(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、
前記半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、
前記メタルパターンが、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる複数の溝を有することを特徴とする半導体チップ。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、
前記半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、
前記メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンを備えることを特徴とする半導体チップ。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、
前記半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、
前記メタルパターンは、少なくとも前記高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に設けられており、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる溝を有することを特徴とする半導体チップ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップと、
前記半導体チップを実装する実装基板とを備え、
前記半導体チップは、前記高周波回路の側を下側にして前記実装基板上に実装されていることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項５】
半導体基板と、前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、
前記半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、
前記メタルパターンが、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる複数の溝を有することを特徴とする高周波モジュール。
【請求項６】
半導体基板と、前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、
前記半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、
前記メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンを備えることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項７】
半導体基板と、前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、
前記半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、
前記メタルパターンは、少なくとも前記高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に接しており、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる溝を有することを特徴とする高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ及び高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、実装基板上にバンプを介して半導体チップを接続した場合に、半導体チップと実装基板との間を実装基板の表面に沿って高周波信号が伝搬してしまうのを抑制するために、実装基板上に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）多角形からなる層を設けた技術がある。
また、半導体チップを実装する多層基板内のグランド間に生じるパラレルプレートモードによる放射を抑制すべく、多層基板内に平面視格子状の金属層を配置する技術もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５２７６２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６３４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高周波回路を備える半導体チップでは、その基板内部で信号のフィードバックが生じてしまうことがわかった。
そこで、高周波回路を備える半導体チップの基板内部で生じる信号のフィードバックを抑制したい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本半導体チップは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、メタルパターンが、高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる複数の溝を有する。
本半導体チップは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンを備える。
本半導体チップは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、メタルパターンは、少なくとも高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に設けられており、高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる溝を有する。
本高周波モジュールは、上述の半導体チップと、半導体チップを実装する実装基板とを備え、半導体チップは、高周波回路の側を下側にして実装基板上に実装されている。
【０００６】
本高周波モジュールは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、メタルパターンが、高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる複数の溝を有する。
本高周波モジュールは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンを備える。
本高周波モジュールは、半導体基板と、半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、メタルパターンは、少なくとも高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に接しており、高周波回路の信号伝搬方向を横切るように延びる溝を有する。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本半導体チップ及び高周波モジュールによれば、高周波回路を備える半導体チップの基板内部で生じる信号のフィードバックを抑制できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態にかかる半導体チップの基板裏面に設けられるメタルパターンの構成例を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態にかかる半導体チップの基板裏面に設けられるメタルパターンの構成例を示す模式的斜視図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる半導体チップの基板裏面に設けられるメタルパターンの構成例を示す模式的平面図である。
【図４】本実施形態にかかる半導体チップの基板裏面に設けられるメタルパターンの構成例を示す模式的斜視図である。
【図５】本実施形態にかかる半導体チップを備える高周波モジュールの構成例を示す模式的斜視図である。
【図６】本発明の課題を説明するための模式的斜視図である。
【図７】（Ａ）は、本実施形態の変形例にかかる高周波モジュールの構成例を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は、本実施形態の変形例にかかる高周波モジュールに備えられる筐体の表面に設けられるメタルパターンの構成例を示す模式的斜視図である。
【図８】３００ＧＨｚ帯での伝搬特性のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体チップ及び高周波モジュールについて、図１〜図８を参照しながら説明する。
本実施形態の半導体チップは、高周波回路を含む半導体チップであって、例えば高周波数帯で用いられる増幅器（半導体増幅器；増幅回路）を含むＭＭＩＣチップ（増幅器ＭＭＩＣチップ）である。なお、半導体チップを、モノリシック集積回路チップ、あるいは、半導体装置ともいう。
【００１０】
本実施形態では、例えば図１に示すように、半導体チップ１は、半導体基板２と、半導体基板２の表面側に設けられた高周波回路３と、半導体基板２の裏面側に設けられたメタルパターン（基板裏面メタル）４とを備える。そして、メタルパターン４が、高周波回路３の信号伝搬方向を横切るように分離されている。ここで、メタルパターン４は、半導体基板２の裏面にパターニングされた金属膜（金属薄膜）である。例えば、メタルパターン４は、高周波回路３の信号伝搬方向に直交する方向に延びる溝４Ａ（又はスリット）を有するものとすれば良い。これにより、高周波回路３を備える半導体チップ１の基板内部で生じる信号のフィードバックを抑制することができる。また、基板裏面メタル４で生じる信号のフィードバックも抑制することができる。つまり、高周波回路３を備える半導体チップ１において、基板モード伝搬や基板裏面メタル伝搬を抑制することができる。特に、高周波回路３が増幅回路である場合、このような信号フィードバックによる不要発振を抑制することができる。なお、メタルパターン４を、グランドパターン、ＧＮＤパターン、グランドメタルパターン、グランドプレーン、ＧＮＤプレーン、グランドメタル、ＧＮＤメタル、裏面メタルともいう。
【００１１】
特に、メタルパターン４は、例えば図２に示すように、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターン４Ｘに分離されているものとするのが好ましい。これにより、メタルパターン４を構成する各パターン４Ｘが、基板モードの電磁波を積極的に外方へ放射するアンテナとして働き、基板モードによる信号のフィードバックを確実に抑制することが可能となる。
【００１２】
このようなメタルパターンとしては、一辺の長さがフィードバックを抑制したい信号の波長λの１／２の長さ（１／２λ）である正方形状の複数のパターン４Ｘ、即ち、パッチアンテナのような形状の複数のパターン４Ｘを、タイル状に並べて配列して、半導体チップ１の基板裏面に敷き詰められたものとすれば良い。このようなメタルパターン４を、タイル状のメタルパターンという。なお、図２中、Ｐｏｒｔ１は入力ポートであり、Ｐｏｒｔ２は出力ポートである。
【００１３】
なお、メタルパターン４は、これに限られるものではなく、アンテナ（平面アンテナ）として機能しうる形状を有する複数のパターン４Ｘに分離されているものであれば良い。例えば、ダイポールアンテナ（例えば図３（Ａ）参照）、スロットアンテナ（例えば図３（Ｂ）参照）、千鳥格子（例えば図３（Ｃ）参照）のような形状の複数のパターン４Ｘをタイル状に並べて、半導体チップ１の基板裏面に敷き詰められたものとしても良い。
【００１４】
また、ここでは、メタルパターン４を構成する複数のパターン４Ｘを、半導体チップ１の基板裏面の全面に配置しているが、これに限られるものではない。例えば図４に示すように、メタルパターン４を構成する複数のパターン４Ｘは、少なくとも高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置に設けられていれば良い。つまり、メタルパターン４は、少なくとも高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置に設けられていれば良い。なお、高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置には、高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置の近傍の位置も含まれるものとする。このように、信号のフィードバックに影響しやすいのは、半導体チップ１の表面側に設けられている高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置及びその近傍（周辺）であるため、半導体チップ１の表面側に設けられている高周波回路３の回路レイアウトに合わせて、共鳴しやすい場所だけにパターンを設けることも有効である。
【００１５】
ところで、本実施形態では、図５に示すように、高周波モジュール５は、上述のように構成される半導体チップ１と、半導体チップ１を実装する実装基板６とを備える。そして、半導体チップ１が、高周波回路３の側を下側にして実装基板６上に実装されている。つまり、本実施形態では、半導体チップ１が実装基板６上にフリップチップ実装（フェイスダウン実装）されている。この場合、半導体チップ１と実装基板６とはバンプ（又はピラー）７を介して接合されることになる。また、半導体チップ１の基板裏面側が上側になり、その上方は空気又は誘電体で覆われることになる。このため、この基板裏面側に設けられているメタルパターン４がアンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターン４Ｘに分離されている場合、これらのパターン４Ｘによって、不要な電磁波を積極的に半導体チップ１外へ放射させ、信号のフィードバックを確実に抑制することが可能となる。
【００１６】
上述のように構成される半導体チップ１や高周波モジュール５は、例えば１００ＧＨｚを超える超高周波数帯において特に有用であり、超高周波帯で用いられる無線通信装置、レーダー装置あるいはイメージング装置等において用いられる半導体チップや高周波モジュールに適用するのが好ましい。
ところで、上述のような構成を採用しているのは、以下の理由による。
【００１７】
近年、電子デバイスの高速化によって超高周波数帯の利用が拡大しているが、高い周波数特有の新たな課題が出てきている。
つまり、図６に示すように、高周波回路３を備える半導体チップ１では、その基板２の内部で信号のフィードバックが生じてしまうことがわかった（図６中、点線の矢印参照）。
【００１８】
例えば、高周波増幅器において高い利得を実現したい場合、発振の抑制が課題となる。例えば波長１ｍｍ以下のサブミリ波帯で動作する高周波回路を有する半導体チップでは、波長がチップサイズと同程度となり、ＧＮＤプレーンの電位が不安定になる。このため、従来の回路設計手法では予測できない信号フィードバックによって増幅器に不要発振が生じる場合がある。特に、半導体チップの基板側へ漏れた信号が、基板モードによって伝搬したり、ＧＮＤメタルを伝搬したりして、フィードバックが生じ、不要発振が生じる場合がある。
【００１９】
この場合、半導体チップの基板の厚みを薄くして基板モードを抑制したり、半導体チップの基板に貫通ビアを密に設けて基板裏面のＧＮＤとの接続を強化したりすることが考えられる。
これらの方法では、波長が短くなるにつれて、半導体チップの基板の厚さをさらに薄くすることが必要になり、また、貫通ビアの間隔をさらに狭くすることが必要になる。例えば、設計周波数が３００ＧＨｚで半導体チップの基板の比誘電率が１０とすると、基板中では１／４波長が８０μmとなるため、これよりも十分に薄い基板の厚さにしたり、これよりも十分に狭い貫通ビアの間隔にしたりすることが必要になる。
【００２０】
しかしながら、このように薄くした基板や多くの貫通ビアを設けた基板では、機械強度が低下するため、基板そのものの加工や、実装時の取り扱い等が困難である。
そこで、高周波回路を備える半導体チップの基板内部で生じる信号のフィードバックを抑制すべく、上述のような構成を採用している。
したがって、本実施形態にかかる半導体チップ及び高周波モジュールによれば、高周波回路３を備える半導体チップ１の基板内部で生じる信号のフィードバックを抑制できるという利点がある。
【００２１】
なお、上述の実施形態では、半導体チップ１の基板裏面に、高周波回路３の信号伝搬方向を横切るように分離されたメタルパターン４を設け、この半導体チップ１を高周波回路３の側を下側にして実装基板６上に実装して、高周波モジュール５を構成しているが（図５参照）、これに限られるものではない。
例えば図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、高周波モジュール５Ｘを、半導体基板２と、半導体基板２の表面側に設けられた高周波回路３（図７（Ａ）では図示せず）とを備える半導体チップ１と、半導体基板２の裏面側に接するメタルパターン４を有する筐体８とを備えるものとし、メタルパターン４を、高周波回路３の信号伝搬方向を横切るように分離されているものとしても良い。つまり、筐体８を、その表面に、高周波回路３の信号伝搬方向を横切るように分離されているメタルパターン４を有するものとし、このメタルパターン４に半導体チップ１の基板裏面側が接するように、筐体８上に半導体チップ１が実装されているものとしても良い。ここでは、筐体８は金属筐体である。なお、金属筐体８を金属モジュールともいう。また、このような構成を採用する場合は、半導体チップ１の基板裏面にはメタルパターンを設けない。
【００２２】
この場合、半導体チップ１の基板裏面側に接するメタルパターン４は、半導体チップ１を実装する筐体８の表面に設けられることになるが、このメタルパターン４は、上述の実施形態のメタルパターン４と同様に構成すれば良い。特に、上述の実施形態の場合と同様に、メタルパターン４を、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターン４Ｘに分離されているものとするのが好ましい。また、メタルパターン４を、少なくとも高周波回路３の入力部３Ａ及び出力部３Ｂのそれぞれに対応する位置に接するようにするのが好ましい（例えば図４参照）。
【００２３】
例えば図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、半導体チップ１を実装する金属筐体８の表面に、高周波回路３の信号伝搬方向に直交する方向に延びる溝８Ｘ、及び、高周波回路３の信号伝搬方向に延びる溝８Ｙを、これらの溝８Ｘ、８Ｙが互いに交差するように設けることで、金属筐体８の表面に複数のパターン４Ｘを有するメタルパターン４を設ければ良い。この場合、溝８Ｘ、８Ｙが互いに交差することによって形成される平面視で正方形状の複数のパターン４Ｘが、一辺の長さがフィードバックを抑制したい信号の波長λの１／２の長さ（１／２λ）になるようにし、パッチアンテナのような形状の複数のパターン４Ｘをタイル状に並べて配列して、金属筐体８の表面に敷き詰めたものとすれば良い。そして、このようなメタルパターン４を有する金属筐体８の表面上に半導体チップ１の基板裏面を接触させて貼り付けることで、金属筐体８上に半導体チップ１を実装すれば良い。この場合、半導体チップ１は、金属筐体８上にフェイスアップ実装されることになる。また、金属筐体８に半導体チップ１を直接接着することで、放熱性を確保することも可能となる。
【００２４】
ところで、上述の実施形態の構造（図２参照）及び上述の変形例の構造（図７参照）における効果を確認すべく、それぞれの構造における伝搬特性のシミュレーションを行なったところ、図８に示すような結果が得られた。
なお、ここでは、半導体チップ１の入力ポートと出力ポートの間の距離を約５００μｍとし、半導体チップ１の基板２の厚さを約２００μｍとし、その基板２の誘電率を約１１．９として、３００ＧＨｚ帯で伝搬特性のシミュレーションを行なった。また、図８中、符号Ａを付したものが上述の実施形態の構造（図２参照）における伝搬特性のシミュレーション結果を示しており、符号Ｂを付したものが上述の変形例の構造（図７参照）における伝搬特性のシミュレーション結果を示している。また、図８では、比較例として、半導体チップ１の基板裏面の全面にメタルを設けた構造（ベタメタル構造）の伝搬特性のシミュレーション結果も符号Ｃを付して示している。
【００２５】
図８に示すように、比較例のベタメタル構造と比較して、上述の実施形態（図２参照）及び変形例（図７参照）の構造とすることで、３００ＧＨｚにおけるフィードバック量として、上述の実施形態の構造（図２参照）では約３ｄＢ、上述の変形例の構造（図７参照）では約９ｄＢ抑制できることを確認できた。
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００２６】
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路と、
前記半導体基板の裏面側に設けられたメタルパターンとを備え、
前記メタルパターンが、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように分離されていることを特徴とする半導体チップ。
【００２７】
（付記２）
前記メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンに分離されていることを特徴とする、付記１に記載の半導体チップ。
（付記３）
前記メタルパターンは、少なくとも前記高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に設けられていることを特徴とする、付記１又は２に記載の半導体チップ。
【００２８】
（付記４）
付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップと、
前記半導体チップを実装する実装基板とを備え、
前記半導体チップは、前記高周波回路の側を下側にして前記実装基板上に実装されていることを特徴とする高周波モジュール。
【００２９】
（付記５）
半導体基板と、前記半導体基板の表面側に設けられた高周波回路とを備える半導体チップと、
前記半導体基板の裏面側に接するメタルパターンを有する筐体とを備え、
前記メタルパターンが、前記高周波回路の信号伝搬方向を横切るように分離されていることを特徴とする高周波モジュール。
【００３０】
（付記６）
前記メタルパターンは、アンテナとして機能しうる形状を有する複数のパターンに分離されていることを特徴とする、付記５に記載の高周波モジュール。
（付記７）
前記メタルパターンは、少なくとも前記高周波回路の入力部及び出力部のそれぞれに対応する位置に接することを特徴とする、付記５又は６に記載の高周波モジュール。
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体チップ
２  半導体基板
３  高周波回路
３Ａ  入力部
３Ｂ  出力部
４  メタルパターン（基板裏面メタル）
４Ａ  溝
４Ｘ  パターン
５、５Ｘ  高周波モジュール
６  実装基板
７  バンプ（又はピラー）
８  筐体
８Ｘ、８Ｙ  溝
【図１】
0006365283.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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