JP3274961B2 - 高周波伝送線路の接続構造 - Google Patents

高周波伝送線路の接続構造

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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、通信・半導体・自
動車・コンピュータ・医療などの分野で利用される高周
波半導体装置における高周波伝送線路の接続構造に関
し、特に高周波半導体素子の入出力端子と高周波半導体
素子収納パッケージのフィードスルー部などの高周波伝
送線路をボンディングにより接続する構造に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚ以上の高周波を扱
う通信・半導体・自動車・コンピュータ・医療などの分
野で利用される高周波半導体装置、例えば図７に斜視図
で示すような高周波半導体素子収納パッケージにおいて
は、高周波半導体素子１の入出力端子２の高周波伝送線
路３と高周波半導体素子収納パッケージ４のフィードス
ルー部５の高周波伝送線路６は金ワイヤ７を用いてボン
ディングすることにより電気的に接続されていた。
【０００３】この図７におけるボンディング部Ａの拡大
断面図を図８に示す。図８に示すように、入出力端子２
およびフィードスルー部５ではそれぞれセラミック等か
ら成る絶縁基体８・11上に高周波伝送線路３・６が形成
されており、高周波伝送線路３・６は、絶縁基体８・11
上に形成されたチタンやタングステン等から成る接着層
９・12と、接着層９・12上に積層された金等から成る信
号伝送層10・13とにより、マイクロストリップ線路とし
て形成されている。なお、絶縁基体８・11の他方の表面
にはそれぞれグランド層（図示せず）が形成されてい
る。
【０００４】そして、金ワイヤ７はその両端をそれぞれ
高周波伝送線路３・６の表面、すなわち信号伝送層10・
13の表面にボンディングされて、高周波伝送線路３・６
間を電気的に接続する構造となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のように高周波伝送線路３・６間の接続において高周
波伝送線路３・６の信号伝送層10・13の表面に金ワイヤ
を直接ボンディングした場合には以下のような問題点が
あった。
【０００６】ボンディングに金ワイヤ７を用いたときに
は、ボンディングされた金ワイヤ７の幅と高周波伝送線
路３・６の線路幅とが異なるので、伝送される高周波信
号がボンディング部分を伝搬するときに高周波伝送線路
３・６および金ワイヤ７とグランド層との間の幅方向の
電位分布が一様でなくなり、高周波信号の伝搬モードが
高周波伝送線路３・６の部分とボンディング部分とで変
化してしまうことから、ボンディング部分で高周波信号
が反射してしまうために反射損失が大きくなるという問
題点があり、そのため、高周波伝送線路３・６に入力し
た高周波信号がボンディング部分より先に伝搬しにくく
なるという問題点があった。
【０００７】また、従来構造のボンディング部分におい
ては、高周波伝送線路３・６における高周波信号の伝送
部分である信号伝送層10・13の厚みと、信号伝送層10・
13と金ワイヤ７との合計の厚みとが異なるので、それに
より高周波伝送線路３・６とグランド層との間の厚み方
向の電位分布が一様でなくなり、高周波信号の伝搬モー
ドが高周波伝送線路３・６の部分とボンディング部分と
で変化してしまい、ボンディング部分で高周波信号が反
射してしまうために反射損失が大きくなるという問題点
があり、それによっても、入力した高周波信号がボンデ
ィング部分より先に伝搬しにくくなるという問題点があ
った。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意
研究を進めた結果完成したものであり、その目的は、高
周波半導体装置の入出力端子とフィードスルー部等との
高周波伝送線路のボンディングによる接続において、ボ
ンディング部分での電位分布・伝搬モードを一様なもの
として高周波信号の反射損失を低減し、それにより良好
な伝搬特性が得られる接続構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
高周波伝送線路の接続構造は、絶縁基体上に信号線路層
が被着されて成る２つの高周波伝送線路を各々の信号線
路層端部へ接続導体部材をボンディングすることにより
電気的に接続した高周波伝送線路の接続構造において、
前記接続導体部材の幅と前記信号線路層の幅とをほぼ同
じとしたことを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明の請求項２に係る高周波伝送
線路の接続構造は、上記の請求項１に係る接続構造にお
いて、前記信号線路層の絶縁基体表面からの高さと、前
記信号線路層端部のボンディング部分における前記接続
導体部材の絶縁基体表面からの高さとをほぼ同じとした
ことを特徴とするものである。
【００１１】本発明の請求項１に係る高周波伝送線路の
接続構造によれば、高周波伝送線路の信号伝送層の幅
と、その端部にボンディングされる接続導体部材の幅と
をほぼ同じとしたことにより、高周波伝送線路および接
続導体部材とグランド層との間の幅方向の電位分布がほ
ぼ一様なものとなり、ボンディング部分での高周波信号
の伝搬モードの変化をほとんどなくすことができて高周
波信号の反射損失を大幅に低減できる。そのため、高周
波伝送線路に入力した高周波信号はボンディング部分よ
り先にも大きな損失が生じることなく伝搬することが可
能となり、良好な伝搬特性が得られる接続構造となる。
【００１２】また、本発明の請求項２に係る高周波伝送
線路の接続構造によれば、上記構成とともに、高周波伝
送線路の信号伝送層の絶縁基体表面からの高さと、その
端部にボンディングされる接続導体部材の絶縁基体表面
からの高さとをほぼ同じとしたことにより、信号伝送層
の表面とボンディング部分の接続導体部材の表面との間
での段差がなく、高周波伝送線路およびそのボンディン
グ部分とグランド層との間の厚み方向の電位分布が一様
なものとなり、ボンディング部分での高周波信号の伝搬
モードの変化をさらに低減することができて高周波信号
の反射損失を極めて小さなものとできる。そのため、高
周波伝送線路に入力した高周波信号はボンディング部分
より先にもほとんど損失が生じることなく伝搬すること
が可能となり、一層良好な伝搬特性が得られる接続構造
となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る高周波伝
送線路の接続構造のように、信号伝送層の幅とその端部
にボンディングされる接続導体部材の幅とをほぼ同じと
するには、接続導体部材として信号伝送層とほぼ同じ幅
を有する金ワイヤや金リボン・アルミ線・アルミリボン
・銅線・銅リボン等を用いて、ボンディング条件を適宜
設定することにより、ボンディング部分における両者の
幅をほぼ同じとすればよい。
【００１４】また、本発明の請求項１に係る高周波伝送
線路の接続構造のように、信号伝送層の絶縁基体表面か
らの高さと、その端部にボンディングされる接続導体部
材の絶縁基体表面からの高さとをほぼ同じとするには、
ボンディング部分の信号伝送層の厚みを段差状あるいは
徐々に薄くしておき、そこに上記の接続導体部材を用い
てボンディング条件を適宜設定することにより、ボンデ
ィング部分における両者の表面をほぼ一様な面となるよ
うにすればよい。
【００１５】以下、本発明の高周波伝送線路の接続構造
につき図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
での変更・改良等を行なうことは何ら差し支えない。
【００１６】図１に、図７と同様の高周波半導体素子収
納用パッケージにおける本発明の高周波伝送線路の接続
構造の一実施例の斜視図を、また図２に図１中のボンデ
ィング部Ｂの拡大斜視図を示す。
【００１７】図１および図２において、高周波半導体素
子21の入出力端子22の高周波伝送線路23は絶縁基体24上
に信号線路層25が被着されて成るものであり、高周波半
導体素子収納パッケージ26のフィードスルー部27の高周
波伝送線路28は同様に絶縁基体29上に信号線路層30が被
着されて成るものである。そして、各々の信号線路層25
・30の端部へそれら信号線路層25・30とほぼ同じ幅を有
する接続導体部材31がボンディングされて電気的に接続
されている。
【００１８】なお、図２では信号線路層25・30の絶縁基
体24・29表面からの高さとボンディング部分における接
続導体部材31の絶縁基体24・29表面からの高さとをほぼ
同じとした場合の例を示しているが、本発明の請求項１
に係る接続構造においては、接続導体部材31を信号線路
層25・30のそれぞれ端部表面に接続したもの、あるいは
接続導体部材31と信号線路層25・30との高さが異なるも
のとなる。
【００１９】絶縁基体24・29は、例えばアルミナ・ベリ
リア・フォルステライト・ステアタイト・チタニア・ガ
ラスセラミック・ムライト・ジルコン等のセラミック、
あるいはガラスエポキシ・テフロン・サファイヤ・ガラ
ス等から成る。また、その上に被着される信号線路層25
・30は金や銅・アルミ等から成り、５μｍ程度の厚みに
形成される。さらに、絶縁基体24・29と信号線路層25・
30との間には必要に応じてニッケルやチタン・タングス
テン等から成る単層または複数層の接着層（例えばタン
グステン層上にニッケル層を積層したもの）が約10〜20
μｍの厚みで形成され、これらにより高周波伝送線路23
・28がマイクロストリップ線路として形成されている。
なお、絶縁基体24・29の他方の表面にはそれぞれグラン
ド層（図示せず）が形成されている。
【００２０】また、接続導体部材31は、良好な高周波伝
送のためには前述の金リボン等を用いるとよく、その両
端をそれぞれ信号線路層25・30の端部表面あるいはその
厚みまたは信号線路層25・30と接着層との合計の厚みを
段差状あるいは徐々に薄くした部分にボンディングされ
て、高周波伝送線路23・28間を電気的に接続する。
【００２１】そして、ボンディング部分において信号線
路層25・30の高さと接続導体部材31の高さとをほぼ同じ
とするには、例えば、10μｍ厚のニッケル／タングステ
ンから成る接着層と５μｍ厚の金から成る信号線路層25
・30の端部に、その接着層を５μｍ厚として５μｍ厚の
信号線路層25・30を積層した部分を設け、厚み10μｍの
金リボンをボンディング条件により５μｍ厚までつぶし
てボンディングするとよい。
【００２２】このようなボンディング条件の設定に当た
っては、ボンディングに使用するウェッジ（針）の先端
形状の選択やボンディング部分の加熱温度、ボンディン
グ時にウェッジから働く荷重の制御、超音波を用いる場
合はパワー（超音波エネルギーレベル）の制御や超音波
の印加時間・ウェッジの荷重時間の制御、接続導体部材
の径あるいは幅・厚みならびに材料（金など）の純度な
どの条件を、高周波半導体素子の入出力端子や高周波半
導体素子収納パッケージのフィードスルー部などの構成
に応じて、好適なボンディング状態が得られるように適
宜設定する。
【００２３】以下、本発明の請求項２に係る高周波伝送
線路の接続構造の実施例について、ボンディング部分に
おける接続導体部材の高さと信号線路層の高さとをほぼ
同じとした構成を図面に基づいてさらに詳しく説明す
る。なお、以下の図において図１および図２と同様の箇
所には同じ符号を付す。
【００２４】〔例１〕図３は、図１に示した本発明の高
周波伝送線路の接続構造の一実施例におけるボンディン
グ部Ｂの、図８と同様の拡大断面図である。
【００２５】図３において32および33はそれぞれ絶縁基
体24・29と信号線路層25・30との間に形成した接着層で
ある。本例においては、信号線路層25・30端部にそれぞ
れ段差状の厚み削減部34を設け、信号線路層25・30とほ
ぼ同じ厚みの接続導体部材31を用いて、ボンディング部
分の高さが信号線路層25・30の高さとほぼ同じになるよ
うにボンディング条件を設定して接続した例を示してい
る。
【００２６】本例のようなボンディング部分の構成とし
た場合は、金等から成る信号線路層25・30上に金リボン
等から成る接続導体部材31を直接ボンディングしている
ので、接続強度的ならびに電気的に安定した接続構造と
なる。
【００２７】〔例２〕図４は、他の実施例を示す図３と
同様の拡大断面図である。
【００２８】本例においては、信号線路層25・30端部に
それぞれ〔例１〕よりもさらに厚みを削減した段差状の
厚み削減部34’を設け、接続導体部材31’としてその厚
みが厚いもの、例えば、信号線路層25・30よりも厚く、
信号線路層25・30と接着層32・33の厚みの合計程度まで
の厚みのものを用いて、ボンディング部分の高さが信号
線路層25・30の高さとほぼ同じになるようにボンディン
グ条件を設定して接続した例を示している。
【００２９】本例のようなボンディング部分の構成とし
た場合は、金等から成る信号線路層25・30上に金リボン
等から成る接続導体部材31’を直接ボンディングしてい
るので、接続強度的ならびに電気的に安定した接続構造
となるとともに、接続導体部材31’として厚みの厚い金
リボン等を用いているので高周波信号の挿入損失がより
小さくなる。
【００３０】〔例３〕図５は、他の実施例を示す図３お
よび図４と同様の拡大断面図である。
【００３１】本例においては、信号線路層25・30端部に
それぞれ接着層32・33に至るまで厚みを削減した段差状
の厚み削減部35を設け、〔例２〕と同じく厚みが厚い接
続導体部材31’を用いて、ボンディング部分の高さが信
号線路層25・30の高さとほぼ同じになるようにボンディ
ング条件を設定して接続した例を示している。
【００３２】本例のようなボンディング部分の構成とし
た場合は、接続導体部材31’として厚みの厚い金リボン
等を用いているので、〔例２〕と同様に高周波信号の挿
入損失がより小さくなる接続構造となる。
【００３３】〔例４〕図６は、他の実施例を示す図３〜
図５と同様の拡大断面図である。
【００３４】本例においては、信号線路層25・30端部に
それぞれ信号線路層25・30と接着層32・33をともにその
厚みを徐々に削減した厚み削減部36を設け、〔例２〕と
同じく厚みが厚い接続導体部材31’を用いて、ボンディ
ング部分の高さが信号線路層25・30の高さとほぼ同じに
なるようにボンディング条件を設定して接続した例を示
している。
【００３５】本例のようなボンディング部分の構成とし
た場合は、金等から成る信号線路層25・30上に金リボン
等から成る接続導体部材31’を直接ボンディングしてい
るので、接続強度的ならびに電気的に安定した接続構造
となるとともに、接続導体部材31’として厚みの厚い金
リボン等を用いているので高周波信号の挿入損失がより
小さくなる。さらに、厚み削減部36を段差状ではなく徐
々に厚みを削減した構造としたことにより、ボンディン
グ時のボンディング装置の機械的精度に対してマージン
が大きくとれるという利点がある。
【００３６】なお、以上の例においては接続導体部材31
・31’の形状としてアーチ状に接続した例を示したが、
この形状を平坦なものとすることにより、伝搬特性はさ
らに良好なものとなる。
【００３７】また、入出力端子22の高さとフィードスル
ー部27の高さとが同一である例を示したが、これらの高
さが異なって段違いとなっていても何ら問題はなく、さ
らに、入出力端子22とフィードスルー部27とが水平な状
態で対向したものだけでなく、所定の角度をもって対向
したものや、高周波伝送線路23・28の表面同士が向き合
うように対向したものであってもよい。
【００３８】さらに、厚み削減部34・34’・35・36の端
部にまで接続導体部材31・31’が達していない状態の例
を示したが、接続導体部材31・31’が厚み削減部34・3
4’・35・36の端部にまで達していても何ら問題がない
ことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明の高周波伝送線路
の接続構造によれば、高周波伝送線路の信号伝送層の幅
と、その端部にボンディングされる接続導体部材の幅と
をほぼ同じとしたことにより、高周波伝送線路および接
続導体部材とグランド層との間の幅方向の電位分布がほ
ぼ一様なものとなり、ボンディング部分での高周波信号
の伝搬モードの変化をほとんどなくすことができて高周
波信号の反射損失を大幅に低減できたことから、大きな
損失を生じることなく高周波信号を伝搬することが可能
な、良好な伝搬特性が得られる接続構造を提供できた。
【００４０】また、本発明の高周波伝送線路の接続構造
によれば、上記構成とともに、高周波伝送線路の信号伝
送層の絶縁基体表面からの高さと、その端部にボンディ
ングされる接続導体部材の絶縁基体表面からの高さとを
ほぼ同じとしたことにより、信号伝送層の表面とボンデ
ィング部分の接続導体部材の表面との間での段差がなく
なって高周波伝送線路およびそのボンディング部分とグ
ランド層との間の厚み方向の電位分布が一様なものとな
り、ボンディング部分での高周波信号の伝搬モードの変
化をさらに低減することができて高周波信号の反射損失
を極めて小さなものとできたことから、ほとんど損失を
生じることなく高周波信号を伝搬することが可能な、一
層良好な伝搬特性が得られる接続構造を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波伝送線路の接続構造の実施例を
示す斜視図である。
【図２】図１のＢ部の拡大斜視図である。
【図３】本発明の高周波伝送線路の接続構造の実施例を
示す拡大断面図である。
【図４】本発明の高周波伝送線路の接続構造の他の実施
例を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の高周波伝送線路の接続構造の他の実施
例を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の高周波伝送線路の接続構造の他の実施
例を示す拡大断面図である。
【図７】従来の高周波伝送線路の接続構造の例を示す斜
視図である。
【図８】図７のＡ部の拡大断面図である。
【符号の説明】 １、21・・・・・・・高周波半導体素子 ３、６、23、28・・・高周波伝送線路 ４、26・・・・・・・高周波半導体素子収納用パッケー
ジ ８、11、24、29・・・絶縁基体 ９、12、32、33・・・接着層 10、13、25、30・・・信号線路層 31、31’・・・・・・接続導体部材 34、34’、35、36・・厚み削減部

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁基体上に信号線路層が被着されて成
    る２つの高周波伝送線路を各々の信号線路層端部へ接続
    導体部材をボンディングすることにより電気的に接続し
    た高周波伝送線路の接続構造において、前記接続導体部
    材の幅と前記信号線路層の幅とをほぼ同じとしたことを
    特徴とする高周波伝送線路の接続構造。
  2. 【請求項２】 前記信号線路層の絶縁基体表面からの高
    さと、前記信号線路層端部のボンディング部分における
    前記接続導体部材の絶縁基体表面からの高さとをほぼ同
    じとしたことを特徴とする請求項１記載の高周波伝送線
    路の接続構造。
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