JPH1117349A - 高周波集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

高周波集積回路装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】パワーデバイス素子に対して優れた放熱効果を
有し、かつ約０．２ｃｃ程度の容積に超小型化できると
共に、低価格化が図られる高周波パワーモジュールを得
る。 【解決手段】２層以上の基板層１０，１３および１層以
上の金属層１１，１２を含む多層基板１の一面に金属層
１１を露出させて凹部１５が形成され、この凹部１５内
にパワー半導体装置２が搭載され、この凹部１５以外の
前記多層基板１の表面にチップ部品３が搭載され、多層
基板１の表層と内層とに回路配線層８，９が形成された
パワーモジュールで、前記凹部１５から前記多層基板１
の裏面に放熱用スルーホール１６であるサーマルビアが
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波集積回路装置
に関し、時に携帯電話等の送信用パワーアンプ・モジュ
ールに適した高周波集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の多層配線板の構造とし
て、特開昭６３―２９２６６０号公報に示されたものが
あり、これを図５の部分断面斜視図に示す。この構造
は、配線層を設けた絶縁板２４を積層した積層体２５の
内部に、薄い金属層２６を積層させ、この積層体２５に
金属層２６の露出部２７を設け、この露出部２７に熱を
発生する電子部品２８を密着させて取り付けたものであ
る。この構造は、電子部品２８から発生する熱を金属層
２６に吸収させて放熱効果を上げるようにしたものであ
る。しかし、この構造では、電子部品２８から発生する
熱を直接薄い金属層２６にだけ、その横方向にのみ伝え
ようとしているため、ＰｏＧａＡｓＦＥＴ等のパワーデ
バイス素子を放熱するためには、金属層２６を広い面積
にする必要があり、０．２ｃｃ程度の超小型パワーアン
プ・モジュールを実現することはできない。
【０００３】また、図６は特開平７―５０４８９号公報
に示された多層印刷配線板の断面図である。この構造
は、配線層を設けた絶縁板を積層した積層体２９の表面
にパッド３０を設け、このパッド３０を介して放熱用ス
ルーホール３１を設け、パッド３０上に発熱体のチップ
キャリアＩＣ３２を搭載したものである。この構造は、
チップキャリアＩＣ３２から発生した熱を、パッド３
０、放熱用スルーホール３１を介して大気中に、また放
熱用スルーホール３１から積層体２９内に積層されたア
ース（接地）層３３に横方向に伝えて大気中に放熱させ
るものである。しかし、この構造では、薄いアース層３
３と放熱用スルーホール３１とだけで放熱しているの
で、ＰｏＧａＡｓＦＥＴ等のパワーデバイス素子を放熱
するためには薄いアース層３３の面積を広くしたり、ア
ース層３３の層数を増やす必要があり、これも０．２ｃ
ｃ程度の超小型パワーアンプ・モジュールを実現するこ
とはできない。
【０００４】さらに、従来の超小型パワーアンプ・モジ
ュールの構造は、図７の断面図に示される。これは、配
線層８ａを設けたセラミック基板３５に厚い放熱板３６
を外部から組み込み、このセラミック基板３５に放熱板
３６の露出部３７を設け、ここにパワーデバイス素子２
を搭載している。しかし、この構造では、パワーデバイ
ス素子２の放熱は可能てあるが、厚い放熱板３６を外部
から取り込む工程が必要となり、製造工程が複雑になり
コストアップとなるため、安価な０．２ｃｃ程度の超小
型パワーアンプ・モジュールを実現することはできな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した図５，６の従
来技術では、放熱性が不十分なため、パワーデバイス素
子２の放熱に、積層体の金属層面積を大きくする必要が
あり、モジュール容積が増大し、ＰｏＧａＡｓＦＥＴ等
のパワーデバイス素子２を搭載した０．２ｃｃ程度の超
小型パワーアンプ・モジュールを製造することはできな
くなる。
【０００６】また、図７のような従来技術では、厚い放
熱板を積層ではなく、外部から取りむため、製造工程が
複雑になると共に、放熱板部分の材料・工数が増加し、
コストアップとなる問題がある。
【０００７】本発明の目的は、積層による厚い金属層を
層内に設けた多層基板構造を可能とし、低価格な０．２
ｃｃ程度の超小型パワーアンプ・モジュールを製造でき
る高周波集積回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、２層以
上の基板層および１層以上の金属層を含む多層基板の一
面に前記金属層を露出させた凹部が形成され、この凹部
内に半導体装置が搭載され、前記凹部以外の前記多層基
板表面にチップ部品が搭載され、前記多層基板の表層と
内層とに回路配線層が形成された高周波集積回路装置に
おいて、前記凹部から前記多層基板の裏面に放熱用スル
ーホールであるサーマルビアが設けられたことを特徴と
する。
【０００９】本発明において、多層基板の側面には、信
号入出力端子および電源端子用の各スルーホールを設
け、また接地・放熱用スルーホールを設けることができ
る。
【００１０】また本発明において、多層基板の層間の金
属層は厚さ５０μｍ以上に形成され、また多層基板を構
成する基材をガラスエポキシ樹脂とすることができる。
【００１１】本発明の高周波集積回路装置の製造方法の
構成は、配線層を表裏面にもつ第１基材層と、厚い金属
層を少なくとも一面にもつ第２基材層とを接着剤層を介
して積層体を形成し、この積層体の中央に内層の金属層
が露出するまて加工して凹部を形成し、この凹部の露出
面から前記積層体を貫通する放熱用スルーホールを形成
し、前記凹部内に半導体装置を搭載することを特徴とす
る。
【００１２】本発明の高周波集積回路装置の構成によれ
ば、パワーデバイスである半導体装置が搭載される凹部
を設けた多層金属層を含む多層基板と放熱用スルーホー
ルとにより、優れた放熱性を実現すると共に、超小型化
および低コスト化が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
より説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態
を示す分解斜視図およびその断面図である。本実施形態
は、図１（ａ）のように、多層基板１上に、パワーデバ
イス素子２およびチップ抵抗、チップコンデンサ等のチ
ップ部品（回路部品）３が搭載され、その側面には、入
出力端子用スルーホール４と、電源端子用スルーホール
５と、接地（放熱）端子用スルーホール６とを設け、こ
の多層基板１全体を覆う電磁界シールドおよび内部保護
のための金属カバー７が設けられている。
【００１４】この多層基板１は、回路配線層（導体回
路）８，９を上下面に有する樹脂からなる基板層（基材
層）１０と、５０μｍ以上の厚さの金属層１１，１２と
を、樹脂系の接着剤層１４で挟んで積層した構造となっ
ている。この多層基板１の一面を金属層１１が露出する
まで、導体回路８側から基材層１０、導体回路９、およ
び接着剤層１４をザグリ加工して凹部のキャビティ１５
を形成し、この凹部１５内の金属層１１上に、直接パワ
ーデバイス素子２の半導体装置が搭載される。さらに、
パワーデバイス素子２の直下には、金属層１１、基材層
１３、金属層１２を貫通する放熱用スルーホールである
サーマルビア１６が設けられ、キャビティ１５部分を除
く多層基板１面内には、この多層基板１を貫通する複数
のスルーホール１７を、多層基板１側面には、多層基板
１の側面を貫通する複数のスルーホール６を設け、スル
ーホール１６，１７には絶縁性樹脂が充填されている。
なおパワーデバイス素子２は通常樹脂封止されており、
取り付け面（裏面）が金属層となっているので、キャビ
ティ１５内の金属層１１上にはんだ１８により接合され
る。
【００１５】本実施形態の熱的動作を、図２のその動作
説明をする断面図により説明する。パワーデバイス素子
２を搭載するキャビティ１５は、その内部で発熱したパ
ワーデバイス素子２の熱を、直接放熱手段である金属層
１１、スルーホール１６に伝える（ここでは、熱流Ａを
矢印で示している）。放熱手段である金属層１１に伝わ
った熱は、この金属層１１中を横方向に拡散し、放熱手
段のスルーホール１６，１７に伝わり、スルーホール１
７およびスルーホール６を通じて大気中、または携帯電
話等の実装基板に伝わると共に、金属層１２にも伝えら
れる。そして金属層１２中を横方向に拡散し、スルーホ
ール１７、スルーホール６を通じて大気中、または携帯
電話等の実装基板に伝わり放熱される。
【００１６】このようにパワーデバイス素子２を搭載し
たキャビティ１５は、パワーデバイス素子２の発熱を多
層基板１を介さずに、放熱手段の金属層１１、スルーホ
ール１６に伝え、この金属層１１が５０μｍ以上の厚さ
の厚い金属層てあるので、パワーデバイス素子２の発熱
を直接効率よく吸収し、横方向に拡散させて放熱手段の
スルーホール１７，６に伝える。放熱手段のスルーホー
ル１６は、パワーデバイス素子２の発熱を大気中または
携帯電話等の実装基板に伝えると同時に、放熱手段の金
属層１２に伝える。また放熱手段のスルーホール１７，
６は、金属層１１からの熱を、直接大気中または携帯電
話等の実装基板に伝え、放熱手段の金属層１２も、厚い
金属の層であるので、各スルーホール１６，１７，６か
らの熱を効率よく吸収し、横方向に拡散させる。この構
成により、熱抵抗を最小限に抑えることができ、超小型
化・低価格化を図りながら、パワーデバイス素子２の放
熱を効率よく行える。
【００１７】図３は本発明の第２の実施形態を示す断面
図である。本実施形態は、図１の２つの厚い（５０μｍ
以上）金属層１１，１２の代りに、１００μｍ以上のよ
り厚い１層の金属層１９を用いている。この場合は、基
材層１３がなくなるので、層間の接続が少なくなるが、
熱的には第１の実施形態と同様の効果がある。
【００１８】図４は本発明の第３の実施形態を示す断面
図である。本実施形態は、図１の２つの厚い（５０μｍ
以上）金属層１１，１２に付加して、５０μｍ以上の厚
さの２層の金属層２１，２３およびその間の基材層２２
が接着剤層２０により接合されて設けられており、５０
μｍ以上の金属層が４層になっている。この場合は、基
材層２２が付加されるので、層間の接続が多くできる
が、熱的には第１の実施形態と同様の効果がある。
【００１９】
【実施例】次に、本発明の実施例として、図１における
多層基板１が、縦１０．０ｍｍ，横１０．０ｍｍ，厚さ
０．８ｍｍの場合を説明する。この多層基板１に、出力
１．１Ｗをもつパワーデバイス素子２、チップ抵抗、チ
ップコンデンサ等のチップ部品３を搭載し、その基板側
面に、２個の入出力端子用スルーホール４と、３個の電
源端子用スルーホール５と、９個の接地（放熱）端子用
スルーホール６とを設置し、真鍮製の金属カバー７を被
せたものとしている。このモジュール全体は、縦１０．
０ｍｍ，横１０．０ｍｍ，高さ２．０ｍｍで、容積０．
２ｃｃを実現している。
【００２０】また多層基板１は、厚さ１８μｍの銅の導
体回路８，９を上下面に有し、厚さ３００μｍで誘電率
１０．５のガラスエポキシ基材層１０と、厚さ７０μｍ
の銅の金属層１１，１２を上下面に有し、厚さ１００μ
ｍで誘電率４．２のガラスエポキシ基材層１３とを、厚
さ１５０μｍで誘電率４．２のガラスエポキシ系の接着
剤層１４を積層させた構造となっている。なお基材層１
０は高周波回路が搭載されるので、ストリップライン等
に適した高誘電率のガラスエポキシ基材が用いられる
が、基材層１３は多層基板１の内層であるので、安価な
通常誘電率のガラスエポキシ基材を用いている。
【００２１】さらに多層基板１の表面中心部に、銅の金
属層１１が露出するまでザグリ加工して縦２．７ｍｍ，
横４．９ｍｍのキャビティ１５を形成し、パワーデバイ
ス素子２が搭載される。このパワーデバイス素子２の直
下には金属層１１，１２を貫通する直径０．５ｍｍのス
ルーホール１６が９個、多層基板１にはこれを貫通する
直径０．３ｍｍのスルーホール１７が１１個設けられ、
スルーホール１６，１７は絶縁性のインクで充填されて
いる。
【００２２】本実施例の各放熱手段により、熱抵抗が最
小限に抑えられ、１．１Ｗのパワーデバイス素子２の熱
破壊を防ぐことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の構成によれ
ば、高周波多層基板中の、金属層上に設けた凹部に放熱
用スルーホールを形成してパワーデバイス素子を搭載し
たパワーモジュール構造となっているので、パワーデバ
イス素子に対して優れた放熱効果を有し、かつ約０．２
ｃｃ程度の容積に超小型化できると共に、低価格化が図
られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す分解斜視図およびそ
の断面図。
【図２】図１の実施形態の動作を説明する断面図。
【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図。
【図５】従来例の高周波集積回路の構造を示す分解斜視
図。
【図６】従来例の他の構造を示す断面図。
【図７】従来例のさらに他の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１ 多層基板 ２ パワーデバイス素子 ３ 回路部品 ４ 入出力端子用スルーホール ５ 電源端子用スルーホール ６ 接地（放熱）端子用スルーホール ７ 金属カバー ８，８ａ，９ 導体回路層 １０ 基材層 １１，１２，１３，１９，２１，２３ 金属層 １４，２０，２０ 接着材層 １５ キャビティ １６，１７ スルーホール １８ はんだ層 ２４ 絶縁板 ２５，２９ 積層体 ２６ 薄い金属層 ２７，３７ 露出部 ２８ 電子部品 ３０ パッド ３１ 放熱用スルーホール ３２ チップキャリアＩＣ ３３ 接地層 ３５ セラミック基板 ３６ 厚い放熱板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２層以上の基板層および１層以上の金属
    層を含む多層基板の一面に前記金属層を露出させた凹部
    が形成され、この凹部内に半導体装置が搭載され、前記
    凹部以外の前記多層基板表面にチップ部品が搭載され、
    前記多層基板の表層と内層とに回路配線層が形成された
    高周波集積回路装置において、前記凹部から前記多層基
    板の裏面に放熱用スルーホールであるサーマルビアが設
    けられたことを特徴とする高周波集積回路装置。
  2. 【請求項２】 多層基板の側面には、信号入出力端子お
    よび電源端子用の各スルーホールが設けられた請求項１
    記載の高周波集積回路装置。
  3. 【請求項３】 多層基板の側面には、接地・放熱用スル
    ーホールが設けられた請求項１記載の高周波集積回路装
    置。
  4. 【請求項４】 多層基板を構成する基材がガラスエポキ
    シ樹脂である請求項１，２または３記載の高周波集積回
    路装置。
  5. 【請求項５】 多層基板の層間の金属層は厚さ５０μｍ
    以上に形成された請求項１，２，３または４記載の高周
    波集積回路装置。
  6. 【請求項６】 配線層を表裏面にもつ第１基材層と、厚
    い金属層を少なくとも一面にもつ第２基材層とを接着剤
    層を介して積層体を形成し、この積層体の中央に内層の
    金属層が露出するまて加工して凹部を形成し、この凹部
    の露出面から前記積層体を貫通する放熱用スルーホール
    を形成し、前記凹部内に半導体装置を搭載することを特
    徴とする高周波集積回路装置の製造方法。
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