壁を
通過する場合、側壁通過部で信号線路がマイクロストリ
ップ線路からストリップ線路へと変換されるため信号線
路幅を狭くする必要がある。その結果、この変換部で反
射損、放射損が発生しやすいため高周波信号の特性劣化
がおこりやすくなるという問題がある。
However, FIG.
As shown in FIG. 7A and FIG. 7C, when the transmission line 26 is formed on the IC mounting surface, and the transmission line 26 passes through the side wall of the lid 23, the signal line is changed to a microstrip line at the side wall passing portion. It is necessary to reduce the width of the signal line because the signal line is converted into a strip line. As a result, there is a problem in that the reflection loss and the radiation loss are easily generated in the conversion unit, so that the characteristics of the high-frequency signal are likely to deteriorate.

【0004】また、IC搭載面の側面に伝送線路を形成
する関係上、半導体装置自体が必然的に大きくなるため
回路基板の小型化が困難であった。図7(b)は、この
問題に対して、スル−ホ−ル、ビアホ−ルを用いて底面
の伝送線路と電気的に接続して、外部回路基板に面実装
を可能としたものである。しかし、この図7(b)の構
造においては、伝送する信号の使用周波数が10GHz
以上になるとスルーホールでの透過損失が急激に大きく
なるために、マイクロ波帯からミリ波帯領域の信号を特
性劣化無しで伝送することが非常に困難であった。
In addition, since the transmission line is formed on the side surface of the IC mounting surface, the size of the circuit board is difficult because the semiconductor device itself is inevitably large. FIG. 7 (b) solves this problem by using a through hole and a via hole to electrically connect to the transmission line on the bottom surface and to enable surface mounting on an external circuit board. . However, in the structure of FIG. 7B, the operating frequency of the signal to be transmitted is 10 GHz.
Above, the transmission loss in the through-hole increases rapidly, and it has been very difficult to transmit a signal in a microwave band to a millimeter wave band without characteristic deterioration.

【0005】従って、本発明の目的は、マイクロ波から
ミリ波帯領域でも使用可能でかつ信号の特性劣化が非常
に少ない半導体装置、特に面実装形半導体装置として適
した高周波用半導体装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device which can be used in the microwave to millimeter band region and has very little deterioration in signal characteristics, particularly a high frequency semiconductor device suitable as a surface mount type semiconductor device. Things.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、高周波用
としての半導体装置において、信号の特性の劣化なしに
面実装可能な半導体装置の構造について検討を重ねた結
果、誘電体材料からなる絶縁基板と蓋体により形成され
るキャビティ内部に半導体素子が搭載された半導体装置
において、前記キャビティ内部の前記絶縁基板の表面
に、前記半導体素子と電気的に接続された第1の高周波
用伝送線路と、前記絶縁基板の底面に第2の高周波用伝
送線路とを、前記絶縁基板を介して対峙する位置に形成
して電磁結合させるとともに、前記第2の高周波用伝送
線路の一部に外部回路基板に直接半田実装可能な接続端
子を形成したことを特徴とするものである。
The present inventors have repeatedly studied the structure of a semiconductor device for high frequency use which can be surface-mounted without deteriorating signal characteristics. In a semiconductor device having a semiconductor element mounted inside a cavity formed by an insulating substrate and a lid, a first high-frequency transmission line electrically connected to the semiconductor element on a surface of the insulating substrate inside the cavity. And a second high-frequency transmission line formed on the bottom surface of the insulating substrate at a position facing the second high-frequency transmission line via the insulating substrate and electromagnetically coupled to the second high-frequency transmission line. A connection terminal which can be directly solder-mounted on a substrate is formed.

【0007】その電磁結合形態としては、前記絶縁基板
内にアース層を形成するとともに、該アース層にスロッ
ト孔を形成し、前記第1の高周波用伝送線路と、前記第
2の高周波用伝送線路とを前記スロット孔を介して対峙
する位置に形成して電磁結合させるか、あるいは、前記
絶縁基板のキャビティ内部の表面において、前記第1の
高周波用伝送線路の終端部を取り囲むように第1のアー
ス層を形成し、前記絶縁基板の底面の前記第2の高周波
用伝送線路の終端部を取り囲むように第2のアース層を
形成するとともに、前記第1および第2の高周波用伝送
線路の終端部が前記絶縁基板を介して対峙する位置に形
成して電磁結合させたことを特徴とするものであり、こ
れらの線路は、ストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路のう
ちの1種以上であることを特徴とするものである。
As an electromagnetic coupling form, a ground layer is formed in the insulating substrate, and a slot hole is formed in the ground layer, and the first high-frequency transmission line and the second high-frequency transmission line are formed. May be formed at positions facing each other via the slot hole and electromagnetically coupled, or the first may be formed on the surface of the insulating substrate inside the cavity so as to surround the terminal end of the first high-frequency transmission line. A ground layer is formed, and a second ground layer is formed so as to surround a terminal portion of the second high-frequency transmission line on a bottom surface of the insulating substrate, and a terminal of the first and second high-frequency transmission lines is formed. Parts are formed at positions facing each other via the insulating substrate and are electromagnetically coupled, and these lines are a strip line, a microstrip line, a coplanar line. , It is characterized in that at least one of the ground with a coplanar line.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、誘電体材料からなる絶縁基板
と蓋体により形成されるキャビティ内部においてIC素
子と電気的に接続された第1の高周波用伝送線路と、前
記絶縁基板の底面に第2の高周波用伝送線路とを、前記
絶縁基板を介して対峙する位置に形成して電磁結合させ
ることにより、伝送線路が蓋体の側壁を通過することな
く結合できるために、側壁通過部において信号線路がマ
イクロストリップ線路からストリップ線路へと変換され
るための反射損、放射損の発生がなく、またスルーホー
ルやビアホール等による透過損失の影響を受けることが
ないため、高周波信号を伝送損失を抑制して伝送でき
る。
According to the present invention, a first high-frequency transmission line electrically connected to an IC element in a cavity formed by an insulating substrate made of a dielectric material and a lid, and a bottom surface of the insulating substrate. Since the transmission line can be coupled without passing through the side wall of the cover by forming the second transmission line for high frequency and the electromagnetic wave coupling at a position facing each other via the insulating substrate, the transmission line can be formed at the side wall passage portion. There is no reflection loss or radiation loss due to the signal line being converted from the microstrip line to the strip line, and there is no influence of transmission loss due to through holes and via holes. Can be transmitted with suppression.

【0009】また、外部電気回路基板への接続を金属ピ
ン等により行うと、信号の周波数が10GHz以上とな
ると伝送損失が生じる(具体的には、S11>−10d
B、S21<−5dB)が、前記底面に形成された高周
波用伝送線路の一部に接続端子を形成し、この接続端子
により外部電気回路基板に直接半田実装するように構成
することにより、接続端子と高周波用伝送線路間の損失
もなく、外部電気回路と接続することができる。
Further, when connection to an external electric circuit board is made by a metal pin or the like, transmission loss occurs when the signal frequency becomes 10 GHz or more (specifically, S11> −10d).
B, S21 <−5 dB), a connection terminal is formed on a part of the high-frequency transmission line formed on the bottom surface, and the connection terminal is directly mounted on the external electric circuit board by soldering. There is no loss between the terminal and the high-frequency transmission line, and it can be connected to an external electric circuit.

【0010】さらに、高周波用伝送線路間の電磁結合構
造としては、前記絶縁基板内にアース層を形成するとと
もに、該アース層にスロット孔を形成し、前記第1の高
周波用伝送線路と、前記第2の高周波用伝送線路とを前
記スロット孔を介して対峙する位置に形成して電磁結合
させたり、前記絶縁基板のキャビティ内部の表面におい
て、前記第1の高周波用伝送線路の終端部を取り囲むよ
うに第1のアース層を形成し、前記絶縁基板の底面の前
記第2の高周波用伝送線路の終端部を取り囲むように第
2のアース層を形成するとともに、前記第1および第2
の高周波用伝送線路の終端部が前記絶縁基板を介して対
峙する位置に形成して電磁結合させることにより、伝送
線路間での信号の損失なく信号の伝達が可能となる。
Further, as an electromagnetic coupling structure between the high-frequency transmission lines, a ground layer is formed in the insulating substrate, and a slot hole is formed in the ground layer. A second high-frequency transmission line is formed at a position facing the second high-frequency transmission line via the slot hole and electromagnetically coupled, or a surface inside the cavity of the insulating substrate surrounds a terminal portion of the first high-frequency transmission line. The first ground layer is formed so as to surround the terminal portion of the second high-frequency transmission line on the bottom surface of the insulating substrate, and the first and second ground layers are formed.
By forming the terminal portions of the high-frequency transmission lines facing each other via the insulating substrate and performing electromagnetic coupling, signals can be transmitted without loss of signals between the transmission lines.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の高周波用半導体装置の一
例を図1に示した。図1によれば、高周波用半導体装置
1は、誘電体材料からなる絶縁基板2と蓋体3によりキ
ャビティ4が形成されており、そのキャビティ4内に
は、IC等の半導体素子5が搭載されている。絶縁基板
2を構成する誘電体材料としては誘電率が10以下、特
に6以下のセラミックス、ガラスセラミックス、セラミ
ック金属複合材料、ガラス有機樹脂系複合材料等が使用
できる。
FIG. 1 shows an example of a high-frequency semiconductor device according to the present invention. According to FIG. 1, a high-frequency semiconductor device 1 has a cavity 4 formed by an insulating substrate 2 made of a dielectric material and a lid 3, and a semiconductor element 5 such as an IC is mounted in the cavity 4. ing. As the dielectric material constituting the insulating substrate 2, ceramics, glass ceramics, ceramic metal composite materials, glass organic resin composite materials, and the like having a dielectric constant of 10 or less, particularly 6 or less can be used.

【0012】一方、蓋体3は、キャビティからの電磁波
が外部に漏洩するのを防止できる材料から構成すること
が望ましく、セラミックス、セラミック金属複合材料、
ガラスセラミックス等が使用できるが、これらの材料中
に電磁波を吸収させることのできるカーボン等の電磁波
吸収物質を分散させたり、蓋体の表面にこれらの電磁波
吸収物質を塗布することもできる。
On the other hand, the lid 3 is desirably made of a material capable of preventing the electromagnetic wave from the cavity from leaking to the outside.
Glass ceramics and the like can be used, but an electromagnetic wave absorbing material such as carbon capable of absorbing electromagnetic waves can be dispersed in these materials, or these electromagnetic wave absorbing materials can be applied to the surface of the lid.

【0013】本発明によれば、上記の半導体装置におい
て、半導体素子5に信号を伝送する線路として、ストリ
ップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、
グランド付きコプレ−ナ線路のうちの1つの高周波用伝
送線路がキャビティ4内の絶縁基板2の表面に形成され
ている。図1は、伝送線路がマイクロストリップ線路の
場合の構造を示すものである。図1によれば、絶縁基板
2内にはアース層6が形成され、絶縁基板2表面に形成
されたストリップ導体路7によりマイクロストリップ線
路8が形成されている。また、半導体装置1の底面に
も、ストリップ導体路9が形成され、アース層6間にお
いてマイクロストリップ線路10が形成されている。
According to the present invention, in the above-described semiconductor device, a strip line, a microstrip line, a coplanar line,
One high-frequency transmission line of the grounded coplanar line is formed on the surface of the insulating substrate 2 in the cavity 4. FIG. 1 shows a structure when the transmission line is a microstrip line. According to FIG. 1, a ground layer 6 is formed in an insulating substrate 2, and a microstrip line 8 is formed by a strip conductor path 7 formed on the surface of the insulating substrate 2. A strip conductor path 9 is also formed on the bottom surface of the semiconductor device 1, and a microstrip line 10 is formed between the ground layers 6.

【0014】そして、このマイクロストリップ線路8と
マイクロストリップ線路10とは、アース層6に形成さ
れたスロット孔11を介して対峙する位置に形成される
ことにより電磁結合され、損失のない信号の伝送が行わ
れる。なお、このスロット孔11は複数個形成されてい
てもよい。
The microstrip line 8 and the microstrip line 10 are electromagnetically coupled by being formed at opposing positions via a slot hole 11 formed in the ground layer 6, thereby transmitting a lossless signal. Is performed. Note that a plurality of the slot holes 11 may be formed.

【0015】このスロット孔11を介したストリップ導
体路7、9は、図2の配置図における平面図(a)と断
面図(b)に示すように、スロット孔11を挟んで伝送
信号の1/2波長で重なる対峙位置に形成されることが
望ましく、スロット孔11の形状は、長辺と短辺とから
なる長方形の孔であり、スロット孔の形状は、使用周波
数の特定と周波数の帯域幅を特定することができる。そ
のためスロット孔の長辺は信号周波数の1/2波長相当
長さにするのが望ましく、スロット孔の短辺は1/5波
長相当長さから1/50波長相当長さに設定すると、帯
域幅は3GHz〜10GHzに制御することが出来る。
As shown in the plan view (a) and the cross-sectional view (b) of the arrangement diagram of FIG. 2, the strip conductor paths 7 and 9 through the slot hole 11 The slot hole 11 is desirably formed at a confronting position overlapping at a wavelength of / 2, and the shape of the slot hole 11 is a rectangular hole having a long side and a short side. The width can be specified. Therefore, the long side of the slot hole is desirably set to a length corresponding to 1 / wavelength of the signal frequency, and the short side of the slot hole is set to a length corresponding to 1 / wavelength to 1/50 wavelength, whereby the bandwidth becomes Can be controlled to 3 GHz to 10 GHz.

【0016】また、この配置構造において、ストリップ
導体路7、9の端部12、13は、高周波信号の反射を
少なく終端させるために、図3に示すように、導体路幅
を多段にあるいは扇状に拡げた形状とすることが望まし
い。また、端部12、13において、さらに高周波信号
の特性を向上させ、かつ伝送線路端部及びスロット孔周
辺からの漏れ波を防御するために、図4に示すように、
スロット孔11周辺と導体路7、9の端部12、13の
周辺に第2のアース層14を半円状に配置し、その第2
のアース層14と絶縁基板2内のアース層6とを複数の
ビアホール15により、端部12、13またはスロット
孔11の周囲を取り囲むように形成することが望まし
い。この時のビアホール15間の間隔は信号波長の1/
4以下に設定される。
In this arrangement, the end portions 12 and 13 of the strip conductor paths 7 and 9 have multi-step or fan-shaped conductor path widths as shown in FIG. It is desirable to adopt a shape that is expanded to a width. In order to further improve the characteristics of the high-frequency signal at the ends 12 and 13 and to prevent leakage waves from the ends of the transmission line and the vicinity of the slot holes, as shown in FIG.
A second earth layer 14 is arranged in a semicircular shape around the slot hole 11 and around the end portions 12 and 13 of the conductor paths 7 and 9.
It is desirable that the ground layer 14 and the ground layer 6 in the insulating substrate 2 are formed by a plurality of via holes 15 so as to surround the ends 12, 13 or the periphery of the slot hole 11. At this time, the interval between the via holes 15 is 1/1 of the signal wavelength.
4 or less.

【0017】また、半導体装置1の底面に形成されたス
トリップ導体路9の一部には、接続端子16が形成され
ている。この接続端子16には、例えば、半田ボ−ル1
7が半田等により取付けられており、この半田ボール1
7を介して外部電気回路基板と半田により接続すること
ができる。なお、接続方法については、上記以外に銀ロ
ウや金バンプを用いた接続方法でも差しつかえない。
A connection terminal 16 is formed on a part of the strip conductor path 9 formed on the bottom surface of the semiconductor device 1. For example, the solder ball 1 is connected to the connection terminal 16.
7 is attached by solder or the like.
7 and can be connected to an external electric circuit board by soldering. In addition, as for the connection method, a connection method using silver brazing or gold bumps other than the above may be used.

【0018】なお、IC素子5は、ストリップ導体路7
の上に半田等により直接形成されることにより、伝送損
失なく接続することができるが、導体路7とIC素子5
との接続方法としては、これに限られるものではなく、
例えば、金リボンや数本のワイヤボンディングにより接
続したり、ポリイミド等の基板にCu等の導体を形成し
た導体板等により接続することもできる。
The IC element 5 has a strip conductor path 7
Can be connected without transmission loss by being directly formed on the substrate by soldering or the like.
The method of connecting to is not limited to this,
For example, the connection can be made by gold ribbon or several wire bondings, or by a conductor plate in which a conductor such as Cu is formed on a substrate such as polyimide.

【0019】また、本発明の半導体装置における伝送線
路を電磁結合させるための構造としてコプレーナ線路の
場合について図5にその構造の概略配置図を示した。
(a)は半導体装置の概略図であり、(b)はその伝送
線路間の結合構造の平面図である。図5によれば、キャ
ビティ4内の絶縁基板2の表面にIC素子5と接続され
た導体路18を形成し、また絶縁基板2の底面に導体路
19が絶縁基板2を介して対峙する位置に形成されてい
る。この導体路18および導体路19の終端部では、い
ずれも終端部の線幅が小さくなるように形成され、その
線幅の狭い部分は導体路19または導体路19とが重な
るように対峙されている。重なる部分の長さは、信号周
波数の1/4波長から1/2波長相当長さであることが
望ましい。
FIG. 5 shows a schematic layout of a coplanar line as a structure for electromagnetically coupling a transmission line in the semiconductor device of the present invention.
1A is a schematic view of a semiconductor device, and FIG. 1B is a plan view of a coupling structure between transmission lines. According to FIG. 5, a conductor path 18 connected to the IC element 5 is formed on the surface of the insulating substrate 2 in the cavity 4, and a position where the conductor path 19 faces the bottom surface of the insulating substrate 2 via the insulating substrate 2. Is formed. The ends of the conductor paths 18 and 19 are formed such that the line widths of the end parts are small, and the narrow portions are opposed to each other so that the conductor paths 19 or 19 overlap. I have. The length of the overlapping portion is desirably a length corresponding to 1 / wavelength to 波長 wavelength of the signal frequency.

【0020】また、各導体路18の終端部周辺には、第
1のアース層20が形成されている。また、底面に形成
された導体路19の終端部周辺においても同様に第2の
アース層21が形成されている。
A first ground layer 20 is formed around the end of each conductor path 18. A second ground layer 21 is also formed around the end of the conductor path 19 formed on the bottom surface.

【0021】上記の構成によれば、導体路18と第1の
アース層20間で、また導体路19と第2のアース層2
1との間でコプレーナ線路が形成され、また、これらの
コプレーナ線路は、絶縁基板2を介して上記のように位
置に対峙させることにより2つのコプレーナ線路間を電
磁結合することができる。
According to the above arrangement, the conductor path 18 and the second ground layer 2 are connected between the conductor path 18 and the first ground layer 20.
A coplanar line is formed between the two coplanar lines, and these coplanar lines can be electromagnetically coupled between the two coplanar lines by opposing the positions via the insulating substrate 2 as described above.

【0022】そして、かかる構成においても、導体路1
9の一部に接続端子16を形成することにより信号の伝
送損失なく、外部電気回路と接続することができる。
In this configuration, the conductor path 1
By forming the connection terminal 16 in a part of the connector 9, it is possible to connect to an external electric circuit without signal transmission loss.

【0023】以上の様に構成された本発明の高周波用半
導体装置において、図1の半導体装置において、例とし
て誘電率5.5、誘電損失15.0×10-4(測定周波
数12GHz)の誘電体材料と、誘電率8.9、誘電損
失9.0×10-4(測定周波数10.5GHz)の誘電
体材料と、導体に銅またはタングステンを用いて半導体
装置を作製した。半導体装置の入力部における伝送特性
をネットワ−クアナライザ−により測定した。図6にそ
の結果を示す。この図6から半導体装置は20GHzを
中心周波数として、帯域幅5.5GHz、S11:−2
0〜−35dB、S21:−0.8dB以上の特性が得
られ、20GHz近傍では高周波信号の特性劣化がほと
んど認められない。
In the high-frequency semiconductor device of the present invention configured as described above, the semiconductor device of FIG. 1 has a dielectric constant of 5.5 and a dielectric loss of 15.0 × 10 −4 (measuring frequency 12 GHz) as an example. A semiconductor device was manufactured using a body material, a dielectric material having a dielectric constant of 8.9 and a dielectric loss of 9.0 × 10 −4 (measurement frequency 10.5 GHz), and copper or tungsten as a conductor. Transmission characteristics at the input section of the semiconductor device were measured by a network analyzer. FIG. 6 shows the result. From FIG. 6, the semiconductor device has a center frequency of 20 GHz, a bandwidth of 5.5 GHz, and S11: -2.
Characteristics of 0 to -35 dB and S21: -0.8 dB or more are obtained, and almost no deterioration of the characteristics of the high-frequency signal is observed around 20 GHz.

【0024】次に図7(b)で示される従来の構造の半
導体装置において、誘電率5.5、誘電損失45.0×
10-4(測定周波数60GHz)の誘電体材料と底面に
形成された伝送線路間を径100μmの銅導体からなる
ビアホ−ルで接続した半導体装置をネットワ−クアナラ
イザ−で同様に測定し、図8にその結果を示した。図8
の結果から、ビアホ−ルにて伝送線路を接続した場合、
周波数が20GHz以上でS11:−20dB以上、S
21:−50dB以下となることから、高周波信号を半
導体素子に伝送することは不可能であることがわかっ
た。
Next, in the semiconductor device having the conventional structure shown in FIG. 7B, the dielectric constant is 5.5 and the dielectric loss is 45.0 ×
A semiconductor device in which a dielectric material of 10 -4 (measurement frequency: 60 GHz) and a transmission line formed on the bottom surface are connected by a via hole made of a copper conductor having a diameter of 100 μm was similarly measured by a network analyzer, and FIG. Figure 8 shows the results. FIG.
From the result of the above, when the transmission line is connected by the via hole,
When the frequency is 20 GHz or more, S11: -20 dB or more, S
21: -50 dB or less, indicating that it is impossible to transmit a high-frequency signal to the semiconductor element.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波用半
導体装置においては、伝送線路をアース層に形成したス
ロット孔を介して対峙させたり、前記第1の高周波用伝
送線路の終端部を取り囲むように第1のアース層を形成
し、また前記絶縁基板の底面の前記第2の高周波用伝送
線路の終端部を取り囲むように第2のアース層を形成す
るとともに、前記第1および第2の高周波用伝送線路の
終端部が前記絶縁基板を介して対峙させることによって
電磁結合させたことにより、反射損、放射損の発生やス
ルーホール等による透過損失の影響を受けることがない
ため、特性劣化の少ない高周波の信号を半導体素子に入
出力することが可能となり、かつ外部電気回路基板に半
導体装置を直接半田等で面実装することができるため、
回路基板の小型化が可能となる。
As described in detail above, in the high-frequency semiconductor device of the present invention, the transmission lines face each other via the slot hole formed in the ground layer, or the terminal of the first high-frequency transmission line is closed. A first ground layer is formed so as to surround the first ground layer, and a second ground layer is formed so as to surround the end of the second high-frequency transmission line on the bottom surface of the insulating substrate. Since the end portions of the high-frequency transmission line are electromagnetically coupled by being opposed to each other via the insulating substrate, reflection loss and radiation loss do not occur, and transmission loss due to through holes and the like does not affect the transmission characteristics. Since high-frequency signals with little deterioration can be input to and output from the semiconductor element, and the semiconductor device can be directly surface-mounted on an external electric circuit board by soldering or the like,
The size of the circuit board can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の高周波用半導体装置の一例を示す概略
図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a high-frequency semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1におけるストリップ導体路の配置図であ
り、(a)は平面図、(b)は断面図である。
2A and 2B are layout diagrams of a strip conductor path in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view.

【図3】本発明の半導体装置における伝送線路の端部の
好適な形状を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a preferred shape of an end of a transmission line in the semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置における伝送線路の端部の
他の好適な形状を説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining another preferred shape of the end of the transmission line in the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の高周波用半導体装置の他の例を示すも
ので、(a)は概略配置図、(b)は伝送線路の結合構
造を説明するための平面図である。
5A and 5B show another example of the high-frequency semiconductor device of the present invention, in which FIG. 5A is a schematic layout diagram, and FIG. 5B is a plan view for explaining a coupling structure of a transmission line.

【図6】図1の本発明の半導体装置による伝送特性を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing transmission characteristics of the semiconductor device of the present invention shown in FIG. 1;

【図7】従来の高周波用半導体装置の構造を説明するた
めの図であり、(a)〜(c)はその一例を説明するた
めの概略図である。
FIGS. 7A to 7C are views for explaining the structure of a conventional high-frequency semiconductor device, and FIGS. 7A to 7C are schematic views for explaining an example thereof.

【図8】図7(b)の構造の半導体装置の伝送特性を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating transmission characteristics of the semiconductor device having the structure of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高周波用半導体装置 2 絶縁基板 3 蓋体 4 キャビティ 5 半導体素子 6 アース層 7,9 ストリップ導体路 8,10マイクロストリップ線路 11 スロット孔 12,13 端部 14 第2のアース層 15 ビアホール 16 接続端子 17 半田ボ−ル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency semiconductor device 2 Insulating substrate 3 Lid 4 Cavity 5 Semiconductor element 6 Ground layer 7, 9 Strip conductor path 8, 10 Microstrip line 11 Slot hole 12, 13 End part 14 Second ground layer 15 Via hole 16 Connection terminal 17 Solder ball

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】誘電体材料からなる絶縁基板と蓋体により
形成されるキャビティ内部に半導体素子が搭載された半
導体装置において、前記キャビティ内部の前記絶縁基板
の表面に、前記半導体素子と電気的に接続された第1の
高周波用伝送線路と、前記絶縁基板の底面に第2の高周
波用伝送線路とを形成してなり、前記絶縁基板内にアー
ス層を形成するとともに、該アース層にスロット孔を形
成し、前記第1の高周波用伝送線路と、前記第2の高周
波伝送線路とを前記スロットを介して対峙する位置に形
成して電磁結合させるとともに、前記第2の高周波用伝
送線路の一部に外部回路基板に直接半田実装可能な接続
端子を形成したことを特徴とする高周波用半導体装置。
In a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted inside a cavity formed by an insulating substrate made of a dielectric material and a lid, a surface of the insulating substrate inside the cavity is electrically connected to the semiconductor element. A first high-frequency transmission line connected thereto, and a second high-frequency transmission line formed on the bottom surface of the insulating substrate. A ground layer is formed in the insulating substrate, and a slot hole is formed in the ground layer. And forming the first high-frequency transmission line and the second high-frequency transmission line at positions facing each other via the slot and electromagnetically coupling the first high-frequency transmission line and the second high-frequency transmission line. A high-frequency semiconductor device characterized in that a connection terminal that can be directly solder-mounted on an external circuit board is formed in a portion.
【請求項2】誘電体材料からなる絶縁基板と蓋体により
形成されるキャビティ内部に半導体素子が搭載された半
導体装置において、前記キャビティ内部の前記絶縁基板
の表面に、前記半導体素子と電気的に接続された第1の
高周波用伝送線路と、前記絶縁基板の底面に第2の高周
波用伝送線路と形成し、前記絶縁基板表面に前記第1の
高周波用伝送線路の終端部を取り囲むように第1のアー
ス層を形成し、前記絶縁基板の底面に前記第2の高周波
用伝送線路の終端部を取り囲むように第2のアース層を
形成するとともに、前記第1および第2の高周波用伝送
線路の終端部を前記絶縁基板を介して対峙する位置に形
成して電磁結合させたことを特徴とする高周波用半導体
装置。
2. A semiconductor device in which a semiconductor element is mounted inside a cavity formed by an insulating substrate made of a dielectric material and a lid, wherein the surface of the insulating substrate inside the cavity is electrically connected to the semiconductor element. A first high-frequency transmission line connected thereto, a second high-frequency transmission line formed on the bottom surface of the insulating substrate, and a second high-frequency transmission line formed on the surface of the insulating substrate so as to surround a terminal end of the first high-frequency transmission line. A first ground layer, a second ground layer is formed on a bottom surface of the insulating substrate so as to surround a terminal end of the second high-frequency transmission line, and the first and second high-frequency transmission lines are formed. A high-frequency semiconductor device characterized in that terminal portions of the semiconductor device are formed at positions facing each other via the insulating substrate and are electromagnetically coupled.
【請求項3】前記第1の高周波用伝送線路および第2の
高周波用伝送線路が、ストリップ線路、マイクロストリ
ップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線
路のうちの1種以上であることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載の高周波用半導体装置。
3. The transmission line according to claim 1, wherein the first transmission line and the second transmission line are at least one of a strip line, a microstrip line, a coplanar line, and a grounded coplanar line. The high-frequency semiconductor device according to claim 1.
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