JP2007312221A - 半導体結合装置、半導体素子及び高周波モジュール - Google Patents

半導体結合装置、半導体素子及び高周波モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】 アイソレーションの良い高周波スイッチを提供する。
【解決手段】 半導体素子結合装置８は、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部８ａと、バンドパスフィルタの残部８ｂとを備える。バンドパスフィルタの一部８ａと残部８ｂは分離されており上記一部８ａは上記半導体素子１０の内部に設けられ、上記残部８ｂは上記半導体素子１０の外部（外部回路２０）に設けられ、さらに、上記一部８ａ及び残部８ｂは、容量素子に可変容量素子を付加しており、当該可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子に高周波信号を入出力する半導体素子結合装置に関する。また、上記半導体素子間結合装置により結合される半導体素子に関する。また、上記半導体素子結合装置及び半導体素子結合方法によって結合された半導体素子が他の素子と共に搭載される高周波モジュールに関する。
下記特許文献１には、放送受信波に混入する妨害波などをフィルタリングするための高周波用バンドパスフィルタと、この高周波用バンドパスフィルタを用いて構成されるとともに、放送受信機のケーブルに中間挿入する形で使用されるフィルタ内蔵型ケーブルコネクタユニットが開示されている。
近年、ディジタルカメラにあっては、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等を用いた撮像素子に関する技術の向上により解像度が５００万画素を超えるようになった。解像度の向上により画像の精度が上がれば、画像データ量も増加する。このため、撮像素子と、撮像素子からの撮像信号に画像信号処理を施す信号処理回路との間では、データ通信の高速化が必要となってくる。また、液晶ＴＶにおいても同様にデータ通信の高速が課題となってきている。
データ通信の高速化には、例えば、１ＧＨＺを優に超える１０ＧＨＺ〜１００ＧＨＺの高周波信号の伝送を考慮しなければならなくなる。上記高周波信号は、ミリ波帯域と呼称される帯域に属し、通信機器、アンテナ装置、ＲＦセンサ等に適用される。
ところで、従来の半導体チップ間の結合（Interconnection）は、ボンディングあるいは、フリップチップが用いられている。
図１７は、半導体チップ１と外部回路２とをボンディングワイヤ４で結合した状態を示している。ボンディングワイヤ４は、半導体チップ１の表面に形成されたボンディングパット３に一方の端子を、外部回路２の表面に形成されたボンディングパット５に他方の端子を接続している。
特開２００６−７４２５７号公報
しかし、図１７に示したボンディングパット５を用いた半導体チップ１と外部回路２との結合では、周波数が高くなってくると、ボンディングパッド３及び５の容量、ボンディングワイヤ４の長さのばらつきで結合（Interconnection）は困難になってきてしまう。
また、上述したように、近年、ディジタルカメラの撮像素子として注目されているＣＭＯＳ技術でアイソレーション（Isolation）の良い高周波スイッチを実現するのは容易ではない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、アイソレーションの良い高周波スイッチの提供を目的とする。
本発明に係る半導体素子結合装置は、上記課題を解決するために、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部と、上記バンドパスフィルタの残部とを備え、上記一部と残部は分離されており上記一部は上記半導体素子の内部に設けられ、上記残部は上記半導体素子の外部に設けられ、さらに、上記一部及び残部は容量素子に可変容量素子を付加しており、当該可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させる。
上記バンドパスフィルタの一部及び残部の容量素子に付加されている可変容量素子を変化させることにより、高周波信号の通過帯域を変化させ、高周波スイッチとして機能する。
本発明に係る半導体素子は、上記課題を解決するために、ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子であって、上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部を備え、上記バンドパスフィルタの一部を、外部に設けられた上記バンドパスフィルタの残部と接続してなり、上記バンドパスフィルタの一部及び残部の容量素子には可変容量素子がそれぞれ付加されてなり、各可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させる。
本発明に係る高周波モジュールは、上記課題を解決するために、ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子を他の素子と共に搭載した高周波モジュールであって、上記半導体素子は、上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部を備え、上記バンドパスフィルタの一部を、外部に設けられた上記バンドパスフィルタの残部と接続してなり、上記バンドパスフィルタの一部及び残部の容量素子には可変容量素子がそれぞれ付加されてなり、各可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させる。
本発明は、高周波の信号接続では直流から全帯域の信号を通す必要はないこと、半導体上で可変容量を作ることは可能なことを利用した、容量を可変することによって中心周波数が移動するような、通過帯域可変フィルタ入出力構造である。本発明では、集積回路上のパッドはこの通過帯域可変のフィルタの構造の一部として利用する。通過帯域型フィルタ回路の各容量部分には可変の容量を付加する。この可変容量を変化させることによって通過周波数帯域を制御することで、周波数多重された信号から所望の信号を選択するスイッチの機能をはたし、また、この可変容量を制御することで、製造のばらつきや環境変化による特性のばらつきを補償することができる。
また、外部からの静電気放電（Electrostatic Discharge：ＥＳＤ）による回路のダメージを帯域制限することで軽減できる。
本発明によれば、アイソレーションの良い高周波スイッチを提供できる。また、可変容量を制御することで、製造のばらつきや環境変化による特性のばらつきを補償することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、半導体素子結合装置８の概略構成及び回路図である。半導体素子結合装置８は、半導体素子１０の表面上に形成されたボンディングパッド１１と外部回路２０の表面上に形成されたボンディングパッド２１とをボンディングワイヤ９で接続し、ミリ波帯域の高周波信号を半導体素子１０と外部回路２０との間で入出力する。特に、図１の構成は、半導体素子１０に入力された高周波信号入力を、半導体素子結合装置８を介して外部回路２０に伝送し、外部回路２０から信号出力を出す構成である。
このために半導体素子結合装置８は、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部８ａと、バンドパスフィルタの残部８ｂとを備える。バンドパスフィルタの一部８ａと残部８ｂは分離されており上記一部８ａは上記半導体素子１０の内部に設けられ、上記残部８ｂは上記半導体素子１０の外部（外部回路２０）に設けられ、さらに、上記一部８ａ及び残部８ｂは、後述するように容量素子に可変容量素子を付加しており、当該可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させる。
図１にあって、半導体素子１０内部には、バンドパスフィルタの一部８ａをなす、共振回路４１を構成する固定容量１２と可変容量１３と固定インダクタンス１４がボンディングパッド１１に接続し、半導体素子１０の深さ方向に設けられている。なお、図１の構成のバンドパスフィルタは、ｎ＝５のＢＰＦである。ＢＰＦの段数は、周波数特性の要求により選ぶ。
また、外部回路２０には、バンドパスフィルタの残部８ｂをなす、固定容量２２と可変容量２３とがボンディングパッド２１に接続し、さらに表面上の接続部２４に接続するように設けられている。また、接続部２４には、共振回路４２を構成する固定容量２５と可変容量２６と固定インダクタンス２７が接続している。また、接続部２４には、表面上に固定インダクタンス２８が接続されている。この固定インダクタンス２８は表面上の接続部２９に接続している。この接続部２９には、固定容量３０と可変容量３１が接続している。この固定容量３０と可変容量３１は、さらに表面上の接続部３２にも接続している。この接続部３２には、共振回路４３を構成する固定容量３３と可変容量３４と固定インダクタンス３５が接続している。また、この接続部３２からは、信号が出力される。
この図１に示す構成は、高周波の信号接続では直流から全帯域の信号を通す必要はないこと、半導体上で可変容量を作ることは可能なことを利用した、容量を可変することによって中心周波数が移動するような、通過帯域可変フィルタ入出力構造である。
本実施の形態では、半導体素子上のボンディングパッド１１はこの通過帯域可変のフィルタの構造の一部として利用する。上述したように、パスフィルタ（通過帯域型フィルタ回路）の各容量部分には可変の容量を付加する。この可変容量を変化させることによって通過周波数帯域を制御する。このため、周波数多重された信号から所望の信号を選択するスイッチの機能をはたし、また、この可変容量を制御することで、製造のばらつきや環境変化による特性のばらつきを補償することもできる。
図２は、図１に示した半導体結合装置３０によって結合された半導体素子１０と外部回路２０の要部の回路図である。半導体素子１０と外部回路２０の各内蔵バンドパス部と、半導体結合素子とはバンドパスフィルタを構成する。特に、図２にはチェビシェフ型ＢＰＦ（タイプ１、ｎ＝５）の回路図を示す。このＢＰＦは、通過帯域を５８ＧＨｚ〜６２ＧＨｚとする。
半導体素子１０は、負荷１０ａと上記バンドパスフィルタの一部を構成する共振回路４１とを備えている。共振回路４１は、固定インダクタンス１４とこのインダクタンス１４に並列に接続されるコンデンサ１２＋１３とを備える。コンデンサは、図１に示したように固定容量１２と可変容量１３とからなる。したがって、この共振回路４１の容量は可変とされる。
半導体素子１０と外部回路２０は、ボンディングワイヤ９により接続されている。図２には、ボンディングワイヤ９に相当するインダクタンス（Ｌ４）を示す。また、外部回路２０のボンディングパッド１１と接続部２４の間には、表面上に固定容量２２と可変容量２３が形成されているが、図２ではボンディングワイヤ９のインダクタンスＬ４に接続しているコンデンサ２２＋２３として示している。このコンデンサ２２＋２３も容量が可変である。外部回路２０側には二つの共振回路４２及び４３が設けられている。共振回路４２は、接続部２４から深さ方向に設けられた固定容量２５と可変容量２６と固定インダクタンス２７からなる。また、共振回路４３は、接続部３２から深さ方向に設けられた固定容量３３と可変容量３４と固定インダクタンス３５からなる。外部回路２０には負荷部２０ａもある。
図１及び図２に示した半導体素子結合装置の動作について図３を参照して説明する。容量を変化させて高周波信号の通過帯域をシフトするスイッチ機能に関する。共振回路４１の容量Ｃ１（１２＋１３）を913ｆＦ、共振回路４２の容量Ｃ２（２５＋２６）を2.58ｆＦ、共振回路４３の容量Ｃ３（３３＋３４）を1570fFとする。このときを容量モード１とすると、この容量モード１により、図３（Ａ）のように通過帯域を５８ＧＨｚ〜６２ＧＨｚに設定することができる。また、共振回路４１の容量Ｃ１（１２＋１３）を790ｆＦ、共振回路４２の容量Ｃ２（２５＋２６）を2.23ｆＦ、共振回路４３の容量Ｃ３（３３＋３４）を1359fFとする。このときを容量モード２とすると、この容量モード２により、図３（Ｂ）のように通過帯域を６２ＧＨｚ〜６７ＧＨｚに切り替えることができる。
このように本実施の形態によれば、アイソレーションの良い高周波スイッチを提供できる。また、可変容量を制御することで、製造のばらつきや環境変化による特性のばらつきを補償することができる。
なお、半導体素子結合装置としては、上述したように、バンドパスの一部及び残部の容量素子に可変容量素子を付加する構成ではなく、固定の容量素子のみを用いて、ミリ波帯域の高周波信号を半導体素子に入出力する構成としてもよい。以下、他の実施例として説明しておく。
図４は、半導体素子結合装置１００の概略的な構成を示す図である。この半導体素子結合装置１００は、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させる帯域通過型フィルタ（バンドパスフィルタ）の一部１０１と、バンドパスフィルタの残部１０２とを備え、バンドパスフィルタの一部１０１と残部１０２は容量部分１０３で分離されてなり、上記一部１０１は上記半導体素子１０４の内部に設けられ、上記残部１０２は上記半導体素子１０４の外部１０５に設けられてなる。
言い換えると、半導体素子１０４は、ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子であって、上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部１０１を備え、上記バンドパスフィルタの一部１０１を、外部１０５に設けられた上記バンドパスフィルタの残部１０２と容量部１０３で接続してなる。
特に、この実施の形態は、バンドパスフィルタ１０１＋１０２の容量の小さい部分１０３で回路を分け、バンドパスフィルタの構造の一部１０１を半導体素子１０４内に設け、バンドパスフィルタの半導体１０４内に含まれない部分１０２を信号接続用アダプタに含み、信号接続用アダプタと半導体素子１０４はバンドパスフィルタの容量の小さい部分１０３で結合するようにすることで、良好な信号の接続を小さい半導体接続部分で実現する。
図５は半導体素子結合装置の主要部の回路図である。バンドパス構造の一部１０１は、コンデンサ１０３を介してバンドパス構造の残部１０２で結合される。コンデンサ１０３をはさんでインダクタンス１０９及びインダクタンス１２３が接続されている。インダクタンス１０９と入出力端子Ｔ１との間にはＬＣ共振回路１０６が設けられる。ＬＣ共振回路１０６は、インダクタンス１０７とコンデンサ１０８を並列接続した構成である。また、インダクタンス１２３と入出力端子Ｔ２との間にもＬＣ共振回路１２０が設けられる。ＬＣ共振回路１２０は、インダクタンス１２１とコンデンサ１２２を並列接続した構成である。
例えば、６０ＧＨｚのようなミリ波帯域の高周波信号を扱う半導体素子では、必ずしも直流成分を通す必要はない。そこで、バンドパスフィルタを用いてミリ波帯域の信号伝送に必要な帯域のみを通過させ、半導体素子から外部に、または外部から半導体素子に信号を入出力する構成とする。この場合、バンドパスフィルタの容量の小さい部分、例えばコンデンサ１０３にて、バンドパスフィルタを分離し、分離されたバンドパスの一部１０１と、バンドパスの残部１０２とで、半導体素子１０４と外部１０５とを接続するようにする。このような構成で半導体素子に高周波信号を入出力することにより、不要な帯域外信号を遮断することができる。
図６は、二つの半導体素子１２５及び１２６を結合するための半導体結合装置１３０の概略図である。二つの半導体素子１２５及び１２６内に含まれるバンドパスフィルタの一部１０１及び１０１と、信号接続用アダプタ１３０ｃ内に含まれるバンドパスフィルタの残部１０２とで、半導体結合装置１３０が構成されている。
第１の半導体素子１２５と信号接続用アダプタ１３０ｃは、上記図４に示したのと同様なバンドパスフィルタの一部１０１と残部１０２によって接続されている。また、信号接続用アダプタ１３０ｃと第２の半導体素子１２６も、同様なバンドパスフィルタの残部１０２と一部１０１とによって接続されている。
具体的に、半導体結合装置１３０は、ミリ波帯域の高周波信号を入出力する少なくとも二つの半導体素子１２５及び１２６を結合する半導体素子結合装置であって、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの第１部１０１と、信号接続用アダプタ１３０ｃに含まれるバンドパスフィルタの第２部１０２と、バンドパスフィルタの第３部１０１とを備える。
そして、第１部１０１、第２部１０２及び第３部１０１は隣接する各部間にあっては容量（コンデンサ）部分で分離されてなり、上記第１部１０１は第１の半導体素子１２５の内部に設けられ、上記第３部１０１は第２の半導体１２６の内部に設けられ、上記第２部１０２は、上記第１部１０１の入出力端子１２５ａ及び第３部１０１の入出力端子１２６ａにそれぞれ対向する二つの入出力端子１３０ａ及び１３０ｂを有する信号接続用アダプタ１３０ｃに含まれ、上記二つの半導体素子１２５及び１２６の外部に設けられる。
図７は、図６に示した半導体結合装置１３０を構成する、信号接続用アダプタ１３０ｃによって結合された二つの半導体素子１２５及び１２６と、信号接続用アダプタ１３０ｃの回路図である。二つの半導体素子１２５及び１２６の各内蔵バンドパス部１０１及び１０１と、信号接続用アダプタ１３０ｃとはバンドパスフィルタを構成する。特に、図７にはチェビシェフ型ＢＰＦ（タイプ１、ｎ＝５）の回路図を示す。このＢＰＦは、通過帯域を５８ＧＨｚ〜６２ＧＨｚとする。
第１の半導体素子１２５は、負荷２５１と共振回路２５２とをインダクタンス２５５に並列に接続している。共振回路２５２は、インダクタンス２５３とこのインダクタンス２５３に並列に接続されるコンデンサ２５４とを備える。
第２の半導体素子１２６は、負荷２６５と共振回路２６２とをインダクタンス２６１に並列に接続している。共振回路２６２は、インダクタンス２６３とこのインダクタンス２６３に並列に接続されるコンデンサ２６４とを備える。
信号接続用アダプタ１３０ｃは、インダクタンス３０１とインダクタンス３０５との中間点と接地との間に共振回路３０２を有している。共振回路３０２は、インダクタンス３０３とコンデンサ３０４とを並列接続した構成である。
例えば、５８ＧＨｚ〜６２ＧＨｚのようなミリ波帯域の高周波信号を扱う半導体素子では、必ずしも直流成分を通す必要はない。そこで、バンドパスフィルタを用いてミリ波帯域の信号伝送に必要な帯域のみを通過させ、半導体素子から外部に、または外部から半導体素子に信号を入出力する構成とする。この場合、バンドパスフィルタの容量の小さい部分、例えばコンデンサ１４０及び１４１にて、バンドパスフィルタを分離し、分離されたバンドパスの一部１０１と、バンドパスの残部１０２とで、二つの半導体素子１２５及び１２６とを接続するようにする。このような構成で半導体素子に高周波信号を入出力することにより、不要な帯域外信号を遮断することができる。
図７中の、第１の半導体素子１２５側の共振回路２５２のインダクタンス２５３の値をＬ１、コンデンサ２５４の値をＣ１、またインダクタンス２５５の値をＬ４とする。また、信号接続用アダプタ１３０ｃのインダクタンス３０１の値をＬ６、インダクタンス３０５の値をＬ５、共振回路３０２のインダクタンス３０３の値をＬ２、コンデンサ３０４の値をＣ２とする。また、第２の半導体素子１２６側のインダクタンス２６１の値をＬ７、共振回路２６２のインダクタンス２６３の値をＬ３、コンデンサ２６４の値をＣ３とする。また、コンデンサ１４０の値をＣ４、コンデンサ１４１の値をＣ５とする。
図８は、図７に示す回路のように二つの半導体素子を結合した場合の特性例である。縦軸は信号レベル（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。挿入損失（Insertion Loss)、反射（Reflection）が見られるが、図７の回路にあって、Ｌ１＝7.71ｐＨ、Ｌ２＝2730ｐＨ、Ｌ３＝4.48ｐＨ、Ｃ１＝913ｆＦ、Ｃ２＝2.58ｆＦ、Ｃ３＝1570ｆＦとし、Ｌ４＝2730*1/10、Ｃ４＝Ｃ２、Ｌ５＝Ｌ６＝2730*9/10、Ｃ５＝Ｃ２、Ｌ７＝Ｌ４とすることで、通過帯域５８ＧＨｚ−６２ＧＨｚを実現できる。
図９には比較例として、第１の半導体素子５１と第２の半導体素子５２を同じ容量で単純にチップ間結合をしようとする場合を示す。図１０には、挿入損失（Insertion Loss)と、反射（Reflection）が見られる。二つの半導体素子（チップ）を同じ容量で単純にチップ間結合をしようとしたときに、ほとんど結合しないことを示している。
図１１には、同じ容量で単純にチップ間結合をしようとするときの回路図を示す。二つの負荷５３及び負荷５４を有する第１の半導体素子５１及び第２の半導体素子５２は、コンデンサ５５にて単純にチップ間結合されている。
このような比較例の容量結合では、大きな容量を必要としてしまう。上述したように、同じ容量で単純にチップ間結合をしようとすると、ほとんど結合しない。
次に、本発明の半導体素子結合装置を受信機で使用する実施例を説明する。この実施例は、ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子を搭載した高周波モジュールであって、半導体素子は、ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部を備え、バンドパスフィルタの一部を、外部に設けられたバンドパスフィルタの残部と容量部で接続してなる。
図１２は、チューナブルＢＰＦ接続を受信機で使用する例である。アンテナ６８で信号を受信し、増幅回路６７で増幅してから、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）６６に供給する。
このチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）６６は、所望の周波数の高周波信号を通過させるＢＰＦを共振構造を形成するための容量部分で分けたものであり、半導体チップ６５の外部に設けられている。
半導体チップ６５の内部には、上記共振構造を形成するための容量で分けられた残りのチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）６３が設けられている。
チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）６３の出力端からは、ＢＰＦによってフィルタリングされた所望の周波数の高周波信号が出力される。この高周波信号は復調回路６２に供給される。
復調回路６２は、送信機側での変調処理に対応した復調処理を上記所望の高周波信号に施して、後段の信号処理回路６１に供給する。また、復調回路６２は、信号品質情報を生成し、コントローラに供給する。
コントローラ６４は、受信機内にてユーザの操作などに応じて生成された選局情報に応じ、チューナ選局制御信号１及び２を生成し、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）６６及びチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）６３に供給する。
ＢＰＦ構造をチップに内蔵すると、チップ内の大きな面積を使用してしまう。また、シリコン上ではＱの高い構造をつくるのが困難、などの問題がある。ミリ波帯などの高い周波数では、入出力のパッドの容量、ボンディングのインダクタンスなどで信号が反射してしまう。ＢＰＦでは、共振構造がしばしば用いられる。この共振構造をうまく利用し、パッドの容量などをＢＰＦの構成部品の一つとして利用することにより、ミリ波の帯域通過型接続が可能である。
パッドの容量などをＢＰＦに利用するためにはその値の精度をあげなければならない。実際には製造時のばらつきなどにより、値はばらつく。例えば図１２の復調回路６２のようにＢＰＦ接続構造からの信号の品質を判定できる回路から信号品質情報を読み取り、それをもとにコントローラ６４が制御信号を発生させ、チップ内部６５のＢＰＦ接続構造６３とチップ外部のＢＰＦ接続構造６６にその制御信号２と制御信号１を送ることによって、信号を最適化することができ、製造時、温度変化などによるばらつきを補正することができる。この制御信号の接続はチューナブルＢＰＦ接続構造に比べてかなり低い周波数での接続で十分である。
また、選局情報をコントローラ６４に送ることにより、図１３のようにチャンネル周波数Ｂからチャンネル周波数Ａに選択することも可能である。
また、図１４のように妨害波の影響を抑えるようにフィルタの中心周波数をずらすというような用途にも利用可能である。
チップと外部の接続を帯域通過型にすることで、ほかの周波数からの妨害雑音を抑えることができるというのも大きなメリットである。
次に、本発明の半導体結合装置を送受信機の切り替えに使用する実施例を説明する。図１５は、２つの接続構造を組み合わせて送受信のスイッチとして使用する構成である。
受信側は、アンテナ８２で信号を受信し、分岐点８０を介して位相補正部７９に供給する。位相補正部７９は、上記受信された信号の位相を補正してから、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７７に供給する。このチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７７は、所望の周波数の高周波信号を通過させるＢＰＦを共振構造を形成するための容量部分で分けたものであり、半導体チップ７６の外部に設けられている。
半導体チップ７６の内部には、上記共振構造を形成するための容量で分けられた残りのチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７２が設けられている。
チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７２の出力端からは、ＢＰＦによってフィルタリングされた所望の周波数の高周波信号が出力される。この高周波信号は受信回路７１に供給される。
送信側は、入力信号を送信用に処理する送信回路７４と、送信回路７４によって送信処理が施された送信信号が入力される、容量で分けられたチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７５と、このチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７５と共にＢＰＦを構成する、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７８と、このチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７８によって帯域通過された高周波信号の位相を補正する位相補正部８１とを有する。
受信側の受信回路７１と送信側の送信回路７４は、コントローラ７３を介して接続されている。また、コントローラ７３は、受信側のチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７２、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７７と接続し、制御信号１、制御信号２を供給している。また、コントローラ７３は、送信側のチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）７５、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）７８と接続し、制御信号４、制御信号３を供給している。
到来する信号を受信する際には接続構造７２と７７を通過帯域に、接続構造７５と７８を非通過帯域になるように制御信号１〜４を使って制御を行う。接続構造７５と７８を非通過帯域になるようにして信号を反射させ、分岐点８０から接続構造７５側をみたインピーダンスがオープンになるように位相補正部を設計すれば、損失のない良好なスイッチをミリ波帯で実現できる。送信の際は接続構造７２と７７を非通過帯域に、接続構造７５と７８を通過帯域になるように制御し、送信信号がアンテナに流れるようにし、受信回路７２と送信回路７４のアイソレーションを実現する。
シリコン上にミリ波での良好なスイッチを実現することは容易でない。チップとの接続に必要な入出力構造を利用することにより、ミリ波のスイッチを実現する。このスイッチは電気的な制御のみで機械的なものでないので高速なスイッチが可能である。
また、制御構造と組み合わせることで、半導体や製造のばらつきなども補正できる。
次に、本発明の半導体結合装置を回路間の接続に利用する実施例を説明する。この実施例は、図１６に示すように、二系統の送信又は受信回路９１及び９４を備える集積回路９６と、ミリ波信号入出力端子２０３を持った回路２０２との間でミリ波帯域の高周波信号を入出力する高周波モジュール９０である。つまり、２つの接続構造を組み合わせて送受信のスイッチを回路間の接続に利用する例である。
集積回路９６は、第1系統として送信又は受信回路９１と、所望の周波数の高周波信号を通過させるＢＰＦを共振構造を形成するための容量部分で分けたうちのチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９２と、第２系統として送信又は受信回路９４と、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９２と同様に所望の周波数の高周波信号を通過させるＢＰＦを共振構造を形成するための容量部分で分けたうちのチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９５と、コントローラ９３とを備える。コントローラ９３は、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９２、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９７と接続し、制御信号１、制御信号２を供給している。また、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９５、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９８と接続し、制御信号４、制御信号３を供給している。
外部には、半導体回路９６内のチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９２と接続される、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９７と、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ内部）９５と接続されるチューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９８とが設けられる。また、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９７によって帯域通過された高周波信号の位相を補正する位相補正部９９と、チューナブルＢＰＦ接続構造部（チップ外部）９８によって帯域通過された高周波信号の位相を補正する位相補正部２０１とを備える。
ミリ波信号入出力端子２０３を持った回路２０２は、ミリ波信号入出力端子２０２を位相補正部９９及び位相補正部２０１に接続する。
ミリ波信号入出力端子２０２にまたチューナブルＢＰＦ接続構造を使うことも可能である。本例では集積回路９６側に２つの接続構造しかないが、この接続構造の数を増やすことも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、周波数マルチプレクスされた情報を容易にデマルチプレクスが可能である。また、高周波でのスイッチングをアイソレーションを良好として行うことができる。また、周波数マルチプレクスすることにより、入出力端子を共用できるので入出力端子の数を減らすことができる。また、帯域制限した入出力を使用するので、ＢＰＦ部で入出力形状の容量、インダクタンスの所要値をコントロールできる。また、帯域制限することによりスイッチとしての性能も最適化できる。さらに、可変容量により、製造、環境によるばらつきを補償することができる。
半導体素子結合装置の構成図である。 半導体素子結合装置の要部の回路図である。 容量変化による通過帯域の切り替え例を説明するための図である。 半導体素子結合装置の他の例のブロック図である。 半導体素子結合装置の要部の回路図である。 二つの半導体素子を結合する半導体素子結合装置の概略図である。 二つの半導体素子を結合する半導体素子結合装置の回路図である。 二つの半導体素子を結合する半導体素子結合装置の結合特性図である。 比較例の概略構成図である。 従来の容量結合特性図である。 従来の容量結合の回路図である。 チューナブルＢＰＦ接続を受信機で使用する実施例のブロック図である。 本発明で用いるバンドパス構成を選局動作に利用する例を説明するための図である。 本発明で用いるバンドパス構成を妨害除去に利用する例を説明するための図である。 ２つの接続構造を組み合わせて送受信のスイッチとして使用する構成図である。 半導体結合素子装置を回路間の接続に利用する実施例の構成図である。 半導体素子と外部回路の従来の結合例を示す図である。
符号の説明
８ 半導体素子結合装置、８ａ バンドパスフィルタの一部、８ｂ バンドパスフィルタの残部、９ ボンディングワイヤ、１０ 半導体素子、１１ ボンディングパッド、２０ 外部回路、４１，４２及び４３ 共振回路

Claims (3)

  1. ミリ波帯域の高周波信号を半導体素子に入出力するための半導体素子結合装置であって、
    上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部と、
    上記バンドパスフィルタの残部とを備え、
    上記一部と残部は分離されており上記一部は上記半導体素子の内部に設けられ、上記残部は上記半導体素子の外部に設けられ、
    さらに、上記一部及び残部は容量素子に可変容量素子を付加しており、当該可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させることを特徴とする半導体素子結合装置。
  2. ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子であって、
    上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部を備え、
    上記バンドパスフィルタの一部を、外部に設けられた上記バンドパスフィルタの残部と接続してなり、
    上記バンドパスフィルタの一部及び残部の容量素子には可変容量素子がそれぞれ付加されてなり、各可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させることを特徴とする半導体素子。
  3. ミリ波帯域の高周波信号を入出力する半導体素子を他の素子と共に搭載した高周波モジュールであって、
    上記半導体素子は上記ミリ波帯域の高周波信号をＬＣ共振回路により通過させるバンドパスフィルタの一部を備え、
    上記バンドパスフィルタの一部を、外部に設けられた上記バンドパスフィルタの残部と接続してなり、
    上記バンドパスフィルタの一部及び残部の容量素子には可変容量素子がそれぞれ付加されてなり、各可変容量素子を変化させることにより高周波信号の通過帯域を変化させることを特徴とする高周波モジュール。
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