JP3933601B2 - High frequency integrated circuit package and electronic device - Google Patents
High frequency integrated circuit package and electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3933601B2 JP3933601B2 JP2003114614A JP2003114614A JP3933601B2 JP 3933601 B2 JP3933601 B2 JP 3933601B2 JP 2003114614 A JP2003114614 A JP 2003114614A JP 2003114614 A JP2003114614 A JP 2003114614A JP 3933601 B2 JP3933601 B2 JP 3933601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- integrated circuit
- package
- package substrate
- ground conductor
- signal wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—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
- H01L2224/16221—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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波集積回路パッケージ及び電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の超高速光通信用集積回路パッケージや、マイクロ及びミリ波集積回路パッケージは、マイクロ波集積回路素子(MMIC)をパッケージ基板にフリップチップ実装して構成されている。パッケージ基板としてはセラミック基板が使用されている。集積回路素子を保護するために、集積回路素子はキャップで気密封止されている(例えば、特許文献1参照)。そして、集積回路素子より出力する信号はパッケージ基板の表面の信号配線からスルーホールを介してパッケージ基板の裏面の信号配線へ取り出される(例えば、特許文献1参照)。しかし、この場合、セラミック基板やキャップは高価な部品であるため、低価格化が難しい。
【0003】
低価格化を実現する方法として、パッケージ基板として安価な有機基板を用い、さらにキャップによる気密封止に代わって、モールド樹脂による封止へ変更することが有効である(例えば、特許文献2、3参照)。例えば、特許文献2では、集積回路素子をモールド樹脂によって封止した場合には、集積回路素子とパッケージ基板との間に入り込んだ樹脂の誘電率が空気よりも大きいために集積回路素子の特性が変化するのを防止するためには、集積回路素子とパッケージ基板との間の樹脂に空洞を設けるようになっている。また、特許文献3では、パッケージ基板として有機基板を用い、パッケージ基板をより薄くしている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−195988号公報
【特許文献2】
特開2001−60642号公報
【特許文献3】
特開2001−127237号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
高周波集積回路パッケージでは、パッケージ基板の表面に信号配線が形成され、この信号配線はスルーホールを介してパッケージ基板の裏面の信号配線に接続される。高周波集積回路パッケージでは、集積回路素子の性能を劣化させることなく信号を取り出すことや、信号のクロストークによる性能劣化を抑制するために信号配線間のアイソレーションを十分確保することが要求されている。このため、パッケージ基板の表面の信号配線は、マイクロストリップ線路、またはコプレーナ線路などの伝送線路で構成される。マイクロストリップ線路においては、パッケージ基板の表面に設けられた信号配線に対して、パッケージ基板の裏面に広い接地導体が設けられる。コプレーナ線路においては、パッケージ基板の表面に、信号配線と、この信号配線の両側にこの信号配線とは間隔をあけて接地導体とが設けられる。
【0006】
高周波集積回路パッケージが周波数が数GHz の領域の信号を扱う場合には、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路などの伝送線路によって要求を満足することができる。しかし、より高い周波数の領域の信号を扱う場合には、例えば、30GHz 以上の高周波において使用される高周波集積回路パッケージの場合には、モールド樹脂に起因する以下の問題があった。(a)モールド樹脂は誘電損失が空気の誘電損失に比べて大きいため、パッケージ基板上の配線損失が高周波で大きくなり、集積回路素子の性能を劣化させてしまう。(b)モールド樹脂は比誘電率が空気の比誘電率に比べて大きいため、信号配線間の容量結合が大きくなり、配線間のアイソレーションが劣化する。(c)半導体集積回路素子にモールド樹脂が付着することから、樹脂の比誘電率が空気の比誘電率に比べて大きいため、寄生容量が増加し、集積回路素子の特性が増加する。
【0007】
本発明の目的は、安価で且つ周波数特性に優れた高周波集積回路パッケージを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による高周波集積回路パッケージは、パッケージ基板の表面に集積回路素子がフリップチップ実装され、前記集積回路素子はパッケージ基板上で樹脂で封止され、パッケージ基板の表面には集積回路素子に接続される信号配線と、該信号配線の両側に該信号配線とは間隔をあけて設けられた接地導体とがコプレーナー線路として設けられ、パッケージ基板の裏面にはパッケージ基板の表面の信号配線に接続される信号配線及び接地導体が設けられ、パッケージ基板の裏面の信号配線にははんだボールが接続されており、パッケージ基板の表面の接地導体と裏面の接地導体とはスルーホールで接続され、パッケージ基板の表面のコプレーナ線路と裏面の接地導体とからなる線路が形成されることを特徴とするものである。
【0009】
この構成によれば、コプレーナ線路と接地導体とからなる線路を採用することにより、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路に比べ、パッケージ基板内に電界を集中させることができるために、モールド樹脂の影響を抑制でき、配線損失を低減することができる。また、同じ理由により、線路間のクロストークが低減され、線路間のアイソレーションを確保することができる。
【0010】
好ましくは、パッケージ基板の表面の接地導体とパッケージ基板の裏面の接地導体は複数のスルーホールによって接続されており、該スルーホールは信号配線に沿って1/2実効波長以下の間隔で設けられている。
【0011】
好ましくは、集積回路素子はマイクロ波集積回路素子からなり、該マイクロ波集積回路素子は基板と複数の配線層及び層間絶縁膜を含む多層配線構造とを備え、前記多層配線構造において、高周波信号を伝送する信号配線が前記信号配線よりも上層にある接地導体によって覆われている。
【0012】
本発明による電子装置は、前記した高周波集積回路パッケージと、該高周波集積回路パッケージにはんだボールを用いて実装されている有機材料製のマザーボードとからなる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明の実施例による高周波集積回路パッケージを示す断面図である。図2は樹脂モールド前の図1の高周波集積回路パッケージを示す平面図である。図1及び図2において、高周波集積回路パッケージ10は、パッケージ基板12と、パッケージ基板12の表面にフリップチップ実装された集積回路素子14とを備える。集積回路素子14はモールド樹脂16で封止されている。樹脂16aが集積回路素子14とパッケージ基板12との間に充填されている。
【0015】
パッケージ基板12はポリイミド等の有機系絶縁基板からなる。集積回路素子14はマイクロ波集積回路素子(MMIC)からなり、GaAs、InP等の基板(半導体チップ)18の表面にトランジスタ、キャパシタ、および抵抗等のコンポーネントが形成されている。半導体チップ18の表面には配線構造20が設けられる。実施例においては、配線構造20はコプレーナ線路を形成する信号配線22及び接地導体24を含む。22aは信号配線22の端子部である。
【0016】
パッケージ基板12の表面には信号配線26、電源配線28、及び接地導体30が設けられる。集積回路素子14の信号配線22及び電源配線はピラー32によりパッケージ基板12の表面の信号配線26及び電源配線28に接続される。ピラー32ははんだバンプとすることができる。パッケージ基板12の表面の信号配線26及び電源配線28はパッケージ基板12の集積回路素子14に相当する中央部分から外部へほぼ放射状に線状に延びる。接地導体30は少なくとも信号配線26の両側に信号配線26とは間隔をあけて設けられ、パッケージ基板12の表面の信号配線26と接地導体30とはコプレーナ線路を形成する。
【0017】
パッケージ基板12の裏面にはパッケージ基板12の表面の信号配線26、電源配線28、及び接地導体30に接続される信号配線34、電源配線、及び接地導体36が設けられる。パッケージ基板12の表面の信号配線26、電源配線28はそれぞれスルーホール38によりパッケージ基板12の裏面の信号配線34、電源配線に接続される。また、パッケージ基板12の表面の接地導体30はスルーホール40によりパッケージ基板12の裏面の接地導体36に接続される。従って、パッケージ基板12の表面のコプレーナ線路とパッケージ基板12の裏面の接地導体36は特別の線路(グランデドコプレーナ線路という)を形成する。
【0018】
パッケージ基板12の裏面の信号配線34及び電源配線にははんだボール42が接続されている。パッケージ基板12の裏面の信号配線34及び電源配線ははんだボール42を設ける端子としての比較的に小さな面積のものでよく、パッケージ基板12の裏面の接地導体36はほぼ裏面全体を覆う大きな面積をもつように形成されることができる。はんだボール42の材料はSnZnAlやSnAgCuである。また、はんだ搭載のために、はんだ搭載部にレジストの開口部が形成され、はんだは流れないようにすることができる。
【0019】
この構成によれば、グランデドコプレーナ線路を採用することにより、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路に比べ、パッケージ基板12内に電界を集中させることができ、よってモールド樹脂16、16aの影響を抑制でき、配線損失を低減することができる。また、同じ理由により、線路間のクロストークが低減され、線路間のアイソレーションを確保することができる。
【0020】
パッケージ基板12の表面の接地導体30は線状の信号配線26の両側に信号配線26とは間隔をあけて設けられる。高周波集積回路パッケージでは信号配線26の本数はそれほど多くなく、接地導体30は比較的に大きな面積を占める。パッケージ基板12の表面の接地導体30とパッケージ基板12の裏面の接地導体36とは、信号配線26の両側に、信号配線26に沿ってほぼ一定のピッチで密に配置されている多数のスルーホール40によって接続されている。従って、各信号配線26は密に配置されているスルーホール40によって隣の信号配線26と分離される。好ましくは、スルーホール40は信号配線26に沿って1/2実効波長以下の間隔aで設けられている。
【0021】
このようにすることで、パッケージ基板12の表面のコプレーナ線路を構成する接地導体30と、パッケージ基板12の裏面の接地導体36との間を伝播する不要モードを抑制することができ、ミリ波以上の周波数においても配線損失の小さいパッケージ基板の配線特性を得ることができる。
【0022】
また、集積回路素子14の基板(半導体チップ)18を化合物半導体(GaAs、InP)で構成すると、Siに比べ電子移動度の大きな能動素子を作製できるため、高性能な高周波集積回路を実現できる。
【0023】
また、パッケージ基板12がポリイミドを用いた基板であるのが好ましい。ポリイミドは50μm程度の薄い基板に形成できるため、放熱性に優れていると同時に、高周波信号をパッケージ基板12の裏面に取り出す際のスルーホール部による反射特性劣化の影響を低減することができる。そのため、高出力でかつ高周波向け半導体集積回路モジュールを実現することができる。
【0024】
図3は本発明の他の実施例による高周波集積回路パッケージを示す断面図である。この実施例は、図1の実施例とほぼ同様であるが、相違点は、マイクロ波集積回路素子(MMIC)からなる集積回路素子14の半導体チップ18の表面の配線構造20にある。
【0025】
図3においては、配線構造20は、複数の配線層20a及び有機系層間絶縁膜20bを含む多層配線構造として構成される。多層配線構造において、高周波信号を伝送する信号配線22が同信号配線22よりも上層(半導体チップ18から遠い層)にある接地導体24によって覆われている。図3においては、広い面積を占める接地導体24が配線構造20の表面にあり、パッケージ基板12の表面のコプレーナ線路を構成する接地導体30と対向している。接地導体24と接地導体30とはスルーホールによって接続される。従って、樹脂16aがパッケージ基板12と集積回路素子14との間に充填されていても、接地導体24と接地導体30との間に形成される寄生容量を防止することができる。
【0026】
信号配線22と接地導体24とはマイクロストリップ線路を形成する。信号配線22がマイクロストリップ線路により電磁界的に外界から遮蔽されるため、モールド樹脂16による半導体チップ18の特性の変化を抑制することができる。そのため、モールド樹脂16で封止した状態で30GHz を越える周波数で動作するMMICモジュールを作製することができる。有機系層間絶縁膜20bはポリイミド(PI)やベンゾサイクロブテン(BCB)を用いることができる。これらの誘導体は誘電率が小さく、低誘電体損失の材料であるため、高周波特性に優れた半導体集積回路を実現できる。
【0027】
この例でも、パッケージ基板12の表面の信号配線26と接地導体30とはコプレーナ線路を形成する。パッケージ基板12の表面の接地導体30はスルーホール40によりパッケージ基板12の裏面の接地導体36に接続される。従って、パッケージ基板12の表面のコプレーナ線路とパッケージ基板12の裏面の接地導体36はグランデドコプレーナ線路を形成する。
【0028】
集積回路素子14とパッケージ基板12を接続するピラー32はメッキ法で形成した金ピラーを用いる。しかし、これはワイヤボンディング法で形成したスタッドバンプでもよい。このピラーやバンプは量産性と精度の観点から集積回路素子12側に形成される。
【0029】
有機パッケージ基板12へのフリップチップ実装は、例えば、無機質のフィラーの入った非導電性樹脂を有機パッケージ基板12に塗布し、次に、集積回路素子14と有機パッケージ基板12とを温度250℃、5秒の条件で圧接することで集積回路素子14と有機パッケージ基板12とを接続することができる。非導電性樹脂の代わりに導電性粒子を含む導電性樹脂でもよく、また300℃以上で接続するAu−Au熱圧着法でもよい。
【0030】
また、集積回路素子14の配線に金を用いたが、銅やアルミであってもよい。また、半導体基板18にGaAsを用いたが、InPでもSiでもよく、ウエハ上に導体層をエピタキシャル成長で形成した基板でも、イオン注入で形成した基板でもよい。有機基板上の配線材料は、チップ搭載面はバンプ材料が金である場合、少なくとも表面は金となっている。裏面は、Cuでも、Cu/Ni/Auでもよい。金は電界メッキ法や無電界メッキ法で作製することができる。
【0031】
図4は本発明による高周波集積回路パッケージ10とマザーボード50とからなる電子装置を示す断面図である。図4の高周波集積回路パッケージ10は図3の高周波集積回路パッケージ10と同じである。ただし、この場合、図1及び図2の高周波集積回路パッケージ10をマザーボード50に搭載することもできる。
【0032】
マザーボード50の表面には信号配線、電源配線および接地導体を形成する導体層52がある。高周波集積回路パッケージ10ははんだボール42を用いてマザーボード50に実装される。すなわち、はんだボール42が導体層52の信号配線、電源配線および接地導体の端子に接続される。
【0033】
マザーボード50には例えばガラスエポキシ基板を用い、同基板上にフラックスを塗布し、次に、高周波集積回路パッケージ10のはんだボール42をマザーボード50上の端子に位置を合わせて搭載し、例えば240℃の条件でリフローを行い、次にフラックス洗浄を行って高周波パッケージ集積回路モジュール(電子装置)を作製することができる。
【0034】
はんだボール42を用いた実装によれば、ワイヤボンディングやリボンボンディングに比べ短い接続長で高周波集積回路パッケージ10をマザーボード50と接続することができるため、高周波においてもこの接続部の反射特性劣化が少なく、より高周波のシステムに向けた高周波集積回路モジュールを実現することができる。
【0035】
図5は電磁界シミュレータにより計算した樹脂封止したときの本発明の高周波集積回路パッケージ10の等電位分布を示している。本発明の高周波集積回路パッケージ10はグランデドコプレーナ線路(GCPW)を形成したものである。図6は電磁界シミュレータにより計算した樹脂封止したときの従来の高周波集積回路パッケージの等電位分布を示している。従来の高周波集積回路パッケージはマイクロストリップ線や(MSL)を形成したものである。
【0036】
パッケージ基板として有機基板12を用い、その表面と裏面に配線が形成されている。モールド樹脂16の影響を低減する場合、モールド樹脂16中に等電位分布の広がりが少ない方が好ましい。また、信号配線間のクロストークを低減する場合、やはり等電位分布の広がりが少ない方が望ましい。
【0037】
図6に示すMSLの場合、信号配線26からモールド樹脂16へ等電位分布が広がっている。これは、モールド樹脂16の誘電損失の影響を大きく受けていることを示しており、配線損失が大きく、高周波では使用することが難しい。また、線路間アイソレーションも良好ではない。
【0038】
図5に示すGCPWの場合、等電位分布は有機基板12中に閉じ込められており、モールド樹脂16の影響を低減できる構造であることが分かる。また、線路間アイソレーションもMSLと比べ良好であると推測できる。
【0039】
図7は電磁界シミュレータにより計算した線路間アイソレーションを示す図である。計算のモデルにおいては、長さLの2つの信号配線26を間隔dで対向させ、MSLの場合とGCPWの場合を計算した。間隔dは0.8mm、長さLは1mmである。図7の結果より、GCPWの方がMSLに比べ10dB以上アイソレーション特性に優れていることが分かる。実際にこのGCPW配線特性を評価するため、配線TEGを試作した。
【0040】
図8は樹脂封止したときの本発明の高周波集積回路パッケージ10の伝送特性を示す図である。GCPW線路を形成したポリイミドのパッケージ基板12の厚さは50μmであり、モールド樹脂16の厚さは1mmである。図8は長さ5mmのGCPW配線特性の測定結果を示す。
【0041】
反射特性は110GHz まで−10dB以下と良好で、配線損失は80GHz において0.34dB/mmと低損失であることが分かった。このことから、本発明に従って、GCPW線路とすることにより、高性能なモールド樹脂封止高周波集積回路パッケージを作製できることができた。
【0042】
以上に説明した本発明の例は以下の特徴を含む。
【0043】
(付記1)パッケージ基板の表面に集積回路素子がフリップチップ実装され、前記集積回路素子はパッケージ基板上で樹脂で封止され、パッケージ基板の表面には集積回路素子に接続される信号配線及び接地導体がコプレーナ線路として設けられ、パッケージ基板の裏面にはパッケージ基板の表面の信号配線に接続される信号配線及び接地導体が設けられ、パッケージ基板の裏面の信号配線にははんだボールが接続されており、パッケージ基板の表面の接地導体と裏面の接地導体とはスルーホールで接続され、パッケージ基板の表面のコプレーナ線路と裏面の接地導体とからなる線路が形成されることを特徴とする高周波集積回路パッケージ。(1)
(付記2)集積回路素子とパッケージ基板の表面との間に樹脂が充填されていることを特徴とする付記1に記載の高周波集積回路パッケージ。
【0044】
(付記3)パッケージ基板の表面の信号配線は線状に延び、パッケージ基板の表面の接地導体は該線状の信号配線の両側に該信号配線とは間隔をあけて設けられることを特徴とする付記1に記載の高周波集積回路パッケージ。
【0045】
(付記4)パッケージ基板の表面の接地導体とパッケージ基板の裏面の接地導体は複数のスルーホールによって接続されており、該スルーホールは信号配線に沿って1/2実効波長以下の間隔で設けられていることを特徴とする付記3に記載の高周波集積回路パッケージ。(2)
(付記5)集積回路素子はマイクロ波集積回路素子からなり、該マイクロ波集積回路素子はコプレーナ線路を形成する信号配線及び接地導体を含む配線構造を備えることを特徴とする付記1に記載の高周波集積回路パッケージ。
【0046】
(付記6)集積回路素子はマイクロ波集積回路素子からなり、該マイクロ波集積回路素子は基板と複数の配線層及び層間絶縁膜を含む多層配線構造とを備え、前記多層配線構造において、高周波信号を伝送する信号配線が前記信号配線よりも上層にある接地導体によって覆われていることを特徴とする付記1に記載の高周波集積回路パッケージ。(3)
(付記7)集積回路素子の層間絶縁膜はポリイミド又はBCBを含む有機系層間絶縁膜からなることを特徴とする付記6に記載の高周波集積回路パッケージ。
【0047】
(付記8)集積回路素子の基板が化合物半導体(GaAs、InP)からなることを特徴とする付記5又は6に記載の高周波集積回路パッケージ。
【0048】
(付記9)パッケージ基板がポリイミドからなる基板であることを特徴とする付記1に記載の高周波パッケージ集積回路。
【0049】
(付記10)付記1から9の1項に記載の高周波集積回路パッケージと、該高周波集積回路パッケージにはんだボールを用いて実装されている有機材料製のマザーボードとからなることを特徴とする電子装置。(4)
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価で、高性能な高周波集積回路パッケージ及び電子装置及び電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例による高周波集積回路パッケージを示す断面図である。
【図2】図2は樹脂モールド前の図1の高周波集積回路パッケージを示す平面図である。
【図3】図3は本発明の他の実施例による高周波集積回路パッケージを示す断面図である。
【図4】図4は本発明による高周波集積回路パッケージとマザーボードとからなる電子装置を示す断面図である。
【図5】図5は電磁界シミュレータにより計算した樹脂封止したときの本発明の高周波集積請回路パッケージの等電位分布を示す図である。
【図6】図6は電磁界シミュレータにより計算した樹脂封止したときの従来の高周波集積回路パッケージの等電位分布を示す図である。
【図7】図7は電磁界シミュレータにより計算した線路間アイソレーションを示す図である。
【図8】図8は樹脂封止したときの本発明の高周波集積回路パッケージの伝送特性を示す図である。
【符号の説明】
10…高周波集積回路パッケージ
12…パッケージ基板
14…集積回路素子
16…モールド樹脂
18…半導体チップ
20…配線構造
22…信号配線
24…接地導体
26…信号配線
28…電源配線
30…接地導体
32…ピラー
34…信号配線
36…接地導体
38…スルーホール
40…スルーホール
42…はんだホール
50…マザーボード
52…導体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high frequency integrated circuit package and an electronic device.
[0002]
[Prior art]
Conventional ultra-high speed optical communication integrated circuit packages and micro and millimeter wave integrated circuit packages are configured by flip-chip mounting a microwave integrated circuit element (MMIC) on a package substrate. A ceramic substrate is used as the package substrate. In order to protect the integrated circuit element, the integrated circuit element is hermetically sealed with a cap (see, for example, Patent Document 1). Then, a signal output from the integrated circuit element is taken out from the signal wiring on the front surface of the package substrate to the signal wiring on the back surface of the package substrate through a through hole (for example, see Patent Document 1). However, in this case, since the ceramic substrate and the cap are expensive parts, it is difficult to reduce the price.
[0003]
As a method for reducing the price, it is effective to use an inexpensive organic substrate as a package substrate and to change to sealing with a mold resin instead of hermetic sealing with a cap (for example, Patent Documents 2 and 3). reference). For example, in Patent Document 2, when an integrated circuit element is sealed with a mold resin, the dielectric constant of the resin that has entered between the integrated circuit element and the package substrate is larger than that of air. In order to prevent the change, a cavity is provided in the resin between the integrated circuit element and the package substrate. In Patent Document 3, an organic substrate is used as the package substrate, and the package substrate is made thinner.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-195988 A [Patent Document 2]
JP 2001-60642 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-127237
[Problems to be solved by the invention]
In the high frequency integrated circuit package, signal wiring is formed on the surface of the package substrate, and this signal wiring is connected to the signal wiring on the back surface of the package substrate through a through hole. In a high-frequency integrated circuit package, it is required to ensure sufficient isolation between signal wires in order to extract signals without degrading the performance of integrated circuit elements and to suppress performance degradation due to signal crosstalk. . For this reason, the signal wiring on the surface of the package substrate is constituted by a transmission line such as a microstrip line or a coplanar line. In the microstrip line, a wide ground conductor is provided on the back surface of the package substrate with respect to the signal wiring provided on the front surface of the package substrate. In the coplanar line, a signal wiring is provided on the surface of the package substrate, and a ground conductor is provided on both sides of the signal wiring so as to be spaced from the signal wiring.
[0006]
When a high-frequency integrated circuit package handles signals in the frequency range of several GHz, the requirements can be satisfied by a transmission line such as a microstrip line or a coplanar line. However, when a signal in a higher frequency region is handled, for example, in the case of a high-frequency integrated circuit package used at a high frequency of 30 GHz or more, there are the following problems caused by the mold resin. (A) Since the dielectric loss of the mold resin is larger than the dielectric loss of air, the wiring loss on the package substrate is increased at a high frequency, and the performance of the integrated circuit element is deteriorated. (B) Since the relative permittivity of the mold resin is larger than the relative permittivity of air, the capacitive coupling between the signal wirings is increased, and the isolation between the wirings is deteriorated. (C) Since the mold resin adheres to the semiconductor integrated circuit element, since the relative dielectric constant of the resin is larger than the relative dielectric constant of air, the parasitic capacitance increases and the characteristics of the integrated circuit element increase.
[0007]
An object of the present invention is to provide a high-frequency integrated circuit package that is inexpensive and excellent in frequency characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the high-frequency integrated circuit package according to the present invention, the integrated circuit element is flip-chip mounted on the surface of the package substrate, the integrated circuit element is sealed with resin on the package substrate, and the surface of the package substrate is connected to the integrated circuit element. Signal wiring and ground conductors spaced apart from the signal wiring on both sides of the signal wiring are provided as coplanar lines, and the back surface of the package substrate is connected to the signal wiring on the front surface of the package substrate. A signal wiring and a ground conductor are provided, and solder balls are connected to the signal wiring on the back surface of the package substrate, and the ground conductor on the front surface of the package substrate and the ground conductor on the back surface are connected through a through-hole. A line composed of the coplanar line and the ground conductor on the back surface is formed.
[0009]
According to this configuration, by adopting a line composed of a coplanar line and a ground conductor, an electric field can be concentrated in the package substrate compared to a microstrip line or a coplanar line, thereby suppressing the influence of the mold resin. Wiring loss can be reduced. For the same reason, crosstalk between lines is reduced, and isolation between lines can be ensured.
[0010]
Preferably, the ground conductor on the front surface of the package substrate and the ground conductor on the back surface of the package substrate are connected by a plurality of through holes, and the through holes are provided at intervals of ½ effective wavelength or less along the signal wiring. Yes.
[0011]
Preferably, the integrated circuit element includes a microwave integrated circuit element, and the microwave integrated circuit element includes a substrate, a multilayer wiring structure including a plurality of wiring layers and an interlayer insulating film, and the high-frequency signal is transmitted in the multilayer wiring structure. The signal wiring to be transmitted is covered with a ground conductor in an upper layer than the signal wiring.
[0012]
The electronic device according to the present invention includes the above-described high-frequency integrated circuit package and a mother board made of an organic material mounted on the high-frequency integrated circuit package using solder balls.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a sectional view showing a high-frequency integrated circuit package according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the high-frequency integrated circuit package of FIG. 1 before resin molding. 1 and 2, the high-frequency
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
On the back surface of the
[0018]
[0019]
According to this configuration, by adopting the grand coplanar line, the electric field can be concentrated in the
[0020]
The
[0021]
By doing in this way, the unnecessary mode which propagates between the
[0022]
Further, if the substrate (semiconductor chip) 18 of the
[0023]
The
[0024]
FIG. 3 is a sectional view showing a high frequency integrated circuit package according to another embodiment of the present invention. This embodiment is substantially the same as the embodiment of FIG. 1, except for the
[0025]
In FIG. 3, the
[0026]
The
[0027]
Also in this example, the
[0028]
As the
[0029]
For flip chip mounting on the
[0030]
Further, although gold is used for the wiring of the
[0031]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electronic device comprising the high-frequency integrated
[0032]
On the surface of the
[0033]
For example, a glass epoxy substrate is used for the
[0034]
According to the mounting using the
[0035]
FIG. 5 shows an equipotential distribution of the high-frequency integrated
[0036]
An
[0037]
In the case of the MSL shown in FIG. 6, the equipotential distribution extends from the
[0038]
In the case of GCPW shown in FIG. 5, it can be seen that the equipotential distribution is confined in the
[0039]
FIG. 7 is a diagram showing the isolation between lines calculated by the electromagnetic field simulator. In the calculation model, two
[0040]
FIG. 8 is a diagram showing transmission characteristics of the high-frequency integrated
[0041]
It was found that the reflection characteristic was as good as −10 dB or less up to 110 GHz, and the wiring loss was as low as 0.34 dB / mm at 80 GHz. From this, it was possible to produce a high-performance molded resin-encapsulated high-frequency integrated circuit package by using a GCPW line according to the present invention.
[0042]
The example of the present invention described above includes the following features.
[0043]
(Supplementary Note 1) An integrated circuit element is flip-chip mounted on the surface of the package substrate, the integrated circuit element is sealed with resin on the package substrate, and a signal wiring connected to the integrated circuit element and ground are formed on the surface of the package substrate The conductor is provided as a coplanar line, the signal wiring connected to the signal wiring on the front surface of the package substrate and the ground conductor are provided on the back surface of the package substrate, and the solder balls are connected to the signal wiring on the back surface of the package substrate. A high frequency integrated circuit package characterized in that a ground conductor on the front surface of the package substrate and a ground conductor on the back surface are connected by a through hole to form a line composed of a coplanar line on the front surface of the package substrate and a ground conductor on the back surface. . (1)
(Supplementary note 2) The high-frequency integrated circuit package according to supplementary note 1, wherein a resin is filled between the integrated circuit element and the surface of the package substrate.
[0044]
(Supplementary Note 3) The signal wiring on the surface of the package substrate extends linearly, and the ground conductor on the surface of the package substrate is provided on both sides of the linear signal wiring with a space from the signal wiring. The high-frequency integrated circuit package according to Appendix 1.
[0045]
(Supplementary Note 4) The ground conductor on the front surface of the package substrate and the ground conductor on the back surface of the package substrate are connected by a plurality of through holes, and the through holes are provided at intervals of ½ effective wavelength or less along the signal wiring. The high-frequency integrated circuit package according to appendix 3, wherein: (2)
(Supplementary note 5) The high frequency circuit according to supplementary note 1, wherein the integrated circuit element comprises a microwave integrated circuit element, and the microwave integrated circuit element has a wiring structure including a signal wiring and a ground conductor forming a coplanar line. Integrated circuit package.
[0046]
(Supplementary Note 6) The integrated circuit element includes a microwave integrated circuit element, and the microwave integrated circuit element includes a substrate, a multilayer wiring structure including a plurality of wiring layers and an interlayer insulating film, and in the multilayer wiring structure, 2. The high-frequency integrated circuit package according to appendix 1, wherein a signal wiring for transmitting a signal is covered with a ground conductor in an upper layer than the signal wiring. (3)
(Additional remark 7) The high frequency integrated circuit package of Additional remark 6 characterized by the interlayer insulation film of an integrated circuit element consisting of the organic type | system | group interlayer insulation film containing a polyimide or BCB.
[0047]
(Appendix 8) The high-frequency integrated circuit package according to appendix 5 or 6, wherein the substrate of the integrated circuit element is made of a compound semiconductor (GaAs, InP).
[0048]
(Supplementary note 9) The high-frequency package integrated circuit according to Supplementary note 1, wherein the package substrate is a substrate made of polyimide.
[0049]
(Appendix 10) An electronic device comprising: the high frequency integrated circuit package according to item 1 of appendices 1 to 9; and a mother board made of an organic material mounted on the high frequency integrated circuit package using solder balls. . (4)
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an inexpensive and high-performance high-frequency integrated circuit package, electronic device, and electronic device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a high-frequency integrated circuit package according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the high-frequency integrated circuit package of FIG. 1 before resin molding.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a high frequency integrated circuit package according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electronic device comprising a high frequency integrated circuit package and a motherboard according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an equipotential distribution of the high frequency integrated circuit package of the present invention when resin sealing is performed, calculated by an electromagnetic simulator.
FIG. 6 is a diagram showing an equipotential distribution of a conventional high-frequency integrated circuit package when resin sealing is performed, which is calculated by an electromagnetic field simulator.
FIG. 7 is a diagram showing line isolation calculated by an electromagnetic simulator.
FIG. 8 is a diagram showing transmission characteristics of the high-frequency integrated circuit package of the present invention when resin-sealed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003114614A JP3933601B2 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | High frequency integrated circuit package and electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003114614A JP3933601B2 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | High frequency integrated circuit package and electronic device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004319905A JP2004319905A (en) | 2004-11-11 |
JP3933601B2 true JP3933601B2 (en) | 2007-06-20 |
Family
ID=33474142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003114614A Expired - Lifetime JP3933601B2 (en) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | High frequency integrated circuit package and electronic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3933601B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8492895B2 (en) | 2009-03-03 | 2013-07-23 | Panasonic Corporation | Semiconductor device with grounding conductor film formed on upper surface of dielectric film formed above integrated circuit |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5353621B2 (en) * | 2008-12-01 | 2013-11-27 | 株式会社アドヴィックス | Brake hydraulic pressure control device for vehicles |
JP6258460B2 (en) * | 2016-12-15 | 2018-01-10 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
-
2003
- 2003-04-18 JP JP2003114614A patent/JP3933601B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8492895B2 (en) | 2009-03-03 | 2013-07-23 | Panasonic Corporation | Semiconductor device with grounding conductor film formed on upper surface of dielectric film formed above integrated circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004319905A (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12027465B2 (en) | Impedance controlled electrical interconnection employing meta-materials | |
US8729680B2 (en) | Semiconductor device | |
US8592959B2 (en) | Semiconductor device mounted on a wiring board having a cap | |
US7268426B2 (en) | High-frequency chip packages | |
US7911066B2 (en) | Through-chip via interconnects for stacked integrated circuit structures | |
EP1675178A2 (en) | Connection arrangement for micro lead frame plastic packages | |
JP6643714B2 (en) | Electronic devices and equipment | |
US20220209391A1 (en) | Antenna in package having antenna on package substrate | |
US9093442B1 (en) | Apparatus and method for achieving wideband RF performance and low junction to case thermal resistance in non-flip bump RFIC configuration | |
US6507110B1 (en) | Microwave device and method for making same | |
US20190295968A1 (en) | Semiconductor packages | |
US6483186B1 (en) | High power monolithic microwave integrated circuit package | |
JP3933601B2 (en) | High frequency integrated circuit package and electronic device | |
JP6952913B2 (en) | Semiconductor device and antenna device | |
JP6579396B2 (en) | Semiconductor device and substrate | |
US20240021971A1 (en) | Microelectronic device package with integral waveguide transition | |
JP3925417B2 (en) | Distributed amplifier mounting equipment | |
US20230387047A1 (en) | Semiconductor module | |
JP3831173B2 (en) | Semiconductor module | |
JP3987659B2 (en) | High frequency semiconductor device | |
JPS6348129Y2 (en) | ||
JPH0427170Y2 (en) | ||
CN116153859A (en) | Wafer level packaging method of monolithic microwave integrated circuit | |
JP2001257234A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
KR20180129445A (en) | Semiconductor package for application of high frequency and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050927 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061017 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070213 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070313 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3933601 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100330 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110330 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110330 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120330 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130330 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140330 Year of fee payment: 7 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |