JPWO2003077317A1 - 集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
電子装置に組み込まれる集積回路装置であり、例えば、携帯電話機に組み込まれる高周波電力増幅装置である。所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に形成された金属箔と、前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定された半導体素子と、前記配線基板の裏面側に外部電極端子が形成されていることを特徴とする。前記半導体素子の表面と前記配線基板の主面は導電性のワイヤによって接続され、前記配線基板の主面に受動素子が形成されている。
Description
技術分野
本発明は集積回路装置、例えば、混成集積回路装置(ハイブリッドIC)及びその製造方法並びにその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置に係わり、例えば、高周波電力増幅装置とその製造方法並びに高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機等の無線通信機に適用して有効な技術に関する。
背景技術
混成集積回路装置(ハイブリッドIC)の一例として、孔の開いたPCB(printed circuit board:プリント回路基板)や、セラミック多層基板に放熱板を取り付けた構造が知られている。このような混成集積回路装置としては、特開平6−181268号公報に記載されている。この文献には、端子ピンと放熱板とが反対側に位置している半導体装置が開示されている。
携帯電話機に組み込まれる高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)は、混成集積回路装置の構造をとる。この種の高周波電力増幅装置は、例えば、セラミック多層基板に選択的に設けたキャビティ底上に半導体チップを固定するとともに、半導体チップで発生した熱をキャビティ底のセラミック多層基板部分に設けたビァホールから放散する構造になっている。
一方、特開2000−252308号公報に開示されているように、半導体装置の製造において、基板の主面上に縦横に半導体チップを整列配置固定した後、半導体チップの電子部品と基板の配線を導電性のワイヤで接続し、その後基板の主面上に絶縁性の樹脂層を設け、ついで基板を縦横に切断して半導体装置を製造する技術が知られている。この文献には、母基板の枠状部で取り囲まれた内側の領域に半導体素子等を覆うように液状樹脂を滴下塗布した後、硬化させる技術が開示されている。また、特開平10−135252号公報には、前記樹脂の硬化後に基板の裏面にボール電極を取り付け、その後基板を縦横に切断して半導体装置を製造する技術が開示されている。
本発明者は、携帯電話機に組み込む高周波電力増幅装置の基板の熱抵抗低減に関して検討した。熱抵抗を低減させるための一手法として、前記のようにセラミック基板にキャビティを設け、キャビティ上に固定した半導体素子(半導体チップ)から発生した熱をキャビティ底に設けたビァホールを介して放熱する構造では、基板が割れやすくなる難点があるとともに、グリーンシートを焼成してセラミック基板を形成するとき焼成ばらつきが発生して精度劣化が発生する。
また、前記のように孔の開いたPCBやセラミック多層基板に放熱板を取り付ける構造では、端子と放熱面が反対側にあり、表面実装にはてきさなくなる。即ち、高周波電力増幅装置の放熱板を実装基板に接触させて放熱を図り、前記端子と実装基板の配線を電気的に接続するには、放熱面と端子面は同じ面側に設けることが望ましい。
一方、基板の主面上に樹脂層を形成した後、基板を縦横に切断して複数の半導体装置を製造する方法では、樹脂の流出を防ぎ平坦な樹脂層を形成することが、高さの整った半導体装置を製造する上でも重要である。
本発明の目的は、集積回路装置(混成集積回路装置)における基板の熱抵抗の低減を図ることにある。
本発明の他の目的は、製造歩留りの向上が達成できる集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、製造コストの低減が図れる集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、表面実装が可能で放熱面が実装面側に存在する集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に形成された金属箔と、前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定された半導体素子と、前記配線基板の裏面側に外部電極端子が形成され、前記半導体素子の表面と前記配線基板の主面は導電性のワイヤによって接続され、前記配線基板の主面に受動素子が形成されてなる集積回路装置である。
より具体的には、
所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板(プリント回路基板)と、
前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、
少なくとも前記一部の金属箔と前記配線基板の裏面の配線を電気的に接続する前記接着剤を貫通して設けられる導体と、
前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、
前記金属箔の表面を被うメッキ膜と、
前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段(導電性のワイヤ)を介して電気的に接続される電子部品(半導体素子)と、
前記配線基板の主面に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段を介して電気的に接続される1乃至複数の電子部品(受動部品,受動素子)と、
前記電子部品並びに前記接続手段を覆い前記配線基板の主面側を覆う絶縁性樹脂からなる封止体とを有し、
前記配線基板の裏面側に露出し表面が前記メッキ膜で被われた複数の金属箔の少なくとも一部は外部電極端子を構成していることを特徴とする混成集積回路装置。前記混成集積回路装置は、複数の半導体チップ及び他の電子部品によって高周波電力増幅装置が形成されている。
このような混成集積回路装置は、
所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、少なくとも前記一部の金属箔と前記配線基板の裏面の配線を電気的に接続する前記接着剤を貫通して設けられる導体と、前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、前記金属箔の表面を被うメッキ膜とからなる製品形成部を、縦横に複数整列配置した積層基板を用意する工程と、
前記貫通孔底の前記金属箔上に電子部品(半導体素子)を搭載するとともに、前記配線基板の主面に電子部品(受動部品,受動素子)を搭載する工程と、
少なくとも一部の前記電子部品の電極と前記配線基板の配線を導電性のワイヤで電気的に接続する工程と、
前記積層基板の主面側を絶縁性樹脂で被って封止体を形成する工程と、
前記積層基板及び前記封止体を各製品形成部の境界で切断して複数の混成集積回路装置を形成する工程とによって製造される。
前記封止体を樹脂を印刷する方法で形成する場合、前記積層基板においては、前記製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けておき、樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が前記窪みの縁で停止させるようにする。
本発明の混成集積回路装置は、プリント回路基板に孔を設けるとともに、この孔を放熱部を形成する金属箔で塞ぎ、孔底の金属箔上に半導体チップを搭載する構造であることから、半導体チップで発生した熱を速やかに外部に放熱できるため、混成集積回路装置の放熱性が良好になり、安定動作が達成できる。また、プリント回路基板の使用により、混成集積回路装置の小型化及びコスト低減が達成できる。
また、封止体を樹脂を印刷して形成する方法では、積層基板においては、製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けて樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が窪みの縁で停止させるようにすることから、積層基板の縁に樹脂が存在せず、樹脂の硬化前の積層基板の取扱時に樹脂が他のものに付着することがなく、歩留り向上が図れる。
また、このような高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機では、半導体チップで発生した熱を放熱部から実装基板の熱放散部に速やかに伝達して熱放散を図ることから、安定動作が可能になり、特性の向上を図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
図1乃至図13は本発明の一実施形態(実施形態1)である集積回路装置、例えば混成集積回路装置に係わる図である。
混成集積回路装置1は、図1に示すように、四角形状の積層基板2と、積層基板2の主面側を被うように設けられた封止体3とを有する。封止体3は絶縁性の樹脂(レジン)、例えばシリコンレジンで形成されている。封止体3は積層基板2の主面全域に同じ厚さで設けられている。また、封止体3の積層基板2に沿う表面は平坦な面であり、四角な周面は切断されて形成された平面になっている。例えば、積層基板2の厚さは0.65mm程度であり、封止体3を含めた厚さは1.6mm程度である。
積層基板2は、図2にも示すように、主面に電子部品を搭載する配線基板4、例えばプリント回路基板4と、このプリント回路基板4の裏面に接着剤5を介して接着された金属箔6とからなっている。金属箔6の表面はメッキ膜7が形成されている。金属箔6は選択的に形成され、金属箔6と金属箔6との間は絶縁膜(レジスト膜)8で埋め込まれている。従って、この金属箔6は、図3に示すように、混成集積回路装置1の裏面に部分的に露出することになる。厳密には金属箔6の表面のメッキ膜7が露出することになる。メッキ膜7は、例えばニッケルメッキ膜とこの上に形成される金メッキ膜で形成され、全体で10〜15μm程度の厚さになっている。
本実施形態1では接着剤5は絶縁性の接着剤が使用されている。従って、図2にも示すように、プリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6は接着剤5と金属箔6を貫通して設けられたコンタクト孔に充填した導体19によって電気的に接続されている。導体19を含めた金属箔6の表面はメッキ膜7によって被われている。また、金属箔6とプリント回路基板4の裏面の配線14との電気的に接続を確実にするために、コンタクト孔を設けた後、金属箔6及びコンタクト孔の底に露出する配線14の表面等に導電性のメッキ膜を形成し、その後コンタクト孔に導体19を充填する。このメッキ膜については、図9乃至図12において詳述する。従って、図9乃至図12以外の図においてはこのメッキ膜は省略してある。
接着剤5として導電性の接着剤を用いれば接着剤を介してプリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6は電気的に接続される。本発明においてはこの構造も含む。しかし、混成集積回路装置1を構成する回路構成によっては、混成集積回路装置1の裏面に露出する金属箔6(以下表面にメッキ膜7を有する金属箔として説明上使用する場合もある)の一部は電気的に独立した状態とする場合もある。このような場合、即ち本実施形態1一部の金属箔部分は電気的に分離した状態とするために絶縁性の接着剤が使用されている。
前記金属箔6は、図3に示すように、混成集積回路装置1の四角形状の裏面において、左右両辺に沿ってそれぞれ5個配置される小さな矩形部分と、これらの間に配置される8個の長方形部分とからなっている。これら金属箔6、厳密には金属箔6の表面のメッキ膜7は、混成集積回路装置1の裏面に露出する。左右の矩形部分は外部電極端子9であり、長方形部分は熱を放散する放熱部10である。放熱部10は放熱性能を高めるため広い面積を有するようになっている。
なお、放熱部10も接地端子(グランド端子:GND)として使用することができる。接着剤5として絶縁性の接着剤を使用する本実施形態1の場合には、グランド端子として使用するときは前記導体19でプリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6を電気的に接続する必要がある。接着剤5として導電性の接着剤を使用する場合には、配線14に接着剤5を介して重なる金属箔6が配線14と同じ電位となる。
プリント回路基板4は、絶縁性の樹脂を主体とする多層配線構造となり、その表裏面(主面及び裏面)に配線14を有する。これら配線14は、図2に示すように、プリント回路基板4の内部に設けられる中間配線14aや層間を電気的に接続する接続導体14bを介して電気的に接続されている。プリント回路基板4の主面の配線14は、チップ抵抗,チップコンデンサ等の受動部品(電子部品)15の電極部分が固定される電極固定パッド14cやワイヤを接続するワイヤボンディングパッド14dが設けられている。ワイヤボンディングパッド14dの表面にはワイヤの接続を良好とするためにメッキ膜(Auメッキ膜等)14fが形成されている。
積層基板2は所定箇所に1乃至複数の貫通孔11が設けられるとともに、この貫通孔11の底は前記金属箔6で塞がれている。この貫通孔11の孔底には接着剤12を介して回路素子が形成された能動部品である半導体チップ13が固定されている。また、半導体チップ13の図示しない電極と積層基板2の主面のワイヤボンディングパッド14dは導電性のワイヤ16で電気的に接続されている。ワイヤ16は、例えばAu線である。
電子部品としての半導体チップ13が固定された金属箔6は、半導体チップ13から発生される熱を外部に放散する放熱部10となっている。なお、全ての放熱部10に半導体チップ13が固定される構造であってもよく、また一部の放熱部10に半導体チップ13が固定される構造でもよい。
半導体チップ13を放熱部10(金属箔6)に固定する接着剤12が導電性の接着剤である場合、また、半導体チップ13の基板がグランド電位である場合、放熱部10もグランド電位となり、外部電極端子として使用できることになる。
積層基板2の主面には、いずれも表面実装型のチップ抵抗やチップコンデンサ等の受動部品(電子部品)15が搭載されている。受動部品(電子部品)15は、例えば両端に電極15aを有し、その電極15aがソルダー17を介して電極固定パッド14cに電気的に接続される構造によって積層基板2に固定される(図2参照)。
封止体3は、積層基板2の主面に搭載された受動部品(電子部品)15、貫通孔11の底に固定された半導体チップ(電子部品)13やワイヤ16等を被う。封止体3は、樹脂を印刷する印刷法やトランスファモールド法によって形成され、表面は平坦になっている。
また、これは後に詳述するが、混成集積回路装置の製造において、縦横に複数の製品形成部を設けた一枚の積層基板を母材として使用する。即ち、積層基板の全ての製品形成部に電子部品を搭載し、かつ必要箇所をワイヤで接続した後、封止部を形成し、この封止部と積層基板を縦横にダイシングブレードで切断して複数の混成集積回路装置を製造することから、封止体3の周面は切断によって平坦な面になる。封止体を印刷で形成する場合は、積層基板の主面の印刷領域に樹脂を印刷して封止体とする。
搭載する半導体チップ(電子部品)13及び受動部品(電子部品)15の組み合わせによって各種機能を有する混成集積回路装置を製造することができる。
図4は混成集積回路装置1の実装構造を示す。即ち、主として絶縁板からなる実装基板(実装ボード)20の主面(上面)には、混成集積回路装置1の外部電極端子9や放熱部10に対応して導体からなるランド21,22が設けられている。ランド21,22の表面にはメッキ膜21a,22aが設けられている。放熱部10に対応するランド22(熱放散部)同士は繋がり、熱が広く広がるように配慮されている。これらランド21,22は配線の一部である。配線は絶縁膜24で被われている。
混成集積回路装置1は、外部電極端子9及び放熱部10が接着剤23を介してランド21,22に機械的にかつ電気的に接続されている。接着剤23は、例えばPbSnからなる半田である。
また、実装ボード20のランド21,22が形成された領域には貫通孔が設けられるとともに、この孔には導体が充填されて熱を伝達するサーマルビィア(放熱経路)が設けられている。放熱部10に対応するランド22(熱放散部)にはサーマルビィア25は複数設けられ、放熱部10を経過する熱を速やかに実装ボード20の裏面側に放熱するようになっている。図4で示す太い矢印は伝熱経路を示すものである。
つぎに、本実施形態1の混成集積回路装置1の製造方法について、図5乃至図13を参照しながら説明する。図5は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。
混成集積回路装置1は、図5のフローチャートで示すように、作業開始後、積層基板用意(S101),部品搭載(S102),ワイヤボンディング(S103),レジン(樹脂)印刷(S104),加熱によるレジン硬化処理(S105),基板分割(個片化)(S106)の各工程を経て製造される。これらの各工程は図6(a)〜図6(c)及び図7(a)〜図7(c)にほぼ対応する。これらの図では主として各工程の説明で必要と思われる部品に符号を付し、他の部品の符号は極力省略してある。
製造工程のステップ(S)101においては、図6(a)に示すような積層基板2aを用意する。この積層基板2aは、プリント回路基板4の裏面に接着剤5を介して金属箔6を張り付けた構造となるとともに、平面的に見て、周縁の枠部31と、枠部31の内側の一群の製品形成部とからなっている。製品形成部は1個の混成集積回路装置1を製造する部分であり、図1と同様の構造になっている。
一群の製品形成部は積層基板2aの平面XY方向に整列配置(m行n列)され、最終的に積層基板2aをXY方向に格子状にダイシングブレードで切断することによって複数の混成集積回路装置を製造するようになっている。製品形成部30は四角形状となることから一群の製品形成部も四角形状となり、従って、枠部31は矩形状の枠となる。
また、枠部31には、一群の製品形成部30を囲むように所定間隔に配置される貫通した孔32が設けられている。この孔32は一群の製品形成部30の縁から所定距離離れている。これは積層基板2aの主面に絶縁性樹脂層を形成した後、積層基板2aを切断する際、積層基板2aの主面に設けた樹脂層を積層基板2a共々製品形成部30の境界で切断するためである。
また、枠部31には、図示はしないが、積層基板2aを取り扱うとき利用するガイド孔が複数設けられている。これらガイド孔は円形孔や長孔等からなり、積層基板2aの移送に使用され、あるいは積層基板2aの位置決めのときの位置決め孔として使用される。
図6〜図8には枠部31の左側部分と、これに連なる二つの製品形成部30を示してある。図6中aで示す線は、製品形成部30の縁を示す線である。
ここで、積層基板2aの製造方法について、図8(a)〜(g)を参照しながら説明する。図8(a)に示すように、0.65mm程度の厚さのプリント回路基板4aを用意する。このプリント回路基板4aも、図6(a)を説明する際説明した一群の製品形成部及び枠部を有する構造になっている。また、プリント回路基板4aにおける各製品形成部の配線のパターンは図1と同じ構造になっている。また、プリント回路基板4aの各層の構造は前述の構成になっている。
つぎに、図8(b)に示すように、各製品形成部30における貫通孔11及び枠部31における孔32をプレスの打ち抜き、またはエッチングによって形成する。
つぎに、図8(b)に示すように、プリント回路基板4aの裏面全域に絶縁性の接着剤5(例えば、厚さ数μm)を介して金属箔6、例えば銅箔(例えば、厚さ20〜30μm)を接着する。
つぎに、図8(c)に示すように、金属箔6を選択的にエッチングして所定のパターンを形成する。即ち、金属箔6を図3に示すように外部電極端子9及び放熱部10を形成するように形成する。図9は金属箔6がパターニングされた状態を示す一部の拡大図である
つぎに、図8(d)に示すように、所定の金属箔6の所定箇所にコンタクト孔21を形成する。このコンタクト孔21は外部電極端子9を形成する金属箔6の部分に形成する。図10はコンタクト孔21が形成された一部の拡大図である。
つぎに、図8(e)に示すように、メッキ膜22を金属箔6の表面及びコンタクト孔21の底に露出する配線14の表面に形成する。例えば、銅をメッキする。このメッキ膜は数μm程度であり、電気的に接続を確実にするものであり、つぎの工程でコンタクト孔に充填する導体と配線14との電気的に接続を良好にするためである。
つぎに、図8(f)に示すように、コンタクト孔21に導体19を充填して塞ぐ。この充填には導電性ペーストを用いる。図11はメッキ膜22が形成され、かつコンタクト孔21が導体19によって塞がれた状態を示す一部の拡大図である。コンタクト孔21は導体19によって塞がれて表面は金属箔6の表面のメッキ膜22と同じに平坦になっている。外部電極端子9となる金属箔6は導体19を介してプリント回路基板4aの裏面の配線14に電気的に接続されることになり、金属箔6は外部電極端子9として使用可能になる。
つぎに、図8(g)に示すように、メッキ処理を行ってメッキ膜7を形成する。メッキ膜7は、例えばニッケルメッキ膜とこの上に形成される金メッキ膜で形成され、全体で10〜15μm程度の厚さになっている。図12はメッキ膜7が形成された状態を示す一部の拡大図である。このメッキ膜7の形成においては、常用のホトリソグラフィ技術とエッチング技術によって絶縁膜(レジスト膜)8を所定厚さに選択的に形成するとともに、レジスト膜8から露出する金属箔6の表面にメッキ膜7を形成する。これにより図8(g)に示すように積層基板2aを製造することができる。
このようにして製造された積層基板2aを用意(S101)した後、図6(b)に示すように、貫通孔11の底の金属箔6上に接着剤12を介して半導体チップ(電子部品)13を固定するとともに、積層基板2aの主面の所定箇所に受動部品(電子部品)15を搭載する(S102)。受動部品15は、例えば両端に電極15aを有することから、その電極15aをソルダー17を介して電極固定パッド14c重ね、ソルダー17のリフロー(再加熱)によって電極15aを電極固定パッド14cに自己整合的に接続する。この接続によって受動部品15は積層基板2aに固定される(図2参照)。
つぎに、図6(c)に示すように、半導体チップ13の電極と積層基板2aの主面のワイヤボンディングパッド14d(配線14)を導電性のワイヤ16で電気的に接続する(S103)。このワイヤボンディングは常用ワイヤボンディング装置によって行う。またワイヤ16はAu線が使用される。
つぎに、図7(a)に示すように、積層基板2aの主面の一群の製品形成部上に樹脂(レジン)の印刷によって絶縁性樹脂層3aを形成し(S104)、かつ絶縁性樹脂層3aを加熱処理して硬化させる(S105)。絶縁性樹脂層3aの形成はトランスファモールド法でも可能であるが、本実施形態1では樹脂をスクリーン印刷法によって印刷して形成する常用の印刷法で形成する。スクリーン印刷によってシリコンレジンを印刷する。樹脂としてはエポキシ樹脂等であってもよい。印刷法の場合、印刷後、適度の広がりと適度の表面張力による広がり停止が望ましく、適度の粘性が必要である(例えば、粘度2.0Pa・s)。この点については後述する。
この樹脂の印刷法によって形成された絶縁性樹脂層3aは、加熱(ベーク)によって硬化される(S106)。この硬化処理に至る間、即ち印刷からレジン硬化処理に至る時間、ペースト状の絶縁性樹脂層3aはその周縁が崩れて広がるが、前記孔32の存在と絶縁性樹脂層3aを構成する樹脂の表面張力によってその広がりは停止する〔図7(a)参照〕。
図13(a),(b)は積層基板2aの平面図であり、図13(a)は印刷されて広がりが始まらない前の絶縁性樹脂層3aを示す模式図である。また、図13(b)はペースト状の絶縁性樹脂層3aが広がり、かつその広がりが停止しだ状態の絶縁性樹脂層3aを示す模式図である。積層基板2aの枠部31には孔32が所定の間隔で配置されている。この結果、硬化処理前の樹脂が広がっても、樹脂の表面張力と孔32との関係で、図13(b)に示すように樹脂は孔32間で停止する。
樹脂の広がりを停止位置は、樹脂の粘度を加味し、孔32の大きさ及び孔32の配列ピッチを選択することによって決まる。また、孔32は円形,長孔等の他の形状でもよい。図14は孔32として円形孔32aと長孔32bを使用した例(変形例1)である。
また、樹脂の広がりを停止するものとしては貫通孔ではなく、窪みであってもよい。また、一群の製品形成部を囲むように枠部31に設ける溝であってもよい。
図15(a)〜(c)及び図16並びに図17には、枠部31に溝32cを設けた例を示す。これらの図において積層基板2aは配線や金属箔及びメッキ膜等は省略してある。図16に示すように一群の製品形成部30(即ち、印刷領域)の縁から所定の距離隔てた位置には、一群の製品形成部を囲むように溝32cが設けられている。そこで、図15(a),(b)に示すように、スクリーン印刷装置の枠部34に張り付けられたスクリーン35を積層基板2aの主面に重ね、スクリーン35上のインク(樹脂)36をスキージ37で抑えながら移動して印刷を行う。この印刷は、その後の樹脂の広がりを考慮して溝32cよりも僅かに内側までとする〔図15(b)参照〕。
スクリーン印刷装置から外され、樹脂のベーキング(硬化処理)が行われる寸前の絶縁性樹脂層3aは、図15(c)に示すように、溝32cの内側の縁まで広がり、かつ樹脂の表面張力によって盛り上がる状態となる(図17参照)。この状態では、樹脂がペースト状であることから、重力により、その表面は平坦になっている。そして、この状態で樹脂のベーキングが行われ、絶縁性樹脂層3aは硬化する。
なお、図15において、積層基板2aまたは積層基板2aとその上の絶縁性樹脂層3aに示される線は、製品形成部30の境を示す。この線部分は次の工程の切断における切断位置でもある。
つぎに、図7(b)に示すように、図示しないダイシングブレードによって積層基板2aを硬化した絶縁性樹脂層3a共々縦横に切断し、図1に示すような混成集積回路装置1を複数の製造する。
本実施形態1によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態1の混成集積回路装置1は、プリント回路基板4に孔(貫通孔11)を設けるとともに、この孔を放熱部10を形成する金属箔6で塞ぎ、孔底の金属箔上に半導体チップ13を搭載する構造であることから、半導体チップ13で発生した熱を速やかに外部に放熱できるため、混成集積回路装置1の放熱性が良好になり、安定動作が達成できる。
(2)また、プリント回路基板4の使用により、微細配線化できる等故混成集積回路装置1の小型化及びコスト低減が達成できる。
(3)封止体3を樹脂を印刷して形成する方法では、積層基板2aにおいては、製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けて樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が窪みの縁及び窪み間で停止させるようにすることから、積層基板2aの縁に樹脂が存在せず、樹脂の硬化前の積層基板2aの取扱時に樹脂が他のものに付着することがないことから、作業性が向上し、歩留り向上、製品コストの低減が図れる。
(4)本実施形態1の混成集積回路装置1は、プリント回路基板4に金属箔6を張り付けた構造となっていることから、セラミック基板の製造におけるような割れ等が発生せず、歩留り向上、コスト低減が達成できる。
(5)本実施形態1の混成集積回路装置1は、外部電極端子9と放熱部10が同一面側にあり、表面実装が可能になり、かつ実装基板への熱放散性も良好になる。
(6)本実施形態の混成集積回路装置1の製造方法によれば、一枚の積層基板2aには複数の製品形成部が縦横に設けられた構造となり、組立,封止が終了した後、この積層基板2aを絶縁性樹脂層3a共々縦横に切断することによって混成集積回路装置1を複数製造することができ、製品コストの低減が図れる。
(7)金属箔6の表面または金属箔6の表面に設けられるメッキ膜7の表面は絶縁膜8の表面と同一面または絶縁膜8の表面よりも突出した面になっていることから、実装基板の配線(電極)に金属箔部分を半田等の接合材を接合して接合した場合、良好な接合が可能になる。
(8)金属箔6の縁は配線基板4の縁よりも内側に位置していることから、実装基板に密に混成集積回路装置1を搭載しても外部電極端子が隣接する電子部品との間で短絡等の不良を発生しなくなり、実装の信頼性が向上する。
(9)半導体チップ13が固定された金属箔6の面積は広くなっていることから、半導体チップ13で発生した熱を速やかに金属箔を通して外部に放散できることになり、安定した動作が可能になる。
(10)本実施形態による高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機では、高周波電力増幅装置から発生される熱を実装基板の熱放散部を通して外部に効率的に放散できることから、安定した通信が可能な無線通信機になる。
(実施形態2)
図18乃至図21は本発明の他の実施形態(実施形態2)である混成集積回路装置、即ち高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)と、その高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信機)に係わる図である。
本実施形態2では、無線通信システムにおけるGSM(Global System for Mobile Communication)方式用の増幅系Gと、PCN(Personal Communications Network)方式用の増幅系Cを有する高周波電力増幅装置と、これら二つの通信システムが利用できるデュアルバンド方式の携帯電話機に本発明を適用した例について説明する。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、図18に示すように、積層基板2の主面側に半導体チップ(電子部品)13や受動部品(電子部品)15を搭載し、かつ主面側を封止体3で封止した構造になっている。また、図19に示すように、高周波電力増幅装置40の裏面には外部電極端子9及び放熱部10が設けられている。放熱部10は外部電極端子ともなっている。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、積層基板2配線パターンは実施形態1とは異なるが、半導体チップ13や受動部品15等の電子部品の搭載構造を始めとし、外部電極端子9や放熱部10を構成する金属箔6や封止体3の構造は実施形態1とほぼ同じである。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、図20に示すような等価回路になっている。高周波電力増幅装置40は第1の増幅系としてPCN方式用の増幅系Pと、第2の増幅系としてGSM方式用の増幅系Gを有している。従って、図20において、整合回路等を構成する容量(コンデンサ),抵抗を示す記号にあって、PCN用の増幅系PではCP1(コンデンサ)、RP1(抵抗)のようにPを含み、GSM用の増幅系GではCG1(コンデンサ)、RG1(抵抗)のようにGを含んで示してある。
図20に示すように、増幅系Pの外部電極端子は入力端子Pin1,出力端子Pout1,電源電位Vdd1となり、増幅系Gの外部電極端子は入力端子Pin2,出力端子Pout2,電源電位Vdd2となり、基準電位(グランド:GND)と制御端子Vapcが共通となっている。また、GSM用の増幅系GまたはPCN用の増幅系Pのいずれを動作させるかの選択は、スイッチSW1の切替えによって行い、このスイッチSW1は選択端子Vctlに供給される信号によって切り替わる。制御端子VapcはスイッチSW1に接続され、この制御端子Vapcに供給されるバイアス信号はスイッチSW1の切替えによって、GSM用の増幅系Gの各トランジスタにバイアス電位を供給する。また、図20の回路図における細長四角形部分はマイクロストリップラインを示すものである。
PCN用の増幅系P及びGSM用の増幅系Gは、いずれもトランジスタを順次従属接続した3段構成〔第1増幅段,第2増幅段,第3増幅段(最終増幅段)〕になっている。また、最終増幅段では出力を増大させるため並列に二つのトランジスタを接続する電力合成構成になっている。トランジスタは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field−Effect−Transistor)が使用されている。
従って、PCN用の増幅系Pでは、入力端子Pin1と出力端子Pout1との間に第1増幅段としてトランジスタQ1、第2増幅段としてトランジスタQ2、最終増幅段として並列接続されるトランジスタQ3,Q4を順次従属接続した構成になるとともに、入力側整合回路や出力側整合回路やノイズフイルター等の回路を構成するため、各所にディスクリート部品としてコンデンサ(CP1〜CP12),バイパスコンデンサ(CB1,CB2),抵抗(RP1〜RP6),インダクタL1が配置されている。
トランジスタQ1〜Q4の制御電極端子となるゲート電極には、それぞれ増幅されるべき信号とバイアス電位が供給される。このバイアス電位は、前述のように制御端子Vapcに供給される信号であり、この信号はスイッチSW1によってPCN用の増幅系PまたはGSM用の増幅系Gに選択して供給される。この選択は選択端子Vctlに供給される信号によってスイッチSW1が切り換えられることによって選択される。各ゲート電極に供給される電位はそれぞれ所定のバイアス抵抗によって規定されている。
また、各トランジスタQ1〜Q4の第1の電極端子(ドレイン電極)には電源電位Vdd1が供給されるとともに、第1の電極端子に増幅信号が出力される。各トランジスタの第2の電極端子(ソース電極)は基準電位(GND)が供給される。
また、GSM用の増幅系Gでは、入力端子Pin2と出力端子Pout2との間に第1増幅段としてトランジスタQ5、第2増幅段としてトランジスタQ6、最終増幅段として並列接続されるトランジスタQ7,Q8を順次従属接続した構成になるとともに、入力側整合回路や出力側整合回路やノイズフイルター等の回路を構成するため、各所にディスクリート部品としてコンデンサ(CG1〜CG13),バイパスコンデンサ(CB3,CB4),抵抗(RG1〜RG6),インダクタL2が配置されている。
トランジスタQ5〜Q8の制御電極端子となるゲート電極には、それぞれ増幅されるべき信号とバイアス電位が供給される。また、各トランジスタQ5〜Q8の第1の電極端子(ドレイン電極)には電源電位Vdd2が供給されるとともに、第1の電極端子に増幅信号が出力される。各トランジスタの第2の電極端子(ソース電極)は基準電位(GND)が供給される。
チップ1(CH1)にはトランジスタQ1,Q2,Q5,Q6がモノリシックに形成されている。チップ2(CH2)には増幅系Pの最終増幅段を構成するトランジスタQ3,Q4がモノリシックに形成されている。チップ3(CH3)には増幅系Gの最終増幅段を構成するトランジスタQ7,Q8がモノリシックに形成されている。
図18は封止体3を一部取り除いて積層基板2の主面に搭載された電子部品のレイアウトを示す平面図である。この図において、搭載される受動部品等は一部省略してある。図18に示すように、チップ1(CH1),チップ2(CH2)及びチップ3(CH3)は、積層基板2の主面に設けられた貫通孔11の底の金属箔6に固定されている。この構造は実施形態1における図2と同じ構造である。
従って、チップ1(CH1),チップ2(CH2),チップ3(CH3)で発生した熱は放熱部10を構成する金属箔6を通して速やかに放散されることになる。
つぎに、本実施形態2による高周波電力増幅装置40を組み込んだ携帯電話機(無線通信機)について説明する。図21はデュアルバンド無線通信機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理IC(RFlinear)50からアンテナ(Antenna)51までの部分を示す。なお、図21では、高周波電力増幅装置の増幅器はPCN用の増幅系PとGSM用の増幅系Gの二つを別けて示してあるが、一点鎖線で囲まれる部分が高周波電力増幅装置40に相当する。PCN用の増幅系(増幅器)をPで示し、GSM用の増幅系(増幅器)をGで示す。
アンテナ51はアンテナ送受信切替器52のアンテナ端子に接続されている。アンテナ送受信切替器52は、高周波電力増幅装置40の出力を入力する出力端子Pout1,Pout2と、受信端子Rx1,Rx2と、制御端子control1,control2とを有している。
高周波信号処理IC50からのGSM用の信号は増幅器(P)に送られ、Pout1に出力される。増幅器(P)の出力はカプラー54aによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路(APC回路)53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作して増幅器(P)を制御する。
また、同様に高周波信号処理IC50からのGSM用の信号は増幅器(G)に送られ、Pout2に出力される。増幅器(G)の出力はカプラー54bによって検出され、この検出信号はAPC回路53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作して増幅器(G)を制御する。
アンテナ送受信切替器52はデュプレクサー55を有している。このデュプレクサー55は端子を有し、1端子は上記アンテナ端子に接続され、他の2端子の内の一方はPCN用の送信受信切替スイッチ56aに接続され、他方はGSM用の送信受信切替スイッチ56bに接続されている。
送信受信切替スイッチ56aのa接点はフィルター57aを介してPout1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aのb接点は容量C1を介して受信端子Rx1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aは制御端子control1に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
また、送信受信切替スイッチ56bのa接点はフィルター57bを介してPout2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bのb接点は容量C2を介して受信端子Rx2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bは制御端子control2に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
受信端子Rx1と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60aと低雑音アンプ(LNA)61aが順次接続されている。また、受信端子Rx2と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60bと低雑音アンプ(LNA)61bが順次接続されている。
この無線通信機によってPCN用通信及びGSM通信が可能になる。また、各半導体チップ(電子部品)13は積層基板2に設けられた貫通孔11の底を形成する金属箔6に直接固定される。この金属箔6は放熱部10となり、実装基板の導体である熱放散部にメッキ膜7や接着剤を介して固定されることから、熱は速やかに熱放散部に伝達される。この結果、高周波電力増幅装置は安定動作し安定した通信が可能になる。
本実施形態2の高周波電力増幅装置は、実施形態1の混成集積回路装置が有する効果を同様に有することになる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
即ち、実施形態では、プリント回路基板の裏面に絶縁性の接着剤で金属箔を接着する技術について説明したが、導電性の接着剤を用いて金属箔を接着する技術にも同様に適用でき、製造コスト低減等の効果を同様に得ることができる。この場合、接着剤として導電性の接着剤を使用して金属箔をプリント回路基板に接着するため、接着剤とこれに接着された金属箔は等電位となる構造となる。そこで、電気的分離を図りたい金属箔同士の場合、各金属箔のパターンを適宜選択する必要がある。
また、実施形態では、配線基板として、プリント回路基板(PCB基板)を使用し、このプリント回路基板の裏面に接着剤を用いて金属箔を接着する技術について説明したが、配線基板としては、セラミック基板,アルミナ基板等他の配線基板に金属箔を接着して積層基板を形成する技術にも同様に適用できる。
また、本実施形態では、トランジスタとしてMOSFETの例について説明したが、例えば、増幅段を構成する半導体増幅素子(トランジスタ)としてMOSFETを用いた例について説明したが、他のトランジスタでもよい。例えば、トランジスタとして、GaAs−MES(Metal−Semiconductor)FET,HEMT(High Electron Mobility Transistor),Si−GeFET等であって、前記実施形態同様に適用でき同様な効果を得ることができる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)混成集積回路装置における基板の熱抵抗の低減を図ることができる。従って、熱放散性の良好な高周波電力増幅装置を提供することができる。
(2)製造歩留りの向上が達成できる混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
(3)製造コストの低減が図れる混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
(4)表面実装が可能で放熱面が実装面側に存在する混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる混成集積回路装置は、半導体チップで発生する熱を速やかに外部に放散できるものであり、混成集積回路装置の安定動作が可能になる。例えば、無線通信機の高周波電力増幅装置に本発明を適用することによって安定した通信が可能になる。また、電子部品を搭載する積層基板は、配線基板に金属箔を張り付ける構造となること、その製造においては最終的には積層基板を縦横に切断して複数の混成集積回路装置を製造することから製品コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の一実施形態(実施形態1)である混成集積回路装置の概要を示す模式的断面図である。
図2は一部の拡大断面図である。
図3は本実施形態1の混成集積回路装置の底面図である。
図4は本実施形態1の混成集積回路装置の実装状態を示す模式的断面図である。
図5は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。
図6は本実施形態1の混成集積回路装置の製造各工程の断面図である。
図7は本実施形態1の混成集積回路装置の製造各工程の断面図である。
図8は本実施形態1の混成集積回路装置の製造に用いる積層基板の製造各工程を示す断面図である。
図9は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板の裏面に金属箔を張り付けかつ金属箔をパターニングした一部の拡大断面図である。
図10は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔及び接着剤を貫通するコンタクト孔を形成した一部の拡大断面図である。
図11は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔表面等にメッキ膜を形成し、かつ前記コンタクト孔に導体を充填して塞いだ状態を示す一部の拡大断面図である。
図12は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔表面等にメッキ膜を形成した積層基板2a(積層基板2)の一部の拡大断面図である。
図13は本実施形態1における樹脂印刷と樹脂の広がりを停止させる構造を示す模式的断面図である。
図14は本実施形態1における他の樹脂の広がり停止構造(変形例1)を示す模式的平面図である。
図15は本実施形態1における他の樹脂の広がり停止構造(変形例2)における樹脂印刷状態を示す模式図である。
図16は変形例2による積層基板の模式的平面図である。
図17は図16の一部の拡大断面図である。
図18は本発明の他の実施形態(実施形態2)である封止体の一部を取り除いて電子部品のレイアウトを示す高周波電力増幅装置の平面図である。
図19は本実施形態2の高周波電力増幅装置の底面図である。
図20は本実施形態2の高周波電力増幅装置の等価回路図である。
図21は本実施形態2の高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機の機能構成を示すブロック図である。
本発明は集積回路装置、例えば、混成集積回路装置(ハイブリッドIC)及びその製造方法並びにその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置に係わり、例えば、高周波電力増幅装置とその製造方法並びに高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機等の無線通信機に適用して有効な技術に関する。
背景技術
混成集積回路装置(ハイブリッドIC)の一例として、孔の開いたPCB(printed circuit board:プリント回路基板)や、セラミック多層基板に放熱板を取り付けた構造が知られている。このような混成集積回路装置としては、特開平6−181268号公報に記載されている。この文献には、端子ピンと放熱板とが反対側に位置している半導体装置が開示されている。
携帯電話機に組み込まれる高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)は、混成集積回路装置の構造をとる。この種の高周波電力増幅装置は、例えば、セラミック多層基板に選択的に設けたキャビティ底上に半導体チップを固定するとともに、半導体チップで発生した熱をキャビティ底のセラミック多層基板部分に設けたビァホールから放散する構造になっている。
一方、特開2000−252308号公報に開示されているように、半導体装置の製造において、基板の主面上に縦横に半導体チップを整列配置固定した後、半導体チップの電子部品と基板の配線を導電性のワイヤで接続し、その後基板の主面上に絶縁性の樹脂層を設け、ついで基板を縦横に切断して半導体装置を製造する技術が知られている。この文献には、母基板の枠状部で取り囲まれた内側の領域に半導体素子等を覆うように液状樹脂を滴下塗布した後、硬化させる技術が開示されている。また、特開平10−135252号公報には、前記樹脂の硬化後に基板の裏面にボール電極を取り付け、その後基板を縦横に切断して半導体装置を製造する技術が開示されている。
本発明者は、携帯電話機に組み込む高周波電力増幅装置の基板の熱抵抗低減に関して検討した。熱抵抗を低減させるための一手法として、前記のようにセラミック基板にキャビティを設け、キャビティ上に固定した半導体素子(半導体チップ)から発生した熱をキャビティ底に設けたビァホールを介して放熱する構造では、基板が割れやすくなる難点があるとともに、グリーンシートを焼成してセラミック基板を形成するとき焼成ばらつきが発生して精度劣化が発生する。
また、前記のように孔の開いたPCBやセラミック多層基板に放熱板を取り付ける構造では、端子と放熱面が反対側にあり、表面実装にはてきさなくなる。即ち、高周波電力増幅装置の放熱板を実装基板に接触させて放熱を図り、前記端子と実装基板の配線を電気的に接続するには、放熱面と端子面は同じ面側に設けることが望ましい。
一方、基板の主面上に樹脂層を形成した後、基板を縦横に切断して複数の半導体装置を製造する方法では、樹脂の流出を防ぎ平坦な樹脂層を形成することが、高さの整った半導体装置を製造する上でも重要である。
本発明の目的は、集積回路装置(混成集積回路装置)における基板の熱抵抗の低減を図ることにある。
本発明の他の目的は、製造歩留りの向上が達成できる集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、製造コストの低減が図れる集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、表面実装が可能で放熱面が実装面側に存在する集積回路装置(混成集積回路装置)の製造方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に形成された金属箔と、前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定された半導体素子と、前記配線基板の裏面側に外部電極端子が形成され、前記半導体素子の表面と前記配線基板の主面は導電性のワイヤによって接続され、前記配線基板の主面に受動素子が形成されてなる集積回路装置である。
より具体的には、
所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板(プリント回路基板)と、
前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、
少なくとも前記一部の金属箔と前記配線基板の裏面の配線を電気的に接続する前記接着剤を貫通して設けられる導体と、
前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、
前記金属箔の表面を被うメッキ膜と、
前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段(導電性のワイヤ)を介して電気的に接続される電子部品(半導体素子)と、
前記配線基板の主面に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段を介して電気的に接続される1乃至複数の電子部品(受動部品,受動素子)と、
前記電子部品並びに前記接続手段を覆い前記配線基板の主面側を覆う絶縁性樹脂からなる封止体とを有し、
前記配線基板の裏面側に露出し表面が前記メッキ膜で被われた複数の金属箔の少なくとも一部は外部電極端子を構成していることを特徴とする混成集積回路装置。前記混成集積回路装置は、複数の半導体チップ及び他の電子部品によって高周波電力増幅装置が形成されている。
このような混成集積回路装置は、
所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、少なくとも前記一部の金属箔と前記配線基板の裏面の配線を電気的に接続する前記接着剤を貫通して設けられる導体と、前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、前記金属箔の表面を被うメッキ膜とからなる製品形成部を、縦横に複数整列配置した積層基板を用意する工程と、
前記貫通孔底の前記金属箔上に電子部品(半導体素子)を搭載するとともに、前記配線基板の主面に電子部品(受動部品,受動素子)を搭載する工程と、
少なくとも一部の前記電子部品の電極と前記配線基板の配線を導電性のワイヤで電気的に接続する工程と、
前記積層基板の主面側を絶縁性樹脂で被って封止体を形成する工程と、
前記積層基板及び前記封止体を各製品形成部の境界で切断して複数の混成集積回路装置を形成する工程とによって製造される。
前記封止体を樹脂を印刷する方法で形成する場合、前記積層基板においては、前記製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けておき、樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が前記窪みの縁で停止させるようにする。
本発明の混成集積回路装置は、プリント回路基板に孔を設けるとともに、この孔を放熱部を形成する金属箔で塞ぎ、孔底の金属箔上に半導体チップを搭載する構造であることから、半導体チップで発生した熱を速やかに外部に放熱できるため、混成集積回路装置の放熱性が良好になり、安定動作が達成できる。また、プリント回路基板の使用により、混成集積回路装置の小型化及びコスト低減が達成できる。
また、封止体を樹脂を印刷して形成する方法では、積層基板においては、製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けて樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が窪みの縁で停止させるようにすることから、積層基板の縁に樹脂が存在せず、樹脂の硬化前の積層基板の取扱時に樹脂が他のものに付着することがなく、歩留り向上が図れる。
また、このような高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機では、半導体チップで発生した熱を放熱部から実装基板の熱放散部に速やかに伝達して熱放散を図ることから、安定動作が可能になり、特性の向上を図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
図1乃至図13は本発明の一実施形態(実施形態1)である集積回路装置、例えば混成集積回路装置に係わる図である。
混成集積回路装置1は、図1に示すように、四角形状の積層基板2と、積層基板2の主面側を被うように設けられた封止体3とを有する。封止体3は絶縁性の樹脂(レジン)、例えばシリコンレジンで形成されている。封止体3は積層基板2の主面全域に同じ厚さで設けられている。また、封止体3の積層基板2に沿う表面は平坦な面であり、四角な周面は切断されて形成された平面になっている。例えば、積層基板2の厚さは0.65mm程度であり、封止体3を含めた厚さは1.6mm程度である。
積層基板2は、図2にも示すように、主面に電子部品を搭載する配線基板4、例えばプリント回路基板4と、このプリント回路基板4の裏面に接着剤5を介して接着された金属箔6とからなっている。金属箔6の表面はメッキ膜7が形成されている。金属箔6は選択的に形成され、金属箔6と金属箔6との間は絶縁膜(レジスト膜)8で埋め込まれている。従って、この金属箔6は、図3に示すように、混成集積回路装置1の裏面に部分的に露出することになる。厳密には金属箔6の表面のメッキ膜7が露出することになる。メッキ膜7は、例えばニッケルメッキ膜とこの上に形成される金メッキ膜で形成され、全体で10〜15μm程度の厚さになっている。
本実施形態1では接着剤5は絶縁性の接着剤が使用されている。従って、図2にも示すように、プリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6は接着剤5と金属箔6を貫通して設けられたコンタクト孔に充填した導体19によって電気的に接続されている。導体19を含めた金属箔6の表面はメッキ膜7によって被われている。また、金属箔6とプリント回路基板4の裏面の配線14との電気的に接続を確実にするために、コンタクト孔を設けた後、金属箔6及びコンタクト孔の底に露出する配線14の表面等に導電性のメッキ膜を形成し、その後コンタクト孔に導体19を充填する。このメッキ膜については、図9乃至図12において詳述する。従って、図9乃至図12以外の図においてはこのメッキ膜は省略してある。
接着剤5として導電性の接着剤を用いれば接着剤を介してプリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6は電気的に接続される。本発明においてはこの構造も含む。しかし、混成集積回路装置1を構成する回路構成によっては、混成集積回路装置1の裏面に露出する金属箔6(以下表面にメッキ膜7を有する金属箔として説明上使用する場合もある)の一部は電気的に独立した状態とする場合もある。このような場合、即ち本実施形態1一部の金属箔部分は電気的に分離した状態とするために絶縁性の接着剤が使用されている。
前記金属箔6は、図3に示すように、混成集積回路装置1の四角形状の裏面において、左右両辺に沿ってそれぞれ5個配置される小さな矩形部分と、これらの間に配置される8個の長方形部分とからなっている。これら金属箔6、厳密には金属箔6の表面のメッキ膜7は、混成集積回路装置1の裏面に露出する。左右の矩形部分は外部電極端子9であり、長方形部分は熱を放散する放熱部10である。放熱部10は放熱性能を高めるため広い面積を有するようになっている。
なお、放熱部10も接地端子(グランド端子:GND)として使用することができる。接着剤5として絶縁性の接着剤を使用する本実施形態1の場合には、グランド端子として使用するときは前記導体19でプリント回路基板4の裏面の配線14と金属箔6を電気的に接続する必要がある。接着剤5として導電性の接着剤を使用する場合には、配線14に接着剤5を介して重なる金属箔6が配線14と同じ電位となる。
プリント回路基板4は、絶縁性の樹脂を主体とする多層配線構造となり、その表裏面(主面及び裏面)に配線14を有する。これら配線14は、図2に示すように、プリント回路基板4の内部に設けられる中間配線14aや層間を電気的に接続する接続導体14bを介して電気的に接続されている。プリント回路基板4の主面の配線14は、チップ抵抗,チップコンデンサ等の受動部品(電子部品)15の電極部分が固定される電極固定パッド14cやワイヤを接続するワイヤボンディングパッド14dが設けられている。ワイヤボンディングパッド14dの表面にはワイヤの接続を良好とするためにメッキ膜(Auメッキ膜等)14fが形成されている。
積層基板2は所定箇所に1乃至複数の貫通孔11が設けられるとともに、この貫通孔11の底は前記金属箔6で塞がれている。この貫通孔11の孔底には接着剤12を介して回路素子が形成された能動部品である半導体チップ13が固定されている。また、半導体チップ13の図示しない電極と積層基板2の主面のワイヤボンディングパッド14dは導電性のワイヤ16で電気的に接続されている。ワイヤ16は、例えばAu線である。
電子部品としての半導体チップ13が固定された金属箔6は、半導体チップ13から発生される熱を外部に放散する放熱部10となっている。なお、全ての放熱部10に半導体チップ13が固定される構造であってもよく、また一部の放熱部10に半導体チップ13が固定される構造でもよい。
半導体チップ13を放熱部10(金属箔6)に固定する接着剤12が導電性の接着剤である場合、また、半導体チップ13の基板がグランド電位である場合、放熱部10もグランド電位となり、外部電極端子として使用できることになる。
積層基板2の主面には、いずれも表面実装型のチップ抵抗やチップコンデンサ等の受動部品(電子部品)15が搭載されている。受動部品(電子部品)15は、例えば両端に電極15aを有し、その電極15aがソルダー17を介して電極固定パッド14cに電気的に接続される構造によって積層基板2に固定される(図2参照)。
封止体3は、積層基板2の主面に搭載された受動部品(電子部品)15、貫通孔11の底に固定された半導体チップ(電子部品)13やワイヤ16等を被う。封止体3は、樹脂を印刷する印刷法やトランスファモールド法によって形成され、表面は平坦になっている。
また、これは後に詳述するが、混成集積回路装置の製造において、縦横に複数の製品形成部を設けた一枚の積層基板を母材として使用する。即ち、積層基板の全ての製品形成部に電子部品を搭載し、かつ必要箇所をワイヤで接続した後、封止部を形成し、この封止部と積層基板を縦横にダイシングブレードで切断して複数の混成集積回路装置を製造することから、封止体3の周面は切断によって平坦な面になる。封止体を印刷で形成する場合は、積層基板の主面の印刷領域に樹脂を印刷して封止体とする。
搭載する半導体チップ(電子部品)13及び受動部品(電子部品)15の組み合わせによって各種機能を有する混成集積回路装置を製造することができる。
図4は混成集積回路装置1の実装構造を示す。即ち、主として絶縁板からなる実装基板(実装ボード)20の主面(上面)には、混成集積回路装置1の外部電極端子9や放熱部10に対応して導体からなるランド21,22が設けられている。ランド21,22の表面にはメッキ膜21a,22aが設けられている。放熱部10に対応するランド22(熱放散部)同士は繋がり、熱が広く広がるように配慮されている。これらランド21,22は配線の一部である。配線は絶縁膜24で被われている。
混成集積回路装置1は、外部電極端子9及び放熱部10が接着剤23を介してランド21,22に機械的にかつ電気的に接続されている。接着剤23は、例えばPbSnからなる半田である。
また、実装ボード20のランド21,22が形成された領域には貫通孔が設けられるとともに、この孔には導体が充填されて熱を伝達するサーマルビィア(放熱経路)が設けられている。放熱部10に対応するランド22(熱放散部)にはサーマルビィア25は複数設けられ、放熱部10を経過する熱を速やかに実装ボード20の裏面側に放熱するようになっている。図4で示す太い矢印は伝熱経路を示すものである。
つぎに、本実施形態1の混成集積回路装置1の製造方法について、図5乃至図13を参照しながら説明する。図5は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。
混成集積回路装置1は、図5のフローチャートで示すように、作業開始後、積層基板用意(S101),部品搭載(S102),ワイヤボンディング(S103),レジン(樹脂)印刷(S104),加熱によるレジン硬化処理(S105),基板分割(個片化)(S106)の各工程を経て製造される。これらの各工程は図6(a)〜図6(c)及び図7(a)〜図7(c)にほぼ対応する。これらの図では主として各工程の説明で必要と思われる部品に符号を付し、他の部品の符号は極力省略してある。
製造工程のステップ(S)101においては、図6(a)に示すような積層基板2aを用意する。この積層基板2aは、プリント回路基板4の裏面に接着剤5を介して金属箔6を張り付けた構造となるとともに、平面的に見て、周縁の枠部31と、枠部31の内側の一群の製品形成部とからなっている。製品形成部は1個の混成集積回路装置1を製造する部分であり、図1と同様の構造になっている。
一群の製品形成部は積層基板2aの平面XY方向に整列配置(m行n列)され、最終的に積層基板2aをXY方向に格子状にダイシングブレードで切断することによって複数の混成集積回路装置を製造するようになっている。製品形成部30は四角形状となることから一群の製品形成部も四角形状となり、従って、枠部31は矩形状の枠となる。
また、枠部31には、一群の製品形成部30を囲むように所定間隔に配置される貫通した孔32が設けられている。この孔32は一群の製品形成部30の縁から所定距離離れている。これは積層基板2aの主面に絶縁性樹脂層を形成した後、積層基板2aを切断する際、積層基板2aの主面に設けた樹脂層を積層基板2a共々製品形成部30の境界で切断するためである。
また、枠部31には、図示はしないが、積層基板2aを取り扱うとき利用するガイド孔が複数設けられている。これらガイド孔は円形孔や長孔等からなり、積層基板2aの移送に使用され、あるいは積層基板2aの位置決めのときの位置決め孔として使用される。
図6〜図8には枠部31の左側部分と、これに連なる二つの製品形成部30を示してある。図6中aで示す線は、製品形成部30の縁を示す線である。
ここで、積層基板2aの製造方法について、図8(a)〜(g)を参照しながら説明する。図8(a)に示すように、0.65mm程度の厚さのプリント回路基板4aを用意する。このプリント回路基板4aも、図6(a)を説明する際説明した一群の製品形成部及び枠部を有する構造になっている。また、プリント回路基板4aにおける各製品形成部の配線のパターンは図1と同じ構造になっている。また、プリント回路基板4aの各層の構造は前述の構成になっている。
つぎに、図8(b)に示すように、各製品形成部30における貫通孔11及び枠部31における孔32をプレスの打ち抜き、またはエッチングによって形成する。
つぎに、図8(b)に示すように、プリント回路基板4aの裏面全域に絶縁性の接着剤5(例えば、厚さ数μm)を介して金属箔6、例えば銅箔(例えば、厚さ20〜30μm)を接着する。
つぎに、図8(c)に示すように、金属箔6を選択的にエッチングして所定のパターンを形成する。即ち、金属箔6を図3に示すように外部電極端子9及び放熱部10を形成するように形成する。図9は金属箔6がパターニングされた状態を示す一部の拡大図である
つぎに、図8(d)に示すように、所定の金属箔6の所定箇所にコンタクト孔21を形成する。このコンタクト孔21は外部電極端子9を形成する金属箔6の部分に形成する。図10はコンタクト孔21が形成された一部の拡大図である。
つぎに、図8(e)に示すように、メッキ膜22を金属箔6の表面及びコンタクト孔21の底に露出する配線14の表面に形成する。例えば、銅をメッキする。このメッキ膜は数μm程度であり、電気的に接続を確実にするものであり、つぎの工程でコンタクト孔に充填する導体と配線14との電気的に接続を良好にするためである。
つぎに、図8(f)に示すように、コンタクト孔21に導体19を充填して塞ぐ。この充填には導電性ペーストを用いる。図11はメッキ膜22が形成され、かつコンタクト孔21が導体19によって塞がれた状態を示す一部の拡大図である。コンタクト孔21は導体19によって塞がれて表面は金属箔6の表面のメッキ膜22と同じに平坦になっている。外部電極端子9となる金属箔6は導体19を介してプリント回路基板4aの裏面の配線14に電気的に接続されることになり、金属箔6は外部電極端子9として使用可能になる。
つぎに、図8(g)に示すように、メッキ処理を行ってメッキ膜7を形成する。メッキ膜7は、例えばニッケルメッキ膜とこの上に形成される金メッキ膜で形成され、全体で10〜15μm程度の厚さになっている。図12はメッキ膜7が形成された状態を示す一部の拡大図である。このメッキ膜7の形成においては、常用のホトリソグラフィ技術とエッチング技術によって絶縁膜(レジスト膜)8を所定厚さに選択的に形成するとともに、レジスト膜8から露出する金属箔6の表面にメッキ膜7を形成する。これにより図8(g)に示すように積層基板2aを製造することができる。
このようにして製造された積層基板2aを用意(S101)した後、図6(b)に示すように、貫通孔11の底の金属箔6上に接着剤12を介して半導体チップ(電子部品)13を固定するとともに、積層基板2aの主面の所定箇所に受動部品(電子部品)15を搭載する(S102)。受動部品15は、例えば両端に電極15aを有することから、その電極15aをソルダー17を介して電極固定パッド14c重ね、ソルダー17のリフロー(再加熱)によって電極15aを電極固定パッド14cに自己整合的に接続する。この接続によって受動部品15は積層基板2aに固定される(図2参照)。
つぎに、図6(c)に示すように、半導体チップ13の電極と積層基板2aの主面のワイヤボンディングパッド14d(配線14)を導電性のワイヤ16で電気的に接続する(S103)。このワイヤボンディングは常用ワイヤボンディング装置によって行う。またワイヤ16はAu線が使用される。
つぎに、図7(a)に示すように、積層基板2aの主面の一群の製品形成部上に樹脂(レジン)の印刷によって絶縁性樹脂層3aを形成し(S104)、かつ絶縁性樹脂層3aを加熱処理して硬化させる(S105)。絶縁性樹脂層3aの形成はトランスファモールド法でも可能であるが、本実施形態1では樹脂をスクリーン印刷法によって印刷して形成する常用の印刷法で形成する。スクリーン印刷によってシリコンレジンを印刷する。樹脂としてはエポキシ樹脂等であってもよい。印刷法の場合、印刷後、適度の広がりと適度の表面張力による広がり停止が望ましく、適度の粘性が必要である(例えば、粘度2.0Pa・s)。この点については後述する。
この樹脂の印刷法によって形成された絶縁性樹脂層3aは、加熱(ベーク)によって硬化される(S106)。この硬化処理に至る間、即ち印刷からレジン硬化処理に至る時間、ペースト状の絶縁性樹脂層3aはその周縁が崩れて広がるが、前記孔32の存在と絶縁性樹脂層3aを構成する樹脂の表面張力によってその広がりは停止する〔図7(a)参照〕。
図13(a),(b)は積層基板2aの平面図であり、図13(a)は印刷されて広がりが始まらない前の絶縁性樹脂層3aを示す模式図である。また、図13(b)はペースト状の絶縁性樹脂層3aが広がり、かつその広がりが停止しだ状態の絶縁性樹脂層3aを示す模式図である。積層基板2aの枠部31には孔32が所定の間隔で配置されている。この結果、硬化処理前の樹脂が広がっても、樹脂の表面張力と孔32との関係で、図13(b)に示すように樹脂は孔32間で停止する。
樹脂の広がりを停止位置は、樹脂の粘度を加味し、孔32の大きさ及び孔32の配列ピッチを選択することによって決まる。また、孔32は円形,長孔等の他の形状でもよい。図14は孔32として円形孔32aと長孔32bを使用した例(変形例1)である。
また、樹脂の広がりを停止するものとしては貫通孔ではなく、窪みであってもよい。また、一群の製品形成部を囲むように枠部31に設ける溝であってもよい。
図15(a)〜(c)及び図16並びに図17には、枠部31に溝32cを設けた例を示す。これらの図において積層基板2aは配線や金属箔及びメッキ膜等は省略してある。図16に示すように一群の製品形成部30(即ち、印刷領域)の縁から所定の距離隔てた位置には、一群の製品形成部を囲むように溝32cが設けられている。そこで、図15(a),(b)に示すように、スクリーン印刷装置の枠部34に張り付けられたスクリーン35を積層基板2aの主面に重ね、スクリーン35上のインク(樹脂)36をスキージ37で抑えながら移動して印刷を行う。この印刷は、その後の樹脂の広がりを考慮して溝32cよりも僅かに内側までとする〔図15(b)参照〕。
スクリーン印刷装置から外され、樹脂のベーキング(硬化処理)が行われる寸前の絶縁性樹脂層3aは、図15(c)に示すように、溝32cの内側の縁まで広がり、かつ樹脂の表面張力によって盛り上がる状態となる(図17参照)。この状態では、樹脂がペースト状であることから、重力により、その表面は平坦になっている。そして、この状態で樹脂のベーキングが行われ、絶縁性樹脂層3aは硬化する。
なお、図15において、積層基板2aまたは積層基板2aとその上の絶縁性樹脂層3aに示される線は、製品形成部30の境を示す。この線部分は次の工程の切断における切断位置でもある。
つぎに、図7(b)に示すように、図示しないダイシングブレードによって積層基板2aを硬化した絶縁性樹脂層3a共々縦横に切断し、図1に示すような混成集積回路装置1を複数の製造する。
本実施形態1によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態1の混成集積回路装置1は、プリント回路基板4に孔(貫通孔11)を設けるとともに、この孔を放熱部10を形成する金属箔6で塞ぎ、孔底の金属箔上に半導体チップ13を搭載する構造であることから、半導体チップ13で発生した熱を速やかに外部に放熱できるため、混成集積回路装置1の放熱性が良好になり、安定動作が達成できる。
(2)また、プリント回路基板4の使用により、微細配線化できる等故混成集積回路装置1の小型化及びコスト低減が達成できる。
(3)封止体3を樹脂を印刷して形成する方法では、積層基板2aにおいては、製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けて樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が窪みの縁及び窪み間で停止させるようにすることから、積層基板2aの縁に樹脂が存在せず、樹脂の硬化前の積層基板2aの取扱時に樹脂が他のものに付着することがないことから、作業性が向上し、歩留り向上、製品コストの低減が図れる。
(4)本実施形態1の混成集積回路装置1は、プリント回路基板4に金属箔6を張り付けた構造となっていることから、セラミック基板の製造におけるような割れ等が発生せず、歩留り向上、コスト低減が達成できる。
(5)本実施形態1の混成集積回路装置1は、外部電極端子9と放熱部10が同一面側にあり、表面実装が可能になり、かつ実装基板への熱放散性も良好になる。
(6)本実施形態の混成集積回路装置1の製造方法によれば、一枚の積層基板2aには複数の製品形成部が縦横に設けられた構造となり、組立,封止が終了した後、この積層基板2aを絶縁性樹脂層3a共々縦横に切断することによって混成集積回路装置1を複数製造することができ、製品コストの低減が図れる。
(7)金属箔6の表面または金属箔6の表面に設けられるメッキ膜7の表面は絶縁膜8の表面と同一面または絶縁膜8の表面よりも突出した面になっていることから、実装基板の配線(電極)に金属箔部分を半田等の接合材を接合して接合した場合、良好な接合が可能になる。
(8)金属箔6の縁は配線基板4の縁よりも内側に位置していることから、実装基板に密に混成集積回路装置1を搭載しても外部電極端子が隣接する電子部品との間で短絡等の不良を発生しなくなり、実装の信頼性が向上する。
(9)半導体チップ13が固定された金属箔6の面積は広くなっていることから、半導体チップ13で発生した熱を速やかに金属箔を通して外部に放散できることになり、安定した動作が可能になる。
(10)本実施形態による高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機では、高周波電力増幅装置から発生される熱を実装基板の熱放散部を通して外部に効率的に放散できることから、安定した通信が可能な無線通信機になる。
(実施形態2)
図18乃至図21は本発明の他の実施形態(実施形態2)である混成集積回路装置、即ち高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)と、その高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信機)に係わる図である。
本実施形態2では、無線通信システムにおけるGSM(Global System for Mobile Communication)方式用の増幅系Gと、PCN(Personal Communications Network)方式用の増幅系Cを有する高周波電力増幅装置と、これら二つの通信システムが利用できるデュアルバンド方式の携帯電話機に本発明を適用した例について説明する。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、図18に示すように、積層基板2の主面側に半導体チップ(電子部品)13や受動部品(電子部品)15を搭載し、かつ主面側を封止体3で封止した構造になっている。また、図19に示すように、高周波電力増幅装置40の裏面には外部電極端子9及び放熱部10が設けられている。放熱部10は外部電極端子ともなっている。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、積層基板2配線パターンは実施形態1とは異なるが、半導体チップ13や受動部品15等の電子部品の搭載構造を始めとし、外部電極端子9や放熱部10を構成する金属箔6や封止体3の構造は実施形態1とほぼ同じである。
本実施形態2の高周波電力増幅装置40は、図20に示すような等価回路になっている。高周波電力増幅装置40は第1の増幅系としてPCN方式用の増幅系Pと、第2の増幅系としてGSM方式用の増幅系Gを有している。従って、図20において、整合回路等を構成する容量(コンデンサ),抵抗を示す記号にあって、PCN用の増幅系PではCP1(コンデンサ)、RP1(抵抗)のようにPを含み、GSM用の増幅系GではCG1(コンデンサ)、RG1(抵抗)のようにGを含んで示してある。
図20に示すように、増幅系Pの外部電極端子は入力端子Pin1,出力端子Pout1,電源電位Vdd1となり、増幅系Gの外部電極端子は入力端子Pin2,出力端子Pout2,電源電位Vdd2となり、基準電位(グランド:GND)と制御端子Vapcが共通となっている。また、GSM用の増幅系GまたはPCN用の増幅系Pのいずれを動作させるかの選択は、スイッチSW1の切替えによって行い、このスイッチSW1は選択端子Vctlに供給される信号によって切り替わる。制御端子VapcはスイッチSW1に接続され、この制御端子Vapcに供給されるバイアス信号はスイッチSW1の切替えによって、GSM用の増幅系Gの各トランジスタにバイアス電位を供給する。また、図20の回路図における細長四角形部分はマイクロストリップラインを示すものである。
PCN用の増幅系P及びGSM用の増幅系Gは、いずれもトランジスタを順次従属接続した3段構成〔第1増幅段,第2増幅段,第3増幅段(最終増幅段)〕になっている。また、最終増幅段では出力を増大させるため並列に二つのトランジスタを接続する電力合成構成になっている。トランジスタは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field−Effect−Transistor)が使用されている。
従って、PCN用の増幅系Pでは、入力端子Pin1と出力端子Pout1との間に第1増幅段としてトランジスタQ1、第2増幅段としてトランジスタQ2、最終増幅段として並列接続されるトランジスタQ3,Q4を順次従属接続した構成になるとともに、入力側整合回路や出力側整合回路やノイズフイルター等の回路を構成するため、各所にディスクリート部品としてコンデンサ(CP1〜CP12),バイパスコンデンサ(CB1,CB2),抵抗(RP1〜RP6),インダクタL1が配置されている。
トランジスタQ1〜Q4の制御電極端子となるゲート電極には、それぞれ増幅されるべき信号とバイアス電位が供給される。このバイアス電位は、前述のように制御端子Vapcに供給される信号であり、この信号はスイッチSW1によってPCN用の増幅系PまたはGSM用の増幅系Gに選択して供給される。この選択は選択端子Vctlに供給される信号によってスイッチSW1が切り換えられることによって選択される。各ゲート電極に供給される電位はそれぞれ所定のバイアス抵抗によって規定されている。
また、各トランジスタQ1〜Q4の第1の電極端子(ドレイン電極)には電源電位Vdd1が供給されるとともに、第1の電極端子に増幅信号が出力される。各トランジスタの第2の電極端子(ソース電極)は基準電位(GND)が供給される。
また、GSM用の増幅系Gでは、入力端子Pin2と出力端子Pout2との間に第1増幅段としてトランジスタQ5、第2増幅段としてトランジスタQ6、最終増幅段として並列接続されるトランジスタQ7,Q8を順次従属接続した構成になるとともに、入力側整合回路や出力側整合回路やノイズフイルター等の回路を構成するため、各所にディスクリート部品としてコンデンサ(CG1〜CG13),バイパスコンデンサ(CB3,CB4),抵抗(RG1〜RG6),インダクタL2が配置されている。
トランジスタQ5〜Q8の制御電極端子となるゲート電極には、それぞれ増幅されるべき信号とバイアス電位が供給される。また、各トランジスタQ5〜Q8の第1の電極端子(ドレイン電極)には電源電位Vdd2が供給されるとともに、第1の電極端子に増幅信号が出力される。各トランジスタの第2の電極端子(ソース電極)は基準電位(GND)が供給される。
チップ1(CH1)にはトランジスタQ1,Q2,Q5,Q6がモノリシックに形成されている。チップ2(CH2)には増幅系Pの最終増幅段を構成するトランジスタQ3,Q4がモノリシックに形成されている。チップ3(CH3)には増幅系Gの最終増幅段を構成するトランジスタQ7,Q8がモノリシックに形成されている。
図18は封止体3を一部取り除いて積層基板2の主面に搭載された電子部品のレイアウトを示す平面図である。この図において、搭載される受動部品等は一部省略してある。図18に示すように、チップ1(CH1),チップ2(CH2)及びチップ3(CH3)は、積層基板2の主面に設けられた貫通孔11の底の金属箔6に固定されている。この構造は実施形態1における図2と同じ構造である。
従って、チップ1(CH1),チップ2(CH2),チップ3(CH3)で発生した熱は放熱部10を構成する金属箔6を通して速やかに放散されることになる。
つぎに、本実施形態2による高周波電力増幅装置40を組み込んだ携帯電話機(無線通信機)について説明する。図21はデュアルバンド無線通信機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理IC(RFlinear)50からアンテナ(Antenna)51までの部分を示す。なお、図21では、高周波電力増幅装置の増幅器はPCN用の増幅系PとGSM用の増幅系Gの二つを別けて示してあるが、一点鎖線で囲まれる部分が高周波電力増幅装置40に相当する。PCN用の増幅系(増幅器)をPで示し、GSM用の増幅系(増幅器)をGで示す。
アンテナ51はアンテナ送受信切替器52のアンテナ端子に接続されている。アンテナ送受信切替器52は、高周波電力増幅装置40の出力を入力する出力端子Pout1,Pout2と、受信端子Rx1,Rx2と、制御端子control1,control2とを有している。
高周波信号処理IC50からのGSM用の信号は増幅器(P)に送られ、Pout1に出力される。増幅器(P)の出力はカプラー54aによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路(APC回路)53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作して増幅器(P)を制御する。
また、同様に高周波信号処理IC50からのGSM用の信号は増幅器(G)に送られ、Pout2に出力される。増幅器(G)の出力はカプラー54bによって検出され、この検出信号はAPC回路53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作して増幅器(G)を制御する。
アンテナ送受信切替器52はデュプレクサー55を有している。このデュプレクサー55は端子を有し、1端子は上記アンテナ端子に接続され、他の2端子の内の一方はPCN用の送信受信切替スイッチ56aに接続され、他方はGSM用の送信受信切替スイッチ56bに接続されている。
送信受信切替スイッチ56aのa接点はフィルター57aを介してPout1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aのb接点は容量C1を介して受信端子Rx1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aは制御端子control1に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
また、送信受信切替スイッチ56bのa接点はフィルター57bを介してPout2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bのb接点は容量C2を介して受信端子Rx2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bは制御端子control2に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
受信端子Rx1と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60aと低雑音アンプ(LNA)61aが順次接続されている。また、受信端子Rx2と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60bと低雑音アンプ(LNA)61bが順次接続されている。
この無線通信機によってPCN用通信及びGSM通信が可能になる。また、各半導体チップ(電子部品)13は積層基板2に設けられた貫通孔11の底を形成する金属箔6に直接固定される。この金属箔6は放熱部10となり、実装基板の導体である熱放散部にメッキ膜7や接着剤を介して固定されることから、熱は速やかに熱放散部に伝達される。この結果、高周波電力増幅装置は安定動作し安定した通信が可能になる。
本実施形態2の高周波電力増幅装置は、実施形態1の混成集積回路装置が有する効果を同様に有することになる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
即ち、実施形態では、プリント回路基板の裏面に絶縁性の接着剤で金属箔を接着する技術について説明したが、導電性の接着剤を用いて金属箔を接着する技術にも同様に適用でき、製造コスト低減等の効果を同様に得ることができる。この場合、接着剤として導電性の接着剤を使用して金属箔をプリント回路基板に接着するため、接着剤とこれに接着された金属箔は等電位となる構造となる。そこで、電気的分離を図りたい金属箔同士の場合、各金属箔のパターンを適宜選択する必要がある。
また、実施形態では、配線基板として、プリント回路基板(PCB基板)を使用し、このプリント回路基板の裏面に接着剤を用いて金属箔を接着する技術について説明したが、配線基板としては、セラミック基板,アルミナ基板等他の配線基板に金属箔を接着して積層基板を形成する技術にも同様に適用できる。
また、本実施形態では、トランジスタとしてMOSFETの例について説明したが、例えば、増幅段を構成する半導体増幅素子(トランジスタ)としてMOSFETを用いた例について説明したが、他のトランジスタでもよい。例えば、トランジスタとして、GaAs−MES(Metal−Semiconductor)FET,HEMT(High Electron Mobility Transistor),Si−GeFET等であって、前記実施形態同様に適用でき同様な効果を得ることができる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)混成集積回路装置における基板の熱抵抗の低減を図ることができる。従って、熱放散性の良好な高周波電力増幅装置を提供することができる。
(2)製造歩留りの向上が達成できる混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
(3)製造コストの低減が図れる混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
(4)表面実装が可能で放熱面が実装面側に存在する混成集積回路装置の製造方法を提供することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる混成集積回路装置は、半導体チップで発生する熱を速やかに外部に放散できるものであり、混成集積回路装置の安定動作が可能になる。例えば、無線通信機の高周波電力増幅装置に本発明を適用することによって安定した通信が可能になる。また、電子部品を搭載する積層基板は、配線基板に金属箔を張り付ける構造となること、その製造においては最終的には積層基板を縦横に切断して複数の混成集積回路装置を製造することから製品コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の一実施形態(実施形態1)である混成集積回路装置の概要を示す模式的断面図である。
図2は一部の拡大断面図である。
図3は本実施形態1の混成集積回路装置の底面図である。
図4は本実施形態1の混成集積回路装置の実装状態を示す模式的断面図である。
図5は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法を示すフローチャートである。
図6は本実施形態1の混成集積回路装置の製造各工程の断面図である。
図7は本実施形態1の混成集積回路装置の製造各工程の断面図である。
図8は本実施形態1の混成集積回路装置の製造に用いる積層基板の製造各工程を示す断面図である。
図9は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板の裏面に金属箔を張り付けかつ金属箔をパターニングした一部の拡大断面図である。
図10は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔及び接着剤を貫通するコンタクト孔を形成した一部の拡大断面図である。
図11は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔表面等にメッキ膜を形成し、かつ前記コンタクト孔に導体を充填して塞いだ状態を示す一部の拡大断面図である。
図12は本実施形態1の混成集積回路装置の製造方法において、プリント回路基板裏面の金属箔表面等にメッキ膜を形成した積層基板2a(積層基板2)の一部の拡大断面図である。
図13は本実施形態1における樹脂印刷と樹脂の広がりを停止させる構造を示す模式的断面図である。
図14は本実施形態1における他の樹脂の広がり停止構造(変形例1)を示す模式的平面図である。
図15は本実施形態1における他の樹脂の広がり停止構造(変形例2)における樹脂印刷状態を示す模式図である。
図16は変形例2による積層基板の模式的平面図である。
図17は図16の一部の拡大断面図である。
図18は本発明の他の実施形態(実施形態2)である封止体の一部を取り除いて電子部品のレイアウトを示す高周波電力増幅装置の平面図である。
図19は本実施形態2の高周波電力増幅装置の底面図である。
図20は本実施形態2の高周波電力増幅装置の等価回路図である。
図21は本実施形態2の高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機の機能構成を示すブロック図である。
Claims (38)
- 所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、
前記配線基板の裏面に形成された金属箔と、
前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定された半導体素子と、
前記配線基板の裏面側に外部電極端子が形成されていることを特徴とする集積回路装置。 - 前記半導体素子の表面と前記配線基板の主面は導電性のワイヤによって接続されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記配線基板の主面に受動素子が形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔は前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記配線基板の裏面側には前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔の表面にはメッキ膜が設けられていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記半導体素子を覆い前記配線基板の主面側を覆う絶縁性樹脂からなる封止体を有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔の表面または前記金属箔の表面に設けられる前記メッキ膜の表面は前記絶縁膜の表面と同一面または前記絶縁膜の表面よりも突出した面になっていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔の縁は前記配線基板の縁よりも内側に位置していることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記電子部品が固定された金属箔の面積は前記配線基板の縁に沿って配列される前記外部電極端子を構成する金属箔の面積よりも広くなっていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記封止体の周面は切断された面であることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記配線基板はプリント回路基板であることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔は銅箔であり、前記メッキ膜はニッケルメッキ膜とこの表面に形成される金メッキ膜で形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 前記電子部品として複数の半導体素子及び受動部品によって高周波電力増幅装置が形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の集積回路装置。
- 高周波電力増幅装置を有する無線通信機であって、前記高周波電力増幅装置として請求の範囲第14項記載の集積回路装置が組み込まれていることを特徴とする無線通信機。
- 前記集積回路装置の前記放熱部は無線通信機の実装基板の熱放散部に接着剤を介して接続されていることを特徴とする請求の範囲第15項記載の無線通信機。
- 所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、
前記配線基板の裏面に導電性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、
前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、
前記金属箔の表面を被うメッキ膜と、
前記貫通孔の底の前記金属箔上に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段を介して電気的に接続される半導体素子と、
前記配線基板の主面に固定され、電極が前記配線基板の配線に接続手段を介して電気的に接続される単数または複数の電子部品と、
前記電子部品並びに前記接続手段を覆い前記配線基板の主面側を覆う絶縁性樹脂からなる封止体とを有し、
前記配線基板の裏面側に露出し表面が前記メッキ膜で被われた複数の金属箔の少なくとも一部は外部電極端子を構成していることを特徴とする集積回路装置。 - 前記金属箔の表面または前記金属箔の表面に設けられる前記メッキ膜の表面は前記絶縁膜の表面と同一面または前記絶縁膜の表面よりも突出した面になっていることを特徴とする請求の範囲第17項記載の集積回路装置。
- 前記金属箔に電子部品として能動部品である半導体素子が固定されていることを特徴とする請求の範囲第17項記載の集積回路装置。
- 前記配線基板はプリント回路基板であることを特徴とする請求の範囲第17項記載の集積回路装置。
- 前記電子部品として複数の半導体素子及び受動部品によって高周波電力増幅装置が形成されていることを特徴とする請求の範囲第17項記載の集積回路装置。
- 所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に絶縁性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、少なくとも前記一部の金属箔と前記配線基板の裏面の配線を電気的に接続する前記接着剤を貫通して設けられる導体と、前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、前記金属箔の表面を被うメッキ膜とからなる製品形成部を、縦横に複数整列配置した積層基板を用意する工程と、
前記貫通孔底の前記金属箔上に半導体素子を搭載するとともに、前記配線基板の主面に電子部品を搭載する工程と、
前記半導体素子の電極と前記配線基板の配線を導電性のワイヤで電気的に接続する工程と、
前記積層基板の主面側を絶縁性樹脂で被って封止体を形成する工程と、
前記積層基板及び前記封止体を各製品形成部の境界で切断して複数の集積回路装置を形成する工程とを有することを特徴とする集積回路装置の製造方法。 - 前記封止体をトランスファモールドまたは印刷法で形成することを特徴とする請求の範囲第22項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記封止体を印刷法で形成する前記積層基板においては、前記製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って連続的に窪みを設けておき、樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が前記窪みの縁で停止させることを特徴とする請求の範囲第23項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記窪みは溝で形成されていることを特徴とする請求の範囲第24項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記封止体を印刷法で形成する前記積層基板においては、前記製品形成部群の外周縁から所定の距離離れた位置に沿って不連続的に窪み及び/又は貫通孔を設けておき、樹脂の印刷時、印刷されかつ流れ出した樹脂が前記不連続的に配置された窪み及び/又は貫通孔によって停止させることを特徴とする請求の範囲第23項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記金属箔は銅箔であり、前記メッキ膜はニッケルメッキ膜とこの表面に形成される金メッキ膜で形成されることを特徴とする請求の範囲第22項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記積層基板は、
所定の配線パターンを有する配線基板を用意する工程と、
前記配線基板の所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数形成する工程と、
前記配線基板の裏面全域に絶縁性の接着剤を介して金属箔を張り付ける工程と、
少なくとも一部の前記金属箔の所定箇所に金属箔及び前記接着剤を貫通するコンタクト孔を形成する工程と、
前記コンタクト孔に導体を充填してコンタクト孔を塞ぐ工程と、
前記金属箔の表面以外の前記配線基板の裏面側を絶縁膜で被うとともに前記金属箔及び前記導体の表面にメッキ膜を形成する工程とによって形成することを特徴とする請求の範囲第22項記載の集積回路装置の製造方法。 - 前記コンタクト孔を形成した後、前記コンタクト孔の底に露出する前記積層基板の配線及び前記金属箔の表面にメッキ膜を形成し、その後前記導体を充填して前記コンタクト孔を塞ぐことを特徴とする請求の範囲第28項記載の集積回路装置の製造方法。
- 前記配線基板に複数の半導体素子及び受動部品を搭載して高周波電力増幅装置を形成することを特徴とする請求の範囲第22項記載の集積回路装置の製造方法。
- 高周波電力増幅装置を有する無線通信機の製造方法であって、前記高周波電力増幅装置として請求の範囲第30項記載の集積回路装置を実装することを特徴とする無線通信機の製造方法。
- 前記集積回路装置の前記金属箔部分を無線通信機の実装基板の熱放散部に接着剤を介して接続することを特徴とする請求の範囲第31項記載の無線通信機の製造方法。
- 所定箇所に主面から裏面に亘る貫通孔を単数または複数有する配線基板と、前記配線基板の裏面に導電性の接着剤を介して張り付けられ前記貫通孔を塞ぐことを含み所定パターンに形成される金属箔と、前記配線基板の裏面側において前記金属箔以外の部分を被う絶縁膜と、前記金属箔の表面を被うメッキ膜とからなる製品形成部を、縦横に複数整列配置した積層基板を用意する工程と、
前記貫通孔底の前記金属箔上に半導体素子を搭載するとともに、前記配線基板の主面に電子部品を搭載する工程と、
前記半導体素子の電極と前記配線基板の配線を導電性のワイヤで電気的に接続する工程と、
前記積層基板の主面側を絶縁性樹脂で被って封止体を形成する工程と、
前記積層基板及び前記封止体を各製品形成部の境界で切断して複数の集積回路装置を形成する工程とを有することを特徴とする集積回路装置の製造方法。 - 前記配線基板に複数の半導体素子及び受動部品を搭載して高周波電力増幅装置を形成することを特徴とする請求の範囲第33項記載の集積回路装置の製造方法。
- 高周波電力増幅装置を有する無線通信機の製造方法であって、前記高周波電力増幅装置として請求の範囲第34項記載の集積回路装置を実装することを特徴とする無線通信機の製造方法。
- 前記集積回路装置の前記金属箔部分を無線通信機の実装基板の熱放散部に接着剤を介して接続することを特徴とする請求の範囲第35項記載の無線通信機の製造方法。
- 主面に印刷領域を有する積層基板であって、前記印刷領域の外周縁から所定の距離離れた位置には、印刷される樹脂の流出が停止するように前記印刷領域を囲むように溝が設けられていることを特徴とする積層基板。
- 主面に印刷領域を有する積層基板であって、前記印刷領域の外周縁から所定の距離離れた位置には、印刷される樹脂の流出が停止するように前記印刷領域を囲むように不連続的に窪み及び/又は貫通孔が設けられていることを特徴とする積層基板。
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