JPH08264592A - フィルタ及び、又は共振子のための構造体 - Google Patents

フィルタ及び、又は共振子のための構造体

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JPH08264592A
JPH08264592A JP6381296A JP6381296A JPH08264592A JP H08264592 A JPH08264592 A JP H08264592A JP 6381296 A JP6381296 A JP 6381296A JP 6381296 A JP6381296 A JP 6381296A JP H08264592 A JPH08264592 A JP H08264592A
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JP
Japan
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chip
metallization layer
thin film
resonator
ground plane
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JP6381296A
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English (en)
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David John Pedder
ジョン ペダー デイヴィッド
Morgan Jones Stephen
モーガン ジョーンズ ステファン
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Plessey Semiconductors Ltd
Original Assignee
Plessey Semiconductors Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/04Fixed joints
    • H01P1/047Strip line joints
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 MCM回路の製造に適するフィルタ又は共振
子のための構造体を提供すること。 【解決手段】 基板の表面上の導体にフリップチップは
んだによって接合するのに適したフィルタ又は共振子の
ための構造体を提供する。この構造体は、鉛−バリウム
−ネオジム−チタン酸塩又はジルコニウム−チタン−ス
ズ酸塩のような高誘電率セラミック材のチップと、チッ
プの上面に形成された接地平面金属化層と、チップの下
面に形成されたストリップライン又は同一面導波管の金
属化層パターンとから成る。金属化層パターンは、フリ
ップチップはんだボンディングによってマルチチップモ
ジュール又は表面実装基板上の導体に接続されるように
なされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルタ及び、又
は共振子のための構造体に関し、特に、フリップチップ
はんだボンディング(接合又は接続)に適合するように
設計されたフィルタ又は共振子のための構造体(以下、
「フィルタ又は共振子構造体」又は単に「構造体」とも
称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】近代的なマイクロエレクトロニクスシス
テムは、益々高度の集積度を必要とし、費用効率のよい
コンパクトな組立体及び副組立体を形成する素子製造技
術の使用を必要としている。これらの要求は、組立体の
サイズ、重量、電力消費量及び価格等が決定的な重要性
を有するポータブル電子製品の分野において特に強い。
又、最新のマイクロチップモジュール(MCM)及び表
面実装(SMT)回路の製造技術の出現が、所定の回路
機能単位を達成するのに必要とされる回路面積の大幅な
縮小をもたらしている。しかしながら、そのようなポー
タブル電子製品のマイクロ波及び無線回路を製造するの
に現在入手し得るセラミック製のフィルタ及び共振子部
品は、寸法が大きく、カードの全面積のうちの大きな部
分を占め、通常、組立体全体の高さを左右する。これら
のフィルタ及び共振子部品は、現行では、MCM回路の
製造に適合しない。しかも、現行のフィルタ及び共振子
部品は、比較的高価である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、M
CM回路の製造に適合するフィルタ及び、又は共振子の
ための構造体を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、基板の表面上の導体にフリップチップは
んだボンディングによって付設するのに適したフィルタ
又は共振子のための構造体であって、電気絶縁性セラミ
ック材のチップと、該チップの下面に形成されており、
前記フリップチップはんだボンディングのための接合用
パッドを含む薄膜金属化層のパターンと、該チップの上
面に形成された連続した接地平面金属化層とから成る構
造体を提供する。
【0005】好ましい実施の形態では、前記チップの下
側(下面の)薄膜金属化層パターンは、前記接地平面金
属化層に接続され、それによって接地平面金属化層を前
記基板上の少くとも1つの導体に接続する周縁金属化層
を含むものとする。チップのセラミック材は、鉛−バリ
ウム−ネオジム−チタン酸塩又はジルコニウム−チタン
−スズ酸塩とすることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、添付図を参照して、本発
明によるフィルタ及び、又は共振子のための構造体の実
施形態を説明する。図を参照すると、マルチチップモジ
ュール(MCM)回路組立体(以下、単に「MCM組立
体」とも称する)1上にフリップチップはんだボンディ
ングによって結合することができるように構成された本
発明のフィルタ及び、又は共振子のための構造体が示さ
れている。本発明のこの構造体は、高誘電率マイクロ波
セラミック材のチップ3の下面に形成された下側薄膜金
属化層パターン2と、チップ3の上面に形成された連続
した接地平面金属化層4から成る。下側(下面の)薄膜
金属化層パターン2とMCM組立体1上の回路の残部と
の間の電気接続部5は、フリップチップはんだボンディ
ングによってはんだバンプ(瘤状体)の形に形成され
る。従って、電気接続部5は、単に「接続部」又は「フ
リップチップはんだボンド」又は「はんだバンプ」とも
称することとする。下側各金属化層パターン2の周縁金
属化層6は、このフィルタ又は共振子構造体を隔離する
ために、そして、上側(上面の)接地平面金属化層4に
結合するために接地することができる。チップ3の高誘
電率マイクロ波セラミック材として好適なものとして
は、鉛−バリウム−ネオジム−チタン酸塩や、ジルコニ
ウム−チタン−スズ酸塩等がある。
【0007】セラミックチップ3の下面の薄膜金属化層
パターン2は、フィルタ又は共振子構造体自体を構成す
る。好適な共振子素子を形成するためにマイクロストリ
ップライン(線路)又は同一面(コプレーナー)伝送ラ
イン(nλ/4)の複数の短い区間(λ/4)を用いる
ことができる。表面マイクロストリップライン構造体の
場合は、チップ3の上面金属化層4が接地基準平面を形
成するのに対し、同一面(コプレーナー)構造体(同一
面伝送ライン)の場合は、チップ3の下面の隣り合う金
属化層部分(パターン)が接地基準平面を形成する。い
ずれの構造体の場合も、共振子及び下側接地平面への外
部接続は、フリップチップはんだボンド5を介して行わ
れる。このフリップチップはんだボンディング法は、所
要ボンド(接合)面積を小さくすること、ボンド(接
合)に随伴する寄生現象を抑制すること、チップ3の下
面の全面に亙って分布する接続点の位置決定の自由度を
大きくすることなどの利点を有するので、この種の素子
又は部品の製造にとって基本的な技法である。
【0008】フィルタは、やはり、容量性装荷を伴う又
は伴わない、マイクロストリップライン又は同一面伝送
ラインの素子を用いたいろいろなタイプの結合された共
振子構造体を用いて形成することができる。例えば、ラ
インの各区間の長さをそれぞれλ/4及びλ/2とした
2つ以上の結合されたラインのセット(構造体)を用い
ることができる。これらのライン構造体は、又、それら
の全長を短くするために折り重ねることもできる。
【0009】本発明を適用することが可能と考えられる
フィルタ構造体のカテゴリーの一部を列挙すれば以下の
通りである。 伝送ラインタイプ フィルタ構造体 マイクロストリップ 櫛状ライン 交互配置型 容量性の、突き合わせ結合されたλ/2 の共振子 並列結合されたλ/2共振子 ヘアピン型 同一面導波管 容量性の、突き合わせ結合されたλ/2 の共振子 直列/分路λ/2共振子 スロットライン/同一面 突き合わせ結合されたλ/2共振子 混合型導波管
【0010】本発明い使用される金属化層の材料、その
厚さ及びパターン寸法は、所要の共振子又はフィルタ応
答を発揮するように選択される。得られる構造体のQ
は、金属化損失によって大きく影響される。この理由か
ら、誘電損失を低くすることと及びキャパシタンスの温
度係数を低くするという目的と合致する可能な限り高い
誘電率のマイクロ波セラミック材を選択する。そのよう
なセラミック材は、λ/4又はλ/2等価ライン長を最
小限にし、従って、アルミニウムや銅等の低抵抗率の金
属化材は、通常、2〜10μmの厚さで用いられる。低
抵抗率の金属化材とマイクロ波セラミックの表面との間
の接着力を高くするために、必要に応じて、チタン又は
クロム等の反応性金属化材の極薄(10〜100nm)
層を用いることもできる。選択される材料の種類に応じ
て、スパッター法、電着法及び湿式及び乾式エッチング
法等を含む標準的被着及びパターン形成法を用いること
ができる。使用するパターン形成法は、1パターン当り
少くとも1μm単位の精度が得られるように選択する。
【0011】本発明のフィルタ及び共振子構造体におい
ては、使用されるマイクロ波セラミック材の誘電率の微
小変化は、それらの構造体をウエハ上RFプローブテス
ト法に適合するように設計し、構造体の能動的レーザー
トリミング(ラインの長さや面積の調整)により必要な
精密調整を実施することによって補償することができ
る。
【0012】マイクロ波セラミック3の上面に形成され
る連続した接地平面金属化層4のための材料としては、
下側薄膜金属化層パターン2のものと同じ材料を用いる
ことができ、同じ技法によって被着することができる。
製造コストをできるだけ安くするために、これらの構造
体には、セラミック材貫通透孔(through-ceramicvia
s)は形成しないが、必要に応じて、上側接地平面金属
化層4と下側薄膜金属化層パターン2の接地された周縁
金属化層6との間に直接接続を設定するために、チップ
3の側壁に側壁金属化層即ち周縁金属化層リンク7(被
着層又は塗布された金属インク)を設けることができ
る。上側接地平面金属化層4と下側薄膜金属化層パター
ン2の接地された周縁金属化層6との間の固有キャパシ
タンスは、通常、両者間を直接接続する必要なしに、十
分な容量性結合を設定することができる。
【0013】下側薄膜金属化層パターン2の周縁金属化
層6は、フィルタ又は共振子構造体を隔離するために、
そして、上側接地平面金属化層4に結合するために接地
することができる。上側接地平面金属化層4と、接地さ
れた下側周縁金属化層6と、それらの金属化層を含む素
子即ちチップ3が搭載されたMCM基板1の接地平面の
存在が、このフィルタ又は共振子機能を隣接するマイク
ロ波又は無ライン回路から確実に遮蔽し隔離する。
【0014】鉛−バリウム−ネオジム−チタン酸塩材
は、その一定範囲の組成において、60〜88の相対誘
電率を示し、3GHzで1100〜2000の共振子Q
を示し、共振周波数の温度係数はゼロである。一方、ジ
ルコニウム−−チタン−スズ酸塩材は、その一定範囲の
組成において、38の誘電率を示し、3GHzで130
00のQを示し、共振周波数の温度係数はゼロである。
【0015】使用するチップ3の厚さは、組立体の他の
実装素子に使用されるチップより薄くするか、それと同
等の厚さとすることができる。これは、MCM組立体の
場合は、厚さの上限を525μm(即ち、シリコンIC
1個の厚さ)とすることを意味する。鉛−バリウム−ネ
オジム−チタン酸塩材を用いて得られた2.45GHz
のフリップチップ共振子の場合は、共振ラインの長さを
4.7mmとすることを要し、折り重ね構造体とした場
合の素子のサイズはほぼ1×5mm又は2×2.5mm
とする。
【0016】フリップチップはんだボンディング法は、
50〜125μmの所要ボンド面積を提供すること、ボ
ンドに随伴する寄生現象を(1ボンド部当り50pH以
下に)抑制すること、チップ3の下面の全面に亙って分
布する接続点の位置決定の自由度を大きくすることなど
の利点を有するので、この種の素子又は部品の製造にと
って基本的な技法である。所要のはんだボンドを達成す
るのに標準的フリップチップはんだボンディング法を用
いることができる。その場合、MCMに対してははんだ
付け可能なCruu 金属化層と95Pb −5Sn
(重量%)のはんだを使用し、SMTに対しては95P
b −5Sn と同様の、又はそれより融点の低いはんだを
使用する。典型的なボンドの高さは15〜125μmで
ある。
【0017】
【発明の効果】本発明のフィルタ及び共振子のための構
造体は、素子の面積を最小限にしてできるだけ高い誘電
率の材料を使用するので、必然的に低コストとなり、そ
の製造には、下側薄膜金属化層2のパターン形成工程
と、所要のはんだバンプ(瘤状体)5の形成工程の2つ
のリソグラフ印刷法の工程を必要とするだけである。
又、ウエハの形でセラミック材を用いることと、集積回
路式の加工法を用いることとが相俟って、必然的に製造
コストを低減する。
【0018】MCM基板上の接続部は、必要に応じて、
インピーダンスを制御されたトレースとすることができ
る。上述した本発明のフリップチップはんだボンディン
グ適合フィルタ及び共振子構造体には、MCM−D(マ
イクロチップモジュール蒸着)技術の幾何学的寸法・形
状が特に適合すると考えられる。本発明のフリップチッ
プはんだボンディング適合フィルタ及び共振子構造体
は、フリップチップはんだボンディング適合フィルタ及
び共振子が組立体の表面上の適当な金属化層パターンに
直接フリップチップ接合されるボールグリッドアレー組
立体にも用いることができる。更に、本発明のフィルタ
及び共振子構造体は、MCM−L組立体にも用いること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるフィルタ及び、又は共振
子のための構造体の概略断面図である。
【符号の説明】
1:マルチチップモジュール(MCM)基板 2:薄膜金属化層パターン(フィルタ又は共振子構造
体) 3:高誘電率マイクロ波セラミック材のチップ 4:連続した接地平面金属化層 5:電気接続部(フリップチップはんだボンディングリ
ンク又ははんだバンプ) 6:周縁金属化層 7:側壁金属化層又は周縁金属化層リンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステファン モーガン ジョーンズ イギリス エスエヌ5 9ティーエル,ウ ィルトシア ,スウィンドン,アルバ ク ロウス 11

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面上の導体にフリップチップは
    んだボンディングによって付設するのに適したフィルタ
    又は共振子のための構造体であって、 電気絶縁性セラミック材のチップと、該チップの下面に
    形成されており、前記フリップチップはんだボンディン
    グのための接合用パッドを含む薄膜金属化層パターン
    と、該チップの上面に形成された連続した接地平面金属
    化層とから成る構造体。
  2. 【請求項2】 前記チップの下面の前記薄膜金属化層パ
    ターンは、前記接地平面金属化層に接続され、それによ
    って接地平面金属化層を前記基板上の少くとも1つの導
    体に接続する周縁金属化層を含むことを特徴とする請求
    項1に記載の構造体。
  3. 【請求項3】 前記チップの下面の前記周縁金属化層
    は、周縁金属化層リンクを介して前記上面の前記接地平
    面金属化層に接続されていることを特徴とする請求項2
    に記載の構造体。
  4. 【請求項4】 前記周縁金属化層リンクは、塗布された
    金属インクであることを特徴とする請求項3に記載の構
    造体。
  5. 【請求項5】 前記チップの下面の前記薄膜金属化層パ
    ターンは、少くとも1つの伝送ライン素子を構成するも
    のであることを特徴とする請求項1に記載の構造体。
  6. 【請求項6】 前記伝送ライン素子は、マイクロストリ
    ップライン素子であることを特徴とする請求項5に記載
    の構造体。
  7. 【請求項7】 前記伝送ライン素子は、同一面導波管で
    あることを特徴とする請求項5に記載の構造体。
  8. 【請求項8】 前記セラミック材は、鉛−バリウム−ネ
    オジム−チタン酸塩組成物であることを特徴とする請求
    項1に記載の構造体。
  9. 【請求項9】 前記セラミック材は、ジルコニウム−チ
    タン−スズ酸塩組成物であことを特徴とする請求項1に
    記載の構造体。
JP6381296A 1995-02-28 1996-02-26 フィルタ及び、又は共振子のための構造体 Pending JPH08264592A (ja)

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GB9503954.1 1995-02-28
GB9503954A GB9503954D0 (en) 1995-02-28 1995-02-28 Filter and resonator structures

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JP2003086690A (ja) * 2001-09-04 2003-03-20 Megic Corp ポストパッシベーション法を使用した高性能システムオンチップ

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EP0730317A1 (en) 1996-09-04
GB9503954D0 (en) 1995-04-19
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