JP3768880B2 - フリップチップ実装基板、製造方法及び無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子がフリップチップ実装された第１の回路基板と、その半導体素子が実装された主面に対向して第２の回路基板が配置されているフリップチップ実装基板、当該フリップチップ実装基板の製造方法及び当該フリップチップ実装基板を備えている無線装置に関し、特に放熱特性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の無線機器の小型軽量化が強く求められており、このため無線機器を構成する回路基板の小型軽量化が急務となっている。このような要請に応えるべくフリップチップ実装技術の開発が進められている。
例えば、特開平８−２５５９６５号公報にはＩＣチップをフリップチップ実装したマイクロチップモジュール組立体が開示されている。図９は従来公報に係るマイクロチップモジュール組立体の一断面を示した図である。図９に示すように、マイクロチップモジュール組立体５は、ＩＣチップ５２をフリップチップ実装されたシリコン基板５１を、ボール電極５３ａ、５３ｂを介してプリント基板５０上に実装したものであって、シリコン基板５１はＩＣチップ５２を実装した面がプリント基板５０に対向するように配置されている。
【０００３】
ボール電極５３ａ、５３ｂの高さはＩＣチップ５２の高さよりも大きくなっており、ＩＣチップ５２とプリント基板５０の間に空間が残されている。シリコン基板５１とプリント基板５０はボール電極５３ａ、５３ｂを介して電気的に接続されると共に、シリコン基板５１とプリント基板５０との間隙にはポリマ封入剤５４ａ〜５４ｃが流し込み熱処理によって充填、硬化されることにより密着強度を保ち、熱応力に対する信頼性を確保するようになっている。
【０００４】
以上のように上記公報に開示の技術によれば、シリコン基板を用いて実装面積を確保しつつ、シリコン基板とプリント基板とを合わせた回路基板全体の厚みを削減して、小型軽量化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無線機器においては特に送信側回路でＩＣチップの発熱が著しく、上記の構成を無線機器に適用すると回路の誤動作を招くという問題がある。このため、携帯電話のように、様々な状況での使用を想定した高い耐環境性を要求される機器にあっては、上記公報の技術によっては十分な品質を確保することができない。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、実装面積を確保しつつ全体として小型軽量化を図ることができる構成をとりながら、更に放熱効率を改善したフリップチップ実装基板、製造方法、および無線装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るフリップチップ実装基板は、半導体素子がフリップチップ実装されている第１の回路基板と、前記第１の回路基板の前記半導体素子がフリップチップ実装されている主面に対向して配置されている第２の回路基板とからなるフリップチップ実装基板であって、前記半導体素子と前記第２の回路基板とが導電性部材を介して接続されていることを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、実装面積を確保しつつ全体として小型軽量化を図ると共に、前記半導体素子が発する熱を前記第２の回路基板に伝導させて、放熱効率を改善することができる。なお、前記導電性部材は、半田ペーストまたは銀ペーストが固化されてなるのが望ましい。
また、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とは、離隔部材により、前記半導体素子の厚みよりも大きく離隔されているとすれば良く、更に、前記離隔部材は、前記半導体素子の厚みよりも大きな径を有するボール電極であって、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は当該ボール電極にて電気的に接続されているのが好適である。
【０００９】
前記第２の回路基板は、前記半導体素子に対向する部分にグランドパターンが形成されているとすれば、ノイズを防止するのに有効である。また、前記半導体素子は、前記導電性部材と接する部分において金メッキされているとすれば、半田がなじみやすく好適である。更に、前記半導体素子の前記第２の回路基板と対向する面のうち、発熱部分のみが前記導電性部材に接しているとしても良い。
【００１０】
前記半導体素子と前記第２の回路基板との間に、前記導電性部材よりも熱伝導性が高い金属部材が配設されており、当該金属部材は前記導電性部材にて支持されているとすれば、更に、放熱効果を向上させることができる。また、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とに挟まれた空間のうち、前記導電性部材以外の部分は樹脂が封入されているとすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができる。
また、本発明に係る製造方法は、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向する位置に導電性ペーストが被着される被着ステップと、前記半導体素子が前記導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、新たな製造設備の開発を必要とせず、既存の製造設備によって本発明のフリップチップ実装基板を製造することができるので、フリップチップ実装基板製造コストを低減することができる。
また、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第１の回路基板に前記離隔部材を接合する離隔部材接合ステップと、前記第２の回路基板上の前記離隔部材が接合されるべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に、前記第１の導電性ペーストよりも厚く第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、前記離隔部材が前記第１の導電性ペーストに接し、かつ、前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記第１の導電性ペーストと前記第２の導電性ペーストとが溶融、再固化される接合ステップとを含むとするのが望ましい。
【００１２】
このようにすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができると共に前記第２の導電性ペーストの厚みを調整することができる。
更に、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、前記第１の導電性ペースト上に金属板が載置される金属板載置ステップと、前記金属板上に第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含むとすれば好適である。
【００１３】
このようにすれば、前記半導体素子と前記第２の回路基板との間に、前記導電性部材よりも熱伝導性が高い金属部材が配設して、当該金属部材を前記導電性部材にて支持させることができるので、放熱効率を更に向上させることができる。
更に、前記接合ステップの後に、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間隙に樹脂を封入する樹脂封入ステップを含むとするのが望ましい。このようにすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができるので、回路基板を全体としてより丈夫なものとすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る無線装置は、上述のようなフリップチップ実装基板を備えていることを特徴とする。このようにすれば、フリップチップ実装基板の小型軽量化に伴って無線装置自体の小型軽量化も図ることができ、かつ、フリップチップ実装基板の放熱効率が高いので、前記半導体素子の過熱に起因する無線装置の誤動作を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
本発明に係る携帯電話装置の実施の形態について説明する。当該携帯電話装置には本発明に係るフリップチップ実装基板が適用されている。
【００１６】
（全体構成）
本実施の形態に係る携帯電話装置は、フリップチップを実装された回路基板であるフリップチップ実装基板に主たる特徴を有するので、外形についての説明は省略する。図１は、本実施の形態に係る携帯電話装置が備えているフリップチップ実装基板の外観を模式的に示した平面図である。図１に示されるように、フリップチップ実装基板１は多層のプリント基板１０上にＩＣチップ等の回路素子１５ａ〜１５ｑを高密度で実装した構成となっている。
【００１７】
プリント基板１０上には、回路素子１５ａ〜１５ｑの他にも、ヘッドセットを接続するためのジャック１４ａや、パーソナルコンピュータ等の機器との間でデータ通信をするためのコネクタ１４ｂ、或いは振動により着呼を報知するためのバイブレータ１２が実装されている。電極端子１３は、フリップチップ実装基板１に電力を供給する二次電池である電池パックを接続するための端子である。なお、当該電池パックは、コネクタ１４ｂに併設された電極端子（不図示）を介して携帯電話装置の外部から電力の供給を受けて蓄電する。
【００１８】
プリント基板１０のもう一方の面（不図示）にはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ユニットが装着されており、当該ＬＣＤユニットにより各種の表示を行う。また、この面には銅パターンにてキー電極が形成されており、不図示のキーボタンと組み合わされてキー入力を受け付ける。すなわち、キー電極とキーボタンとが接触するとキー電極とキーボタンとの間に電流が流れるので、この電流が検出されることによってキー入力が検出される。
【００１９】
また、プリント基板１０上には、本実施の形態に係る携帯電話装置の無線回路を実装したシリコン基板１１が接続されている。図２は、シリコン基板１１のプリント基板１０と対向する面の外観を模式的に示した平面図である。シリコン基板１１上には、無線送信用ＩＣチップ１１１ａや無線受信用ＩＣチップ１１１ｂ等がフリップチップ実装されている。この無線送信用ＩＣチップ１１１ａは携帯電話装置を構成する部材中で最も発熱量が多いことを特徴としている。
【００２０】
また、シリコン基板１１には、これらＩＣチップ１１１ａ〜１１１ｃの周辺回路の回路素子である抵抗素子や容量素子が集積されている。シリコン基板１１の周縁部にはボール電極１１２ａ〜１１２ｔが配設されている。ボール電極１１２ａ〜１１２ｔは半田製のボール電極であり、前記プリント基板１０上に形成された銅パターン（配線パターン）と接合されることによって、シリコン基板１１とプリント基板１０とを電気的に接続する。
【００２１】
また、ボール電極１１２ａ〜１１２ｔはシリコン基板１１に対しては公知のボールプレーサ法により実装される。例えば、シリコン基板１１のボール電極１１２ａ〜１１２ｔを実装される面にフラックスを塗布し、半田ボールを搭載した後、窒素雰囲気中で半田を溶融させ（リフロー工程）、シリコン基板１１を洗浄してフラックスを取り除いた後、乾燥させるといった方法によって、シリコン基板１１上にボール電極１１２ａ〜１１２ｔが実装される。
【００２２】
次にプリント基板１０とシリコン基板１１の接続状態について説明する。図３は、上記フリップチップ実装基板１について一点鎖線Ａ−Ａにおける断面を示した図であって、本発明に係るフリップチップ実装基板の構造を示した図である。図２中の一点鎖線Ａ−Ａは、図１の一点鎖線Ａ−Ａに対応する位置を示しており、ボール電極１１２ｇ、無線送信用ＩＣチップ（以下、単に「ＩＣチップ」という。）１１１ａおよびボール電極１１２ｔを横切っている。
【００２３】
さて、図３において、シリコン基板１１はボール電極１１２ｇ、１１２ｔを介してプリント基板１０に電気的に接続されており、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔはそれぞれ半田１８ａ、１８ｃによりプリント基板に半田付けされている。シリコン基板１１にはＩＣチップ１１１ａが微小な突起電極１１１ａ１ａ〜１１１ａ１ｇを介して電気的に接続されており、この接続はポリマ封入剤１１１ａ２を用いてＩＣチップ１１１ａをフリップチップ実装することによってなされている。
【００２４】
プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合される箇所にはそれぞれ半田付け可能な銅ランド１７ａ、１７ｃがパターニングされており、半田１８ａ、１８ｃによりボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されている。プリント基板１０上のＩＣチップ１１１ａと対向する箇所には同じく銅ランド１７ｂがパターニングされており、銅ランド１７ｂは半田１８ｂによりＩＣチップ１１１ａが半田付けされている。
【００２５】
プリント基板１０の銅ランドがパターニングされていない箇所は絶縁性の被膜１６ａ〜１６ｄによって被覆されており、回路の短絡が防止されるようになっている。当該被膜１６ａ〜１６ｄは絶縁性の塗料がプリント基板１０上に塗布されることにより形成される。
参考までに図３に係る各寸法を述べておく。シリコン基板１１の厚みは約３００μｍである。ボール電極１１２ｇ、１１２ｔの径はそれぞれ約５００μｍである。プリント基板１０からＩＣチップ１１１ａまでの距離は約３００μｍである。また、ＩＣチップ１１１ａからボール電極１１２ｇ、１１２ｔまでの距離は約１ｍｍ以上である。
【００２６】
さて、従来は、ＩＣチップ１１１ａとプリント基板１０の間に熱伝導率の低い樹脂材料が介在していたので、ＩＣチップ１１１ａが発生させた熱はなかなか外部へ放出されず、ＩＣチップ１１１ａが過熱のため誤動作する原因となっていた。これに対して、上述のようにＩＣチップ１１１ａとプリント基板１０との間に熱伝導率の高い半田１８ｂを介在させれば、ＩＣチップ１１１ａが発生させた熱が半田１８ｂを経由してプリント基板１０に向けて効率良く放熱される。
【００２７】
また、図３に示すように、プリント基板１０のシリコン基板１１と対向する側の面においては、ＩＣチップ１１１ａと対向する部分すべてに銅ランド１８ｂが形成されている。銅ランド１７ｂは接地されて、いわゆるグランドパターンとなっている。更に、半田１８ｂもグランド電位となっており、ＩＣチップの信号線にノイズが重畳するの防止する効果を有している。
【００２８】
また、言うまでもなく、ＩＣチップ１１１ａは、通常のＩＣチップと同様に、信号線をプリント基板１０側の面に露出させていないので、半田１８ｂによって回路の短絡が発生する心配はない。
（製造方法）
次に、上述のようにシリコン基板をプリント基板に接続したフリップチップ実装基板１の製造方法について説明する。図４は、当該製造方法の各ステップを示した模式図である。
【００２９】
先ず、図４（ａ）に示すように、プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されるべき箇所に半田付け可能な銅ランド１７ａ、１７ｃをパターニングする。また、ＩＣチップ１１１ａが接合されるべき箇所には同じく銅ランド１７ｂをパターニングする。このとき、併せて、銅ランド１７ａ〜１７ｃ上には金メッキを施しておく。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されるべき箇所にある銅ランド１７ａ、１７ｃ上に半田ペースト１８ａ、１８ｂを被着する。これは、例えば、スクリーン印刷によって行えば良い。すなわち、先ず、半田ペースト１８ａ、１８ｃを塗布すべき箇所の形状に合わせてアルミニウム板を打ち抜く。
【００３１】
当該アルミニウム板をプリント基板１０上の所定の位置に重ね合わせる。そして、そのアルミニウム板の上から半田ペーストを塗布した後、アルミニウム板を取り除ければ良い。なお、本実施の形態においては、半田ペースト１８ａ、１８ｂの厚みが１００μｍとなるように当該アルミニウム板の板厚は１００μｍとする。
【００３２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、プリント基板１０上のＩＣチップ１１１ａが接合されるべき箇所にある銅ランド１７ｂ上に、スクリーン印刷により、半田ペースト１８ｂを被着する。この被着についても、例えば、上記と同様にスクリーン印刷によれば良い。本実施の形態においては、半田ペースト１８ｂをＩＣチップ１１１ａに届かせるために、半田ペースト１８ｂの厚みを３００μｍとする必要がある。このため、前述のようにスクリーン印刷を行う場合には、アルミニウム板の板厚を３００μｍとするのが望ましい。
【００３３】
そして、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１１が、例えば、真空ピンセットにて把持され、プリント基板１０上の所定の位置に載置される。なお、シリコン基板１１には予めＩＣチップ１１１ａがフリップチップ実装されている。また、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔも予めシリコン基板１１に接合されている。このような状態で、リフロー工法により半田ペースト１８ａ〜１８ｃを溶融、再固化させると、最終的に、図２（ｅ）のようなフリップチップ実装基板が完成する。
【００３４】
このような製造方法によれば、既存の製造設備を活用して本発明に係るフリップチップ実装基板を製造し、延いてはフリップチップ実装基板１を製造することができる。従って、製造設備について新たな投資を要しないので、本実施の形態に係る携帯電話装置の製造コストを抑制して、安価な携帯電話装置を提供することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係る携帯電話装置について説明する。なお、本実施の形態に係る携帯電話装置は上記第1の実施の形態に係る携帯電話装置と概ね同様の構成を備えており、専らフリップチップ実装基板の構造に関してのみ異なっているので、以下においては第1の実施の形態に係る携帯電話装置との相違点、すなわちフリップチップ実装基板の構造について専ら説明する。
【００３６】
（全体構成）
本実施の形態に係るフリップチップ実装基板は、シリコン基板に実装されているＩＣチップが発生させた熱を、上記第１の実施の形態におけるよりも、更に効率よくプリント基板に伝導、放熱するために以下に述べるような構成をとっている。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の一断面を拡大して示した図である。フリップチップ実装基板２は、第１の実施の形態におけるのと同様に、ボール電極（不図示）を介してプリント基板２０にシリコン基板２１を接合した構造となっている。また、シリコン基板２１には無線送信用ＩＣチップ２１１ａが微小な突起電極２１１ａ１ａ〜２１１ａ１ｄを介してフリップチップ実装されている。
【００３８】
プリント基板２０上のＩＣチップ２１１ａと対向する箇所には半田付け可能な銅ランド２７ｂがパターニングされている。本実施の形態においては、銅ランド２７ｂとＩＣチップ２１１ａの間には銅板２９が配設されている。そして、ＩＣチップ２１１ａと銅板２９とは半田２７ｂによって接着されており、銅板２９と銅ランド２７ｂとは半田２８ｃによって接着されている。
【００３９】
このように銅ランド２７ｂとＩＣチップ２１１ａの間に銅板２９を配設すれば、銅は半田よりも熱伝導率が大きいので、ＩＣチップ２１１ａが発生させた熱を、第１の実施の形態におけるよりもさらに効率良く、プリント基板２０へ伝導させることができる。従って、フリップチップ実装基板２全体として放熱効率を向上させることができる。
【００４０】
（製造方法）
次に、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板の製造方法について説明する。図６は、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板の製造方法の各ステップを示した模式図である。
先ず、第１の実施の形態におけるのと同様に、プリント基板２０上のボール電極２１２ｇ、２１２ｔが接合されるべき箇所に半田付け可能な銅ランド２７ａ、２７ｃをパターニングし、ＩＣチップ２１１ａが接合されるべき箇所に同じく銅ランド２７ｂをパターニングする。そうしてパターニングした銅ランド２７ａ〜２７ｃ上に更に金メッキを施す（図６（ａ））。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、銅ランド２７ｂ上に半田ペースト２８ｃを被着する。これは、例えば、第１の実施の形態において説明したようなスクリーン印刷によって行なえば良い。そうして被着した半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置する（図６（ｃ））。この銅板２８は、リフロー工法により半田ペースト２８ｃが溶融、再固化されることによって、プリント基板２０に半田付けされる。
【００４２】
続いて、図６（ｄ）に示すように、銅ランド２７ａ、２７ｃ上に半田ペースト２８ａ、２８ｄを被着した後、銅板２９上に半田ペースト２８ｂを被着する（図６（ｅ））。これらの処理も、例えばスクリーン印刷によって行なえば良く、半田ペースト２８ａ、２８ｄと半田ペースト２８ｂとで異なる厚さのアルミニウム板を用いるとよい。このアルミニウム板の厚さは半田ペーストの厚さに合わせて決定する。
【００４３】
以上のようにしてプリント基板２０上に半田ペーストを被着した後、図６（ｆ）に示すように、シリコン基板２１が、例えば、真空ピンセットにて把持され、プリント基板２０上の所定の位置に合わせて載置される。なお、シリコン基板２１には予めＩＣチップ２１１ａがフリップチップ実装されており、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔも予め公知の手法にてシリコン基板１１に接合されている。
【００４４】
最後にリフロー工法により半田ペースト２８ａ、２８ｂ、２８ｄが溶融され、再固化されると、プリント基板２０とシリコン基板２１が結合されて、図６（ｇ）に示すようなフリップチップ実装基板が完成する。
このような製造方法によれば、第１の実施の形態におけるのと同様に、既存の製造設備を活用して本発明に係るフリップチップ実装基板を製造することができるので、製造設備について新たな投資を要することなくフリップチップ実装基板を製造できる。従って、フリップチップ実装基板の製造コストを抑制して、フリップチップ実装基板を採用した携帯電話を安価に提供することができる。
【００４５】
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１） 上記実施の形態においては、本発明を専ら携帯電話に適用する場合について説明したが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、IEEE802.11aやIEEE802.11b等の規格に準拠した無線ＬＡＮ装置やBluetooth（登録商標）等の仕様に従った無線装置等、無線通信回路を備え、かつ、小型化の要望がある無線装置に対して適用すれば、上記のように放熱効率を向上させるといった効果を奏することができる。
【００４６】
また、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）らにより制定された規格（PC Card Standard）に準拠した無線装置を提供するにあたっても本発明によれば、フリップチップ実装基板の高さを抑えつつ、放熱効率を向上させることができる。
（２） 上記実施の形態においては、シリコン基板とプリント基板はボール電極とＩＣチップとを介して接合されるとしたが、これに加えて次のようにしても良い。
【００４７】
図７は、本変形例に係る携帯電話のフリップチップ実装基板３の断面を示した図である。図７に示すように、本変形例に係るフリップチップ実装基板３は第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１と同様のフリップチップ実装基板を備えており、更にシリコン基板とプリント基板とがポリマ封入剤３９ａ〜３９ｄによって結合されている。このポリマ封入剤３９ａ〜３９ｄは、上記第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１に対してシリコン基板１１の周辺からポリマ封入剤を流し込み熱処理によって充填、硬化させられたものである。
【００４８】
かかるポリマ封入剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を用いるのが好適である。
このようにすれば、シリコン基板３１とプリント基板３０との密着強度を高めることができるので、フリップチップ実装基板３の機械的強度を向上させることができる。このことは、携帯電話のように高い耐環境性を要求されるような機器に本発明を適用する際に大きな効果を発揮する。
【００４９】
また、これと同様に、上記第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板に対しても、シリコン基板２１の周辺からポリマ封入剤を充填、硬化させれば、シリコン基板２１とプリント基板２０との密着強度を高めて、フリップチップ実装基板２の機械的強度を向上させることができる。
また、同様の変形例として、シリコン基板上に複数のＩＣチップが実装されている場合に、特に発熱量が大きいＩＣチップのみを半田にてプリント基板に接続するとしてもよいし、発熱量に関わらずすべてのＩＣチップをプリント基板に半田にて接続しても良い。勿論、シリコン基板上にＩＣチップが１つしか実装されていない場合に、当該ＩＣチップをプリント基板に半田にて接続しても良く、いずれも場合も本発明の効果を得ることができる。
【００５０】
（３） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップのプリント基板と対向する面の全体に亘って半田ペーストを接触させるとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、ＩＣチップの、トランジスタが形成されている箇所等、特に発熱量の大きく、従ってより放熱が必要となる箇所にのみ半田ペーストを接触させるとしても良い。図８は、本変形例に係るフリップチップ実装基板の断面を示した図である。図８に示すように、ＩＣチップ４１１ａの特に発熱量の大きい箇所にのみ半田ペースト４８ｂを接触させるとしても、ＩＣチップ４１１ａが発する熱を従来よりも効率よくプリント基板４０に伝導させて、放熱を図ることができる。
【００５１】
また、このようにすれば、半田ペースト４８ｂがＩＣチップ４１１ａやプリント基板４０に接触する面積を低減することができるので、半田ペースト４８ｂが本来接触すべきでない電極や配線パターンに誤って接触してしまい、回路の短絡が発生する可能性を低減することができる。従って、回路の短絡に起因する誤動作を防止してフリップチップ実装基板の品質を向上させることができる。
【００５２】
なお、本変形例においては半田ペーストの接触の有無に関わらず、上記の実施の形態と同様に、プリント基板４６のシリコン基板４０と対向している主面のうち、ＩＣチップ４２と対向する部分全体に亘って銅ランド４４ｂが形成されている。このようにすることにより、上記の実施の形態におけるのと同様にＩＣチップ４２の動作を安定させることができる。
【００５３】
また、上記第２の実施の形態におけるのと同様に、ＩＣチップ４１１ａとプリント基板４０との間の半田ペースト４８ｂ中に銅板を挿入するとすれば、更に放熱効率を向上させることができる。また、半田ペーストにより接合する面積を減少させた分のシリコン基板４０とプリント基板４６との密着強度の低下を補うためには、例えば、上記の変形例（１）と同様に、シリコン基板４１とプリント基板４０との間にポリマ封入剤を充填して２つの基板を固着させても良い。
【００５４】
（４） 上記の実施の形態においては、シリコン基板にＩＣチップをフリップチップ実装するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ガラスや石英、サファイア、セラミック等を基材とする基板にＩＣチップをフリップチップ実装するとしても良い。このような基材を用いても、シリコンを基材とする場合と同様に、薄膜蒸着技術等を用いた微細な半導体の工法でパターニングができ、精度良く容量素子やインダクタ、抵抗素子等を組み込んだ半導体基板を実現することができるので、本発明の効果を達成しつつ、小型軽量化を実現することができる。
【００５５】
（５） 上記実施の形態においては特に言及しなかったが、シリコン基板にＩＣチップをフリップチップ実装するにあたっては、スタッドバンプ工法、異方性導電膜を用いた工法、半田バンプ接続工法等、公知の工法を用いれば良く、ＩＣチップをフリップチップ実装するための工法の如何に関わらず、本発明は効果を奏することができる。
【００５６】
（６） 上記実施の形態においては、半田を素材とするボール電極を用いてシリコン基板とプリント基板とを接合するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、銅ボール、金属被膜された樹脂ボールなどを用いてシリコン基板とプリント基板とを接合するとしても良く、これらを用いた場合においても本発明の効果には変わりがない。また、ボール電極以外の電極にてシリコン基板とプリント基板を接続した場合においても、本発明は効果を奏することができる。
【００５７】
（７） 上記第２の実施の形態においては、ＩＣチップ２１１ａからプリント基板２０に向けてより効率よく熱を伝導させるために銅板を用いるとしたが、銅以外の金属板を用いるとしても良い。半田等、ＩＣチップ２１１ａとプリント基板とを接続する部材よりも熱伝導性が高い金属であれば、どのような金属から成る金属板であっても更に放熱効率を向上させることができる。
【００５８】
（８） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップとプリント基板とを接続するに際して半田ペーストを用いるとしたが、これに代えて銀ペーストを用いるとしても良い。また、金ペースト、銅ペースト、アルミニウムペーストを用いても良いし、例えば、特開平５−３４７３２０号公報に開示の技術のように、適当なフィラーを添加することによって熱伝導性を向上させた導電性ペーストを用いればなお好適である。
【００５９】
また、銀ペーストを用いて本発明に係るフリップチップ実装基板を製造するにあたっては、プリント基板に対して銀ペーストをディスペンサのノズルから噴射させることによって供給するとしても良い。この場合、ノズルの噴射量を調節することによってプリント基板上の銀ペーストの厚みを変えることができる。
（９） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップとプリント基板とを接続するに際してＩＣチップに直に半田を接触させるとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ＩＣチップのプリント基板と対向する面全体に金メッキを施し、或いは、少なくともＩＣチップの半田が被着されるべき部分に金メッキを施して、当該金メッキを介してＩＣチップに半田を被着させるとしても良い。
【００６０】
このようにすれば、半田は金と能く密着するため、半田とＩＣチップの密着性を向上させることができるので、シリコン基板とプリント基板の密着強度を向上させることができる。
（１０） 上記第２の実施の形態においては、フリップチップ実装基板２を製造するにあたって、半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置した後に、半田ペースト２８ａ、２８ｄを銅ランド２７ａ、２７ｃ上に被着するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
【００６１】
すなわち、先ず、半田ペースト、２８ａ、２８ｃ、２８ｄを同時に銅ランド２７ａ、２７ｂ、２７ｃ上に被着させる。次に、半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置し、更に、銅板２９上に半田ペースト２８ｂを被着させる。その後、シリコン基板２１を所定位置に載置して、リフロー工法により半田ペースト２８ａ〜２８ｄを溶融、再固化させる。
【００６２】
以上のような手順でフリップチップ実装基板２を製造するとしても良く、このようにすれば、上記第２の実施の形態にて説明した製造方法と比較して、スクリーン印刷のために必要となるアルミニウム板の数を低減できるので、フリップチップ実装基板２の製造コストを削減することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子がフリップチップ実装されている第１の回路基板と、前記第１の回路基板の前記半導体素子がフリップチップ実装されている主面に対向して配置されている第２の回路基板とからなるフリップチップ実装基板であって、前記半導体素子と前記第２の回路基板とが導電性部材を介して接続されているので、第１の基板にフリップチップ実装された半導体素子が発生させる熱を第２の基板に伝導させて効率よく放熱を図ることができる。また、前記導電性部材をグランド電位とすることにより半導体素子に対するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る携帯電話装置が備えているフリップチップ実装基板の外観を模式的に示した平面図である。
【図２】フリップチップ実装基板１を構成するシリコン基板１１について、プリント基板１０と対向する面の外観を模式的に示した平面図である。
【図３】フリップチップ実装基板１について、図１に示した一点鎖線Ａ−Ａにおける断面を示した図である。
【図４】第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１の製造方法の各ステップを示した模式図である。
【図５】第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の一断面を拡大して示した図である。
【図６】第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の製造方法の各ステップを示した模式図である。
【図７】変形例（２）に係るフリップチップ実装基板３の一断面を示して、その構造を表した図である。
【図８】変形例（３）に係るフリップチップ実装基板４の一断面を示して、その構造を表した図である。
【図９】特開平８−２５５９６５号公報に係るマイクロチップモジュール組立体の一断面を示した図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０等 プリント基板
１１、２１、３１等 シリコン基板
１１１ａ、２１１ａ等 ＩＣチップ
１１２ａ〜１１２ｔ等 ボール電極
１６ａ〜１６ｄ等 絶縁性の被膜
１７ａ〜１７ｃ等 金メッキされた銅ランド
１８ａ〜１８ｃ等 半田
２９ 銅板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子がフリップチップ実装された第１の回路基板と、その半導体素子が実装された主面に対向して第２の回路基板が配置されているフリップチップ実装基板、当該フリップチップ実装基板の製造方法及び当該フリップチップ実装基板を備えている無線装置に関し、特に放熱特性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の無線機器の小型軽量化が強く求められており、このため無線機器を構成する回路基板の小型軽量化が急務となっている。このような要請に応えるべくフリップチップ実装技術の開発が進められている。
例えば、特開平８−２５５９６５号公報にはＩＣチップをフリップチップ実装したマイクロチップモジュール組立体が開示されている。図９は従来公報に係るマイクロチップモジュール組立体の一断面を示した図である。図９に示すように、マイクロチップモジュール組立体５は、ＩＣチップ５２をフリップチップ実装されたシリコン基板５１を、ボール電極５３ａ、５３ｂを介してプリント基板５０上に実装したものであって、シリコン基板５１はＩＣチップ５２を実装した面がプリント基板５０に対向するように配置されている。
【０００３】
ボール電極５３ａ、５３ｂの高さはＩＣチップ５２の高さよりも大きくなっており、ＩＣチップ５２とプリント基板５０の間に空間が残されている。シリコン基板５１とプリント基板５０はボール電極５３ａ、５３ｂを介して電気的に接続されると共に、シリコン基板５１とプリント基板５０との間隙にはポリマ封入剤５４ａ〜５４ｃが流し込み熱処理によって充填、硬化されることにより密着強度を保ち、熱応力に対する信頼性を確保するようになっている。
【０００４】
以上のように上記公報に開示の技術によれば、シリコン基板を用いて実装面積を確保しつつ、シリコン基板とプリント基板とを合わせた回路基板全体の厚みを削減して、小型軽量化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無線機器においては特に送信側回路でＩＣチップの発熱が著しく、上記の構成を無線機器に適用すると回路の誤動作を招くという問題がある。このため、携帯電話のように、様々な状況での使用を想定した高い耐環境性を要求される機器にあっては、上記公報の技術によっては十分な品質を確保することができない。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、実装面積を確保しつつ全体として小型軽量化を図ることができる構成をとりながら、更に放熱効率を改善したフリップチップ実装基板、製造方法、および無線装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るフリップチップ実装基板は、半導体素子がフリップチップ実装されている第１の回路基板と、前記第１の回路基板の前記半導体素子がフリップチップ実装されている主面に対向して配置されている第２の回路基板とからなるフリップチップ実装基板であって、前記半導体素子と前記第２の回路基板とが導電性部材を介して接続されていることを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、実装面積を確保しつつ全体として小型軽量化を図ると共に、前記半導体素子が発する熱を前記第２の回路基板に伝導させて、放熱効率を改善することができる。なお、前記導電性部材は、半田ペーストまたは銀ペーストが固化されてなるのが望ましい。
また、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とは、離隔部材により、前記半導体素子の厚みよりも大きく離隔されているとすれば良く、更に、前記離隔部材は、前記半導体素子の厚みよりも大きな径を有するボール電極であって、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は当該ボール電極にて電気的に接続されているのが好適である。
【０００９】
前記第２の回路基板は、前記半導体素子に対向する部分にグランドパターンが形成されているとすれば、ノイズを防止するのに有効である。また、前記半導体素子は、前記導電性部材と接する部分において金メッキされているとすれば、半田がなじみやすく好適である。更に、前記半導体素子の前記第２の回路基板と対向する面のうち、発熱部分のみが前記導電性部材に接しているとしても良い。
【００１０】
前記半導体素子と前記第２の回路基板との間に、前記導電性部材よりも熱伝導性が高い金属部材が配設されており、当該金属部材は前記導電性部材にて支持されているとすれば、更に、放熱効果を向上させることができる。また、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とに挟まれた空間のうち、前記導電性部材以外の部分は樹脂が封入されているとすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができる。
また、本発明に係る製造方法は、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向する位置に導電性ペーストが被着される被着ステップと、前記半導体素子が前記導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、新たな製造設備の開発を必要とせず、既存の製造設備によって本発明のフリップチップ実装基板を製造することができるので、フリップチップ実装基板製造コストを低減することができる。
また、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第１の回路基板に前記離隔部材を接合する離隔部材接合ステップと、前記第２の回路基板上の前記離隔部材が接合されるべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に、前記第１の導電性ペーストよりも厚く第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、前記離隔部材が前記第１の導電性ペーストに接し、かつ、前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記第１の導電性ペーストと前記第２の導電性ペーストとが溶融、再固化される接合ステップとを含むとするのが望ましい。
【００１２】
このようにすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができると共に前記第２の導電性ペーストの厚みを調整することができる。
更に、前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、前記第１の導電性ペースト上に金属板が載置される金属板載置ステップと、前記金属板上に第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含むとすれば好適である。
【００１３】
このようにすれば、前記半導体素子と前記第２の回路基板との間に、前記導電性部材よりも熱伝導性が高い金属部材が配設して、当該金属部材を前記導電性部材にて支持させることができるので、放熱効率を更に向上させることができる。
更に、前記接合ステップの後に、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間隙に樹脂を封入する樹脂封入ステップを含むとするのが望ましい。このようにすれば、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との密着強度を向上させることができるので、回路基板を全体としてより丈夫なものとすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る無線装置は、上述のようなフリップチップ実装基板を備えていることを特徴とする。このようにすれば、フリップチップ実装基板の小型軽量化に伴って無線装置自体の小型軽量化も図ることができ、かつ、フリップチップ実装基板の放熱効率が高いので、前記半導体素子の過熱に起因する無線装置の誤動作を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
本発明に係る携帯電話装置の実施の形態について説明する。当該携帯電話装置には本発明に係るフリップチップ実装基板が適用されている。
【００１６】
（全体構成）
本実施の形態に係る携帯電話装置は、フリップチップを実装された回路基板であるフリップチップ実装基板に主たる特徴を有するので、外形についての説明は省略する。図１は、本実施の形態に係る携帯電話装置が備えているフリップチップ実装基板の外観を模式的に示した平面図である。図１に示されるように、フリップチップ実装基板１は多層のプリント基板１０上にＩＣチップ等の回路素子１５ａ〜１５ｑを高密度で実装した構成となっている。
【００１７】
プリント基板１０上には、回路素子１５ａ〜１５ｑの他にも、ヘッドセットを接続するためのジャック１４ａや、パーソナルコンピュータ等の機器との間でデータ通信をするためのコネクタ１４ｂ、或いは振動により着呼を報知するためのバイブレータ１２が実装されている。電極端子１３は、フリップチップ実装基板１に電力を供給する二次電池である電池パックを接続するための端子である。なお、当該電池パックは、コネクタ１４ｂに併設された電極端子（不図示）を介して携帯電話装置の外部から電力の供給を受けて蓄電する。
【００１８】
プリント基板１０のもう一方の面（不図示）にはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ユニットが装着されており、当該ＬＣＤユニットにより各種の表示を行う。また、この面には銅パターンにてキー電極が形成されており、不図示のキーボタンと組み合わされてキー入力を受け付ける。すなわち、キー電極とキーボタンとが接触するとキー電極とキーボタンとの間に電流が流れるので、この電流が検出されることによってキー入力が検出される。
【００１９】
また、プリント基板１０上には、本実施の形態に係る携帯電話装置の無線回路を実装したシリコン基板１１が接続されている。図２は、シリコン基板１１のプリント基板１０と対向する面の外観を模式的に示した平面図である。シリコン基板１１上には、無線送信用ＩＣチップ１１１ａや無線受信用ＩＣチップ１１１ｂ等がフリップチップ実装されている。この無線送信用ＩＣチップ１１１ａは携帯電話装置を構成する部材中で最も発熱量が多いことを特徴としている。
【００２０】
また、シリコン基板１１には、これらＩＣチップ１１１ａ〜１１１ｃの周辺回路の回路素子である抵抗素子や容量素子が集積されている。シリコン基板１１の周縁部にはボール電極１１２ａ〜１１２ｔが配設されている。ボール電極１１２ａ〜１１２ｔは半田製のボール電極であり、前記プリント基板１０上に形成された銅パターン（配線パターン）と接合されることによって、シリコン基板１１とプリント基板１０とを電気的に接続する。
【００２１】
また、ボール電極１１２ａ〜１１２ｔはシリコン基板１１に対しては公知のボールプレーサ法により実装される。例えば、シリコン基板１１のボール電極１１２ａ〜１１２ｔを実装される面にフラックスを塗布し、半田ボールを搭載した後、窒素雰囲気中で半田を溶融させ（リフロー工程）、シリコン基板１１を洗浄してフラックスを取り除いた後、乾燥させるといった方法によって、シリコン基板１１上にボール電極１１２ａ〜１１２ｔが実装される。
【００２２】
次にプリント基板１０とシリコン基板１１の接続状態について説明する。図３は、上記フリップチップ実装基板１について一点鎖線Ａ−Ａにおける断面を示した図であって、本発明に係るフリップチップ実装基板の構造を示した図である。図２中の一点鎖線Ａ−Ａは、図１の一点鎖線Ａ−Ａに対応する位置を示しており、ボール電極１１２ｇ、無線送信用ＩＣチップ（以下、単に「ＩＣチップ」という。）１１１ａおよびボール電極１１２ｔを横切っている。
【００２３】
さて、図３において、シリコン基板１１はボール電極１１２ｇ、１１２ｔを介してプリント基板１０に電気的に接続されており、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔはそれぞれ半田１８ａ、１８ｃによりプリント基板に半田付けされている。シリコン基板１１にはＩＣチップ１１１ａが微小な突起電極１１１ａ１ａ〜１１１ａ１ｇを介して電気的に接続されており、この接続はポリマ封入剤１１１ａ２を用いてＩＣチップ１１１ａをフリップチップ実装することによってなされている。
【００２４】
プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合される箇所にはそれぞれ半田付け可能な銅ランド１７ａ、１７ｃがパターニングされており、半田１８ａ、１８ｃによりボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されている。プリント基板１０上のＩＣチップ１１１ａと対向する箇所には同じく銅ランド１７ｂがパターニングされており、銅ランド１７ｂは半田１８ｂによりＩＣチップ１１１ａが半田付けされている。
【００２５】
プリント基板１０の銅ランドがパターニングされていない箇所は絶縁性の被膜１６ａ〜１６ｄによって被覆されており、回路の短絡が防止されるようになっている。当該被膜１６ａ〜１６ｄは絶縁性の塗料がプリント基板１０上に塗布されることにより形成される。
参考までに図３に係る各寸法を述べておく。シリコン基板１１の厚みは約３００μｍである。ボール電極１１２ｇ、１１２ｔの径はそれぞれ約５００μｍである。プリント基板１０からＩＣチップ１１１ａまでの距離は約３００μｍである。また、ＩＣチップ１１１ａからボール電極１１２ｇ、１１２ｔまでの距離は約１ｍｍ以上である。
【００２６】
さて、従来は、ＩＣチップ１１１ａとプリント基板１０の間に熱伝導率の低い樹脂材料が介在していたので、ＩＣチップ１１１ａが発生させた熱はなかなか外部へ放出されず、ＩＣチップ１１１ａが過熱のため誤動作する原因となっていた。これに対して、上述のようにＩＣチップ１１１ａとプリント基板１０との間に熱伝導率の高い半田１８ｂを介在させれば、ＩＣチップ１１１ａが発生させた熱が半田１８ｂを経由してプリント基板１０に向けて効率良く放熱される。
【００２７】
また、図３に示すように、プリント基板１０のシリコン基板１１と対向する側の面においては、ＩＣチップ１１１ａと対向する部分すべてに銅ランド１８ｂが形成されている。銅ランド１７ｂは接地されて、いわゆるグランドパターンとなっている。更に、半田１８ｂもグランド電位となっており、ＩＣチップの信号線にノイズが重畳するの防止する効果を有している。
【００２８】
また、言うまでもなく、ＩＣチップ１１１ａは、通常のＩＣチップと同様に、信号線をプリント基板１０側の面に露出させていないので、半田１８ｂによって回路の短絡が発生する心配はない。
（製造方法）
次に、上述のようにシリコン基板をプリント基板に接続したフリップチップ実装基板１の製造方法について説明する。図４は、当該製造方法の各ステップを示した模式図である。
【００２９】
先ず、図４（ａ）に示すように、プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されるべき箇所に半田付け可能な銅ランド１７ａ、１７ｃをパターニングする。また、ＩＣチップ１１１ａが接合されるべき箇所には同じく銅ランド１７ｂをパターニングする。このとき、併せて、銅ランド１７ａ〜１７ｃ上には金メッキを施しておく。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、プリント基板１０上のボール電極１１２ｇ、１１２ｔが接合されるべき箇所にある銅ランド１７ａ、１７ｃ上に半田ペースト１８ａ、１８ｂを被着する。これは、例えば、スクリーン印刷によって行えば良い。すなわち、先ず、半田ペースト１８ａ、１８ｃを塗布すべき箇所の形状に合わせてアルミニウム板を打ち抜く。
【００３１】
当該アルミニウム板をプリント基板１０上の所定の位置に重ね合わせる。そして、そのアルミニウム板の上から半田ペーストを塗布した後、アルミニウム板を取り除ければ良い。なお、本実施の形態においては、半田ペースト１８ａ、１８ｂの厚みが１００μｍとなるように当該アルミニウム板の板厚は１００μｍとする。
【００３２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、プリント基板１０上のＩＣチップ１１１ａが接合されるべき箇所にある銅ランド１７ｂ上に、スクリーン印刷により、半田ペースト１８ｂを被着する。この被着についても、例えば、上記と同様にスクリーン印刷によれば良い。本実施の形態においては、半田ペースト１８ｂをＩＣチップ１１１ａに届かせるために、半田ペースト１８ｂの厚みを３００μｍとする必要がある。このため、前述のようにスクリーン印刷を行う場合には、アルミニウム板の板厚を３００μｍとするのが望ましい。
【００３３】
そして、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１１が、例えば、真空ピンセットにて把持され、プリント基板１０上の所定の位置に載置される。なお、シリコン基板１１には予めＩＣチップ１１１ａがフリップチップ実装されている。また、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔも予めシリコン基板１１に接合されている。このような状態で、リフロー工法により半田ペースト１８ａ〜１８ｃを溶融、再固化させると、最終的に、図２（ｅ）のようなフリップチップ実装基板が完成する。
【００３４】
このような製造方法によれば、既存の製造設備を活用して本発明に係るフリップチップ実装基板を製造し、延いてはフリップチップ実装基板１を製造することができる。従って、製造設備について新たな投資を要しないので、本実施の形態に係る携帯電話装置の製造コストを抑制して、安価な携帯電話装置を提供することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係る携帯電話装置について説明する。なお、本実施の形態に係る携帯電話装置は上記第1の実施の形態に係る携帯電話装置と概ね同様の構成を備えており、専らフリップチップ実装基板の構造に関してのみ異なっているので、以下においては第1の実施の形態に係る携帯電話装置との相違点、すなわちフリップチップ実装基板の構造について専ら説明する。
【００３６】
（全体構成）
本実施の形態に係るフリップチップ実装基板は、シリコン基板に実装されているＩＣチップが発生させた熱を、上記第１の実施の形態におけるよりも、更に効率よくプリント基板に伝導、放熱するために以下に述べるような構成をとっている。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の一断面を拡大して示した図である。フリップチップ実装基板２は、第１の実施の形態におけるのと同様に、ボール電極（不図示）を介してプリント基板２０にシリコン基板２１を接合した構造となっている。また、シリコン基板２１には無線送信用ＩＣチップ２１１ａが微小な突起電極２１１ａ１ａ〜２１１ａ１ｄを介してフリップチップ実装されている。
【００３８】
プリント基板２０上のＩＣチップ２１１ａと対向する箇所には半田付け可能な銅ランド２７ｂがパターニングされている。本実施の形態においては、銅ランド２７ｂとＩＣチップ２１１ａの間には銅板２９が配設されている。そして、ＩＣチップ２１１ａと銅板２９とは半田２７ｂによって接着されており、銅板２９と銅ランド２７ｂとは半田２８ｃによって接着されている。
【００３９】
このように銅ランド２７ｂとＩＣチップ２１１ａの間に銅板２９を配設すれば、銅は半田よりも熱伝導率が大きいので、ＩＣチップ２１１ａが発生させた熱を、第１の実施の形態におけるよりもさらに効率良く、プリント基板２０へ伝導させることができる。従って、フリップチップ実装基板２全体として放熱効率を向上させることができる。
【００４０】
（製造方法）
次に、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板の製造方法について説明する。図６は、本実施の形態に係るフリップチップ実装基板の製造方法の各ステップを示した模式図である。
先ず、第１の実施の形態におけるのと同様に、プリント基板２０上のボール電極２１２ｇ、２１２ｔが接合されるべき箇所に半田付け可能な銅ランド２７ａ、２７ｃをパターニングし、ＩＣチップ２１１ａが接合されるべき箇所に同じく銅ランド２７ｂをパターニングする。そうしてパターニングした銅ランド２７ａ〜２７ｃ上に更に金メッキを施す（図６（ａ））。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、銅ランド２７ｂ上に半田ペースト２８ｃを被着する。これは、例えば、第１の実施の形態において説明したようなスクリーン印刷によって行なえば良い。そうして被着した半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置する（図６（ｃ））。この銅板２８は、リフロー工法により半田ペースト２８ｃが溶融、再固化されることによって、プリント基板２０に半田付けされる。
【００４２】
続いて、図６（ｄ）に示すように、銅ランド２７ａ、２７ｃ上に半田ペースト２８ａ、２８ｄを被着した後、銅板２９上に半田ペースト２８ｂを被着する（図６（ｅ））。これらの処理も、例えばスクリーン印刷によって行なえば良く、半田ペースト２８ａ、２８ｄと半田ペースト２８ｂとで異なる厚さのアルミニウム板を用いるとよい。このアルミニウム板の厚さは半田ペーストの厚さに合わせて決定する。
【００４３】
以上のようにしてプリント基板２０上に半田ペーストを被着した後、図６（ｆ）に示すように、シリコン基板２１が、例えば、真空ピンセットにて把持され、プリント基板２０上の所定の位置に合わせて載置される。なお、シリコン基板２１には予めＩＣチップ２１１ａがフリップチップ実装されており、ボール電極１１２ｇ、１１２ｔも予め公知の手法にてシリコン基板１１に接合されている。
【００４４】
最後にリフロー工法により半田ペースト２８ａ、２８ｂ、２８ｄが溶融され、再固化されると、プリント基板２０とシリコン基板２１が結合されて、図６（ｇ）に示すようなフリップチップ実装基板が完成する。
このような製造方法によれば、第１の実施の形態におけるのと同様に、既存の製造設備を活用して本発明に係るフリップチップ実装基板を製造することができるので、製造設備について新たな投資を要することなくフリップチップ実装基板を製造できる。従って、フリップチップ実装基板の製造コストを抑制して、フリップチップ実装基板を採用した携帯電話を安価に提供することができる。
【００４５】
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１） 上記実施の形態においては、本発明を専ら携帯電話に適用する場合について説明したが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、IEEE802.11aやIEEE802.11b等の規格に準拠した無線ＬＡＮ装置やBluetooth（登録商標）等の仕様に従った無線装置等、無線通信回路を備え、かつ、小型化の要望がある無線装置に対して適用すれば、上記のように放熱効率を向上させるといった効果を奏することができる。
【００４６】
また、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）らにより制定された規格（PC Card Standard）に準拠した無線装置を提供するにあたっても本発明によれば、フリップチップ実装基板の高さを抑えつつ、放熱効率を向上させることができる。
（２） 上記実施の形態においては、シリコン基板とプリント基板はボール電極とＩＣチップとを介して接合されるとしたが、これに加えて次のようにしても良い。
【００４７】
図７は、本変形例に係る携帯電話のフリップチップ実装基板３の断面を示した図である。図７に示すように、本変形例に係るフリップチップ実装基板３は第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１と同様のフリップチップ実装基板を備えており、更にシリコン基板とプリント基板とがポリマ封入剤３９ａ〜３９ｄによって結合されている。このポリマ封入剤３９ａ〜３９ｄは、上記第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１に対してシリコン基板１１の周辺からポリマ封入剤を流し込み熱処理によって充填、硬化させられたものである。
【００４８】
かかるポリマ封入剤としては、例えば、エポキシ樹脂等を用いるのが好適である。
このようにすれば、シリコン基板３１とプリント基板３０との密着強度を高めることができるので、フリップチップ実装基板３の機械的強度を向上させることができる。このことは、携帯電話のように高い耐環境性を要求されるような機器に本発明を適用する際に大きな効果を発揮する。
【００４９】
また、これと同様に、上記第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板に対しても、シリコン基板２１の周辺からポリマ封入剤を充填、硬化させれば、シリコン基板２１とプリント基板２０との密着強度を高めて、フリップチップ実装基板２の機械的強度を向上させることができる。
また、同様の変形例として、シリコン基板上に複数のＩＣチップが実装されている場合に、特に発熱量が大きいＩＣチップのみを半田にてプリント基板に接続するとしてもよいし、発熱量に関わらずすべてのＩＣチップをプリント基板に半田にて接続しても良い。勿論、シリコン基板上にＩＣチップが１つしか実装されていない場合に、当該ＩＣチップをプリント基板に半田にて接続しても良く、いずれも場合も本発明の効果を得ることができる。
【００５０】
（３） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップのプリント基板と対向する面の全体に亘って半田ペーストを接触させるとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、ＩＣチップの、トランジスタが形成されている箇所等、特に発熱量の大きく、従ってより放熱が必要となる箇所にのみ半田ペーストを接触させるとしても良い。図８は、本変形例に係るフリップチップ実装基板の断面を示した図である。図８に示すように、ＩＣチップ４１１ａの特に発熱量の大きい箇所にのみ半田ペースト４８ｂを接触させるとしても、ＩＣチップ４１１ａが発する熱を従来よりも効率よくプリント基板４０に伝導させて、放熱を図ることができる。
【００５１】
また、このようにすれば、半田ペースト４８ｂがＩＣチップ４１１ａやプリント基板４０に接触する面積を低減することができるので、半田ペースト４８ｂが本来接触すべきでない電極や配線パターンに誤って接触してしまい、回路の短絡が発生する可能性を低減することができる。従って、回路の短絡に起因する誤動作を防止してフリップチップ実装基板の品質を向上させることができる。
【００５２】
なお、本変形例においては半田ペーストの接触の有無に関わらず、上記の実施の形態と同様に、プリント基板４６のシリコン基板４０と対向している主面のうち、ＩＣチップ４２と対向する部分全体に亘って銅ランド４４ｂが形成されている。このようにすることにより、上記の実施の形態におけるのと同様にＩＣチップ４２の動作を安定させることができる。
【００５３】
また、上記第２の実施の形態におけるのと同様に、ＩＣチップ４１１ａとプリント基板４０との間の半田ペースト４８ｂ中に銅板を挿入するとすれば、更に放熱効率を向上させることができる。また、半田ペーストにより接合する面積を減少させた分のシリコン基板４０とプリント基板４６との密着強度の低下を補うためには、例えば、上記の変形例（１）と同様に、シリコン基板４１とプリント基板４０との間にポリマ封入剤を充填して２つの基板を固着させても良い。
【００５４】
（４） 上記の実施の形態においては、シリコン基板にＩＣチップをフリップチップ実装するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ガラスや石英、サファイア、セラミック等を基材とする基板にＩＣチップをフリップチップ実装するとしても良い。このような基材を用いても、シリコンを基材とする場合と同様に、薄膜蒸着技術等を用いた微細な半導体の工法でパターニングができ、精度良く容量素子やインダクタ、抵抗素子等を組み込んだ半導体基板を実現することができるので、本発明の効果を達成しつつ、小型軽量化を実現することができる。
【００５５】
（５） 上記実施の形態においては特に言及しなかったが、シリコン基板にＩＣチップをフリップチップ実装するにあたっては、スタッドバンプ工法、異方性導電膜を用いた工法、半田バンプ接続工法等、公知の工法を用いれば良く、ＩＣチップをフリップチップ実装するための工法の如何に関わらず、本発明は効果を奏することができる。
【００５６】
（６） 上記実施の形態においては、半田を素材とするボール電極を用いてシリコン基板とプリント基板とを接合するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、銅ボール、金属被膜された樹脂ボールなどを用いてシリコン基板とプリント基板とを接合するとしても良く、これらを用いた場合においても本発明の効果には変わりがない。また、ボール電極以外の電極にてシリコン基板とプリント基板を接続した場合においても、本発明は効果を奏することができる。
【００５７】
（７） 上記第２の実施の形態においては、ＩＣチップ２１１ａからプリント基板２０に向けてより効率よく熱を伝導させるために銅板を用いるとしたが、銅以外の金属板を用いるとしても良い。半田等、ＩＣチップ２１１ａとプリント基板とを接続する部材よりも熱伝導性が高い金属であれば、どのような金属から成る金属板であっても更に放熱効率を向上させることができる。
【００５８】
（８） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップとプリント基板とを接続するに際して半田ペーストを用いるとしたが、これに代えて銀ペーストを用いるとしても良い。また、金ペースト、銅ペースト、アルミニウムペーストを用いても良いし、例えば、特開平５−３４７３２０号公報に開示の技術のように、適当なフィラーを添加することによって熱伝導性を向上させた導電性ペーストを用いればなお好適である。
【００５９】
また、銀ペーストを用いて本発明に係るフリップチップ実装基板を製造するにあたっては、プリント基板に対して銀ペーストをディスペンサのノズルから噴射させることによって供給するとしても良い。この場合、ノズルの噴射量を調節することによってプリント基板上の銀ペーストの厚みを変えることができる。
（９） 上記の実施の形態においては、ＩＣチップとプリント基板とを接続するに際してＩＣチップに直に半田を接触させるとしたが、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ＩＣチップのプリント基板と対向する面全体に金メッキを施し、或いは、少なくともＩＣチップの半田が被着されるべき部分に金メッキを施して、当該金メッキを介してＩＣチップに半田を被着させるとしても良い。
【００６０】
このようにすれば、半田は金と能く密着するため、半田とＩＣチップの密着性を向上させることができるので、シリコン基板とプリント基板の密着強度を向上させることができる。
（１０） 上記第２の実施の形態においては、フリップチップ実装基板２を製造するにあたって、半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置した後に、半田ペースト２８ａ、２８ｄを銅ランド２７ａ、２７ｃ上に被着するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
【００６１】
すなわち、先ず、半田ペースト、２８ａ、２８ｃ、２８ｄを同時に銅ランド２７ａ、２７ｂ、２７ｃ上に被着させる。次に、半田ペース２８ｃ上に銅板２９を載置し、更に、銅板２９上に半田ペースト２８ｂを被着させる。その後、シリコン基板２１を所定位置に載置して、リフロー工法により半田ペースト２８ａ〜２８ｄを溶融、再固化させる。
【００６２】
以上のような手順でフリップチップ実装基板２を製造するとしても良く、このようにすれば、上記第２の実施の形態にて説明した製造方法と比較して、スクリーン印刷のために必要となるアルミニウム板の数を低減できるので、フリップチップ実装基板２の製造コストを削減することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子がフリップチップ実装されている第１の回路基板と、前記第１の回路基板の前記半導体素子がフリップチップ実装されている主面に対向して配置されている第２の回路基板とからなるフリップチップ実装基板であって、前記半導体素子と前記第２の回路基板とが導電性部材を介して接続されているので、第１の基板にフリップチップ実装された半導体素子が発生させる熱を第２の基板に伝導させて効率よく放熱を図ることができる。また、前記導電性部材をグランド電位とすることにより半導体素子に対するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る携帯電話装置が備えているフリップチップ実装基板の外観を模式的に示した平面図である。
【図２】フリップチップ実装基板１を構成するシリコン基板１１について、プリント基板１０と対向する面の外観を模式的に示した平面図である。
【図３】フリップチップ実装基板１について、図１に示した一点鎖線Ａ−Ａにおける断面を示した図である。
【図４】第１の実施の形態に係るフリップチップ実装基板１の製造方法の各ステップを示した模式図である。
【図５】第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の一断面を拡大して示した図である。
【図６】第２の実施の形態に係るフリップチップ実装基板２の製造方法の各ステップを示した模式図である。
【図７】変形例（２）に係るフリップチップ実装基板３の一断面を示して、その構造を表した図である。
【図８】変形例（３）に係るフリップチップ実装基板４の一断面を示して、その構造を表した図である。
【図９】特開平８−２５５９６５号公報に係るマイクロチップモジュール組立体の一断面を示した図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０等 プリント基板
１１、２１、３１等 シリコン基板
１１１ａ、２１１ａ等 ＩＣチップ
１１２ａ〜１１２ｔ等 ボール電極
１６ａ〜１６ｄ等 絶縁性の被膜
１７ａ〜１７ｃ等 金メッキされた銅ランド
１８ａ〜１８ｃ等 半田
２９ 銅板
Claims (13)
- 半導体素子がフリップチップ実装されている第１の回路基板と、前記第１の回路基板の前記半導体素子がフリップチップ実装されている主面に対向して配置されている第２の回路基板とからなるフリップチップ実装基板であって、
前記半導体素子と前記第２の回路基板とが導電性部材を介して接続されており、
前記半導体素子の前記第２の回路基板と対向する面のうち、発熱部分のみが前記導電性部材に接している
ことを特徴とするフリップチップ実装基板。 - 前記導電性部材は半田ペーストまたは銀ペーストが固化されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とは、離隔部材により、前記半導体素子の厚みよりも大きく離隔されている
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記離隔部材は、前記半導体素子の厚みよりも大きな径を有するボール電極であって、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板は当該ボール電極にて電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記第２の回路基板は、前記半導体素子に対向する部分にグランドパターンが形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記半導体素子は、前記導電性部材と接する部分において金メッキされている
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記半導体素子と前記第２の回路基板との間に、前記導電性部材よりも熱伝導性が高い金属部材が配設されており、
当該金属部材は前記導電性部材にて支持されている
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とに挟まれた空間のうち、前記導電性部材以外の部分は樹脂が封入されている
ことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装基板。 - 請求項１に記載のフリップチップ実装基板の製造方法であって、
前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、
前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向する位置に導電性ペーストが被着される被着ステップと、
前記半導体素子が前記導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、
前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含む
ことを特徴とする製造方法。 - 請求項３に記載のフリップチップ実装基板の製造方法であって、
前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、
前記第１の回路基板に前記離隔部材を接合する離隔部材接合ステップと、
前記第２の回路基板上の前記離隔部材が接合されるべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、
前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に、前記第１の導電性ペーストよりも厚く第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、
前記離隔部材が前記第１の導電性ペーストに接し、かつ、前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、
前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記第１の導電性ペーストと前記第２の導電性ペーストとが溶融、再固化される接合ステップとを含む
ことを特徴とする製造方法。 - 請求項７に記載のフリップチップ実装基板の製造方法であって、
前記第１の回路基板に前記半導体素子をフリップチップ実装するフリップチップ実装ステップと、
前記第２の回路基板上の前記半導体素子と対向すべき位置に第１の導電性ペーストが被着される第１の被着ステップと、
前記第１の導電性ペースト上に金属板が載置される金属板載置ステップと、
前記金属板上に第２の導電性ペーストが被着される第２の被着ステップと、
前記半導体素子が前記第２の導電性ペーストに接するように、前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置される載置ステップと、
前記第１の回路基板が前記第２の回路基板に載置されている状態で、前記導電性ペーストが溶融、再固化される接合ステップとを含む
ことを特徴とする製造方法。 - 前記接合ステップの後に、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板との間隙に樹脂を封入する樹脂封入ステップを含む
ことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載の製造方法。 - 請求項１から請求項８のいずれかに記載のフリップチップ実装基板を備えている
ことを特徴とする無線装置。
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