JPH09246461A - High-frequency semiconductor device and semiconductor module - Google Patents

High-frequency semiconductor device and semiconductor module

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JPH09246461A
JPH09246461A JP8053412A JP5341296A JPH09246461A JP H09246461 A JPH09246461 A JP H09246461A JP 8053412 A JP8053412 A JP 8053412A JP 5341296 A JP5341296 A JP 5341296A JP H09246461 A JPH09246461 A JP H09246461A
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JP
Japan
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semiconductor
circuit
semiconductor device
antenna
module
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Application number
JP8053412A
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Japanese (ja)
Inventor
Jiyunko Onomura
純子 小野村
Yuji Izeki
裕二 井関
Eiji Takagi
映児 高木
Masayuki Saito
雅之 斉藤
Hiroshi Yamada
浩 山田
Soichi Honma
荘一 本間
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize miniaturization and high performance of a high-frequency semiconductor device and improve the degree of freedom for designing, by mounting first and second semiconductor circuit boards along a crossing plane, and connecting first and second semiconductor circuits by electromagnetic field coupling. SOLUTION: Semiconductor circuits 41a and 41b are arranged in such a manner that a GaAs board 43b is placed along a plane crossing perpendicularly to a GaAs board 43a. Ground layers 47a, 49a are connected with a ground layer 47b. A slit 53 is formed on a circuit coupling portion of the ground layer 47b. Transmission lines 55a, 55b for performing electromagnetic field coupling of the semiconductor circuits 41a, 41b are provided on polyimide layers 45a, 45b. Since shielding by the ground layer 47b is released near the slit 53, the transmission lines 55a, 55b perform electromagnetic field coupling by resonance at distal end portions 55a', 55b'. Thus, the semiconductor circuits 41a and 41b are electrically connected to each other, thereby enabling miniaturization of a high-frequency semiconductor device of high performance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波半導体装置
に関し、特に、マイクロ波帯又はミリ波帯で使用される
半導体モジュールの構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency semiconductor device, and more particularly to a structure of a semiconductor module used in a microwave band or a millimeter wave band.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、ミリ波通信システムの実用化が急
ピッチで進められており、ミリ波帯用のモジュールの小
型化は欠くことのできない技術である。更に、近年、各
々の素子の特性を考慮して必要とされる種々の性質に合
わせて半導体装置を開発することが望まれており、例え
ば、図1に示すようなHEMT/HBT混載型モジュー
ル1が試作され、このモジュール1では、雑音特性に優
れた高電子移動度トランジスタ(HEMT)で形成した
低雑音増幅器のチップ3と駆動能力の高いヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ(HBT)で形成した高出力増幅
器のチップ5とを一平面上に配置し配線している。しか
し、このモジュール1は、平面的に広がるため、小型化
には限界がある。又、アンテナとの接続に図1のような
導波管7を用いざるを得ないため、動作周波数が高くな
ればなるほど、精度良く損失が少ない接続を実現するの
が困難になる。これは、導波管の作成に用いる機械の精
度に影響され易いためである。従って、歩留まりの低下
から製作コストも上がる。
2. Description of the Related Art Today, millimeter wave communication systems are being put to practical use at a rapid pace, and miniaturization of millimeter wave band modules is an indispensable technology. Furthermore, in recent years, it has been desired to develop a semiconductor device in accordance with various properties required in consideration of the characteristics of each element. For example, a HEMT / HBT mixed module 1 as shown in FIG. In this module 1, a low noise amplifier chip 3 formed of a high electron mobility transistor (HEMT) excellent in noise characteristics and a high output amplifier formed of a heterojunction bipolar transistor (HBT) having a high driving capability are manufactured. The chip 5 and the chip 5 are arranged and wired on one plane. However, since this module 1 spreads in a plane, there is a limit to miniaturization. Further, since the waveguide 7 as shown in FIG. 1 has to be used for the connection with the antenna, the higher the operating frequency is, the more difficult it is to realize the connection with less loss and high accuracy. This is because it is easily affected by the precision of the machine used to create the waveguide. Therefore, the production cost increases due to the decrease in yield.

【0003】又、図2のようなハイブリッドMIC9も
提案されており(「1995年電子情報通信学会エレクトロ
ニクスソサイエティ大会」(予稿集)、SC-7-8参照)、
この構成では、HEMT素子チップ11及びHBT素子
チップ13が基板15上に実装されている。実装技術は
近年向上しているので、このMICの歩留まりは各素子
の作製精度に依存し、製作コストの改善が期待できる
が、このような一平面上に実装する構成では小型化に限
界がある。
A hybrid MIC9 as shown in FIG. 2 has also been proposed (see "Electronics Information Society of Japan Electronics Society Conference 1995" (Preliminary Proceedings), SC-7-8).
In this configuration, the HEMT element chip 11 and the HBT element chip 13 are mounted on the substrate 15. Since the mounting technology has been improved in recent years, the yield of this MIC depends on the manufacturing precision of each element, and the manufacturing cost can be expected to be improved, but there is a limit to miniaturization in such a structure mounted on one plane. .

【0004】図3に示されるMMIC15は、HEMT
素子17とHBT素子19を同一チップに形成したもの
(IEEE Transaction on Electron Devices、第42巻、N
o.4、618 頁参照)である。しかし、1チップに異なる
素子を作る製造プロセスは多くの課題を抱えており、更
に、前述の従来例と同様、平面に広がる構造であるた
め、小型化に限界がある。
The MMIC 15 shown in FIG. 3 is a HEMT.
Device 17 and HBT device 19 formed on the same chip (IEEE Transaction on Electron Devices, Volume 42, N
o.4, page 618). However, the manufacturing process of manufacturing different elements on one chip has many problems, and further, like the above-mentioned conventional example, the structure spreads on a plane, and thus there is a limit to miniaturization.

【0005】他方、図4に示した半導体装置21は、同
一チップ上にアンテナ23を搭載した例(本城和彦著、
小西良弘監修、「マイクロ波半導体回路」(日刊工業新
聞社)、6頁参照)であり、アンテナ23、HBT25
及びHEMT27等が同一平面上に配置されている。ア
ンテナは、利用周波数に応じて半波長分の大きさを必要
とするので、装置を小型化するためにはアンテナと回路
素子との距離を短縮する必要がある。ところが、アンテ
ナと回路素子とを近づけ過ぎると電磁界的カップリング
を起こし、回路の性能を劣化させる。従って、このよう
な平面に沿って広がる構造は、アンテナを含んだ装置の
小型化に極めて不利であり、設計も難しくなる。
On the other hand, in the semiconductor device 21 shown in FIG. 4, an example in which an antenna 23 is mounted on the same chip (Kazuhiko Honjo,
Yoshihiro Konishi, “Microwave semiconductor circuit” (see Nikkan Kogyo Shimbun, page 6), antenna 23, HBT25
And HEMT27 etc. are arrange | positioned on the same plane. Since the antenna needs to have a size corresponding to a half wavelength depending on the frequency used, it is necessary to shorten the distance between the antenna and the circuit element in order to downsize the device. However, if the antenna and the circuit element are brought too close to each other, electromagnetic field coupling occurs, deteriorating the performance of the circuit. Therefore, the structure extending along such a plane is extremely disadvantageous in reducing the size of the device including the antenna, and is difficult to design.

【0006】上述のような状況から、図5に示すような
多層配線構造を用いた3次元IC29(「1995年電子情
報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会」(予稿
集)、SC-7-3参照)が提案されている。このIC29
は、FET、抵抗等の回路素子が形成された半導体基板
31上にポリイミド層33が形成され、接地導体35で
覆い、更にポリイミド層37が形成される。ポリイミド
層には平面的に回路が設けられる。この3次元IC29
は、回路素子が並設された層を縦方向に積層するため、
回路を搭載するチップの大きさを1/3程度に縮小でき
ると報告されている。
In view of the above situation, a three-dimensional IC29 (refer to "1995 Electronics Society Conference of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (Proceedings), SC-7-3") using a multilayer wiring structure as shown in FIG. Proposed. This IC29
A polyimide layer 33 is formed on a semiconductor substrate 31 on which circuit elements such as FETs and resistors are formed, covered with a ground conductor 35, and a polyimide layer 37 is further formed. Circuits are provided in a plane on the polyimide layer. This 3D IC29
Is for vertically stacking layers in which circuit elements are arranged in parallel,
It is reported that the size of the chip on which the circuit is mounted can be reduced to about 1/3.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の3次元
ICのような構造では、回路素子が形成された層の数が
多数になる場合に、層間での接続配線が複雑になった
り、層内の接続配線が長くなったりするため、配線にお
けるエネルギーロスが増加し易い。又、層間の接続をで
きる限り簡素にするための設計が難しく、設計の自由度
が減少する。又、多数の層を積層して高さを増す際に1
層の大きさをある程度以下に小さくすると、強度的にも
問題がある。
However, in the structure such as the above-mentioned three-dimensional IC, when the number of layers in which circuit elements are formed is large, the connection wiring between layers becomes complicated, and the layers are complicated. Since the inner connection wiring becomes long, energy loss in the wiring tends to increase. Further, it is difficult to design the connection between layers to be as simple as possible, and the degree of freedom in design is reduced. When stacking multiple layers to increase the height,
If the size of the layer is reduced to a certain extent or less, there is a problem in strength.

【0008】又、アンテナ基板を搭載した高周波用モジ
ュールを作製する場合、アンテナ基板の方向がモジュー
ル基板と平行になるため、異なる方向にアンテナの放射
方向を変更したい場合には、アレイアンテナや八木アン
テナ等を用いて指向性の調整をする必要がある。
Further, when manufacturing a high frequency module having an antenna substrate mounted thereon, since the direction of the antenna substrate is parallel to the module substrate, if it is desired to change the radiation direction of the antenna in a different direction, an array antenna or a Yagi antenna It is necessary to adjust the directivity using such as.

【0009】従って、本発明は、上述の課題を解決し、
高周波半導体装置の小型化、高性能化を進めると同時
に、装置設計の自由度を向上させることを目的とする。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems,
It is an object of the present invention to improve the degree of freedom in device design while promoting miniaturization and high performance of high-frequency semiconductor devices.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、半導体装置の構造及び製造方法について研究した結
果、半導体基板の基板方向が他の半導体回路と異なる半
導体回路を共存させる構造において、効率的な回路実装
が可能であることを見出し、本発明を成すに至った。
In order to achieve the above object, as a result of research on a structure of a semiconductor device and a manufacturing method, as a result, in a structure in which a semiconductor circuit whose substrate direction is different from other semiconductor circuits coexist efficiently The present invention has been completed by finding that various circuit mountings are possible.

【0011】本発明の高周波半導体装置は、第1の半導
体回路の基板が第2の半導体回路の基板と交差する平面
に沿うように、該第1及び第2の半導体回路が実装さ
れ、該第1の半導体回路と該第2の半導体回路とは電磁
界結合により接続されるものである。
In the high frequency semiconductor device of the present invention, the first and second semiconductor circuits are mounted so that the substrate of the first semiconductor circuit is along a plane intersecting with the substrate of the second semiconductor circuit, and the first and second semiconductor circuits are mounted. The first semiconductor circuit and the second semiconductor circuit are connected by electromagnetic field coupling.

【0012】又、本発明の半導体モジュールは、第1の
半導体回路の基板が第2の半導体回路の基板と交差する
平面に沿うように、該第1及び第2の半導体回路が実装
され、該第1の半導体回路と該第2の半導体回路とは電
磁界結合により接続される半導体モジュールであって、
該半導体モジュールから外方に延伸する放熱板を備える
ものである。
Also, in the semiconductor module of the present invention, the first and second semiconductor circuits are mounted so that the substrate of the first semiconductor circuit is along a plane intersecting the substrate of the second semiconductor circuit, A semiconductor module in which the first semiconductor circuit and the second semiconductor circuit are connected by electromagnetic coupling,
A heat dissipation plate extending outward from the semiconductor module is provided.

【0013】上記構成に従って、半導体回路の基板に沿
った平面が互いに交差するように配置される半導体回路
が含まれるように多数の半導体回路が実装され、半導体
装置の全体形状が平面的に広がることなくまとめられ
る。交差する半導体回路同士が電磁界結合によって接続
され、回路間の配線・接続が単純化され、回路設計の変
更可能性が高くなる。
According to the above structure, a large number of semiconductor circuits are mounted so that the semiconductor circuits are arranged so that the planes along the substrate of the semiconductor circuit intersect with each other, and the overall shape of the semiconductor device spreads in a plane. Can be summarized without. The intersecting semiconductor circuits are connected by electromagnetic field coupling, wiring and connection between the circuits are simplified, and the possibility of changing the circuit design is increased.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の実施形
態を図面を参照して以下に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図6(a)及び図6(b)は、本発明の高
周波半導体装置の第1の実施例を示す。この半導体装置
39は、逆マイクロストリップライン構造を有する2つ
の半導体回路41a、41bが結合されたもので、平板
状の半導体回路41aは、GaAs基板43aとこれに積層
されたポリイミド層45aとを有し、両面にグランド層
47a、49aが形成されている。半導体回路41bも
同様に、GaAs基板43b、ポリイミド層45b及びグラ
ンド層47b、49bを有し、ポリイミド層45a、4
5bは、素子51a、51b及び配線層(図中省略)が
組み込まれた多層配線構造に構成されている。
FIGS. 6A and 6B show a first embodiment of the high frequency semiconductor device of the present invention. This semiconductor device 39 is a combination of two semiconductor circuits 41a and 41b having an inverted microstrip line structure, and the flat semiconductor circuit 41a has a GaAs substrate 43a and a polyimide layer 45a laminated thereon. However, the ground layers 47a and 49a are formed on both surfaces. Similarly, the semiconductor circuit 41b has a GaAs substrate 43b, a polyimide layer 45b, and ground layers 47b and 49b.
5b has a multilayer wiring structure in which the elements 51a and 51b and a wiring layer (not shown) are incorporated.

【0016】半導体回路41a及び41bは、図6
(a)に示すように、GaAs基板43a及び43bが互い
に垂直になるように結合されている。つまり、GaAs基板
43aと垂直に交差する平面にGaAs基板43bが沿うよ
うに配置されている。グランド層47a、49aはグラ
ンド層47bと接続されており、グランド層47bの回
路結合部分にはスリット53が形成され、ポリイミド層
45a、45bには、半導体回路41a、41bを電磁
界結合するための伝送線路55a、55bが設けられ
る。伝送線路55aは、GaAs基板43aと平行にグラン
ド層47bに向かって延び、グランド層47b近くで垂
直に曲がりグランド層47bと平行になるように配線さ
れ、先端部55a’はスリット53付近に達する。他
方、伝送線路55bは、グランド層47bと平行に延
び、先端部55b’がスリット53付近で伝送線路55
aの先端部55a’と平行に逆走するように配線され
る。平行に重なった先端部55a’、55b’の長さL
1は、半導体装置39の動作信号の波長がλの時、λ/
4程度となるように設定される。スリット53付近にお
いてグランド層47bによる遮弊が解けるため、伝送線
路55a及び55bは先端部55a’、55b’におい
て共振により電磁界結合し、半導体回路41aと41b
とは電気的に接続される。この例においては、伝送線路
55a及び55bは解放端であるが、4ポート伝送線路
の電磁界結合におけるいずれの結合形式にも適用でき、
適宜変更することができる。
The semiconductor circuits 41a and 41b are shown in FIG.
As shown in (a), the GaAs substrates 43a and 43b are bonded so as to be perpendicular to each other. That is, the GaAs substrate 43b is arranged along a plane perpendicular to the GaAs substrate 43a. The ground layers 47a and 49a are connected to the ground layer 47b, the slit 53 is formed in the circuit coupling portion of the ground layer 47b, and the polyimide layers 45a and 45b are used for electromagnetically coupling the semiconductor circuits 41a and 41b. Transmission lines 55a and 55b are provided. The transmission line 55a extends toward the ground layer 47b in parallel with the GaAs substrate 43a, is bent vertically near the ground layer 47b and is parallel to the ground layer 47b, and the tip 55a 'reaches the vicinity of the slit 53. On the other hand, the transmission line 55b extends parallel to the ground layer 47b, and the tip portion 55b 'is near the slit 53 and the transmission line 55b.
It is wired so as to run backward in parallel with the tip portion 55a 'of a. Length L of the tips 55a 'and 55b' that overlap in parallel
1 is λ / when the wavelength of the operation signal of the semiconductor device 39 is λ /
It is set to be about 4. Since the hindrance by the ground layer 47b can be solved in the vicinity of the slit 53, the transmission lines 55a and 55b are electromagnetically coupled by resonance at the tip portions 55a ′ and 55b ′, and the semiconductor circuits 41a and 41b.
And are electrically connected to. In this example, the transmission lines 55a and 55b are open ends, but can be applied to any coupling type in the electromagnetic coupling of the 4-port transmission line,
It can be changed as appropriate.

【0017】上述の第1の実施例は、半導体回路41b
のグランド層47bの作製時に予めスリット53を有す
るようにグランド層47bを形成して、半導体回路41
aを垂直に結合することによって、容易に作製される。
In the first embodiment described above, the semiconductor circuit 41b is used.
When the ground layer 47b is manufactured, the ground layer 47b is formed in advance so as to have the slits 53, and the semiconductor circuit 41
It is easily made by vertically coupling a.

【0018】図7(a)及び図7(b)は、本発明の高
周波半導体装置の第2の実施例を示す。この半導体装置
57は、逆マイクロストリップライン構造の半導体回路
59aをマイクロストリップライン構造の半導体回路5
9bと結合したもので、半導体回路59aは、GaAs基板
61aとこれに積層されたポリイミド層63aとを有
し、両面にグランド層65a、67aが形成されてい
る。半導体回路59bは、GaAs基板61b、ポリイミド
層63b及びグランド層65bを有し、ポリイミド層6
3a、63bは、素子69a、69b及び配線層(図中
省略)が組み込まれた多層配線構造に構成されている。
FIGS. 7A and 7B show a second embodiment of the high frequency semiconductor device of the present invention. In this semiconductor device 57, the semiconductor circuit 59a having a reverse microstrip line structure is replaced with the semiconductor circuit 5 having a microstrip line structure.
9b, the semiconductor circuit 59a has a GaAs substrate 61a and a polyimide layer 63a laminated on the GaAs substrate 61a, and ground layers 65a and 67a are formed on both surfaces thereof. The semiconductor circuit 59b has a GaAs substrate 61b, a polyimide layer 63b, and a ground layer 65b.
3a and 63b have a multilayer wiring structure in which the elements 69a and 69b and a wiring layer (not shown) are incorporated.

【0019】半導体回路59aは、図7(a)に示すよ
うに、GaAs基板61aと61bとが垂直になるように、
半導体回路59bのグランド層65b及びGaAs基板61
bに形成された溝部に嵌入され、グランド層65a、6
7aはグランド層65bと接続されている。ポリイミド
層63a、63bには、半導体回路59a、59bを電
磁界結合するための伝送線路71a、71bが設けられ
る。伝送線路71aは、GaAs基板61aと平行に延びて
グランド層47bを越え、半導体回路59aの末端近く
で垂直に曲がりグランド層65bと平行になるように配
線される。
In the semiconductor circuit 59a, as shown in FIG. 7A, the GaAs substrates 61a and 61b are arranged vertically.
Ground layer 65b of semiconductor circuit 59b and GaAs substrate 61
b, the ground layers 65a, 6
7a is connected to the ground layer 65b. The polyimide layers 63a and 63b are provided with transmission lines 71a and 71b for electromagnetically coupling the semiconductor circuits 59a and 59b. The transmission line 71a extends in parallel with the GaAs substrate 61a, crosses over the ground layer 47b, is bent vertically near the end of the semiconductor circuit 59a, and is arranged in parallel with the ground layer 65b.

【0020】他方、伝送線路71bは、グランド層65
bと平行に延び、その先端部71b’が伝送線路71a
の先端部71a’と平行に逆走するように配線される。
互いに重なった先端部71a’、71b’の長さL2
は、半導体装置39の動作信号の波長がλの時、λ/4
程度となるように設定される。
On the other hand, the transmission line 71b has a ground layer 65.
b, the tip portion 71b 'extends parallel to the transmission line 71a.
The wire is wired so as to run in the reverse direction in parallel with the front end portion 71a 'of.
Length L2 of the tip portions 71a 'and 71b' that overlap each other
Is λ / 4 when the wavelength of the operation signal of the semiconductor device 39 is λ.
It is set to be about.

【0021】図7(b)に示すように、伝送線路71a
と71bとの間には遮弊するグランド層がないので、伝
送線路71a及び71bは先端部71a’、71b’に
おいて共振により電磁界結合し、半導体回路59aと5
9bとは電気的に接続される。この例においても、伝送
線路71a及び71bに関しても、4ポート伝送線路の
電磁界結合におけるいずれの結合形式にも適用できるの
は言うまでもない。
As shown in FIG. 7B, the transmission line 71a
Since there is no disturbing ground layer between the semiconductor circuits 59a and 71b, the transmission lines 71a and 71b are electromagnetically coupled by resonance at the tips 71a 'and 71b'.
9b is electrically connected. In this example as well, it goes without saying that the transmission lines 71a and 71b can be applied to any of the coupling types in the electromagnetic coupling of the 4-port transmission line.

【0022】上述の第2の実施例は、半導体回路59b
のGaAs基板61b及びグランド層65bの作製に際し
て、半導体回路59aの厚さと同じ幅の溝部を有するよ
うに形成した後に、半導体回路59aを垂直に嵌入・結
合することによって、容易に作製される。
In the second embodiment described above, the semiconductor circuit 59b is used.
The GaAs substrate 61b and the ground layer 65b are easily manufactured by forming the semiconductor circuit 59a to have a groove having the same width as the thickness of the semiconductor circuit 59a, and then vertically inserting and coupling the semiconductor circuit 59a.

【0023】図8(a)及び図8(b)は、本発明の高
周波半導体装置の第3の実施例を示す。この半導体装置
73は、フロントエンド回路75とアンテナチップ77
とを結合したもので、フロントエンド回路75は、GaAs
基板79とこれに積層されたポリイミド層81とを有
し、両面にグランド層83、85が形成されている。ア
ンテナチップ77は、GaAs、窒化アルミニウム 、石英
等で形成されたアンテナ基板87、グランド層89、9
1及びポリイミド層93を有し、ポリイミド層81は、
素子95及び配線層(図中省略)が組み込まれた多層配
線構造に構成されている。
FIGS. 8A and 8B show a third embodiment of the high frequency semiconductor device of the present invention. This semiconductor device 73 includes a front end circuit 75 and an antenna chip 77.
The front end circuit 75 is a combination of GaAs and
It has a substrate 79 and a polyimide layer 81 laminated on it, and ground layers 83 and 85 are formed on both surfaces. The antenna chip 77 includes an antenna substrate 87 made of GaAs, aluminum nitride, quartz, etc., and ground layers 89, 9
1 and a polyimide layer 93, the polyimide layer 81 is
The device 95 and the wiring layer (not shown) are incorporated into a multilayer wiring structure.

【0024】フロントエンド回路75は、図に示すよう
に、GaAs基板79とアンテナ基板87とが垂直になるよ
うに、アンテナチップ77のグランド層89及びアンテ
ナ基板87に形成された孔部に嵌入され、グランド層8
3、85はグランド層89、91と接続されている。ポ
リイミド層81には、フロントエンド回路75とアンテ
ナチップ77とを電磁界結合するための伝送線路97が
設けられる。他方、アンテナチップ77のポリイミド層
93上にパッチアンテナ99が付設され、伝送線路97
は、GaAs基板79と平行にパッチアンテナ99に向かっ
て延びてグランド層89を越え、フロントエンド回路7
5の末端近くで垂直に曲がり、端部97’がパッチアン
テナ99と平行になるように配線される。グランド層9
1は、伝送線路97の端部97’とパッチアンテナ99
の間の位置に長方形の給電用スロット101が形成さ
れ、スロット101によってグランド層91による遮弊
が解けるため、伝送線路97の端部97’とパッチアン
テナ99は共振により電磁界結合し、フロントエンド回
路75とアンテナチップ77とは電気的に接続される。
As shown in the figure, the front-end circuit 75 is fitted in a hole formed in the ground layer 89 of the antenna chip 77 and the antenna substrate 87 so that the GaAs substrate 79 and the antenna substrate 87 are perpendicular to each other. , Ground layer 8
3, 85 are connected to the ground layers 89, 91. The polyimide layer 81 is provided with a transmission line 97 for electromagnetically coupling the front end circuit 75 and the antenna chip 77. On the other hand, the patch antenna 99 is attached on the polyimide layer 93 of the antenna chip 77, and the transmission line 97
Extends toward the patch antenna 99 in parallel with the GaAs substrate 79 and crosses the ground layer 89, and the front end circuit 7
It is bent vertically near the end of 5 and is wired so that the end 97 ′ is parallel to the patch antenna 99. Ground layer 9
1 is the end portion 97 ′ of the transmission line 97 and the patch antenna 99.
A rectangular feeding slot 101 is formed at a position between the two, and the slot 101 can solve the problem of the ground layer 91. Therefore, the end portion 97 ′ of the transmission line 97 and the patch antenna 99 are electromagnetically coupled by resonance, and the front end. The circuit 75 and the antenna chip 77 are electrically connected.

【0025】この実施例において、パッチアンテナ99
の大きさは、半導体装置73の動作信号の波長がλの時
に、伝送線路97の端部97’と平行な方向に沿った長
さL3がλ/2程度となるように設定される。
In this embodiment, the patch antenna 99
Is set such that when the wavelength of the operation signal of the semiconductor device 73 is λ, the length L3 along the direction parallel to the end 97 ′ of the transmission line 97 is about λ / 2.

【0026】上述の第3の実施例は、第2の実施例と同
様に、アンテナチップ77のアンテナ基板87及びグラ
ンド層89の作製に際して、フロントエンド回路75の
断面(嵌入方向と垂直な断面)と同じ大きさの孔部を有
するように形成して、フロントエンド回路75を垂直に
嵌入・結合することによって、容易に作製される。
Like the second embodiment, in the above-described third embodiment, a cross section of the front end circuit 75 (a cross section perpendicular to the fitting direction) is produced when the antenna substrate 87 of the antenna chip 77 and the ground layer 89 are manufactured. It can be easily manufactured by forming a hole having the same size as that of, and vertically inserting and connecting the front end circuit 75.

【0027】この実施例では、パッチアンテナが用いら
れているが、スロットアンテナ等の他のアンテナに応用
することもできる。
Although a patch antenna is used in this embodiment, it can be applied to other antennas such as a slot antenna.

【0028】図9及び図10は、本発明の高周波半導体
装置の第4の実施例を示す。この半導体装置は高周波用
送受信モジュール103で、受信回路部105、基本発
振回路部107、送信回路部109、低雑音増幅器11
1及び高出力増幅器113からなり、受信回路部には直
交復調器が、送信回路部には直交変調器が用いられてい
る。受信回路部105、基本発振回路部107及び送信
回路部109は、窒化アルミニウム等の絶縁性材料で形
成された放熱板115、117を介して積層され、放熱
板115、117は各々、積層された受信回路部10
5、基本発振回路部107及び送信回路部109の外へ
長く延びている。低雑音増幅器111及び高出力増幅器
113の基板が受信回路部105、基本発振回路部10
7及び送信回路部109の基板と垂直になるように、低
雑音増幅器111は受信回路部105と、高出力増幅器
113は送信回路部109と結合されている。低雑音増
幅器111は受信用アンテナを備え、高出力増幅器11
3は送信用アンテナを備えており、基本発信回路107
は送受信兼用として構成されている。低雑音増幅器11
1と高出力増幅器113との間には放熱板119が介在
し、放熱板119は、送信用アンテナと受信用アンテナ
を遮弊する役割も果たす。
9 and 10 show a fourth embodiment of the high frequency semiconductor device of the present invention. This semiconductor device is a high frequency transmission / reception module 103, which includes a reception circuit unit 105, a basic oscillation circuit unit 107, a transmission circuit unit 109, and a low noise amplifier 11.
1 and a high output amplifier 113, and a quadrature demodulator is used in the reception circuit section and a quadrature modulator is used in the transmission circuit section. The receiving circuit unit 105, the basic oscillating circuit unit 107, and the transmitting circuit unit 109 are laminated through heat radiating plates 115 and 117 formed of an insulating material such as aluminum nitride, and the heat radiating plates 115 and 117 are laminated respectively. Receiver circuit section 10
5. It extends long outside the basic oscillation circuit unit 107 and the transmission circuit unit 109. The substrates of the low noise amplifier 111 and the high output amplifier 113 are the receiving circuit unit 105 and the basic oscillation circuit unit 10.
7, the low noise amplifier 111 and the high power amplifier 113 are coupled to the receiving circuit unit 105 and the transmitting circuit unit 109, respectively, so as to be perpendicular to the substrate of the transmission circuit unit 109. The low-noise amplifier 111 includes a receiving antenna, and the high-power amplifier 11
3 is equipped with a transmitting antenna, and the basic transmitting circuit 107
Is configured for both transmission and reception. Low noise amplifier 11
1 and the high-power amplifier 113, a heat sink 119 is interposed, and the heat sink 119 also serves to block the transmitting antenna and the receiving antenna.

【0029】受信回路部105、送信回路部109、低
雑音増幅器111及び高出力増幅器113は、多層配線
構造を有し両面にグランド層が形成されたチップとして
形成されており、図9のように実装することにより、グ
ランド層121a、121b、121c、121d、1
21e、121f及び121gは接続され、結合された
各部は各々から遮弊されている。。
The receiving circuit section 105, the transmitting circuit section 109, the low noise amplifier 111 and the high output amplifier 113 are formed as a chip having a multilayer wiring structure and a ground layer formed on both sides thereof, as shown in FIG. By mounting, ground layers 121a, 121b, 121c, 121d, 1
21e, 121f, and 121g are connected, and the combined parts are blocked from each other. .

【0030】低雑音増幅器111と受信回路部105と
の接続及び高出力増幅器113と送信回路部と109と
の接続は、前述の第1の実施例と同様の電磁界結合によ
ってなされ、受信回路部105と基本発振回路部107
との接続及び基本発振回路部107と送信回路部109
との接続は、バイアホールを介した電気的接続によって
なされる。放熱板115、117、119は、結合され
たチップの外に延びた部分で熱を放出し、モジュール1
03を空冷する。これらの放熱板の厚さを調節すること
でモジュール全体のサイズを調整することができる。
The connection between the low noise amplifier 111 and the receiving circuit section 105 and the connection between the high output amplifier 113 and the transmitting circuit section 109 are made by the electromagnetic field coupling similar to that of the first embodiment described above. 105 and basic oscillation circuit section 107
Connection with the basic oscillation circuit unit 107 and the transmission circuit unit 109
The connection with is made by an electrical connection through a via hole. The heat sinks 115, 117, and 119 radiate heat at the extended portions of the combined chips, and the module 1
Air cool 03. The size of the entire module can be adjusted by adjusting the thickness of these heat sinks.

【0031】図9の高周波用送受信モジュール103の
放熱板115、117には配線123が形成されてい
る。図10に示すように、シリコン素子で構成されたベ
ースバンド信号処理部が設けられたマザーボード125
に、図9のモジュール103の放熱板115、117を
差し込むことによって、配線123はマザーボード12
5の配線127を介してベースバンド信号処理部と電気
的に接続される。この場合、放熱板115、117は、
モジュール103をマザーボード125に装着するため
の挿入用ピンとして使用される。この様に構成すると、
無線信号のやり取りを行うアンテナはモジュールの上部
に配置され、モジュール103とベースバンド信号処理
部との接続も簡易である。
Wirings 123 are formed on the heat radiating plates 115 and 117 of the high frequency transmitting / receiving module 103 of FIG. As shown in FIG. 10, a mother board 125 provided with a baseband signal processing unit formed of a silicon device.
By inserting the heat dissipation plates 115 and 117 of the module 103 of FIG.
5 is electrically connected to the baseband signal processing unit via the wiring 127. In this case, the heat sinks 115 and 117 are
It is used as an insertion pin for mounting the module 103 on the motherboard 125. With this configuration,
The antenna for exchanging wireless signals is arranged on the upper part of the module, and the module 103 and the baseband signal processing unit can be easily connected.

【0032】図9のように構成することによって、モジ
ュールの体積は、従来の平面実装型のモジュールに比べ
て1/5程度にまで縮小することができ、モジュールの
小型化に有効である。
With the configuration shown in FIG. 9, the volume of the module can be reduced to about 1/5 of that of the conventional planar mounting type module, which is effective for downsizing of the module.

【0033】図10に示すような構成は、図11のよう
な無線LAN対応型コンピュータに応用することができ
る。図11においては、ベースバンド信号処理回路を有
するマザーボード129がパーソナルコンピュータのキ
ーボード131上に設けられており、図9の高周波用送
受信モジュール103をマザーボード129に装着する
ことによって、このパーソナルコンピュータの親機との
無線による送受信が可能となる。
The configuration shown in FIG. 10 can be applied to a wireless LAN compatible computer as shown in FIG. In FIG. 11, a mother board 129 having a baseband signal processing circuit is provided on a keyboard 131 of a personal computer, and by mounting the high frequency transmitting / receiving module 103 of FIG. 9 on the mother board 129, a base unit of this personal computer. It is possible to send and receive wirelessly with

【0034】図9の高周波用送受信モジュール103に
おける低雑音増幅器111及び高出力増幅器113は、
各々、アンテナ部と増幅部とが一体化されたチップであ
るが、これらを別体として各増幅部を受信回路部105
及び送信回路部109に平行に実装し、アンテナ部のみ
を他と垂直に構成し電磁界結合により接続してもよい。
あるいは、各増幅部を受信回路部105又は送信回路部
109と一体化して1チップに形成してもよい。図9の
高周波用送受信モジュール103の基本発振回路部10
7のようにチップの両面へ信号線路を取り出す必要があ
る場合には、基板の両面に回路が形成されたチップを使
用すると、両側に積層されるチップと接続が容易にな
る。
The low noise amplifier 111 and the high output amplifier 113 in the high frequency transmitting / receiving module 103 of FIG.
Each is a chip in which an antenna section and an amplification section are integrated, but these amplification sections are separated into the reception circuit section 105.
Alternatively, the antenna may be mounted in parallel with the transmission circuit unit 109, only the antenna unit may be configured vertically with respect to the other, and may be connected by electromagnetic coupling.
Alternatively, each amplification unit may be integrated with the reception circuit unit 105 or the transmission circuit unit 109 to form one chip. The basic oscillator circuit section 10 of the high frequency transmitting / receiving module 103 of FIG.
When it is necessary to take out the signal lines on both sides of the chip as in the case of 7, the chip having the circuits formed on both sides of the substrate is used to facilitate the connection with the chips stacked on both sides.

【0035】図9のモジュールの様な構成は、送受信モ
ジュールだけでなく、様々な回路及びモジュールに適用
することができる。例えば、図9のモジュールの基本発
振回路部をバイアス回路部に変更すると、回路の更なる
小型化が可能となる。又、金属壁で囲まれた空間を作る
ことによって空洞共振器を構成したり、ベースバンド信
号処理部を添設してもよい。
The configuration like the module of FIG. 9 can be applied to various circuits and modules as well as the transmitting / receiving module. For example, if the basic oscillation circuit section of the module of FIG. 9 is changed to a bias circuit section, the circuit can be further downsized. Further, a cavity may be formed by forming a space surrounded by a metal wall, or a baseband signal processing section may be additionally provided.

【0036】上述の実施例では、回路の基板が互いに垂
直になるように結合されているが、必要に応じて、基板
間の角度が垂直以外の所定角度になるように傾斜させて
結合させることも可能である。この場合においても、実
施例中で述べたと同様に回路同士が電磁界結合によって
接続されるように伝送線路等が配置される。
In the above-mentioned embodiment, the circuit boards are connected so as to be perpendicular to each other. However, if necessary, the circuit boards may be connected by inclining so that the angle between the boards becomes a predetermined angle other than vertical. Is also possible. Also in this case, the transmission lines and the like are arranged so that the circuits are connected to each other by electromagnetic field coupling as described in the embodiment.

【0037】[0037]

【発明の効果】高性能の高周波半導体装置の小型化が可
能となるとともに、半導体装置設計の自由度も向上する
ので、高周波半導体装置の利用可能な範囲が広がり、産
業における利用価値が高い。
As a high-performance high-frequency semiconductor device can be miniaturized and the degree of freedom in semiconductor device design is improved, the high-frequency semiconductor device can be used in a wider range and is highly useful in industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の高周波半導体モジュールの第1の例の構
成を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first example of a conventional high frequency semiconductor module.

【図2】従来の高周波半導体モジュールの第2の例の構
成を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a second example of a conventional high-frequency semiconductor module.

【図3】従来の高周波半導体モジュールの第3の例の構
成を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing the configuration of a third example of a conventional high-frequency semiconductor module.

【図4】従来の高周波半導体モジュールの第4の例を示
す要部の斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of a main part showing a fourth example of a conventional high-frequency semiconductor module.

【図5】従来の高周波半導体モジュールの第5の例を示
す要部の斜視図。
FIG. 5 is a perspective view of essential parts showing a fifth example of a conventional high-frequency semiconductor module.

【図6】本発明に係る高周波半導体装置の第1の実施例
を示す概略構成図で、図6(a)は図6(b)のB−
B’線矢視断面図、図6(b)は図6(a)のA−A’
線矢視断面図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a high-frequency semiconductor device according to the present invention, FIG. 6A being a B- of FIG. 6B.
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line B ′ of FIG. 6A, and FIG.
FIG.

【図7】本発明に係る高周波半導体装置の第2の実施例
を示す概略構成図で、図7(a)は図7(b)のD−
D’線矢視断面図、図7(b)は図7(a)のC−C’
線矢視断面図。
7 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the high-frequency semiconductor device according to the present invention, FIG. 7 (a) being a D- line in FIG. 7 (b).
FIG. 7B is a sectional view taken along the line D ′ of FIG.
FIG.

【図8】本発明に係る高周波半導体装置の第3の実施例
を示す概略構成図で、図8(a)は高周波半導体装置の
斜視図、図8(b)は縦断面図。
8A and 8B are schematic configuration diagrams showing a third embodiment of the high-frequency semiconductor device according to the present invention, FIG. 8A is a perspective view of the high-frequency semiconductor device, and FIG. 8B is a longitudinal sectional view.

【図9】本発明に係る高周波半導体装置の第4の実施例
である高周波用送受信モジュールを示す概略構成図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a high-frequency transceiver module that is a fourth embodiment of the high-frequency semiconductor device according to the present invention.

【図10】図9の高周波用送受信モジュールのマザーボ
ードへの装着を示す斜視図。
10 is a perspective view showing how the high frequency transmitting / receiving module of FIG. 9 is mounted on a motherboard.

【図11】図9の高周波用送受信モジュールのコンピュ
ータにおける送受信への応用を示す斜視図。
FIG. 11 is a perspective view showing an application of the high-frequency transmitting / receiving module of FIG. 9 to transmission / reception in a computer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

39、57、73 半導体装置 41a、41b、59a、59b 半導体回路 43a、43b、61a、61b、79 GaAs基板 45a、45b、63a、63b、81、93 ポリイ
ミド層 47a、47b、49a、49b、65a、67a、8
3、85、89、91121a〜g グランド層 51a、51b、69a、69b、95 素子 53 スリット 55a、55b、71a、71b、97 伝送線路 75 フロントエンド回路 77 アンテナチップ 87 アンテナ基板 99 パッチアンテナ 101 スロット 103 高周波用送受信モジュール 105 受信回路部 107 基本発振回路部 109 送信回路部 111 低雑音増幅器 113 高出力増幅器 115、117、119 放熱板 123、127 配線 125、129 マザーボード
39, 57, 73 semiconductor device 41a, 41b, 59a, 59b semiconductor circuit 43a, 43b, 61a, 61b, 79 GaAs substrate 45a, 45b, 63a, 63b, 81, 93 polyimide layer 47a, 47b, 49a, 49b, 65a, 67a, 8
3, 85, 89, 91121a to g Ground layer 51a, 51b, 69a, 69b, 95 Element 53 Slit 55a, 55b, 71a, 71b, 97 Transmission line 75 Front end circuit 77 Antenna chip 87 Antenna substrate 99 Patch antenna 101 Slot 103 High frequency transmission / reception module 105 Reception circuit unit 107 Basic oscillation circuit unit 109 Transmission circuit unit 111 Low noise amplifier 113 High output amplifier 115, 117, 119 Heat sink 123, 127 Wiring 125, 129 Motherboard

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 雅之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 山田 浩 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 本間 荘一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内Front page continued (72) Inventor Masayuki Saito 33 Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd.In Toshiba Industrial Research Institute (72) Inventor Hiroshi Yamada 33 Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Production Engineering Laboratory (72) Inventor Soichi Honma 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の半導体回路の基板が第2の半導体
回路の基板と交差する平面に沿うように、該第1及び第
2の半導体回路が実装され、該第1の半導体回路と該第
2の半導体回路とは電磁界結合により接続されることを
特徴とする高周波半導体装置。
1. The first and second semiconductor circuits are mounted so that the substrate of the first semiconductor circuit is along a plane intersecting with the substrate of the second semiconductor circuit, and the first semiconductor circuit and the first semiconductor circuit are mounted. A high-frequency semiconductor device, which is connected to the second semiconductor circuit by electromagnetic field coupling.
【請求項2】 第1の半導体回路の基板が第2の半導体
回路の基板と交差する平面に沿うように、該第1及び第
2の半導体回路が実装され、該第1の半導体回路と該第
2の半導体回路とは電磁界結合により接続される半導体
モジュールであって、該半導体モジュールから外方に延
伸する放熱板を備えることを特徴とする半導体モジュー
ル。
2. The first and second semiconductor circuits are mounted so that the substrate of the first semiconductor circuit is along a plane intersecting with the substrate of the second semiconductor circuit, and the first semiconductor circuit and the first semiconductor circuit are mounted. The second semiconductor circuit is a semiconductor module connected by electromagnetic field coupling, and is provided with a heat dissipation plate extending outward from the semiconductor module.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007129412A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Sony Corp Semiconductor chip for communication, calibration method, and program

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007129412A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Sony Corp Semiconductor chip for communication, calibration method, and program
US7995966B2 (en) 2005-11-02 2011-08-09 Sony Corporation Communication semiconductor chip, calibration method, and program

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