JP6372113B2 - 高周波モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、導波管から半導体チップまで延びるマイクロストリップ線路の長さが必然的に長くなってしまい、また、ワイヤボンディング又はフリップチップボンディングなどで半導体チップに接続されるため、線路抵抗による信号損失が大きい。また、伝送される信号が高周波になるほど波長が短くなるが、半導体チップまでのマイクロストリップ線路の長さが波長の1/4以上になってしまうと信号反射による波形劣化も起こる。このため、導波管と半導体チップとの間で高周波信号を伝送する際の高周波特性の劣化が大きい。
本実施形態にかかる高周波モジュールは、例えばミリ波・テラヘルツ波などの高周波を用いたレーダー、センサー、無線通信システムに実装される高周波モジュールである。
本実施形態の高周波モジュールは、図1に示すように、半導体チップ1と、導波管2の一部分2Xと、再配線線路3とを有するパッケージ部4と、導波管2の残りの部分2Yと、バックショート5とを備える。ここでは、導波管2は金属管(金属製の導波管)であるため、導波管2の一部分2Xは金属管の一部分であり、導波管2の残りの部分2Yは金属管の残りの部分である。なお、半導体チップ1を回路チップともいう。
つまり、パッケージ部4は、半導体チップ1と、導波管2の一部分2Xと、再配線線路3とを有する。ここで、半導体チップ1と導波管2の一部分2Xとは樹脂6で一体化されている。そして、この樹脂6上に、半導体チップ1に電気的に接続された再配線線路3、即ち、再配線線路3を含む再配線層30が設けられている。この再配線線路3は、導波管2の延長上まで延びており、再配線線路3の導波管2の延長上に位置する部分3X、即ち、再配線線路3の導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側(図1中、上側)に位置する部分3Xがアンテナカプラ7として機能するようになっている。この場合、再配線線路3(アンテナカプラ7を含む)は、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側に設けられていることになる。そして、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側は、半導体チップ1の回路面が設けられている側である。このような再配線線路3を含む再配線層30は、例えばFan-out WLP(wafer level package)に用いられる再配線技術を用いて作製することができる。また、導波管2の一部分2Xは、再配線線路3のアンテナカプラ7として機能する部分3Xの裏面側の樹脂6を厚さ方向に貫通している。なお、樹脂6をパッケージ樹脂又はモールド樹脂ともいう。また、半導体チップ1の回路面をチップ表面、パッド面又は端子面ともいう。
そして、このようにしてバックショート5が取り付けられたパッケージ部4の表面側の全体を覆うように、キャップ10が設けられている。
ここで、誘電体板11に使用可能な材料としては、高周波領域で誘電正接ができるだけ小さいものが損失低減(電波の伝送損失低減)の観点から好ましい。好ましい誘電正接(tanδ)の値は約0.002以下(1GHz)であり、より好ましくは約0.001以下である。これ以上でも必要とされる高周波特性に影響が少なければ使用可能であるが、約100〜約300GHzの高周波領域では約1GHzよりも誘電正接の上昇が大きいため、この範囲が好ましい。
また、本実施形態では、再配線線路3は、樹脂6上に形成された樹脂層33に設けられたビア34を介して半導体チップ1に電気的に接続された線路導体35によって構成されている。ここでは、再配線線路3としての線路導体35は、ビア34を介して半導体チップ1に電気的に接続されている。また、樹脂層33は感光性樹脂層である。また、線路導体35は、例えば銅などの金属からなる金属配線である。
このように、導波管2の一部分2Xと半導体チップ1とをモールド樹脂6で埋め込んでこれらの位置を固定して一体化し、その上に導波管2の延長上に延びるアンテナカプラ7を含む再配線線路3を形成し、半導体チップ1に電気的に接続したパッケージ部4に、図1に示すように、導波管2の残りの部分2Y及びバックショート5となるバスタブ状金属部材9を接合することで高周波モジュールが作製される。つまり、異種デバイス集積技術及び再配線技術を用いて、導波管2の一部分2Xと半導体チップ1とをモールド樹脂6で一体化し、半導体チップ1に、アンテナカプラ7を含む再配線線路3を電気的に接続する。そして、導波管2の残りの部分2Y及びバックショート5となるバスタブ状金属部材9を接合して高周波モジュールが作製される。このようにして高周波モジュールを作製することで、導波管−線路変換(同軸変換)から半導体チップ実装までを実現することができる。
また、半導体チップ1と導波管2との間の変換部に、アンテナカプラ7として機能する部分3Xを含む再配線線路3を用いることで、従来、超高周波信号を伝送するために半導体チップと導波管との間の変換部に用いられていたマイクロストリップ線路基板が不要となり、小型化、低損失化を実現することが可能となる。
例えば、再配線線路は、樹脂上に設けられた誘電体フィルムに形成されたビアを介して半導体チップに電気的に接続された線路導体によって構成されているものとしても良い。なお、誘電体フィルムを、絶縁フィルム、樹脂フィルム又は絶縁樹脂フィルムともいう。このような構成を備える再配線線路は、例えば導体層(例えば銅箔などの金属層)を有する誘電体フィルムを集積体の樹脂上に設け、導体層をパターニングして線路導体を形成し、誘電体フィルムにビアを形成することによって設ければ良い。例えば、金属層が接着層を介して接着されている誘電体フィルムを集積体の樹脂上に貼り付けた後に、金属層をパターニングするとともに誘電体フィルムにビアを形成することによって、再配線線路を設ければ良い。ここで、誘電体フィルムは、低誘電率の誘電体(低誘電率材料)又は低損失な誘電体(低損失材料)からなるものとするのが好ましい。例えば、ベンゾシクロブテン(BCB)、液晶ポリマ、シクロオレフィンポリマ(COP)、ポリオレフィン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれるいずれか1種の材料からなるものとするのが好ましい。なお、このような低誘電率材料からなる誘電体フィルムを、低誘電材料フィルムともいう。また、導体層のパターニングとビアの形成はいずれが先でも良い。
まず、半導体チップ1と、半導体チップ1と樹脂6で一体化された導波管2の一部分2Xと、半導体チップ1に電気的に接続され、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側に位置する部分3Xがアンテナカプラ7となる再配線線路3とを有するパッケージ部4を製造する(パッケージ部を製造する工程)。
特に、半導体チップ1と導波管2の一部分2Xを樹脂6で一体化する前に、導波管2の一部分2Xの中であって導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側に誘電体板11を設けるのが好ましい(図2参照)。つまり、パッケージ部4を製造する工程を、導波管2の一部分2Xの中であって導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側に誘電体板11を設ける工程を含むものとするのが好ましい。この場合、半導体チップ1の回路面と誘電体板11の表面とが同一面上に位置するように誘電体板11を設けるのが好ましい[図2、図3(B)参照]。
つまり、上述のようにして製造されたパッケージ部4に備えられる導波管2の一部分2Xに、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側の反対側の他方の側に位置するように、導波路2の残りの部分2Yを接合する。また、上述のようにして製造されたパッケージ部4に、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側に位置し、かつ、導波管2の一部分2Xとの間に再配線線路3のアンテナカプラ7となる部分3Xが位置するように、バックショート5を設ける。
まず、図2に示すように、導波管2の一部分2Xの下方の側に、即ち、導波管2の一部分2Xの底面に、モールド時に導波管2の一部分2Xの内部にモールド樹脂6が流入するのを防ぐための蓋12を設ける。例えば、導波管2の一部分2Xの下方の開口部を閉じるように、導波管2の一部分2Xの底面に蓋12を貼り付ければ良い。この蓋12は、後述のモールド樹脂6をバックグラインドする工程で全て削ってしまうため、特に材質は問わない。このため、蓋12の材料は、例えば金属(例えば銅)などの導体でも良いし、絶縁体でも良い。
次に、図3(A)〜図3(C)に示すように、半導体チップ1と、上述のようにして蓋12及び誘電体板11が設けられた導波管2の一部分2Xとを樹脂6で一体化する。
ここで、支持基板20としては、例えば、Si基板(Siウェハ)、ガラス基板、アルミ板、ステンレス板及び銅板などの金属板、ポリイミドフィルムやプリント基板などを用いることができる。
また、導波管2の一部分2Xは、モールドできる高さ(例えば約500μm〜約600μm程度)を有するものとする。
次いで、図3(E)に示すように、モールド樹脂6の裏面[背面;図3(E)中、上面]から導波管2の一部分2Xが露出するまで(即ち、導波管2の一部分2Xに取り付けられた蓋12がなくなる位置まで)、モールド樹脂6をバックグラインドする。つまり、導波管2の一部分2Xが延びる方向の他方の側の樹脂6及び蓋12を除去する。これにより、導波管2の一部分2Xの空洞を露出させ、導波管2の一部分2Xの他方の側[図3(E)中、上側]を開口させる。ここで、モールド樹脂6の裏面は、導波管2の一部分2Xに設けられた誘電体板11及び半導体チップ1の回路面が露出した面の反対側の面である。例えば、導波管2の一部分2Xのサイズを、内側の縦横の長さ約500μm、高さ約400μm、厚さ約100μmとし、それに、縦横の長さ約700μm、厚さ約100μmの蓋12を貼り付け、厚さ約700μmの樹脂で全体をウェハ状にモールドした場合、モールド樹脂6の厚さが約400μmになるまでバックグラインド(BG)すれば良い。これにより、蓋12が削れ、導波管2の一部分2Xの空洞を露出させ、導波管2の一部分2Xの他方の側[図3(E)中、上側]を開口させることができる。
ここで、半導体チップ1と導波管2の一部分2X(内部に誘電体板11を含む)とを一体化した集積体22の形状は、ウェハのように丸い形状でも良いし、四角い形状でも良い。例えば、ウェハのように丸い形状であれば、再配線線路を形成する際に半導体製造設備を用いることが可能であり、四角い形状であれば、再配線線路を形成する際にプリント配線板製造設備を用いることが可能である。
次に、シード層を用いて、例えば電気めっきによって、銅をめっきすることで、ビアホールにビア34を形成するとともに、感光性樹脂層33上に、再配線線路3としての線路導体35(ここではアンテナカプラ7として機能する部分も含む)を形成する。なお、この工程で、他のビアや再配線グランド層31や再配線信号線なども形成される。そして、レジスト(フォトレジスト)を剥離した後、例えばウェットエッチングやドライエッチングなどによって、レジストの下に残存していたシード層を除去する。
その後、図4(A)、図4(B)に示すように、上述のようにして作製されたパッケージ部4に、導波管2の残りの部分2Yを接合し、また、バックショート5を設ける。
つまり、図4(A)に示すように、上述のようにして作製されたパッケージ部4に備えられる導波管2の一部分2Xに、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側の反対側の他方の側[図4(A)中、下側]に位置するように、導波路2の残りの部分2Yを接合する。例えば、パッケージ部4の背面に露出した導波管2の一部分2Xの端部(開口部)に、導波管2の残りの部分2Yを、例えばAgペースト等の導電性接着剤8(導電材料)で接合(接着;接続)する。ここで、導波管2の一部分2Xが延びる方向の一方の側の反対側の他方の側、即ち、パッケージ部4の背面は、再配線線路3が設けられている側の反対側である。これにより、パッケージ部4に備えられる導波管2の一部分2X、即ち、モールド樹脂6に埋め込まれた導波管2の一部分2Xに、導電性接着剤8を介して、導波管2の残りの部分2Yが固定され、導波管2の長さが延長されて、所定の長さの導波管2となり、導波管2が完成する。なお、導波管2の一部分2Xと残りの部分2Yとの接合は、これに限られるものではなく、例えば拡散接合、溶接等の他の接合方法を用いても良い。なお、パッケージ部4の内部に備えられる導波管2の一部分2X、即ち、モールド樹脂6に埋め込まれた導波管2の一部分2Xを、内側導波管又は内部導波管ともいい、これに接合される導波管2の残りの部分2Yを、外側導波管又は外部導波管ともいう。
このようにして、本実施形態にかかる高周波モジュールを作製することができる。
したがって、本実施形態にかかる高周波モジュール及びその製造方法によれば、導波管2と半導体チップ1との間で高周波信号を伝送する際の高周波特性の劣化を抑制することができるという利点がある。
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
半導体チップと、前記半導体チップと樹脂で一体化された導波管の一部分と、前記半導体チップに電気的に接続され、前記導波管の一部分が延びる方向の一方の側に位置する部分がアンテナカプラとなる再配線線路とを有するパッケージ部と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側の反対側の他方の側に設けられ、前記導波管の一部分に接合された前記導波管の残りの部分と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に、前記導波管の一部分との間に前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分が位置するように設けられたバックショートとを備えることを特徴とする高周波モジュール。
前記導波管の一部分の中に、前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分を支持する誘電体板を備えることを特徴とする、付記1に記載の高周波モジュール。
(付記3)
前記再配線線路側の前記樹脂の表面と前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分側の前記誘電体板の表面とは同一面上に位置することを特徴とする、付記2に記載の高周波モジュール。
前記誘電体板は、ベンゾシクロブテン、液晶ポリマ、シクロオレフィンポリマ、ポリオレフィン、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれるいずれか1種の材料からなることを特徴とする、付記2又は3に記載の高周波モジュール。
前記再配線線路は、前記樹脂上に形成された樹脂層に設けられたビアを介して前記半導体チップに電気的に接続された線路導体によって構成されていることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
(付記6)
前記再配線線路は、前記樹脂上に設けられた誘電体フィルムに形成されたビアを介して前記半導体チップに電気的に接続された線路導体によって構成されていることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
前記誘電体フィルムは、ベンゾシクロブテン、液晶ポリマ、シクロオレフィンポリマ、ポリオレフィン、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれるいずれか1種の材料からなることを特徴とする、付記6に記載の高周波モジュール。
半導体チップと、前記半導体チップと樹脂で一体化された導波管の一部分と、前記半導体チップに電気的に接続され、前記導波管の一部分が延びる方向の一方の側に位置する部分がアンテナカプラとなる再配線線路とを有するパッケージ部を製造する工程と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側の反対側の他方の側に位置するように、前記導波管の一部分に前記導波路の残りの部分を接合する工程と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に位置し、かつ、前記導波管の一部分との間に前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分が位置するように、バックショートを設ける工程とを含み、
前記パッケージ部を製造する工程は、
前記半導体チップと前記導波管の一部分を前記樹脂で一体化する工程と、
前記半導体チップに電気的に接続されるように前記再配線線路を設ける工程とを含むことを特徴とする高周波モジュールの製造方法。
前記パッケージ部を製造する工程は、前記導波管の一部分の中であって前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に誘電体板を設ける工程を含むことを特徴とする、付記8に記載の高周波モジュールの製造方法。
(付記10)
前記誘電体板を設ける工程において、前記半導体チップの回路面と前記誘電体板の表面とが同一面上に位置するように前記誘電体板を設けることを特徴とする、付記9に記載の高周波モジュールの製造方法。
前記パッケージ部を製造する工程は、前記導波管の一部分が延びる方向の前記他方の側で前記導波管の一部分を閉じるように蓋を設ける工程を含むことを特徴とする、付記8〜10のいずれか1項に記載の高周波モジュールの製造方法。
(付記12)
前記樹脂で一体化する工程の後に、前記導波管の一部分が延びる方向の前記他方の側の前記樹脂及び前記蓋を除去する工程を含むことを特徴とする、付記11に記載の高周波モジュールの製造方法。
前記再配線線路を設ける工程は、
前記樹脂上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層にビアを形成する工程と、
前記樹脂層上に線路導体を形成する工程とを含むことを特徴とする、付記8〜12のいずれか1項に記載の高周波モジュールの製造方法。
前記再配線線路を設ける工程は、
前記樹脂上に、導体層を有する誘電体フィルムを設ける工程と、
前記誘電体フィルムにビアを形成する工程と、
前記導体層をパターニングして線路導体を形成する工程とを含むことを特徴とする、付記8〜12のいずれか1項に記載の高周波モジュールの製造方法。
前記再配線線路を設ける工程において、ビア及び前記ビアに接続される線路導体を有する誘電体フィルムを、前記樹脂上に設けることを特徴とする、付記8〜12のいずれか1項に記載の高周波モジュールの製造方法。
2 導波管
2X 導波管の一部分
2Y 導波管の残りの部分
3 再配線線路
3X 再配線線路のアンテナカプラとなる部分
4 パッケージ部
5 バックショート
6 樹脂(モールド樹脂)
7 アンテナカプラ
8 導電性接着剤
9 バスタブ状金属部材
9A 底部
9B 枠状の側部
10 キャップ
11 誘電体板
12 蓋
20 支持基板
21 粘着シート
22 集積体
30 再配線層
31 グランド層
32 ビア
33 樹脂層(感光性樹脂層;絶縁層)
34 ビア
35 線路導体
Claims (7)
- 半導体チップと、前記半導体チップと樹脂で一体化された導波管の一部分と、前記半導体チップに電気的に接続され、前記導波管の一部分が延びる方向の一方の側に位置する部分がアンテナカプラとなる再配線線路とを有するパッケージ部と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側の反対側の他方の側に設けられ、前記導波管の一部分に接合された前記導波管の残りの部分と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に、前記導波管の一部分との間に前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分が位置するように設けられたバックショートとを備え、
前記再配線線路は、前記樹脂上に形成された樹脂層に設けられたビア又は前記樹脂上に設けられた誘電体フィルムに形成されたビアを介して前記半導体チップに電気的に接続された線路導体によって構成されていることを特徴とする高周波モジュール。 - 前記導波管の一部分の中に、前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分を支持する誘電体板を備えることを特徴とする、請求項1に記載の高周波モジュール。
- 前記誘電体板は、ベンゾシクロブテン、液晶ポリマ、シクロオレフィンポリマ、ポリオレフィン、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれるいずれか1種の材料からなることを特徴とする、請求項2に記載の高周波モジュール。
- 半導体チップと、前記半導体チップと樹脂で一体化された導波管の一部分と、前記半導体チップに電気的に接続され、前記導波管の一部分が延びる方向の一方の側に位置する部分がアンテナカプラとなる再配線線路とを有するパッケージ部を製造する工程と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側の反対側の他方の側に位置するように、前記導波管の一部分に前記導波管の残りの部分を接合する工程と、
前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に位置し、かつ、前記導波管の一部分との間に前記再配線線路の前記アンテナカプラとなる部分が位置するように、バックショートを設ける工程とを含み、
前記パッケージ部を製造する工程は、
前記半導体チップと前記導波管の一部分を前記樹脂で一体化する工程と、
前記半導体チップに電気的に接続されるように、前記樹脂上に形成された樹脂層に設けられたビア又は前記樹脂上に設けられた誘電体フィルムに形成されたビアを介して前記半導体チップに電気的に接続された線路導体によって構成される前記再配線線路を設ける工程とを含むことを特徴とする高周波モジュールの製造方法。 - 前記パッケージ部を製造する工程は、前記導波管の一部分の中であって前記導波管の一部分が延びる方向の前記一方の側に誘電体板を設ける工程を含むことを特徴とする、請求項4に記載の高周波モジュールの製造方法。
- 前記パッケージ部を製造する工程は、前記導波管の一部分が延びる方向の前記他方の側で前記導波管の一部分を閉じるように蓋を設ける工程を含むことを特徴とする、請求項4又は5に記載の高周波モジュールの製造方法。
- 前記樹脂で一体化する工程の後に、前記導波管の一部分が延びる方向の前記他方の側の前記樹脂及び前記蓋を除去する工程を含むことを特徴とする、請求項6に記載の高周波モジュールの製造方法。
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