JP3490851B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロストリップ
線路を用いた回路基板、及びチップ実装を用いた半導体
装置と実装方法に関するものであり、特に準ミリ波〜ミ
リ波領域で使用する高周波半導体装置およびその集積回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信分野の進展は著しく、扱
う周波数帯もマイクロ波帯からミリ波帯へとより高い周
波数への展開が図られている。それに伴ってこれらの通
信機器に用いられるトランジスタの高速化も著しく、最
近ではヘテロ接合化合物半導体トランジスタなどで１０
０ＧＨｚを越えるカットオフ周波数をもつデバイスが実
現されている。ところが、このようなマイクロ波〜ミリ
波の高周波になると、トランジスタ特性もさることなが
ら、回路実現のための実装方法が問題になる。たとえば
実装工程を経た後に寄生容量や寄生インダクタンスが新
たに生じることが多く、これらの寄生成分が通信機器に
与える影響は周波数に比例して大きくなるため、高周波
になればなるほどこれら寄生リアクタンス成分を小さく
抑える必要がある。また、マイクロ波〜ミリ波の周波数
帯を扱う通信機器においては、回路を構成する部材間に
存在する接続要素等の寸法が波長に対して無視できない
大きさとなるので、設計時には構成要素の物理的寸法を
十分考慮する必要が生じる。また、当然のことながら、
受動素子や線路などの回路部品には極めて正確な精度が
要求される。

【０００３】このような問題に対処しながら、低コスト
・高性能で、かつ応用範囲の広い準ミリ波〜ミリ波半導
体集積回路を実現するための従来技術として、文献「電
子情報通信学会1994年秋季大会講演論文集第39項」等に
示されるＭＦＩＣ(Millimeter-wave Flip-chip IC)と呼
ばれる技術が提案されている。この技術はマイクロバン
プボンディング法（以下ＭＢＢ法と書く）とよばれるフ
リップチップ実装技術を用いて寄生効果を抑えたＩＣ
（モジュール）技術であり、半導体プロセスの精密性・
量産性を活かしながら設計自由度をも確保し、高性能な
ミリ波帯ＩＣを低コストで実現できるのが特徴である。

【０００４】図１３は、このＭＦＩＣの構造の一部を示
す断面図である。同図において、符号と部材の関係は以
下の通りである。５５０は回路基板、５００はＳｉ等の
基板、５０１は基板５００の主面上に形成されたＡｕ膜
からなる接地導体膜、５０２はＳｉＯ２膜からなる誘電
体膜、５０３は誘電体膜５０２上に導電性材料を堆積し
た後パターニングして形成された第１の配線導体膜をそ
れぞれ示す。上記第１の配線導体膜５０３，接地導体膜
５０１及び誘電体膜５０２によりマイクロストリップ線
路が構成されている。なお、５０４は第１の配線導体膜
５０３中の電極パッドを示す。また、回路基板５５０上
の配線導体膜５０３中には、ＮｉＣｒからなる抵抗体膜
５０９が介設されている。また、回路基板５５０上に
は、第１の配線導体膜５０３を下部電極とし、ＳｉＮか
らなる層間絶縁膜５１０を容量部とし、Ａｕからなる第
２の配線導体膜５１１を上部電極とするＭＩＭ構造のキ
ャパシタ５１２が形成されている。さらに、誘電体膜５
０２の一部に形成されたバイアホールに上記第２の配線
導体膜５１１を構成する金属が埋め込まれてなる埋め込
み部材５１３が設けられており、この埋め込み部材５１
３を介して第２の配線導体膜５１１が接地導体膜５０１
に接続されている。

【０００５】そして、回路基板５５０には、化合物半導
体等で構成された高周波トランジスタを内蔵する半導体
チップ５０８が主面側を下方に向けた状態でフリップチ
ップ接続されている。すなわち、半導体チップ５０８の
主面側には電極パッド５０７が設けられており、この電
極パッド５０７と回路基板５５０上の電極パッド５０４
とがマイクロバンプ５０６を介して接続されている。

【０００６】なお、半導体チップ５０８と回路基板５５
０との間には光硬化性絶縁樹脂５０５が介在しており、
この光硬化性絶縁樹脂５０５により半導体チップ５０８
が回路基板５５０上に固定され、かつ光硬化性絶縁樹脂
５０５の収縮力によりマイクロバンプ５０６による接続
状態が強固なものとなっている。このようなフリップチ
ップ実装法はＭＢＢ法とよばれ、実装後のバンプの高さ
が数μｍ以下と非常に小さくでき、かつ信頼性が高いの
が特徴である。

【０００７】以上のように、ＭＦＩＣはＭＢＢ法による
フリップチップ実装技術を利用することにより、マイク
ロバンプ５０６の厚みを数μｍ以下にすることができる
ので、マイクロバンプ５０６が介在することによる寄生
インダクタンスは極めて低いレベル（数ｐＨ）に抑える
ことができ、ミリ波帯においても十分使用できる。ま
た、ＭＦＩＣ内のマイクロストリップ線路は半導体プロ
セスを用いて作製できるので、アルミナ基板等の上に印
刷技術を応用して配線を行う通常のハイブリッドＩＣに
比べてはるかに高精度のパターニングが実現できる。す
なわち、図１３に示されるように、半導体プロセスでマ
イクロストリップ線路だけでなく抵抗体やＭＩＭキャパ
シタのような受動素子を基板上に集積することが可能で
ある。さらに、同じく半導体プロセスを用いるＭＭＩＣ
(Millimeter-wave Monoloithic IC)に比べても、ＭＦＩ
Ｃにおいては、受動回路を化合物半導体基板上ではなく
Ｓｉ等の安価な基板上に形成できるので大幅な低コスト
化が可能になる。

【０００８】しかし、ＭＦＩＣでは薄膜誘電体膜を用い
てマイクロストリップ線路を用いるために、マイクロス
トリップ線路の損失が比較的大きくなるという問題があ
った。そこで、文献「電子情報通信学会1996年総合大会
講演論文集エレクトロニクス１巻第７８項」等に示され
るように、マイクロストリップ線路を構成する誘電体膜
５０２にＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機膜を用
いるという技術が提案されている。ＢＣＢは液状の原材
料を基板表面にスピンコートしてベーキングするという
簡単な工程で誘電体膜を容易に形成できる。しかも、Ｂ
ＣＢ膜の誘電損失はＣＶＤ等で作製したＳｉＯ２に比べ
て１桁近く低く、ＳｉＯ２より厚い膜（１０μｍ以上）
が容易に作製できる。膜厚が厚ければ同一インピーダン
スを実現する線路幅が広くなるので、線路の抵抗成分が
小さくなり、損失が低減する。すなわち、ＢＣＢを用い
ることでＭＦＩＣ基板の生産性が大きく向上するだけで
なく、誘電損失も導体損失も減らすことができ、ＭＦＩ
Ｃのマイクロストリップ線路の損失を大きく低減するこ
とができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＢＣＢ
膜等の有機樹脂膜を用いたＭＦＩＣによると上記の問題
は解決できるが、以下に示すような新たな問題が発生す
る。

【００１０】第１の問題は、抵抗体膜が断裂することで
ある。ＭＦＩＣ基板上の抵抗体はＮｉＣｒ等の金属薄膜
を所望の抵抗値になるようにパターンニングして形成さ
れるが、その厚さは後述する理由により数１０ｎｍ〜数
１００ｎｍと非常に薄い。一方、その下部にある有機樹
脂は熱伝導率が低く、熱が逃げにくい性質を持ってい
る。従って実使用状態で抵抗体膜に電流を流して抵抗が
発熱した際、熱が逃げにくいため抵抗体下方の有機樹脂
膜の温度が局部的に上昇する。この温度上昇により有機
樹脂膜が熱膨張して厚みが増すために、薄く堅い抵抗体
膜の発熱する中央部が下から押し上げられる形になり、
つまり抵抗体膜が曲げ応力を受ける。また、一般的に有
機樹脂の熱膨張率は大きいので、抵抗体が引っ張り応力
を受ける。このような曲げ応力や引っ張り応力によっ
て、抵抗体が断裂を起こしてしまうという問題があっ
た。

【００１１】我々の実験では、例えば厚みが２６μｍの
ＢＣＢ膜の上に大きさ５０μｍ×５０μｍ、厚さ１００
ｎｍのＮｉＣｒ膜で抵抗体膜を形成した場合、わずか数
ｍＡの電流を流すと断線してしまうことが分かった。抵
抗体膜の膜厚を厚くすることで断裂を起こしにくくする
ことも考えられるが、そうすると抵抗体膜のシート抵抗
値が小さくなってしまうため同じ抵抗値を実現するのに
長いパターンが必要になる。ところが、抵抗体膜の長さ
があまりに長くなるとインダクタンスなどの寄生成分の
増加を招いてしまうので、膜厚増加には限度がある。

【００１２】第２の問題も、有機樹脂膜の放熱性の悪さ
に起因する半導体チップの温度上昇の問題である。ＭＦ
ＩＣのたとえばパワーアンプ等への応用を考えた場合、
パワーアンプの最高電力値を上昇させるのに、半導体チ
ップからの発熱をどれだけ放熱できるかが大きな鍵とな
るが、従来の半導体装置のごとくフェースダウンで実装
された半導体チップの下方に熱伝導率が低い有機樹脂膜
が存在していると、熱が放散せず、半導体装置チップの
温度が過上昇して、トランジスタ等の特性を悪化させる
おそれがあった。

【００１３】本発明の第１の目的は、抵抗体膜の発熱を
効率よく放散させる手段を講じることより、抵抗の断裂
のない、信頼性の高い回路基板を提供することにある。

【００１４】本発明の第２の目的は、ＭＦＩＣ基板の構
成および実装方法を改良することにより、実装チップの
放熱特性を向上させ、パワーアンプのように大電力を扱
うことのできるＭＦＩＣを実現することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の回路基板は、少
なくとも一部に接地用導体部を有する基板と、上記接地
用導体部の上に形成された有機樹脂膜からなる誘電体膜
と、上記誘電体膜の少なくとも一部の上に形成された上
記誘電体膜よりも熱抵抗が小さい層間絶縁膜と、上記層
間絶縁膜の上に形成された導体又は半導体からなる発熱
性膜と、上記発熱性膜に接続され上記誘電体膜及び上記
接地用導体部と共にマイクロストリップ線路を構成する
配線導体膜と、上記誘電体膜と上記層間絶縁膜との間で
上記層間絶縁膜を挟んで上記発熱性膜と対抗するように
形成され、上記誘電体膜よりも熱伝導率の高い導電性材
料からなる放熱用導体膜とを備えている。

【００１６】これにより、発熱性膜から発生した熱は放
熱用導体膜全体から広い範囲に拡散されるので、熱の局
部集中が緩和される。そして、局所的な熱の集中が緩和
されることにより誘電体膜の局部的な膨張が抑制される
ので、発熱性膜に作用する曲げ応力等が小さくなり、抵
抗の断裂が防止される。

【００１７】上記放熱用導体膜を、上記発熱性膜の熱を
発生する部分の下方となる領域を含みかつ当該領域より
も広くしておくことにより、さらに広い範囲に熱を拡散
させることができる。

【００１８】上記放熱用導体膜は、上記接地用導体部に
接続されていることにより、発熱性膜で発生した熱がよ
り大きなヒートシンクとなる接地導体部に逃がされるの
で、熱の拡散作用をさらに高めることができる。

【００１９】上記放熱用導体膜を、配線としても機能さ
せることにより、放熱用導体膜の利用性が高くなる。

【００２０】上記配線導体膜を上部電極とし、上記層間
絶縁膜を容量部とし、上記放熱用導体膜を下部電極とす
るＭＩＭキャパシタをさらに備えることにより、キャパ
シタのために必要な導体膜を利用して放熱用導体膜を形
成できるので、放熱用導体膜を別途設ける工程が不要と
なり、製造コストの増大が抑制される。

【００２１】上記誘電体膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブ
テン）、ポリイミド、アクリルのうち少なくともいずれ
か１つにより構成されていることにより、損失の少ない
マイクロストリップ線路が得られる。そして、これらの
有機樹脂からなる誘電体膜は熱伝導率が低いので、発熱
性膜の下地となる部分では、局部的熱膨張を生じて発熱
性膜の断裂を招きやすいが、上記各請求項の作用によ
り、発熱性膜の断裂が防止される。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【発明実施の形態】（第１の実施形態） 第１の実施形態は、放熱用導体膜によって発熱性膜で発
生した熱を広い範囲に放散させるようにした回路基板の
構造に関するものである。

【００２７】図１（ａ）は、第１の実施形態に係る回路
基板５０の一部を示す断面図である。図１（ａ）におい
て符号と部材の関係は以下の通りである。１はＳｉやガ
ラス等からなる基板、２は基板１の上に形成された例え
ばＡｕからなる接地導体膜、３はＢＣＢ（ベンゾシクロ
ブテン）からなる第１の誘電体膜としてのＢＣＢ膜、４
はＢＣＢ膜３の上にたとえばＴｉ，Ａｕを積層してなる
放熱用導体膜、５は放熱用導体膜４の上に形成され後述
の抵抗体膜と放熱用導電膜４とを電気的に絶縁するため
の例えばシリコン酸化膜からなる第２の誘電体膜として
の層間絶縁膜、６は所定の抵抗値になるようにパターニ
ングされた例えばＮｉＣｒからなる発熱性膜である抵抗
体膜、７は例えばＴｉ，Ａｕを積層してなる配線導体膜
である。上記配線導体膜７と、ＢＣＢ膜３と、層間絶縁
膜５と、接地導体膜２とによりマイクロストリップ線路
が構成されている。また、配線導体膜７と抵抗体膜６と
は任意の２カ所において互いに接続されており、抵抗体
膜６のうち配線導体膜との２つの接続部の間の領域が実
質的に抵抗体Ｒ１として機能している。以下、この領域
を実質抵抗部という。

【００２８】本実施形態では、抵抗体膜６の下方に薄い
層間絶縁膜５を挟んで放熱用導体膜４が設けられている
ので、抵抗体膜６に電流が流れて発熱を生じた場合、こ
の熱は放熱用導体膜４全体からその周囲に速やかに拡散
されるため、ＢＣＢ膜３が局所的に急激な温度上昇する
ことがない。すなわち、抵抗体膜６の下地膜となってい
るＢＣＢ膜３は熱伝導率が低いので、抵抗体膜６で発生
した熱によってＢＣＢ膜３が局所的に加熱されると、そ
の部分だけが急激に熱膨張するために抵抗体膜６に局部
的に大きな応力（特に曲げ応力）が作用して、抵抗体膜
６が断裂するおそれがある。しかし、本実施形態のごと
く、抵抗体膜６の下方において層間絶縁膜５とＢＣＢ膜
３との間に放熱用導体膜４を介在させることにより、抵
抗体膜６から下方に伝導する熱が速やかに広範囲に拡散
してしまうので、放熱性に乏しいＢＣＢ膜３への熱の局
所集中を緩和することができ、ＢＣＢ膜３の局部的な熱
膨張を抑制することができる。よって、抵抗体膜６に作
用する曲げ応力等が小さくなり、抵抗体膜６の断裂を有
効に防止することができる。

【００２９】本実施形態の効果を顕著にするために、つ
まり抵抗体膜６の熱を速やかに放熱用導体膜４に伝える
ためには、層間絶縁膜５の厚さを電気的絶縁性を保てる
範囲内でできる限り薄くしておくことが好ましい。ま
た、層間絶縁膜５の厚みが薄いことは、層間絶縁膜５自
体の熱膨張により抵抗体膜６にストレスを与えないため
にも好ましい。

【００３０】また、平面的に見たときの放熱用導体膜４
の存在範囲は、抵抗体膜６の実質抵抗部と少なくとも一
致する領域、できれば実質抵抗部を含みさらに広い領域
であることが好ましく、放熱用導体膜４をこのように広
く形成することによって、抵抗体膜６から発する熱を有
効に放熱することができる。

【００３１】次に、図１（ｂ）は、第１の実施形態の変
形例に係る回路基板５０の構造を示す断面図である。図
１（ｂ）に示すように、基板１の上には、接地導体膜２
と、ＢＣＢ膜３と、放熱用導体膜４と、層間絶縁膜５
と、抵抗体薄膜６と、３つの部分７ａ，７ｂ，７ｃから
なる配線導体膜７とが形成されている。これらの部材を
構成する材料は図１（ａ）に示す回路基板５０について
すでに説明したものとほぼ同じであるが、層間絶縁膜５
については、後述するキャパシタの容量を考慮して誘電
率の高いシリコン窒化膜により構成することが好ましい
場合もある。

【００３２】図１（ｂ）に示す構造の特徴は、ＢＣＢ膜
３の上において、放熱用導体膜４と配線導体膜７ｂとが
埋め込み部材９を介して接続されており、放熱用導体膜
４の一部が配線としても機能するように構成されている
点と、配線導体膜７ｃを上部電極とし層間絶縁膜５を容
量部とし放熱用導体膜４を下部電極とするキャパシタＣ
１が構成されている点である。なお、上記図１（ａ）に
示す回路基板５０の構造と同様に、放熱用導体膜４の上
方において、層間絶縁膜５の上に抵抗体膜６が形成され
ており、両端でそれぞれ配線導体膜７ａ，７ｂに接続さ
れている。

【００３３】図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す回路基板
５０の等価回路図である。図１（ｂ），１（ｃ）に示す
ように、配線導体膜７の２つの点Ｘ−Ｙ間に抵抗素子Ｒ
１とキャパシタＣ１とが介設された構造となっている。

【００３４】本実施形態では、放熱用導体膜４が抵抗体
膜６の発熱を放散する機能を有するとともに、ある部分
では配線として機能し、他のある部分ではキャパシタの
下部電極として機能している。したがって、放熱用導体
膜の利用用途の拡大を図ることができる。

【００３５】なお、変形例を含む本実施形態では接地導
体膜２の上に第１の誘電体膜としてＢＣＢ膜３を設けて
いるが、本発明は斯かる実施形態に限定されるものでは
なく、ＢＣＢ膜３の代わりに、熱伝導率の低い材質例え
ば有機樹脂などからなる誘電体膜を設けた場合にも、放
熱用導体膜を設けることにより、上方の発熱性膜の断裂
を防止するという効果が得られる。これは、後述の各実
施形態についても同様である。

【００３６】また、変形例を含む本実施形態及び後述の
第２〜第５の実施形態において、発熱性膜は抵抗体とし
て機能させるために設けたものに限定されるものではな
い。配線や電極として使用すべく設けた導体膜において
も、材質や形状によって全体あるいは局部的に大きな熱
を生じることがあり、その場合にも本発明の放熱用導体
膜を設けることで、下地の局部的な熱膨張による当該導
体膜自身の断裂を有効に防止することができる。

【００３７】さらに、変形例を含む本実施形態及び後述
の第２の実施形態において、層間絶縁膜５が基板上の全
面に形成されているが、必ずしも層間絶縁膜が全面に形
成されている必要はなく、図１（ａ）に示す断面以外の
部分において、配線導体膜７と、ＢＣＢ膜３と、接地導
体膜２とによりマイクロストリップ線路が構成されてい
てもよいものとする。

【００３８】また、後述の第２の実施形態においても同
様であるが、抵抗体膜６と放熱用導体膜４との間に介設
される層間絶縁膜５の材質は、シリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜に限定されるものではない。ただし、この層間
絶縁膜５（第２の誘電体膜）の材質は、第１の誘電体膜
（ＢＣＢ膜３）よりも高い熱伝導率を有していることが
好ましい。

【００３９】（第２の実施形態） 第２の実施形態は、発熱性膜からの熱を放熱用導体膜か
ら広く拡散するとともに、熱伝導を利用してさらに効果
的に熱を逃すようにした回路基板の構造に関するもので
ある。

【００４０】図２は、第２の実施形態に係る回路基板５
０の一部を示す断面図である。図２に示すように、本実
施形態に係る回路基板５０の構造は、上記第１の実施形
態における図１（ａ）に示す回路基板５０の構造とほぼ
同じであるが、本実施形態に係る回路基板５０の特徴
は、放熱用導体膜８と接地導体膜２とが埋め込み部材８
により接続されている点である。すなわち、ＢＣＢ膜３
に形成された接続孔内に放熱用導体膜４を構成するＴ
ｉ，Ａｕが埋め込まれており、この埋め込み部材８を介
して放熱用導体膜４と接地導体膜２とが熱伝導率の高い
材料からなる埋め込み部材８により接続されていること
になる。図２に示す回路基板５０のその他の部分の構造
は、図１（ａ）についてすでに説明した通りなので、図
２については説明を省略する。

【００４１】上述の第１の実施形態では、抵抗体膜６か
らの発熱を放熱用導体膜４全体から広い範囲に放散する
ことでＢＣＢ膜３への熱の局所集中を防ぎ、局所的なＢ
ＣＢ膜３の熱膨張を防止するものであったが、本実施形
態では、上記第１の実施形態よりも一歩進んで、この熱
をさらに迅速に外部に逃がしてしまうものである。すな
わち、放熱用導体膜４がさらに大きなヒートシンクとな
る接地導体膜２に接続されているため、放熱用導体膜４
に伝わった熱は速やかにこのヒートシンクに逃がされ、
抵抗体膜６付近のＢＣＢ膜３の温度上昇はほとんど起こ
らない。すなわち、基板１にＳｉや金属等の熱伝導率の
高い材料を用いるといっそう効果的である。

【００４２】（第３の実施形態） 第３の実施形態は、上述の第１，第２の実施形態におけ
る回路基板の構造よりも簡単な構造で、上述の第１，第
２の実施形態と同等あるいはそれ以上の放熱効果を得る
ための回路基板の構造に関するものである。

【００４３】図３は、第３の実施形態に係る回路基板５
０の一部を示す断面図である。図３において符号と部材
の関係は、第１の実施形態における図１に示す関係と同
様である。ただし、本実施形態では第１および第２の実
施形態で用いた放熱用導体４も、これと抵抗体膜６を絶
縁する層間絶縁膜５も設けられていない。つまり、ＢＣ
Ｂ膜３と抵抗体膜６及び配線導体膜７とは直接接触して
いる。そして、本実施形態の特徴は、抵抗体膜６の直下
方におけるＢＣＢ膜３の厚みが他に比べて薄くなった凹
部１０が形成されており、この凹部１０におけるＢＣＢ
膜３の上に抵抗体膜６が形成されている点である。すな
わち、この薄くなった部分を介して抵抗体膜６の発熱を
速やかに接地導体膜２に逃がすように構成されている。

【００４４】本実施形態では、発熱性膜である抵抗体膜
６と接地導体膜２とを近接させたことにより、第１、第
２の実施形態において用いた放熱用導体膜の機能を接地
導体膜２が果たすため、より簡単な構造で上記各実施形
態と同様の効果を得ることができる。

【００４５】本実施形態において、抵抗体膜６の直下方
におけるＢＣＢ膜３の厚さは、熱が速やかに接地導体膜
に伝わるようにできる限り薄いことが好ましい。また、
抵抗体膜６の直下方におけるＢＣＢ膜３の厚みが薄いこ
とにより、ＢＣＢ膜３の熱膨張した部分と熱膨張してい
ない部分との厚みの差が小さくなるので、ＢＣＢ膜３の
局部的な熱膨張によって抵抗体膜６が受ける曲げ応力等
も低減される。

【００４６】（第４の実施形態） 第４の実施形態は、第３の実施形態と同様の効果を別の
構成で実現しようとするものである。

【００４７】図４は第４の実施形態に係る回路基板５０
の一部を示す断面図である。図４に示すように、本実施
形態の回路基板５０の構造は、上記第３の実施形態にお
ける図３に示す回路基板５０の構造において、抵抗体膜
６の直下方におけるＢＣＢ膜３を除去するとともに、抵
抗体膜６と接地導体膜２との間にシリコン窒化膜からな
る層間絶縁膜１２を介在させたものである。すなわち、
抵抗体膜６で発生した熱を層間絶縁膜１２を介して接地
導体膜２に逃すようにしている。

【００４８】本実施形態では、第３の実施形態に比べ、
発熱性膜である抵抗体膜６と接地導体膜２との間に層間
絶縁膜１２のみを介在させているので、この層間絶縁膜
１２を構成するための材料としてＢＣＢ膜３よりも熱伝
導率の高い絶縁材料を選択して（本実施形態ではシリコ
ン窒化膜）使用することで、第３の実施形態に係る回路
基板５０の構造よりもさらに高い放熱効果を発揮するこ
とができる。また、層間絶縁膜１２の材質を自由に選ぶ
ことができるため、より薄膜化が容易となり、この第２
の誘電体膜を薄くすることにより第３の実施形態よりも
効果的に放熱することが可能になる。

【００４９】（第５の実施形態） 第５の実施形態は、発熱性膜である抵抗体膜の下方をト
ンネル状にすることにより熱放散機能を高めるようにし
た回路基板の構造に関する。図５（ａ）及び図５（ｂ）
は、本実施形態における回路基板５０の２つのタイプを
示す断面図である。いずれの場合にも、シリコン，ガラ
ス等からなる基板１の上にＡｕ等からなる接地導体膜２
が形成され、さらに接地導体膜２の上にＢＣＢ膜３が形
成されている点は同じである。

【００５０】ここで、図５（ａ）に示すタイプの回路基
板５０においては、ＢＣＢ膜３の一部に凹部が形成さ
れ、抵抗体膜６は凹部を跨いで両端でＢＣＢ膜３に支持
されるように形成されている。そして、抵抗体膜６は、
その両端部において抵抗体膜の上にオーバーラップして
形成されている配線導体膜７ａ，７ｂに接続されてい
る。つまり、この２つの接続部の間の領域において抵抗
体膜６の下方にトンネル部２０が形成されている。

【００５１】また、図５（ｂ）のタイプの回路基板５０
においては、抵抗体膜６がその両端部で配線導体膜７
ａ，７ｂの上にオーバーラップするように形成されてい
る。つまり、ＢＣＢ膜３の上面はフラットに形成されて
いるが、抵抗体膜６の下方において配線導体膜の存在し
ない部分がトンネル部２０となっている。

【００５２】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す２つのタ
イプの回路基板５０のいずれにおいても、発熱性膜であ
る抵抗体膜６の下方がトンネル部２０となっていて、Ｂ
ＣＢ膜３そのものが存在しないので、ＢＣＢ膜３の局部
的な加熱による熱膨張が極めてわずかであり、かつ局部
的な熱膨張が生じても抵抗体膜６がされによって曲げ応
力等を受けることがない。したがって、ＢＣＢ膜３の局
部的な熱膨張による抵抗体膜６の断裂を確実に防止する
ことができる。

【００５３】次に、図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照しな
がら、上記図５（ｂ）に示す回路基板５０の製造工程の
概略的に説明する。

【００５４】まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ，ガ
ラス等からなる基板１の上にＡｕ等を全面に堆積して接
地導体膜２を形成し、接地導体膜２の全面上にＢＣＢ膜
３を２６μｍ程度の厚みで形成する。そして、ＢＣＢ膜
３の上にＡｕ等の膜を堆積した後これをパターニングし
て、所定の距離を隔てて２つの部分７ａ，７ｂに分かれ
る配線導体膜７を形成する。さらに、その上にフォトレ
ジスト膜を堆積した後これをエッチバックして、２つの
配線導体膜７ａ，７ｂの間に埋め込みフォトレジスト膜
２１を残す。

【００５５】次に、図６（ｂ）に示すように、基板の全
面上にＮｉＣｒ膜を堆積した後これをパターニングし
て、配線導体膜７ａ，７ｂ及び埋め込みフォトレジスト
膜２１に跨る抵抗体膜６を形成する。このとき、抵抗体
膜６は両端部で配線導体膜７ａ，７ｂに接続された状態
となっている。

【００５６】次に、図６（ｃ）に示すように、埋め込み
フォトレジスト膜２１をリフトオフ法により選択的に除
去することにより、抵抗体膜２０の下方にトンネル部２
０を形成する。

【００５７】なお、図５（ａ）のタイプの回路基板５０
は、上記図６（ａ）〜６（ｃ）に示す製造工程とほぼ同
様の製造工程によって形成される。すなわち、あらかじ
めＢＣＢ膜の一部に凹部を形成し、その凹部にフォトレ
ジスト膜を埋め込んだ後、抵抗体膜を形成し、さらに、
抵抗体膜の上に配線導体膜を形成するという手順により
形成することができる。

【００５８】（第６の実施形態） 第６の実施形態以下の実施形態は、回路基板上に半導体
チップをフリップチップ実装するようにした半導体装置
の構成において、半導体チップの放熱特性を向上するた
めの構成に関するものである。

【００５９】図７は、第６の実施形態に係る半導体装置
の一部を示す断面図である。図７において符号と部材の
関係は以下の通りである。回路基板５０において、１は
Ｓｉ，ガラス等からなる基板、２は基板１の上に形成さ
れた例えばＡｕからなる接地導体膜、３はＢＣＢ膜、１
０４ａ、１０４ｂはボンディング用の電極パッドであ
り、中央の電極パッド１０４ｂは、図７に示す断面以外
の部分において、誘電体膜３上のたとえばＴｉ，Ａｕの
積層膜で構成される配線導体膜に接続されている。この
配線導体膜は、誘電体膜３、接地導体膜２とともにマイ
クロストリップ線路を構成している。また、図中両端の
電極パッド１０４ａは、ＢＣＢ膜３に形成された接続孔
にＡｕ等の金属を埋め込んでなる埋め込み部材２００を
介して接地導体膜２に接続されている。この埋め込み部
材２００を介して電極パッド１０４ａと接地導体膜２と
が電気的に接続されていると同時に、ＢＣＢ膜３上で電
極パッド１０４ａが機械的にも安定に固定されている。

【００６０】一方、回路基板５０上に搭載される半導体
チップ１０８は大電力用トランジスタが内蔵されてい
る。半導体チップ１０８には、接地用の電極パッド１０
７ａと、回路基板５０上の受動素子との接続用の電極パ
ッド１０７ｂが設けられており、この電極パッド１０７
ａ，１０７ｂと回路基板５０上の電極パッド１０４ａ，
１０４ｂとの間に、それぞれ接続用のマイクロバンプ１
０６が介在している。そして、半導体チップ１０８は、
マイクロバンプ１０６を介して、例えば図示はしていな
いが光硬化型樹脂の収縮力を利用したフリップチップ実
装法により回路基板５０に接続されている。

【００６１】本実施形態の特徴は、上記埋め込み部材２
００，電極パッド１０４ａ及びマイクロバンプ１０６に
より、半導体チップ１０８で発生した熱を接地導体膜２
に逃すための放熱用部材が構成されている点である。す
なわち、本実施形態では、半導体チップ１０８の接地用
の電極パッド１０７ａはマイクロバンプ１０６を介して
基板上の電極パッド１０４ａに接続され、この電極パッ
ド１０４ａは埋め込み部材２００を介して接地導体膜２
に接続されているので、通電時の半導体チップ１０８か
らの発熱は、埋め込み部材２００を介して速やかに接地
導体膜２に逃がされる。ＭＢＢ法で実装した場合、マイ
クロバンプ１０６の厚みは５μｍ以下程度に非常に薄く
できるので、電極パッド１０７ａから接地導体膜２に至
る経路全体の熱抵抗を小さくすることは容易であり、放
熱効率は極めて良い。特に、基板をＳｉ等の放熱にすぐ
れた材料を用いることで、さらに効率よく放熱すること
が可能になる。このような構成とすることで、従来応用
が難しいとされていたパワーアンプ等の大電力を扱う回
路もＭＦＩＣで実現することが可能になる。パワーアン
プに使用されるＧａＡｓ基板は放熱性が悪いことから、
ＧａＡｓ基板上にパワートランジスタを搭載した半導体
装置においては、従来ＧａＡｓ基板の裏面を冷却板に接
続する構造を採っているが、本実施形態のように主面側
の接地用電極パッド１０７ａを介して半導体チップ内の
熱を接地用導体膜に逃す構成を採ることで、容易にＭＦ
ＩＣ化を図ることができる。

【００６２】なお、図７に示す構造では、回路基板５０
の埋め込み部材２００がマイクロバンプ１０６の直下方
に位置しているが、本発明は斯かる構造に限定されるも
のではなく、埋め込み部材２００は回路基板５０の電極
パッド１０４ａにさえ接続されいれば、熱伝導により半
導体チップ１０８からの熱を接地導体膜に逃すことがで
きる。

【００６３】図８（ａ）は、マイクロバンプ１０６と埋
め込み部材２００との中心の平面位置が食い違っている
場合の回路基板５０の平面図である。このような構造で
も、接地用の電極パッド１０４ａの下方に形成された埋
め込み部材２００を介して、半導体チップ１０８の熱が
接地導体膜１０２に逃されることがわかる。ただし、熱
を効果的に逃すには、図８（ａ）に示すように、マイク
ロバンプ１０６と埋め込み部材２００とが平面的に見て
オーバーラップしていることが好ましい。

【００６４】なお、本実施形態及び後述の各実施形態に
おいて、信号用の電極パッド１０７ｂと回路基板５０上
の信号用電極パッド１０４ｂとの間にはマイクロバンプ
１０６が介在しているが、本発明の効果を発揮する上で
両者間にマイクロバンプは必ずしも必要ではなく、直接
電極パッド同士が接続されていてもよい。

【００６５】また、図８（ｂ）は半導体チップ１０８の
構造例を示す平面図である。同図に示されるように、パ
ワートランジスタは、ゲート電極，ドレイン電極及びソ
ース電極により構成されている。そして、図７中の電極
パッド１０７ａは図８（ｂ）に示すソース電極に接続さ
れるソースパッドであり、図７中の電極パッド１０７ｂ
は図８（ｂ）に示すドレイン電極に接続されるドレイン
パッドである。なお、ゲート電極に接続されるゲートパ
ッドは図７には図示されていない。

【００６６】（第７の実施形態） 図９は、第７の実施形態に係る半導体装置の一部を示す
断面図である。図９において符号と部材の関係は埋め込
み部材兼バンプ２０１を除き図７と同じである。本実施
形態では、ＢＣＢ膜３に形成された接続孔に埋め込む金
属膜を厚めにしてＢＣＢ膜３の上面よりも上方に突出す
る埋め込み部材兼バンプ２０１を形成しておき、半導体
チップ１０８をフリップ実装したときに、信号接続用の
電極パッド１０７ｂがマイクロバンプを介して回路基板
５０上の電極パッド１０４ｂに接続されると同時に、接
地用の電極パッド１０７ａが埋め込み部材兼バンプ２０
１に接続されるようにしたものである。すなわち、本実
施形態では、この埋め込み部材兼バンプ２０１により、
放熱用部材が構成されている。

【００６７】本実施形態では、上記第６の実施形態にお
ける埋め込み部材２００，電極パッド１０４ａ及びマイ
クロバンプ１０７ａが一体化された埋め込み部材兼バン
プ２０１を設けた構造となっているので、第６の実施形
態と同様の効果をより簡易なプロセスで得ることができ
る。

【００６８】なお、電極パッド１０７ｂ−１０４ｂ間に
設けるマイクロバンプ１０６を弾力性のある材料で構成
することにより、半導体チップ１０８と回路基板５０と
の間の３カ所における接触を確保するための各部の高さ
の調整は容易となる。

【００６９】（第８の実施形態） 図１０は、第８の実施形態に係る半導体装置の一部を示
す断面図である。図１０において符号と部材の関係は放
熱・接地用支持体２１０を除き図７と同じである。本実
施形態では、接地導体膜２のうち半導体チップ１０８の
接地用の電極パッド１０７ａの下方となる部分の上に、
接地と放熱のための導電性材料からなる支持体２１０を
形成する。そして、この支持体２１０を形成した後、Ｂ
ＣＢ膜３を塗布する。支持体２１０の厚みをＢＣＢ膜３
と電極パッド１０４ｂとの合計厚みと同じ程度にしてお
くことで、他の電極と同時にマイクロバンプを介してフ
リップチップ実装できる。

【００７０】本実施形態では、横断面積の大きい導電性
材料からなる支持体２１０を設けることで、第６および
第７の実施形態よりもさらに強固で安定なチップの支持
と熱放散が可能になる。

【００７１】（第９の実施形態） 図１１は、第９の実施形態に係る半導体装置の一部を示
す断面図である。図１１において符号と部材の関係は接
地導体膜２の凸部２１１を除き図１０と同じである。本
実施形態では、半導体チップ１０８の接地用電極パッド
１０７ａの下方となる部分に凸部２１１を有する接地導
体膜２を形成した後、接地導体膜２の凸部２１１の周囲
にＢＣＢ膜３を塗布する。

【００７２】本実施形態では、第６の実施形態における
埋め込み部材２００または第８の実施形態における放熱
・接地用の支持体２１０を、より簡易な方法で実現する
ものである。すなわち、本実施形態では放熱・接地用支
持体が必要となるべき部分の接地導体膜を予め厚く形成
しておき、これを放熱・接地用支持体として用いること
により、第６の実施形態における接続孔及び埋め込み部
材の形成工程や、第８の実施形態における開口及び支持
体を形成する工程が不要となるので、第６、第８の実施
形態と同様の効果を、より簡単なプロセスで実現でき
る。

【００７３】（第１０の実施形態） 図１２は第１０の実施形態に係る半導体装置の一部を示
す断面図である。図９において符号と部材の関係は以下
の通りである。１はＳｉやガラス等からなる基板、２は
基板１の上に形成された例えばＡｕからなる接地導体
膜、３はＢＣＢ膜、３１はＢＣＢ膜３の一部に形成され
た開口部、１０３はＢＣＢ膜３上に例えばＴｉ，Ａｕを
積層して形成された配線導体膜である。上記配線導体膜
１０３，誘電体膜３及び接地導体膜２によりマイクロス
トリップ線路が構成されている。また、１０４ｂはＢＣ
Ｂ膜３の上に形成された電極パッドであり、配線導体膜
１０３に接続されている。

【００７４】ここで、本実施形態の特徴は、主面上に高
周波トランジスタやパワートランジスタを有する半導体
チップ１０８が、主面を上方に向けた状態で回路基板５
０上に搭載されており、半導体チップ１０８と回路基板
５０との間を接続するための配線接続用チップ２２０が
フェースダウンで回路基板５０上にフリップチップ接続
されている点である。すなわち、半導体チップ１０８の
裏面と回路基板５０の接地導体膜２とが接しており、半
導体チップ１０８内のトランジッスタに接続される信号
用の電極パッド１０７ｂが半導体チップ１０８の主面側
に形成されている。配線接続用チップ２２０は例えば半
導体により構成されていて、配線接続用チップ２２０の
上には、配線導体膜２２１と、この配線導体膜２２１に
接続される電極パッド２２２ａ，２２２ｂとが設けられ
ている。そして、回路基板５０上の信号用の電極パッド
１０４ｂと配線接続用チップ２２０上の電極パッド２２
２ｂとの間、及び半導体チップ１０８上の信号用の電極
パッド１０７ｂと配線接続用チップ２２０上の電極パッ
ド２２２ａとの間は、マイクロバンプ１０６を介してそ
れぞれ接続されている。すなわち、回路基板５０上の電
極パッド１０４ｂと半導体チップ１０８上の電極パッド
１０７ｂが、配線接続用チップ２２０上の配線導体膜２
２１を利用して接続されていることになる。

【００７５】本実施形態では、熱を発生する半導体チッ
プ１０８が接地導体膜２に直接接しているので、半導体
チップ１０８で発生する熱の放熱効果を大幅に向上させ
ることができる。しかも、半導体チップ１０８と回路基
板５０上の配線導体膜１０３とは、フリップチップ実装
される配線接続用チップ２２０を介して接続されている
ので、インダクタとなるワイヤを使用する必要もなくな
り、フリップチップ接続による優れた高周波特性を得る
ことができる。また、配線接続用チップ２２０上の配線
２２１は、回路基板５０の接地導体膜２に対しマイクロ
ストリップ線路を構成しているので、ワイヤボンドやリ
ボンボンドで電極を接続するのとは異なり、ＭＦＩＣの
特徴であるインピーダンスの乱れのない良好な高周波接
続が可能になる。一方、配線導体膜２２１のインピーダ
ンスは、ＢＣＢ膜３の厚み、マイクロバンプ１０６の厚
み等を考慮することによって設計できる。特に、ＭＢＢ
法のようなマイクロバンプの厚みの小さいフリップチッ
プ実装技術を用いることで、より正確な設計が可能にな
る。

【００７６】なお、本実施形態では設けていないが、半
導体チップ１０８中にＰＨＳ（バイアホールに金属を埋
め込んだヒートシンク）を形成すればさらに高い放熱効
果を得ることができる。

【００７７】なお、本実施形態では配線接続用チップ２
２１上には配線導体膜２２１のみを設けたが、この配線
接続用チップ２２１上に小信号トランジスタやマッチン
グ回路等を搭載することで、より高機能なＭＦＩＣが実
現できる。

【００７８】

【発明の効果】本発明の回路基板によれば、抵抗体膜等
の発熱性膜を有する回路基板又はこの回路基板を利用し
た半導体装置において、発熱性膜からの発熱を拡散させ
る手段を講じたので、発熱による局所的な誘電体膜の熱
膨張が抑えられ、抵抗体膜の断裂を防止することができ
る。

【００７９】本発明の半導体装置によれば、回路基板上
に半導体チップを搭載してなる半導体装置において、半
導体チップから速やかに接地導体部へ放熱させる手段を
講じたので、パワーアンプのように大電力を扱うＭＦＩ
Ｃを容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る回路基板の一部を示す断
面図，その変形例に係る回路基板の一部を示す断面図及
びその等価回路図である。

【図２】第２の実施形態に係る回路基板の一部を示す断
面図である。

【図３】第３の実施形態に係る回路基板の一部を示す断
面図である。

【図４】第４の実施形態に係る回路基板の一部を示す断
面図である。

【図５】第５の実施形態に係るブリッジ上の抵抗体を設
けた２種類の半導体装置の一部を示す断面図である。

【図６】第５の実施形態のうちの１つの回路基板の製造
工程を示す断面図である。

【図７】第６の実施形態に係る半導体装置の一部を示す
断面図である。

【図８】第６の実施形態に係る半導体装置の埋め込み部
材とマイクロバンプとの中心位置をずらせた変形例に係
る半導体装置及び半導体チップの平面図である。

【図９】第７の実施形態に係る半導体装置の一部を示す
断面図である。

【図１０】第８の実施形態に係る半導体装置の一部を示
す断面図である。

【図１１】第９の実施形態に係る半導体装置の一部を示
す断面図である。

【図１２】第１０の実施形態に係る半導体装置の一部を
示す断面図である。

【図１３】従来のＭＦＩＣの一部を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 接地導体膜（接地導体部） ３ ＢＣＢ膜（誘電体膜） ４ 放熱用導体膜 ５ 層間絶縁膜 ６ 抵抗体膜（発熱性膜） ７ 配線導体膜 ８ 埋め込み導体部 １０ 凹部 １２ 層間絶縁膜 ２０ トンネル部 ２１ 埋め込みフォトレジスト膜 ５０ 回路基板 １０４ａ 接地用電極パッド １０４ｂ 信号用電極パッド １０５ 光硬化性樹脂 １０６ マイクロバンプ １０７ａ 接地用電極パッド １０７ｂ 信号用電極パッド １０８ 半導体チップ １１１ 上部電極 ２００ 埋め込み部材 ２０１ 埋め込み部材兼バンプ ２１０ 支持体 ２１１ 凸部 ２２０ 配線接続用チップ ２２１ 配線導体膜 ２２２ａ，２２２ｂ 電極パッド

フロントページの続き (72)発明者 井上 薫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 西井 勝則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 吉田 隆幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−74285（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31972（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/01 H01L 23/12 H01L 23/36 H01P 3/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部に接地用導体部を有する
   基板と、 上記接地用導体部の上に形成された有機樹脂膜からなる
   誘電体膜と、 上記誘電体膜の少なくとも一部の上に形成された上記誘
   電体膜よりも熱抵抗が小さい層間絶縁膜と、 上記層間絶縁膜の上に形成された導体又は半導体からな
   る発熱性膜と、 上記発熱性膜に接続され上記誘電体膜及び上記接地用導
   体部と共にマイクロストリップ線路を構成する配線導体
   膜と、 上記誘電体膜と上記層間絶縁膜との間で上記層間絶縁膜
   を挟んで上記発熱性膜と対抗するように形成され、上記
   誘電体膜よりも熱伝導率の高い導電性材料からなる放熱
   用導体膜とを備えていることを特徴とする回路基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回路基板において、 上記放熱用導体膜は、上記発熱性膜の熱を発生する部分
   の下方となる領域を含みかつ当該領域よりも広いことを
   特徴とする回路基板。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の回路基板におい
   て、 上記放熱用導体膜は、上記接地用導体部に接続されてい
   ることを特徴とする回路基板。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の回路基板にお
   いて、 上記放熱用導体膜は、配線としても機能することを特徴
   とする回路基板。
5. 【請求項５】 請求項１，２又は３記載の回路基板にお
   いて、 上記配線導体膜を上部電極とし、上記層間絶縁膜を容量
   部とし、上記放熱用導体膜を下部電極とするＭＩＭキャ
   パシタをさらに備えていることを特徴とする回路基板。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５記載の回
   路基板において、 上記誘電体膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリ
   イミド、アクリルのうち少なくともいずれか１つにより
   構成されていることを特徴とする回路基板。