JP4536942B2 - 高周波用集積回路及びこれを用いた高周波回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波帯、特に30GHz以上のミリ波領域で動作する高周波用集積回路とこれを用いた高周波回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図25は従来のSP3T(Single Pole 3 Throw)スイッチMMIC(Monolithic Microwave IC)チップの平面図である。
図25において、300はSP3TスイッチのMMICチップ、302はGaAs基板、304はスイッチング素子で模式的に記載している。306は接地パッド、308はRF入力パッドで、RF入力端子310はRF入力パッド308とこの両側に設けられた接地パッド306から構成されている。
【0003】
312a、312b、312cはRF出力パッドで、RF出力端子314はRF出力パッド312aとこの両側に設けられた接地パッド306とにより、RF出力端子316はRF出力パッド312bとこの両側に設けられた接地パッド306とにより、またRF出力端子318はRF出力パッド312cとこの両側に設けられた接地パッド306とによりそれぞれ構成されている。320は配線層である。
【0004】
図26はSP3TスイッチのMMICチップ300のRF入力端子310−RF出力端子314間(以下a−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定状態を示す模式図である。
図26において、322はG−S−G(Ground-Signal-Ground)構造のプローブヘッド、324はプローブである。
プローブヘッド322の先端のプローブ324は信号端子用のプローブを中央にし、これを挟んでその両側に接地用のプローブが配置されており、このプローブ324に整合するピッチで、MMICチップ300のRF入力端子310、及びRF出力端子314、316,318のG−S−G(Ground-Signal-Ground)構造のパッドが形成されている。
【0005】
図26に示されるように、RF入力端子310−RF出力端子314間の通過特性を示すSパラメータの測定には、二つのプローブヘッド322が使用され互いに対向して配置され、RF入力端子310とRF出力端子314にプローブ324に接触させてSパラメータを測定する。
図27はSP3TスイッチのMMICチップ300のRF入力端子310−RF出力端子316間(以下、b−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定状態を示す模式図である。また図28はMMICチップ300のRF入力端子310−RF出力端子318間(以下、c−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定状態を示す模式図である。
【0006】
図27、図28においては、RF入力端子210に接触するプローブヘッド322の位置・方向は変わらないが、RF出力端子316とRF出力端子318に接触するプローブヘッド322はRF出力端子314に接触していたプローブヘッド322と比べて、位置のみならず、その向きも変わっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一般にSP3Tスイッチの通過特性を示すSパラメータを測定する場合、a−path、b−path、およびc−path全てのSパラメータを測定することが必要である。各々の測定に関して、RF入力端子310に接触するプローブヘッド322の位置及び向きは全て同じであるが、RF出力端子314、RF出力端子316、およびRF出力端子318に接触するプローブヘッド322の位置及び向きは全て異なっている。
【0008】
すなわち、a−pathの測定ではプローブヘッド322の位置は、図26の左位置で右向き、b−pathの測定ではプローブヘッド322の位置は、図27の上位置で下向き、c−pathの測定ではプローブヘッド322の位置は、図28の下位置で上向きである。
【0009】
このために、各pathの測定において、測定系の再構成と校正が必要となり、次のような問題点が生じている。
(1)W帯用のプローブヘッドは極めて高価(約100万円/個)かつ損耗しやすく、寿命となる接触回数は10万回〜100万回で、接触1回当たり1〜10円の損耗が発生する。各pathの変更の度に校正が必要となり、各校正に際して最低6回の接触が必要となる。このためにプローブヘッドの向きを変えることを繰り返すと急速にプローブヘッドが損耗する。
【0010】
(2)測定器や校正基準器は概ね左右から測定する構造であるので、ベンド・パス、すなわち、b−pathおよびc−pathの場合、接続が複雑になり、測定精度が低下する。
(3)プローブヘッドの向きの変更はプローバ上のマニピュレータの変更により行われるが、この変更作業は難しい手作業を伴うので、しばしばプローブヘッドを落としたり、プローブヘッド先端のプローブを他の部材に接触させるなど不測の事態が起きがちで、高価なプローブヘッドに損傷を与えることが多い。
【0011】
この発明は上記のような問題点を解消することを目的としてなされたもので、第1の目的は、高周波特性評価が容易に、精度高く、短時間で、かつ低コストで実施可能な高周波用集積回路を提供することで、第2の目的はこの様な高周波用集積回路を使用した安価で信頼性の高い高周波回路装置を提供することである。
【0012】
なお、特開平9−14850号公報には、テストが容易にできるパッド配置について記載されているが、リード・オン・チップ構造に適したパッドの効率的配置に関するもので、信号パッドと接地パッドとを一組とした構成の信号の入出力ポートにおいて、この信号パッドと接地パッドの配列方向を、各入出力ポートについて互いに並行するように配置することは記載されていない。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波用集積回路は、半導体基板と、この半導体基板に配設され、複数の信号端子を有する第1の回路要素と、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第1の信号パッドとこの第1の信号パッドに隣接した接地用パッドとを有する第1の接続ポートと、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第2の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第2の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第2の接続ポートと、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第3の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第3の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第3の接続ポートと、を備えたもので、高周波特性評価を容易に、精度高く、短時間で、実施可能である。
【0014】
さらに、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第4の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートをさらに備えるとともに第1の接続ポートと第4の接続ポートとが第1の回路要素を介して互いに対向して配設されたもので、高周波特性評価を容易に、精度高く、短時間で、実施することが出来る。
【0015】
またさらに、第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した信号パッドとこの信号パッドより基板内側に配設された接地用パッドとを備えたもので、半導体基板の面積を小さくでき、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。
【0016】
さらに、第2及び第3の接続ポートそれぞれの信号パッドと接地用パッドとの並び方向のパッド中軸線が少なくともパッド幅を越える間隔を有したもので、ウエハ上の配置でパッド相互の干渉が無いので、半導体基板をよりコンパクトにすることができる。
【0017】
またさらに、第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した接地用パッドとこの接地用パッドより基板内側に配設された信号パッドを備えるとともにこの信号パッドと接続され、この信号パッドより半導体基板の周縁に近接した位置に配設された第2の信号パッドを備えたもので、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。
【0018】
またさらに、接続ポートそれぞれが、半導体基板の周縁に近接した信号パッドと半導体基板の周縁に沿ってこの信号パッドに隣接した接地用パッドとを備えたもので、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。
【0019】
またさらに、複数の信号端子を有する第2の回路要素が半導体基板にさらに配設され、第1の回路要素と直接に接続されるとともに、第2の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第4の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートが半導体基板にさらに配設されたもので、第2の回路要素を増やすことにより、高周波用集積回路の端子数を必要に応じて増加することができる。
【0020】
またさらに、第1の回路素子をスイッチング素子、第1の接続ポートを信号入力ポートとし、残りの接続ポートを信号出力ポートとしたもので、高周波特性評価が容易で、精度高く、短時間で、かつ低コストで実施可能な、種々の端子数を有するスイッチング機能を有する高周波用集積回路を構成することができる。
【0021】
また、この発明に係る高周波回路装置は、導電性の組付け基板と、この組付け基板上に配設され表面に信号線路が配設された誘電体基板と、組付け基板上に配設された請求項1ないし8のいずれか1項に記載の高周波用集積回路と、この高周波集積回路の接続ポートの信号パッドと誘電体基板の信号線路とを接続する接続導体と、を備えたもので、信頼性が高く、歩留まりが高くなる。
【0022】
さらに、高周波用集積回路の半導体基板裏面を導電性の接着材で組付け基板と接着するとともに接続導体をボンディングワイヤとしたので簡単な構成で高周波回路装置を構成することができる。
【0023】
またさらに、高周波用集積回路の接続ポートを組付け基板に対向させ、高周波用集積回路が誘電体基板を介して組付け基板上に配設された、高周波特性のばらつきが少ない高周波回路装置を構成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの実施の形態1に係るスイッチMMICチップの平面図である。
図1において、10はスイッチMMICチップで、SP3T構成である。12は半導体基板としての半絶縁性のGaAs基板、縦横2mm程度の大きさである。14はGaAs基板内部に配設されたスイッチング素子で、図1では模式的に示されている。16は第1の接続ポートとしてのRF信号入力端子、18はRF信号入力パッド、20はRF信号入力パッド18を中央に挟んで、GaAs基板12の辺に沿って配列した接地パッドである。RF信号入力端子16はRF信号入力パッド18と接地パッド20により構成される。
【0025】
接地パッド20は、通常隣接するスルーホール(図示せず)を介して裏面の接地導体に接続されているが、コプレーナライン型のMMICでは表面のみで接地パッド同士の接続を行うこともある。
22,24,26はそれぞれ第4,第2,第3の接続ポートとしてのRF信号出力端子である。28はRF信号出力パッドで、28aはRF信号出力端子22のRF信号出力パッド、28bはRF信号出力端子24のRF信号出力パッド、28cはRF信号出力端子26のRF信号出力パッドである。RF信号出力パッド28a、28b、28cそれぞれを中央に挟んで、その両側に接地パッド20が配設されている。従って、RF信号入力端子16、RF信号出力端子22,24,26はそれぞれG-S-Gパッド構成をなしている。
【0026】
さらにRF信号出力端子22,24,26のそれぞれのRF信号出力パッド28a、28b、28cとそれに隣接する接地パッド20の配列の方向が、RF信号入力端子におけるRF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向に並行している。
これらのパッドは80μm〜150μm角で、RF信号入力パッド18やRF信号出力パッド28a、28b、28cと接地パッドの間隔は100μm〜200μm程度である。またこれらのパッドはAuメッキで形成されている。
【0027】
30は信号線路である配線層で、Auメッキや蒸着などで形成される。
RF信号入力端子16−RF信号出力端子22の経路やRF信号出力端子24−RF信号出力端子26の経路は高周波信号が伝搬する主線路で、RF信号入力端子16−RF信号出力端子22の経路はスイッチング素子14を介して直線的な経路を構成し、RF信号出力端子24−RF信号出力端子26の経路は、スイッチング素子14を介してRF信号入力端子16−RF信号出力端子22の経路に対して直交する直線的な経路を構成している。
【0028】
このためRF信号入力端子16−RF信号出力端子22の経路はストレート・パスとなり、RF信号入力端子16−RF信号出力端子24の経路およびRF信号入力端子16−RF信号出力端子26の経路はベンド・パスとなっている。
図2、図3,及び図4はMMICチップ10の通過特性の指標となるSパラメータの測定状態を示す模式図である。この測定は通常オン・ウエハの状態で行われる。
【0029】
図2、図3,及び図4において、32はプローブヘッドである。34はプローブで、34aは信号用プローブ、34bは接地用プローブである。プローブヘッド32はG−S−G(Ground-Signal-Ground)構造で、信号用プローブ34aと接地用プローブ34bの配置はRF信号入力端子16、RF信号出力端子22、24,26の信号用パッドと接地用パッドとの配置に対応している。
【0030】
図2において、プローブヘッド32はRF信号入力端子16−RF信号出力端子22間(以下a−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定での配置の状態である。
a−pathはストレート・パス測定であるので、RF信号入力端子16のRF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向とRF信号出力端子22のRF信号出力パッド28aと接地パッド20との配列の方向とは並行しているから、プローブヘッド32をRF信号入力端子16とRF信号出力端子22上に互いに対向させて配置し、Sパラメータの測定を行う。
【0031】
図3において、プローブヘッド32は、RF信号入力端子16−RF信号出力端子24間(以下b−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定での配置の状態である。
b−pathはベンド・パス測定であるが、RF信号入力端子16のRF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向とRF信号出力端子24のRF信号出力パッド28bと接地パッド20との配列の方向とは並行しているので、RF信号出力端子24側のプローブヘッド32の向きを変更する必要はなく、単に位置の調整を行うのみで、b−pathのSパラメータの測定を行なうことができる。
【0032】
図4において、プローブヘッド32は、RF信号入力端子16−RF信号出力端子26間(以下c−pathという)の通過特性を示すSパラメータの測定での配置の状態である。
c−pathにおいてもb−pathと同様にRF信号出力端子26側のプローブヘッド32の向きを変更する必要はなく、単に位置の調整を行なうのみで、Sパラメータの測定を行なうことができる。
【0033】
通常、RF信号出力端子22、24,26の間隔は1mm〜3mm程度で、マニピュレータの可動範囲が±10mm程度はあるので、RF信号出力端子22、24,26の位置への移動は、プローブヘッド32の位置調整を行うだけで可能である。
従って、RF信号出力端子のRF信号出力パッドとそれに隣接する接地パッドの配列の方向がRF信号入力端子におけるRF信号入力パッドと接地パッドとの配列の方向に並行していないものがあった従来構造のMMICチップでは、その都度測定系の再構築と再校正に多大の時間を費やしていたが、この実施の形態のMMICチップにおいては、プローブヘッドの取付け変更の手作業が無く、すべての経路に対して同一の測定系と同一の校正で評価ができる。
【0034】
このために、プローブヘッドの接触回数が減り、その損耗の程度を少なくすることができ、測定のコストを少なくすることができ、安価なMMICを得ることができる。また、全ての経路で同一の校正で評価ができるために、測定精度のばらつきが少なくなり、高周波特性のばらつきが少なく、均一な特性を有するMMICを得ることができる。さらに、プローブヘッドの取付け変更作業が少なくなり、高価なプローブヘッドに損傷を与える機会が減り、安価なMMICを得ることができる。
【0035】
さらに測定が容易に行うことができ、作業に要する時間も短縮され、結果的に安価なMMICを得ることができる。
【0036】
図5は実施の形態1にかかるMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュールやパッケージ、の内部の一部を示す部分平面図である。
なお、パッケージとは概ね単機能のMMICチップ一個を封入して使用する比較的小型のものであり、モジュールとは概ね複数個の、MMICチップやコンデンサその他の回路部品を封入して使用する比較的大型のものであるが、パッケージに複数の半導体チップを封入して使用する場合もあり、MMIC一個からなるモジュールもあるので、両者の差異はあまり厳密ではない。従って以下ではモジュールという言葉を使用して、モジュールとかパッケージを意味することとする。
【0037】
図5において、38はモジュール、40は組付け基板としての金属ベースで、モジュールのベースである。金属ベース40は接地されている。ここでは金属製のベースを使用したが、アルミナなどを使用した導電性のセラミックでもよい。MMICチップ10はこの金属ベース40にAuSnや接着材で固着される。42は誘電体基板としてのMIC基板でアルミナなどの誘電体で形成されている。MIC基板42は金属ベース40に導電性の接着材で固着されている。44はMIC基板42の表面に配設された配線層で、Auにより形成されている。誘電体基板42,配線層44は、誘電体基板42の裏面の接地層と併せてマイクロストリップ線路46を構成している。
【0038】
48は接続導体としてのボンディングワイヤで、マイクロストリップ線路46の配線層44とRF信号入力パッド18またはRF信号出力パッド28とを接続している。
例えばモジュール38は次のように動作する。
マイクロストリップ線路46を伝搬してきた高周波信号RFはボンディングワイヤ48を介してRF信号入力端子16に供給され、スイッチング素子14により適宜にRF信号出力端子22,24,26に切り替えられ、またボンディングワイヤ48を介してマイクロストリップ線路46に供給され、伝搬される。
【0039】
このモジュール38は、MMICチップ10がウエハ段階で高周波特性を精度よく測定でき、選定することができるので、高周波特性のばらつきの少ない製品として供給することが出来る。またボンディングワイヤを使用しているので構造が簡単で容易に製造することができる。
【0040】
図6はこの実施の形態のモジュールに使用するフリップチップ実装基板の部分平面図である。
図6において、50は誘電体基板としてのフリップ実装基板である。52は基板本体で、アルミナなどが使用される。54はフリップチップ実装用のバンプである。54aは信号線用バンプ、54bは接地用バンプである。56は接地用のスルーホール、58は信号の配線層である。スルーホール56に接続された接地用バンプ54bは、スルーホール56を介して裏面の接地導体に接続される。配線層58は信号線用バンプ54aと接続されている。またコプレーナライン型基板では表面のみで接地バンプ同士の接続を行う場合がある。
【0041】
これらの信号線用バンプ54aと接地用バンプ54bの配置及び並び方向は、この上に載置されるMMICチップのRF信号入力端子16のRF信号入力パッド18、RF信号出力端子22,24,26のRF信号出力パッドや接地パッド20の配置および並び方向に対応している。
【0042】
図7はこの実施の形態のスイッチMMICチップをフリップチップ実装したモジュールの一部透視部分平面図、図8は、図7のVIII−VIII断面における断面図である。
図7及び図8において、60はモジュールである。MMICチップは表面を下向けに、つまりRF信号入力端子16のRF信号入力パッド18、RF信号出力端子22,24,26のRF信号出力パッド28がフリップ実装基板50に対向するように配置され、RF信号入力パッド18およびRF信号出力パッド28が対応したバンプ54の上に載置され、接続導体としての接着材(図示せず)で接合される。
【0043】
またバンプ54を用いないフリップチップ実装を行う場合もある。
この様にフリップチップ実装を行なったモジュール60においては、ボンディングワイヤを用いないので、RF信号入力端子16のRF信号入力パッド18、RF信号出力端子22,24,26のRF信号出力パッドの配設位置が基板周縁から離れた基板の内側に形成されていても、インダクタンスが大きくならず、高周波特性に優れている。さらにこの故により設計の自由度が高くなり、特に回路部品の配置が電気的特性に影響する高周波用のモジュールにおいては、高い電気的特性を有する製品を提供することができる。
【0044】
またワイヤボンディングでは、ボンディングワイヤの長さのばらつきによるインダクタンスのばらつきを生じることもあり、これに起因する周波数特性のばらつきが生じることもあるが、フリップチップ実装を行なったモジュール60においては、この様なばらつきが少なくなり、製品の歩留まりが高くなり、延いては信頼性が高く安価なモジュールを提供することができる。
【0045】
実施の形態2.
図9はこの実施の形態2に係るスイッチMMICチップの平面図である。
なお実施の形態1のスイッチMMICチップと同じ符号は同一か相当のものを示す。これは以下の実施の形態の説明においても同様である。
図9において、66はMMICチップである。MMICチップ66は実施の形態1のMMICチップ10と、RF信号入力端子16、RF信号出力端子22,24,26の配置を同じにしているが、MMICチップ10のダイシングラインが主線路に対して並行しているのに対し、MMICチップ66のダイシングラインは直交する主線路に対して約45度傾いて形成されている。つまりRF信号入力端子16、RF信号出力端子22,24,26が基板の隅部に位置している。
【0046】
このために、MMICチップ66はMMICチップ10に比べて、小さな基板面積でチップを構成することができる。
図10はこの実施の形態2に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
68はモジュールである。モジュール68ではRF信号入力端子16に接続したマイクロストリップ線路46とRF信号出力端子22,24,26に接続したマイクロストリップ線路46とが並行に配置される場合には、RF信号出力端子24,26のRF信号出力パッド28b、28cとマイクロストリップ線路46を接続するボンディングワイヤが短くなる。このため高周波特性を高くすることができる。さらに全てのボンディングワイヤ48の長さを同程度にすることができ、インダクタンスを揃えることができ、モジュールの高周波特性のばらつきを少なくすることができる。
【0047】
実施の形態3.
図11はこの実施の形態3に係るスイッチMMICチップの平面図である。また図12はこの実施の形態3に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
【0048】
図11において、70はMMICチップである。MMICチップ70は実施の形態1のMMICチップ10と、RF信号入力端子16、RF信号出力端子22,24,26の配置を同じにしているが、MMICチップ10が主線路に平行な辺を持つ四辺形であるのに対し、MMICチップ70はRF信号出力端子22、24,26のRF信号出力パッド28a、28b、28cがともに基板の周縁に近接するように、基板形状を凸状にしてRF信号出力端子22を凸状の突出部の上辺に配置し、RF信号出力端子24,26は突出部の両側の下辺に沿って隣接させたものである。
【0049】
図12において、72はモジュールである。このモジュール72に示されるようにRF信号出力端子22,24,26のRF信号出力パッド28a、28b、28cがすべて基板の周縁に近接しているので、RF信号出力パッド28a、28b、28cとマイクロストリップ線路46とを接続するボンディングワイヤ48が短くなる。このため高周波特性が向上する。さらに全てのボンディングワイヤ48の長さを同程度にすることができ、インダクタンスを揃えることができる。従ってモジュールの高周波特性のばらつきを少なくすることができる。
【0050】
図13はこの実施の形態に係るMMICチップ70のウエハにおける配列を示す模式図である。
図12においてMMICチップ70の凸状の突出部の上辺の長さをw1、その両側の下辺の長さをw2、w3とすると、例えばw2=w3とし、w1=2×w2としておくと、図13に示されるように突出部を隣接させるようにして、MMICチップ70をウエハに配列することができる。この様に配列することにより、MMICチップ70の面積を小さくかつ効率的に裁断することができる。
【0051】
なお、このチップ形状では通常のダイシングソーを使用したチップ分離は困難であるが、レーザカットやエッチカットなどの方法を用いることにより、チップ分離が容易に行うことができる。
【0052】
実施の形態4.
図14は実施の形態4に係るスイッチMMICのウエハの部分平面図である。また図15は実施の形態4に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
図14において、76はスイッチMMIC、78はスイッチMMIC76を配置したウエハ、80はダイシングラインである。
【0053】
スイッチMMIC76では、高周波信号が伝搬する線路である主線路の両端に位置するRF信号入力端子16及びRF信号出力端子22は、RF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向がGaAs基板12の周縁に並行しているので、G−S−G構造をなす。
しかし、RF信号出力端子24−RF信号出力端子26の経路の端部をなすRF信号出力端子24とRF信号出力端子26は、RF信号出力パッド28b,28cと接地パッド20との配列の方向がGaAs基板12の周縁に直交している。
【0054】
このため、RF信号出力パッド28b,28cの両側に隣接した接地パッド20を残すと、RF信号出力パッド28b,28cとマイクロストリップ線路46とを接続するボンディングワイヤ48がGaAs基板12の周縁に近接した方の接地パッド20を越えて長く延びる。そこで一方の接地パッド20をGaAs基板12の周縁より外側に配置し、ダイシングライン80上に配置したものである。
【0055】
このようにすることにより、チップ分離したMMICチップのRF信号出力端子24とRF信号出力端子26はRF信号出力パッド28b,28cがGaAs基板12の周縁に近接し、一つ残った接地パッド20がRF信号出力パッド28b,28cよりも基板内部側に、配設されることになる。またRF信号出力端子24−RF信号出力端子26の経路に沿う方向の基板長さが短くなり、MMICチップ76のGaAs基板12の面積を小型化することができる。
【0056】
図15において、84はモジュールである。モジュール84ではRF信号入力端子16のRF信号入力パッド18及びRF信号出力端子22、24、26のRF信号出力パッド28a、28b,28cはすべてGaAs基板12の周縁に近接して配設されているので、RF信号入力パッド18、RF信号出力パッド28a、28b,28cそれぞれとマイクロストリップ線路46とを接続するボンディングワイヤ48が短くなるとともに長さを揃えることができる。従って高周波特性が向上し、モジュールの高周波特性のばらつきも少なくすることができる。
【0057】
実施の形態5.
図16は実施の形態5に係るスイッチMMICのウエハの部分平面図である。また図17は実施の形態5に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
図16において、88はスイッチMMIC、90はスイッチMMIC88を配置したウエハである。図17において92はスイッチMMIC88を実装したモジュールである。
【0058】
スイッチMMIC88は、実施の形態4のスイッチMMIC76と同様に、RF信号出力端子24とRF信号出力端子26の一方の接地パッド20をGaAs基板12の周縁より外側に配置し、チップ分離した後はRF信号出力端子24とRF信号出力端子26はRF信号出力パッド28b,28cがGaAs基板12の周縁に近接し、一つ残った接地パッド20がRF信号出力パッド28b,28cよりも基板内部側に、配設される点では、同じである。
【0059】
しかしRF信号出力端子24とRF信号出力端子26の配置の自由度を高め、ウエハ上で接地パッドの干渉を無くすために、RF信号出力端子24のRF信号出力パッド28bと接地パッド20との並びの並び方向のパッド中軸線とRF信号出力端子26のRF信号出力パッド28cと接地パッド20との並びの並び方向のパッド中軸線との間隔をパッドの幅以上にずらしたものである。すなわち、図16ではRF信号出力端子24のパッド中軸線とRF信号出力端子26のパッド中軸線とをSだけずらしている。
【0060】
この様にウエハ上でのパッド配置の相互干渉を排除することにより、信号端子の位置の設定の自由度を高くすることができる。またダイシングラインの幅を自由に設定することができる。
【0061】
実施の形態6.
図18は実施の形態6に係るスイッチMMICチップの平面図である。図19は実施の形態6に係るスイッチMMICの通過特性の指標となるSパラメータの測定状態を示す模式図である。図20は実施の形態6に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
【0062】
図18において、96はスイッチMMIC、98は第2の信号パッドとしての接続パッド、100は配線層である。
このスイッチMMIC96は実施の形態1のスイッチMMIC10に加えて、スイッチMMIC10のRF信号出力端子24のRF信号出力パッド28bとRF信号出力端子26のRF信号出力パッド28cに配線層100を介してGaAs基板12の周縁に近接する位置に接続パッド98を配設したものである。
【0063】
図19は、b−pathの通過特性を示す指標であるSパラメータを測定している状態であるが、プローブヘッド32は実施の形態1のスイッチMMIC10と同様にRF信号入力端子16とRF信号出力端子24のRF信号出力パッド28bと接地パッド20にプローブを接触させて測定を行う。
【0064】
図20において104はスイッチMMIC96を実装したモジュールである。モジュール104では、ボンディングワイヤ48はRF信号出力パッド28b、28cではなく、RF信号出力パッド28b、28cに接続された接続パッド98とマイクロストリップ線路46とを接続している。接続パッド98はRF信号出力パッド28b、28cよりGaAs基板12の周縁に近接して配置されているので、ボンディングワイヤ48は短く設定でき、高周波特性が向上する。さらに全てのボンディングワイヤ48の長さを同程度にすることができ、インダクタンスを揃えることができる。従ってモジュールの高周波特性のばらつきを少なくすることができる。
【0065】
なお、Sパラメータの測定に使用したRF信号出力パッド28b、28cとマイクロストリップ線路46との間を接続する接続パッド98とが異なるので、オンウエハ測定の際には測定端面の後方にオープンスタブを有する状態となるため実装時の特性と際が生じるが、この分については、シミュレーションによって補正することができる。
【0066】
実施の形態7.
図21は実施の形態7に係るスイッチMMICチップの平面図である。図22は実施の形態7に係るスイッチMMICチップを実装した高周波回路装置、例えばモジュール、の内部の一部を示す部分平面図である。
図21において、108はスイッチMMICである。実施の形態1から6はSP3TのスイッチMMICであったが、スイッチMMIC108はSPDT(Single Pole Double Throw)構成である。従って実施の形態1のスイッチMMIC10において、ストレート・パスを構成するRF信号出力端子22を省いたものである。
【0067】
そして、RF信号出力端子24,26のそれぞれのRF信号出力パッド28b、28cとそれに隣接する接地パッド20の配列の方向が、RF信号入力端子におけるRF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向に並行している。
スイッチMMIC108では、RF信号出力端子22が無いので、RF信号出力端子24,26のそれぞれのRF信号出力パッド28b、28cとそれに隣接する接地パッド20の配列の方向に並行に、GaAs基板12の周縁を一直線に形成することができる。このためRF信号出力パッド28b、28cとそれに隣接する接地パッド20を、GaAs基板12の周縁に沿わせてこれに隣接させることができる。
【0068】
従ってベンド・パスである、b−path、c−pathにおいてもSパラメータの測定が容易に行うことができ、実施の形態1と同様の効果を有する。
図22において、110はMMIC108を実装したモジュールである。
モジュール110では、RF信号出力パッド28b、28cとそれに隣接する接地パッド20を、GaAs基板12の周縁に沿わせてこれに隣接しているので、RF信号出力パッド28b、28cとマイクロストリップ線路46とを接続するボンディングワイヤ48を短くすることができ、RF信号入力パッド18とマイクロストリップ線路46とを接続するボンディングワイヤ48も併せて、全てのボンディングワイヤ48の長さを揃えることができる。
【0069】
従ってモジュール110は高周波特性を向上させることができ、モジュールの高周波特性のばらつきも少なくすることができる。
【0070】
実施の形態8.
図23は実施の形態8に係るスイッチMMICチップの平面図である。
図23において、114はスイッチMMICである。スイッチMMIC114はSP5T(Single Pole 5 Throw)構成である。116は第2の回路要素としてのスイッチング素子である。118は第4の接続ポートとしてのRF信号出力端子、120は第4の信号パッドとしてのRF信号出力パッドである。
【0071】
スイッチMMIC114は実施の形態7のスイッチMMIC108に加え、スイッチング素子14に直接に接続したスイッチング素子116を接続し、このスイッチング素子116に、RF信号入力端子16とストレート・パスを構成するRF信号出力端子22を接続するとともに、RF信号入力端子16とベンド・パスを構成するRF信号出力端子118を二つ接続したものである。
【0072】
そして、RF信号出力端子118は、RF信号出力端子22,24,26と同様に、RF信号出力パッド120を中央に挟んで、その両側に接地パッド20が配設されている。従って、RF信号入力端子118もG-S-Gパッド構成をなしている。さらにRF信号出力端子22,24,26と同様に、RF信号入力端子118のRF信号出力パッド120とそれに隣接する接地パッド20の配列の方向が、RF信号入力端子16におけるRF信号入力パッド18と接地パッド20との配列の方向に並行している。
【0073】
このため、ベンド・パス測定となるRF信号入力端子16−RF信号入力端子118間のSパラメータの測定においては、RF信号出力端子118側のプローブヘッドの向きを変更する必要はなく、単に位置の調整を行なうのみでSパラメータの測定を行なうことができる。
【0074】
従って実施の形態1におけるスイッチMMIC10と同様の効果を奏する。
さらに、図23のスイッチング素子14とスイッチング素子116の間に、スイッチング素子14とRF信号入力端子24及びRF信号入力端子26とを接続した回路を付加してゆけばSPnT(Single Pole n Throw)構成のスイッチMMICを構成でき、このスイッチMMICもプローブヘッドの向きを変更する必要はなく、単に位置の調整を行なうのみでSパラメータの測定を行なうことができる。
【0075】
つまり測定が容易に行うことができ、作業に要する時間も短縮され、結果的に安価なMMICを得ることができる。
図24は実施の形態8に係るスイッチMMICチップの変形例の平面図である。このスイッチMMIC122は、スイッチング素子14の出力端子を多くすることにより達成できるSP5T(Single Pole 5 Throw)構成のスイッチMMICで、スイッチMMIC114と同様の効果を有する。
【0076】
以上の実施の形態においては、回路要素としてスイッチング素子を用いて説明したが、ミキサ、分配器など他の機能回路要素を用いてもよい。
またスイッチング素子で説明したので、信号入力端子は一つとし、他は信号出力端子としたが、これに限定されるものではない。従って回路要素によって信号入力端子や信号出力端子が任意に設定される。
また、フリップチップ実装は実施の形態1において説明したが、他の実施の形態に示したMMICチップも実施の形態1と同様にフリップチップ実装ができることは云うまでもない。
【0077】
【発明の効果】
この発明に係る高周波用集積回路及び高周波回路装置は以上に説明したような構成を備えているので、以下のような効果を有する。
この発明に係る高周波用集積回路においては、半導体基板と、この半導体基板に配設され、複数の信号端子を有する第1の回路要素と、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第1の信号パッドとこの第1の信号パッドに隣接した接地用パッドとを有する第1の接続ポートと、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第2の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第2の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第2の接続ポートと、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第3の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第3の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第3の接続ポートと、を備えたもので、高周波特性評価を容易に、精度高く、短時間で、実施することができる。延いては高周波特性に優れ、安価な3端子以上の高周波用集積回路を構成することができる。
【0078】
さらに、半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して第4の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートをさらに備えるとともに第1の接続ポートと第4の接続ポートとが第1の回路要素を介して互いに対向して配設されたもので、高周波特性評価を容易に、精度高く、短時間で、行うことができる。延いては高周波特性に優れ、安価な、ストレート・パスを含む4端子以上の高周波用集積回路を構成することができる。
【0079】
またさらに、第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した信号パッドとこの信号パッドより基板内側に配設された接地用パッドとを備えたもので、半導体基板の面積を小さくでき、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。延いては小型で、高周波特性に優れ、安価な高周波用集積回路を構成することができる。
【0080】
さらに、第2及び第3の接続ポートそれぞれの信号パッドと接地用パッドとの並び方向のパッド中軸線が少なくともパッド幅を越える間隔を有したもので、ウエハ上の配置でパッド相互の干渉が無いので、半導体基板をよりコンパクトにすることが出来る。延いては小型で安価な高周波用集積回路を構成することができる。
【0081】
またさらに、第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した接地用パッドとこの接地用パッドより基板内側に配設された信号パッドを備えるとともにこの信号パッドと接続され、この信号パッドより半導体基板の周縁に近接した位置に配設された第2の信号パッドを備えたもので、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。延いては高周波特性に優れ、安価な高周波用集積回路を構成することができる。
【0082】
またさらに、接続ポートそれぞれが、半導体基板の周縁に近接した信号パッドと半導体基板の周縁に沿ってこの信号パッドに隣接した接地用パッドとを備えたもので、信号線の接続に際してはボンディングワイヤを短くできる。延いては高周波特性に優れ、安価な高周波用集積回路を構成することができる。
【0083】
またさらに、複数の信号端子を有する第2の回路要素が半導体基板にさらに配設され、第1の回路要素と直接に接続されるとともに、第2の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第4の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートが半導体基板にさらに配設されたもので、第2の回路要素を増やすことにより、高周波用集積回路の端子数を必要に応じて増加することができる。延いては安価で所望の端子数を有する高周波用集積回路を構成でき、多様な回路要素を配設することにより、多様な機能を有する高周波用集積回路を構成することができる。
【0084】
またさらに、第1の回路素子をスイッチング素子、第1の接続ポートを信号入力ポートとし、残りの接続ポートを信号出力ポートとしたもので、高周波特性評価を容易に、精度高く、短時間で、実施することが出来る。延いては高周波特性に優れ、安価な、スイッチング機能を有する高周波用集積回路を構成することができる。
【0085】
また、この発明に係る高周波回路装置においては、導電性の組付け基板と、この組付け基板上に配設され表面に信号線路が配設された誘電体基板と、組付け基板上に配設された請求項1ないし8のいずれか1項に記載の高周波用集積回路と、この高周波集積回路の接続ポートの信号パッドと誘電体基板の信号線路とを接続する接続導体と、を備えたもので、電気特性のばらつきを少なく、歩留まりを高くすることが出来る。延いては安価で信頼性の高い高周波回路装置を構成することができる。
【0086】
さらに、高周波用集積回路の半導体基板裏面を導電性の接着材で組付け基板と接着するとともに接続導体をボンディングワイヤとしたので簡単な構成で高周波回路装置を構成することができる。延いては安価な高周波回路装置を構成することができる。
【0087】
またさらに、高周波用集積回路の接続ポートを組付け基板に対向させ、高周波用集積回路が誘電体基板を介して組付け基板上に配設された、高周波特性のばらつきが少ない高周波回路装置を構成することができる。高周波特性に優れ安価な高周波回路装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図2】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図3】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図4】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図5】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図6】 この発明の一実施の形態に係るモジュールに使用するフリップチップ実装基板の部分平面図である。
【図7】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップをフリップチップ実装したモジュールの一部透視部分平面図である。
【図8】 図7のモジュールのVIII−VIII断面における断面図である。
【図9】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図10】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図11】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図12】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図13】 この発明の一実施の形態に係るMMICチップのウエハにおける配列を示す模式図である。
【図14】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICのウエハの部分平面図である。
【図15】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図16】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICのウエハの部分平面図である。
【図17】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図18】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図19】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図20】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図21】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図22】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップを実装したモジュールの一部を示す部分平面図である。
【図23】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図24】 この発明の一実施の形態に係るスイッチMMICチップの平面図である。
【図25】 従来のSP3TスイッチMMICチップの平面図である。
【図26】 従来のSP3TスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図27】 従来のSP3TスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【図28】 従来のSP3TスイッチMMICの通過特性の測定状態を示す模式図である。
【符号の説明】
12 GaAs基板、 14 スイッチングMMIC、 18 RF信号入力パッド、 20 接地パッド、 16 RF信号入力端子、 28a,28b,28c RF信号出力パッド、 22,24、26 RF信号出力端子、 98 接続パッド、 116 スイッチングMMIC、 118RF信号出力パッド、 120 RF信号出力端子、 40 金属ベース、 44 配線層、 42 MIC基板、 48 ボンディングワイヤ。
Claims (11)
- 半導体基板と、
この半導体基板に配設され、複数の信号端子を有する第1の回路要素と、
上記半導体基板上に配設され、上記第1の回路要素に接続された第1の信号パッドとこの第1の信号パッドに隣接した接地用パッドとを有する第1の接続ポートと、
上記半導体基板上に配設され、上記第1の回路要素に接続された第2の信号パッドおよび上記第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第2の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第2の接続ポートと、
上記半導体基板上に配設され、上記第1の回路要素に接続された第3の信号パッドおよび上記第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第3の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第3の接続ポートと、
を備えた高周波用集積回路。 - 半導体基板上に配設され、第1の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第4の出力信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートをさらに備えるとともに第1の接続ポートと第4の接続ポートとが第1の回路要素を介して互いに対向して配設されたことを特徴とする請求項1記載の高周波用集積回路。
- 第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した信号パッドとこの信号パッドより基板内側に配設された接地用パッドとを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波用集積回路。
- 第2及び第3の接続ポートそれぞれの信号パッドと接地用パッドとの並び方向のパッド中軸線が少なくともパッド幅を越える間隔を有したことを特徴とする請求項3記載の高周波用集積回路。
- 第2及び第3の接続ポートの少なくとも一方が、半導体基板の周縁に近接した接地用パッドとこの接地用パッドより基板内側に配設された信号パッドを備えるとともにこの信号パッドと接続され、この信号パッドより半導体基板の周縁に近接した位置に配設された第2の信号パッドを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波用集積回路。
- 接続ポートそれぞれが、半導体基板の周縁に近接した信号パッドと半導体基板の周縁に沿ってこの信号パッドに隣接した接地用パッドとを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の高周波用集積回路。
- 複数の信号端子を有する第2の回路要素が半導体基板にさらに配設され、第1の回路要素と直接に接続されるとともに、上記第2の回路要素に接続された第4の信号パッドおよび上記第1の接続ポートの第1の信号パッドと接地用パッドとの並び方向に並行して上記第4の信号パッドに隣接した接地パッドを有する第4の接続ポートが上記半導体基板にさらに配設されたことを特徴とする請求項1記載の高周波用集積回路。
- 第1の回路素子をスイッチング素子、第1の接続ポートを信号入力ポートとし、残りの接続ポートを信号出力ポートとしたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の高周波用集積回路。
- 導電性の組付け基板と、
この組付け基板上に配設され表面に信号線路が配設された誘電体基板と、
上記組付け基板上に配設された請求項1ないし8のいずれか1項に記載の高周波用集積回路と、
この高周波用集積回路の接続ポートの信号パッドと上記誘電体基板の信号線路とを接続する接続導体と、
を備えた高周波回路装置。 - 高周波用集積回路の半導体基板裏面を導電性の接着材で組付け基板と接着するとともに接続導体をボンディングワイヤとしたことを特徴とする請求項9記載の高周波回路装置。
- 高周波用集積回路の接続ポートを組付け基板に対向させ、高周波用集積回路が誘電体基板を介して組付け基板上に配設されたことを特徴とする請求項9記載の高周波回路装置。
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