JP2007258478A - 複合回路部品およびこれを備える半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低誘電率層の低誘電率化および高誘電率層の高誘電率化を図ることができる、複合回路部品およびこれを備える半導体装置を提供すること
【解決手段】複合回路基板2は、3〜100程度の低い誘電率を有する低誘電率層5と、1000〜5000程度の高い誘電率を有する高誘電率層6とを、樹脂層7を挟んで積層した構造を有している。低誘電率層5には、抵抗およびインダクタンスを含む配線8が作り込まれている。高誘電率層6には、複数のコンデンサ12と、各コンデンサ12と1対1に対応して、各コンデンサ12が接続されるグランド層13とが作り込まれている。樹脂層7には、低誘電率層5、高誘電率層6および樹脂層7の積層方向に貫通して、低誘電率層5の配線8と高誘電率層6のコンデンサ12とを電気的に接続するためのスルーホール15が形成されている。
【選択図】図1

Description

この発明は、たとえば、RFモジュールなどの半導体装置およびこれに用いられる複合回路部品に関する。
近年、携帯電話機や携帯型パーソナルコンピュータなどの小型化に伴って、それらに用いられる半導体装置の小型化が要求されている。
この小型化の要求に応えるために、コンデンサなどの素子を内蔵した複合回路基板が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。複合回路基板は、たとえば、配線が形成された低誘電率層と、コンデンサが形成された高誘電率層とを積層した構成を有している。このような複合回路基板は、低誘電率層を構成するセラミックグリーンシートと、高誘電率層を構成するセラミックグリーンシートとを積層し、これらを焼成することにより作成される。
特開2001−220219号公報
この低誘電率層と高誘電率層とを同時焼成する手法では、低誘電率層用のセラミックグリーンシートと高誘電率層用のセラミックグリーンシートとの組み合わせとして、焼成時の収縮率が大きく異なる組み合わせ、焼成温度が大きく異なる組み合わせ、焼成雰囲気が異なる組み合わせを採用することはできない。そのため、低誘電率層の誘電率が最小で7程度、高誘電率層の誘電率が最大で30程度であり、それ以上低い誘電率を有する低誘電率層およびそれ以上高い誘電率を有する高誘電率層を有する複合回路基板は存在しなかった。
この発明の目的は、低誘電率層の低誘電率化および高誘電率層の高誘電率化を図ることができる、複合回路部品およびこれを備える半導体装置を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1に記載の発明は、電子部品を配置するためのキャビティを有し、このキャビティに配置される電子部品と電気的に接続される配線を備える低誘電率層と、前記低誘電率層とは独立して作成され、コンデンサを備える高誘電率層と、前記低誘電率層および前記高誘電率層と機械的に接続され、前記配線と前記コンデンサとを電気的に接続するための接続部を有する樹脂層とを含むことを特徴とする、複合回路部品である。
この構成によれば、低誘電率層と高誘電率層とが個別に独立して作成されるため、低誘電率層の材料と高誘電率層の材料との組み合わせに、低誘電率層および高誘電率層を同時焼成する場合のような制約がない。そのため、低誘電率層の材料として、従来の複合回路部品に用いられていた材料よりも低い誘電率を有する材料を用いることができる。また、高誘電率層の材料として、従来の複合回路部品に用いられていた材料よりも高い誘電率を有する材料を用いることができる。これにより、低誘電率層の低誘電率化および高誘電率層の高誘電率化を図ることができる。
低誘電率層の低誘電率化を図ることによって、低誘電率層に備えられる配線間のクロストークノイズを低減することができる。その結果、配線幅および配線間隔を狭めることができ、複合回路部品を小型化することができる。
一方、高誘電率層の高誘電率化を図ることによって、高誘電率層に備えられるコンデンサの容量を増大させることができる。そのため、そのコンデンサを、電子部品に供給される電源電圧の平滑化のためのコンデンサとして使用することができる。したがって、複合回路部品が実装される配線基板に電源電圧の平滑化のためのコンデンサを別途設ける必要がなく、配線基板に実装される部品の点数を削減することができ、配線基板を含む装置のサイズを小さくすることができる。
請求項2に記載の発明は、前記コンデンサは、貫通コンデンサであることを特徴とする、請求項1に記載の複合回路部品である。
貫通コンデンサは、積層コンデンサよりもESL(等価直列インダクタンス)が低い。そのため、高誘電率層に備えられるコンデンサ(貫通コンデンサ)を電子部品の直流電源ラインのバイパスコンデンサとして用いる場合に、高周波領域における優れたノイズバイパス効果(ノイズ除去性能)を発揮することができる。
請求項3に記載の発明は、前記高誘電率層は、複数の前記コンデンサを備えるとともに、前記コンデンサに1対1に対応して設けられ、その対応する前記コンデンサが接続されたグランド層を備えていることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合回路部品である。
この構成によれば、複数のコンデンサに1対1に対応してグランド層が設けられ、各コンデンサが互いに異なるグランド層に接続されているので、1つのコンデンサの充放電に伴って、他のコンデンサのグランド電位が変動するのを防止することができる。そのため、各コンデンサのグランド電位を安定に保持することができる。
請求項4に記載の発明は、前記接続部は、前記樹脂層に貫通して形成されたスルーホールであることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の複合回路部品である。
この構成によれば、樹脂層の一方側に低誘電率層を配置し、その反対側の他方側に高誘電率層を配置して、樹脂層に形成されたスルーホールを介して、低誘電率層の配線と高誘電率層のコンデンサとを接続することができる。このように、低誘電率層と高誘電率層とを樹脂層を挟んだ積層構造とすることにより、配線基板上における複合回路部品の占有面積を縮小することができる。
請求項5に記載の発明は、集積回路部品と、前記集積回路部品を配置するためのキャビティを有し、このキャビティに配置される前記集積回路部品と電気的に接続される配線を備える低誘電率層と、前記低誘電率層とは独立して作成され、コンデンサを備える高誘電率層と、前記低誘電率層および前記高誘電率層と機械的に接続され、前記配線と前記コンデンサとを電気的に接続するための接続部を有する樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置である。
この構成によれば、低誘電率層と高誘電率層とが個別に独立して作成されるため、低誘電率層の材料と高誘電率層の材料との組み合わせに、低誘電率層および高誘電率層を同時焼成する場合のような制約がない。そのため、低誘電率層の材料として、従来の複合回路部品に用いられていた材料よりも低い誘電率を有する材料を用いることができる。また、高誘電率層の材料として、従来の複合回路部品に用いられていた材料よりも高い誘電率を有する材料を用いることができる。これにより、低誘電率層の低誘電率化および高誘電率層の高誘電率化を図ることができる。
低誘電率層の低誘電率化を図ることによって、低誘電率層に備えられる配線間のクロストークノイズを低減することができる。その結果、配線幅および配線間隔を狭めることができ、複合回路部品を小型化することができる。
一方、高誘電率層の高誘電率化を図ることによって、高誘電率層に備えられるコンデンサの容量を増大させることができる。そのため、そのコンデンサを、集積回路部品に供給される電源電圧の平滑化のためのコンデンサとして使用することができる。したがって、複合回路部品が実装される配線基板に電源電圧の平滑化のためのコンデンサを別途設ける必要がなく、配線基板に実装される部品の点数を削減することができ、配線基板を含む装置のサイズを小さくすることができる。
請求項6に記載の発明は、前記コンデンサは、貫通コンデンサであることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置である。
貫通コンデンサは、積層コンデンサよりもESL(等価直列インダクタンス)が低い。そのため、高誘電率層に備えられるコンデンサ(貫通コンデンサ)を集積回路部品の直流電源ラインのバイパスコンデンサとして用いる場合に、高周波領域における優れたノイズバイパス効果(ノイズ除去性能)を発揮することができる。
請求項7に記載の発明は、前記高誘電率層は、複数の前記コンデンサを備えるとともに、前記コンデンサに1対1に対応して設けられ、その対応する前記コンデンサが接続されたグランド層を備えていることを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体装置である。
この構成によれば、複数のコンデンサに1対1に対応してグランド層が設けられ、各コンデンサが互いに異なるグランド層に接続されているので、1つのコンデンサの充放電に伴って、他のコンデンサのグランド電位が変動するのを防止することができる。そのため、各コンデンサのグランド電位を安定に保持することができる。
請求項8に記載の発明は、前記接続部は、前記樹脂層に貫通して形成されたスルーホールであることを特徴とする、請求項5ないし7のいずれかに記載の半導体装置である。
この構成によれば、樹脂層の一方側に低誘電率層を配置し、その反対側の他方側に高誘電率層を配置して、樹脂層に形成されたスルーホールを介して、低誘電率層の配線と高誘電率層のコンデンサとを接続することができる。このように、低誘電率層と高誘電率層とを樹脂層を挟んだ積層構造とすることにより、配線基板上における複合回路部品の占有面積を縮小することができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す図解的な断面図である。
半導体装置1は、たとえば、携帯電話機などの無線通信機器に備えられるRFモジュールである。この半導体装置1は、複合回路部品としての複合回路基板2と、この複合回路基板2に実装された集積回路部品(半導体チップ)3およびディスクリートコンデンサ4などの電子部品(以下総称するときには「電子部品3,4」という。)とを備えている。
複合回路基板2は、3〜100程度の低い誘電率を有する低誘電率層5と、1000〜5000程度の高い誘電率を有する高誘電率層6とを、樹脂層7を挟んで積層した構造を有している。
低誘電率層5には、抵抗およびインダクタンスを含む配線8が作り込まれている。また、低誘電率層5の樹脂層7に接合される面と反対側の面には、集積回路部品3およびディスクリートコンデンサ4などの電子部品を収容するための凹状のキャビティ9が形成されている。キャビティ9の底面には、配線8と電気的に接続されたバンプ10やパッド11が形成されている。たとえば、バンプ10を利用して、集積回路部品3がフリップチップ実装される。また、パッド11を利用して、ディスクリートコンデンサ4が半田実装される。電子部品3,4の電子部品の実装後、キャビティ9内は、それらの電子部品とともに樹脂により封止される。
高誘電率層6には、複数のコンデンサ12と、各コンデンサ12と1対1に対応して、各コンデンサ12が接続されるグランド層13とが作り込まれている。コンデンサ12は、たとえば、積層コンデンサよりもESL(等価直列インダクタンス)が低い3端子貫通コンデンサの構造を有している。また、高誘電率層6の樹脂層7に接合される面と反対側の面には、この半導体装置1が実装される配線基板との接続のための外部接続端子14が形成されている。グランド層13は、配線基板上のグランドラインに接続される外部接続端子14に接続されている。そして、グランド層13には、コンデンサ12の1つの端子が接続されている。コンデンサ12の他の1つの端子は、配線基板上の電源ラインに接続される外部接続端子14と電気的に接続され、残りの1つの端子は、次に述べるスルーホール15に接続されている。
樹脂層7は、低誘電率層5と高誘電率層6とに挟まれて、これらと機械的に接続されている。また、樹脂層7には、低誘電率層5、高誘電率層6および樹脂層7の積層方向に貫通して、低誘電率層5の配線8と高誘電率層6のコンデンサ12とを電気的に接続するためのスルーホール15が形成されている。
このような構造の複合回路基板2は、次のようにして作成される。まず、低誘電率層5、高誘電率層6および樹脂層7がそれぞれ独立に作成される。低誘電率層5は、低い誘電率を有するセラミックスまたは樹脂からなる複数枚の誘電体シートに、配線8の材料をプリントし、また、貫通孔に配線8の材料を埋め込み、それらの誘電体シートを多層に積層して得られる積層体を焼成することにより作成される。一方、高誘電率層6は、高い誘電率を有するセラミックスからなる誘電体シートに、コンデンサ12の各極板またはグランド層13の材料をプリントし、また、貫通孔にコンデンサ12とグランド層13もしくはスルーホール15との接続配線またはグランド層13と外部接続端子14との接続配線の材料を埋め込み、それらの誘電体シートを多層に積層して得られる積層体を焼成することにより作成される。また、セラミックスとの接合性に優れた樹脂材料を用いて、スルーホール15を有する樹脂層7が形成される。次いで、低誘電率層5と高誘電率層6との間に樹脂層7を挟み込み、これらの積層体を加熱および加圧することにより、低誘電率層5および高誘電率層6を樹脂層7に接合させる。これにより、複合回路基板2を得ることができる。
このように、低誘電率層5と高誘電率層6とが個別に独立して作成されるため、低誘電率層5の材料と高誘電率層6の材料との組み合わせに、低誘電率層5および高誘電率層6を同時焼成する場合のような制約がない。そのため、低誘電率層5の材料として、従来の複合回路基板に用いられていた材料よりも低い誘電率を有する材料を用いることができる。また、高誘電率層6の材料として、従来の複合回路基板に用いられていた材料よりも高い誘電率を有する材料を用いることができる。これにより、低誘電率層5の低誘電率化および高誘電率層6の高誘電率化を図ることができる。
低誘電率層5の低誘電率化を図ることによって、低誘電率層5に備えられる配線8間のクロストークノイズを低減することができる。その結果、配線8の幅および配線8の間隔を狭めることができ、複合回路基板2を小型化することができる。
一方、高誘電率層6の高誘電率化を図ることによって、高誘電率層6に備えられるコンデンサ12の容量を増大させることができる。たとえば、高誘電率層6の誘電率が4000であり、そのサイズが1.6×0.8mmであれば、コンデンサ12の容量を1μFとすることができる。そのため、そのコンデンサ12を、集積回路部品3に供給される電源電圧の平滑化のためのコンデンサとして使用することができる。したがって、複合回路基板2が実装される配線基板に電源電圧の平滑化のためのコンデンサを別途設ける必要がなく、配線基板に実装される部品の点数を削減することができ、配線基板を含む装置のサイズを小さくすることができる。
また、コンデンサ12が3端子貫通コンデンサであるので、そのコンデンサ12を集積回路部品3の電源ラインのバイパスコンデンサとして用いる場合に、高周波領域における優れたノイズバイパス効果(ノイズ除去性能)を発揮することができる。
さらに、各コンデンサ12に1対1に対応してグランド層13が設けられ、各コンデンサ12が互いに異なるグランド層13に接続されているので、1つのコンデンサ12の充放電に伴って、他のコンデンサ12のグランド電位が変動するのを防止することができる。そのため、各コンデンサ12のグランド電位を安定に保持することができる。
なお、各グランド層13は、高誘電率層6の作成時に同じ誘電体シート上に形成されて、高誘電率層6の厚み方向に同じ位置に設けられてもよいし、異なる誘電体シート上に形成されて、高誘電率層6の厚み方向に異なる位置に設けられてもよい。高誘電率層6の厚み方向に異なる位置に設けられる場合、各グランド層13のサイズを大きくすることができ、グランド電位をより安定に保つことができる。
また、この実施形態では、樹脂層7の一方側に低誘電率層5を配置し、その反対側の他方側に高誘電率層6を配置して、樹脂層7に形成されたスルーホール15を介して、低誘電率層5の配線8と高誘電率層6のコンデンサ12とが接続されている。このように、低誘電率層5と高誘電率層6とを樹脂層7を挟んだ積層構造とすることにより、配線基板上における複合回路基板2の占有面積を縮小することができる。
なお、樹脂層7上に低誘電率層5および高誘電率層6が横並びに配置された構成が採用されてもよい。たとえば、図2に示すように、樹脂層7上に、環状に形成された高誘電率層6を配置し、その高誘電率層6の内側に低誘電率層5を配置して、樹脂層7に形成された接続配線16を介して、低誘電率層5の配線と高誘電率層6のコンデンサ12との電気的な接続を達成する構成が採用されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す図解的な断面図である。 この発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成(樹脂層上に低誘電率層および高誘電率層が並置された構成)を示す図解的な断面図である。
符号の説明
1 半導体装置
2 複合回路基板
3 集積回路部品
4 ディスクリートコンデンサ
5 低誘電率層
7 樹脂層
9 キャビティ
12 コンデンサ
13 グランド層
15 スルーホール

Claims (8)

  1. 電子部品を配置するためのキャビティを有し、このキャビティに配置される電子部品と電気的に接続される配線を備える低誘電率層と、
    前記低誘電率層とは独立して作成され、コンデンサを備える高誘電率層と、
    前記低誘電率層および前記高誘電率層と機械的に接続され、前記配線と前記コンデンサとを電気的に接続するための接続部を有する樹脂層とを含むことを特徴とする、複合回路部品。
  2. 前記コンデンサは、貫通コンデンサであることを特徴とする、請求項1に記載の複合回路部品。
  3. 前記高誘電率層は、複数の前記コンデンサを備えるとともに、前記コンデンサに1対1に対応して設けられ、その対応する前記コンデンサが接続されたグランド層を備えていることを特徴とする、請求項1または2に記載の複合回路部品。
  4. 前記接続部は、前記樹脂層に貫通して形成されたスルーホールであることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の複合回路部品。
  5. 集積回路部品と、
    前記集積回路部品を配置するためのキャビティを有し、このキャビティに配置される前記集積回路部品と電気的に接続される配線を備える低誘電率層と、
    前記低誘電率層とは独立して作成され、コンデンサを備える高誘電率層と、
    前記低誘電率層および前記高誘電率層と機械的に接続され、前記配線と前記コンデンサとを電気的に接続するための接続部を有する樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置。
  6. 前記コンデンサは、貫通コンデンサであることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記高誘電率層は、複数の前記コンデンサを備えるとともに、前記コンデンサに1対1に対応して設けられ、その対応する前記コンデンサが接続されたグランド層を備えていることを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体装置。
  8. 前記接続部は、前記樹脂層に貫通して形成されたスルーホールであることを特徴とする、請求項5ないし7のいずれかに記載の半導体装置。
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