JPH11274416A - マルチチップモジュ―ル用モノリシック共鳴器 - Google Patents
マルチチップモジュ―ル用モノリシック共鳴器Info
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Abstract
態の第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域2
6,28と、前記第1と第2のスパイラル形状の金属材
料製領域26,28の間に配置される誘電体材料層44
と、前記第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域
26,28を接続する前記誘電体材料層44を貫通する
貫通導体36とからなることを特徴とする。
Description
ュール(MCM)に関し、特に従来の低コストのシリコ
ン技術を用いて形成されたQ係数が高いモノリシックな
共鳴器を有するマルチチップモジュールに関する。
が単位時間当たり多数回の動作が行えるように要求する
傾向にある。通常の最新型の電子回路は、複数の半導体
チップ上に配置された膨大な数の集積回路を有してい
る。現在の半導体チップは、十分高速で情報を処理で
き、その結果半導体チップ全体の処理速度は相互接続導
体の速度により主に制限されてしまう。
le−MCM)は、相互接続導体としてのみ機能する極端
に短い導体を用いて共通の基板上に複数の半導体チップ
を相互接続するデバイスである。この導体は極端に短い
ために、一端から他端への電気信号の伝送する際その遅
延時間は短くなっている。MCM基板上のこの極短い導
体により導体の密度が向上し、パッケージの大きさが小
さくなっている。
態電話,ワイアレスモデム,テレビ等のワイアレス製品
において、高性能のデジタル電子回路用の高速度の相互
接続機構を提供できる。キャパシタ・抵抗等の受動型の
電子部品もまたこのMCM基板上に埋設され、マッチン
グ,ディカップリング(脱結合),カップリング(結
合),レゾナンス(共鳴)等のさまざまな機能を具備す
る回路を提供してる。
在の埋設型の共鳴器の設計に際して存在する。共鳴器は
バンドパスフィルタ,発振器,電圧制御発振器,イメー
ジ拒絶回路あるいは所望の周波数における高いインピー
ダンスを必要とするような回路において重要な電子部品
である。このような回路の効率を上げるためには、高い
Q係数を有する共鳴器を必要としている。
クタと同じく別個に埋設されたキャパシタとを直列ある
いは並列に接続することにより形成された共鳴器(LC
共鳴器)を有している。他の現在のMCMは、伝送ライ
ン構造から形成された共鳴器を有している。このような
共鳴器を有するMCMは、多くの欠点を有している。例
えば、LC共鳴器を含むMCMは、MCMの基板スペー
スが広くなりこれによりMCMの大きさが増加すること
になる。
LC共鳴器は、Q係数が悪化し共鳴器に必要とされる小
さなキャパシタンスは、低コストのシリコン製造プロセ
スを用いて正確に作ることは難しい。したがってこの低
コストのプロセスを用いて形成されるMCMは、歩留ま
りが悪くかつ品質が悪いものとなっている。
必要とされる場合には、共鳴器はチップとは別個に構成
され、このためチップ用の共鳴器のパッケージの入力−
出力間の接続の数および構成が複雑となり、そのためパ
ッケージの浮遊容量によるスプリアスな共鳴が発生する
ことになる。伝送ラインを用いて実現した共鳴器を有す
るMCMは、ワイアレスなアプリケーション用には現実
的ではない。その理由は、500MHz−3GHzの間
の高い周波数が必要とされるためである。このような分
散した回路は、波長と同一のオーダーの動作周波数を達
成するためには極めて長い導体ラインが必要となる。し
たがって、従来の分散型の共鳴器を具備するMCMは、
ワイアレスのアプリケーション用の回路には使用するこ
とはできない。
インダクタを具備するMCMの研究によれば、注意深く
設計することにより、このインダクタは高いQ係数を実
現することが分かった。良好なインダクタの設計目標
は、立ち上がり特性を維持するために、動作周波数以上
に自己共鳴周波数を立ち上げることである。しかし、浮
遊キャパシタンスを内蔵しこれは現在の技術ではこの影
響を低減することはできない。自己共鳴周波数を動作周
波数以上に維持することによっては、達成すべきインピ
ーダンスには上限がある。
的は、従来技術にかかるMCMの欠点を回避し、Q係数
が高い共鳴器を有するMCMを提供することである。
ジュールは、多層基板上に配置された少なくとも2個の
半導体チップと、この基板上に埋設された共鳴器とを有
する。この基板状に配置された導体は、半導体チップと
共鳴器とを接続する。この共鳴器は、ベース基板層の上
に配置されて2本の導体により電気的に接続された重な
り合った第1と第2のスパイラル形状の導体領域(層)
を有する。誘電体材料層がこの第1と第2のスパイラル
形状の領域の間に配置され、貫通導体がこの誘電体材料
層を貫通して第1と第2のスパイラル形状の領域を電気
的に接続する。この共鳴器のQ係数は、共鳴周波数が9
00MHzで19以上,2GHzで24以上である。
(MCM)10の側面図である。このMCM10は、2
個の半導体チップ14,16を含むMCM基板12とこ
のMCM基板12を搭載するパッケージ18とを有す
る。同図には2個の半導体チップ14,16がMCM基
板12上に示されているが、MCMにはいかなる数の半
導体チップを搭載してもよい。
に電気的に接続され、このMCM基板12はパッケージ
18にワイヤボンド20により電気的に接続されてい
る。MCM基板12内には複数の受動型の電子部品(図
示せず)が埋設され、これらが半導体チップ14,16
と共に動作するさまざまな回路を構成する。図1Bに示
すように金属製導体22は、半導体チップ14,16を
MCM基板12内に埋設された受動型素子等に電気的に
接続する。
れた受動型構成部品の1つを含む重なり合った状態の共
鳴器24の平面図である。この共鳴器24は、重なり合
った状態で誘電体層(図示せず)により分離された第1
と第2の螺旋形状層26,28を有する。この第1と第
2の螺旋形状層26,28は、誘導性素子およびキャパ
シタのプレートとして機能する。第1と第2の螺旋形状
層26,28は、最も高いQ係数を与えることのできる
環状のパターンで構成されている。
螺旋形状層26,28は、MCM基板12の大きさによ
っては、他の形状で構成してもよい。第1螺旋形状層2
6は外側コネクタ領域30から内側コネクタ領域32に
向かって内側に反時計方向に螺旋を描き、第2螺旋形状
層28は外側コネクタ領域34から内側コネクタ領域3
6に時計方向に内側に向かって螺旋を描く。
形状層26,28は内側コネクタ領域32,36の点で
貫通導体38により接続されている。この貫通導体38
は第1と第2の螺旋形状層26,28の間に延びる(図
4の誘電体層44を貫通して)。この構造により電流I
は、螺旋形状層26,28の両方上で、同一の螺旋方向
Lに向かって流れ、これにより共鳴器24の全インダク
タンスを改善する。
なり合った部分は重なり領域40で示されているが、こ
の部分は共鳴周波数を低くかつQ係数を高くするために
重要である。しかし、重なり合った領域40は、第1と
第2の螺旋形状層26,28の一方の位置を相対的に調
整し動かすことにより、MCM基板12の製造の間用い
られる低コストのシリコン製造技術を用いて容易に制御
可能である。
24を示すMCM基板12の断面図である。同図に示す
ように、第1螺旋形状層26は、SiO2 の絶縁層42
の上に堆積され、そしてこの絶縁層42は高抵抗シリコ
ンのベース基板層41をカバーしている。前述した誘電
体層44は、第1螺旋形状層26と絶縁層42の両方の
上に堆積される。誘電体層44は、ポリイミド材料製あ
るいは他の適当な誘電体材料製である。
れ、第1螺旋形状層26の内側コネクタ領域32を露出
させ、その部分に導電性材料が充填されて貫通導体38
を形成する。第2の螺旋形状層28は誘電体層44の上
に堆積され、その内側コネクタ領域36が貫通導体38
に接触している。ポリイミド層46が、第2の螺旋形状
層28と誘電体層44の上に堆積される。
8の重なり領域40を制御し調整することにより、内部
周波数をワイアレス回路および無線回路の動作周波数に
近づけ、内部キャパシタンスを与える。共鳴器を構成す
る余分な回路要素を削除することにより共鳴器のQ係数
が大幅に改善され、その結果MCMの動作が効率的とな
り、MCMの大きさを低減できる。さらに異なる誘電体
材料を誘電体層44用に用いることによりさまざまなア
プリケーション用の共鳴器の共鳴周波数を調整できる。
る重なり合ったモノリシックな共鳴器の他の実施例が示
されている。共鳴器48,56は、前述した実施例のM
CMの共鳴器24とほぼ同一であるが、ただし第1と第
2の螺旋形状の金属材料層の形状が異なる。図5の共鳴
器48は重なり合った八角形の第1と第2の螺旋形状層
52,50を有し、これらは貫通導体54により結合さ
れている。図6の共鳴器56は、オーバラップした第1
と第2の螺旋形状層60,58を有し、これらは四角形
をしており貫通導体62により結合されている。
板に対する空間的な制限のために、環状の螺旋形状を実
現することが難しい場合に特に優れたものであるが、環
状の共鳴器が3つのパターンのうち最も高いQ係数を与
えることが分かる。環状の共鳴器を実現することは難し
いが、八角形または四角形以外ののモノリシックの共鳴
器でもよい。
リシックな共鳴器のインピーダンスの測定値を図7,8
に示す。ピークインピーダンスがQ値を与える。図7に
おいて、各共鳴器は、第1螺旋形状の導電層が2.75
巻回で、第2螺旋形状の導電層がも2.75巻回で、全
部で5.5巻回でもって構成した。このグループの環状
状の共鳴器のQ係数は約25で、共鳴周波数は約896
MHzであった。このグループの八角形と四角形の共鳴
器のQ係数は、それぞれ22と19であった。
体層が1.75巻回、第2の螺旋形状誘電体層が1.7
5巻回で、全部で3.5巻回でもって構成した。このグ
ループの環状状の共鳴器のQ係数は約30で、共鳴周波
数は約1.81GHzであった。このグループの八角形
と四角形の共鳴器のQ係数は、それぞれ27と共鳴器2
4であった。
に限定されるものではなく異なる形状のパターンの螺旋
形状層の共鳴器にも適用できる。さらに重なり合った状
態の螺旋形状の層が互いに対称構造を構成しているが、
本発明の共鳴器は重なり合った螺旋形状の層が異なる形
状のパターンで対称構造に限定されるものではない。し
たがって、本明細書に記載した螺旋形状に限定されるも
のではない。
ュールを表す断面図B 同上面図
含まれる重なり合った状態の共鳴器の上面図
板の断面図
った状態の共鳴器の上面図
った状態の共鳴器の上面図
共鳴器と八角形共鳴器と四角形共鳴器のインピーダンス
対周波数範囲の関係を表すグラフ
器と八角形共鳴器と四角形共鳴器のインピーダンス対周
波数範囲の関係を表すグラフ
Claims (18)
- 【請求項1】 多層基板と、前記多層基板上に形成され
た少なくとも2個の半導体チップと、 前記少なくとも2個の半導体チップを相互に接続する複
数の導体と、を有するマルチチップモジュール用のモノ
リシック共鳴器において、 前記共鳴器(24)は、 前記少なくとも2個の半導体チップを前記複数の導体の
うちの少なくとも2個の導体を介して電気的に接続され
る重なり合った状態の第1と第2のスパイラル形状の金
属材料製領域(26,28)と、 前記第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域の間
に配置される誘電体材料層(44)と、 前記第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域を接
続する前記誘電体材料層を貫通する貫通導体(36)と
からなることを特徴とするマルチチップモジュール用モ
ノリシック共鳴器。 - 【請求項2】 前記第1と第2のスパイラル形状の金属
材料製領域は、反対方向に巻かれていることを特徴とす
る請求項1記載の共鳴器。 - 【請求項3】 前記第1と第2のスパイラル形状の金属
材料製領域は、物理的パターンでそれぞれ巻かれている
ことを特徴とする請求項1記載の共鳴器。 - 【請求項4】 前記物理的パターンは、環状,八角形,
四角形のパターンからなるグループから選択されること
を特徴とする請求項3記載の共鳴器。 - 【請求項5】 前記第1と第2のスパイラル形状の金属
材料製領域の巻きパターンは、同一であることを特徴と
する請求項3記載の共鳴器。 - 【請求項6】 前記第1と第2のスパイラル形状の金属
材料製領域の巻きパターンは、異なることを特徴とする
請求項3記載の共鳴器。 - 【請求項7】 前記誘電体材料は、前記共鳴器が所望の
自己共鳴周波数を有するように内部結合キャパシタンス
をさまざまに選択できるような誘電体材料の所定のグル
ープから選択されることを特徴とする請求項1記載の共
鳴器。 - 【請求項8】 前記共鳴器のQ係数は、共鳴周波数が9
00MHzで19以上、2GHzで24以上であること
を特徴とする請求項1記載の共鳴器。 - 【請求項9】 多層基板と、 前記多層基板上に形成された少なくとも2個の半導体チ
ップと、 前記少なくとも2個の半導体チップを相互に接続する複
数の導体と、 前記多層基板内に埋設され、少なくとも2個の半導体チ
ップを複数の導体を介して電気的に接続し埋設された共
鳴器と、からなるマルチチップモジュールにおいて、 前記共鳴器は、 前記多層基板のベース基板層の上に配置され、前記複数
の導体のうちの少なくとも2個の導体の電気的に接続さ
れる重なり合った状態の第1と第2のスパイラル形状の
金属材料製領域と、 前記第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域の間
に配置される誘電体材料層と、 前記第1と第2のスパイラル形状の金属材料製領域を接
続する前記誘電体材料層を貫通する貫通導体と、からな
ることを特徴とするマルチチップモジュール。 - 【請求項10】 前記共鳴器のQ係数は、共鳴周波数が
900MHzで19以上、2GHzで24以上であるこ
とを特徴とする請求項9記載のマルチチップモジュー
ル。 - 【請求項11】 前記第1のスパイラル形状の金属材料
製領域と前記ベース基板層との間に配置された絶縁層を
さらに有することを特徴とする請求項9記載のマルチチ
ップモジュール。 - 【請求項12】 前記第2のスパイラル形状の金属材料
製領域の上に配置された第2の誘電体材料層をさらに有
することを特徴とする請求項9記載のマルチチップモジ
ュール。 - 【請求項13】 前記第1と第2のスパイラル形状の金
属材料製領域は、反対方向に巻かれていることを特徴と
する請求項9記載のマルチチップモジュール。 - 【請求項14】 前記第1と第2のスパイラル形状の金
属材料製領域は、物理的パターンでそれぞれ巻かれてい
ることを特徴とする請求項9記載のマルチチップモジュ
ール。 - 【請求項15】 前記物理的パターンは、環状,八角
形,矩形のパターンからなるグループから選択されるこ
とを特徴とする請求項14記載のマルチチップモジュー
ル。 - 【請求項16】 前記第1と第2のスパイラル形状の金
属材料製領域の巻きパターンは、同一であることを特徴
とする請求項14記載のマルチチップモジュール。 - 【請求項17】 前記第1と第2のスパイラル形状の金
属材料製領域の巻きパターンは、異なることを特徴とす
る請求項14記載のマルチチップモジュール。 - 【請求項18】 前記共鳴器が所望の自己共鳴周波数を
有するように内部結合キャパシタンスをさまざまに選択
できるような誘電体材料の所定のグループから選択され
ることを特徴とする請求項9記載のマルチチップモジュ
ール。
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