JP3261094B2 - Mounting structure of high frequency wiring board - Google Patents

Mounting structure of high frequency wiring board

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JP3261094B2 JP11821298A JP11821298A JP3261094B2 JP 3261094 B2 JP3261094 B2 JP 3261094B2 JP 11821298 A JP11821298 A JP 11821298A JP 11821298 A JP11821298 A JP 11821298A JP 3261094 B2 JP3261094 B2 JP 3261094B2
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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

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】本発明は高周波用配線基板の
実装構造に関するもので、特に、マイクロ波帯からミリ
波帯領域の高周波用の半導体素子を収納あるいは搭載し
た高周波用配線基板を、高周波信号の伝送損失を低減し
て外部回路基板に接続するための実装構造に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mounting structure of a high-frequency wiring board, and more particularly, to a high-frequency wiring board containing or mounting a high-frequency semiconductor element in a microwave band to a millimeter band. And a mounting structure for connecting to an external circuit board by reducing transmission loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロ波やミリ波の信号を取り
扱う配線基板には高周波用半導体パッケージ等がある
が、例えば誘電体からなる誘電体基板、枠体および蓋体
により形成された空所(キャビティ)に半導体素子を収
納して気密に封止された構造が提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a wiring board for handling microwave or millimeter wave signals includes a high-frequency semiconductor package and the like. For example, a cavity formed by a dielectric substrate made of a dielectric, a frame and a lid is used. A structure in which a semiconductor element is housed in a cavity and hermetically sealed is proposed.

【0003】かかる構造からなる高周波用半導体パッケ
ージ内の半導体素子に対する高周波信号の入出力及び、
パッケージの外部回路基板への実装は、誘電体基板表面
に形成され、高周波用の半導体素子と電気的に接続され
たストリップ線路等の信号伝送線路を枠体を通して空所
の内側から外側に引き出し、これを更に誘電体基板の側
面を経由して裏面に引き回して接続用高周波端子と接続
され、その接続端子と外部回路基板の配線層とを半田等
の接着剤を介して接続していた。
[0003] Input and output of high-frequency signals to and from a semiconductor element in a high-frequency semiconductor package having such a structure,
The package is mounted on an external circuit board by forming a signal transmission line, such as a strip line, formed on the surface of the dielectric substrate and electrically connected to the high-frequency semiconductor element, from the inside of the cavity to the outside through the frame, This is further routed to the back surface via the side surface of the dielectric substrate and connected to the connection high-frequency terminal, and the connection terminal and the wiring layer of the external circuit board are connected via an adhesive such as solder.

【0004】またその他に、高周波用半導体パッケージ
の誘電体基板の裏面に接続用高周波端子を形成し、この
高周波端子と半導体素子とを誘電体基板内を貫通して形
成されたスルーホール導体を介して接続した高周波用半
導体パッケージが提案されている。この高周波用半導体
パッケージも前記と同様、高周波端子と外部回路基板の
配線層を半田等の接着剤を介して接続していた。
In addition, a high-frequency terminal for connection is formed on the back surface of the dielectric substrate of the high-frequency semiconductor package, and the high-frequency terminal and the semiconductor element are connected through a through-hole conductor formed through the dielectric substrate. There has been proposed a high-frequency semiconductor package which is connected by a connection. In this semiconductor package for high frequency, similarly to the above, the high frequency terminal and the wiring layer of the external circuit board are connected via an adhesive such as solder.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
高周波用半導体パッケージをミリ波帯で用いた場合、ス
トリップ線路等の信号伝送線路を枠体を通して空所の内
側から外側に引き出した際、枠体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、線路間でのインピーダンス整合をとる必要があ
り、信号線路幅を狭くする必要がある。その結果、この
通過部で反射損、放射損が発生しやすくなり高周波信号
の伝送特性の劣化が起こりやすくなるという問題があっ
た。また、信号伝送線路を誘電体基板の側面で曲折する
ことから、曲折部での反射が大きくなり伝送特性の劣化
が生じた。
However, when the former high-frequency semiconductor package is used in the millimeter-wave band, when a signal transmission line such as a strip line is pulled out from the inside of the space through the frame to the outside, the frame is closed. Since the signal line is converted from the microstrip line to the strip line in the passing portion, it is necessary to match impedance between the lines and to reduce the width of the signal line. As a result, there is a problem that reflection loss and radiation loss are apt to occur in the passing portion, and the transmission characteristic of the high-frequency signal is likely to deteriorate. In addition, since the signal transmission line is bent at the side surface of the dielectric substrate, reflection at the bent portion is increased, resulting in deterioration of transmission characteristics.

【0006】また、後者のパッケージにおいては、スル
ーホール導体を誘電体基板の裏面に導出して信号線路と
して用いると、信号伝送線路とスルーホールの接触部が
曲折するため、この曲折部分での反射損が大きくなり、
40GHz以上で急激な特性の劣化が生じるため、高周
波領域で使用することが困難であった。
In the latter package, when the through-hole conductor is led out to the back surface of the dielectric substrate and used as a signal line, the contact portion between the signal transmission line and the through-hole is bent, and the reflection at this bent portion is caused. The loss increases,
At 40 GHz or more, rapid deterioration of characteristics occurs, so that it has been difficult to use in a high frequency range.

【0007】そこで本発明者等は、高周波用半導体パッ
ケージとして、電磁結合の機構を組み込み、低損失で信
号線路を伝送することができるパッケージを提案した。
(特開平09−186268号)。しかしながら、この
高周波用配線基板を外部回路基板の配線層に実装する場
合、外部回路基板の誘電率が7以上になると伝送特性は
劣化し、高周波領域で使用することが困難となり、外部
回路基板の材種が限定されるものであった。
Therefore, the present inventors have proposed, as a high-frequency semiconductor package, a package that incorporates an electromagnetic coupling mechanism and can transmit a signal line with low loss.
(JP-A-09-186268). However, when this high-frequency wiring board is mounted on the wiring layer of an external circuit board, if the dielectric constant of the external circuit board becomes 7 or more, the transmission characteristics deteriorate, making it difficult to use in a high-frequency region. The grade was limited.

【0008】従って、本発明は、高周波用配線基板を外
部回路基板に実装する際、外部回路基板への表面実装が
可能で、かつ高周波信号の伝送特性の劣化を低減し、あ
らゆる外部回路基板に実装できる構造を提供することを
目的とするものである。
Accordingly, the present invention is capable of mounting a high-frequency wiring board on an external circuit board by surface mounting on the external circuit board, reducing the deterioration of the transmission characteristics of high-frequency signals, and applying the present invention to any external circuit board. It is intended to provide a structure that can be mounted.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、高周波用
配線基板において、高周波信号の特性を劣化させること
なく外部回路基板に表面実装が可能となり、かつ高周波
用配線基板を実装した際の実装強度を充分に確保できる
構成について検討を重ねた結果、半導体素子搭載面側
と、誘電体基板の裏面にそれぞれ信号伝送線路を形成
し、それらを結合してなる高周波用配線基板を、外部回
路基板の配線層に実装する際に、高周波用配線基板の結
合部の直下の外部回路基板表面に、低誘電率の材料を設
けることにより、あらゆる外部回路基板に対しても、配
線基板における信号伝送線路間の良好な結合性を維持で
きることを見いだしたものである。
Means for Solving the Problems The present inventors have made it possible to mount a high-frequency wiring board on an external circuit board without deteriorating the characteristics of a high-frequency signal. As a result of repeated studies on a configuration that can ensure sufficient mounting strength, signal transmission lines were formed on the semiconductor element mounting surface side and the back surface of the dielectric substrate, respectively, and a high-frequency wiring board formed by coupling them was connected to an external circuit. When mounted on the wiring layer of the board, by providing a material with a low dielectric constant on the surface of the external circuit board immediately below the joint of the high-frequency wiring board, the signal transmission on the wiring board can be performed for any external circuit board. It has been found that good coupling between lines can be maintained.

【0010】即ち、本発明の高周波用配線基板の実装構
造は、誘電体基板と、誘電体基板の表面に搭載された高
周波用半導体素子と、該誘電体基板の表面に被着形成さ
れ前記誘電体基板の表面に半導体素子と電気的に接続さ
れた第1の信号伝送線路と、前記誘電体基板の裏面に形
成された第2の信号伝送線路と、前記第1の信号伝送線
路と第2の信号伝送線路とを結合させてなる高周波用配
線基板を、前記第2の信号伝送線路の終端部に形成され
た接続部を介して外部回路基板における絶縁基板表面に
形成された配線層に実装してなる実装構造であって、前
記外部回路基板表面における前記第1の信号伝送線路と
前記第2の信号伝送線路との結合部の直下領域に凹部を
形成し、その凹部内に前記高周波用配線基板の前記誘電
体基板及び前記外部回路基板における前記絶縁基板より
も低誘電率の材料を埋め込んだことを特徴とするもので
ある。
That is, the mounting structure of the high-frequency wiring board according to the present invention includes a dielectric substrate, a high-frequency semiconductor element mounted on the surface of the dielectric substrate, and the dielectric substrate formed on the surface of the dielectric substrate. A first signal transmission line electrically connected to the semiconductor element on the front surface of the body substrate, a second signal transmission line formed on the back surface of the dielectric substrate, the first signal transmission line and the second signal transmission line; A high-frequency wiring board formed by coupling the second signal transmission line to a wiring layer formed on the surface of the insulating substrate in the external circuit board via a connection portion formed at the end of the second signal transmission line. A recess in the surface of the external circuit board immediately below a joint between the first signal transmission line and the second signal transmission line, and the high frequency The dielectric substrate and the outside of the wiring substrate Than the insulating substrate in the circuit board is characterized in that embedded in the low dielectric constant material.

【0011】なお、前記第1の信号伝送線路と前記第2
の信号伝送線路との結合は、前記誘電体基板の内部に設
けたグランド層のスロット孔を介して電磁気的に結合さ
れたもの、あるいは前記誘電体基板を貫通するように形
成されたスルーホール導体によって結合されてなるもの
のいずれであってもよい。
The first signal transmission line and the second signal transmission line
Is coupled electromagnetically via a slot hole of a ground layer provided inside the dielectric substrate, or a through-hole conductor formed so as to penetrate the dielectric substrate. May be any of those connected by

【0012】本発明の実装構造によれば、高周波用配線
基板の誘電体基板の表面に被着形成され前記半導体素子
と電気的に接続された第1の信号伝送線路と、前記誘電
体基板の裏面に形成された第2の信号伝送線路とが電磁
気的にあるいはスルーホール導体によって結合された結
合部の直下の外部回路基板表面に誘電体基板や外部回路
基板よりも低誘電率の材質からなる領域を設けることに
より、電磁結合部やマイクロストリップ線路部の実効誘
電率、特性インピーダンス、接続用スルーホール導体周
辺の寄生インダクタンスが急激に変化することがないた
め、伝送特性の劣化が少なく良好に高周波信号を伝送す
ることができる。
According to the mounting structure of the present invention, the first signal transmission line formed on the surface of the dielectric substrate of the high-frequency wiring board and electrically connected to the semiconductor element; The second signal transmission line formed on the back surface is made of a dielectric substrate or a material having a dielectric constant lower than that of the external circuit board on the surface of the external circuit board immediately below the coupling portion electromagnetically or by a through-hole conductor. By providing the region, the effective dielectric constant, characteristic impedance of the electromagnetic coupling portion and the microstrip line portion, and the parasitic inductance around the through-hole conductor for connection do not suddenly change, so that there is little deterioration in transmission characteristics and high frequency Signals can be transmitted.

【0013】特に、本発明によれば、前記第1の信号伝
送線路と、前記第2の信号伝送線路とを、前記誘電体基
板を介して対峙する位置に形成して電磁気的に結合させ
る構造によれば、高周波用半導体パッケージ構造等にお
いて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、側壁通過部における信号の反射損、放射損の
発生がないため、高周波信号を伝送損失を抑制しかつ必
要な周波数の信号を伝送することができる。
In particular, according to the present invention, a structure in which the first signal transmission line and the second signal transmission line are formed at opposing positions via the dielectric substrate and electromagnetically coupled to each other. According to the method, the transmission line can be coupled without passing through the side wall of the lid in a high-frequency semiconductor package structure or the like. And a signal of a required frequency can be transmitted.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の高周波用配線基板の典型
的応用例として、高周波用半導体パッケージの第1の実
施態様に基づく実装構造の断面図を図1に示す。図1に
よれば、高周波用半導体パッケージ1は、誘電体材料か
らなる誘電体基板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等の高周波
用半導体素子5が搭載されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mounting structure based on a first embodiment of a high-frequency semiconductor package as a typical application of a high-frequency wiring board according to the present invention. According to FIG. 1, a high-frequency semiconductor package 1 has a cavity 4 formed by a dielectric substrate 2 made of a dielectric material and a lid 3, and a high-frequency semiconductor element 5 such as an IC is formed in the cavity 4. Is installed.

【0015】また、誘電体基板2内部には導体層からな
るグランド層6がほぼ全面にわたり形成され、また、キ
ャビティ4内の誘電体基板2表面には、その一旦が半導
体素子5と接続された第1の信号伝送線路7が形成され
ている。また、高周波用半導体パッケージ1の裏面に
も、第2の信号伝送線路8が形成されている。
A ground layer 6 made of a conductor layer is formed almost entirely inside the dielectric substrate 2, and a portion of the ground layer 6 is connected to the semiconductor element 5 on the surface of the dielectric substrate 2 in the cavity 4. A first signal transmission line 7 is formed. A second signal transmission line 8 is also formed on the back surface of the high frequency semiconductor package 1.

【0016】そして、グランド層6内には、導体層が形
成されないスロット孔9が形成されており、第1の信号
伝送線路7と第2の信号伝送線路8とは、このスロット
孔9を介して、各線路の端部が対峙する位置に形成する
ことにより電磁結合され、損失の少ない信号の伝達が行
われる。
A slot 9 in which no conductor layer is formed is formed in the ground layer 6, and the first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8 are formed through the slot 9. By forming the lines at positions where the ends of the lines face each other, the lines are electromagnetically coupled, and a signal with little loss is transmitted.

【0017】なお、蓋体3は、キャビティ4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され、
金属、セラミックス、セラミックス金属複合材料、ガラ
スセラミックス、ガラス有機樹脂系複合材料等により形
成される。
The cover 3 is made of a material that can prevent the electromagnetic wave from the cavity 4 from leaking outside.
It is formed of metal, ceramics, ceramic-metal composite material, glass ceramics, glass organic resin-based composite material, and the like.

【0018】一方、外部回路基板10の表面には、コプ
レーナ線路またはグランド付きコプレーナ線路からなる
配線層12が形成されている。また、パッケージ1にお
ける第1の信号伝送線路と第2の信号伝送線路間の信号
伝送特性に対して悪影響を及ぼさないためには、外部回
路基板はできるだけ低誘電率の材料から構成されること
が望ましいが、外部回路基板としては、高誘電率材料か
ら構成される場合もある。
On the other hand, a wiring layer 12 made of a coplanar line or a grounded coplanar line is formed on the surface of the external circuit board 10. Further, in order not to adversely affect the signal transmission characteristics between the first signal transmission line and the second signal transmission line in the package 1, the external circuit board should be made of a material having a dielectric constant as low as possible. Although desirable, the external circuit board may be made of a material having a high dielectric constant.

【0019】このような場合、本発明によれば、高周波
用半導体パッケージ1に形成された少なくともスロット
孔9の直下に位置する外部回路基板10の表面領域をパ
ッケージ1の誘電体基板2及び外部回路基板10よりも
低誘電率の材料によって形成する。
In such a case, according to the present invention, the surface area of the external circuit board 10 located at least immediately below the slot hole 9 formed in the high-frequency semiconductor package 1 is covered by the dielectric substrate 2 and the external circuit of the package 1. It is formed of a material having a lower dielectric constant than the substrate 10.

【0020】具体的には、外部回路基板10におけるス
ロット孔9の直下領域に凹部を形成し、その凹部内に誘
電体基板2および外部回路基板10よりも低誘電率の低
誘電率材料11が埋め込まれている。この低誘電率材料
11は、誘電率が3以下、特に2.7以下の低誘電損失
の材料であることが望ましい。このような低誘電率材料
としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等
のフッ素系樹脂やPPE(ポリフェニレンエーテル)樹
脂等の樹脂系材料、特にフッ素系樹脂が好適に使用され
る。その他、石英等の低誘電率材料粉末を充填すること
もでき、また適宜低誘電率材料が充填された凹部の開口
部を低誘電率材料からなる蓋材で多うこともできる。
Specifically, a concave portion is formed in a region immediately below the slot hole 9 in the external circuit board 10, and a dielectric material 2 having a lower dielectric constant than the dielectric substrate 2 and the external circuit substrate 10 is formed in the concave portion. Embedded. This low dielectric constant material 11 is desirably a material having a low dielectric loss of 3 or less, particularly 2.7 or less. As such a low dielectric constant material, a fluorine-based resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or a resin-based material such as PPE (polyphenylene ether) resin, particularly a fluorine-based resin is suitably used. In addition, a low dielectric constant material powder such as quartz may be filled, and the opening of the concave portion filled with the low dielectric constant material may be covered with a lid material made of a low dielectric constant material.

【0021】さらに、高周波用半導体パッケージ1は外
部回路基板10上に実装されており、高周波用半導体パ
ッケージ1の裏面に形成した第2の信号伝送線路8と外
部回路基板10上に形成した配線層12は半田、金など
のバンプ13を介して互いに接続されている。
Further, the high-frequency semiconductor package 1 is mounted on an external circuit board 10, and a second signal transmission line 8 formed on the back surface of the high-frequency semiconductor package 1 and a wiring layer formed on the external circuit board 10. Reference numerals 12 are connected to each other via bumps 13 made of solder, gold, or the like.

【0022】図2は、図1の高周波用半導体パッケージ
1のキャビティ4内の配線を説明するための図であり、
キャビティ4内には半導体素子5と第1の信号伝送線路
7を形成するマイクロストリップ線路の他に、半導体素
子5に電力を供給するための電源層14aが形成されて
おり、電源層14aの一端は、半導体素子5とリボンや
ワイヤ、TAB等によってそれぞれ電気的に接続されて
おり、他端は、スルーホール導体14bを経由して誘電
体基板2の裏面の配線層14cと電気的に接続されてい
る。
FIG. 2 is a view for explaining wiring in the cavity 4 of the high-frequency semiconductor package 1 of FIG.
In the cavity 4, a power supply layer 14a for supplying power to the semiconductor element 5 is formed in addition to the semiconductor element 5 and the microstrip line forming the first signal transmission line 7, and one end of the power supply layer 14a. Is electrically connected to the semiconductor element 5 by a ribbon, a wire, a TAB, or the like, and the other end is electrically connected to the wiring layer 14c on the back surface of the dielectric substrate 2 via the through-hole conductor 14b. ing.

【0023】マイクロストリップ線路からなる第1の信
号伝送線路7と半導体素子5とは、半導体素子5を第1
の信号伝送線路7上に直接搭載することにより、小さな
伝送損失で接続することができるが、前記第1の信号伝
送線路7と半導体素子5の接続方法はこれに限定される
ものではなく、例えば、金リボンや複数のワイヤボンデ
ィングで接続したり、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 first signal transmission line 7 composed of a microstrip line and the semiconductor element 5 are the same as those of the first element.
Can be connected with a small transmission loss by directly mounting on the signal transmission line 7, the method of connecting the first signal transmission line 7 and the semiconductor element 5 is not limited to this. Alternatively, the connection can be made by using a gold ribbon or a plurality of wire bonding, or by using a conductor plate in which a conductor such as Cu is formed on a substrate such as polyimide.

【0024】第1の高周波伝送線路の他端は、高周波用
半導体パッケージ1の誘電体基板2内部に形成されたグ
ランド層6に設けたスロット孔9を介して第2の信号伝
送線路8と電磁結合されている。具体的には、第1の信
号伝送線路7と第2の信号伝送線路8とは、グランド層
6に形成されたスロット孔9を介して、それぞれの線路
の端部がスロット孔9の中心から平均的に伝送信号の波
長λの1/4相当の長さLで突出する位置に形成される
ことが望ましい。
The other end of the first high-frequency transmission line communicates with the second signal transmission line 8 via a slot 9 formed in a ground layer 6 formed inside the dielectric substrate 2 of the high-frequency semiconductor package 1. Are combined. Specifically, the end of each of the first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8 is separated from the center of the slot hole 9 through the slot hole 9 formed in the ground layer 6. It is desirable to be formed at a position protruding on average with a length L corresponding to 1 / of the wavelength λ of the transmission signal.

【0025】また、スロット孔9の形状は、長辺と短辺
とから成る長方形や楕円形状の細長い孔であり、該形状
は使用周波数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9の長辺は伝送信号の波長λ
の1/2相当の長さにするのが望ましく、スロット孔9
の短辺は伝送信号の波長λの1/5相当の長さから1/
50相当の長さに設定するのが望ましい。
The shape of the slot hole 9 is a rectangular or elliptical elongated hole having a long side and a short side, and the shape can specify a used frequency and a frequency bandwidth. Therefore, the long side of the slot hole 9 is the wavelength λ of the transmission signal.
Of the slot hole 9
Is shorter than 1/5 of the wavelength λ of the transmission signal.
It is desirable to set it to a length equivalent to 50.

【0026】図3は、図1の高周波用半導体パッケージ
1の裏面に形成した配線を説明するための図である。第
2の信号伝送線路8は第1の信号伝送線路7と同様に、
マイクロストリップ線路により形成されており、その終
端部(外部回路基板との接続部)においては、マイクロ
ストリップ線路の中心導体の両脇にグランド層15をも
ったグランド付きコプレーナ線路に変換されている。
尚、このグランド層15は誘電体基板2内部に形成され
たグランド層6とビアホール導体16または誘電体基板
2の側面に形成したキャスタレーション(図示せず)に
よって接続されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining wiring formed on the back surface of the high-frequency semiconductor package 1 of FIG. The second signal transmission line 8 is, like the first signal transmission line 7,
The microstrip line is formed into a coplanar line with a ground having a ground layer 15 on both sides of a center conductor of the microstrip line at a terminal portion (connection portion with an external circuit board).
The ground layer 15 is connected to the ground layer 6 formed inside the dielectric substrate 2 by via hole conductors 16 or castellations (not shown) formed on the side surfaces of the dielectric substrate 2.

【0027】図4は、外部回路基板10表面の配線層1
2を説明するための平面図であり、この配線層12は、
中心導体17とのその両側に設けられたグランド層18
により構成されたコプレーナ線路により構成され、場合
によっては、外部回路基板10内にグランド層を形成す
ることによりグランド付きコプレーナ線路により構成さ
れていてもよい。
FIG. 4 shows the wiring layer 1 on the surface of the external circuit board 10.
FIG. 2 is a plan view for explaining No. 2;
Central conductor 17 and ground layers 18 provided on both sides thereof
And, in some cases, a coplanar line with a ground by forming a ground layer in the external circuit board 10.

【0028】そして、図3に示したパッケージ裏面の第
2の信号伝送線路の終端部に形成されたグランド付きコ
プレーナ線路と、図4に示したコプレーナ線路またはグ
ランド付きコプレーナ線路とを半田バンプにより、配線
層12における中心導体8,17同士およびグランド層
15、18同士を接続することにより、パッケージ1を
外部回路基板10に対して実装することができる。な
お、パッケージ1は図4の外部回路基板の点線内の領域
に実装される。また、電源用配線層14cは、外部回路
基板10の表面に形成された電源用配線層12’と半田
等により電気的に接続される。
Then, the coplanar line with ground formed at the end of the second signal transmission line on the back surface of the package shown in FIG. 3 and the coplanar line or the coplanar line with ground shown in FIG. The package 1 can be mounted on the external circuit board 10 by connecting the center conductors 8 and 17 and the ground layers 15 and 18 in the wiring layer 12. Note that the package 1 is mounted in a region within a dotted line of the external circuit board in FIG. The power supply wiring layer 14c is electrically connected to the power supply wiring layer 12 'formed on the surface of the external circuit board 10 by soldering or the like.

【0029】図5は、本発明の高周波用配線基板の典型
的応用例として、高周波用半導体パッケージの第2の実
施態様に基づく実装構造の断面図を示す。図5の高周波
用半導体パッケージ19は、図1と同様に、誘電体材料
からなる誘電体基板2と蓋体3によってキャビティ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。誘電体基板2内には、グ
ランド層6がほぼ全面にわたり形成され、キャビティ4
内の誘電体基板2表面に第1の信号伝送線路7が形成さ
れ、誘電体基板2の裏面には、第2の信号伝送線路8が
形成されている。この第1の信号伝送線路7および第2
の信号伝送線路8は、いずれも誘電体基板2内部に設け
られたグランド層6とともにマイクロストリップ線路を
形成している。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mounting structure according to a second embodiment of a high-frequency semiconductor package as a typical application example of the high-frequency wiring board of the present invention. In the high-frequency semiconductor package 19 shown in FIG. 5, a cavity 4 is formed by a dielectric substrate 2 and a lid 3 made of a dielectric material, as in FIG. 5 is mounted. In the dielectric substrate 2, a ground layer 6 is formed over substantially the entire surface, and a cavity 4 is formed.
The first signal transmission line 7 is formed on the surface of the dielectric substrate 2 inside, and the second signal transmission line 8 is formed on the back surface of the dielectric substrate 2. The first signal transmission line 7 and the second
Each of the signal transmission lines 8 forms a microstrip line together with the ground layer 6 provided inside the dielectric substrate 2.

【0030】そして、第1の信号伝送線路7と第2の信
号伝送線路8とは、互いの終端部同士を誘電体基板2を
貫通するように設けられたスルーホール導体20によっ
て結合されている。なお、誘電体基板2内にグランド層
6が形成されている場合、スルーホール導体20は、グ
ランド層6と接触しないようにグランド層6に設けられ
た空孔21を貫通する位置に設けられている。
Then, the first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8 are connected to each other by a through-hole conductor 20 provided so as to penetrate through the dielectric substrate 2 at their terminal portions. . When the ground layer 6 is formed in the dielectric substrate 2, the through-hole conductor 20 is provided at a position penetrating the hole 21 provided in the ground layer 6 so as not to contact the ground layer 6. I have.

【0031】図6は、図5の高周波用半導体パッケージ
19のキャビティ4内の誘電体基板2表面の配線を説明
するための図である。第1の信号伝送線路7は、誘電体
基板2に形成されたスルーホール導体20を介して誘電
体基板2の裏面に形成された第2の信号伝送線路8と接
続されている。そして、スルーホール導体20の周辺に
は、インピーダンス整合用スルーホール導体22が形成
されている。このスルーホール導体22は結合用のスル
ーホール導体20の周囲に一本以上形成することが望ま
しい。
FIG. 6 is a diagram for explaining wiring on the surface of the dielectric substrate 2 in the cavity 4 of the high-frequency semiconductor package 19 of FIG. The first signal transmission line 7 is connected to a second signal transmission line 8 formed on the back surface of the dielectric substrate 2 via a through-hole conductor 20 formed on the dielectric substrate 2. Around the through-hole conductor 20, an impedance matching through-hole conductor 22 is formed. It is preferable that one or more through-hole conductors 22 are formed around the through-hole conductor 20 for coupling.

【0032】図7は、図5の高周波用半導体パッケージ
19の誘電体裏面の配線を説明するための図である。図
7によれば、第2の信号伝送線路8は、その終端部(外
部回路基板との接続部)において、図3と同様に、マイ
クロストリップ線路の中心導体の両脇にグランド層15
をもったグランド付きコプレーナ線路に変換されてい
る。尚、このグランド層15は誘電体基板2内部に形成
されたグランド層6とビアホール導体16によって接続
されている。なお、グランド層15とグランド層6との
接続は、ビアホール導体16以外に、誘電体基板2の側
面に形成したキャスタレーションによっても接続するこ
とができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining wiring on the dielectric back surface of the high-frequency semiconductor package 19 of FIG. According to FIG. 7, the second signal transmission line 8 has a ground layer 15 on both sides of the center conductor of the microstrip line at its terminal end (connection part to the external circuit board), as in FIG.
It has been converted to a coplanar line with ground. The ground layer 15 is connected to the ground layer 6 formed inside the dielectric substrate 2 by a via-hole conductor 16. The connection between the ground layer 15 and the ground layer 6 can be made by castellation formed on the side surface of the dielectric substrate 2 in addition to the via hole conductor 16.

【0033】一方、外部回路基板10には、図1と同様
に、パッケージ19に形成されたスルーホール導体20
の直下に位置する領域において凹部が形成されており、
この凹部内には誘電体基板2及び外部回路基板10より
も低誘電率の低誘電率材料11が埋め込まれている。こ
の低誘電率材料11は低誘電損失の材料であることが望
ましく、また樹脂系材料で構成されることが望ましい。
On the other hand, the external circuit board 10 has the through-hole conductors 20 formed in the package 19 as in FIG.
A concave portion is formed in a region located immediately below
A low-permittivity material 11 having a lower permittivity than the dielectric substrate 2 and the external circuit board 10 is embedded in the recess. The low dielectric constant material 11 is desirably a low dielectric loss material, and is desirably formed of a resin-based material.

【0034】また、本発明の高周波用配線基板における
典型的応用例として図1乃至図7に示した高周波用半導
体パッケージにおいては、いずれも半導体素子5は、誘
電体基板2と蓋体3によって形成されるキャビティ4内
に気密に封止されたものであるが、本発明におけるパッ
ケージの構造としては、これに限られることなく、例え
ば、図8に示すように、蓋体を用いる代わりに、誘電体
基板2の表面において半導体素子5をエポキシ樹脂等の
樹脂22によって樹脂封止してもよい。
In the high-frequency semiconductor package shown in FIGS. 1 to 7 as a typical application example of the high-frequency wiring board of the present invention, the semiconductor element 5 is formed by the dielectric substrate 2 and the lid 3. Although it is hermetically sealed in the cavity 4 to be formed, the package structure in the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The semiconductor element 5 may be resin-sealed on the surface of the body substrate 2 with a resin 22 such as an epoxy resin.

【0035】なお、上記実施態様において、高周波用半
導体パッケージ1の誘電体基板2や外部回路基板10
は、アルミナ(Al2 3 )、ガラスセラミックス、窒
化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si3 4 )等
のセラミックスや、有機樹脂、あるいは有機樹脂と無機
質フィラーとの複合材料からなる有機質絶縁材料あるい
は石英等によって形成されるが、高周波信号の伝送損失
を小さくするためには、信号伝送線路の導体としてA
g、Cu、Au等の低抵抗導体を用いることが望まし
く、この点からは前記誘電体基板2は焼成温度が800
〜1000℃程度のガラスセラミックスが最適であり、
この組み合わせにより誘電体基板と第1および第2の信
号伝送線路7、8やグランド層6、15との同時焼成も
可能となる。
In the above embodiment, the dielectric substrate 2 and the external circuit board 10 of the semiconductor package 1 for high frequency are used.
Are ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), glass ceramics, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), organic resin, or organic insulating material composed of a composite material of an organic resin and an inorganic filler. Alternatively, it is formed of quartz or the like, but in order to reduce the transmission loss of the high-frequency signal, A
It is desirable to use a low-resistance conductor such as g, Cu, Au or the like.
Glass ceramics of about ~ 1000 ° C is most suitable,
With this combination, simultaneous firing of the dielectric substrate and the first and second signal transmission lines 7 and 8 and the ground layers 6 and 15 is also possible.

【0036】なお、誘電率8.9、誘電損失1.5×1
-3(測定周波数8.6GHz)のアルミナセラミック
スからなる誘電体基板にタングステン、金を用いて図1
の実装構造の高周波用半導体パッケージを作製した。こ
の高周波用半導体パッケージを、本発明に基づき、誘電
率9.8(測定周波数8.6GHz)のアルミナセラミ
ックスからなる誘電体基板のスロット孔9の直下を含む
領域に縦4cm、横4cm、深さ0.8mmの凹部を形
成し、この凹部内に誘電率2.3のポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)樹脂を封入した外部回路基板上に
実装したのち、高周波パッケージ内から外部回路基板間
の伝送特性をネットワークアナライザーにより測定し
た。測定周波数20GHzの時、S11は−13.5d
B、S21は−1.3dBであった。
The dielectric constant is 8.9 and the dielectric loss is 1.5 × 1.
FIG. 1 shows a dielectric substrate made of alumina ceramic of 0 -3 (measurement frequency 8.6 GHz) made of tungsten and gold.
A high-frequency semiconductor package having the mounting structure described above was manufactured. According to the present invention, this high-frequency semiconductor package is 4 cm long, 4 cm wide and 4 cm wide in a region including immediately below the slot hole 9 of a dielectric substrate made of alumina ceramics having a dielectric constant of 9.8 (measuring frequency 8.6 GHz). After forming a 0.8 mm concave portion and mounting it on an external circuit board in which polytetrafluoroethylene (PTFE) resin having a dielectric constant of 2.3 is sealed in the concave portion, transmission characteristics between the external circuit board and the inside of the high-frequency package Was measured by a network analyzer. At a measurement frequency of 20 GHz, S11 is -13.5d.
B and S21 were -1.3 dB.

【0037】これに対し、外部回路基板10がすべて誘
電率9.8(測定周波数8.6GHz)のアルミナセラ
ミックスからなる誘電体基板で形成された場合、前記パ
ッケージを同様に実装したのち、高周波パッケージ内か
ら外部回路基板間の伝送特性をネットワークアナライザ
ーにより同様に測定したところ、測定周波数20GHz
でのS11は−3.5dB、S21は−4.8dBであ
り、伝送特性が劣化することがわかった。
On the other hand, when all of the external circuit board 10 is formed of a dielectric substrate made of alumina ceramics having a dielectric constant of 9.8 (measuring frequency 8.6 GHz), the package is similarly mounted, and then the high-frequency package is mounted. When the transmission characteristics between the external circuit boards were similarly measured from inside using a network analyzer, the measurement frequency was 20 GHz.
In S11, S11 is -3.5 dB, and S21 is -4.8 dB, which indicates that the transmission characteristics are degraded.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明は半導体素子
搭載面側と誘電体基板の裏面に信号伝送線路を形成し、
それらを結合した高周波用配線基板を、外部回路基板の
配線層に実装する構造において、高周波用配線基板の前
記結合領域に隣接する外部回路基板表面に誘電体基板及
び外部回路基板よりも低誘電率の材質から形成される領
域を設けたことにより、あらゆる外部回路基板に対して
実装時における伝送損失を低減できることできる。
As described above in detail, according to the present invention, a signal transmission line is formed on a semiconductor element mounting surface side and a back surface of a dielectric substrate.
In a structure in which the high-frequency wiring board obtained by connecting them is mounted on the wiring layer of the external circuit board, the dielectric constant of the high-frequency wiring board is lower than the dielectric board and the external circuit board on the surface of the external circuit board adjacent to the coupling region. By providing the region formed of the above material, it is possible to reduce transmission loss during mounting on any external circuit board.

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

【図1】高周波用半導体パッケージを外部回路基板に表
面実装した本発明の実装構造の第1の実施態様を説明す
るための概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a first embodiment of a mounting structure of the present invention in which a high-frequency semiconductor package is surface-mounted on an external circuit board.

【図2】図1における高周波用半導体パッケージのキャ
ビティ内の配線を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining wiring in a cavity of the high-frequency semiconductor package in FIG. 1;

【図3】図1における高周波用半導体パッケージの裏面
に形成した配線を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining wiring formed on the back surface of the high-frequency semiconductor package in FIG. 1;

【図4】図1における外部回路基板表面の配線を説明す
るための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining wiring on the surface of the external circuit board in FIG. 1;

【図5】高周波用半導体パッケージを外部回路基板に表
面実装した本発明の実装構造の第2の実施態様を説明す
るための概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view for explaining a second embodiment of the mounting structure of the present invention in which a high-frequency semiconductor package is surface-mounted on an external circuit board.

【図6】図5における高周波用半導体パッケージのキャ
ビティ内の配線を説明するための図である。
6 is a diagram for explaining wiring in a cavity of the high-frequency semiconductor package in FIG. 5;

【図7】図5における高周波用半導体パッケージの裏面
に形成した配線を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining wiring formed on the back surface of the high-frequency semiconductor package in FIG. 5;

【図8】高周波用半導体パッケージを外部回路基板に表
面実装した本発明の実装構造の第3の実施態様を説明す
るための概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining a third embodiment of the mounting structure of the present invention in which a high-frequency semiconductor package is surface-mounted on an external circuit board.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,19,21 高周波用半導体パッケージ 2 誘電体基板 3 蓋体 4 キャビティ 5 半導体素子 6 グランド層 7 第1の信号伝送線路 8 第2の信号伝送線路 9 スロット孔 10 外部回路基板 11 低誘電率材料 12 配線層 12’ 電源用配線層 13 バンプ 14a 電源層 14b,スルーホール導体 14c 電源用配線層 15 グランド層 16 ビアホール導体 17 中心導体 18 グランド層 20 スルーホール導体 21 空孔 22 インピーダンス整合用スルーホール導体 23 樹脂 1, 19, 21 High-frequency semiconductor package 2 Dielectric substrate 3 Lid 4 Cavity 5 Semiconductor element 6 Ground layer 7 First signal transmission line 8 Second signal transmission line 9 Slot hole 10 External circuit board 11 Low dielectric constant material Reference Signs List 12 wiring layer 12 'power supply wiring layer 13 bump 14a power supply layer 14b, through-hole conductor 14c power supply wiring layer 15 ground layer 16 via-hole conductor 17 center conductor 18 ground layer 20 through-hole conductor 21 void 22 through-hole impedance matching impedance 23 resin

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/18 H01L 21/60 311 H01L 23/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05K 1/18 H01L 21/60 311 H01L 23/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】誘電体基板と、誘電体基板の表面に搭載さ
れた高周波用半導体素子と、該誘電体基板の表面に被着
形成され前記誘電体基板の表面に半導体素子と電気的に
接続された第1の信号伝送線路と、前記誘電体基板の裏
面に形成された第2の信号伝送線路と、前記第1の信号
伝送線路と第2の信号伝送線路とを結合させてなる高周
波用配線基板を、前記第2の信号伝送線路の終端部に形
成された接続部を介して外部回路基板における絶縁基板
表面に形成された配線層に実装してなる実装構造であっ
て、 前記外部回路基板表面における前記第1の信号伝送線路
と前記第2の信号伝送線路との結合部の直下領域に凹部
を形成し、その凹部内に前記高周波用配線基板の前記誘
電体基板及び前記外部回路基板における前記絶縁基板よ
りも低誘電率の材料を埋め込んだことを特徴とする高周
波用配線基板の実装構造。
1. A dielectric substrate, a high-frequency semiconductor device mounted on a surface of the dielectric substrate, and a semiconductor device attached to the surface of the dielectric substrate and electrically connected to the semiconductor device on the surface of the dielectric substrate. A first signal transmission line, a second signal transmission line formed on the back surface of the dielectric substrate, and a high-frequency signal formed by coupling the first signal transmission line and the second signal transmission line. A mounting structure in which a wiring board is mounted on a wiring layer formed on a surface of an insulating substrate of an external circuit board via a connection portion formed at a terminating end of the second signal transmission line; A concave portion is formed in a region immediately below a coupling portion between the first signal transmission line and the second signal transmission line on a substrate surface, and the dielectric substrate and the external circuit substrate of the high-frequency wiring board are formed in the concave portion. Lower dielectric constant than the insulating substrate in A mounting structure for a high-frequency wiring board, wherein the material is embedded.
【請求項2】前記第1の信号伝送線路と前記第2の信号
伝送線路とが、前記誘電体基板の内部に設けたグランド
層のスロット孔を介して電磁気的に結合されてなる請求
項1記載の高周波用配線基板の実装構造。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first signal transmission line and said second signal transmission line are electromagnetically coupled via a slot in a ground layer provided inside said dielectric substrate. The mounting structure of the high-frequency wiring board described.
【請求項3】前記第1の信号伝送線路と前記第2の信号
伝送線路とが、前記誘電体基板を貫通するように形成さ
れたスルーホール導体によって結合されてなる請求項1
記載の高周波用配線基板の実装構造。
3. The signal transmission line according to claim 1, wherein the first signal transmission line and the second signal transmission line are coupled by a through-hole conductor formed to penetrate the dielectric substrate.
The mounting structure of the high-frequency wiring board described.
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