JP2002222912A - 高周波マルチチップモジュール及び製造方法 - Google Patents

高周波マルチチップモジュール及び製造方法

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JP2002222912A JP2001018194A JP2001018194A JP2002222912A JP 2002222912 A JP2002222912 A JP 2002222912A JP 2001018194 A JP2001018194 A JP 2001018194A JP 2001018194 A JP2001018194 A JP 2001018194A JP 2002222912 A JP2002222912 A JP 2002222912A
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    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1532Connection portion the connection portion being formed on the die mounting surface of the substrate
    • H01L2924/15321Connection portion the connection portion being formed on the die mounting surface of the substrate being a ball array, e.g. BGA

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な製造工程で高周波マルチチップモジュ
ールを小型かつ低価格に構成する。 【解決手段】 セラミック基板107に少なくとも1つ
以上のベアチップIC108を有する機能チップ106
a、106bを実装し、これを回路配線としての金属層
104及び貫通穴110を有する多層ガラスエポキシ基
板103と金属板102とを張り合わせたモジュール基
板101に、ベアチップIC108が貫通穴110と面
するように実装する。この構成によれば、セラミック基
板107や多層ガラスエポキシ基板103のような比較
的安価な基板使用しているので、高機能かつ部品交換等
の作業性に優れた高周波マルチチップモジュールを小型
かつ低価格に構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主として、マイクロ
波及びミリ波帯で用いる高周波回路の構成及び製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、無線機器は利用者の急激な増加に
伴い新たな周波数資源であるミリ波帯の利用が急務とな
っている。又、ミリ波帯はその波長の短さを利用して、
自動車用衝突防止レーダ等の測距機器への応用も検討が
進められている。ミリ波帯機器の実用化のためには、特
に高周波回路部の量産性を前提とした低価格化、小型化
が課題となっている。本発明に関わる従来の高周波回路
の構造としては、例えば特開平11−261309に示
されている集積回路パッケージがある。
【0003】図15に従来の集積回路パッケージを示
す。本集積回路パッケージはパッケージ筐体2004の
底板2004a上に金属膜2010a、2010b、2
010cを介して集積回路2005と誘電体又は半導体
からなる主基板2001a、2001bを設け、パッケ
ージ筐体2004の外部と接続される第1の給電線路2
002a、2002cと、集積回路2005に接続され
る第2の給電線路2002b、2002dを主基板20
01a、2001b上に形成したスロットアレー200
3a、2003b、2003c、2003dにより、主
基板2001a、2001bの内部を伝搬する平行平板
モードを介して結合する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の高周波回路にお
いては、個別又は数個の能動素子をワイヤやリボンを用
いたフェイスアップの実装によってパッケージ内に実装
していくため、非常に厳しい実装精度が必要とされ大量
生産が難しい、部材の増加及び製造工程の複雑さにより
低価格化に不向きである、パッケージ化した各機能チッ
プを他の表面実装部品等と同一の製造工程でモジュール
基板にアッセンブリすることができないという課題を有
していた。
【0005】本発明は、このような課題を解決するもの
で、高周波回路において、能動素子を1次基板となる誘
電体基板にフリップチップ実装による1次実装すること
で機能チップを構成し、複数の機能チップと他の表面実
装部品をはんだ工法でモジュール基板に2次実装すると
いう簡便な製造工程で高周波マルチチップモジュールを
小型かつ低価格に構成することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、能動素子を1次基板となる誘電体基板にフ
リップチップ実装による1次実装することで機能チップ
を構成し、複数の機能チップと他の表面実装部品をはん
だ工法でモジュール基板に2次実装するという簡便な製
造工程で高周波マルチチップモジュールを構成したもの
である。これにより、簡便かつ量産に向いた製造工程で
多くの機能を集積化した高周波マルチチップモジュール
を小型かつ低価格に構成できる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、回路配線が形成された1次基板と前記1次基板に実
装された少なくとも1つ以上の能動素子を有する機能チ
ップと、回路配線及び貫通穴を有する2次基板と金属板
を張り合わせることによって構成されるモジュール基板
を有し、前記機能チップが、前記能動素子が前記貫通穴
と面するように実装されることを特徴とする高周波マル
チチップモジュールとしたものである。
【0008】この構成によれば、例えばガリウム砒素基
板のような高価な材料を用いた能動素子を、例えばセラ
ミック基板のような比較的安価な1次基板に実装して機
能チップを構成することによって、機能チップの材料費
を削減することができる。また、機能チップを、例えば
ガラスエポキシ基板のような安価な材料を用いたモジュ
ール基板に実装することによって、高機能かつ部品交換
等の作業性に優れた高周波マルチチップモジュールを小
型かつ低価格に構成できるという作用を有する。
【0009】請求項2に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナが形成された1次基板を機能チップとし、モジュ
ール基板に実装されることを特徴とする請求項1記載の
高周波マルチチップモジュールとしたものであり、フィ
ルタやアンテナといった受動素子を機能チップとして別
途作製することによって、仕様変更等に短期間で対応で
きるとともに、必要性能に応じた適切な部材の選択が可
能になり、厳しいパターン精度を必要とする受動素子を
精度の高い別工程で製作できるという作用を有する。
【0010】請求項3に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナをメンブレン構造とすることを特徴とする請求項
2記載の高周波マルチチップモジュールとしたものであ
り、損失が小さく、急峻な周波数特性を実現できるが、
通常のプリント基板工法では実現の困難なメンブレン構
造の素子を別途作製することによって、特性の優れた受
動素子を有する高周波マルチチップモジュールを小型か
つ低価格に構成できるという作用を有する。
【0011】請求項4に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナを構成する基板材料としてシリコンを用い、前記
シリコン基板をドライエッチングを用いて加工すること
を特徴とする請求項3記載の高周波マルチチップモジュ
ールとしたものであり、通常のプリント基板工法では実
現の困難なメンブレン構造の素子を、極めて精度の高い
ドライエッチング工法にてシリコン基板を加工すること
によって作製することで、特性の優れた受動素子を有す
る高周波マルチチップモジュールを小型かつ低価格に構
成できるという作用を有する。
【0012】請求項5に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナを構成する基板材料として誘電体と金属材料をは
り合わせた基板を用い、前記金属材料の加工方法として
ウエットエッチングを用いて加工することを特徴とする
請求項3記載の高周波マルチチップモジュールとしたも
のであり、ウエットエッチングで貫通穴を構成した金属
材料と安価な誘電体基板をはり合わせることで、特性の
優れた受動素子を有する高周波マルチチップモジュール
を低価格に構成できるという作用を有する。
【0013】請求項6に記載の発明は、金属材料として
銅、アルミ、もしくはステンレスを用いることを特徴と
する請求項5記載の高周波マルチチップモジュールとし
たものであり、ウエットエッチングで貫通穴を構成した
金属材料と安価な誘電体基板をはり合わせることで、特
性の優れた受動素子を有する高周波マルチチップモジュ
ールを低価格に構成できるという作用を有する。
【0014】請求項7に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナを構成する基板材料として石英もしくはガラスを
用いることを特徴とする請求項3記載の高周波マルチチ
ップモジュールとしたものであり、ウエットエッチング
で貫通穴を構成した金属材料と低損失の誘電体基板をは
り合わせることで、特性の優れた受動素子を有する高周
波マルチチップモジュールを低価格に構成できるという
作用を有する。
【0015】請求項8に記載の発明は、フィルタ又はア
ンテナを構成する基板材料として石英もしくはガラスを
用い、前記石英基板もしくはガラス基板のなかに任意に
調整した気泡を混入させたことを特徴とする請求項3記
載の高周波マルチチップモジュールとしたものであり、
基板に気泡を混入することによって、基板の誘電率を下
げるとともに、基板の加工を容易にできるという作用を
有する。
【0016】請求項9に記載の発明は、請求項1記載の
高周波マルチチップモジュールにおいて、2次基板と金
属板を張り合わせる際に、熱伝導性の高い樹脂を挿入す
ることを特徴とする高周波マルチチップモジュールとし
たものであり、能動素子が発する熱を熱伝導性の高い樹
脂を介して金属板に伝えることによって、発熱による素
子破壊を防ぐことができるという作用を有する。
【0017】請求項10に記載の発明は、請求項9記載
のマルチチップモジュールにおいて、熱伝導性の高い樹
脂材料として、カーボンを含む樹脂材料か、スーパーグ
ラファイトであることを特徴とする高周波マルチチップ
モジュールとしたものであり、能動素子が発する熱を熱
伝導性の高い樹脂を介して金属板に伝えることによっ
て、発熱による素子破壊を防ぐことができるという作用
を有する。
【0018】請求項11に記載の発明は2次基板を、少
なくとも2つ以上の異なる高周波特性を有する誘電体基
板を張り合わせた多層基板で構成することを特徴とする
請求項1記載の高周波マルチチップモジュールとしたも
のであり、例えばアンテナ端子と送信パワーアンプ間、
又はアンテナ端子と受信低雑音増幅器間といったより低
損失な接続が必要とされる個所を、低損失な伝送線路で
接続することができるという作用を有する。
【0019】請求項12に記載の発明は、回路配線が形
成された1次基板と前記1次基板に実装された少なくと
も1つ以上の能動素子を有する機能チップと、回路配線
及び貫通穴を有する2次基板と金属板を張り合わせるこ
とによって構成されるモジュール基板を有し、前記機能
チップが、前記能動素子が前記貫通穴と面するように実
装される高周波マルチチップモジュールの製造方法であ
り、第1の工程としてバンプを用いて少なくとも1つ以
上の能動素子を1次基板に実装することにより機能チッ
プを製作した後、第2の工程としてスクリーン印刷もし
くはディスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは導
電性ペーストを2次基板に形成し、第3の工程として能
動素子を実装した機能チップの能動素子を実装した面を
2次基板側に配置した構造で、前記機能チップと前記2
次基板の伝送線路の接続を行うことを特徴とした高周波
マルチチップモジュールの製造方法としたものである。
【0020】この構成により、損失及び寄生成分の小さ
いバンプを用いて能動素子と1次基板の電極接続して機
能チップを実現し、機能チップのモジュール基板への実
装には、一般的に用いられている、はんだもしくは導電
性ペーストを用いることによって、チップ部品やパッケ
ージICといった他の表面実装部品と一緒に実装するこ
とが可能となり、高機能かつ量産性に優れた高周波マル
チチップモジュールを小型かつ低価格に構成できるとい
う作用を有する。
【0021】請求項13に記載の発明は、回路配線が形
成された1次基板と前記1次基板に実装された少なくと
も1つ以上の能動素子を有する機能チップと、回路配線
及び貫通穴を有する2次基板と金属板を張り合わせるこ
とによって構成されるモジュール基板を有し、前記機能
チップが、前記能動素子が前記貫通穴と面するように実
装される高周波マルチチップモジュールの製造方法であ
り、第1の工程としてフィルタもしくはアンテナを1次
基板に形成して機能チップを製作した後、第2の工程と
してスクリーン印刷もしくはディスペンサーにて基板接
続用のはんだもしくは導電ペーストを2次基板に形成
し、第3の工程としてフィルタもしくはアンテナの伝送
線路形成面を2次基板側に配置した構造で、前記機能チ
ップと前記2次基板の伝送線路の接続を行うことを特徴
とした高周波マルチチップモジュールの製造方法とした
ものである。
【0022】この構成により、フィルタやアンテナとい
った受動素子を機能チップとして別途作製することで、
仕様変更等に短期間で対応できるとともに、必要性能に
応じた適切な部材の選択が可能になり、厳しいパターン
精度を必要とする受動素子を精度の高い別工程で製作す
ることもできるようになる。更に、一般的に用いられて
いる、はんだもしくは導電性ペーストを用いることによ
って、チップ部品やパッケージICといった他の表面実
装部品と一緒に実装することで、高機能かつ量産性に優
れた高周波マルチチップモジュールを小型かつ低価格に
構成できるという作用を有する。
【0023】請求項14に記載の発明は、回路配線が形
成された1次基板と前記1次基板に実装された少なくと
も1つ以上の能動素子を有する機能チップと、回路配線
及び貫通穴を有する2次基板と金属板を張り合わせるこ
とによって構成されるモジュール基板を有し、前記機能
チップが、前記能動素子が前記貫通穴と面するように実
装される高周波マルチチップモジュールの製造方法であ
り、第1の工程としてバンプを用いて少なくとも1つ以
上の能動素子を複数個1次基板に実装することにより機
能チップを製作した後、第2の工程として第1の工程で
製作した機能チップの2次基板接続用の電極に金を材料
とするバンプ設け、第3の工程としてスクリーン印刷も
しくはディスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは
導電性ペーストを2次基板に形成し、第4の工程として
能動素子を実装した機能チップの能動素子を実装した面
を2次基板側に配置した構造で、前記機能チップと前記
2次基板の伝送線路の接続を行うことを特徴とする高周
波マルチチップモジュールの製造方法としたものであ
る。
【0024】この構成により、機能チップに金のバンプ
を設けることで、機能チップと2次基板の隙間を任意に
制御することが可能となり、2次基板及び金属板が機能
チップに与える影響を任意に制御することができるとい
う作用を有する。
【0025】請求項15に記載の発明は回路配線が形成
された1次基板と前記1次基板に実装された少なくとも
1つ以上の能動素子を有する機能チップと、回路配線及
び貫通穴を有する2次基板と金属板を張り合わせること
によって構成されるモジュール基板を有し、前記機能チ
ップが、前記能動素子が前記貫通穴と面するように実装
される高周波マルチチップモジュールの製造方法であ
り、第1の工程としてバンプを用いて少なくとも1つ以
上の能動素子を1次基板に実装することにより機能チッ
プを製作した後、第2の工程として第1の工程で製作し
た機能チップの2次基板接続用の電極にはんだを材料と
するバンプ設け、第3の工程としてスクリーン印刷もし
くはディスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは導
電性ペーストを2次基板に形成し、第4の工程として能
動素子を実装した機能チップの能動素子を実装した面を
2次基板側に配置した構造で、前記機能チップと前記2
次基板の伝送線路の接続を行うことを特徴とする高周波
マルチチップモジュールの製造方法としたものである。
【0026】この構成により、はんだバンプを用いるこ
とで機能チップと2次基板接続時に、接続部分のはんだ
量の制御を確実に行い、機能チップと2次基板の隙間の
制御及び位置ずれの防止ができるという作用を有する。
【0027】請求項16に記載の発明は、フィルタ又は
アンテナが形成された1次基板を機能チップと、回路配
線及び貫通穴を有する2次基板と金属板を張り合わせる
ことによって構成されるモジュール基板を有し、前記機
能チップが、前記能動素子が前記貫通穴と面するように
実装される高周波マルチチップモジュールの製造方法で
あり、第1の工程としてフィルタもしくはアンテナを1
次基板に形成して機能チップを製作した後、第2の工程
として第1の工程で製作したフィルタもしくはアンテナ
にバンプを形成し、第3の工程としてスクリーン印刷も
しくはディスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは
導電ペーストを2次基板に形成し、第3の工程としてフ
ィルタもしくはアンテナの伝送線路形成面を2次基板側
に配置した構造で、前記機能チップと前記2次基板の伝
送線路の接続を行うことを特徴とした高周波マルチチッ
プモジュールの製造方法としたものである。
【0028】この構成により、機能チップにバンプを設
けることで、機能チップと2次基板の隙間を任意に制御
することが可能となり、2次基板及び金属板が機能チッ
プに与える影響を任意に制御することができるという作
用を有する。
【0029】請求項17に記載の発明は、能動素子に形
成するバンプの材料が金を90%以上含む金属であり、
能動素子のバンプを用いて1次基板へフリップチップ実
装する際の、能動素子と1次基板に与える加熱温度が140
℃から200℃以下であるとともに、1次基板への能動素子
をフリップチップ実装した次の工程として能動素子の単
面と1次基板との間に接着剤を形成することを特徴とし
た請求項12〜16のいずれかに記載の高周波マルチチ
ップモジュールの製造方法とすることで、例えば封止材
等による接続の補強を不要とすることができるという作
用を有する。
【0030】請求項18に記載の発明は、請求項17記
載の高周波マルチチップモジュールの製作方法におい
て、前記接着剤が高周波の伝送線路に形成されないこと
を特徴とする高周波マルチチップモジュールの製造方法
とすることで、例えば封止材等による接続の補強を不要
とすることができるという作用を有する。請求項19に
記載の発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の高周
波マルチチップモジュールまたは請求項12〜17のい
ずれかに記載の高周波マルチチップモジュール製造方法
によって製造された高周波マルチチップモジュールを用
いたことを特徴とする無線装置及び無線システムとした
ものであり、小型で量産性に優れた高機能な高周波マル
チチップモジュールを用いることによって、小型かつ低
価格で、高機能な無線システムを実現できるという作用
を有する。
【0031】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図14を用いて説明する。
【0032】(実施の形態1)図1に本発明の高周波マ
ルチチップモジュールの断面図を示す。図1において高
周波マルチチップモジュールはモジュール基板101と
機能チップ106より構成されている。モジュール基板
101は、金属板102と多層ガラスエポキシ基板10
3をはり合せて構成される。各金属層104は回路配線
及び接地パターンとして用いられる。各層の配線及び接
地パターンはヴィアホール105で接続されている。多
層ガラスエポキシ基板103には貫通穴110が形成さ
れている。機能チップ106はセラミック基板107に
ベアチップIC108を実装して構成される。
【0033】図2に機能チップの実装イメージを示す。
ベアチップIC108の実装方法としては例えば、スタ
ッドバンプや金バンプを用いたフリップチップ実装があ
る。セラミック基板107上の回路配線の線路構造とし
ては、例えばマイクロストリップ線路、コプレナー線
路、グランド付きコプレナー線路があり、図2ではマイ
クロストリップ線路構造の機能チップ106bとコプレ
ナー線路構造の機能チップ106aについて示してい
る。
【0034】図3は本モジュールの平面透視図で、機能
チップ106はモジュール基板101に、例えばはんだ
工法にて接合される。この際はモジュール基板101及
び機能チップ106にはレジスト109を形成し、はん
だの流れ防止と接合時の位置精度を高めている。又、チ
ップ部品や他の表面実装部品はモジュール基板側に実装
される。
【0035】以下、マルチチップモジュール作製の方法
を示す。本実施例の第1の工程として、バンプ(図2の
111で示したもの)を用いてベアチップIC108を
セラミック基板107にフリップチップ実装を行う。こ
のとき製作するバンプ111は、メッキを用いて製作す
ることも可能であるが、ワイヤーボンディング法を応用
したスタッドバンプを形成するほうが異種のベアチップ
IC108を実装するのには都合が良い。この理由はI
C購入の際に都度バンプ形成をしたものを購入した場
合、バンプ形成の作業代がICの値段に付加されIC自
身の価格するので、特に異種のICを複数使う場合、I
C購入に関わる費用の高騰を招くためであり、バンプを
形成したICを購入するのではなく、購入したICに対
してスタッドバンプを形成する手法のほうが、機能チッ
プ106の価格を押さえることができるためである。
【0036】形成するスタッドバンプは金を主成分とし
金の含有量90%以上、一般的には99%以上の材料を
用いて形成する手法が知られているが、たとえば田中貴
金属製(型番SB32,SB18,SB22)のはんだ
ワイヤーを使ってはんだによるスタッドバンプを形成し
ても良い。はんだバンプ111を形成する際には、はん
だが酸化しないようバンプ形成時にアルゴンガスや窒素
ガスなど吹き付け、はんだが酸化しない環境を創生して
バンプ形成を行うことが望ましい。なお、2次基板側に
バンプ111を形成しすることによっても同様な効果を
得ることができる。
【0037】また、スタッドバンプ材料として金含有量
90%以上の材料を使用して、セラミック基板107に
対しベアチップ108をフリップチップ実装する場合、
300℃以上にセラミック基板107とベアチップ10
8とを加熱し熱融着にて実装を行う方法が一般的であ
る。しかしながら、後述する第3の工程ではんだ接続を
行うことを考慮すると、2実装時のはんだの流れを抑制
するためセラミック基板107にはソルダーレジストを
形成することが望まれるが、一般のソルダーレジストで
は230℃の加熱を加えると変質しまうため、230℃
以上の高温の加熱をセラミック基板107に加える場合
には、一般のソルダーレジストではなくポリイミドなど
の高価な材料をソルダーレジストとして用いることにな
る。
【0038】ポリイミドなどの高価な材料をソルダーレ
ジストとして用いることは、回路の性能や機能を発揮さ
せる観点からは特に問題にはならないが、回路の価格の
観点からは高価な材料をソルダーレジストとして用いな
いほうが望ましい。そこで、以下の工程の採用すること
により、高価な材料をソルダーレジストとして用いず、
一般のソルダーレジストを使用し回路を製作することが
可能となる。
【0039】スタッドバンプ材料として金含有量90%
以上の材料を使用して、セラミック基板107に対しベ
アチップ108をフリップチップ実装する場合、140
〜200℃の範囲でセラミック基板107とベアチップ
108とを加熱し熱融着にて行うと、300℃以上に加
熱した場合と同様にフリップチップ実装が可能である。
ただし、200℃以下の加熱での実装は、300℃以上
の加熱したときの実装と比べてバンプの接合強度が低下
する。本発明者の実験によれば、200℃での1バンプ
当たりの接合強度は300℃での接合強度の約35%低
下した値を示した。 そこでこのバンプ強度の低下を補
うためにベアチップ108の周囲数カ所に接着剤を形成
することで、300℃での接合と同等以上の接合強度を
有することが実験により確かめられた。
【0040】また、ベアチップIC108として25G
Hz帯用のMMICを使用し、上述した200℃での加
熱によるフリップチップ実装と接着剤形成で実際に回路
を形成し、25GHz帯での高周波特性を評価したとこ
ろ、高周波特性も300℃でフリップチップ実装したと
きとなんら遜色ない特性を得ることを確認した。従って
このような方法を取れば、高価な材料をソルダーレジス
トとして用いず、一般のソルダーレジストを使用し回路
を製作することが可能となる。
【0041】なお、上記の接着剤形成の際には、接着剤
が高周波の伝送線路に形成されないことが望ましい。こ
の理由は、接着剤を高周波の伝送線路上に形成すると伝
送線路上に誘電体(接着剤が誘電体として作用する)を
形成したこととなり、特に高周波の信号を伝送する際、
高周波の信号自身が誘電体の影響を受け、特性が変化す
ることを防ぐためである。
【0042】本実施例の第2の工程は、2次基板103
にはんだもしくは導電ペーストを形成する工程である。
この工程は回路基板製作においては一般的な工程であ
り、基板にソルダーレジストを形成した後スクリーン印
刷又は、ディスペンサーを使ってはんだもしくは導電性
ペーストを形成し、次工程のチップ実装の準備を行うも
のである。
【0043】本実施例の第3の工程は、汎用のチップ部
品113及び図2で示した機能チップ106を2次実装
する工程である。本工程で通常の実装と異なる点は、図
1で示したようにベアチップIC108の伝送線路側の
面を2次基板103に実装する点である。このような構
造をとることで、基板接続の距離をたとえばワイヤーボ
ンディングを用いて行う場合よりも1/2〜1/5程度
に短くすることが可能となるため、基板接続部の寄生成
分や損失をワイヤーボンディングを用いて行う場合より
も大幅に低減することが可能となる。
【0044】以上の方法で作製した高周波マルチチップ
モジュールを用いることにより、高価なガリウム砒素基
板やセラミック基板の使用面積を減らすことができ、実
装前の機能チップ毎の特性評価による歩留まり向上、故
障時の個別機能チップごとの部品交換による低価格化、
一般的なはんだ工程を用いることによる量産性に優れた
高周波マルチチップモジュールを実現できる。
【0045】なお、以上の説明では多層ガラスエポキシ
基板と金属板を張り合わせてモジュール基板とした例で
説明したが、多層ガラスエポキシ基板を金属板にネジ止
めする構成としても同様に実施可能である。
【0046】なお、機能チップを2次基板に実装する際
に、機能チップ周辺に封止材を塗布して防滴、防塵性を
高めるように構成してもよい。なお、以上の説明では1
次基板として表裏にのみ配線が形成されてる単層基板で
実現した例で説明したが、多層基板を用いても同様に実
施可能である。多層基板としては、例えばセラミック多
層基板、誘電体基板と誘電体フィルムをはり合わせた基
板、誘電体基板に誘電体薄膜を積層した基板等がある。
【0047】(実施の形態2)図4に本発明の実施の形
態2における高周波マルチチップモジュールの断面図を
示す。実施の形態1と異なるのは、機能チップにメンブ
レン構造素子を組み込んだ点である。メンブレン構造
は、誘電体薄膜403を積層したシリコン基板401に
マイクロマシン技術にて貫通穴402を形成することで
実現される。
【0048】メンブレン構造にてフィルタを形成した例
を図5に示す。チップ外周の接地パターン及び信号線と
なるストリップ導体404をモジュール基板と、例えば
はんだにて接続する。破線で囲まれた部分に貫通穴40
2が形成されていて、誘電体薄膜403によるメンブレ
ン構造となっている。
【0049】以下、本発明の高周波回路製作の方法を示
す。本実施例の第1の工程として、メンブレン構造のフ
ィルタを作製する。
【0050】図14を用いてメンブレン構造素子の作製
方法を簡単に説明する。図14(a)から(d)はメン
ブレン構造の素子製作工程を表している。図14(a)
の1401はメンブレン構造の素子を形成する基板を示
しており、図14(b)の1402は基板1401上に
形成された誘電体膜、図14(c)の1403は誘電体
膜1402上に形成された伝送線路パターン、図14
(d)の1404は基板1401に形成された空孔を示
している。
【0051】図14に示したメンブレン素子製造におい
て、基板1401の材質としてシリコンを用いると、シ
リコン基板1401はドライエッチングが容易であるた
め空孔1404は容易に形成することが可能である。特
にドライエッチングの方法として誘導結合型のプラズマ
源を用いると、一般のドライエッチング方法、たとえば
反応性イオンエッチングと比べてプラズマ密度が2〜3
桁濃いプラズマを用いてエッチングが可能であるため、
空孔1404の形成にはエッチング時間を短縮させる効
果が生じる。
【0052】図14に示したメンブレン素子製造におい
て、基板1401の材質として銅、アルミ、もしくはス
テンレス等の金属材料を用いると、これらの金属材料は
溶液を用いたウェットエッチングが容易であるため空孔
1404は容易に形成することが可能である。
【0053】又、図14に示したメンブレン素子製造に
おいて、基板1401の材質として石英もしくはガラ
ス、あるいはアルミナやジルコニアなどのセラミックス
を材料として用いると、これらの材料はサンドブラスト
加工やレーザー加工が容易であるため、空孔1404は
容易に形成することが可能である。特にガラスや石英に
は、任意に気泡混入させることが可能であり、このよう
な気泡混入型の石英もしくはガラス基板をレーザー加工
する場合、一般の石英もしくはガラスよりも低いエネル
ギーで基板加工が可能となるため、一般の石英もしくは
ガラスを基板材料として用いる場合に比べて大幅に加工
効率が上昇する効果を得ることができる。
【0054】又図示はしていないが、あらかじめ基板1
401に空孔1404を設けた後、誘電膜1402をた
とえばラミネーターを用いて形成し、その上に伝送線路
1403を形成することによって図14(d)で示した
メンブレン構造の素子を製作することも可能である。
【0055】本実施例の第2の工程は、第1の実施例と
同様で図1に示す2次基板103にはんだもしくは導電
ペーストを形成する工程である。なお、後述の第3の工
程でのはんだもしくは導電性ペーストとの接続の際に、
伝送線路面より30μm以上距離をもって2次基板との
接合がなされるほうが、量産時におけるはんだもしくは
導電ペーストの線路部以外への付着やはみ出しを低減さ
せる事ができるため、本第2の工程にてはんだや金バン
プを形成することにより、伝送線路面からの距離を確保
することを実施すると量産性の向上が図れる。なお、2
次基板側にバンプを形成することによっても同様な効果
を得ることができる。
【0056】本実施例の第3の工程は、第1の実施例と
同様で図3に示す汎用のチップ部品113や、図2に示
したような機能チップ106や、本実施例にて説明した
メンブレン構造の機能チップを2次実装する工程であ
る。実装後の断面図を図13に示す。
【0057】図13において、フィルタチップ1301は前
述の第1〜第3の工程で製作されたメンブレン素子であ
る。表面の配線がフィルタパターン1302となっている。
フィルタチップ1301は多層ガラスエポキシ基板103に実
装され、フィルタとして動作する。この際、フィルタチ
ップ1301上方に金属ふた1304を取り付けることによって
放射による損失を抑圧することができる。
【0058】なお、以上の説明では誘電体薄膜1402
にBCBを用いた例で説明したが、例えば、ポリイミド
や液晶ポリマーのようなフィルム状の誘電体を用いても
よい。図6に積層セラミック基板とポリイミドフィルム
にてメンブレン構造素子を実現した例を示す。積層セラ
ミック601はその適当な場所に窪み602とヴィアホ
ール606が形成されている。ここに、銅配線604に
てパターンを形成したポリイミドフィルム603を貼り
付ける。積層セラミック基板601には、接地パターン
605を形成してシールドの役割をさせてもよい。
【0059】(実施の形態3)図7は本発明の高周波マ
ルチチップモジュールの断面図を示す。実施の形態1と
異なるのは、多層ガラスエポキシ基板103に形成され
た貫通穴110内部に、熱伝導性の高い熱伝導性樹脂7
01を注入し、セラミック基板107に実装されたベア
チップIC108より発生した熱が、MMIC裏面の接
地パターンから樹脂701を通じて金属板102へと伝
わるようにした点である。熱伝導性の高い熱伝導性樹脂
701としては、例えばカーボンを含有したシリコン樹
脂やスーパーグラファイト等があげられる。また、セラ
ミック基板107の周辺を封止樹脂115で封止してい
る。
【0060】以下、マルチチップモジュール作製の方法
を示す。本実施例の第1の工程は、実施例1と同様で、
バンプを用いてベアチップIC108をセラミック基板
にフリップチップ実装する工程である。
【0061】本実施例の第2の工程は、2次基板にはん
だもしくは導電ペーストを形成する工程である。この工
程は回路基板製作においては一般的な工程であり、基板
にソルダーレジストを形成した後スクリーン印刷又は、
ディスペンサーを使ってはんだもしくは導電性ペースト
を形成し、次工程のチップ実装の準備を行うものであ
る。
【0062】本実施例の第3の工程は、汎用のチップ部
品113及び図2で示した機能チップ106を2次実装
する工程である。本工程で実施例1の工程と異なるの
は、図7で示したようにベアチップIC108と金属板
102の間に熱伝導性樹脂701を入れる工程が入る点
である。工程としては例えば、ディスペンサーを使って
熱伝導性樹脂701を貫通穴110に注入する方法や、
機能チップ107のベアチップIC108の面を薄く延
ばした樹脂につけ、機能チップ107側に樹脂を付着さ
せる方法等がある。
【0063】本実施例の第4の工程は、セラミック基板
107の周辺にのみディスペンサーを用いて封止樹脂1
15を注入する工程である。樹脂封止をすることで、ベ
アチップIC108周辺の機密性が保てるため、全体筐
体で機密をとる必要がなくなる。
【0064】なお、以上の説明では熱伝導のために熱伝
導性の高い熱伝導性樹脂701を用いた例で説明した
が、他にも導電ペースト、はんだといった金属材料を用
いても同様に実施可能である。
【0065】(実施の形態4)図8に本発明の実施の形
態4における高周波マルチチップモジュールの断面図を
示す。実施の形態1と異なるのは、機能チップにアンテ
ナを組み込んだ点である。アンテナパターン802が形
成されたフィルム803をレンズ形状に形成したレンズ
チップ804に貼り付けることによってアンテナ機能チ
ップ801が実現される。図9にアンテナパターン90
2面からの図を示す。チップ外周の接地パターン及び給
電線路901をモジュール基板と例えばはんだにて接続
する。破線で囲まれた部分に貫通穴903が形成されて
いる。この際、金属板102はアンテナの反射板の役割
をする。
【0066】以下、本発明の高周波回路製作の方法を示
す。本実施例の第1の工程では、レンズ付のアンテナを
作製する。例えば、ポリイミドのような誘電体フィルム
803にアンテナパターン802を形成しておき、例え
ば機械加工や型を用いてレンズ形状に成形したレンズチ
ップ804にはりつける。
【0067】本実施例の第2の工程は、第1の実施例と
同様で図1に示す2次基板103にはんだもしくは導電
ペーストを形成する工程である。
【0068】本実施例の第3の工程は、第1の実施例と
同様で図3に示す汎用のチップ部品113や、図2に示
したような能動素子が実装されている機能チップ106
や、図4に示したようなメンブレン構造のフィルタ機能
チップや、本実施例にて説明したレンズ付アンテナ機能
チップを2次実装する工程である。
【0069】なお、以上の説明では誘電体にポリイミド
を用いた例で説明したが、例えば、液晶ポリマー、テフ
ロン(登録商標)基板を用いても同様に実施可能であ
る。
【0070】(実施の形態5)図10は本発明の実施の
形態5における高周波マルチチップモジュールの断面図
を示す。実施の形態1と異なるのは、モジュール基板1
01にパッチアンテナパターン1006を形成したテフ
ロン基板1001を張り付け、アンテナ一体型モジュー
ルとした点である。モジュール基板にはシールドケース
として金属のふた1003が被せられており、金属板1
03には部分的に貫通穴が形成されていてアンテナ開口
1002としている。
【0071】以下、マルチチップモジュール作製の方法
を示す。本実施例の第1の工程は、実施例1〜4と同様
で、バンプを用いてベアチップICをセラミック基板に
フリップチップ実装する工程と、メンブレン構造のフィ
ルタを形成する工程である。本実施例の第2の工程は、
2次基板にはんだもしくは導電ペーストを形成する工程
である。
【0072】本実施例の第3の工程は、汎用のチップ部
品及び第1の工程で製作した各機能チップ106を2次
実装する工程である。なお、以上ではテフロン基板10
01にパッチアンテナ1006を形成する例で説明した
が、アンテナ開口部を導波管とし、基板上の平面線路を
導波管に変換する機能を持たせても良い。
【0073】なお、以上ではテフロン基板を用いて実現
した例で説明したが、BCB、ポリイミド、液晶ポリマ
ーを用いても同様に実施可能である。
【0074】(実施の形態6)図11に本発明の高周波
マルチチップモジュールを用いた無線装置の概略ブロッ
ク図、図12に斜視図を示す。
【0075】図11において、1101は送信機能チッ
プ、1102は受信機能チップ、1103は送信電力増
幅器機能チップ、1104はIF/信号処理部、110
5は信号源、1106はアンテナである。
【0076】基本的な信号の流れを説明する。送信デー
タはIF/信号処理部1104でIF信号に変換され、
送信IF端子1111に入力される。送信IF信号はI
F増幅器1112aにて増幅された後、送信機能チップ
1101に入力され送信周波数への変換と信号の増幅を
行う。送信RF信号は更に送信電力増幅器機能チップ1
103に入力され、更なる信号の増幅を行う。
【0077】なお、図12では送信電力増幅器機能チッ
プ1103は2次基板1121の貫通穴1122にはめ
込まれて、リボンにて信号線及びバイアス端子の接続を
行った構成で示しているが、他の機能チップと同様の構
造とし、図7に示すように熱伝導性樹脂によって熱を逃
がすように構成しても良い。送信RF信号は受信機能チ
ップ1102の送受切り替えスイッチ1113を通って
アンテナ1106より放射される。
【0078】次に受信時は、アンテナ1106で受信さ
れた受信RF信号は受信機能チップ1102にて増幅と
IF周波数への変換を行う。受信IF信号はIF増幅器
1112bで増幅されて受信IF端子1114に出力さ
れる。この後、受信IF信号はIF/信号処理部110
4にて復調処理される。
【0079】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高価なガ
リウム砒素基板やセラミック基板の使用面積を減らすこ
とができ、実装前の機能チップ毎の特性評価による歩留
まり向上と、故障時の個別機能チップ単位での部品交換
を可能にしている。
【0080】さらに、機能チップのモジュール基板への
実装には、一般的に用いられている、はんだもしくは導
電性ペーストを用いることによって、チップ部品やパッ
ケージICといった他の表面実装部品と一緒に実装する
ことが可能となり、高機能かつ量産性に優れた高周波マ
ルチチップモジュールを小型かつ低価格に実現できると
いう有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による高周波マルチチッ
プモジュールを示す断面図
【図2】本発明の実施の形態1による機能チップを示す
斜視図
【図3】本発明の実施の形態1による高周波マルチチッ
プモジュールを示す平面透視図
【図4】本発明の2実施の形態による機能チップを示す
断面図
【図5】本発明の実施の形態2による機能チップを示す
平面透視図
【図6】本発明の実施の形態2による他の機能チップを
示す断面図
【図7】本発明の実施の形態3による高周波マルチチッ
プモジュールを示す断面図
【図8】本発明の実施の形態4による高周波マルチチッ
プモジュールを示す断面図
【図9】本発明の実施の形態4による機能チップを示す
平面図
【図10】本発明の実施の形態5による高周波マルチチ
ップモジュールを示す断面図
【図11】本発明の実施の形態6による高周波マルチチ
ップモジュールを用いた無線装置の概略ブロック図
【図12】本発明の実施の形態6による高周波マルチチ
ップモジュールを用いた無線装置の斜視図
【図13】本発明の一実施の形態による高周波マルチチ
ップモジュールを示す断面図
【図14】本発明の実施の形態2によるメンブレン構造
素子の製作工程を示す断面図
【図15】従来の高周波マルチチップモジュールを示す
回路図
【符号の説明】
101 モジュール基板 102 金属板 103 多層ガラスエポキシ基板 104 金属層 105 ヴィアホール 106 機能チップ 107 セラミック基板 108 ベアチップIC 109 レジスト 110 貫通穴 111 バンプ 112 ヴィアホール 113 端面メッキ 115 封止樹脂 401 シリコン基板 402 貫通穴 403 BCB 404 ストリップ導体 407 レジスト 601 積層セラミック基板 602 窪み 603 ポリイミドフィルム 604 銅配線 605 接地パターン 606 ヴィアホール 607 レジスト 701 熱伝導性樹脂 801 アンテナ機能チップ 802 アンテナパターン 803 誘電体フィルム 804 レンズチップ 901 給電回路 902 アンテナパターン 904 レジスト 1001 テフロン 1002 アンテナ開口 1003 ふた 1004 メンブレン構造素子 1005 熱伝導性樹脂 1006 アンテナパターン 1101 送信機能チップ 1102 受信機能チップ 1103 送信電力増幅機能チップ 1104 IF/信号処理部 1105 信号源 1106 アンテナ 1111 送信IF端子 1112 IF増幅器 1113 送受信切り替えスイッチ 1114 受信IF端子 1121 2次基板 1122 貫通穴 1123 導波管変換機能チップ 1124 金属板 1125 アンテナ開口 1126 導波管 1301 フィルタチップ 1302 フィルタパターン 1303 メンブレンフィルム 1304 金属ふた 1401 シリコン基板 1402 BCB 1403 配線 1404 空孔 1405 メンブレン構造部

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路配線が形成された1次基板と前記1
    次基板に実装された少なくとも1つ以上の能動素子を有
    する機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2次基
    板と金属板を張り合わせることによって構成されるモジ
    ュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素子が
    前記貫通穴と面するように実装されることを特徴とする
    高周波マルチチップモジュール。
  2. 【請求項2】 フィルタ又はアンテナが形成された1次
    基板を機能チップとし、モジュール基板に実装されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の高周波マルチチップモジ
    ュール。
  3. 【請求項3】 フィルタ又はアンテナをメンブレン構造
    とすることを特徴とする請求項2記載の高周波マルチチ
    ップモジュール。
  4. 【請求項4】 フィルタ又はアンテナを構成する基板材
    料としてシリコンを用い、前記シリコン基板をドライエ
    ッチングを用いて加工することを特徴とする請求項3記
    載の高周波マルチチップモジュール。
  5. 【請求項5】 フィルタ又はアンテナを構成する基板材
    料として誘電体と金属材料をはり合わせた基板を用い、
    前記金属材料の加工方法としてウエットエッチングを用
    いて加工することを特徴とする請求項3記載の高周波マ
    ルチチップモジュール。
  6. 【請求項6】 金属材料として銅、アルミ、もしくはス
    テンレスを用いることを特徴とする請求項5記載の高周
    波マルチチップモジュール。
  7. 【請求項7】 フィルタ又はアンテナを構成する基板材
    料として石英もしくはガラスを用いることを特徴とする
    請求項3記載の高周波マルチチップモジュール。
  8. 【請求項8】 フィルタ又はアンテナを構成する基板材
    料として石英もしくはガラスを用い、前記石英基板もし
    くはガラス基板のなかに任意に調整した気泡を混入させ
    たことを特徴とする請求項3記載の高周波マルチチップ
    モジュール。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の高周波マルチチップモジ
    ュールにおいて、2次基板と金属板を張り合わせる際
    に、熱伝導性の高い樹脂を挿入することを特徴とする高
    周波マルチチップモジュール。
  10. 【請求項10】 請求項9記載のマルチチップモジュー
    ルにおいて、熱伝導性の高い樹脂材料として、カーボン
    を含む樹脂材料か、スーパーグラファイトであることを
    特徴とする高周波マルチチップモジュール。
  11. 【請求項11】 2次基板を、少なくとも2つ以上の異
    なる高周波特性を有する誘電体基板を張り合わせた多層
    基板で構成することを特徴とする請求項1記載の高周波
    マルチチップモジュール。
  12. 【請求項12】 回路配線が形成された1次基板と前記
    1次基板に実装された少なくとも1つ以上の能動素子を
    有する機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2次
    基板と金属板を張り合わせることによって構成されるモ
    ジュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素子
    が前記貫通穴と面するように実装されることを特徴とす
    る高周波マルチチップモジュールの製造方法であり、第
    1の工程としてバンプを用いて少なくとも1つ以上の能
    動素子を1次基板に実装することにより機能チップを製
    作した後、第2の工程としてスクリーン印刷もしくはデ
    ィスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは導電性ペ
    ーストを2次基板に形成し、第3の工程として能動素子
    を実装した機能チップの能動素子を実装した面を2次基
    板側に配置した構造で、前記機能チップと前記2次基板
    の伝送線路の接続を行うことを特徴とした高周波マルチ
    チップモジュールの製造方法。
  13. 【請求項13】 回路配線が形成された1次基板と前記
    1次基板に実装された少なくとも1つ以上の能動素子を
    有する機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2次
    基板と金属板を張り合わせることによって構成されるモ
    ジュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素子
    が前記貫通穴と面するように実装される高周波マルチチ
    ップモジュールの製造方法であり、第1の工程としてフ
    ィルタもしくはアンテナを1次基板に形成して機能チッ
    プを製作した後、第2の工程としてスクリーン印刷もし
    くはディスペンサーにて基板接続用のはんだもしくは導
    電ペーストを2次基板に形成し、第3の工程としてフィ
    ルタもしくはアンテナの伝送線路形成面を2次基板側に
    配置した構造で、前記機能チップと前記2次基板の伝送
    線路の接続を行うことを特徴とした高周波マルチチップ
    モジュールの製造方法。
  14. 【請求項14】 回路配線が形成された1次基板と前記
    1次基板に実装された少なくとも1つ以上の能動素子を
    有する機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2次
    基板と金属板を張り合わせることによって構成されるモ
    ジュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素子
    が前記貫通穴と面するように実装される高周波マルチチ
    ップモジュールの製造方法であり、第1の工程としてバ
    ンプを用いて少なくとも1つ以上の能動素子を複数個1
    次基板に実装することにより機能チップを製作した後、
    第2の工程として第1の工程で製作した機能チップの2
    次基板接続用の電極に金を材料とするバンプ設け、第3
    の工程としてスクリーン印刷もしくはディスペンサーに
    て基板接続用のはんだもしくは導電性ペーストを2次基
    板に形成し、第4の工程として能動素子を実装した機能
    チップの能動素子を実装した面を2次基板側に配置した
    構造で、前記機能チップと前記2次基板の伝送線路の接
    続を行うことを特徴とする高周波マルチチップモジュー
    ルの製造方法。
  15. 【請求項15】 回路配線が形成された1次基板と前記
    1次基板に実装された少なくとも1つ以上の能動素子を
    有する機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2次
    基板と金属板を張り合わせることによって構成されるモ
    ジュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素子
    が前記貫通穴と面するように実装される高周波マルチチ
    ップモジュールの製造方法であり、第1の工程としてバ
    ンプを用いて少なくとも1つ以上の能動素子を1次基板
    に実装することにより機能チップを製作した後、第2の
    工程として第1の工程で製作した機能チップの2次基板
    接続用の電極にはんだを材料とするバンプ設け、第3の
    工程としてスクリーン印刷もしくはディスペンサーにて
    基板接続用のはんだもしくは導電性ペーストを2次基板
    に形成し、第4の工程として能動素子を実装した機能チ
    ップの能動素子を実装した面を2次基板側に配置した構
    造で、前記機能チップと前記2次基板の伝送線路の接続
    を行うことを特徴とする高周波マルチチップモジュール
    の製造方法。
  16. 【請求項16】 フィルタ又はアンテナが形成された1
    次基板を機能チップと、回路配線及び貫通穴を有する2
    次基板と金属板を張り合わせることによって構成される
    モジュール基板を有し、前記機能チップが、前記能動素
    子が前記貫通穴と面するように実装される高周波マルチ
    チップモジュールの製造方法であり、第1の工程として
    フィルタもしくはアンテナを1次基板に形成して機能チ
    ップを製作した後、第2の工程として第1の工程で製作
    したフィルタもしくはアンテナにバンプを形成し、第3
    の工程としてスクリーン印刷もしくはディスペンサーに
    て基板接続用のはんだもしくは導電ペーストを2次基板
    に形成し、第3の工程としてフィルタもしくはアンテナ
    の伝送線路形成面を2次基板側に配置した構造で、前記
    機能チップと前記2次基板の伝送線路の接続を行うこと
    を特徴とした高周波マルチチップモジュールの製造方
    法。
  17. 【請求項17】 能動素子に形成するバンプの材料が金
    を90%以上含む金属であり、能動素子のバンプを用い
    て1次基板へフリップチップ実装する際の、能動素子と
    1次基板に与える加熱温度が140℃から200℃以下である
    とともに、1次基板への能動素子をフリップチップ実装
    した次の工程として能動素子の単面と1次基板との間に
    接着剤を形成することを特徴とした請求項12〜16の
    いずれかに記載の高周波マルチチップモジュールの製造
    方法。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の高周波マルチチップ
    モジュールの製造方法において、前記接着剤が高周波の
    伝送線路に形成されないことを特徴とする高周波マルチ
    チップモジュールの製造方法。
  19. 【請求項19】 請求項1〜11のいずれかに記載の高
    周波マルチチップモジュールまたは請求項12〜17の
    いずれかに記載の高周波マルチチップモジュール製造方
    法によって製造された高周波マルチチップモジュールを
    用いたことを特徴とする無線装置。
  20. 【請求項20】 請求項1〜11のいずれかに記載の高
    周波マルチチップモジュールまたは請求項12〜17の
    いずれかに記載の高周波マルチチップモジュール製造方
    法によって製造された高周波マルチチップモジュールを
    用いたことを特徴とする無線システム。
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