JP3470053B2 - 高周波用部品の接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は情報通信分野や半導
体分野等における半導体素子等の電子部品や半導体装置
あるいは半導体パッケージ・配線基板等の高周波用部品
同士の高周波信号の伝搬における相互接続に使用される
高周波用部品の接続構造に関し、特に高周波用部品同士
をいわゆるフリップチップ実装法により接続する際の接
続部分における高周波電気特性を改善した高周波用部品
の接続構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、高周波用部品である半導体素子を
フリップチップ実装法にて同じく高周波用部品である高
周波用配線基板に接続した構造として、図４に断面図で
示したような接続構造がある。図４において、１は高周
波用半導体素子、６は高周波用配線基板である。高周波
用半導体素子１は基体２の上面に接地導体３が、また下
面に高周波信号を伝送する線路導体４が形成されてお
り、線路導体４の両方の先端には高周波用入出力部であ
る接続パッド５ａ・５ｂが設けられている。一方、高周
波用配線基板６は複数の誘電体層７ａ・７ｂ・７ｃを積
層して成る基体７の内部および下面に複数の接地導体８
ａ・８ｂ・８ｃが、上面に２つの線路導体９ａ・９ｂが
形成されており、線路導体９ａ・９ｂのそれぞれの一方
の先端には、高周波用半導体素子１の線路導体４の両端
の接続パッド５ａ・５ｂに対応した高周波用入出力部で
ある接続パッド10ａ・10ｂが設けられている。 【０００３】そして、高周波用配線基板６の上面に高周
波用半導体素子１をこれら互いの線路導体４・９ａ・９
ｂの高周波用入出力部である接続パッド５ａ・５ｂおよ
び10ａ・10ｂ同士を向かい合わせにして載置し、それぞ
れの接続パッド５ａ・５ｂと接続パッド10ａ・10ｂとの
間を導電性接続部材、例えば金属バンプ11ａ・11ｂによ
り接続している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の高周波用部品の接続構造では、高周波用半導体素子
１の線路導体４が高周波用配線基板６の複数の接地導体
８ａ〜８ｃに対向することとなるため、高周波用半導体
素子１の線路導体４を伝搬する高周波信号がこの接地導
体８ａ〜８ｃに対する電界分布を有することとなる。そ
の結果、特性インピーダンスが設計値から大きく異なる
値を有することとなり、接続部において電気的な不連続
性による高周波信号の反射や放射損失が生じてしまい、
電気的特性の劣化を及ぼすという問題点があった。 【０００５】このような電気的特性の劣化を軽減するた
めの構成として、例えば特開平９−260426号公報「実装
基板、実装方法及び半導体装置」には、図５に図４と同
様の断面図で示すような高周波用部品の接続構造が開示
されている。 【０００６】図５において図４と同様の箇所には同じ符
号を付してある。この構成においては、高周波用配線基
板６の基体７について、高周波用半導体素子１の線路導
体４と対向する部位の誘電体層７ｃを形成しないものと
して、その部位に誘電体を形成しない凹部12を設けてい
る。 【０００７】そして、このような構成によれば、高周波
用半導体素子１の線路導体４から高周波用配線基板６の
接地導体８ｃへの電界分布を低減することとなるため
に、この線路導体４を伝搬する高周波信号の特性インピ
ーダンスが設計した値から大きく異なることがなくな
り、特性インピーダンスを設計値のまま維持して整合さ
せることが可能となるというものである。 【０００８】しかしながら、特開平９−260426号公報に
提案された高周波用部品の接続構造においては、線路導
体の特性インピーダンスを維持することは可能となるも
のの、凹部12の形成は高精度になされる必要があるため
に、製造上の困難が生じるとともに製造工程の増加をも
たらすこととなるという問題点があった。 【０００９】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、フリップチップ
実装による高周波用部品の接続構造における高周波信号
の電気的特性を改善することができるとともに、製造上
の困難性がなく、良好な電気的特性の接続部を安定して
得ることができる高周波用部品の接続構造を提供するこ
とにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の高周波用部品の
接続構造は、基体の上面側に接地導体が、下面側に高周
波信号の接続部を先端に有する高周波信号伝送用の線路
導体が形成された第１の高周波用部品を、基体の下面側
に複数の接地導体が、上面側に前記接続部に対応した接
続部を先端に有する高周波信号伝送用の線路導体が形成
された第２の高周波用部品に、前記接続部同士を対向さ
せて導電性接続部材により電気的に接続するとともに、
前記第２の高周波用部品に形成された複数の接地導体の
うち少なくとも最上面側の接地導体の前記第１の高周波
用部品の線路導体と対向する部位に導体非形成領域を設
けたことを特徴とするものである。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明の高周波用部品の接続構造
によれば、第２の高周波用部品に第１の高周波用部品を
フリップチップ実装した接続構造において、複数の接地
導体を有する第２の高周波用部品の少なくとも最上面側
の接地導体について、上面に載置されて高周波信号の接
続部同士が接続された第１の高周波用部品の線路導体と
対向する部位に導体非形成領域を設けていることから、
第２の高周波用部品について第１の高周波用部品の線路
導体に対向する部位にも接地導体が形成された従来の接
続構造では接続部近傍を始めとして最小作用の法則に従
って第１の高周波用部品の線路導体から第２の高周波用
部品の接地導体へ向かっていた電界成分が導体非形成領
域へは電界が生じない電界分布となる。この場合、さら
にその下に接地導体があればその接地導体へ向かう分布
となるが、その分布は第１の高周波用部品の接地導体に
向かう成分に比べて弱い成分しか向かわないこととなる
ため、従来の接続構造に比べて第１の高周波用部品の線
路導体からの電界分布が設計された電界分布に近付くこ
ととなる。これにより、従来の接続構造のように第１の
高周波用部品の線路導体を伝搬する高周波信号が第２の
高周波用部品の接地導体への電界分布を強く有する場合
と比較して、電気的な不連続性による高周波信号の反射
や放射損失を軽減することができ、その結果、電気的特
性を向上させることができるので、良好な電気的特性を
有する高周波信号の接続を行なうことができる高周波用
部品の接続構造となる。 【００１２】また、本発明の高周波用部品の接続構造に
よれば、特開平９−260426号公報に開示された高周波用
部品の接続構造と比較しても同等以上の良好な電気的特
性を得ることができるうえ、第２の高周波用部品の複数
の接地導体の一部に特に高精度を要求しない導体非形成
領域を設けるだけでよいことから、従来周知の製造方法
により第２の高周波用部品を容易に製造することがで
き、良好な電気的特性を有する接続構造を安定して得る
ことができる高周波用部品の接続構造となる。 【００１３】本発明の高周波用部品の接続構造によれ
ば、第２の高周波用部品の接地導体に設ける導体非形成
領域を最上面側の接地導体に加えてその下に位置する複
数の接地導体にも同様に設けることにより、第１の高周
波用部品の線路導体から第２の高周波用部品の接地導体
へ向かう電界成分はさらに弱くなることから、第１の高
周波用部品の線路導体の電界分布が設計された電界分布
により近付くこととなり、電気的な不連続性による高周
波信号の反射や放射損失をさらに効果的に軽減すること
ができる。 【００１４】なお、このように第２の高周波用部品の接
地導体に設ける導体非形成領域は、これに対向する第１
の高周波用部品の線路導体に対応する部位に設けられて
いれば十分なものであるが、その部位を包含していれ
ば、例えば第１の高周波用部品の略全面に対向する部位
にわたるものとして設けてもよい。そのように第１の高
周波用部品の線路導体に対向する部位を含んでより広い
領域にわたる導体非形成領域を設けた場合には、第１の
高周波用部品の線路導体からこの線路導体が対向してい
た第２の高周波用部品の接地導体へ向かう電界成分がほ
とんど生じないこととなり、そのため、第１の高周波用
部品の線路導体の電界分布が設計された電界分布により
効果的に近付くこととなり、電気的な不連続性による高
周波信号の反射や放射損失をより軽減することができ
る。 【００１５】以下、図面に基づいて本発明の高周波用部
品の接続構造を詳細に説明する。 【００１６】図１は本発明の高周波用部品の接続構造の
例を示す断面図である。 【００１７】図１において、21は第１の高周波用部品と
しての高周波用半導体素子、26は第２の高周波用部品と
しての高周波用配線基板である。高周波用半導体素子21
は基体22の上面側、この例では上面に接地導体23が、ま
た下面側、この例では下面に高周波信号を伝送する線路
導体24が形成されており、線路導体24の両方の先端には
高周波信号の接続部（高周波用入出力部）である接続パ
ッド25ａ・25ｂが設けられている。 【００１８】なお、この接地導体23および線路導体24
は、これら接地導体23と線路導体24とにより高周波信号
を伝送するための接地導体および線路導体として機能す
るものであれば、いずれもその一部が基体22の内部に形
成されたいわゆる内層化されたものであってもよい。ま
た、線路導体24は複数形成されていてもよく、両側に同
一面接地導体を設けたコプレーナ線路構造であってもよ
い。 【００１９】また、接地導体23は通常は基体22の裏面側
の略全面に形成されるが、線路導体24により高周波信号
を伝送するための接地導体として機能するものであれ
ば、線路導体24に対応した必要な部分のみに形成してお
けばよい。 【００２０】一方、高周波用配線基板26は、例えば複数
の誘電体層27ａ・27ｂ・27ｃを積層して成る基体27の下
面側、すなわち内部および下面に複数の接地導体28ａ・
28ｂ・28ｃが、上面側、この例では上面に２つの線路導
体29ａ・29ｂが形成されており、線路導体29ａ・29ｂの
それぞれの一方の先端には、高周波用半導体素子21の線
路導体24の両端の接続パッド25ａ・25ｂに対応した高周
波信号の接続部（高周波用入出力部）である接続パッド
30ａ・30ｂが設けられている。 【００２１】なお、この線路導体29ａ・29ｂは、高周波
用半導体素子21の線路導体24と対向する位置には配設さ
れておらず、線路導体24が高周波用配線基板26の接地導
体28ａ〜28ｃに対向するように形成去れている。また、
この線路導体29ａ・29ｂもその一部が基体27の内部に形
成されていわゆる内層化されていてもよく、線路導体24
に対応してさらに複数形成されていてもよく、両側に同
一面接地導体を設けたコプレーナ線路構造であってもよ
い。 【００２２】また、接地導体28ａ〜28ｃも通常は基体27
の裏面側の略全面に形成されるが、線路導体29ａ・29ｂ
により高周波信号を伝送するための接地導体として機能
するものであれば、線路導体29ａ・29ｂに対応した必要
な部分のみに形成しておけばよい。 【００２３】高周波用半導体素子21は、高周波用配線基
板26の上面にこれら互いの線路導体24・29ａ・29ｂの接
続パッド25ａ・25ｂおよび30ａ・30ｂ同士を向かい合わ
せにして載置し、それぞれの接続パッド25ａ・25ｂと接
続パッド30ａ・30ｂとの間を導電性接続部材、例えば金
属バンプ31ａ・31ｂにより接続している。 【００２４】なお、接続部における良好な接続状態を得
るために、それぞれの線路導体24・29ａ・29ｂの先端の
接続パッド25ａ・25ｂ・30ａ・30ｂの両側の基体22・27
の表面に接地用パッドを設けて、これらを金属バンプ31
ａ・31ｂと同様の金属バンプにより電気的に接続するよ
うにしてもよい。 【００２５】そして、32は高周波用配線基板26の複数の
接地導体28ａ〜28ｃのうち少なくとも最上面側の接地導
体、この例では接地導体28ｃの高周波用半導体素子21の
線路導体24と対向する部位に設けた導体非形成領域であ
る。 【００２６】本発明の高周波用部品の接続構造によれ
ば、このように第２の高周波用部品である高周波用配線
基板26のの複数の接地導体28ａ〜28ｃのうち少なくとも
最上面側の接地導体28ｃに導体非形成領域32を設けたこ
とにより、従来の接続構造では接続パッド25ａ・25ｂ・
30ａ・30ｂ近傍を始めとして最小作用の法則に従って高
周波用半導体素子21の線路導体24から高周波用配線基板
26の最上面側の接地導体28ｃへ向かっていた電界成分が
導体非形成領域32へは電界が生じないこととなり、高周
波用半導体素子21の接地導体23に向かう成分に比べて弱
い成分しか向かわないこととなるため、高周波用半導体
素子21の線路導体24からの電界分布が設計された電界分
布に近付くこととなる。これにより、電気的な不連続性
による高周波信号の反射や放射損失を軽減することがで
きて電気的特性を向上させることができ、良好な電気的
特性を有する高周波信号の接続を行なうことができる。 【００２７】次に、図２に本発明の高周波用部品の接続
構造の実施の形態の他の例を図１と同様の断面図で示
す。 【００２８】図２において図１と同様の箇所には同じ符
号を付してあり、21は高周波用半導体素子、22は基体、
23は接地導体、24は線路導体、25ａ・25ｂは接続パッド
である。また、26は高周波用配線基板、27は基体（27ａ
〜27ｂは誘電体層）、28ａ〜28ｃは複数の接地導体、29
ａ・29ｂは線路導体、30ａ・30ｂは接続パッドであり、
31ａ・31ｂは金属バンプである。 【００２９】そして、この例では図１の例と同じく高周
波用配線基板26の複数の接地導体28ａ〜28ｃのうち最上
面側の接地導体28ｃの高周波用半導体素子21の線路導体
24と対向する部位に導体非形成領域32ａを設けるととも
に、さらにその下面側に位置する接地導体28ｂの線路導
体24と対向する部位にも導体非形成領域32ｂを設けてい
る。 【００３０】このような本発明の高周波用部品の接続構
造によれば、高周波用半導体素子21の線路導体24から高
周波用配線基板26の接地導体28ａ〜28ｃへ向かう電界成
分はさらに弱くなることから、高周波用半導体素子21の
線路導体24の電界分布が設計された電界分布により近付
くこととなり、電気的な不連続性による高周波信号の反
射や放射損失をさらに効果的に軽減することができる。 【００３１】 【実施例】次に、本発明の高周波用部品の接続構造につ
いて具体例を説明する。 【００３２】まず、比誘電率が9.6 で厚みが100 μｍの
誘電体基板からなる基体に対して上面のほぼ全面にわた
る金属導体膜を接地導体として被着形成した。また、基
体の下面にマイクロストリップ線路の線路導体を線路幅
95μｍで形成し、その先端に接続パッドを接続した。こ
れにより、第１の高周波用部品を作製した。 【００３３】一方、比誘電率が8.8 で１層あたりの厚み
が200 μｍの誘電体層を積層して成る基体に対して下面
および内層に金属導体膜を複数の接地導体として形成し
た。 【００３４】また、基体の上面にマイクロストリップ線
路の線路導体を形成し、第１の高周波用部品の接続パッ
ドと対応する位置に形成した接続パッドと接続した。こ
こで、内層の接地導体のうち最上面側の接地導体には、
第１の高周波用部品の線路導体と対向する部位にその線
路導体と対応した形状の導体非形成領域を設けた。これ
により、第２の高周波用部品を作製した。 【００３５】そして、これら第１の高周波用部品と第２
の高周波用部品とを接続パッド同士が向かい合うように
して高さｈ（ｈ＝10，30，50μｍ）の金属バンプにより
フリップチップ実装法により接続することにより、図１
に示す本発明の高周波用部品の接続構造である試料Ａを
作製した。 【００３６】次に、第２の高周波用部品として上記のよ
うに内層の導体非形成領域を設けた接地導体の下面側に
位置する接地導体にも同じ形状・寸法の導体非形成領域
を設け、その他は試料Ａと同様にして作製することによ
り、図２に示す本発明の高周波用部品の接続構造である
試料Ｂを作製した。 【００３７】また、比較例として、上記試料Ａおよび試
料Ｂと同様にして、ただし第２の高周波用部品の接地導
体には導体非形成領域を設けることなく作製して、図４
に示す従来の高周波用部品の接続構造である試料Ｃを作
製した。 【００３８】そして、これら試料Ａ・試料Ｂ・試料Ｃに
ついて、電磁界解析により第１の高周波用部品と第２の
高周波用部品とが重なった積層部において高周波信号の
伝搬方向に垂直な面内の断面における特性インピーダン
スを抽出した。これらの特性インピーダンスの抽出結果
を図３に示す。 【００３９】図３は高周波用部品の接続構造の試料Ａ・
試料Ｂ・試料Ｃの特性インピーダンスを示す線図であ
り、横軸は第２の高周波用部品においてその上面から導
体非形成領域が設けられている接地導体での誘電体層の
層数を示している。すなわち、層数０が試料Ｃに相当し
層数１が試料Ａ、層数２が試料Ｂに相当する。また、縦
軸は特性インピーダンス（単位：Ω）を表わしている。
また、実線（ｈ10）・破線（ｈ30）・点線（ｈ50）で示
した特性曲線は、試料Ａ・試料Ｂ・試料Ｃの各試料にお
いてバンプ高さｈをそれぞれ10μｍ・30μｍ・50μｍと
したときの各バンプ高さによる特性インピーダンスの変
化を示している。 【００４０】この結果より分かるように、本発明の高周
波用部品の接続構造である試料Ａおよび試料Ｂは、従来
の高周波用部品の接続構造である試料Ｃと比べて、特性
インピーダンスが設計値である50Ωに近い値を有してい
るためにインピーダンス整合がなされ、良好な高周波電
気的特性を有している。 【００４１】これにより、本発明の高周波用部品の接続
構造によれば、従来の高周波用部品の接続構造と比較し
て電気的な不連続性による高周波信号の反射や放射損失
を軽減することができて電気的特性が向上でき、良好な
電気的特性を有する高周波信号の接続を行なうことがで
きることが確認できた。 【００４２】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記の例
では導電性接続部材として金属バンプを用いた例を示し
たが、導電性接続部材は導体を介して高周波用入出力部
同士を電気的に接続していれば、パッドの他にもボール
やピラーであってもよい。 【００４３】 【発明の効果】本発明の高周波用部品の接続構造によれ
ば、第２の高周波用部品に第１の高周波用部品をフリッ
プチップ実装した接続構造において、複数の接地導体を
有する第２の高周波用部品の少なくとも最上面側の接地
導体について第１の高周波用部品の線路導体と対向する
部位に導体非形成領域を設けていることから、第１の高
周波用部品の線路導体から第２の高周波用部品の接地導
体へ向かっていた電界成分が導体非形成領域へは電界が
生じない電界分布となり、あるいはその分布は第１の高
周波用部品の接地導体に向かう成分に比べて弱い成分し
か向かわないこととなるため、第１の高周波用部品の線
路導体からの電界分布が設計された電界分布に近付くこ
ととなる。これにより、電気的な不連続性による高周波
信号の反射や放射損失を軽減することができて電気的特
性を向上させることができるので、良好な電気的特性を
有する高周波信号の接続を行なうことができる。 【００４４】また、本発明の高周波用部品の接続構造に
よれば、第２の高周波用部品の複数の接地導体の一部に
特に高精度を要求しない導体非形成領域を設けるだけで
よいことから、従来周知の製造方法により第２の高周波
用部品を容易に製造することができ、良好な電気的特性
を有する接続構造を安定して得ることができる。 【００４５】以上により、本発明によれば、フリップチ
ップ実装による高周波用部品の接続構造における高周波
信号の電気的特性を改善することができるとともに、製
造上の困難性がなく、良好な電気的特性の接続部を安定
して得ることができる高周波用部品の接続構造を提供す
ることができた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の高周波用部品の接続構造の実施の形態
の例を示す断面図である。 【図２】本発明の高周波用部品の接続構造の実施の形態
の他の例を示す断面図である。 【図３】高周波用部品の接続構造における特性インピー
ダンスの変化を示す線図である。 【図４】従来の高周波用部品の接続構造の例を示す断面
図である。 【図５】従来の高周波用部品の接続構造の他の例を示す
断面図である。 【符号の説明】 21・・・・・・・高周波用半導体素子（第１の高周波用
部品） 22・・・・・・・基体 23・・・・・・・接地導体 24・・・・・・・線路導体 25ａ、25ｂ・・・接続パッド（接続部） 26・・・・・・・高周波用配線基板（第２の高周波用部
品） 27・・・・・・・基体 28ａ〜28ｃ・・・接地導体 29ａ、29ｂ・・・線路導体 30ａ、30ｂ・・・接続パッド（接続部） 31・・・・・・・金属バンプ（導電性接続部材） 32、32ａ、32ｂ・・・導体非形成領域

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 基体の上面側に接地導体が、下面側に高
   周波信号の接続部を先端に有する高周波信号伝送用の線
   路導体が形成された第１の高周波用部品を、基体の下面
   側に複数の接地導体が、上面側に前記接続部に対応した
   接続部を先端に有する高周波信号伝送用の線路導体が形
   成された第２の高周波用部品に、前記接続部同士を対向
   させて導電性接続部材により電気的に接続するととも
   に、前記第２の高周波用部品に形成された複数の接地導
   体のうち少なくとも最上面側の接地導体の前記第１の高
   周波用部品の線路導体と対向する部位に導体非形成領域
   を設けたことを特徴とする高周波用部品の接続構造。