WO2002001631A2 - Hochfrequenz-bauelement - Google Patents

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WO2002001631A2
WO2002001631A2 PCT/DE2001/002378 DE0102378W WO0201631A2 WO 2002001631 A2 WO2002001631 A2 WO 2002001631A2 DE 0102378 W DE0102378 W DE 0102378W WO 0201631 A2 WO0201631 A2 WO 0201631A2
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Patric Heide
Thomas Kerssenbrock
Oliver Nagy
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20363—Linear resonators
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    • H01L2224/16225—Disposition 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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    • H01L2924/15151—Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency component, in particular for assembly using flip-chip technology.
  • high-frequency component which contains a base carrier and at least one high-frequency element with at least one high-frequency structure, the high-frequency element using at least one planar
  • Transition waveguide is connected to the base support.
  • Waves in particular microwaves and millimeter waves, can be fed into the high-frequency element via the waveguide or can be transmitted from the high-frequency element to the base support.
  • the base carrier can have one or more high-frequency elements, which are then typically connected to one another via a network structure present on the base carrier. It is possible for the base support to be constructed in multiple layers, for example by means of several functional layers in low and / or high frequency technology.
  • radio frequency elements such as filters, frequency generators, amplifiers, antennas, bias networks, directional couplers, absorber elements or distribution networks.
  • the radio frequency structure is typically designed to function autonomously, i. H. without significant interaction with the base element on which the high frequency element can run.
  • Base substrate is connected. So z. B. special high-frequency function can be implemented in the high-frequency element, while the base element can be designed simply, for example without through-plating or with a thick and therefore mechanically stable substrate. This applies in particular to a connection using flip-chip technology using coplanar structures.
  • the substrate dimensions and substrate properties of the base element and the high-frequency element can be selected independently of one another. Filters can thus be “better” (lower losses, higher quality, etc.) on thin substrates with a lower dielectric constant. Such a filter would not or only be on the substrate of the base element, which is usually large in area and can contain many other complex structures realizable with great compromises.
  • the high-frequency component is not restricted to a specific frequency range, but can be used in particular in a frequency range> 2 GHz, particularly from approx. 20 GHz (maximum frequency), due to low parasitic inductances and capacitances.
  • the at least one transition waveguide at the transition point between the base element and the high-frequency element is a coplanar waveguide (“CPW”) because, among other things, it has a low loss of line and has a simple structure without through-plating.
  • a CPW has at least one center conductor (“CPW-center conductor”) and a ground (“ground”), which are typically applied to one side of an electrically insulating substrate.
  • the waveguide it is also possible for the waveguide to be a microstrip waveguide (“MWG”) in the transition region, because it has a small insertion has damping and is also widespread. In this case, a via connection is necessary in the transition area.
  • MWG microstrip waveguide
  • high-frequency elements with at least one input side and at least one output side
  • the high-frequency element by means of a first transition waveguide (e.g. on the input side) and a second transition waveguide on the base support (e.g. on the output side) connected.
  • elements connected on one side to a high-frequency network are also conceivable, e.g. B. antennas or radio frequency generators.
  • the high-frequency structure has at least one planar waveguide, in particular a microstrip waveguide.
  • microstrip waveguide of the high-frequency structure is connected via-free to the first transition waveguide attached on the input side and that of a second transition waveguide attached to the output side.
  • transition point is a waveguide with a CPW structure, it is favorable that the necessary transition from coplanar to
  • Microstrip done without through-plating The use of such a structure is the subject of the invention.
  • Such via-free transitions are e.g. in Gauthier, G.P .; Katehi, L.P .; Rebeiz, G.M., "W-band finite ground coplanar waveguide (FGGPW) to microstrip line transition,"
  • the high-frequency component comprises a substrate on which the high-frequency structure is applied in a planar manner throughout.
  • T 300 ° C.
  • the substrate is made of Al 2 0 3 , Si 3 N, SiC, SiC- 2 , Teflon or Duroid.
  • A1 2 0 3 or glass is particularly preferred. Glass is a little less loss-free than Al 2 0 3 , but easier to manufacture or to shape than a ceramic.
  • the same advantages also apply to a substrate of the base element.
  • the high-frequency structure on the high-frequency element and possibly on the base carrier consists of a highly conductive material.
  • a noble metal is particularly preferred due to the good corrosion resistance.
  • the expert is familiar with, for. B. Au, Ag, Cu, Pt or an alloy containing these metals, e.g. B. AgAu or PtRd.
  • the high-frequency component is attached to the base carrier by means of a flip-chip technology, in particular a fine-pitch flip-chip technology, in particular in the waveguide transition region.
  • a flip-chip technology in particular a fine-pitch flip-chip technology, in particular in the waveguide transition region.
  • the flip chip element is also easy to manufacture and can be used separately from the base carrier.
  • the bumps can, for example, be so-called stud bumps (gold balls), then they are built up using thermo- compression process, or with soldering process; solder bumps (gold-tin, lead-tin etc.) are applied for this purpose.
  • the high-frequency component has been attached to the base carrier by means of a thermocompression process or, in particular for a high throughput, a soldering process.
  • the high-frequency element and the base support are separated from one another by means of a spacer in the form of at least one support bump, as a result of which a secure and precise connection can be established.
  • the high-frequency flip-chip element is fixed to the waveguide by means of at least one spacer in the form of a plurality of support bumps.
  • the element is in the case of an electrical connection between the base element and the high-frequency element, especially between the waveguide and the resonator, preferably by means of an RF bump with the shaft feed, for. B. the center conductor of the CPW or the strip of the microstrip waveguide, the waveguide.
  • field coupling aperture coupling
  • the height db of the bumps corresponds approximately to the height of the gap. It is particularly preferred if the height of the bumps is between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m (“microbumps”). The height can also easily be up to 1000 ⁇ m.
  • the gap can also be made with a hardening substance, typically a liquid, with the lowest possible permittivity and with the least possible loss high frequencies are filled, e.g. B. with a resin or a foam.
  • a hardening substance typically a liquid
  • the FC element is better fixed and is protected against contamination.
  • the liquid is so thin during the filling of the gap that the gap can be filled evenly.
  • the antenna is carried out schematically in more detail.
  • Figure 1 shows a high frequency element
  • Figure 2 shows a base support
  • FIG. 3 shows the base carrier equipped with the high-frequency element
  • FIG. 4 shows a generalized high-frequency element.
  • FIG. 1 shows an oblique view of a high-frequency element H in the form of a flip-chip filter before assembly using flip-chip technology.
  • Metallic layer structures are applied to the substrate SUBH made of Al2O 3 .
  • the opposite back is metallized.
  • Base support B consists of the substrate SUBH and a central conductor ST coated thereon in the form of a metallic tongue. From this, electrically insulated, the mass GR is applied to the substrate SUBH in the form of a metallic layer.
  • Support bumps SB are applied as spacers on further metallized surfaces serving as contact pads P. Electrically conductive HF (high frequency) bumps HFB are attached to the waveguide CPW1.
  • a microstrip waveguide MWG is applied as a filter between the CPW transition waveguides CPW1, CPW2.
  • Figure 2 shows a top view of a base support H, the counterpart to the high-frequency element from Figure 1
  • the base support B also has a substrate SUBB on which metallic structures in the form of electrical contacts C are applied using the layering technique.
  • the electrical contacts C allow electrical signals, typically maximum voltage signals, to be fed or tapped.
  • the substrate SUBB of the base support B typically has a thickness between 50 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • Materials are, for example, A1203, but also, for example, Si 3 N 4 , SiAlON, SiC, Si 3 N 4 , Teflon or Duroid.
  • the substrate SUBH of the high-frequency element H can match this or, depending on the application, with respect to e.g. B. Material and thickness differ.
  • the high-frequency element H with the transition waveguides CPW1, CPW2 and support bumps SB is folded onto one another and pressed onto one another (indicated by the arrow).
  • Pressing creates a firm connection of the high-frequency element H with the base support B.
  • the pressing process is controlled so that the high-frequency element H is at a constant distance db from the base support B.
  • the center conductor ST is also connected to the base support B by means of the HF bump during pressing.
  • Figure 3 shows a sectional view of a high-frequency component after assembly.
  • the high-frequency element H is held at a distance db by the support bumps SB from the base support B.
  • a maximum frequency signal can reach the first coplanar transition waveguide CPW1 via the electrical contacts C of the base carrier B, which couples the signal into the high-frequency element ent H.
  • the signal is filtered by means of the microstrip waveguide MWG and then coupled out again from the high-frequency element H into the base element B via the second coplanar transition waveguide CPW2.
  • the high-frequency element H is made of a material with a low dielectric constant, that the electromagnetic field emerges to such an extent that the material of the base support B below the high-frequency element H adversely changes the properties of the high-frequency structure S. To avoid this effect, the
  • Base carrier B a non-metallized surface or even a hole in the base substrate SUBB.
  • Figure 4 shows an oblique view of a radio frequency element H, in which a general transition between CPW structures as
  • Transition waveguide CPW1, CPW2 and MWG structures is present.
  • Such an implementation can also be transferred to further high-frequency elements H which are better or easier to implement in microstrip technology than in Koplanartechni. There is a difficulty especially in the fact that suitable simulation and design tools for certain coplanar structures with the highest frequencies are not available or provide inadequate results. Bias networks, directional couplers (90 ° hybrids, ratrace, etc.), absorber elements, distribution networks and antennas are also conceivable as further elements.

Abstract

Das Hochfrequenz-Bauelement weist einen Basisträger (B) sowie mindestens ein Hochfrequenzelement (H) auf, welches jeweils mindestens eine Hochfrequenz-Struktur (S) beinhaltet. Die Hochfrequenz-Struktur (S) ist mittels mindestens eines planaren Übergangs-Wellenleiters (CPW1,CPW2) mit dem Basisträger (B) gekoppelt.

Description

Besehreibung
Hochfrequenz-Bauelement
Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Bauelement, insbesondere zum Zusammenbau mittels Flip-Chip-Technik.
In: 0. Zinke, H. Brunswig, "Hochfrequenztechnik 1", 5. Aufl. Springer, Seiten 157 bis 177 sind verschiedene Wellenleiter bzw. Speisenetzwerke beschrieben wie die Mikrostreifenlei- tung( "Mikrostrip" ) , koplanare Leitungen und die offene Schlitzleitung ("Slotline").
Aus P. Petre et al . , "Simulation and Performance of Passive Microwave and Millimeter Wave Coplanar Waveguide Circuit
Devices with Flip Chip Packaging", Electrical Performance of Electronic Packaging, IEEE, New York, NY, 1997, Conference paper, San Jose, CA, 27-29 October 1997, Seiten 203 - 206, ist ein Koplanar-Wellenleiter ("Coplanar Wave Guide", CPW) bekannt, welcher Mikrowellen oder Millimeterwellen in einen monolithischen Mikrowellen-Schaltkreis ( "Monolithic Microwave Integrated Circuit", MMIC) einspeist. Der MMIC ist mit dem CPW mittels Flip-Chip-Technik verbunden worden.
In W. Heinrich et al . , "Millimeterwave characteristics of Flip-Chip interconnects for multi-chip modules", 1998 IEEE MTT-S Digest, S.1083-1086, werden Schaltkreis-Einheiten ("Chips", "MMICs") in Flip-Chip-Bauweise beschrieben, welche mittels eines CPWs gespeist werden.
Die Flip-Chip-Technik zur Kontaktierung von Halbleiterchips wird beispielsweise in Hans-Jürgen Hacke: Montage Integrierter Schaltungen, Springer Verlag, 1987, Seiten 108 - 118 beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einfach herstellbare und montierbare sowie hoch- und höchstfrequenztaug- liehe Hochfrequenz-Bauelemente, insbesondere Filter mit einer hohen Güte, geringen Verlusten und hoher Reproduzierbarkeit bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
Dazu wird Hochfrequenz-Bauelement verwendet, das einen Basis- träger und mindestens ein Hochfrequenzelement mit mindestens einer Hochfrequenz-Struktur beinhaltet, wobei das Hochfrequenzelement mittels mindestens eines planaren
Übergangs-Wellenleiters am Basistrager angeschlossen ist.
Über den Wellenleiter können Wellen, insbesondere Mikrowellen und Millimeterwellen, in das Hochfrequenzelement eingespeist werden oder aus dem Hochfrequenzelement auf den Basisträger übertragen werden.
Der Basisträger kann ein oder mehrere Hochfrequenzelemente aufweisen, die dann typischerweise über eine auf dem Basisträger vorhandene Netzwerkstruktur miteinander verbunden sind. Dabei ist es möglich, dass der Basisträger mehrschichtig aufgebaut ist, beispielsweise mittels mehrerer Funktionslagen in Nieder- und/oder Hochfrequenztechnik.
Als Hochfrequenzelemente kommen z. B. in Frage: Filter, Frequenzerzeuger, Verstärker, Antennen, Bias-Netzwerke, Richt- koppler, Absorberelemente oder Verteilernetzwerke. Die Hochfrequenz-Struktur ist typischerweise so ausgelegt, dass sie ihre Funktion autonom, d. h. ohne signifikante Wechselwirkung mit dem Basiselement, auf dem Hochfrequenzelement ausführen kann.
Eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, daß das Hochfre- quenzelement separat herstellbar ist und dann erst mit dem
Basissubstrat verbunden wird. So können z. B. spezielle Hochfrequenz-Funktion im Hochfrequenzelement realisiert sein, während das Basiselement einfach ausgeführt werden kann, beispielsweise ohne Durchkontaktierung oder mit einem dicken und also mechanisch stabilen Substrat. Dies gilt insbesondere bei einer Verbindung in Flip-Chip-Technik unter Verwendung von KoplanarStrukturen.
Insbesondere besteht ein Vorteil darin, daß bei beschichteten Einzelbausteinen die Substratdimensionen und Substrateigenschaften des Basiselements und des Hochfrequenzelements unab- hängig voneinander gewählt werden können. So können Filter „besser" (geringere Verluste, höhere Güte etc.) auf dünnen Substraten niedrigerer Dielektrizitätszahl realisiert werden. Ein solches Filter wäre auf dem Substrat des Basiselementes, das meistens großflächig ist und viele andere komplexe Struk- turen enthalten kann, nicht oder nur mit großen Kompromissen realisierbar .
Das Hochfrequenz-Bauelement ist nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich eingeschränkt, jedoch aufgrund geringer para- sitärer Induktivitäten und Kapazitäten insbesondere in einem Frequenzbereich > 2 GHz, besonders ab ca. 20 GHz (Höchstfre- quenz) , einsetzbar.
Es ist vorteilhaft, wenn der mindestens ein Übergangs-Wellen- leiter an der Übergangsstelle von Basiselement und Hochfrequenzelement ein Koplanar-Wellenleiter („CPW") ist, weil dieser unter anderem einen geringen Leitsungsverlust aufweist und eine einfache Struktur ohne Durchkontaktierung besitzt. Ein CPW besitzt mindestens einen Mittelleiter ("CPW-center conductor") und eine Masse ("Ground"), die typischerweise auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Substrats aufgebracht sind.
Grundsätzlich ist es auch möglich, daß der Wellenleiter im Übergangsbereich ein Mikrostreifen-Wellenleiter ("Microstrip wave guide" , „MWG") ist, weil dieser eine geringe Einfüge- dämpfung aufweist und zudem weit verbreitet ist. In diesem Fall ist im Übergangsbereich eine Durchkontaktierung nötig.
Es ist auch zur Realisierung von Hochfrequenzelementen mit mindestens einer Eingangsseite und mindestens einer Ausgangsseite günstig, wenn das Hochfrequenzelement mittels eines ersten Übergangs-Wellenleiters (z. B. eingangsseitig) und eines zweiten Übergangs-Wellenleiters am Basisträger (z. B. aus- gangsseitig) angeschlossen ist. Es sind aber auch einseitig an ein Hochfrequenz-Netzwerk angeschlossene Elemente denkbar, z. B. Antennen oder Hochfrequenz-Erzeuger.
Es ist auch bevorzugt, insbesondere zum Aufbau eines Hochfrequenzfilters, wenn die Hochfrequenzstruktur mindestens einen planaren Wellenleiter, insbesondere einen Mikrostreifen-Wellenleiter, aufweist.
Es ist auch günstig, wenn der Mikrostreifen-Wellenleiter der HochfrequenzStruktur durchkontaktierungsfrei mit dem ein- gangsseitig angebrachten ersten Übergangs-Wellenleiters und dem ausgangsseitig angebrachten eines zweiten Übergangs-Wellenleiters verbunden ist.
Falls die Übergangsstelle ein Wellenleiter mit CPW-Struktur ist, ist es günstig, daß der nötige Übergang von Coplanar auf
Mikrostrip ohne Durchkontaktierung erfolgt. Die Verwendung einer solchen Struktur ist Gegenstand der Erfindung. Solche durchkontaktierungsfreie Übergänge sind z.B. in Gauthier, G.P.; Katehi, L.P.; Rebeiz, G.M., "W-Band finite ground coplanar waveguide (FGGPW) to microstrip line transition, "
IEEE-MTT Int. Microwave Symp. Digest, pp . 107-109, 1998 beschrieben. Die Rückseite uss in der Umgebung des Überganges metallisiert sein. Ansonsten wird bei längeren CPW-Leitungen (l>λ) die Rückseitenmetallisierung entfernt (Gefahr der Aus- breitung unerwünschter Moden) . Es ist günstig, insbesondere zur Anwendung der Flip-Chip- Technik, wenn das Hochfrequenz-Bauelement ein Substrat um- fasst, auf dem die HochfrequenzStruktur durchgehend planar aufgebracht ist.
Insbesondere zur Anwendung des Flip-Chip-Verfahrens ("Flip- Chip-Bondens " ) , aber auch bei eine Hochtemperaturanwendung ist es günstig, wenn das Substrat eine Temperatur T = 300 °C, die typischerweise beim Thermokompressions-Bonden auftritt, schädigungsfrei widersteht. Beide Vorteile werden erlangt, wenn das Substrat aus Al203, Si3N, SiC, SiC-2, Teflon oder Duroid gefertigt wird. Dabei wird eine Verwendung von A1203 oder Glas besonders bevorzugt. Glas ist etwas weniger verlustarm als Al203, aber einfacher herzustellen bzw. zu formen als eine Keramik. Die gleichen Vorteile gelten auch für ein Substrat des Basiselements.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Hochfrequenz-Struktur auf dem Hochfrequenzelement und ggf. auf dem Basisträger aus ei- nem gut leitenden Material besteht. Dabei wird die Verwendung eines Edelmetalls aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit besonders bevorzugt. Dem Fachmann geläufig sind z. B. Au, Ag, Cu, Pt oder eine diese Metalle enthaltende Legierung, z. B. AgAu oder PtRd.
Es ist weiterhin günstig, wenn das Hochfrequenz-Bauelement am Basisträger mittels einer Flip-Chip-Technik, insbesondere einer Finepitch-Flip-Chip-Technik, befestigt ist, insbesondere im Wellenleiter-Übergangsbereich. Dadurch wird eine einfache Herstellung der Einzelteile, eine preisgünstige Montage und eine höchstfrequenztaugliche Verbindung ermöglicht. Das Flip- Chip-Element ist zudem einfach und getrennt vom Basisträger im Nutzen herstellbar.
Beim Flip-Chip-Bonden werden zwei Bauteile über Kontakte
(„Bumps") gebondet. Die Bumps können z. B. sogenannte stud bumps sein (Gold-Bälle) , dann erfolgt der Aufbau mit Thermo- kompressionsverfahren, oder aber mit Lötverfahren; hierzu sind Lötbumps (Gold-Zinn, Blei-Zinn etc.) aufgebracht.
Es ist zur einfachen Herstellung günstig, wenn das Hochfre- uenz-Bauelement am Basisträger mittels eines Thermokompres- sionsverfahrens oder, insbesondere für einen hohen Durchsatz, eines Lötverfahrens befestigt worden ist.
Es wird bevorzugt, wenn das Hochfrequenzelement und der Basisträger mittels eines Abstandshalters in Form mindestens eines Stützbumps voneinander getrennt ist, wodurch sich eine sichere und präzise Verbindung herstellen läßt.
Zur einfachen insbesondere Herstellung, insbesondere mittels der Flip-Chip-Technik, ist es vorteilhaft, wenn das Hochfre- quenz-Flip-Chip-Element mittels mindestens eines Abstandshalters in Form mehrerer Stütz-Bumps am Wellenleiter fixiert ist.
Zudem wird das Element im Falle einer elektrischen Verbindung zwischen Basiselement und Hochfrequenzelement, speziell zwischen Wellenleiter und Resonator, bevorzugt mittels eines HF-Bumps mit der Wellenzuführung, z. B. dem Mittelleiter des CPW oder dem Streifen des Mikrostreifen-Wellenleiters, des Wellenleiters verbunden. Es ist aber grundsätzlich auch eine Feldkopplung (Aperturkopplung) möglich
Die Höhe db der Bumps entspricht in etwa der Höhe des Spaltes. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die Höhe der Bumps zwischen 10 μm und 100 μm beträgt ( "Microbumps" ) . Die Höhe kann aber auch problemlos bis zu 1000 μm betragen.
Zwischen den FC-Element und dem Basisträger besteht nach dem Aufbau ein Luftspalt. Der Spalt kann aber auch nach der An- Wendung der Flip-Chip-Technik mit einer aushärtenden Substanz, typischerweise einer Flüssigkeit, möglichst niedriger Permittivität und mit einem möglichst geringen Verlust bei hohen Frequenzen gefüllt werden, z. B. mit einem Harz oder einem Schaum. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß das FC-ele- ment besser fixiert wird und gegen Verunreinigungen geschützt ist. Günstigerweise ist die Flüssigkeit während des Ausfüllens des Spalts so dünnflüssig, daß der Spalt gleichmäßig ausfüllbar ist.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Antenne sche- matisch näher ausgeführt.
Figur 1 zeigt ein Hochfrequenzelement, Figur 2 zeigt einen Basisträger
Figur 3 zeigt den mit dem Hochfrequenzelement bestückten Basisträger, Figur 4 zeigt ein verallgemeinertes Hochfrequenzelement.
Figur 1 zeigt in Schrägansicht ein Hochfrequenzelement H in Form eines Flip-Chip-Filters vor der Montage mittels Flip- Chip-Technik .
Auf dem Substrat SUBH aus AI2O3 sind auf der Vorderseite metallische Schichtstrukturen (gestrichelt gezeichnet) aufgebracht. Die gegenüberliegende Rückseite ist metallisiert.
Ein koplanarer Wellenleiter CPWl zur Ankopplung an einen
Basisträger B besteht aus dem Substrat SUBH und einem darauf beschichteten Mittelleiter ST in Form einer metallischen Zunge. Davon elektrisch isoliert ist die Masse GR in Form einer metallischen Schicht auf dem Substrat SUBH aufgebracht.
Auf weiteren als Kontaktpads P dienenden metallisierten Flächen sind als Abstandshalter Stütz-Bumps SB aufgebracht. Auf dem Wellenleiter CPWl sind elektrisch leitende HF- (Hochfrequenz-) Bumps HFB befestigt.
Analog ist ein zweiter CPW-Übergangs-Wellenleiter CPWl vorhanden . Zwischen den CPW-Übergangs-Wellenleitern CPW1,CPW2 ist als Filter ein Mikrostrip-Wellenleiter MWG aufgebracht.
Figur 2 zeigt als Aufsicht einen Basisträger H das Gegenstück zum Hochfrequenzelement aus Figur 1
Der Basisträger B weist ebenfalls ein Substrat SUBB auf, auf dem metallische Strukturen in Form elektrischer Kontakte C in Schichttechnik aufgebracht sind. Durch die elektrischen Kon- takte C sind elektrische Signale, typischerweise Höchstspan- nungssignale, einspeisbar bzw. abgreifbar.
Das Substrat SUBB des Basisträgers B weist typischerweise eine Dicke zwischen 50μm und 1000 μm auf. Materialien sind z.B. A1203, aber auch z.B. Si3N4, SiAlON, SiC, Si3N4, Teflon oder Duroid. Das Substrat SUBH des Hochfrequenzelementes H kann damit übereinstimmen oder auch je nach Anwendungsfall bezüglich z. B. Material und Dicke abweichen.
Auf dem Substrat SUBB sind ebenfalls Kontaktpads P mit Stütz- bumps SB sowie, auf den elektrischen Kontakten C, Hoch- frequenzbumps HFB vorhanden. Die Bumps SB,HFB des Basisträgers B sind komplementär zu denjenigen des Hochfrequenz- elementes H.
Zur Montage wird das Hochfrequenzelement H so mit den Übergangs-Wellenleitern CPW1,CPW2 und Stützbumps SB aufeinander geklappt und aufeinander gepreßt werden (angedeutet durch den Pfeil) .
Dies geschieht z. B. mittels Thermokompressions-Bondens bei einer Temperatur T zwischen 250 °C und ca. 300 °C. Wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit sind dazu Substrate SUBB, SUBH aus A1203 gut geeignet.
Durch das Aufpressen entsteht eine feste Verbindung des Hochfrequenzelementes H mit dem Basisträger B. Der Preßvorgang wird so gesteuert, daß das Hochfrequenzelement H einen konstanten Abstand db vom Basistrager B aufweist. Gleichzeitig wird bei Verpressen auch der Mittelleiter ST mit dem Basistrager B mittels des HF-Bumps verbunden.
Figur 3 zeigt als Schnittdarstellung ein Hochfrequenz-Bauelement nach der Montage.
Das Hochfrequenzelement H wird in einem Abstand db durch die Stützbumps SB vom Basisträger B gehalten.
Im Betrieb kann ein Höchstfrequenzsignal über die elektrischen Kontakte C des Basisträgers B zum ersten koplanaren Übergangs-Wellenleiters CPWl gelangen, der das Signal in das Hochfrequenzele ent H einkoppelt. Mittels des Mikrostreifen- Wellenleiters MWG wird das Signal gefiltert und dann über den zweiten koplanaren Übergangs-Wellenleiter CPW2 wieder aus dem Hochfrequenzelement H in das Basiselement B ausgekoppelt.
Es kann sein, insbesondere wenn das Hochfrequenzelement H aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätszahl hergestellt ist, daß das elektromagnetische Feld soweit austritt, daß das Material des Basisträgers B unterhalb des Hochfrequenzelements H die Eigenschaften der Hochfrequnz-Struktur S nach- teilig verändert. Zur Vermeidung dieses Effekts kann im
Basisträger B eine nicht metallisierte Fläche vorhanden sein bzw. sogar ein Loch im Basissubstrat SUBB.
Figur 4 zeigt als Schrägansicht ein Hochfrequenzelement H, bei dem ein allgemeiner Übergang zwischen CPW-Strukturen als
Übergangswellenleiter CPW1,CPW2 und MWG-Strukturen vorhanden ist.
Eine solche Realisierung läßt sich außer auf Hochfrequenz- Filter auch auf weitere Hochfrequenzelemente H übertragen, die in Mikrostrip-Technik besser oder einfacher zu realisieren sind als in Koplanartechni . Eine Schwierigkeit liegt insbesondere darin, daß geeignete Simulations- und Designwerkzeuge für bestimmte Koplanarstrukturen bei höchsten Freuqnzen nicht vorhanden sind bzw. unzureichende Ergebnisse liefern. Als weitere Elemente sind z.B. Bias-Netzwerke, Richtkoppler (90° Hybride, Ratrace etc.), Absorberelemente, Verteilernetzwerke und Antenne denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Hochfrequenz-Bauelement, aufweisend einen Basisträger (B) - mindestens ein Hochfrequenzelement (H) , das jeweils mindestens eine Hochfrequenz-Struktur (S) beinhaltet, wobei die Hochfrequenz-Struktur (S) mittels mindestens eines planaren Übergangs-Wellenleiters (CPWl,CPW2) mit dem Basisträger (B) gekoppelt sind.
2. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Übergangs-Wellenleiter (CPW1,CPW2) ein Ko- planar-Wellenleiter ist.
3. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der Anspüche 1 oder 2, bei dem mindestens ein Ubergangs-Wellenleiter (CPW1,CPW2) ein Mikrostreifen-Wellenleiter ist.
4. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Hochfrequenzelement (H) mittels eines ersten Übergangs- Wellenleiters (CPWl) und eines zweiten Übergangs-Wellenleiters (CPW2) am Basisträger (B) angeschlossen ist.
5. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 4, bei dem die HochfrequenzStruktur (S) mindestens einen planaren Wellenleiter, insbesondere einen Mikrostreifen-Wellenleiter (MWG), aufweist.
6. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 5, bei dem das Hochfrequenz-Element (H) ein Filter ist, das eine Hochfrequenzstruktur (S) in Form eines Mikrostreifen-Wellenleiter (MWG) zur Frequenzfilterung aufweist.
7. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 6, bei dem der Mikrostreifen-Wellenleiter (MWG) der Hochfrequenzstruktur (S) durchkontaktierungsfrei mit dem eingangsseitig angebrachten ersten Übergangs-Wellenleiters (CPWl) und dem ausgangs- seitig angebrachten eines zweiten Übergangs-Wellenleiters (CPW2) verbunden ist.
8. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Hochfrequenz-Bauelement (H) ein Substrat (SUBH) umfasst, auf dem die HochfrequenzStruktur (S) durchgehend planar aufgebracht ist.
9. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 8, bei dem das Substrat (SUBH) des Hochfrequenz-Bauelementes (H) Si3N4, SiC, SiAlON, Al203, Si02, Glas, Teflon, Duroid oder eine Kombination daraus enthält.
10. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Hochfrequenz-Struktur (S) die Metalle Au, Ag, Cu, Pt oder eine diese Metalle enthaltende Legierung, insbesondere AgAu oder PtRd enthält.
11. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Hochfrequenz-Bauelement (H) am Basisträger (B) mittels einer Flip-Chip-Technik, insbesondere einer Finepitch-Flip- Chip-Technik, befestigt ist.
12. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 11, bei dem das Hochfrequenz-Bauelement (H) am Basisträger (B) mittels eines Ther okompressionsverfahrens oder eines Lötverfahrens befestigt worden ist.
13. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das Hochfrequenzelement (H) und der Basisträger (B) mittels eines Abstandshalters in Form mindestens eines Stützbumps (SB) voneinander getrennt ist.
14. Hochfrequenz-Bauelement nach Anspruch 13, bei dem die Höhe des mindestens einen Stützbumps (SB) zwischen 10 μ und 100 μm beträgt.
15. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis
14, bei dem an mindestens einem Ubergangs-Wellenleiter (CPW1,CPW2) eine elektrische Verbindung zwischen Basiselement (B) und Hochfrequenzelement (H) in Form eines Hochfrequenz-Bumps (HFB) vorhanden ist.
16. Hochfrequenz-Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis
15, bei dem ein Spalt zwischen dem Hochfrequenzelement (H) und dem Basisträger (B) mit einer aushärtenden Substanz, insbesondere einem Harz oder einem Schaum, gefüllt ist.
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