JP2009295862A - 高周波樹脂パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ内に搭載される部品の実装性や親回路基板等の他の基板への実装性がよく、放熱性に優れる高周波樹脂パッケージを得ること。
【解決手段】本発明の高周波樹脂パッケージ８は、半導体チップ３と、平板形状を呈し、略平坦な面とされて半導体チップが搭載されたチップ搭載面１ａと、チップ搭載面の他方面側であって略平坦な面とされて入出力端子が形成された端子面１ｂと、を備える樹脂基板１と、チップ搭載面側で樹脂基板を覆うとともに、半導体チップを収容するキャビティ部４ａが形成された樹脂多層キャップ４と、を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子部品を搭載し、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波回路が搭載される高周波樹脂パッケージに関するもので、特に、小型化、高密度化に寄与するとともに実装性に優れた高周波樹脂パッケージに関するものである。

近年、通信用の送受信装置やレーダ装置の多機能化、高性能化のために、フェーズドアレイアンテナ方式の適用が進んでいる。フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子で送受信される高周波信号の位相を制御することでアンテナの指向方向を変えるもので、構成上、各アンテナ素子に対応する送受信用増幅器や移相器をパッケージングした多数の送受信モジュールが必要となる。一方、これらの装置には、高機能化、高性能化に加え、低価格化、小型化の要求が同様に高まっており、とりわけ、限られたスペースに多数使用する送受信モジュール用の高周波樹脂パッケージでは、小型化、高密度化、高放熱性および製造性の良さが求められている。

特許文献１においては、金属カバーで覆われた回路基板上に回路部品を搭載するとともに、回路基板の底面にキャビティ部としての凹部を形成し、該凹部に回路部品を実装し、回路基板の凹部が形成された側の底面を親回路基板に対向させて実装されるハイブリッドモジュールにおいて、凹部の底面にはグランド電極を形成し、凹部の壁面にはグランド電極と接続する金属膜を形成し、凹部の底面にはグランド電極と接続する金属壁を立設しており、回路部品に発生する熱を金属膜及び金属壁を介して効率的に親回路基板に放熱するようにしている。

特開２０００−１８３４８８号公報

このような回路基板の基材としてセラミックを用いた多層基板が用いられる。セラミックを用いた多層基板は、絶縁材であるセラミックシートと導電材である導電性ペーストを重ね合わせ、同時に焼成を行って製造される。セラミックシートと導電性ペーストとの両者の焼成時の収縮率の差異から、焼成時に内部応力が発生する。この内部応力は基板内の絶縁材や導体の分布が不均一であったり、構造的に弱い部分があったりする場合に、基板の反りや凹凸等の変形の原因となる。

特許文献１に記載の回路基板は回路部品を実装する凹部（キャビティ部）が形成されているため、基板内の絶縁材や導電材の分布が不均一である。また、キャビティ部の側壁部分は構造的に脆弱である。したがって、回路基板の焼成時に生じる内部応力により、回路基板に反りや凹凸等の変形が生じやすい。

回路基板の反りや凹凸は、キャビティ部に半導体チップを実装する際や、回路基板を親回路基板に実装する際に接続不良を招くとういう課題がある。また、回路基板の反りや凹凸により、半導体チップと回路基板との密着性や、回路基板と親回路基板との密着性が不足して放熱効率の低下を招くという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パッケージ内に搭載される部品の実装性や親回路基板等の他の基板への実装性がよく、放熱性に優れる高周波樹脂パッケージを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の高周波樹脂パッケージは、半導体チップと、平板形状を呈し、略平坦な面とされて半導体チップが搭載されたチップ搭載面と、チップ搭載面の他方面側であって略平坦な面とされて入出力端子が形成された端子面と、を備える樹脂基板と、チップ搭載面側で樹脂基板を覆うとともに、半導体チップを収容するキャビティ部が形成された樹脂多層キャップと、を有する。

この発明によれば、回路基板としての樹脂基板のチップ搭載面と端子面が略平坦な面であるため、構造的な脆弱性を抑えて樹脂基板の変形を抑えることができる。また、チップ搭載面と端子面が略平坦な面であり変形も少ないので、樹脂基板と半導体チップ及び回路基板と親回路基板等の他の基板との密着性がよく、実装性及び放熱性に優れた高周波樹脂パッケージが得られる。

以下に、本発明にかかる高周波樹脂パッケージの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。高周波樹脂パッケージ８は、樹脂基板１、半導体チップ３、樹脂多層キャップ４を有して構成されている。

樹脂基板１は、平板形状を呈する板状の部材であり、図１において、親回路基板９上に実装されている。樹脂基板１は、略平坦な面とされて半導体チップ３が実装されるチップ搭載面１ａを備える。チップ搭載面１ａの他方面側は、略平坦な面とされて金属バンプ（突起電極）１０ａが形成された端子面１ｂを備える。金属バンプ１０ａは、高周波樹脂パッケージ８が親回路基板９へ実装される際の入出力端子として機能する。樹脂基板１のチップ搭載面１ａと端子面１ｂとが略平坦な面とされているので、構造的な脆弱部がなく、樹脂基板１の製造工程において焼成した際に反りや凹凸等の変形が生じにくく、焼成後もチップ搭載面１ａ及び端子面１ｂの平面度を高く保つことができる。

樹脂基板１には、チップ搭載面１ａ側と端子面１ｂ側を電気的に接続可能とする複数のビアホール６ａが形成されている。複数のビアホール６ａのうち、半導体チップ３が搭載される位置に形成されたビアホール６ａは、半導体チップ３の搭載位置から端子面１ｂ側に向けて貫通している。端子面１ｂ側におけるビアホール６ａの末端位置は、金属バンプ１０ａが形成される位置に対応しており、ビアホール６ａと金属バンプ１０ａは電気的に接続される。樹脂基板１の内部には導体配線７ａが敷設されている。導体配線７ａは、樹脂基板１の内部でビアホール６ａ同士を接続する。樹脂基板１の端子面１ｂが親回路基板９に対して加熱圧着されて高周波樹脂パッケージ８が親回路基板９に実装される。

なお、樹脂基板１の基板素材としてＢＴレジンやＥＬ２３０等の低価格材料を用いれば、高周波樹脂パッケージ８の製造コストを抑制することができる。

半導体チップ３は、樹脂基板１のチップ搭載面１ａに実装される。半導体チップ３の樹脂基板と対向する面は略平坦な面となっており、金属バンプ１０ｂが形成されている。この金属バンプ１０ｂは、半導体チップ３がチップ搭載面１ａに配置された際に、樹脂基板１に形成されたビアホール６ａの末端位置に対応するように形成されている。

半導体チップ３は、樹脂基板１のチップ搭載面１ａ上に配置した状態で加熱圧着することで実装される。加熱圧着により、半導体チップ３に形成された金属バンプ１０ｂとビアホール６ｂの末端とが電気的に接続される。金属バンプ１０ｂと接続されるビアホール６ｂは、半導体チップ３の搭載位置から樹脂基板１の端子面１ｂに向けて貫通しているので、半導体チップ３で発生した熱を効率よく親回路基板９側に放熱させることができる。

樹脂多層キャップ４は、樹脂基板１のチップ搭載面１ａを覆うとともに、半導体チップ３を収容するキャビティ部（凹部）４ａが形成されている。キャビティ部４ａの周囲は、チップ搭載面１ａと対向して略平坦な面とされた周縁部４ｂとなっている。

樹脂多層キャップ４には、周縁部４ｂから内部に向けてビアホール６が形成されている。また、樹脂多層キャップ４の内部には導体配線７ｂが敷設されている。導体配線７ｂは、ビアホール６ｂ同士を接続する。また、周縁部４ｂには、ビアホール６の末端に対応する位置に接続部としての金属バンプ１０ｃが形成されている。金属バンプ１０ｃは、樹脂多層キャップ４を樹脂基板１のチップ搭載面１ａ上に配置した際に、樹脂基板１に形成されたビアホール６ｂの末端に対応する位置に形成されている。樹脂多層キャップ４は、半導体チップ３が実装された樹脂基板１に対して加熱圧着等により取り付けられる。

上記説明のように構成された本実施の形態１に係る高周波樹脂パッケージ８では、親回路基板９と半導体チップ３がビアホール６ａ，６ｂ及び導体配線７ａ，７ｂを介して接続され、親回路基板９からの入出力信号及び半導体チップ３の入出力信号をビアホール６ａ，６ｂ及び導体配線７ａ，７ｂを介して伝送する。

樹脂基板１のチップ搭載面１ａは略平坦な面とされているので、半導体チップ３を加熱圧着した際に、半導体チップ３に形成された複数の金属バンプ１０ｂに対して均等に圧着力が加わるため、バンプ実装の実装性や信頼性に優れる。また、金属バンプ１０ｂを介して半導体チップ３を実装することで、半導体チップ３の周辺にボンディングワイヤ用のスペースを必要とせず、高周波樹脂パッケージ８の小型化や高密度化が可能となる。

また、樹脂基板１のチップ搭載面１ａが略平坦な面であり、かつ樹脂多層キャップ４の周縁部４ｂが略平坦な面であるため、周縁部４ｂに形成された複数の金属バンプ１０ｃに均等に圧着力が加わるためバンプ実装性や信頼性に優れる。したがって、樹脂多層キャップ４の周縁部４ｂに多数の金属バンプ１０ｃを形成しても、その金属バンプ１０ｃと樹脂基板１に形成されたビアホール６ａとを確実に接続することができる。

また、周縁部４ｂに多数の金属バンプ１０ｃを形成し、その金属バンプ１０ｃに合わせて導体配線７ｂを敷設すれば、樹脂多層キャップ４の内部に何重にも導体配線７ｂを敷設することができる。これにより、樹脂基板１側の導体配線７ａを減らすことができ、樹脂基板１の厚さを薄くすることができる。樹脂基板１の導体配線７ａを減らすことで、樹脂基板１における樹脂及び導体配線の分布の偏在を抑えることができる。したがって、樹脂基板１を焼成した際に、より一層変形しにくくすることができ、チップ搭載面１ａ及び端子面１ｂの平面度を高く保つことができる。

また、樹脂基板１の端子面１ｂが略平坦な面とされているので、端子面１ｂに形成された複数の金属バンプ１０ａに均等に圧着力が加わるためパンプ実装性や信頼性に優れる。また、端子面１ｂと親回路基板９との密着性もよく、放熱性にも優れる。樹脂基板１の端子面１ｂ全体に金属バンプ１０ａを形成することができるため、高周波樹脂パッケージ８と親回路基板９との接続数の増加に容易に対応可能となり、高周波樹脂パッケージ８の小型化や高密度化にも寄与することができる。

実施の形態２.
図２は、この発明の実施の形態２に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。図１と同一又は相当する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態２では、樹脂多層キャップ４のキャビティ部４ａに抵抗やコンデンサ等のチップ部品１１が実装されている。キャビティ部４ａにチップ部品１１を実装することで、高周波樹脂パッケージ８のより一層の小型化や高密度化が可能となる。

実施の形態３.
図３は、この発明の実施の形態３に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。図２と同一または相当する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態３では、樹脂基板１の内部に平行平板コンデンサ（受動回路）１２が内蔵され、樹脂多層キャップ４の内部にスパイラルインダクタ（受動回路）１３が内蔵されている。

樹脂基板１及び樹脂多層キャップ４の内部に平行平板コンデンサ１２やスパイラルインダクタ１３を内蔵したので、チップ部品１１の数を削減でき、高周波樹脂パッケージ８のより一層の小型化や高密度化が可能となる。樹脂基板１は、反りや凹凸等の変形が少ないため、内蔵する平行平板コンデンサ１２やスパイラルインダクタ１３を形成する導体パターンや基板厚の寸法精度が良く、平行平板コンデンサ１２の容量値やスパイラルインダクタ１３のインダクタ値の高精度化を図ることができる。なお、本実施の形態３では、平行平板コンデンサ１２とスパイラルインダクタ１３を樹脂基板１と樹脂多層キャップ４とに分けて内蔵しているが、樹脂基板１又は樹脂多層キャップ４のいずれか一方に内蔵させてもよい。

実施の形態４.
図４は、この発明の実施の形態４に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。図３と同一または相当する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態４では、樹脂基板１のチップ搭載面１ａを樹脂多層キャップ４で覆った後に、キャビティ部４ａとチップ搭載面１ａとで形成される空間に樹脂１４を充填している。チップ搭載面１ａと樹脂多層キャップ４の間を樹脂１４により充填することにより、キャビティ部４ａ内の半導体チップ３やチップ部品１１の気密、保護ができるとともに、半導体チップ３の発生する熱が樹脂１４を介して樹脂基板１へ伝熱されるため、放熱性が良くなる。

以上のように、本発明にかかる高周波樹脂パッケージは、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波回路が搭載される高周波樹脂パッケージに関するもので、特に、高周波樹脂パッケージの小型化、高密度化及び実装性の向上に適している。

実施の形態１に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。 実施の形態２に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。 実施の形態３に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。 実施の形態４に係る高周波樹脂パッケージの断面構造を示す図である。

符号の説明

１ 樹脂基板
１ａ チップ搭載面
１ｂ 端子面
３ 半導体チップ
４ 樹脂多層キャップ
４ａ キャビティ部（凹部）
４ｂ 周縁部
６ａ，６ｂ ビアホール
７ａ，７ｂ 導体配線
８ 高周波樹脂パッケージ
９ 親回路基板
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 金属バンプ（突起電極）
１１ チップ部品
１２ 平行平板コンデンサ（受動回路）
１３ スパイラルインダクタ（受動回路）
１４ 樹脂

Claims (8)

1. 半導体チップが搭載される平坦なチップ搭載面と、該チップ搭載面の他方面側であって入出力端子が形成された平坦な端子面とを有する平板形状の樹脂基板と、
   前記チップ搭載面側で前記樹脂基板を覆うとともに、前記半導体チップを収容する凹部が形成された樹脂多層キャップと、を備え、
   前記樹脂多層キャップは、前記凹部の周縁部に前記樹脂多層キャップと前記樹脂基板とを電気的に接続する接続部を有することを特徴とする高周波樹脂パッケージ。
2. 前記接続部が、金属バンプであることを特徴とする請求項１に記載の高周波樹脂パッケージ。
3. 前記半導体チップは前記チップ搭載面と対向する面に金属バンプを備え、その金属バンプを介して前記チップ搭載面に搭載されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波樹脂パッケージ。
4. 前記樹脂基板の入出力端子が金属バンプであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の高周波樹脂パッケージ。
5. 前記樹脂基板には、前記チップ搭載面における前記半導体チップの下部から前記端子面に貫通するビアホールが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の高周波樹脂パッケージ。
6. 前記凹部にチップ部品を搭載したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の高周波樹脂パッケージ。
7. 前記樹脂基板又は前記樹脂多層キャップ内部のうち少なくともいずれか一方に受動回路を内蔵したことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の高周波樹脂パッケージ。
8. 前記凹部に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の高周波樹脂パッケージ。

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