JPS6056306B2 - Microwave IC device and its manufacturing method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波ＩＣ装置とその製造方法に係る。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a microwave IC device and a manufacturing method thereof.

一般にマイクロストリップ線路を用いたマイクロ波Ｉ
Ｃはその製作方法が簡単で、固体半導体素子との結合が
容易であるためマイクロ波装置の多くの部分て使用され
ている。例えば第１図はＩＣ化した低域通過型フィルタ
あるいはインピーダンス変換回路であり、アルミナ等の
誘電体基板１の裏面には接地導体２を形成し、表面には
低インピーダンス線路１１、１２、１３およびストリッ
プ導体２１、２２が高インピーダンス線路として形成さ
れている。第１図はまた同時に低い周波数の集中定数回
路として見られるが、その場合１１、１２、１３は並列
キャパシタ、２１、２２は直列インダクタである。 こ
の場合ストリップ導体２１、２２は高インピーダンス線
路としてインピーダンスを上げようとしても、誘電体基
板があるため限度があり、かつまた幅を狭めて高インピ
ーダンス化を計るほど線路のＱ置が減少する。Generally, microwave I using microstrip line
C is used in many parts of microwave equipment because it is easy to manufacture and can be easily combined with solid-state semiconductor elements. For example, FIG. 1 shows a low-pass filter or impedance conversion circuit made into an IC, in which a ground conductor 2 is formed on the back surface of a dielectric substrate 1 made of alumina, etc., and low impedance lines 11, 12, 13 and Strip conductors 21, 22 are formed as high impedance lines. FIG. 1 can also be seen as a low frequency lumped constant circuit, in which case 11, 12, 13 are parallel capacitors and 21, 22 are series inductors. In this case, even if the strip conductors 21 and 22 are used as high impedance lines to increase the impedance, there is a limit due to the presence of the dielectric substrate, and the Q position of the line decreases as the width is narrowed to increase the impedance.

また集中定数インダクタとして見た場合誘電体基板のた
めに線路波長が短縮され、集中定数として使用できる周
波数が制限される。集中定数の範囲で大きなインダクタ
ンスを得るには導体幅を狭めるほかないが、前記と同じ
く損失が増加する。 高出力トランジスタ増幅器等にお
いてトランジスタの入出力インピーダンスが著しく低い
ので、誘電体基板として比誘電率浦前後の高誘電率基板
を用いると、小形化、低インピーダンス化は容易である
。Furthermore, when viewed as a lumped constant inductor, the line wavelength is shortened due to the dielectric substrate, which limits the frequency that can be used as a lumped constant inductor. The only way to obtain a large inductance in the range of lumped constants is to narrow the conductor width, but this increases the loss as described above. Since the input/output impedance of a transistor in a high-output transistor amplifier or the like is extremely low, miniaturization and low impedance can be easily achieved by using a high dielectric constant substrate around the relative dielectric constant ura as the dielectric substrate.

しかしながら前記の欠点は益々大きくなる。 このよう
なマイクロストリップＩＣ化は、現在高性能のＦＥＴの
登場によりＸ帯、準ミリ波帯のような非常に高い周波数
で行なわれつゝある。However, the aforementioned drawbacks become increasingly significant. With the advent of high-performance FETs, such microstrip ICs are now being implemented at very high frequencies such as the X band and sub-millimeter wave band.

また一方、広帯域整合を可能にするため整合回路を集中
定数化あるいは超小形化して、トランジスタパッケージ
内に収容してしまう、いわゆる内部整合化が進められて
いる。例えば第２図は従来の内部整合化トランジスタ増
幅器の１側で接地導体キャリア２上の中央部導体リツジ
２’上にトランジスタ３が固着され、その前後に誘電体
基板１、１’を配置し、その上に入出力整合回路あるい
はインピーダンス変換回路を集中定数ＩＣ化している。
すなわち誘電体基板上の１１、１１′は並列容量電極て
あり、基板自体を誘電体として狭んだ容量を構成し、１
４，１『はその１周整容量電極、２３，２４は金等のボ
ンディング線でインダクタ素子となつている。４はトラ
ンジスタと回路、接地を接続するボンディング線である
。On the other hand, in order to enable broadband matching, so-called internal matching, in which a matching circuit is made into a lumped circuit or ultra-miniaturized and housed within a transistor package, is being promoted. For example, in FIG. 2, on one side of a conventional internally matched transistor amplifier, a transistor 3 is fixed on a central conductor ridge 2' on a ground conductor carrier 2, and dielectric substrates 1, 1' are arranged before and after the transistor 3. In addition, the input/output matching circuit or impedance conversion circuit is implemented as a lumped constant IC.
In other words, 11 and 11' on the dielectric substrate are parallel capacitance electrodes, which form a narrow capacitance using the substrate itself as a dielectric.
4 and 1' are rectifying capacitance electrodes for one round, and 23 and 24 are bonding wires made of gold or the like and serve as inductor elements. 4 is a bonding line that connects the transistor, the circuit, and the ground.

もちろんこの回路はＸ帯より高い周波数帯等では浮遊リ
アクタンス分も大きくなるので、第１図と同様の高、低
インピーダンス線路からなる分布定数回路を入出力にし
た増幅器と考えてもよい。４０，４『はキャリアを止め
るための穴である。Of course, this circuit has a large stray reactance in frequency bands higher than the X band, so it may be considered as an amplifier with input and output distributed constant circuits made of high and low impedance lines similar to those shown in FIG. 40.4' is a hole for stopping the carrier.

このような超小形回路のインダクタあるいは高インピー
ダンス線路としては第１図のようなストリップ導体では
あまりにも微細になり過ぎるか、第２図のようなボンデ
ィング線２３，２４を用いると導体の周囲が空中である
ため高インピーダンス化、自己共振周波数を増加させた
集中定数化が可能となる。For the inductor or high impedance line of such a microcircuit, a strip conductor as shown in Figure 1 would be too fine, or if bonding wires 23 and 24 as shown in Figure 2 were used, the periphery of the conductor would be in the air. Therefore, high impedance and lumped constants with increased self-resonant frequencies are possible.

しかしながら、ボンディング線２３，２４は１本づつ形
成しなければならないので、多段型の広帯域回路になる
ほど、作業工数を増加させ、製作価格を増加させる。ま
た通常の超音波あるいは熱圧着ボンディングは熟練を要
する上に各々のボンディングのばらつきによる回路のば
らつきが極めて大きい欠点があつた。本発明の目的は前
記従来の欠点を除去したマイクロ波１Ｃ装置とその製造
方法を提供することにある。However, since the bonding wires 23 and 24 must be formed one by one, the more the multi-stage wideband circuit becomes, the more the number of man-hours and the manufacturing cost increase. Further, conventional ultrasonic or thermocompression bonding requires skill and has the disadvantage that circuit variations due to variations in each bonding are extremely large. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microwave 1C device and a manufacturing method thereof that eliminate the above-mentioned conventional drawbacks.

本発明によれば誘電体基板上に形成されたマイクロ波１
Ｃにおいて各１Ｃを構成する回路素子間の接続が空中ス
トリップ導体素子によつて接続されていることを特徴と
するマイクロ波１Ｃ装置が得．られる。According to the present invention, a microwave 1 formed on a dielectric substrate
A microwave 1C device is obtained, characterized in that the circuit elements constituting each 1C are connected by aerial strip conductor elements. It will be done.

さらに本発明によれば誘電体基板上にマイクロ波回路素
子を構成し、該回路素子間を接続すべき位置にあらかじ
めストリップ導体と選択エッチングが可能なスペーサ膜
を形成し、該スペーサ膜を、支持体としてストリップ導
体を形成した後、前記スペーサ膜をエッチング除去せし
めて空中ストリップ導体素子を形成することを特徴とす
るマイクロ波１Ｃ装置の製造方法が得られる。Furthermore, according to the present invention, a microwave circuit element is constructed on a dielectric substrate, a strip conductor and a spacer film that can be selectively etched are formed in advance at positions where the circuit elements are to be connected, and the spacer film is supported. There is obtained a method for manufacturing a microwave 1C device, characterized in that after forming a strip conductor as a body, the spacer film is removed by etching to form an aerial strip conductor element.

以下本発明についてその一実施例を図面を用い・て説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第３図は本発明の第１の実施例を説明するための製作工
程断面図ａ−Ｂ．！：．ｄ図の平面図ｄ″である。FIG. 3 is a manufacturing process sectional view a-B for explaining the first embodiment of the present invention. ! :． It is a plan view d'' of figure d.

第３図ａにおいてまず、誘電体基板１の裏面には接地導
体２が形成されており、一方の表面にベース導体１５、
さらに低インピーダンス線路導体１１，１２，１３が形
成される。低インピーダンス線路導体は通常のホトエッ
チング技術あるいはレジストパターンを形成した後めつ
きにより導体パターンを形成するホトフォーミング技術
により形成される。導体材料は低損失のもので通常金、
白金、銅が用いられる。次にｂにおいて空中ストリップ
導体が形成され）るべき低インピーダンス線路間にスペ
ーサ膜１６を所要の厚みを有するように形成する。In FIG. 3a, first, a ground conductor 2 is formed on the back surface of the dielectric substrate 1, and a base conductor 15 on one surface,
Furthermore, low impedance line conductors 11, 12, 13 are formed. The low impedance line conductor is formed by a normal photoetching technique or a photoforming technique in which a conductor pattern is formed by plating after forming a resist pattern. The conductor material is low loss, usually gold,
Platinum and copper are used. Next, in step b, a spacer film 16 is formed to have a required thickness between the low impedance lines on which the aerial strip conductor is to be formed.

このスペーサ膜の厚みにより、後に形成する空中ストリ
ップ導体の空中の高さが決められる。スペーサ膜１６の
材料は、低インピーダンス線路および空中ストリップ導
体材料と選択的にエッチング除去できることが必要であ
り、金の線路導体に対しては通常銅のメッキが用いられ
る。しかしこの条件が守られるならば他の導体のみなら
ず、後に選択的に溶解除去できる誘電体膜例えばＳｉＯ
２膜等の無機誘電体膜の他レジスト膜自体等の有機誘電
体膜をスパッタした後エッチングして形成してもよい。
次にｃにおいては前記のスペーサ膜１６上に、かつ接続
されるべき低インピーダンス線路１１，１２，１３等に
接続された状態で、空中ストリップ導体２「，２２″を
高インピーダンス線路として形成する。通常は金導体が
メッキされ、パターンはエッチングによつてもまた、レ
ジストで不要部分を覆つたホトフォーミングによつて形
成される。しかし、スペーサ膜のエッチング時に溶解し
ないと言う前記の条件を満たすならば白金、銅のその他
の材料でもよい。ｄ図の状態ではスペーサ膜１６のみが
選択的に溶解除去され、空中に橋わたしされた状態の空
中ストリップ導体２「，２２゛が形成される。The thickness of this spacer film determines the aerial height of the aerial strip conductor that will be formed later. The spacer film 16 material must be selectively etched away from the low impedance line and aerial strip conductor materials, typically copper plating for gold line conductors. However, if this condition is maintained, not only other conductors but also dielectric films such as SiO
In addition to inorganic dielectric films such as 2 films, organic dielectric films such as the resist film itself may be sputtered and then etched.
Next, in c, the aerial strip conductors 2 ``, 22'' are formed as high impedance lines on the spacer film 16 and connected to the low impedance lines 11, 12, 13, etc. to be connected. Gold conductors are usually plated, and the pattern is formed by etching or by photoforming with resist covering the unwanted areas. However, other materials such as platinum or copper may be used as long as they satisfy the above-mentioned condition of not dissolving during etching of the spacer film. In the state shown in Fig. d, only the spacer film 16 is selectively dissolved and removed, and aerial strip conductors 2'', 22'' are formed which are bridged in the air.

ｄ″はそのときの出来上り平面図てあり、第１図と同様
の低域通過フィルタあるいはインピーダンス変換回路が
形成されている。而してこの場合空中ストリップ導体２
「，２２″は空中にあるため接地に対する容量は著しく
減少し、非常にインピーダンスの高い線路となる。d'' is the finished plan view at that time, and a low-pass filter or impedance conversion circuit similar to that in Fig. 1 is formed.In this case, the aerial strip conductor 2
, 22'' is in the air, so its capacity to ground is significantly reduced, resulting in a line with extremely high impedance.

また周囲の等価誘電率も同様に減少し、したがつて線路
上の波長は増加する。したがつて空中ストリップ導体２
「，２２″をインダクタと見た場合、その自己共振周波
数も著しく上昇し、集中定数素子として使用できる周波
数も上昇する。また逆に言えば同じインダクタンスのま
ま使用周波数内で充分幅の広い、長い形状とすることが
できるので、Ｑが著しく上昇する。すなわち低損失化が
できる。基板１の材料としては通常アルミナ、セラミッ
ク、石英、サファイア等が用いられるが、その他に比誘
電率のより高い基板を用いたときに、本発明の前記効果
は著しくなる。The equivalent permittivity of the surroundings also decreases, and the wavelength on the line therefore increases. Therefore, the aerial strip conductor 2
When ``, 22'' is viewed as an inductor, its self-resonant frequency also increases significantly, and the frequency at which it can be used as a lumped constant element also increases. Conversely, since the inductance can be made sufficiently wide and long within the operating frequency while maintaining the same inductance, the Q can be significantly increased. In other words, loss can be reduced. Although alumina, ceramic, quartz, sapphire, etc. are usually used as the material for the substrate 1, the above-mentioned effects of the present invention become remarkable when a substrate with a higher dielectric constant is used.

すなわち（１−Ｘ）ＢａＯ−ＸＴｌＯ２、２（Ｓｒｌ−
ＸＣａｘ）０◆ＹＮｂ２Ｏ５等の比誘電率４０〜１００
、あるいはそれ以上の基板を用いると、低インピーダン
ス線路、あるいは並列キヤパニラタは作り易いが、逆に
高インピーダンス線路あるいは高Ｑインダクタンスのイ
ンダクタは従来得ることが困難であつた。しかし本発明
の空中ストリップ導体によれば、空中での橋わたしによ
り、これらの欠点が除かれ、高性能かつ低損失のフィル
タ等のマイクロ波１Ｃ装置を得ることができる。第４図
はこの発明の第２の実施例を示す斜視図であり、第２図
と類似しているが、入出カソード３１，３「、回路とリ
ードの接続線３２，３２″ また誘電体ケース３３，３
４を用いて、全体の回路を内部整合化トランジスタとし
てケース内に収容したより具体的な構造にして示した。
同じ構成部分は第２図と同じ記号で示した。また当然な
がら同図ではケース３３上に乗せられる上蓋を省略して
いる。しかしこの場合入出力側回路のインダクタとして
は第３図で説明したような本発明による製作方法で作ら
れた空中ストリップ導体２３″，２４″が用いられてい
る。したがつて第１の実施と同じく、高インピーダンス
の線路、高Ｑで高周波まて使用できる高インダクタンス
のインダクタが得られる。特に基板として前述のような
高誘電流基板を用いたものがマイクロ波帯全域で実用性
が高く、本発明のより大きな効果が発揮される。またこ
の実施例のような内部整合化トランジスタ素子は使用し
易い高周波トランジスタとして今後非常に多数生産され
るものと思われる。このような量産性大量生産を考えた
とき、従来の超音波熱圧着等のボンディング作業は作業
時間に要し特に大きな問題と考えられる。しかし本発明
によれば１枚の基板の多数のインダクタをＩＣ化技術で
同時に形成できる。さらにまたこのような同一の入出力
回路を大きな誘電体基板上に多数個同時に形成し、切断
して使用すれは大量生産できる。したがつてこの点の効
果もまた非常に大きい。さらに従来のボンディング線は
人的技術によるのでその高さ、長さ等を再現性良くおさ
えることが難かしい。これに対して本発明によれば、再
現性も著しく改善できる。すなわちインダクタの幅はＩ
Ｃマスクによつて制御され、空中でのインダクタの高さ
はスペーサ膜の膜厚により高精度に制御できる。本実施
例では内部整合化トランジスタ増幅器を例に示したが、
これに限定されるものではなくパッケージトランジスタ
の外側に入出力回路すなわちフィルタ回路、整合回路あ
るいはインピーダンス変換回路を形成した一範のトラン
ジスタ増幅器においても、ダイオードを用いた発振器、
ミクサその他一般のマイクロ波１Ｃ装置すべてに有効で
ある。現在バイポーラ、電界効果それぞれのトランジス
タで低雑音のものも高出力のものも多数開発されている
がこれらの素子に本発明を適用するとその性能が充分発
揮させることができる。第５図は本願の第５の実施例の
一部を示す断面図である。本願では空中ストリップ導体
２５が空中にあるので、非常に長い場合には第５図１８
のような中継点１８を設けることも有効である。また、
空中ストリップ導体２５を、２１１，２１２のような２
層とし、２１１は良電導体、２１２は高抵抗でも機械的
に強い材料、例えば２１１゛は金導体、２１２は銅ベリ
リア等が考えられる。このような構造にすれば、空中ス
トリップ導体が長く空中にあつても重力によりたれ下る
こともなく、本発明の有効性が発揮される。また必要な
らさらに多数の中継点、さらに多層を行つても良い．こ
とはもちろんである。That is, (1-X)BaO-XTlO2, 2(Srl-
XCax) 0◆Relative permittivity of YNb2O5 etc. 40-100
, or more, it is easy to make a low impedance line or a parallel capacitor, but on the other hand, it has been difficult to obtain a high impedance line or an inductor with a high Q inductance. However, according to the aerial strip conductor of the present invention, these drawbacks can be eliminated by bridge-crossing in the air, and a microwave 1C device such as a high-performance, low-loss filter can be obtained. FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention, which is similar to FIG. 33,3
4 is used to illustrate a more concrete structure in which the entire circuit is housed in a case as an internally matched transistor.
The same components are shown with the same symbols as in FIG. Naturally, the top cover placed on the case 33 is omitted in the figure. However, in this case, aerial strip conductors 23'', 24'' made by the manufacturing method according to the present invention as explained in FIG. 3 are used as inductors for the input/output side circuit. Therefore, as in the first embodiment, a high inductance inductor that can be used in high impedance lines, high Q and high frequencies is obtained. In particular, a substrate using the above-mentioned high dielectric current substrate is highly practical over the entire microwave band, and exhibits even greater effects of the present invention. It is also believed that internally matched transistor elements such as this embodiment will be produced in large numbers in the future as easy-to-use high-frequency transistors. When considering such mass production, conventional bonding operations such as ultrasonic thermocompression bonding are considered to be a particularly big problem because of the time required. However, according to the present invention, a large number of inductors on one substrate can be formed simultaneously using IC technology. Furthermore, a large number of such identical input/output circuits can be simultaneously formed on a large dielectric substrate and then cut into pieces for mass production. Therefore, the effect in this respect is also very large. Furthermore, since conventional bonding wires are created using human technology, it is difficult to control their height, length, etc. with good reproducibility. In contrast, according to the present invention, reproducibility can also be significantly improved. That is, the width of the inductor is I
The height of the inductor in the air can be controlled with high accuracy by controlling the thickness of the spacer film. In this example, an internally matched transistor amplifier is shown as an example.
Although not limited to this, a type of transistor amplifier in which an input/output circuit, that is, a filter circuit, a matching circuit, or an impedance conversion circuit is formed outside the package transistor, also includes an oscillator using a diode,
Effective for mixers and all other general microwave 1C devices. At present, many low-noise and high-output bipolar and field effect transistors have been developed, and if the present invention is applied to these devices, their performance can be fully demonstrated. FIG. 5 is a sectional view showing a part of the fifth embodiment of the present application. In this application, since the aerial strip conductor 25 is in the air, if it is very long, it can be used as shown in FIG.
It is also effective to provide a relay point 18 like this. Also,
The aerial strip conductor 25 is connected to two wires such as 211 and 212.
As layers, 211 is a good conductor, 212 is a high resistance but mechanically strong material, for example, 211 is a gold conductor, 212 is copper beryllia, etc. With such a structure, even if the aerial strip conductor is in the air for a long time, it will not sag due to gravity, and the effectiveness of the present invention will be exhibited. Also, if necessary, more relay points and more layers may be provided. Of course.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来例の斜視図であり、１は誘電体基板、２は
接地導体、１１，１２，１３は低インピーダンス線路あ
るいは並列キャパシタ、２１，２ノ２は高インピーダン
ス線路または直列インダクタとなつているストリップ導
体を示す。 第２図は従来の実施例を示す斜視図であり、１，１″は
誘電体基板、２接地導体キャリア、２″はリツジ、３は
トランジスタ、１１，１「は並列容量電極１４，１Ｃは
調整容量電極、２３，２４はボンデング線、４はボンデ
ング線、４０，４『はキャリアの穴を示す。第３図は本
発明を説明するための図て各工程における断面図ａ−ｄ
と出来上りｄの平面図がｄ″である。同図において第１
図と対応する部分の番号は同一番号で示した。１６はス
ペーサ膜、２「，２２″は空中ストリップ導体で高イン
ピーダンス線路あるいは直列インダクタとなつている。 第４図は本発明の一実施例を説明するための斜視図で第
２図と対応する部分は同一番号を用いて示した。但し２
３″，２Ｃは本発明で製作した空中ストリップ導体であ
る。３１，３「が入出カソード、３２，３２″は接続線
、３３，３４は誘電体ケースを示す。FIG. 1 is a perspective view of a conventional example, in which 1 is a dielectric substrate, 2 is a ground conductor, 11, 12, and 13 are low impedance lines or parallel capacitors, and 21 and 2 are high impedance lines or series inductors. A strip conductor is shown. FIG. 2 is a perspective view showing a conventional embodiment, in which 1,1'' is a dielectric substrate, 2 is a ground conductor carrier, 2'' is a ridge, 3 is a transistor, 11,1'' is a parallel capacitor electrode 14, and 1C is a Adjustment capacitance electrodes, 23 and 24 are bonding wires, 4 is a bonding wire, and 40 and 4' are holes in the carrier. FIG. 3 is a cross-sectional view of each process for explaining the present invention.
The plan view of the finished product d is d″. In the same figure, the first
The numbers of parts corresponding to those in the figures are indicated by the same numbers. 16 is a spacer film, and 2'' and 22'' are aerial strip conductors that serve as high impedance lines or series inductors. FIG. 4 is a perspective view for explaining one embodiment of the present invention, and parts corresponding to those in FIG. 2 are indicated using the same numbers. However, 2
3'' and 2C are aerial strip conductors manufactured according to the present invention. 31 and 3'' are input and output cathodes, 32 and 32'' are connecting wires, and 33 and 34 are dielectric cases.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 誘電体基板上に形成されたマイクロ波ＩＣにおいて
各ＩＣを構成する回路素子間の接続が空中ストリップ導
体素子によつて接続されていることを特徴とするマイク
ロ波ＩＣ装置。 ２ 誘電体基板上にマイクロ波回路素子を構成し、該回
路素子間を接続すべき位置にあらかじめストリップ導体
と選択エッチングが可能なスペーサ膜を形成し、該スペ
ーサ膜を支持体としてストリップ導体を形成した後、前
記スペーサ膜をエッチング除去せしめて空中ストリップ
導体素子を形成することを特徴とするマイクロ波ＩＣ装
置の製造方法。[Claims] 1. A microwave IC device characterized in that in a microwave IC formed on a dielectric substrate, connections between circuit elements constituting each IC are connected by aerial strip conductor elements. . 2 Construct a microwave circuit element on a dielectric substrate, form a strip conductor and a spacer film that can be selectively etched in advance at the position where the circuit elements are to be connected, and form a strip conductor using the spacer film as a support. After that, the spacer film is removed by etching to form an aerial strip conductor element.