(57)【要約】【課題】  ボンディングパッドの幅を信号配線幅より広く、ボンディングパッドの特性インピーダンスを信号配線の特性インピーダンスに等して、小型で広帯域な周波数帯で低反射損失を実現できる高周波回路基板を提供する。【解決手段】  信号配線３および接地配線２からなる伝送線路が形成されており、前記信号配線３の一部にはボンディングパッド４が形成されている高周波回路基板１において、前記ボンディングパッド４の幅は前記信号配線３の幅より広く、前記ボンディングパッド４の特性インピーダンスは前記信号配線３の特性インピーダンスに等しい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号配線及び接地配線からなる伝送線路が形成されており、前記信号配線の一部にはボンディングパッドが形成されている高周波回路基板において、前記ボンディングパッドの幅は前記信号配線の幅より広く、前記ボンディングパッドの特性インピーダンスは前記信号配線の特性インピーダンスに等しいことを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
前記ボンディングパッドは、接続される前記信号配線の幅よりも狭い幅で接触し、それ以外のボンディングパッド領域は前記高周波回路基板面から浮いていることを特徴とする請求項１記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記ボンディングパッド部の一部は、接続される前記信号配線の幅よりも狭い幅で接触し、それ以外のボンディングパッド領域は前記高周波回路基板面に配置した低誘電率材料表面に延伸されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記低誘電率材料がポリイミドなどの有機系誘電体材料であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記低誘電率材料がシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの無機系誘電体材料であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の高周波回路基板。
【請求項６】
前記伝送線路はマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項７】
前記ボンディングパッド直下の高周波回路基板の厚さを他の部分よりも厚くしたことを特徴とする請求項１記載の高周波回路基板。
【請求項８】
前記伝送線路はコプレーナ線路であることを特徴とする請求項６、又は７に記載の高周波回路基板。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の高周波回路基板に複数の半導体高周波部品をフリップチップ実装してな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、高周波パッシブデバイス、高周波半導体デバイス及びモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を実装する高周波回路基板及び高周波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧＨｚ帯の高周波モジュールは、ＦＲ−４、ポリイミド基板、テフロン（登録商標）基板、あるいは高抵抗シリコン、半絶縁ＧａＡｓ基板などの誘電体基板に、マイクロストリップ線路などの伝送線路からなる高周波平面回路パターンを形成し、この回路パターン上にインダクタやキャパシタなどのパッシブ部品及びＭＭＩＣを実装して構成されている（例えば、特許文献１参照）。
かかるデバイスの実装形態としては、モジュールの薄型化とワイヤボンディングの寄生インダクタンスによる周波数特性劣化を避けるためにフリップチップ実装法が採用されている。
しかし、数１０ＧＨｚ帯のようなより高周波の領域では、フリップチップ実装だけでは、十分な高周波特性が得にくいことが明らかになってきた。これは、実装部のインピーダンスの不整合に起因している。その原因の１つとしては、フリップチップ実装に使用するバンプに寄生するインダクタンスによるインピーダンス不整合がある。
高さ１０μｍ程度の極めて小型のバンプであっても、その寄生インダクタンスは数１０ｐＨ程度となる。例えば、バンプの寄生インダクタンスが５０ｐＨの場合、３０ＧＨｚ帯の領域の電子部品に適用した場合、そのインピーダンスは約１０Ωとなるから、反射損失が増大するなど周波数特性に大きな影響を及ぼすことになる。
そのため、バンプ高さは低いことが望ましいが、逆に低くなると実装基板とＭＭＩＣ間の距離が短くなるため、両者間のキャパシタンス成分が増加し、新たな周波数特性劣化を引き起こすので、その高さ低減にも限界がある。
もう１つの原因としては、ボンディングパッドの特性インピーダンスと信号配線の特性インピーダンスの不整合がある。
ＭＭＩＣを含めて半導体デバイスのボンディングパッドは１００μｍ角程度と比較的大きい。さらに、実装歩留まりを考慮し、実装基板側のボンディングパッドは、半導体デバイスのパッドよりも大きめ目に設定し、例えば、１５０μｍ角程度が選ばれる。
一方、実装基板側の信号配線の幅といえば、例えば、厚さ１１０μｍのＧａＡｓ基板では、基準となる５０Ωのマイクロストリップ線路で８０μｍ程度（厚さ２μｍ  Ａｕ配線）になる。
したがって、実装基板上の５０Ωの信号配線に対して、ボンディングパッドは３５Ωと小さくなってしまい、信号配線とボンディングパッド間でインピーダンスの不整合が生じ、反射が起こる。
【０００３】
上記従来技術の欠点を解決するために、特許文献１では、ボンディングバッドに１／４λのショートスタブを付加した高周波回路基板を提案している。
図１３は第１の誘電体基板と第２の誘電体基板をフリップチップ実装した高周波回路基板の従来例を示す平面図である。図１４は図１３の高周波回路基板の断面図である。
図１３及び図１４において、高周波回路基板は第１の誘電体基板１ｃと第２の誘電体基板１ｅをバンプ１ｈを用いてフリップチップ実装している。この従来例では、バンプ接続による周波数特性の劣化を、導体パッド１ｆに１／４λショーツスタブ１ｉを付加し、その共振を利用することにより防止し、周波数特性を改善している。
【特許文献１】特開２００４−１１２４２６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来例では、１／４λショートスタブを利用するため、基板面積が増大し、更に共振周波数付近でしか良好な特性が得られないため、広帯域で良好な高周波特性を実現することが困難であった。
以上説明したように、従来の高周波回路基板においては、信号配線とボンディングパッド間のインピーダンス不整合による反射損失を広帯域に亘り整合することができなかった。
高周波回路モジュールでは、薄型化・小型化の要求から配線の細線化が進むのに対して、高周波部品は検査や実装歩留まりを考慮して、ボンディングパッドは１００μｍ角程度と大きい。そのため、配線とボンディングパッドの特性インピーダンスの不整合は、より深刻な問題となっている。
そこで、本発明の目的は、ボンディングパッドの幅を信号配線幅より広く、ボンディングパッドの特性インピーダンスを信号配線の特性インピーダンスに等しくして、小型で広帯域な周波数帯で低反射損失を実現できる高周波回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、信号配線及び接地配線からなる伝送線路が形成されており、前記信号配線の一部にはボンディングパッドが形成されている高周波回路基板において、前記ボンディングパッドの幅は前記信号配線の幅より広く、前記ボンディングパッドの特性インピーダンスは前記信号配線の特性インピーダンスに等しいことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記ボンディングパッドは、接続される前記信号配線の幅よりも狭い幅で接触し、それ以外のボンディングパッド領域は前記高周波回路基板面から浮いていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記ボンディングパッド部の一部は、接続される前記信号配線の幅よりも狭い幅で接触し、それ以外のボンディングパッド領域は前記高周波回路基板面に配置した低誘電率材料表面に延伸されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１、２、又は３において、前記低誘電率材料がポリイミドなどの有機系誘電体材料であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１、２、又は３において、前記低誘電率材料がシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの無機系誘電体材料であることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１において、前記伝送線路はマイクロストリップ線路であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１において、前記ボンディングパッド直下の高周波回路基板の厚さを他の部分よりも厚くしたことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項６、又は７において、前記伝送線路はコプレーナ線路であることを特徴とする記載の。
請求項９請求項１乃至８の何れか一項において、前記高周波回路基板に複数の半導体高周波部品をフリップチップ実装してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、特性インピーダンスの小さいボンディングパッド部を信号配線の特性インピーダンスに一致させることで、反射損失を低減させ、良好な高周波特性を実現できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の高周波回路基板の特徴は、従来と同程度のボンディングパッド面積を確保しつつ、信号配線とボンディングパッドの特性インピーダンスを一致させることが可能なボンディングパッド構造を有することにある。
伝送線路では、その特性インピーダンスＺｏは式１で表わせる。
2007019439.tif 000003
・・・・  式１
ここで、Ｌは単位長さ当たりのインダクタンス、Ｃは単位長さ当たりのキャパシタンスである。
式１によれば、幅が広いために特性インピーダンスの小さいボンディングパッド部を５０Ωに一致させるためには、キャパシタンス分を小さくすればよいことが分かる。以下に、本発明の実施の形態を使って、ボンディングパッド部のキャパシタンス成分を制御する制御手段を説明する。
図１は本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第１の実施の形態を示す平面図である。図２は図１の線Ａ−Ａ’でのボンディングパッド構造の断面図である。図１及び図２において、高周波回路基板１には厚さ１１０μｍの半絶縁ＧａＡｓ基板を使用する。
このボンディングパッド構造において、伝送線路にはマイクロストリップ線路を採用し、高周波回路基板１の裏面には接地配線２、表面には信号配線３が形成されている。厚さ１１０μｍのＧａＡｓ（εｒ＝１３）基板では、特性インピーダンス５０Ωの信号配線３の線幅は約８０μｍとなる。
信号配線３の一端あるいはその一部には、半導体高周波部品のチップインダクタ、チップキャパシタ、さらにはアクティブデバイスのダイオード、ＭＭＩＣなどのベアチップをダイボンディングするためのボンディングパッド４が形成されている。
実装部品のボンディングパッドの縦横サイズを１００μｍ×１００μｍ程度とした場合、高周波回路基板１のボンディングパッド４の形状としては、実装歩留まりを考えて、それよりも大きめの１５０μｍ×１５０μｍの縦横サイズに形成する。
そしてそのボンディングパッド４の一部は高周波回路基板１から浮いた構造とすることで、ボンディングパッド４のキャパシタンス成分を低減し、その特性インーダンスを５０Ωに調整している。
より具体的に説明すれば、図１及び図２のボンディングパッド４では、中央部４ａ（６０μｍ）はＧａＡｓ基板１と接触させ、中央部４ａの両サイドに延びるパッド領域４ｂはＧａＡｓ基板１から１０μｍ程度基板表面から浮かせることで、ボンディングパッド４のキャパシタンス成分を減少させ、ほぼ特性インピーダンスを５０Ωに調整することを可能にしている。
【０００８】
図３は高周波回路基板上に、ボンディングパッド部と半田バンプ、ＭＭＩＣを含む他の高周波回路基板などを搭載した状態を示す斜視図である。図４は図３の状態の断面図である。
高周波回路基板１のボンディングパッド４上に、半田バンプ５を介してＭＭＩＣを含む他の高周波回路基板６などをバンプ実装している。
本発明によれば、従来とほぼ同じ平面積を有するボンディングパッド４であっても、反射損失の少ない高周波回路基板を提供できる。図３及び図４には、図１及び図２と同様に、接地配線２、信号配線３、ボンディングパッド４の中央部４ａ、それ以外のパッド領域４ｂが示してある。
本発明のボンディングパッド構造の効果を確認するために、直径９０μｍ、高さ２０μｍのバンプで２つの基板を接続した場合の高周波特性（Ｓ１１）を測定した。
【０００９】
図５はボンディングパッド構造による反射損失の測定結果を示す特性図である。図には、従来の構造の高周波特性も示している。図に示すように、本発明の高周波回路基板は従来よりも低反射損失であることが確認できた。
第１の実施の形態では、基板材料としてＧａＡｓ基板を用いた例を説明したが、本発明にて使用する回路基板は、ＧａＡｓ基板に限定されるものではない。他の誘電体材料、例えばシリコンあるいはテフロン（登録商標）など有機系誘電体材料を使っても、同様な効果を得られることは明らかである。
【００１０】
図６は本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第２の実施の形態を示す平面図である。図７は図６の線Ａ−Ａ’でのボンディングパッド構造の断面図である。
本発明の第２の実施の形態では、ボンディングパッド４の機械的強度を高めるために、パッド両端の直下に高周波回路基板１よりも誘電率の低い低誘電体材料から成るポリイミド７を配置した構造としている。
ポリイミド（低誘電体材料）７は誘電率が３．５とＧａＡｓ基板１より小さいので、ボンディングパッド４をポリイミド７上まで延長形成したとしても、キャパシタンス成分は減少し、特性インピーダンスを制御することが可能である。図６及び図７には、図１及び図２と同様に、接地配線２、信号配線３、ボンディングパッド４の中央部４ａ、それ以外のパッド領域４ｂが示してある。
本実施の形態では、ボンディングパッド４の一部直下に高周波回路基板１の誘電率よりも小さい誘電率を有した他の低誘電体材料を配置すれば、同様な効果が得られることは言うまでもない。例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの他の低誘電体材料が使用できる。
本実施形態では、低誘電率材料がポリイミドなどの有機系誘電体材料であるために、機械的強度に優れた信頼性の高い低反射の高周波回路基板を提供でき、また、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などの無機系誘電体材料であるために、機械的強度に優れた信頼性の高い低反射の高周波回路基板を提供できる効果がある。
ボンディングパッド４は、その中央部において、接続される信号配線３の幅よりも狭い幅で高周波回路基板１と接触し、それ以外のボンディングパッド領域は基板１より低誘電率材料７の表面に延伸することで特性インピーダンスが制御できるため、反射損失の少ない高周波回路基板を提供できる効果がある。
【００１１】
図８は本発明による高周波回路基板の第３の実施の形態を示す平面図である。図に示すように、高周波回路基板１の伝送線路にコプレーナ線路を採用しても、信号配線３とボンディングパッド４の特性インピーダンスを一致させることができる。
高周波実装基板１として、厚さ１１０μｍの半絶縁ＧａＡｓ基板を採用し、信号配線３の幅ｗ１を第１の実施の形態と同じ８０μｍとすれば、信号配線３と接地配線２間の距離ｇ１は５５μｍとなる。
ボンディングパッド４の幅ｗ２は１５０μｍであるから、５０Ωの特性インピーダンスを実現するためには、ボンディングパッド４と接地配線２とのギャップｇ２は８０μｍに設定すればよい。
コプレーナ線路を用いれば、ボンディングパッド４の端を浮かせることなく、信号配線３の線幅ｗ１と接地配線２間のギャップｇ１を調整するだけで、特性インピーダンスを制御することが可能で、ボンディングパッド形成が容易になる利点がある。
伝送線路はコプレーナ線路とし、配線幅と接地導体間ギャップを適切に設定することによって、任意にその特性インピーダンスを制御することが可能であり、設計自由度の高い低損失の高周波回路基板１を提供することができる。
本実施の形態では、伝送線路としてコプレーナ線路を使って説明したが、グランド付きコプレーナ線路を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００１２】
図９は本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第４の実施の形態を示す平面図である。図１０は図９のボンディングパッド構造の断面図である。図９及び図１０に示す第４の実施の形態では、ボンディングパッド４の特性インピーダンスを制御する方法として、ボンディングパッド４直下に基板１よりも低誘電率の材料９を配置する構造を提案する。
厚さ１１０μｍの半絶縁ＧａＡｓ基板を使用し、伝送線路としてマイクロストリップ線路を採用した高周波回路基板１において、ボンディングパッド４の特性インピーダンスを５０Ωに調整するために、ボンディングパッド４直下の基板１を所定の深さ分除去した凹所１ａを形成する。
この凹所１ａ内に基板１よりも低誘電率のポリイミド層９を配置し、実効的な誘電率を下げている。その結果、ボンディングパッド部の特性インピーダンスは増加し、信号配線３の特性インピーダンスに一致させることができる。
高周波回路基板１は、伝送線路にマイクロストリップ線路を採用し、かつボンディングパッド４直下の基板１に設けた凹所内に低誘電率材料を配置することにより、特性インピーダンスを制御している。図１０において、符号２は接地配線を示している。
本構造では、ボンディングパッド４は基板１から浮かせること無く、その製造プロセスを簡略化でき、低コストで低反射損失の高周波回路基板を提供できる効果がある。
【００１３】
図１１は本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第５の実施の形態を示す平面図である。図１２は図１１の高周波回路基板の断面図である。図１１及び図１２において、ボンディングパッド４の特性インピーダンスを制御する方法として、高周波回路基板１の厚さを変える方法を提案する。
高周波実装基板１には厚さ１１０μｍの半絶縁ＧａＡｓ基板を使用し、伝送線路としてマイクロストリップ線路を採用している。この高周波回路基板１において、ボンディングパッド４直下の基板１ａの厚さを２１０μｍと厚くすることで、特性インピーダンスを５０Ωに制御している。
高周波回路基板１は、伝送線路にマイクロストリップ線路を採用し、かつボンディングパッド４直下の基板１を信号配線３よりも厚くすることで、特性インピーダンスを制御している。図１０において、符号２は基板裏面に設けた接地配線を示している。
本発明によれば、高周波回路基板１に複数の半導体高周波部品をフリップチップ実装することができる。第１の実施の形態の高周波回路基板１に半導体高周波部品をフリップチップ実装するため、従来よりも低反射損失の高周波モジュールを提供することができる効果がある。
以上、本発明の効果を、ＭＭＩＣなどの高周波部品を実装する高周波回路基板のボンディングパッドを例に説明したが、本発明の効果は、ＭＭＩＣを含む半導体デバイスのボンディングパッド構造にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａ’でのボンディングパッド構造の断面図である。
【図３】高周波回路基板のボンディングパッド部と半田バンプ、ＭＭＩＣを含む他の高周波回路基板などをバンプ実装した状態を示す斜視図である。
【図４】図３のバンプ実装した状態の断面図である。
【図５】ボンディングパッド構造の効果の測定結果を示す特性図である。
【図６】本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図７】図６の線Ａ−Ａ’でのボンディングパッド構造の断面図である。
【図８】本発明による高周波回路基板の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図９】本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第４の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】図９のボンディングパッド構造の断面図である。
【図１１】本発明による高周波回路基板のボンディングパッド構造の第５の実施の形態を示す平面図である。
【図１２】図１１のボンディングパッド構造の断面図である。
【図１３】第１の誘電体基板と第２の誘電体基板をフリップチップ実装した高周波回路基板の従来例を示す平面図である。
【図１４】図１３の高周波回路基板の断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  高周波回路基板（基板）
１ａ  ボンディングパッド４直下の基板（厚さ）
２  伝送線路（接地配線）
３  伝送線路（信号配線）
４  ボンディングパッド
４ａ  ボンディングパッド中央部
４ｂ  ボンディングパッド延伸部
５  バンプ
６  他の高周波回路基板
７  低誘電体材料（ポリイミド）
９  低誘電体材料（ポリイミド）
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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