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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband zum Verbinden von
Halbleiterbauelementen miteinander, welche bei Frequenzen arbeiten,
die größer als mehrere zehn MHz sind, oder zum Verbinden
des Halbleiterbauelements mit einem äußeren
Schaltungselement wie einer Baugruppe.
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Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche
einen herkömmlichen IC-Hochfrequenzbaustein veranschaulicht.
Entsprechend der Figur enthält ein Bausteinkörper 1 ein
dielektrisches Teil 1a, welches aus Keramik oder
dergleichen besteht, und ein Chipbondteil 1b, welches aus Metall
oder dergleichen besteht. Eine Signalübertragungsleitung 6
ist auf dem dielektrischen Teil 1a angeordnet. Das
Chipbondteil 1b ist geerdet. Die IC-Hochfrequenzchips 2a und 2b
sind auf dem Chipbondteil 1b angeordnet. Jeder der IC-Chips
enthält Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen 3, durch welche
der IC-Chip mit dem benachbarten IC-Chip oder mit der
Signalübertragungsleitung 6 des Bausteins 1 verbunden ist.
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Die IC-Chips 2a und 2b sind auf dem Chipbondteil 1b
unter Verwendung eines Lötmittels, eines leitenden Harzes
oder dergleichen befestigt. Danach wird wie in Fig. 12
dargestellt ein Metalldraht 4, welcher aus Au, Al oder
dergleichen besteht, auf den Kontaktstift 3 des IC-Chips 2 un
ter Verwendung eines keilförmigen Blatts bzw. Blättchens
einer (nicht dargestellten) Bondvorrichtung gedrückt und an
der Kontaktstelle durch Thermokompressionsbonden oder
Ultraschallbonden befestigt.
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Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den
Baustein 1 nach dein Verfahren des Drahtbondens
veranschaulicht. Entsprechend Fig. 13 verbindet ein Metalldraht 4b
die Kontaktstellen 3 der benachbarten IC-chips 2a und 2b
miteinander, und ein Metalldraht 4a verbindet die
Kontaktstelle 3 des IC-Chips 2a mit der Signalübertragungsleitung
6 des Bausteins 1. Die Länge jedes Metalldrahts beträgt
etwa 300µm. Bei dieser Struktur werden Hochfrequenzsignale
durch die IC-Chips und die Signalübertragungsleitung über
die Metalldrähte übertragen.
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Ein derartiger Metalldraht zum Verbinden der
Hochfrequenz-IC-Chips besitzt folgende Nachteile. Da sich die
charakteristische Impedanz eines Metalldrahts entsprechend
seiner Länge und Form spürbar ändert, tritt an der
Grenzschicht zwischen dem Metalldraht und der Bondinsel des IC-
Chips eine große Signalreflektion auf. Darüber hinaus
erhöht die große Induktivität des Metalldrahts die Dämpfung
des Signals. Wenn beispielsweise ein Au-Draht einer Länge
von 1mm und einem Durchmesser von 2µm verwendet wird,
erhöht sich wie in Fig. 14 dargestellt die Dämpfung mit dem
Ansteigen der Frequenz, was die Bauelementecharakteristik
ungünstig beeinflußt. Wenn die Frequenz 26GHz
überschreitet, überschreitet die Dämpfung 10 dB (Leistungsverhältnis
von 1/10 oder weniger), was die praktische Verwendung des
Bauelements erschwert.
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In der Zwischenzeit wird durch die JP-A-120736 ein
Halbleiterbauelement offenbart, bei welchem ein
Hochfrequenz-IC-Chip mit einer koplanaren Übertragungsleitung auf
einem Baustein über Anschlußelektroden verbunden ist. Diese
Struktur ist in Figuren 15(a) und 15(b) veranschaulicht.
Entsprechend dieser Figuren ist die koplanare
Übertragungsleitung, welche einen Signalleiter 31 und Erdungsleiter 32
aufweist, auf einem Keramiksubstrat 33 angeordnet. Das
Keramiksubstrat 33 ist auf einem Metallmodulrahmen 30
angeordnet. Die Anschlußelektroden 34 sind auf den Leitern 31
und 32 angeordnet. Beim Anbringen des Hochfrequenz-IC-Chips
2 auf dem Substrat werden die
Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen 3 des IC-Chips 2 unter Anwendung von Hitze auf die
Anschlußelektroden 34 gedrückt, wodurch die Kontaktstellen
3 elektrisch und physikalisch mit den Anschlußelektroden 34
verbunden werden.
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Fig. 16 zeigt eine teilweise aufgebrochene
perspektivische Ansicht, welche einen impedanzangepaßten Schicht- bzw.
Filmträger veranschaulicht, der in "20GHz Band MMIC Modules
Assembled by Impedance-Matched Film Carrier", Seite 29 des
1909 Autumn National Convention Record, The Institute of
Electronics, Information and Communication Engineers,
beschrieben ist. Bei dem Bauelement von Fig. 16 sind
Erdungsleiter 41 auf der Rückseitenoberfläche einer
Polyimidschicht 40 angeordnet, und ein Signalleiter 42 ist zwischen
den Erdungsleitern 41 angeordnet, wodurch eine koplanare
Übertragungsleitung bereitgestellt wird. Teile der
Polyimidschicht 40 sind geöffnet, um die koplanare
Übertragungsleitung bloßzulegen. Beim Anbringen eines Hochfrequenz-IC-
Chips auf dem Filmträger werden (nicht dargestellte)
Eingangs/Ausgangs-Kontaktstellen des IC-Chips mit der
koplanaren Übertragungsleitung über die Öffnungen 43 verbunden.
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Das Dokument "IEEE Transactions on Microwave Theory and
Techniques", Band 17, Nr. 12 (Dezember 1969), New York, US,
offenbart auf Seiten 1087 bis 1090 einen koplanaren
Wellenleiter in Form einer
"Oberflächenstreifenübertragungsleitung". Diese bekannte Übertragungsleitung weist ein
dielektrisches Substrat auf, auf welchem ein mittlerer
Streifen und zwei Erdungsebenen parallel zueinander angeordnet
sind. Daher entspricht dieses bekannte Bauelement im
wesentlichen dem bereits entsprechend Fig. 15 erörterten
Stand der Technik.
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In der EP-A-0 337 485 wird vorgeschlagen, ein flexibles
Substrat bereitzustellen, auf welchem eine Mehrzahl von
Signal- und Masseebenen ebenso wie ein dadurch
bereitzustehender IC-Chip angebracht sind. Dieses Dokument schlägt
daher vor, ein Bauelement bereitzustellen, in welchem das
flexible Substrat die Basis der endgültigen Schaltung
bildet. Dieses bekannte Bauelement ist folglich mit dem in
Fig. 16 dargestellten Bauelement der vorliegenden Erfindung
vergleichbar und besitzt somit den Nachteil, daß der
Schaltungsentwurf des gesamten elektronischen Bauelements im
voraus fertigzustellen ist.
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In der JP-A-61 245 544 ist schließlich ein Hilfsmittel
zuin Simultan- bzw. Gruppenbonden offenbart. Ein
Übertragungsband wie bei der vorliegenden Erfindung beansprucht
ist jedoch in diesem Dokument nicht dargestellt.
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Bei den oben beschriebenen Bändern nach dem Stand der
Technik ist es jedoch nötig, vorausgehend die koplanare
Übertragungsleitung auf dem Baustein oder dem Filmträger
entsprechend der Form oder der Anordnungsstruktur des damit
zu verbindenden Hochfrequenz-IC-Chips zu bilden, was zu
erhöhten Herstellungskosten und einem eingeschränkten
Strukturlayout des IC-Chips führt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband bereitzustellen, bei welchem
die Reflektion und die Dämpfung von Signalen in dem äußerst
hohen Frequenzband, d.h. dem Millimeterwellen-Frequenzband
von über 30GHz, reduziert ist und bei welchem die
willkürlich auf einem Baustein angeordneten Hochfrequenz-IC-Chips
miteinander verbunden werden, ohne daß ein Ansteigen der
Herstellungskosten und eine Einschränkung des
Strukturlayouts erfolgt.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angezeigten
vorteilhaften Merkmale gelöst.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Figuren 1(a) und 1(b) zeigen eine perspektivische
Ansicht und eine Draufsicht, welche ein Hochfrequenzsignal-
Übertragungsband als Vorstufe der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen;
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 1(a) und
1(b) während des Bondens veranschaulicht;
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Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 1(a) und
1(b) nach dem Bonden veranschaulicht;
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Fig. 4 zeigt einen Graphen, welcher die Charakteristik
der Abschwächung gegenüber der Frequenz des
Hochfrequenzsignal-Übertragungsbands von Figuren 1(a) und 1(b)
veranschaulicht;
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Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer
weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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Fig. 6(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche
ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer
weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht, und Fig. 6(b) zeigt eine perspektivische Ansicht,
welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband während des
Bondens veranschaulicht;
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Figuren 7(a) bis 7(c) zeigen eine perspektivische
Ansicht und eine Draufsicht, welche ein Hochfrequenzsignal-
Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der
vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
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Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 7(a) bis
7(c) während des Bondens veranschaulicht;
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Figuren 9(a) und 9(b) zeigen perspektivische Ansichten,
welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen;
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Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche das
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband von Figuren 9(a) und
9(b) während des Bondens veranschaulicht;
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Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche
einen Baustein veranschaulicht, auf welchem die Hochfrequenz-
IC-Chips angebracht sind;
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Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche
einen Metalldraht nach dem Stand der Technik während des
Bondens veranschaulicht;
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Fig. 13 zeigt eine peirspektivische Ansicht, welche den
Baustein von Fig. 11 nach dem Bonden veranschaulicht;
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Fig. 14 zeigt einen Graphen, welcher die Charakteristik
der Dämpfung gegenüber der Frequenz des Metalldrahts von
Fig. 12 veranschaulicht;
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Figuren 15(a) und 15(b) zeigen eine Draufsicht und eine
Querschnittsansicht, welche einen Hochfrequenz-IC-Chip nach
dem Stand der Technik veranschaulichen, der auf einer
koplanaren Übertragungsleitung angebracht ist, die auf
einem Baustein gebildet ist; und
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Fig. 16 zeigt eine teilweise aufgebrochene
perspektivische Ansicht, welche einen impedanzangepaßten Filmträger
veranschaulicht, welcher eine koplanare Übertragungsleitung
besitzt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Figuren 1(a) und 1(b) zeigen eine perspektivische
Ansicht und eine Unteransicht, welche ein Hochfrequenzsignal-
Übertragungsband veranschaulichen, welches eine Vorstufe
der vorliegenden Erfindung bildet. Entsprechend dieser
Figuren bezeichnet Bezugszeichen 7 eine
Isolierungsdünnschicht, welche eine Dicke von 30µm und eine Breite von
340µm besitzt und ein hartes dielektrisches Material wie
Teflon (TM) oder Keramik aufweist bzw. daraus besteht. Eine
Signalleitung 8 und Masseleitungen 9 sind auf einer
Oberfläche der isolierenden Dünnschicht angeordnet. Die
Masseleitungen 9 sind an gegenüberliegenden Seiten der
Signalleitung 8 und parallel dazu mit vorgeschriebenen Abständen
zu der Signalleitung angeordnet. Bei der Herstellung wird
ein weiches Metall mit geringem Widerstandswert wie Au, Cu
oder Al auf die Oberfläche der isolierenden Dünnschicht 7
auf eine Dicke von 20µm aufgebracht. Danach wird die
aufgetragene Metallschicht unter Verwendung einer herkömmlichen
Fotolithographie in eine gewünschte Struktur gebracht, was
zu der Signalleitung 8 und den Erdungsleitungen 9 führt.
Die Breite jeder Leitung beträgt etwa 100µm und der Raum
zwischen benachbarten Leitungen beträgt etwa 20µm.
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Im folgenden wird eine Beschreibung des Bondverfahrens
gegeben. Zuerst wird wie in Fig. 2 dargestellt die
Signalleitung 8 des Hochfrequenzsignal-Übertragungsbands auf eine
Eingangs/Ausgangs-Kontaktstelle 3 eines auf einem (nicht
dargestellten) Baustein angebrachten Hochfrequenz-IC-Chips
2a aufgebracht, während die Erdungsleitungen 9 auf die
Erdungskontaktstellen 18 des IC-Chips 2a aufgebracht werden.
In diesem Zustand wird ein keilförmiges Blatt bzw.
Plättchen 14 auf einen Teil der isolierenden Dünnschicht 7
gegenüber den Kontaktstellen 3 und 18 des IC-Chips 2a
aufgebracht, und es wird Hitze oder eine Ultraschallwelle
durch die Dünnschicht 7 aufgebracht, um die Leitungen 8 und
9 an den Kontaktstellen 3 bzw. 18 zu befestigen. Wenn die
Leitungen 8 und 9 Au aufweisen bzw. daraus bestehen, werden
Hitze und eine Ultraschallwelle aufgebracht, und wenn die
Leitungen Al aufweisen bzw. daraus bestehen, wird lediglich
eine Ultraschallwelle aufgebracht: Da konvexe Teile 14a,
welche der Signalleitung 8 und den Erdungsleitungen 9
entsprechen, an der Spitze des Blattes 14 gebildet sind, sind
diese Leitungen an den Kontaktstellen mit hoher
Zuverlässigkeit befestigt. Darüber hinaus ist das Blatt 14 mit
einer Schneidevorrichtung 7 versehen. Nach dem Bonden gleitet
die Schneidevorrichtung 17 nach unten entlang dem Blatt 4
und schneidet das Signalübertragungsband. Auf diese Weise
wird wie in Fig. 3 veranschaulicht der Hochfrequenz-IC-Chip
2a elektrisch mit dem benachbarten IC-Chip 2b und mit dem
Baustein 1 über das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband
verbunden. Wenn der IC-Chip 2a mit dem Baustein verbunden
ist, befinden sich die Signalleitung 8 und die
Erdungsleitungen 9 des Signalübertragungsbands in Kontakt mit der
Signalübertragungsleitung 6 bzw. den äußeren
Erdungskontaktstellen 9 des Bausteins 1.
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Entsprechend dieser Vorstufe der vorliegenden Erfindung
weist das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband die
isolierende Dünnschicht 7, die Signalleitung 8, welche auf der
Oberfläche der Dünnschicht 7 angeordnet ist, und die
Erdungsleitungen 9 auf, welche an gegenüberliegenden Seiten
der Signalleitung 8 und parallel dazu mit einem
vorgeschriebenen Abstand zu der Signalleitung 8 angeordnet sind.
Das derart gebildete Signalübertragungsband bietet eine
verbesserte Impedanzanpassung und eine niedrige
Induktivität. Wenn das Band zum Verbinden der IC-Chips 2a und 2b
miteinander oder zum Verbinden des IC-Chips 2a mit der
Signalübertragungsleitung 6 des Bausteins 1 verwendet wird,
wird daher die Verbindung mit einem geringen Verlust und
einer niedrigen Reflektion in dem äußersts hohen
Frequenzband, d.h. dem Millimeterwellen-Frequenzband über 30GHz,
wie in Fig. 4 dargestellt, durchgeführt.
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Sogar wenn die Hochfrequenz-IC-Chips willkürlich auf
dem Chipbondteil 1b des Bausteins 1 angeordnet sind, werden
des weiteren diese IC-Chips leicht miteinander unter
Verwendung des Signalübertragungsbands verbunden, ohne daß die
Herstellungskosten ansteigen.
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Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer
weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die grundlegende Struktur dieses Signalübertragungsbands
ist identisch derjenigen von Fig. 1. Bei diesem Band jedoch
sind Marken 10 auf eine Oberfläche der isolierenden
Dünnschicht 7 dort gedruckt, wo die leitenden Leitungen 8 und 9
fehlen, an regelmäßigen Intervallen in Längsrichtung der
Dünnschicht 7. Wenn das Bonden unter Bezugnahme auf die
Marken 10 durchgeführt wird, wird die Länge des
Signalübertragungsbands gesteuert, wodurch die Wiederholbarkeit und
Gleichförmigkeit der elektrischen Charakteristik wie der
Impedanz verbessert wird.
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Fig. 6(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche
ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer
weiteren Vorstufe der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Entsprechend Fig. 6(a) sind kleine Öffnungen 15 etwa
0,1µm entlang dem Rand durch die isolierende Dünnschicht 7
an gleichmäßigen Intervallen in Längsrichtung des Bands
gebildet, und das Bonden wird unter Verwendung der Öffnungen
15 als Marken zur Steuerung der Länge des Bands
durchgeführt. Fig. 6(a) veranschaulicht das Bondverfahren. Das
keilförmige Blatt 14 ist mit einer Bandführung 20, durch
welche das Hochfrequenzsignal-Übertragungsband an die
Oberfläche des IC-Chips angelegt wird, und einer Filmzahnrolle
16 mit Vorsprüngen 16a versehen, welche an denselben
Intervallen wie den Intervallen der Öffnungen 15 angeordnet
sind. Nach dem Bonden der Signalleitung 8 und der
Masseleitungen 9 auf die Eingangs/Ausgangs-Kontaktstelle 3 bzw. die
Erdungskontaktstellen 18 des IC-Chips 2a wird die Spitze
des Blatts 14 zurück bewegt und auf die Bondinseln des IC-
Chips 2b aufgebracht. Während das Blatt 14 bewegt wird,
erfassen die Vorsprünge 16a der Filmzahnrolle 16 die
Öffnungen 15, um die Länge des Signalübertragungsbands zu messen.
Da die Länge des Signalübertragungsbands auf diese Weise
mechanisch gesteuert wird, werden die Wiederholbarkeit und
Gleichförmigkeit der elektrischen Charakteristik weiter
verbessert.
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Während bei dem oben beschriebenen Band die Öffnungen
15 mechanisch von der Filmzahnrolle erfaßt werden, können
die Öffnungen unter Verwendung eines elektrischen oder
optischen Verfahrens erfaßt werden.
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Figuren 7(a) bis 7(c) zeigen eine perspektivische
Ansicht und Draufsichten, welche ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend einer weiteren Vorstufe der
vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei diesem Band wird
ein weiches dielektrisches Material, beispielsweise
Polyimid, für die isolierende Dünnschicht 11 verwendet. Da ein
derartiges weiches dielektrisches Material leicht
Ultraschallwellen absorbiert, sind Schlitze 11a in Richtung der
Breite der Dünnschicht 11 gebildet, um die Signalleitung 8
und die Erdungsleitungen 9 bloßzulegen. Die Breite jedes
Schlitzes beträgt etwa 100µm. Wenn dieses
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband auf einen IC-Chip gebondet wird wie
in Fig. 8 veranschaulicht, wird die Spitze des Blatts 14
direkt auf die Signalleitung 8 und die Erdungsleitungen 9
aufgebracht, welche in dem Schlitz 11a bloßgelegt sind, so
daß die Ultraschallwelle oder Hitze direkt auf diese
Leitungen aufgebracht wird. In diesem Fall wird die Länge des
Signalübertragungsbands durch die Schlitze 11a gesteuert.
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Entsprechend Fig. 7(c) sind die Schlitze 11a
entsprechend den Intervallen zwischen einer Mehrzahl Von
willkürlich angeordneten C-Chips gebildet, wodurch die
Arbeitseffizienz bei einer Massenherstellung verbessert wird.
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Figuren 9(a) und 9(b) zeigen perspektivische Ansichten,
welche ein Hochfrequenzsignal-Übertragungsband entsprechend
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen. Bei dieser Ausführungsform enthält ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband einen Signalleiter 8,
dielektrische Schichten 12, welche an gegenüberliegenden
Seiten des Signalleiters 8 angeordnet sind, und
Erdungsleiter 9, welche an gegenüberliegenden Seiten der
dielektrischen Schichten 12 angeordnet sind. Vorzugsweise
weist die dielektrische Schicht 12 Keramik auf bzw. besteht
daraus, und die Leiter 8 und 9 weisen Au auf bzw. bestehen
daraus. Fig. 10 veranschaulicht das Hochfrequenzsignal-
Übertragungsband von Fig. 9(a) während des Bondens.
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Wie in Fig. 9(b) dargestellt können drei metallische
Drähte wie Au-Drähte 4a bis 4c über ein dielektrisches Harz
13 verbunden werden, um ein
Hochfrequenzsignal-Übertragungsband zu bilden. In diesem Fall dient der Metalldraht
4a als Signalleitung und die Metalldrähte 4b und 4c dienen
als Erdungsleitungen.