JPH11220072A - 高周波集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部回路との接続が高周波帯で確実にかつ容
易にできしかも小型で安価な高周波集積回路を提供す
る。 【解決手段】 入出力電極を有する高周波回路が一方の
主面に形成された回路基板と回路基板の一方の主面に密
着固定された誘電体基板とを備え、入出力電極の直上に
誘電体基板を貫通するように形成された貫通孔又は、入
出力電極の直下に回路基板を貫通するように形成された
貫通孔を介して高周波信号を入出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波ミリ波
等の高周波帯で使用される高周波集積回路装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信や放送の分野では、より多く
の情報を伝達するためにマイクロ波やミリ波等の高い周
波数帯が使用されるようになって来ている。また、最近
では携帯電話などの普及により、高周波機器においても
小型で軽量、かつ低価格のものが求められ、必然的にそ
れらの高周波機器に使用される高周波集積回路において
も小型で軽量、かつ低価格のものが要求される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高周波集積回路は、セラミック又はメタルパッケージ内
に半導体チップを内蔵する構造であるため、コストが高
く実装面積を小さくするのにも限界があった。パッケー
ジに形成された配線を介して外部回路と接続するため
に、高周波帯における接続が不安定になったり、接続が
容易でないという問題点があった。さらに、ミリ波帯の
ような超高周波で使用する場合には、伝送線路として導
波管を使用する場合が多いが、従来の高周波集積回路は
導波管との接続が容易でなく、導波管との接続が容易な
構造にしようとすると高周波集積回路を機密封止をする
ことが困難であるという問題があった。

【０００４】そこで、本発明の第１の目的は、外部回路
との接続が高周波帯で確実にかつ容易にできしかも小型
で安価な高周波集積回路を提供することにある。

【０００５】また、本発明の第２の目的は、導波管との
接続が容易でかつ小型で安価な高周波集積回路を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
第１の高周波集積回路装置は、入出力電極を有する高周
波回路が一方の主面に形成された回路基板と上記回路基
板の一方の主面に密着固定された誘電体基板とを備え、
上記入出力電極の直上に上記誘電体基板を貫通するよう
に形成された貫通孔又は、上記入出力電極の直下に上記
回路基板を貫通するように形成れた貫通孔を介して高周
波信号を入出力することを特徴とする。このような構成
により、本発明に係る第１の高周波集積回路装置は、上
記半導体チップと略同一の面積にでき、上記入出力電極
から最短距離で外部回路と接続することができる。

【０００７】また、上記第１の高周波集積回路装置にお
いて、上記回路基板は半導体基板であることが好まし
い。

【０００８】さらに、上記第１の高周波集積回路装置に
おいては、上記貫通孔に電極が形成され、該電極を介し
て高周波信号を入出力することが好ましい。これによっ
て、上記誘電体基板が比較的厚い場合でも外部回路との
接続を確実にできる。

【０００９】また、本発明に係る第２の高周波集積回路
装置は、入出力電極を有する高周波回路が一方の主面に
形成された回路基板と上記回路基板の一方の主面に密着
固定された誘電体基板とを備え、上記誘電体基板が、上
記入出力電極上に設けられた第１の誘電体と該第１の誘
電体より低い誘電率を有しかつ上記入出力電極から離れ
て設けられた第２の誘電体とからなり、上記誘電体基板
において該第１の誘電体をコアとする誘電体導波路が形
成されていることを特徴とする。このような構成にする
ことにより、本発明に係る第２の高周波集積回路装置
は、上記誘電体導波路を介して外部回路と接続すること
ができる。

【００１０】また、この第２の高周波集積回路装置にお
いては、上記第２の誘電体は上記第１の誘電体を取り囲
むように形成されていることが好ましい。

【００１１】また、上記誘電体基板の回りに上記第２の
誘電体と等しい比誘電率を有する第３の誘電体が形成さ
れ、該第３の誘電体が上記誘電体導波路のクラッド部の
一部を構成するようにしてもよい。

【００１２】また、本発明に係る第３の高周波集積回路
装置は、入出力電極を有する高周波回路が一方の主面に
形成された回路基板と上記回路基板の一方の主面に密着
固定された誘電体基板とを備え、上記入出力電極の直下
に上記回路基板を貫通する貫通孔が形成されかつ該貫通
孔に上記回路基板より比誘電率の大きい誘電体を設け、
上記回路基板に該誘電体をコアとする誘電体導波路が形
成されていることを特徴とする。このような構成によ
り、第３の高周波集積回路装置においては、誘電体基板
内に誘電体導波路を形成することがないので、特に比誘
電率に限定されることなく種々の目的に応じた誘電体基
板を選定することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。 実施の形態１．図１は、本発明に係る実施の形態１の高
周波集積回路装置の構成を示す斜視図であり、図２は図
１のＡ−Ａ’線についての断面図である。この実施の形
態１の高周波集積回路装置は、図１及び図２に示すよう
に、入出力電極２１、配線電極２２及びトランジスタ２
３を含んでなる高周波回路が一方の主面に形成された半
導体チップ２と、該高周波回路を封止するために半導体
チップ２の一方の主面に密着固定された誘電体基板１と
を備え、入出力電極２１の直上に位置し誘電体基板１に
形成された貫通孔１１を介して高周波信号を入出力する
ことを特徴とする。ここで、本実施の形態１では、貫通
孔１１は入出力電極２１の直上に形成し、該貫通孔１１
には、例えばＡｕメッキ等を用いて貫通孔１１を埋め込
むように電極３を形成して外部との接続電極としてい
る。尚、半導体チップ２の他方の面にはほぼ全面に接地
導体２４が形成されている。

【００１４】また、実施の形態１の高周波集積回路装置
は、以下のように手順で作成される。まず、一方の主面
に所定の回路が形成された半導体ウエハ上に、例えば、
誘電率２．０以下のフッ素系樹脂のような高周波におけ
る損失が小さい接着剤を用いて、略半導体ウエハと同一
の平面形状を有する誘電体基板を接着する。次に、半導
体ウエハの他方の主面を研削又は研磨して半導体ウエハ
の厚さを薄くし、この研磨した他方の主面に接地導体を
例えばメツキにより形成した後、個々のチップに分割し
て図１に示す高周波集積回路装置を作成する。尚、電極
３は、誘電体基板１を接着した後であれば、いずれの時
点で形成してもよい。

【００１５】以上のように構成された実施の形態１の高
周波集積回路装置は、半導体チップ２の入出力電極２１
の直上において外部回路と最短距離で接続できるので、
不要なキャパシタンス及びインダクタンス成分の発生を
防止でき、高い周波数帯において外部回路と安定した接
続ができる。

【００１６】また、実施の形態１の高周波集積回路装置
は、半導体チップ２と略同一の平面形状にできるので、
従来例に比較して小型にできる。さらに、実施の形態１
の高周波集積回路装置は、高価なセラミック又はメタル
パッケージを用いることなく、半導体チップ２と誘電体
基板１とを接着することにより、高周波回路部分を封止
しているので、安価にできる。

【００１７】またさらに、本実施の形態１においては、
半導体ウエハ上に、誘電体基板を接着した後、すなわ
ち、半導体ウエハ上に形成された高周波回路を半導体基
板で覆って保護した後、半導体ウエハを薄くする等の加
工を施しているので、製造工程上で半導体チップを破損
することなく高周波集積回路装置を製造することができ
る。これによって、製造歩留まりを高くでき、歩留まり
が高くできる分、高周波集積回路装置を安価にできる。
また、誘電体基板を接着した後、半導体ウエハを薄くす
る加工ができるので、半導体ウエハ（半導体基板）を極
めてうすくでき、熱抵抗を小さくできるので、比較的高
い電力の信号を処理することができる高周波集積回路装
置を提供できる。

【００１８】以上の実施の形態１の高周波集積回路装置
では、入出力電極２１を誘電体基板１に形成された貫通
孔１１に形成された電極３を用いて、外部回路と接続す
るように構成した。しかしながら本発明はこれに限ら
ず、図３に示すように、誘電体基板１を比較的薄くしか
つ貫通孔１１の径又は一辺の長さを誘電体基板１の厚さ
に比較して十分大きくして、貫通孔１１を開口部として
露出された入出力電極２１を直接外部接続電極として用
いるようにしてもよい。

【００１９】実施の形態２．図４は、本発明に係る実施
の形態２の高周波集積回路装置の構成を模式的に示す断
面図であり、該高周波集積回路装置は半導体チップ２に
形成された貫通孔２５を介して外部回路と接続するよう
にしたことを特徴とし、以下のような手順で作成され
る。

【００２０】すなわち、一方の主面に所定の回路が形成
された半導体ウエハ上に、実施の形態１と同様の高周波
における損失が小さい接着剤を用いて、略半導体ウエハ
と同一の平面形状を有する誘電体基板を接着する。次
に、半導体ウエハの他方の主面を研削又は研磨して半導
体ウエハの厚さを薄くし、この研磨した他方の主面から
ドライエッチング等により入出力電極２１を露出させる
ように半導体ウエハに貫通孔２５を形成し、その後、貫
通孔２５を埋め込むように又は貫通孔２５の側面に添わ
して電極４を形成する。さらに、半導体ウエハの他方の
主面に、電極４及びその周辺を除いて接地導体２６を形
成して、個々のチップに分割して図４に示す高周波集積
回路装置とする。

【００２１】以上のように構成された実施の形態２の高
周波集積回路装置は、実施の形態１と同様の効果を有す
る。

【００２２】以上の実施の形態２の高周波集積回路装置
においてさらに、誘電体基板１上にアルミニウム等から
なるヒートシンクを設けてもよいし、誘電体基板１に代
えて、ヒートシンクを高周波回路の電極と導通しないよ
うに設けてもよい。以上のように構成することにより、
高い電力を扱うことができる電力用高周波集積回路装置
を構成することができる。

【００２３】実施の形態３．図５は、本発明に係る実施
の形態５の高周波集積回路装置の構成を示す斜視図であ
り、図６は図５のＢ−Ｂ’線における断面図である。本
発明に係る実施の形態３の高周波集積回路装置は、入出
力電極２０１、配線電極２０２及びトランジスタ２０３
を含んでなる高周波回路が一方の主面に形成された半導
体チップ２００と、該高周波回路を封止するために半導
体チップ２００の一方の主面に密着固定された誘電体基
板１００とを備える。そして、本実施の形態３では、上
記誘電体基板１００が、上記入出力電極２０１上に設け
られた第１の誘電体５と該第１の誘電体５より低い誘電
率を有しかつ上記入出力電極２０１から離れて設けられ
た第２の誘電体６からなり、上記誘電体基板１００にお
いて該第１の誘電体５をコアとする誘電体導波路が形成
されていることを特徴とする。

【００２４】すなわち、実施の形態３の誘電体基板１０
０は、入出力電極２０１の直上に横断面形状が方形でか
つ所定の比誘電率ε_r1を有する第１の誘電体５と、第１
の誘電体５を取り囲むように設けられかつ第１の誘電体
５より小さい比誘電率ε_r2を有する第２の誘電体６とか
らなり、第１の誘電体５の表面とその周辺部分を除く誘
電体基板１００の上面と側面とに接地導体１０１が形成
されている。このようにして、入出力電極２０１の上に
第１の誘電体５をコアとし第２の誘電体６をクラッド部
とする誘電体導波路１０２が構成され、該誘電体導波路
２０１を介して半導体チップ２００上に形成された高周
波回路に高周波信号が入出力される。尚、実施の形態３
において、第１の誘電体５の横断面形状は、誘電体導波
路２０１を伝送させる高周波信号の周波数に対応した形
状とし、方形又は円形であることが好ましい。

【００２５】また、本実施の形態３では、図７に示すよ
うに、誘電体導波路１０２の反対側に、上記第１の誘電
体５と同一の横断面形状を有しかつ第１の誘電体５を伝
送させる高周波信号の周波数においてλｇ／４となる長
さ（深さ）になるように第１の誘電体５と同一の誘電体
７を設けて終端することが好ましい。

【００２６】以上のように構成された実施の形態３の高
周波集積回路装置は、実施の形態１，２と同様、半導体
チップ２００と略同一の平面形状を有する誘電体基板１
００を用いて半導体チップ１００に形成された高周波回
路を封止して保護しているので、小型でかつ安価にでき
る。

【００２７】また、実施の形態３の高周波集積回路装置
は、実施の形態１，２と異なり、誘電体基板１００に形
成された、導波管の伝送モードと結合が容易な誘電体導
波路１０２を介して高周波信号を入出力するように構成
しているので、導波管との接続を容易にできる。

【００２８】実施の形態４．図８は、実施の形態４の高
周波集積回路装置の構成を示す模式的な断面図である。
尚、図８において、図５，６，７と同様のものには同様
の符号を付して示している。この実施の形態４の高周波
集積回路装置は、実施の形態３で用いた誘電体基板１０
０を接合した後、半導体チップ２の第１の誘電体５とは
反対側の位置に貫通孔２０５を設け、該貫通孔２０５に
第１の誘電体５と同一の誘電体２０８を充填して、該充
填した誘電体２０８をコアとする誘電体導波路２２０を
介して高周波信号を入出力するように構成したものであ
る。尚、実施の形態４において第１の誘電体５は終端と
して動作する。以上のように構成しても実施の形態１，
２，３と同様の効果を有する。

【００２９】実施の形態５．図９は、実施の形態５の高
周波集積回路装置の構成を示す斜視図であり、図１０は
図９の本体動作部３００を示す斜視図である。また、図
１１は、図１０におけるＣ−Ｃ’線における模式的な断
面図である。

【００３０】この実施の形態５の高周波集積回路装置に
おいて、誘電体基板３０１は、第２の誘電体３０６とそ
の両側に設けられかつ第２の誘電体３０６より高い誘電
率を有する第１の誘電体３０５とからなり、本体動作部
３００は、図１１に示すように半導体チップ２００の入
出力電極２０１上に第１の半導体３０５が位置するよう
に、誘電体基板３０１を密着させて構成される。また、
外周クラッド部１１０は、第２の誘電体３０６と同一の
材料を用いて形成される。すなわち、本実施の形態５で
は、以上のように構成された本体動作部３００の回りに
図９に示すように外周クラッド部１１０を設けることに
より、第１の誘電体３０５をコアとし第２の誘電体３０
６及び外周クラッド部１１０をクラッドとする誘電体導
波路が構成され、該誘電体導波路を介して高周波信号が
入出力される。ここで、第１の誘電体３０５及び第２の
誘電体３０６は、例えば、ＥＰＴＦＥ（多孔質テフロ
ン）等からなり、誘電率の差は誘電体粉体の添加の有無
又は添加量の差によって決定される。尚、本実施の形態
５では、外周クラッド部１１０は、クラッド部１１０ａ
とクラッド部１１０ｂとからなり、本体動作部３００と
外周クラッド部１１０との組み立てを容易にしている。

【００３１】以上のように構成された実施の形態５の高
周波集積回路装置は、実施の形態３と同様の効果を有す
る。

【００３２】尚、実施の形態５の高周波集積回路装置に
おいて、入出力用の誘電体導波路を出力側と反対側を終
端するためには、例えば、図１２に示すように、第１の
誘電体３０５と対向して位置する半導体チップ２００の
厚さを、入出力される高周波信号の周波数においてλｇ
／４になるように設定しかつ該部分に接地導体２０４に
接続された接地導体９を形成する。この場合、外周クラ
ッド部１１０は、図１３に示すように配置する。以上の
ようにして一端が終端されかつ他端から高周波信号を入
出力することができる誘電体導波路を形成することがで
きる。

【００３３】以上の実施の形態５の高周波集積回路装置
では、図１４，１５に示すように、誘電体基板を接合し
たときに、半導体チップ２００との間に空間ができるよ
うに、第２の誘電体３０６に代えて凹部を有する第２の
誘電体３１０を用いてもよい。またこの場合さらに、図
１６に示すように誘電体導波路を終端するようにしても
よい。

【００３４】以上の実施の形態１〜５の高周波集積回路
装置は、半導体基板上に高周波回路が形成された半導体
チップを用いて構成したが、本発明はこれに限らず、例
えばサファイヤやアルミナ等の誘電体基板を用いて高周
波回路を形成するようにしてもよい。以上のように構成
しても実施の形態１〜５と同様の効果を有する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る第１の高周波集積回路装置は、上記回路基
板の一方の主面に上記誘電体基板を密着固定することに
より上記高周波回路を封止して保護しているので、上記
半導体チップと略同一の実装面積にでき小型化が図れ
る。また、高価なパッケージを用いることなく高周波回
路を封止しているので安価にできる。また、第１の高周
波集積回路装置では、上記入出力電極の直上に上記誘電
体基板を貫通するように形成された貫通孔又は、上記入
出力電極の直下に上記回路基板を貫通するように形成れ
た貫通孔を介して高周波信号を入出力するようにしたの
で、上記入出力電極から最短距離で外部回路と接続する
ことができる。これによって、接続電極による不要なキ
ャパシタンス成分又はインダクタンス成分を極めて小さ
くでき、高周波において安定した外部回路との接続がで
きる。

【００３６】また、上記第１の高周波集積回路装置で
は、上記回路基板として半導体基板を使用することによ
り、高周波回路を構成する能動素子及び受動素子を一体
で形成できるので、さらに小型化することができる。

【００３７】さらに、上記第１の高周波集積回路装置に
おいては、上記貫通孔に電極が形成し、該電極を介して
高周波信号を入出力することにより、上記誘電体基板が
比較的厚い場合でも外部回路との接続を確実にできる。

【００３８】また、本発明に係る第２の高周波集積回路
装置は、上記回路基板の一方の主面に誘電体基板を密着
固定することにより回路基板上に形成された回路を封止
保護しているので、第１の高周波集積回路装置と同様小
型でかつ安価にできる。また、本発明に係る第２の高周
波集積回路装置では、上記誘電体基板が、上記入出力電
極上に設けられた第１の誘電体と該第１の誘電体より低
い誘電率を有しかつ上記入出力電極から離れて設けられ
た第２の誘電体とからなり、上記誘電体基板において該
第１の誘電体をコアとする誘電体導波路が形成されてい
るので、該誘電体導波路を介して外部回路と接続するこ
とができ、導波管との接続が容易にできる。

【００３９】また、この第２の高周波集積回路装置にお
いて、上記第２の誘電体を上記第１の誘電体を取り囲む
ように形成することにより、信号伝送が安定した誘電体
導波路を形成できる。

【００４０】また、上記誘電体基板の回りに上記第２の
誘電体と等しい比誘電率を有する第３の誘電体が形成さ
れ、該第３の誘電体が上記誘電体導波路のクラッド部の
一部を構成するようにすることにより、誘電体導波路の
コア部分を大きくする事が可能になり、上記誘電体導波
路の設計における自由度を向上させることができる。

【００４１】また、本発明に係る第３の高周波集積回路
装置は、上記第１及び第２の高周波集積回路装置と同様
に小型でかつ安価にでき、さらに後述の特有の効果を有
する。すなわち、上記第３の高周波集積回路装置におい
ては、上記回路基板を貫通する貫通孔に上記回路基板よ
り比誘電率の大きい誘電体を設け、上記回路基板に該誘
電体をコアとする誘電体導波路が形成されているので、
誘電体基板内に誘電体導波路を形成することがなく、誘
電体基板の構造を簡単にでき、しかも特定の誘電率に限
定されることなく種々の目的に応じた誘電体基板を選定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態１の高周波集積回路
装置の斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ’線における断面の部分断面図
である。

【図３】 実施の形態１の変形例の部分断面図である。

【図４】 本発明に係る実施の形態２の高周波集積回路
装置の部分断面図である。

【図５】 本発明に係る実施の形態３の高周波集積回路
装置の斜視図である。

【図６】 図５のＢ−Ｂ’線における断面の部分断面図
である。

【図７】 実施の形態３の変形例の部分断面図である。

【図８】 本発明に係る実施の形態４の高周波集積回路
装置の斜視図である。

【図９】 本発明に係る実施の形態５の高周波集積回路
装置の斜視図である。

【図１０】 実施の形態５の高周波集積回路装置におけ
る本体動作部の斜視図である。

【図１１】 図１０のＣ−Ｃ’線における断面の部分断
面図である。

【図１２】 実施の形態５の第１の変形例の本体動作部
の部分断面図である。

【図１３】 実施の形態５の第１の変形例の部分断面図
である。

【図１４】 実施の形態５の第２の変形例の本体動作部
の斜視図である。

【図１５】 実施の形態５の第２の変形例の本体動作部
の部分断面図である。

【図１６】 実施の形態５の第２の変形例の本体動作部
に終端部を設けたときの部分断面図である。

【符号の説明】

１，１００，３０１ 誘電体基板、２，２００ 半導体
チップ、３，４ 電極、５，３０５ 第１の誘電体、
６，３０６，３１０ 第２の誘電体、９，２４，２６，
１０１，２０４ 接地導体、１１，２５，２０５ 貫通
孔、２１，２０１入出力電極、２２，２０２ 配線電
極、２３，２０３ トランジスタ、１０２，２２０ 誘
電体導波路、１１０ 外周クラッド部、１１０ａ，１１
０ｂ クラッド部、２０８ 誘電体、３００ 本体動作
部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入出力電極を有する高周波回路が一方の
   主面に形成された回路基板と上記回路基板の一方の主面
   に密着固定された誘電体基板とを備え、上記入出力電極
   の直上に上記誘電体基板を貫通するように形成された貫
   通孔又は、上記入出力電極の直下に上記回路基板を貫通
   するように形成れた貫通孔を介して高周波信号を入出力
   することを特徴とする高周波集積回路装置。
2. 【請求項２】 上記回路基板は半導体基板である請求項
   １記載の高周波集積回路装置。
3. 【請求項３】 上記貫通孔に電極が形成され、該電極を
   介して高周波信号を入出力する請求項１又は２記載の高
   周波集積回路装置。
4. 【請求項４】 入出力電極を有する高周波回路が一方の
   主面に形成された回路基板と上記回路基板の一方の主面
   に密着固定された誘電体基板とを備え、 上記誘電体基板が、上記入出力電極上に設けられた第１
   の誘電体と該第１の誘電体より低い誘電率を有しかつ上
   記入出力電極から離れて設けられた第２の誘電体とから
   なり、上記誘電体基板において該第１の誘電体をコアと
   する誘電体導波路が形成されていることを特徴とする高
   周波集積回路装置。
5. 【請求項５】 上記第２の誘電体は上記第１の誘電体を
   取り囲むように形成されている請求項４記載の高周波集
   積回路装置。
6. 【請求項６】 上記誘電体基板の回りに上記第２の誘電
   体と等しい比誘電率を有する第３の誘電体が形成され、
   該第３の誘電体が上記誘電体導波路のクラッド部の一部
   を構成する請求項４記載の高周波集積回路装置。
7. 【請求項７】 入出力電極を有する高周波回路が一方の
   主面に形成された回路基板と上記回路基板の一方の主面
   に密着固定された誘電体基板とを備え、 上記入出力電極の直下に上記回路基板を貫通する貫通孔
   が形成されかつ該貫通孔に上記回路基板より比誘電率の
   大きい誘電体を設け、上記回路基板に該誘電体をコアと
   する誘電体導波路が形成されていることを特徴とする高
   周波集積回路装置。