JP4814911B2 - 高周波遷移線の垂直遷移構造 - Google Patents
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Description
本発明は、垂直遷移構造に関するものであって、特に、高周波遷移線の垂直遷移構造に関するものである。
近年、無線通信製品は、軽薄短小、功能増強の趨勢にあり、製品の功能の増強はつまり、回路設計が複雑、且つ、包含する素子が多くなることを意味するが、製品の体積は小さいことが要求される。よって、平面のPCB回路設計では、体積を小さくする原則に符合できず、よって、垂直整合の低温焼成積層セラミック（LTCC）の工程、或いは、多層プリント回路板（multi-layer PCB)を採用して、回路設計の要求を満たしている。しかし、垂直遷移を有する多層板、或いは、LTCC中、垂直遷移のビアで、寄生キャパシタンス、或いは、寄生インダクタンスの効果を生成する。
現在の垂直遷移は、マイクロスストリップライン（ML）とストリップライン（SL）、マイクロスストリップライン間、共平面波導(CPW)とCPW-、或いは、CPWとマイクロスストリップライン間の遷移がある。例えば、第一種は、上下が対称のCPW−CPWで、上下垂直遷移のビアは、低周波数時、大きな反射損失がないが、周波数の増加に伴い、ビアの寄生効果は、反射パラメータの特性を悪くする。一般に、いわゆるローカルマッチ（local matching）の補償技術により、寄生キャパシタンスを低下させ、一部のインダクタンス効果に転換し、インピーダンス整合の効果を達成し、反射損失を改善する。第二種は、スロット（slot）、或いは、キャビティ（cavity）カップリングのマイクロスストリップライン遷移で、直接、ビアにより外して、寄生効果の発生を回避する。接地層のスロット中、スロットはインダクタンス効果を生成して、インピーダンス整合する。キャビティカップリング方式はスロットの改良で、両接地（ground）層中間に挟まれる媒質を、接地層と相同の金属材質に変え、但し、スリットは保留し、これにより、導波（wave guide）を形成する方式で、カップリングする。第三種は、マイクロスストリップラインとストリップ（SL）間の遷移で、高インピーダンス補償技術により、帯域幅の特性を改善し、追加のインダクタンス性の高インピーダンスにより、遷移時に生成するキャパシタンス効果を補償する。異なる幅は異なるインピーダンス値を生成し、幅が小さいと、インピーダンスは大きくなり、インダクタンス性になる。
図１は、公知の高周波フリップチップパッケージの三接地凸ブロックの透視図である。基板１０上に、共平面導波路（CoPlanar Waveguide）１２、三個の凸ブロック１４により、共平面導波路１２に接続されるマイクロウェーブチップパッケージ体１８の回路層１６、からなる。異なる遷移方式により、異なるパッケージ形式上に応用でき、基本的に、操作周波数の増加に伴い、ワイヤーボンディング形式のパッケージが生じる寄生効果も増加する。よって、フリップチップ形式のパッケージが、高周波製品中に応用される。しかし、フリップチップ方式のパッケージのアンダーフィル材料の充填は、伝導線のミリメートルバンド下の損耗が増加する。よって、ブロードバンド特性を有し、低損耗の伝導線の設計にするため、伝導線と遷移方式の設計上で、改善が必要である。
上述の問題を解決するため、本発明は、遷移構造を提供し、同軸構造により、コネクタの間の垂直遷移を保護し、アンダーフィル充填後の功能劣化を防止することを目的とする。
本発明は、遷移構造を提供し、同軸遷移構造により、マイクロウェーブチップとパッケージ基板の伝送効率を向上し、信号線間のクロストーク（crosstalk）を防止して、低入射損耗、及び、低反射損耗を達成することをもう一つの目的とする。
本発明は、遷移構造を提供し、同軸遷移構造により、更に多くの電流経路（return current path）を提供することを最後の目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の実施例は、高周波のフリップチップパッケージ構造を提供し、第一接地部分と絶縁し、且つ、間隔的に設置される第一信号線を有する基板と、第二接地部分と絶縁し、且つ、間隔的に設置される第二信号線を有するフリップチップと、からなる。第一導電連接構造は、基板とフリップチップの間に設置され、第一導電連接構造は、第一接地部分と第二接地部分に接触すると共に、第一接地部分と第二接地部分は電気的に接続する。第二導電連接構造は、基板とフリップチップ間に設置され、第二導電連接構造は、第一信号線と第二信号線に接触し、且つ、第一導電連接構造は、第二導電連接構造を囲繞すると共に、第二導電連接構造を軸心とする。
本発明は、高周波伝送線の遷移構造を提供し、絶縁表面の基材を有し、上に、高周波の伝送線パターンがある。高周波伝送線パターンは、棒状部分と末端を有する信号線と、信号線と絶縁し、間隔的に設置され、棒状部分を包囲すると共に、末端の周囲に、拡大部分を形成する接地部分と、高周波伝送線パターン上に位置し、末端、及び、接地部分の拡大部分を露出する誘電層と、誘電層上に位置し、露出した拡大部分に接触する第一導電連接構造と、誘電層上に位置し、露出した末端に接触する第二導電連接構造と、からなり、第一導電連接構造は、第二導電連接構造を囲繞すると共に、第二導電連接構造を軸心とする。
本発明の遷移構造は、同軸構造により、コネクタの間の垂直遷移を保護し、アンダーフィル充填後の功能劣化を防止する。更に、同軸遷移構造により、マイクロウェーブチップとパッケージ基板の伝送効率を向上し、信号線間のクロストークを防止して、低入射損耗、及び、低反射損耗を達成する。また、更に多くの電流経路を提供する。
図２Ａ〜図２Ｅは、本発明の実施例による、高周波フリップチップパッケージの基板を示す図である。図２Ａで示されるように、まず、絶縁表面を有する基材１１上に、導電層を形成し、適当な方法により、導電層上に、高周波伝導線パターンを製作する。高周波伝送線パターンは、信号線１５、及び、接地部分１３を有し、互いに絶縁する。一実施例中、絶縁表面を有する基材１１は、単層板、或いは、多層板で、材料は、ガラス、シリコン基材、その他のセラミック材料、或いは、高分子材料である。導電層は、一般に、アルミ箔層と基板１１を圧合するか、或いは、銅箔層に銅鍍金層を加えるか、或いは、基板１１に銅層を鍍金する。基板１１上に、フォトリソグラフィと電気鍍金の方式で、金層を形成して導電層とすることもでき、本発明は、上述に制限されない。
次に、信号線１５は、棒状部分を有し、基板１１の一側から基板１１の中間に向かって延伸して、末端１５１を形成する。接地部分１３は、基板１１の一側から始まり、信号線１５の棒状部分を包囲すると共に、末端１５１の周囲は、拡大部分１３１を形成する。接地部分１３と信号線１５の棒状部分間の距離は、接地部分１３の拡大部分１３１と信号線１５の末端１５１より小さい。この実施例中、拡大部分１３１は円弧状であるが、本発明は上述に制限されず、拡大部分１３１は、その他の幾何学形状、例えば、方形、或いは、菱形でもよい。
図２Ｂで示されるように、高周波伝送線パターン、及び、一部の基材１１上に誘電層１７を形成する。適当な方式、例えば、エッチングにより、一部の誘電層１７を除去すると共に、末端１５１、及び、拡大部分１３１を露出する。一実施例中、誘電層１７は、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene) 、或いは、感光型ベンゾシクロブテン(photo-Benzocyclobutene)層、その他の高周波パフォーマンスに優れた誘電材料、例えば、ポリイミド(polyimide)、窒化物(Nitride)、酸化物(Oxide)、或いは、セラミック(Ceramic)である。
図２Ｃで示されるように、適当な方式、例えば、スピンオン、或いは、乾燥塗膜の方式で、誘電層１７と基板１１上に、フォトレジスト層１９を形成する。フォトレジスト層１９は、露光、現像、及び、エッチング後に、第一パターン１９１と第二パターン１９３を形成する。第一パターン１９１は末端１５１を露出し、第二パターン１９３は、拡大部分１３１、及び、一部の誘電層１７を露出し、露出した拡大部分１３１と誘電層１７は、末端１５１と同軸心の円環状である。本発明の拡大部分１３１と末端１５１の組み合わせ形状は、円環状であるが、そのたの同軸心の幾何学形状でもよい。
その後、第一パターン１９１と第二パターン１９３で、導電層を、電気鍍金、或いは、蒸着し、例えば、まず、チタン層を鍍金して、その後、金層を鍍金、硬化（curing）し、その後、フォトレジスト層１９を除去して、図２Ｄで示されるように、第一導電連接構造（conductive connector）２０１と第二導電連接構造２０３を形成する。第一導電連接構造２０１は接地部分と電気的に接続し、信号線と絶縁する。第二導電連接構造２０３は、信号線の末端に電気的に接続し、接地部分と絶縁する。図２Ｅを参照すると、高周波フリップチップパッケージの基材構造は、第二導電連接構造２０３を軸心とし、第一導電連接構造２０１を環繞し、両導電連接構造は、基材のほぼ中間の領域に位置する。この他、基材辺縁の信号線と接地部分は露出されて、後続の連接に提供する。
図３Ａは、本発明の高周波フリップチップパッケージのチップパッケージを示す図である。図３Ａを参照すると、チップ２９のアクティブ面（図示しない）は下向けで、パッケージチップ２３の回路面上に誘電層２７を被覆する。回路面は、図２Ａと相似する高周波伝送線パターンを有し、信号線２３１、及び、その周囲の接地部分２３を含む。図２Ｂ〜図２Ｅと相同の工程で、第三導電連接構造２５１ａと２５１ｂ、及び、第四導電連接構造２５３ａと２５３ｂを形成する。第三導電連接構造２５１ａと２５１ｂは、それぞれ、対応し、第四導電連接構造２５３ａと２５３ｂを囲繞する。第三導電連接構造２５１ａと２５１ｂは、接地部分２３に接触して、電気的に接続する。第四導電連接構造２５３ａと２５３ｂの一端は、信号線２３１に接触して、電気的に接続する。
図３Ｂは、本発明の実施例による遷移構造の拡大図である。図３Ｂは、誘電層を省略している。基材上の信号線１５と周囲の接地部分１３は絶縁し、且つ、間隔的に設置される。同様に、チップ上の接地部分２３と信号線２３１は絶縁し、且つ、間隔的に設置される。基材上の信号線１５は、第二導電連接構造（図２Ｄの２０３）の接触、及び、第四導電連接構造２５３ａ、２５３ｂの遷移により、チップの信号線２３１を連接して、本発明の遷移構造を形成する。上述によると、本発明の遷移方式は、高周波フリップチップパッケージ上に応用し、それは、同軸式の遷移構造で、コネクタ間の垂直遷移を保護し、アンダーフィル充填後に生じる功能劣化を防止する。本発明の遷移構造は、効果的に、マイクロウェーブチップとパッケージ基板の伝送効率を向上させ、低入射損耗（０．６ｄＢ）、及び、低反射損耗（２０ｄＢ）の目的を達成する。
図４は、本発明の実施例による基板とパッケージ接合後の状態を示す図である。基板の基材１１は、絶縁し、且つ、間隔的に設置される第一信号線１５と第一接地部分１３を有する。誘電層１７は、一部の第一接地部分１３と一部の信号線１５を被覆する。フリップチップ２９は、第二信号線２３１と第二接地部分２３を絶縁し、且つ、間隔的に設置される。環状の導電連接構造は、基板とフリップチップの間に設置され、第一接地部分１３と第二接地部分２３に接触すると共に、第一接地部分１３と第二接地部分２３は電気的に接続する。円柱状の第二導電連接構造は、基板とフリップチップ間に設置されると共に、第一信号線１５と第二信号線２３１に接触し、且つ、環状の第一導電連接構造は、円柱状の第二導電連接構造を囲繞すると共に、円柱状の第二導電連接構造を軸心とする。上述によると、本発明の垂直遷移構造は、マイクロスストリップライン（ML）とストリップライン（SL）、マイクロスストリップライン間、共平面波導(CPW)とCPW、或いは、CPWとマイクロスストリップライン間の遷移に応用できる。また、本発明の垂直遷移構造は、フリップチップパッケージの形式中への応用に制限されず、その他のパッケージ形式、例えば、低温焼成積層セラミックパッケージ(Low Temperature Co-fired Ceramics package, LTCC)、高温焼成積層セラミック パッケージ(High Temperature Co-fired Ceramics package, HTCC)、有機積層マルチチップモジュール(Organic Laminate Multichip Modules, MCM-L)、或いは、蒸着式薄膜モジュール(Deposited Thin Film MCM, MCM-D)がある。
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１０ 基板
１２ 共平面導波路
１４ 凸ブロック
１６ 回路層
１８ マイクロウェーブチップパッケージ体
１１ 基材
１３、２３ 接地部分
１５、２３１ 信号線
１３１ 拡大部分
１５１ 末端
１７、２７ 誘電層
１９ フォトレジスト層
１９１、１９３ パターン
２０１、２０３、２５１ａ、２５１ｂ、２５３ａ、２５３ｂ 導電連接構造
２９ チップ
１２ 共平面導波路
１４ 凸ブロック
１６ 回路層
１８ マイクロウェーブチップパッケージ体
１１ 基材
１３、２３ 接地部分
１５、２３１ 信号線
１３１ 拡大部分
１５１ 末端
１７、２７ 誘電層
１９ フォトレジスト層
１９１、１９３ パターン
２０１、２０３、２５１ａ、２５１ｂ、２５３ａ、２５３ｂ 導電連接構造
２９ チップ
Claims (19)
- 高周波遷移線の遷移構造であって、
絶縁表面を有する基材と、
前記絶縁表面上にあり、棒状部分及び末端を有する信号線と、前記信号線と同一平面上に設置され、前記信号線と離間し、かつ絶縁し、前記棒状部分を包囲すると共に、前記末端の周囲に拡大部分を形成する接地部分と、を有する高周波伝送線パターンと、
前記高周波伝送線パターン上に前記高周波伝送線パターンを覆うように位置し、前記末端、及び、前記接地部分の拡大部分を露出する誘電層と、
前記誘電層に位置すると共に、前記露出した拡大部分を完全に覆う第一導電連接構造と、
前記誘電層上に位置すると共に、前記露出した末端を完全に覆う第二導電連接構造と、
を備え、
前記第一導電連接構造は、軸心となる前記第二導電連接構造とともに同軸遷移構造を形成する遷移構造。 - 前記拡大部分と前記末端との間隔は、前記接地部分と前記棒状部分との間隔より大きいことを特徴とする請求項１に記載の遷移構造。
- 前記基材の材料は、ガラス、シリコン基材、セラミック、或いは、高分子であることを特徴とする請求項１に記載の遷移構造。
- 前記高周波伝送線パターンの材料は、銅層、或いは、金層であることを特徴とする請求項１に記載の遷移構造。
- 前記第一導電連接構造と前記第二導電連接構造の材料は、チタン層、及び、金層であることを特徴とする請求項１に記載の遷移構造。
- 前記第二導電連接構造は、円柱形状を有し、且つ、前記第一導電連接構造は、環状形状を有して、前記第二導電連接構造を囲繞することを特徴とする請求項１に記載の遷移構造。
- チップの遷移構造であって、
絶縁表面を提供するチップと、
前記絶縁表面上に位置し、棒状部分と二つの末端を有する信号線と、
前記信号線と同一平面上に配置され、前記信号線と離間し、かつ電気的に絶縁し、前記棒状部分を包囲すると共に、前記二つの末端のそれぞれの周囲に、拡大部分を形成する接地部分と、
前記信号線及び前記接地部分上に前記信号線及び前記接地部分を覆うように位置し、前記二つの末端、及び、一部の前記拡大部分を露出する誘電層と、
前記誘電層上に位置すると共に、それぞれ、二つの露出した前記拡大部分に対応し、前記二つの露出した拡大部分を完全に覆う二つの第一導電連接部分と、
前記誘電層上に位置すると共に、露出した前記二つの末端のそれぞれを完全に覆う二つの第二導電連接部分と
を備え、
前記二つの第一導電連接部分は、軸心となる前記二つの第二導電連接部分の一つとともにそれぞれ同軸遷移構造を形成する遷移構造。 - 前記信号線と前記接地部分の材料は、銅層、或いは、金層であることを特徴とする請求項７に記載の遷移構造。
- 前記第一導電連接構造と前記第二導電連接構造の材料は、チタン層、及び、金層であることを特徴とする請求項７に記載の遷移構造。
- 前記第二導電連接構造は、円柱形状を有し、且つ、前記第一導電連接構造は、環状形状を有し、前記第二導電連接構造を囲繞することを特徴とする請求項７に記載の遷移構造。
- 高周波フリップチップパッケージ構造であって、
同一平面上に離間して設置され、電気的に絶縁している第一信号線及び第一接地部分であって、少なくとも一つの第一棒状部分と少なくとも一つの第一末端とを有する前記第一信号線、及び前記第一棒状部分を包囲すると共に前記第一末端の周囲に形成された少なくとも第一拡大部分を有する前記第一接地部分を有する基板と、
同一平面上に離間して設置され、電気的に絶縁している第二信号線及び第二接地部分であって、一つの第二棒状部分と二つの第二末端を有する前記第二信号線、及び前記第二棒状部分を包囲すると共に前記二つの第二末端の周囲にそれぞれ形成された二つの第二拡大部分を有する前記第二接地部分を有するフリップチップと、
前記第一末端が前記二つの第二末端のうちの一つと重なり合うように配置された前記基板と前記フリップチップとの間に形成され、少なくとも前記第一末端、前記第一拡大部分、前記第一末端と重なり合う前記第二末端、及び前記第一末端と重なり合う前記第二末端の周囲の前記第二拡大部分を露出しつつ、前記第一信号線、前記第一接地部分、前記第二信号線、及び前記第二接地部分を覆う誘電層と、
前記基板と前記フリップチップ間に設置され、前記第一接地部分の露出した前記第一拡大部分と前記第二接地部分の露出した前記第二拡大部分とをそれぞれ完全に覆う第一導電連接構造と、
前記基板と前記フリップチップ間に設置され、前記第一信号線の露出した前記第一末端と前記第二信号線の露出した前記第二末端とを完全に覆う第二導電連接構造と
を備え、
前記第一導電連接構造は、軸心となる前記第二導電連接構造とともに同軸遷移構造を形成する高周波フリップチップパッケージ構造。 - 前記第一信号線は、二つの第一棒状部分及び二つの第一末端を有し、
前記第一接地部分は前記二つの第一棒状部分をそれぞれ包囲すると共に、前記二つの第一末端のそれぞれの周囲に形成された二つの第一拡大部分を有し、
前記基板及び前記フリップチップは、前記二つの第一末端が前記二つの第二末端のそれぞれと重なり合うように配置され、
前記誘電層は、前記二つの第一末端、前記二つの第一拡大部分、前記二つの第二末端、及び前記二つの第二拡大部分を露出し、
対応する前記第一接地部分の露出された前記第一拡大部分及び前記第二接地部分の露出した前記第二拡大部分のそれぞれを完全に覆う二つの前記第一導電連接構造が前記基板と前記フリップチップとの間に配置され、
前記第一信号線の露出した前記二つの第一末端のうちの一つ及び前記第二信号線の露出した前記二つの第二末端のうちの一つをそれぞれ覆う二つの前記第二導電連接構造が前記基板と前記フリップチップとの間に配置され、
前記二つの第一導電連接構造のそれぞれは、軸心となる前記二つの前記第二導電連接構造のそれぞれとともに同軸遷移構造を形成する
請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。 - 前記第二導電連接構造は、円柱形状を有し、且つ、前記第一導電連接構造は、環状形状を有し、前記第二導電連接構造を囲繞する請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記誘電層は、ベンゾシクロブテン層、ポリイミド、窒化物、酸化物、或いは、セラミックであることを特徴とする請求項１２、或いは、１３に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記基板は、更に、絶縁表面を有する基材を含み、前記基材の材料は、ガラス、セラミック、或いは、高分子であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記第一導電連接構造の材料は、チタン層と金層であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記第二導電連接構造の材料は、チタン層と金層であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記第一接地部分と前記第一信号線の材料は、銅層、或いは、金層であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
- 前記第二接地部分と前記第二信号線の材料は、銅層、或いは、金層であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波フリップチップパッケージ構造。
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