JP3922961B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置に関し、更に詳しくはマイクロ波帯で使用される内部整合型トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、高調波処理用の回路を備えた従来の内部整合型トランジスタを示す模式図である。ここで、図4(a)は、内部整合型トランジスタの平面図であり、図4(b)は、図4(a)中の一点鎖線I−I’に沿った断面を示す断面図である。この内部整合型トランジスタでは、金属製ベース115に、ゲート電極端子113、ドレイン電極端子114が接続されてパッケージが構成されている。そして、このパッケージに、半田付けによりダイボンドした多セル合成の半導体素子116、金メタライズ・パターン117を有する入力側整合回路基板118、出力側整合回路基板119が配置されている。そして、半導体素子116と、入力側整合回路基板118又は出力側整合回路基板119とは金ワイヤ120によって電気的に接続されている。
【0003】
この内部整合型トランジスタでは、入力側整合回路基板118ではオープンスタブ(先端開放分布定数線路)121によって高調波処理回路が構成されている。また、出力側整合回路基板119においてはオープンスタブ122によって高調波処理回路が構成されている。そして、入力側整合回路基板118、出力側整合回路基板119によって半導体素子116のインピーダンス整合が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高調波処理用の回路を備えた内部整合型トランジスタでは、基本波のインピーダンス整合回路基板である入力側整合回路基板118、出力側整合回路基板119にて高調波処理が行われる。このため、高調波処理による短波長のマイクロ波に対応させてオープンスタブ121,122の形状を高精度に形成する必要がある。特に、入力側整合回路基板118、出力側整合回路基板119は基本波に対応した比較的誘電率の高い基板からなるため、2倍波、3倍波などのより短波長の高調波に対しては、オープンスタブ121,122の大きさがデバイス特性に与える影響を無視することができなくなる。このため、オープンスタブ121,122の位置、長さなどの形状のパラメータに非常に高い精度が要求されるという問題が生じていた。
【0005】
このため、オープンスタブ121,122を微調整することで、高調波処理の効果を得ることが非常に困難となっており、それ故、調整不足による特性低下により歩留りが低下するという問題が生じていた。また、オープンスタブ121,122を高精度に形成するためには、コストの上昇を避けることができなかった。
【0006】
この発明は上述のような問題を解決するために成されたもので、高調波処理回路を備えた半導体装置において、特性の劣化を抑止して信頼性を向上させるとともに、製造コストを低減させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップの入力側又は出力側に電気的に接続された回路基板とを備え、回路基板は、半導体チップとそれぞれ電気的に接続され、互いに積層された第1の層と第2の層とを有し、第2の層の誘電率は第1の層の誘電率よりも低く、第1の層には基本波整合回路が設けられ、第2の層には高調波処理回路が設けられている。
【0008】
また、第2の層にはオープンスタブが設けられている。
【0009】
また、回路基板は、半導体チップと電気的に接続され、第1,第2の層と積層された第3の層を更に有し、第3の層の誘電率は第2の層の誘電率よりも低く、第3の層には高調波処理回路が設けられている。
【0010】
また、前記高調波処理回路は2倍波処理回路又は3倍波処理回路である。
【0011】
また、前記第1及び第2の層が異なる誘電率の基板からそれぞれ構成され、前記回路基板はこれらの基板が積層されたものである。
【0012】
また、前記第1、第2及び第3の層が異なる誘電率の基板からそれぞれ構成され、前記回路基板はこれらの基板が積層されたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、マイクロ波送受信装置の基本的な構成を示すブロック図である。図1に示すように、マイクロ波送受信装置は、アンテナ1、送受信切替スイッチ2、低雑音増幅器3、フィルタ4、高変換利得ミクサ5、広帯域IF増幅器6、低位相雑音局部発信器7、信号処理回路8、変調器9、ドライバ増幅器10、位相器11、高出力増幅器12を有して構成されている。
【0014】
図2は、この発明の実施の形態1にかかる高調波処理用の回路を備えた内部整合型トランジスタを示す概略断面図である。この内部整合型トランジスタは、例えば図1に示すようなマイクロ波送受信装置の送信部の増幅器として、ドライバ増幅器10、高出力増幅器12に使用されるものである。
【0015】
図2に示すように、この内部整合型トランジスタでは、金属製ベース15に、ゲート電極端子13、ドレイン電極端子14が接続されてパッケージが構成されている。そして、このパッケージに、半田付けによりダイボンドした多セル合成の半導体素子16、金メタライズ・パターン17を有する入力側整合回路基板18、出力側整合回路基板19が配置されている。半導体素子16と入力側整合回路基板18、出力側整合回路基板19とは金ワイヤ20によって電気的に接続されている。
【0016】
図2において、入力側整合回路基板18は2層構造の基板からなり、上層部が誘電率89の高誘電率基板18a、下層部が誘電率38の低誘電率基板18bから構成されている。出力側整合回路基板19も同様の構成であり、上層部の誘電率89の高誘電率基板19aと下層部の誘電率38の低誘電率基板19bから構成されている。入力側整合回路基板18、出力側整合回路基板19は、高誘電率基板18a,19aと低誘電率基板18b,19bの張り合わせにより形成することができる。
【0017】
基板を伝わる波長(周波数)は誘電率に応じた波長短縮率によって異なるため、入力側整合回路基板18、出力側整合回路基板19を誘電率の異なる2層の基板から構成することによって、上層部の高誘電率基板18a,19aにて基本波整合の処理を、下層部の低誘電率基板18b,19bにて2倍、3倍の高調波処理を実現することができる。
【0018】
そして、高調波処理を行う低誘電率基板18b,19bに高調波処理用のオープンスタブを設けることで、オープンスタブの物理長を大きくできる。従って、高調波処理におけるオープンスタブ長の影響を小さくでき、オープンスタブの微調整が可能となる。
【0019】
これにより、高調波処理を高精度に行うことが可能となる。例えば、マイクロ波の周波数f=4GHzの場合、誘電率89の高誘電率基板18a,19a上で設けた高調波処理用のオープンスタブの物理長で得られる高調波処理効果を、同様に誘電率38の低誘電率基板18b,19b上で実現するためには、1.5倍程度のスタブ長のオープンスタブを設ければよい。この場合、低誘電率基板18b,19bにおけるスタブ長は低誘電率基板18b,19bにおける波長短縮率から定まり、波長短縮率は誘電率の比、パターン形状などのパラメータから定まる。
【0020】
そして、低誘電率基板18b,19bにおけるオープンスタブ長を高誘電率基板18a,19a比べて1.5倍程度長くすることができるため、スタブ長が0.2mm変化した場合の高調波処理への影響は、低誘電率基板18b,19bの方が小さくなる。従って、低誘電率基板18b,19bで高調波処理を行うことにより、オープンスタブの調整による特性の合わせ込みが容易となる。従って、高調波処理の特性劣化を最小限に抑えることができ、マイクロ波デバイスの信頼性を向上させることができる。また、スタブ長の要求精度を低下させることができるため、歩留まりを向上させてコストを低減させることが可能となる。
【0021】
以上説明したように実施の形態1によれば、入力側整合回路基板18、出力側整合回路基板19を誘電率の異なる2層の基板から構成したため、上層部の高誘電率基板18a,19aにて基本波整合の処理を、下層部の低誘電率基板18b,19bにて2倍、3倍の高調波処理を実現できる。そして、低誘電率基板18b,19bに高調波処理用スタブを設けることでオープンスタブの微調整が可能となり、内部整合型トランジスタの特性を向上させることができる。
【0022】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2にかかる内部整合型トランジスタを示す概略断面図である。実施の形態2の内部整合型トランジスタは、基本波整合用の高誘電率基板と、2倍波用の低誘電率基板と、3倍波用の更なる低誘電率基板を多層化して内部整合用回路基板を構成したものである。
【0023】
図3において、入力側整合回路基板25、出力側整合回路基板26は上層部から下層部に向かって誘電率が低くなるように基板が多層化されている。入力側整合回路基板25は高誘電率基板25a、2倍波用の低誘電率基板25b、低誘電率基板25bよりも誘電率の低い3倍波用の低誘電率基板25cから構成されている。また、出力側整合回路基板26は高誘電率基板26a、2倍波用の低誘電率基板26b、低誘電率基板26bよりも誘電率の低い3倍波用の低誘電率基板26cから構成されている。
【0024】
実施の形態2によれば、複数の波長の高調波に対応させて誘電率の異なる基板を用いることで、上層部の高誘電率の高誘電率基板25a,26aにて基本波整合の処理を、中層部の低誘電率基板25b,26bにて2倍の高調波処理を、最下層の低誘電率基板25c,26cにて3倍の高調波処理を実現できる。そして、低誘電率基板25b,26b,25c,26cに高調波処理用スタブを設けることでオープンスタブの微調整が可能となり、特性の合わせ込みが容易となる。
【0025】
従って、高調波処理の特性劣化を最小限に抑えることができ、マイクロ波デバイスの信頼性を向上させることができる。また、スタブ長の要求精度を低下させることができるため、歩留まりを向上させてコストを低減させることが可能となる。
【0026】
なお、上述した各実施の形態では、内部整合用回路基板の誘電率が上層から下層に向かって低くなるよう構成した例を示したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば下層から上層に向かって誘電率を低くしても良いし、中層部の誘電率が最も低くなるようにしてもよい。
【0027】
また、内部整合用基板を誘電率の異なる複数の基板から構成した例を示したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、誘電率の異なる材料を焼結することによって内部整合用基板を形成しても同様の効果を得ることができる。
【0028】
また、誘電率の異なる領域を内部整合用基板の厚さ方向に分離して設けたが、誘電率の異なる領域を内部整合用基板の水平方向に分離して設けてもよい。
【0029】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【0030】
内部整合用回路基板が誘電率の異なる複数の領域を備えるように構成したため、誘電率の高い層で基本波整合の処理を、誘電率の低い層で2倍、3倍の高調波処理を実現することができる。
【0031】
誘電率の低い第2の層に高調波処理回路を設けたため、高調波処理回路のオープンスタブの調整による特性の合わせ込みが容易となる。従って、高調波処理の特性劣化を最小限に抑えることができ、マイクロ波デバイスの信頼性を向上させることができる。また、スタブ長の要求精度を低下させることができるため、歩留まりを向上させてコストを低減させることが可能となる。
【0032】
第2の層よりも低い誘電率の第3の層を更に積層したことにより、第2の層にて2倍の高調波処理を、第3の層にて3倍の高調波処理を行うなど、複数の波長の適合させた高調波処理を実現できる。
【0033】
第1、第2及び第3の層を異なる誘電率の基板からそれぞれ構成したため、これらの基板の張り合わせにより容易に内部整合用回路基板を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マイクロ波送受信装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1にかかる高調波処理回路を有する内部整合型トランジスタを示す概略断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態2にかかる内部整合型トランジスタを示す概略断面図である。
【図4】 従来の内部整合型トランジスタを示す模式図である。
【符号の説明】
13 ゲート電極端子、 14 ドレイン電極端子、 15 金属製ベース、16 半導体素子、 17 金メタライズ・パターン、 18 入力側整合回路基板、 19 出力側整合回路基板、 18a,19a,25a,26a 高誘電率基板、 18b,19b,25b,26b,25c,26c 低誘電率基板、 20 金ワイヤ、25 入力側整合回路基板、 26 出力側整合回路基板。
Claims (6)
- 半導体チップと、前記半導体チップの入力側又は出力側に電気的に接続された回路基板とを備え、
前記回路基板は、前記半導体チップとそれぞれ電気的に接続され、互いに積層された第1の層と第2の層とを有し、前記第2の層の誘電率は前記第1の層の誘電率よりも低く、前記第1の層には基本波整合回路が設けられ、前記第2の層には高調波処理回路が設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の層にはオープンスタブが設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記回路基板は、前記半導体チップと電気的に接続され、前記第1,第2の層と積層された第3の層を更に有し、前記第3の層の誘電率は前記第2の層の誘電率よりも低く、前記第3の層には高調波処理回路が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記高調波処理回路は2倍波処理回路又は3倍波処理回路であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の層が異なる誘電率の基板からそれぞれ構成され、前記回路基板はこれらの基板が積層されたものであることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
- 前記第1、第2及び第3の層が異なる誘電率の基板からそれぞれ構成され、前記回路基板はこれらの基板が積層されたものであることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
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