半导体器件、传输系统及它们的制造方法

专利名称：半导体器件、传输系统及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件、传输(transmission)系统、用于制造半导体器件的方法和用于制造传输系统的方法，所述传输系统通过使用具有毫米波频率的电信号而允许高速 数据传输。
背景技术：
近年来，对于用于以高速传输大量数据(诸如移动图像数据)的高速数据传输的 要求不断提高。对于这样的高速数据传输，存在使用具有作为高频信号之一的毫米波频率 的电信号的方法。例如，在PCT专利公布No. W02006/33204(图1和图8，此后称为专利文件1)中公 开了一种振荡电路，其中，在谐振器中形成谐振电极。在此谐振电路中，谐振电极被形成在 谐振器中，并且谐振器和设置在电路板上的传输线通过键合线彼此连接。通过此谐振器，可 以实现22GHz到26GHz范围内的谐振频率。图23是示出了相关技术的半导体器件100的构造实例的透视图。图24是示出了 半导体器件100的主要部分的构造实例的俯视图，图25是其正视图。如图23-25所示，半 导体器件100包括电路板10，其用作处理具有毫米波频率的电信号的半导体电路元件；承 插(interposer)衬底(此后称为衬底17)，其具有传输由电路板10处理的电信号的传输线 14。电路板10具有由信号传输端子Ila和接地端子lib组成的端子单元11。衬底17 具有由信号传输端子13a和接地端子13b组成的端子单元13。信号传输端子Ila经由导线 单元12中包含的导线12a连接到信号传输端子13a。接地端子lib经由导线单元12中包 含的导线12b连接到接地端子13b。衬底17具有第一介电层(此后称为介电层17a)、接地层17b和以及第二介电层 (此后称为介电层17c)。接地层17b由铜或铝形成，并且具有用于接地的功能。具有导电 性的过孔19被设置在介电层17a中的设置接地端子13b的位置处。半导体器件100由通 过过孔19的、接地端子13b和接地层17b之间的电连接件接地。介电层17a具有预定的介 电常数。介电层17a、传输线14和接地层17b形成微带线。介电层17c具有用于支撑介电 层17a和接地层17b的功能。传输线14被连接到信号传输端子13a，并且该传输线14沿预定方向(在图24和 25中，沿右方向)传输毫米波电信号。天线部分16被连接到传输线14，并且天线部分16 将毫米波电信号转换为电磁波信号。半导体器件100由密封树脂18以将衬底17的上部覆 盖的方式密封。由电路板10的信号处理得到的毫米波电信号由衬底17上的传输线14经由导线 12a传输。被传输的毫米波电信号由天线部分16变为电磁波信号，并且电磁波信号穿过密 封树脂18被输出到外部。下面将描述关于由半导体器件100进行的毫米波信号传输的模拟结果。图26是示出了由模拟获得的半导体器件100的特性实例的图线。如图26所示，此模拟结果通过在横 坐标上对毫米波电信号的频率(GHz)做图并在纵坐标上对S-参数大小(dB)做图来表示， 并且利用图23-25示出的半导体器件100基于表1所示的参数而计算获得。S-参数大小是 指表示毫米波电信号的透射和反射的参数大小。图26中的实线表示透射特性S12和S21， 虚线表示反射特性Sll和S22。表 1 如表1所示，在此模拟中，图24所示的传输线14的宽度A2和长度A3分别被设 为130 μ m和2mm。参考图25，传输线14的厚度Al被设为18 μ m,衬底17中的介电层17a 的厚度A5被设为70 μ m。此外，介电层17a的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 7和 0. 02。密封树脂18的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 2和0. 02。导线12a和导线 12b的长度分别被设为635 μ m和711 μ m。根据此模拟结果，在从40GHz到80GHz的毫米波电信号的频率范围内，透射特性 S12和S21的S-参数大小小于反射特性Sll和S22的S-参数大小。这表明当毫米波电信 号的频率在从40GHz到80GHz的频带内时，数据传输困难。

发明内容
根据专利文件1的技术，可以由谐振器获得在22GHz-26GHz范围内的谐振频率。 但是，不能获得在该范围之外的谐振频率。此外，对于相关技术的半导体器件100，在从 40GHz-80GHz频带内的数据传输是困难的。本发明希望能改善具有超过40GHz的频带内的频率的电信号的传输特性，并提供 一种半导体器件、一种传输系统、一种用于制造半导体器件的方法以及一种用于制造传输系统的方法，其允许在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输。根据本发明的实施方式，提供了一种半导体器件，包括半导体电路元件，其配置 来处理具有预定频率的电信号；传输线，其配置来经由导线与所述半导体电路元件连接，并 且传输所述电信号。在该半导体器件中，在所述传输线中设置有阻抗匹配图案，所述阻抗匹 配图案具有关于所述传输线的方向对称的形状。在根据本发明的该实施方式的半导体器件中，半导体电路元件处理具有预定频率 的电信号。传输线经由导线与所述半导体电路元件连接，并且传输所述电信号。基于这样 的构造，在所述传输线中设置有阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述传输线的 方向对称的形状。由于此特征，通过此阻抗匹配图案实现了传输线的阻抗匹配，这可以减小 通过此传输线传输的具有预定频率的电信号的反射。根据本发明的另一实施方式，提供了一种传输系统，其包括第一半导体器件，所述 第一半导体器件配置为包括处理具有预定频率的电信号的第一半导体电路元件、经由导线 与所述半导体电路元件连接并且传输所述电信号的第一传输线、将从所述第一传输线传输 的电信号转换为电磁波信号并发送所述电磁波信号的第一天线部分。该传输系统还包括第 二半导体器件，所述第二半导体器件配置为包括接收从所述第一天线部分发送的所述电磁 波信号并将所述电磁波信号转换成具有所述预定频率的电信号的第二天线部分、传输由所 述第二天线部分的转换得到的电信号的第二传输线、经由导线与所述第二传输线连接并处 理由所述第二传输线传输的电信号的第二半导体电路元件。在所述半导体器件中，在所述 第一传输线和所述第二传输线中设置有阻抗匹配图案，这些阻抗匹配图案分别具有关于所 述第一传输线的方向和所述第二传输线的方向对称的形状。根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于制造半导体器件的方法。所述方 法包括如下步骤形成处理具有预定频率的电信号的半导体电路元件；在衬底上形成传输 所述电信号的传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述传输线的方向 对称的形状；将所述半导体电路元件设定在所述衬底上；将所述传输线经由导线连接到所 述半导体电路元件。根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于制造传输系统的方法。所述方法 包括如下步骤制造第一半导体器件；制造第二半导体器件；以及将所述第一半导体器件 与所述第二半导体器件连接。所述制造第一半导体器件的步骤包括如下的子步骤形成处 理具有预定频率的电信号的第一半导体电路元件，在第一衬底上形成传输所述电信号的第 一传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述第一传输线的方向对称的 形状，将所述第一半导体电路元件设定在所述第一衬底上，以及将所述第一传输线经由导 线连接到所述第一半导体电路元件。所述制造第二半导体器件的步骤包括如下的子步骤 形成处理具有预定频率的电信号的第二半导体电路元件，在第二衬底上形成传输所述电信 号的第二传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述第二传输线的方向 对称的形状，将所述第二半导体电路元件设定在所述第二衬底上，以及将所述第二传输线 经由导线连接到所述第二半导体电路元件。在根据本发明的实施方式的半导体器件中，通过阻抗匹配图案实现了传输线的阻抗匹配。由于此特征，这可以减小通过此传输线传输的具有预定频率的电信号的反射，由此 可以改善电信号的传输特性。这可以提供能够实现在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输的半导体器件。根据本发明实施例的传输系统包括上述半导体器件。这样能提供能够在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输的传输系统。在根据本发明实施例用于制造半导体器件的方法和用于制造传输系统的方法中， 传输线和阻抗匹配图案在同一衬底上形成，该传输线传输具有预定频率的信号，该阻抗匹 配图案具有关于该传输线的方向对称的形状。因此，能够与形成传输线的步骤同时地执行 形成阻抗匹配图案的步骤，从而能够实现降低成本。


图1是示出了根据本发明的第一实施方式的半导体器件的构造实例的透视图；图2是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的俯视图；图3是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的侧视图；图4是示出了模拟获得的半导体器件的特性实例的图线；图5是示出了模拟获得的包括依赖于距离的特性差异的半导体器件的特性实例 的图线；图6是示出了模拟获得的包括依赖于密封树脂的相对介电常数的特性差异的半 导体器件的特性实例的图线；图7是示出了半导体器件的制造实例的分解透视图；图8是示出了半导体器件的制造实例的分解透视图；图9是示出了半导体器件的制造实例的分解透视图；图10是示出了根据本发明的第二实施方式的半导体器件的主要部分的构造实例 的俯视图；图11是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的侧视图；图12是示出了模拟获得的半导体器件的特性实例的图线；图13是示出了根据本发明的第三实施方式的半导体器件的主要部分的构造实例 的俯视图；图14是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的正视图；图15是示出了模拟获得的半导体器件的特性实例的图线；图16是示出了根据本发明的第四实施方式的半导体器件的构造实例的透视图；图17是示出了根据本发明的第五实施方式的传输系统的构造实例的侧视图；图18是示出了平行于沿图17中的线A-A的截面的传输系统的构造实例的俯视 图；图19是示出了根据本发明的第六实施方式的传输系统的构造实例的侧视图；图20是示出了传输系统的组装实例的分解透视图；图21是示出了传输系统的组装实例的分解透视图；图22是示出了传输系统的组装实例的分解透视图；图23是示出了相关技术的半导体器件的构造实例的透视图；图24是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的俯视图；图25是示出了半导体器件的主要部分的构造实例的侧视图；以及
图26是示出了模拟获得的半导体器件的特性实例的图线。优诜实施方式下面将描述用于实施本发明的方式(此后，称为实施方式)。将以如下次序进行描述。1.第一实施方式(半导体器件1 构造实例，特性实例和制造实例)2.第二实施方式(半导体器件2 构造实例和特性实例)3.第三实施方式(半导体器件3 构造实例和特性实例)4.第四实施方式(半导体器件4 构造实例)5.第五实施方式(传输系统5 构造实例)6.第六实施方式(传输系统6 构造实例和组装实例)<第一实施方式>[半导体器件1的构造实例]如图1-3所示，根据本实施方式的半导体器件1包括电路板10，其用作处理具有 预定频率(例如，在毫米波频带中的频率)的电信号的半导体电路元件；以及传输线14，其 经由导线单元12连接到电路板10并传输电信号。在传输线14中，设置谐振图案15，谐振 图案15用作具有关于此传输线的方向的对称形状的阻抗匹配图案。半导体器件1还包括 衬底17，其中，传输线14和谐振图案15形成在衬底17上。电路板10具有由信号传输端子Ila和接地端子lib组成的端子单元11。衬底17 具有由信号传输端子13a和用作接地电极的接地端子13b组成的端子单元13。信号传输端 子Ila经由导线单元12中所包含的导线12a连接到信号传输端子13a。接地端子lib经由 导线单元12中所包含的导线12b连接到接地端子13b。接地端子13b相对于传输线14的 方向对称地设置。此特征可以稳定通过传输线14传输的电信号。衬底17具有介电层17a、接地层17b和以及介电层17c。接地层17b由铜或铝形 成，并且具有用于接地的功能。具有导电性的过孔19被设置在介电层17a中的、设置有接 地端子13b的位置处。过孔19通过如下方式形成制造从介电层17a的上表面到下表面的 孔，并将导电材料(诸如金属)插入此孔中。半导体器件1由通过过孔19的接地端子13b和接地层17b之间的电连接件接地。 介电层17a具有预定的介电常数。介电层17a、传输线14和接地层17b形成微带线。介电 层17c具有用于支撑介电层17a和接地层17b的功能。传输线14被连接到信号传输端子13a，并且该传输线14沿预定方向(在图2和3 中，沿右方向)传输毫米波电信号。具有关于传输线的方向对称的形状的谐振图案15被形 成在传输线14中。谐振图案15的形状例如为关于预定方向对称的圆形。通过此谐振图案 15，实现了传输线14的阻抗匹配，这可以减小毫米波电信号的反射。天线部分16被连接到传输线14的另一端，并且天线部分16将毫米波电信号转换 为电磁波信号。天线部分16经由密封树脂18将通过天线部分16的转换得到的电磁波信 号输出到外部。半导体器件1由密封树脂18以将衬底17的上部覆盖的方式密封。密封树 脂18由具有预定介电常数的电绝缘材料组成。[由模拟得到的半导体器件1的特性实例]下面将描述关于半导体器件1的毫米波信号传输的模拟结果。如图4所示，此模拟结果通过在横坐标上对毫米波电信号的频率(GHz)做图并在纵坐标上对S-参数大小(dB) 做图来表示，并且利用图1-3示出的半导体器件1基于表2所示的参数进行计算来获得。图 4中的实线表示透射特性S12A和S21A，虚线表示反射特性SllA和S22A。表 2 如表2所示，在此模拟中，如图2所示的，传输线14的宽度A2和从传输线14的一 端到传输线14的另一端的长度A3分别被设为130 μ m和2mm。参考图3，传输线14的厚度 Al被设为18 μ m,衬底17中的介电层17a的厚度A5被设为70 μ m。此外，参考图2，传输线 14的一端与谐振图案15的中心之间的距离B4被设为860 μ m,并且谐振图案15的半径B6 被设为350 μ m。此外，介电层17a的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 7和0.02。密 封树脂18的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 2和0. 02。导线12a和导线12b的长 度分别被设为635 μ m和711 μ m。如图4所示，当毫米波电信号的频率为约60GHz时，透射特性S12A和S21A的S-参 数大小为约_3dB。当毫米波电信号的频率为约60GHz时，反射特性SllA和S22A的S-参数 大小分别为约_12dB和-18dB。如上所述，与图26所示的相关技术的半导体器件100相比，当毫米波电信号的频 率为约60GHz时，透射特性S12A和S21A的S-参数大小增大，并且反射特性SllA和S22A 的S-参数大小减小。这表明毫米波电信号的传输特性可以被提高。基于此特征，半导体器 件1可以在非常小的信号劣化的情况下执行高速数据传输。
图5示出了表示半导体器件1的反射特性的模拟结果，该模拟结果通过在半导体器件1中的传输线14的一端与谐振图案15的中心之间的距离(此后，该距离将被称为距 离B4)在从800 μ m到1000 μ m的范围内以20 μ m的增量变化的情况下的计算获得。如图5 所示，此模拟结果通过在横轴上对毫米波电信号的频率(GHz)做图以及在纵坐标上对S-参 数大小(dB)做图来表示，并且通过利用上述表2中的参数(除距离B4之外)通过计算获 得。在图5中，反射特性L80表示当距离B4被设为800 μ m时半导体器件1的反射特 性。反射特性L82表示当距离B4被设为820 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性 L84表示当距离B4被设为840 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性L86表示当距离 B4被设为860 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性L88表示当距离B4被设为880 μ m 时半导体器件1的反射特性。反射特性L90表示当距离B4被设为900 μ m时半导体器件1 的反射特性。反射特性L92表示当距离B4被设为920 μ m时半导体器件1的反射特性。反 射特性L94表示当距离B4被设为940 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性L96表示 当距离B4被设为960 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性L98表示当距离B4被设 为980 μ m时半导体器件1的反射特性。反射特性LlOO表示当距离B4被设为1000 μ m时 半导体器件1的反射特性。如图5所示，谐振图案15的谐振频率根据距离B4而移动。当距离B4被设为800 μ m 时，谐振图案15的谐振频率为约68GHz。当距离B4被设为820 μ m时，谐振图案15的谐振 频率为约66GHz。当距离B4被设为840 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约65GHz。当距 离B4被设为860 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约63GHz。当距离B4被设为880 μ m时， 谐振图案15的谐振频率为约62GHz。当距离B4被设为900 μ m时，谐振图案15的谐振频率 为约61GHz。当距离B4被设为920 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约60GHz。当距离B4 被设为940 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约58GHz。当距离B4被设为960 μ m时，谐振 图案15的谐振频率为约57GHz。当距离B4被设为980 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约 56GHz。当距离B4被设为1000 μ m时，谐振图案15的谐振频率为约55GHz。这样，当距离B4被设定得更长时，谐振图案15的谐振频率朝向更低频率侧移动。 此特征使得通过改变距离B4而以所需的频率传输毫米波电信号成为可能。图6示出了表示反射特性的模拟结果，该模拟结果通过在半导体器件1中的密封 树脂18的相对介电常数在从3. 0到5. 0的范围内以0. 2的增量变化的情况下进行计算获 得。如图6所示，此模拟结果通过在横轴上对毫米波电信号的频率(GHz)做图以及在纵坐 标上对S-参数大小(dB)做图来表示，并且通过利用上述表2中的参数(除密封树脂18的 相对介电常数之外)进行计算获得。在图6中，反射特性E30表示当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 0时半导体 器件1的反射特性。反射特性E32表示当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 2时半导 体器件1的反射特性。反射特性E34表示当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 4时半 导体器件1的反射特性。反射特性E36表示当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 6时 半导体器件1的反射特性。反射特性E38表示当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 8 时半导体器件1的反射特性。反射特性E40表示当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 0 时半导体器件1的反射特性。反射特性E42表示当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 2时半导体器件1的反射特性。反射特性E44表示当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 4 时半导体器件1的反射特性。反射特性E46表示当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 6 时半导体器件1的反射特性。反射特性E48表示当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 8 时半导体器件1的反射特性。反射特性E50表示当密封树脂18的相对介电常数被设为5. O 时半导体器件1的反射特性。如图6所示，谐振图案15的谐振频率根据密封树脂18的相对介电常数而移动。当密封树脂18的相对介电常数被设为3. 0时，谐振图案15的谐振频率为约64GHz。当密封树 脂18的相对介电常数被设为3. 2时，谐振图案15的谐振频率为约63. 5GHz。当密封树脂 18的相对介电常数被设为3. 4时，谐振图案15的谐振频率为约63GHz。当密封树脂18的 相对介电常数被设为3. 6时，谐振图案15的谐振频率为约62. 5GHz。当密封树脂18的相对 介电常数被设为3. 8时，谐振图案15的谐振频率为约62GHz。当密封树脂18的相对介电常 数被设为4. 0时，谐振图案15的谐振频率为约61. 5GHz。当密封树脂18的相对介电常数被 设为4. 2时，谐振图案15的谐振频率为约61GHz。当密封树脂18的相对介电常数被设为 4. 4时，谐振图案15的谐振频率为约60. 5GHz。当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 6 时，谐振图案15的谐振频率为约60GHz。当密封树脂18的相对介电常数被设为4. 8时，谐 振图案15的谐振频率为约59. 5GHz。当密封树脂18的相对介电常数被设为5. 0时，谐振图 案15的谐振频率为约59GHz。这样，当密封树脂18的相对介电常数被设定得更高时，谐振图案15的谐振频率朝 向更低频率侧移动。此特征使得通过改变密封树脂18的相对介电常数而以所需的频率传 输毫米波电信号成为可能。[半导体器件1的制造实例]下面将描述用于制造半导体器件1的方法。如图7所示，对于半导体器件1，端子 单元13、传输线14、谐振图案15和天线部分16被形成在由介电层17a和17c以及接地层 17b组成的衬底17的预定表面(在图7中，上表面)上。端子单元13、传输线14、谐振图案 15和天线部分16通过例如刻蚀来形成。介电层17a和17c由电绝缘材料组成，并且利用例如树脂或陶瓷来形成。接地层 17b、端子单元13、传输线14、谐振图案15和天线部分16由相同的导电材料构成，并且利用 例如铜或铝来形成。在此制造实例中，片状天线(patch antenna)被用作天线部分16的实例。片状天 线可以与端子单元13、传输线14和谐振图案15类似地被制造为薄的构件。由此，可以提高 天线部分16和密封树脂18之间的粘附，从而实现高效电磁耦合。此外，片状天线可以以低 成本制造，这是因为其具有简单的二维物理形状。糊料50被施加到衬底17上的预定位置，该位置是形成端子单元13、传输线14、谐 振图案15和天线部分16的位置(在图7中，在虚线长方形中)。糊料50例如由金属材料 (诸如银或铝)和有机溶剂组成。形成有端子单元11的电路板10被置于衬底17上施加了 糊料50的部分。装载有电路板10的衬底17被装入处于约200°C下的恒温腔或传送带干燥 炉中，对糊料50干燥。这可靠地将衬底17和电路板10彼此固定。在糊料50被干燥之后，如图8所示，将电路板10上的端子单元11用导线单元12 连接到衬底17上的端子单元13。使用例如用于引线键合的设备(称为引线键合机)进行这样的由导线单元12实现的端子单元11和13之间的连接。如图9所示，通过密封树脂18的注射模制，衬底17的安装有导线单元12的上表面被密封。密封树脂18具有电绝缘特性和预定的介电常数，并且透射从天线部分16输出 的信号。此外，密封树脂18具有用于防护来自外部的灰尘和水的功能。对于密封树脂18， 例如使用树脂材料，诸如环氧树脂或聚氨酯树脂。通过这样的制造方法，可以以低成本制造半导体器件1，该半导体器件1通过由谐 振图案15实现的传输线14的阻抗匹配，能够具有改善的毫米波电信号的传输特性。如上所述，在根据第一实施方式的半导体器件1中，电路板10处理具有毫米波频 率的电信号。传输线14经由导线单元12连接到电路板10，并且传输电信号。在此构造的 前提下，具有关于传输线14的方向对称的形状的谐振图案15被设置在传输线14中。由此， 通过谐振图案15实现传输线14的阻抗匹配，这可以减少通过此传输线14传输的并具有毫 米波频率的电信号的反射。结果，可以改善毫米波电信号的传输特性，并且可以提供能够在 非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输的半导体器件1。<第二实施方式>[半导体器件2的构造实例]本实施方式涉及谐振图案被设置在电路板上的传输线中的半导体器件。在此第二 实施方式中，名称和标号与上述第一实施方式中的部件的相同的部件具有相同的功能，因 此对其的描述被省略。如图10和11所示，根据本实施方式的半导体器件2包括电路板20，其用作处理 毫米波电信号的半导体电路元件；以及第二传输线(此后，称为传输线21)，其设置在电路 板20上并传输电信号。在传输线21中，设置谐振图案22，谐振图案22用作具有关于此传 输线21的对称形状的阻抗匹配图案。此外，半导体器件2包括衬底17和密封树脂18。电路板20由第一介电层(此后，称为介电层20a)、接地层20b和以及第二介电层 (此后，称为介电层20c)构成。接地层20b由铜或铝形成，并且具有用于接地的功能。介 电层20a具有预定的介电常数。介电层20a、传输线21和接地层20b形成微带线。介电层 20c具有用于支撑介电层20a和接地层20b的功能。在电路板20的表面上，形成有信号传输端子Ila和接地端子lib构成的端子单元 11、传输线21和谐振图案22。端子单元11、传输线21和谐振图案22通过如下方式形成 用具有预定图案的掩模或类似物覆盖电路板20的表面，并沉积诸如铜或铝的金属材料。谐振图案22具有关于传输线21传输毫米波电信号的方向对称的形状。谐振图案 22的形状例如为关于预定方向对称的圆形。通过此谐振图案22，实现了传输线21的阻抗 匹配，这可以减小毫米波电信号的反射。此特征可以改善毫米波电信号的传输特性。衬底17具有由信号传输端子13a和接地端子13b组成的端子单元13。接地端子 lib经由导线单元12中所包含的导线12b连接到接地端子13b。衬底17具有介电层17a、接地层17b以及介电层17c。具有导电性的过孔19被设 置在介电层17a中的、设置有接地端子13b的位置处。过孔19通过如下方式形成制造从 介电层17a的上表面到下表面的孔，并将导电材料(诸如金属)插入此孔中。半导体器件2由通过过孔19的、接地端子13b和接地层17b之间的电连接件接地。 介电层17a具有预定的介电常数。介电层17a、传输线14和接地层17b形成微带线。介电层17c具有用于支撑介电层17a和接地层17b的功能。信号传输端子Ila经由导线单元12中所包含的导线12a连接到衬底17上的信号传输端子13a。传输线14连接到信号传输端子13a，并且传输线14沿预定方向(在图10 和11中，沿右方向)传输毫米波电信号。天线部分16被连接到传输线14的另一端，并且天线部分16将毫米波电信号转换 为电磁波信号。天线部分16经由密封树脂18将通过天线部分16的转换得到的电磁波信 号输出到外部。半导体器件2由密封树脂18以将衬底17的上部覆盖的方式密封。密封树 脂18由具有预定介电常数的电绝缘材料组成。下面将描述具有上述构造的半导体器件2的操作。由电路板20处理的毫米波电 信号通过设置有谐振图案22的传输线21传输。此毫米波电信号可以通过传输线21传输， 而不会受到反射的影响，因为通过谐振图案22实现了传输线21的阻抗匹配。通过传输线 21传输的毫米波电信号随后经由设置在电路板20上的信号传输端子11a、导线12a和信号 传输端子13a，通过传输线14传输。通过传输线14传输的毫米波电信号由天线部分16转 换成电磁波信号，并且该电磁波信号被输出到半导体器件2的外部。[由模拟得到的半导体器件2的特性实例]下面将描述关于半导体器件2的毫米波信号传输的模拟结果。如图12所示，此 模拟结果通过在横坐标上对毫米波电信号的频率(GHz)做图并在纵坐标上对S-参数大小 (dB)做图来表示，并且利用图10和11示出的半导体器件2基于表3所示的参数进行计算 来获得。图12中的实线表示透射特性S12B和S21B，虚线表示反射特性SllB和S22B。表3 如表3所示，在此模拟中，如图10所示的，传输线21的宽度C2和从传输线21的 一端到传输线21的另一端的长度C3分别被设为ΙΟμπι和2mm。参考图11，传输线21的 厚度Cl被设为1 μ m，介电层20a的厚度C5被设为5 μ m。此外，参考图10，传输线21的一 端与谐振图案22的中心之间的距离C4被设为530 μ m,并且谐振图案22的半径C6被设为 60 μ m。此外，介电层20a的相对介电常数和耗散因子分别被设为3. 5和0.01。密封树脂 18的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 2和0. 02。导线12a和导线12b的长度分别 被设为635 μ m和711 μ m。如图12所示，当毫米波电信号的频率为约60GHz时，透射特性S12B和S21B的 S-参数大小为约_3dB。当毫米波电信号的频率为约60GHz时，反射特性SllB和S22B的 S-参数大小分别为约-26dB和-10dB。如上所述，与图26所示的相关技术的半导体器件100相比，当毫米波电信号的频 率为约60GHz时，透射特性S12B和S21B的S-参数大小增大，并且反射特性SllB和S22B 的S-参数大小减小。这表明毫米波电信号的传输特性可以被提高。基于此特征，半导体器 件2可以实现在非常小的信号劣化的情况下进行的高速数据传输。如上所述，在根据第二实施方式的半导体器件2中，电路板20具有用于沿预定方 向传输毫米波电信号的传输线21，并且具有关于传输线21的方向对称的形状(例如圆形) 的谐振图案22被设置在传输线21中。由此，通过谐振图案22实现传输线21的阻抗匹配， 这可以减少通过此传输线21传输的毫米波电信号的反射。结果，可以改善毫米波电信号的 传输特性，并且可以提供能够在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输的半导体器 件2。〈第三实施方式〉[半导体器件3的构造实例]本实施方式涉及通过省略半导体器件1的密封树脂18获得的半导体器件。在此第 三实施方式中，名称和标号与上述第一实施方式中的部件的相同的部件具有相同的功能， 因此对其的描述被省略。如图13和14所示，根据本实施方式的半导体器件3包括电路板10，其处理毫米波 电信号；以及传输线14，其经由导线单元12连接到电路板10并传输电信号。在传输线14 中，设置谐振图案15，该谐振图案15具有关于此传输线的方向的对称形状。半导体器件3 还包括形成有传输线14和谐振图案15的衬底17。电路板10和衬底17的表面没有被密封 树脂密封。[由模拟得到的半导体器件3的特性实例]下面将描述关于半导体器件3的毫米波信号传输的模拟结果。如图15所示，此模拟结果通过在横坐标上对毫米波电信号的频率(GHz)做图并在纵坐标上对S-参数大小 (dB)做图来表示，并且利用图13和14示出的半导体器件3基于表4所示的参数进行计算来获得。图15中的实线表示透射特性S12C和S21C，虚线表示反射特性SllC和S22C。表4 如表4所示，在此模拟中，如图13所示的，传输线14的宽度A2和从传输线14的一 端到传输线14的另一端的长度A3分别被设为130μπι和2mm。参考图14，传输线14的厚 度Al被设为18 μ m，介电层17a的厚度A5被设为70 μ m。此外，参考图13，传输线14的一 端与谐振图案15的中心之间的距离F4被设为980 μ m,并且谐振图案15的半径F6被设为 350 μ m0此外，介电层17a的相对介电常数和耗散因子分别被设为4. 7和0.02。导线12a 和导线12b的长度分别被设为635 μ m禾Π 711 μ m。如图15所示，当毫米波电信号的频率为约60GHz时，透射特性S12C和S21C的 S-参数大小为约_3dB。当毫米波电信号的频率为约60GHz时，反射特性SllC和S22C的 S-参数大小分别为约-IldB和-42dB。如上所述，与图26所示的相关技术的半导体器件100相比，当毫米波电信号的频 率为约60GHz时，透射特性S12C和S21C的S-参数大小增大，并且反射特性SllC和S22C 的S-参数大小减小。这表明毫米波电信号的传输特性可以被提高。基于此特征，半导体器 件3可以实现在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输。如上所述，在根据第三实施方式的半导体器件3中，虽然没有设置密封树脂，但是 通过谐振图案15实现了传输线14的阻抗匹配。这可以减少通过此传输线14传输的毫米 波电信号的反射。〈第四实施方式〉[半导体器件4的构造实例]本实施方式涉及具有设置有天线部分29的印刷板35的半导体器件4。在此第四实施方式中，名称和标号与上述第一实施方式中的部件的相同的部件具有相同的功能，因 此对其的描述被省略。如图16所示，根据本实施方式的半导体器件4包括电路板10，其处理毫米波电信号；以及传输线14，其经由导线单元12连接到电路板10并传输电信号。在传输线14中， 设置谐振图案15，该谐振图案15具有关于传输线14的对称形状。半导体器件4还包括形 成有传输线14的承插衬底(此后，称为衬底25)以及具有第三传输线(此后，称为传输线 28)和天线部分29的印刷板35。衬底25相当于通过省略第一实施方式中的衬底17上的天线部分16并设置第二 过孔(此后，称为过孔27)所得到的部件。在印刷板35的表面上，形成传输线28和天线部 分29。传输线28和天线部分29利用导电材料(诸如铜或铝)来形成。在半导体器件4中，衬底25被置于印刷板35的预定表面上。印刷板35和衬底25 通过衬底25中的过孔27彼此电连接。过孔27通过如下方式形成制造从衬底25的上表 面到下表面的孔，并将导电材料(诸如金属)插入此孔中。电路板10处理毫米波电信号，并且经处理的毫米波电信号经由端子单元11和导 线单元12输出到衬底25上的端子单元13。输出到端子单元13的毫米波电信号通过传输 线14沿预定方向传输。在传输线14中，设置关于传输线14的方向对称的谐振图案15。通 过此谐振图案15，实现了传输线14的阻抗匹配，由此可以改善毫米波电信号的传输特性。 传输特性被改善的毫米波电信号通过过孔27被输出到印刷板35上的传输线28。毫米波电 信号通过传输线28被传输，并被输出到处于传输线28的一端的天线部分29。天线部分29 将所输出的毫米波电信号转换为电磁波信号，并将该信号输出到外部。如上所述，在根据第四实施方式的半导体器件4中，毫米波电信号由形成在印刷 板35上的传输线28传输，因此，天线部分29的构造的灵活性很高。〈第五实施方式〉[传输系统5的构造实例]本实施方式涉及传输系统5，该传输系统5采用两个第一实施方式中的半导体器 件1，并允许这些半导体器件之间的毫米波传输。在此实施方式中，名称和标号与上述第一 实施方式中的部件的相同的部件具有相同的功能，因此对其的描述被省略。如图17和18所示，传输系统5包括第一半导体器件(此后，称为半导体器件1A) 和第二半导体器件(此后，称为半导体器件1B)。支撑衬底32被设置在半导体器件IA下 面和半导体器件IB上面。支撑柱33被设置在支撑衬底32的四个角上。半导体器件IA和 IB由支撑衬底32和支撑柱33固定到预定位置上。半导体器件IA包括第一电路板(此后，称为电路板10A)和第一承插衬底(此后， 称为衬底17A)。电路板IOA处理毫米波电信号，并将经处理的毫米波电信号从端子单元IlA 输出到衬底17A。衬底17A具有第一端子单元(此后，称为端子单元13A)、第一传输线(此 后，称为传输线14A)、第一谐振图案(此后，称为谐振图案15A)以及第一天线部分(此后， 称为天线部分16A)。传输线14A沿预定方向(在图17中，沿右方向)传输由电路板IOA处理的毫米波 电信号。在此传输线14A的一端的端子单元13A经由导线单元12A连接到电路板IOA上的 端子单元IlA0在传输线14A中，设置谐振图案15A，谐振图案15A具有关于此传输线14A的方向的对称形状，例如圆形。通过此谐振图案15A，实现了传输线14A的阻抗匹配，这可以 减小毫米波电信号的反射。衬底17A通过设置在传输线14A的另一端的天线部分16A将毫 米波电信号转换为电磁波信号D1，并将该电磁波信号Dl输出到半导体器件1B。半导体器件IB包括第二电路板(此后，称为电路板10B)和第二承插衬底(此后， 称为衬底17B)。衬底17B具有第二端子单元(此后，称为端子单元13B)、第二传输线(此 后，称为传输线14B)、第二谐振图案(此后，称为谐振图案15B)以及第二天线部分(此后， 称为天线部分16B)。衬底17B通过天线部分16B接收从天线部分16A输出的电磁波信号Dl，并将所接 收的信号转换为毫米波电信号。传输线14B的一端被连接到天线部分16B。传输线14B沿 预定方向(在图17中，沿左方向)传输由天线部分16B的转换得到的毫米波电信号。电路板IOA处理毫米波电信号，并将经处理的毫米波电信号从端子单元IlA输出 到衬底17A。在传输线14B中，设置谐振图案15B，谐振图案15B具有关于此传输线14B的对称 形状，例如圆形。通过此谐振图案15B，实现了传输线14B的阻抗匹配，这可以减小毫米波 电信号的反射。端子单元13B设置在传输线14B的另一端处。导线单元12B被连接到端子 单元13B和电路板IOB上的端子单元11B。通过传输线14B传输的毫米波电信号被从衬底 17B上的端子单元13B经由导线单元12B输出到端子单元11B。电路板IOB对于输出到端 子单元IlB的毫米波电信号执行信号处理。如上所述，根据第五实施方式的传输系统5包含半导体器件IA和1B，所述半导体 器件IA和IB分别在传输线14A和14B中具有谐振图案15A和15B。由于此构造，谐振图案 15A和15B实现了传输线14A和14B的阻抗匹配，并且这些传输线14A和14B传输电信号。 由此，可以提供能够实现在非常小的信号劣化的情况下进行高速数据传输的传输系统5。虽然本实施方式涉及将毫米波电信号从半导体器件IA传输到半导体器件IB的传 输系统，但是传输系统也可以被构造为将毫米波电信号从半导体器件IB传输到半导体器 件1A。〈第六实施方式〉[传输系统6的构造实例]
本实施方式涉及传输系统6，该传输系统6通过在上述的传输系统5中设置用于在那些半导体器件之间传输毫米波的电介质传输路径40来获得。在此实施方式中，名称和标 号与上述第五实施方式中的部件的相同的部件具有相同的功能，因此对其的描述被省略。如图19所示，传输系统6包括半导体器件IA和IB以及电介质传输路径40。机架31被设置在半导体器件IA和半导体器件IB之间。机架31具有用于将半导体器件IA 和IB固定在预定位置上的功能。机架31利用例如电绝缘材料(诸如树脂)来形成。电介 质传输路径40设置在机架31内部，并且电介质传输路径40位于半导体器件IA的天线部 分16A的上方，并且位于半导体器件IB的天线部分16B的下方。电介质传输路径40具有 预定的介电常数，并且利用例如丙烯酸类树脂基电介质材料、聚氨酯树脂基电介质材料、环 氧树脂基电介质材料、硅酮基电介质材料和聚酰亚胺基电介质材料中的任何一种来提供。粘弹性构件30被设置在半导体器件IA和IB与机架31之间。粘弹性构件30具有 预定的介电常数，并且利用例如丙烯酸类树脂基电介质材料、聚氨酯树脂基电介质材料、环氧树脂基电介质材料、硅酮基电介质材料和聚酰亚胺基电介质材料中的任何一种来提供。 优选地，粘弹性构件30由与电介质传输路径40相同的材料构成。如上面针对第五实施方式所述的，电磁波信号Dl从衬底17A上的天线部分16A输出。在本实施方式中，粘弹性构件30和电介质传输路径40隔着密封树脂18被设置在天线 部分16A上方。从天线部分16A输出的电磁波信号Dl穿过粘弹性构件30和电介质传输路 径40，并且被衬底17B上的天线部分16B接收。[传输系统6的组装实例]下面将描述用于制造传输系统6的方法。该方法基于如下的前提半导体器件IA 和IB通过参考图7-9所述的半导体器件1的制造方法来制造。如图20所示，为了制造传输系统6，粘合剂(没有示出)被施加到半导体器件IA 的衬底17A的下部分上，并且布置支撑衬底32，由此固定半导体器件IA和支撑衬底32。此 夕卜，粘合剂被施加在支撑柱33的底表面上，并且支撑柱33被竖直地设置，并且固定在支撑 衬底32的上表面的四个角上。粘弹性构件30被布置在用于密封衬底17A的密封树脂18 上。在粘弹性构件30和密封树脂18之间可以提供粘合剂。然而，优选地，使用由与粘弹性 构件30相同的材料构成的粘合剂作为该粘合剂。如图21所示，粘合剂(没有示出)被施加到半导体器件IB的衬底17B的上部分 上，并且布置支撑衬底32，由此固定半导体器件IB和支撑衬底32。此外，粘合剂被施加在 支撑柱33的上表面上，并且支撑柱33被竖直地设置，并且固定在支撑衬底32的下表面的 四个角上。粘弹性构件30被布置在半导体器件IB的密封树脂18的下方。与上述的半导 体器件IA类似地，在粘弹性构件30和密封树脂18之间可以提供粘合剂。如图22所示，在机架31的预定位置制造孔41 (与半导体器件IA和IB的天线部 分16A和16B相对的位置)，并且电介质传输路径40被插入其中。机架31被设置在参考 图20所述的半导体器件IA和参考图21所述的半导体器件IB之间。粘合剂被施加在为半 导体器件IA和IB而设置的支撑柱33和机架31之间，半导体器件IA和IB和机架31被固 定。粘合剂可以被施加在为半导体器件IA和IB而设置的粘弹性构件30和机架31之间。 在此情况下，优选地，使用由与粘弹性构件30相同的材料构成的粘合剂作为该粘合剂。以 此方式，制造了图19所示的传输系统6。如上所述，根据第六实施方式的传输系统6包括处于半导体器件IA和IB之间的 电介质传输路径40和粘弹性构件30，由此可以经由电介质物质传输毫米波电信号。本申请包含与在2009年03月16日递交给日本专利局的日本在先专利申请JP 2009-063564中公开的相关的主题，其全部内容通过引用被结合于此。本领域的技术人员应该理解，只要在权利要求及其等同方案的范围内，可以根据 设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和替换。
权利要求
一种半导体器件，包括半导体电路元件，其配置来处理具有预定频率的电信号；以及传输线，其配置来经由导线与所述半导体电路元件连接，并且传输所述电信号，其中，在所述传输线中设置有阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述传输线的方向对称的形状。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中， 所述传输线设置在所述半导体电路元件上。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述阻抗匹配图案具有关于所述传输线的方向对称的圆形形状。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述阻抗匹配图案的谐振频率根据所述传输线的一端与所述阻抗匹配图案之间的距 离而移动，具有所需频率的所述电信号被传输。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述半导体电路元件由具有预定介电常数的绝缘保护构件覆盖，并且 所述阻抗匹配图案的谐振频率根据所述保护构件的所述介电常数而移动，具有所需频 率的所述电信号被传输。
6.如权利要求1所述的半导体器件，其中， 所述预定频率处于毫米波频带。
7.如权利要求1所述的半导体器件，其中， 为所述传输线设置多个接地电极，并且所述多个接地电极被关于所述传输线的方向对称地设置。
8.一种传输系统，包括第一半导体器件，其配置为包括处理具有预定频率的电信号的第一半导体电路元件、 经由导线与所述第一半导体电路元件连接并且传输所述电信号的第一传输线、以及将从所 述第一传输线传输的电信号转换为电磁波信号并发送所述电磁波信号的第一天线部分；以 及第二半导体器件，其配置为包括接收从所述第一天线部分发送的所述电磁波信号并将 所述电磁波信号转换成具有所述预定频率的电信号的第二天线部分、传输由所述第二天线 部分的转换得到的电信号的第二传输线、以及经由导线与所述第二传输线连接并处理由所 述第二传输线传输的电信号的第二半导体电路元件，其中，在所述第一传输线和所述第二传输线中设置有阻抗匹配图案，这些阻抗匹配图 案分别具有关于所述第一传输线的方向和所述第二传输线的方向对称的形状。
9.如权利要求8所述的传输系统，还包括电介质传输路径，其配置成设置在所述第一半导体器件和所述第二半导体器件之间并 且具有预定的介电常数，所述电介质传输路径将所述电信号从所述第一半导体器件传输到 所述第二半导体器件。
10.如权利要求9所述的传输系统，其中，具有预定介电常数的粘弹性构件设置在所述第一、第二半导体器件与所述电介质传输 路径之间。
11.如权利要求10所述的传输系统，其中，所述电介质传输路径和所述粘弹性构件使用丙烯酸类树脂基材料、聚氨酯树脂基材 料、环氧树脂基材料、硅酮基材料和聚酰亚胺基材料中的至少一种电介质材料。
12.如权利要求8所述的传输系统，其中， 所述预定频率处于毫米波频带。
13.如权利要求8所述的传输系统，其中， 为所述传输线设置多个接地电极，并且所述多个接地电极被关于所述传输线的方向对称地设置。
14.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤 形成处理具有预定频率的电信号的半导体电路元件；在衬底上形成传输所述电信号的传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有 关于所述传输线的方向对称的形状；将所述半导体电路元件设定在所述衬底上；以及 将所述传输线经由导线连接到所述半导体电路元件。
15.如权利要求14所述的用于制造半导体器件的方法，还包括如下步骤 在所述衬底上形成具有预定介电常数的绝缘保护构件。
16.一种用于制造传输系统的方法，所述方法包括如下步骤 制造第一半导体器件；制造第二半导体器件；以及 将所述第一半导体器件与所述第二半导体器件连接， 其中，所述制造第一半导体器件的步骤包括如下的子步骤 形成处理具有预定频率的电信号的第一半导体电路元件，在第一衬底上形成传输所述电信号的第一传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配 图案具有关于所述第一传输线的方向对称的形状，将所述第一半导体电路元件设定在所述第一衬底上，以及 将所述第一传输线经由导线连接到所述第一半导体电路元件，并且 所述制造第二半导体器件的步骤包括如下的子步骤 形成处理具有预定频率的电信号的第二半导体电路元件，在第二衬底上形成传输所述电信号的第二传输线并形成阻抗匹配图案，所述阻抗匹配 图案具有关于所述第二传输线的方向对称的形状，将所述第二半导体电路元件设定在所述第二衬底上，以及 将所述第二传输线经由导线连接到所述第二半导体电路元件。
17.如权利要求16所述的用于制造传输系统的方法，还包括如下步骤在所述第一半导体器件和所述第二半导体器件之间形成电介质传输路径，所述电介质 传输路径具有预定的介电常数并且将所述电信号从所述第一半导体器件传输到所述第二 半导体器件。
18.如权利要求17所述的用于制造传输系统的方法，还包括如下步骤在所述第一和第二半导体器件与所述电介质传输路径之间形成具有预定介电常数的 粘弹性构件。
全文摘要
本申请涉及半导体器件、传输系统及它们的制造方法。一种半导体器件包括半导体电路元件，其配置来处理具有预定频率的电信号；以及传输线，其配置来经由导线与所述半导体电路元件连接，并且传输所述电信号，其中，在所述传输线中设置有阻抗匹配图案，所述阻抗匹配图案具有关于所述传输线的方向对称的形状。
文档编号H01P7/08GK101840911SQ20101012927
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月16日
发明者河村拓史 申请人:索尼公司