(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子チップと、前記電子素子の温度特性を補償する温度補償回路チップと、基板とを備え、
前記電子素子チップと前記温度補償回路チップとが、前記基板に実装され、
さらに、熱的接続手段を備え、
前記電子素子チップと前記温度補償回路チップとが、前記熱的接続手段により接続され、
前記温度補償回路チップの前記熱的接続手段に接続されている部分以外の部分が、前記熱的接続手段の熱伝導率より、熱伝導率の低い条件下にあり、
前記温度補償回路チップが、前記基板内部に実装されていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記熱伝導率の低い条件が、前記熱的接続手段の熱伝導率より熱伝導率の低い、低熱伝導材および低熱伝導雰囲気の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項３】
前記熱的接続手段が、熱伝導体であり、
前記熱伝導体が、炭素材料または炭素材料と他の材料との複合材料であることを特徴とする請求項１または２記載の電子装置。
【請求項４】
前記電子素子チップの前記熱的接続手段に接続されている部分以外の部分が、前記温度補償回路チップの前記熱的接続手段に接続されている部分以外の部分の熱伝導率より、熱伝導率の高い条件下にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記電子素子チップが、前記基板表面に実装され、
前記熱的接続手段が、前記電子素子チップおよび前記温度補償回路チップの下部に接続され、
前記熱的接続手段の途中部分が、前記基板の厚み方向に沿って延び、
前記途中部分以外の部分が、前記基板の面方向に沿って延び、
前記熱的接続手段において、前記電子素子チップの下方に位置する部分、および前記途中部分は、前記基板の厚みと同方向の熱伝導率が、前記基板の面と同方向の熱伝導率より高く、
それら以外の部分は、前記基板の面と同方向の熱伝導率が、前記基板の厚みと同方向の熱伝導率より高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置および電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の移動通信機器や車載用など各種レーダ装置には、増幅器、発信器をはじめ半導体素子を用いた種々の電子装置が用いられている。半導体素子は、一般的に、その接合温度等により特性が変化する、いわゆる温度特性を有する。例えば、高周波電力増幅器に用いられるＳｉ  ＬＤＭＯＳＦＥＴ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＡｓ  ＦＥＴ、ＧａＮ  ＦＥＴ等は、接合温度の上昇に対して利得が低下する温度特性を有している。前述の携帯電話機、車載レーダ等に用いられる電子装置には、屋外で使用されることを想定した、広い環境温度範囲（例えば、−４５℃〜８５℃）に対して、安定した特性が要求される。このため、これらの用途に用いられる電子装置には、半導体素子の温度特性を補償するための温度補償機能が必要不可欠とされている。
【０００３】
前述の温度補償機能を有する温度補償回路は、携帯型の電子機器に搭載される場合には、電子機器の小型軽量化のために、その補償対象回路（半導体素子等）と同一のチップに搭載されるのが一般的である。しかしながら、電力増幅器のように、半導体素子の発熱量が非常に大きい用途に電子装置が用いられる場合には、同一のチップ内の前述の電子装置で発生した熱が、他の電子装置や補償対象回路に流れ込む、いわゆる熱干渉が発生する。この熱干渉が、他の電子装置の接合温度をさらに上昇させたり、補償対象回路に悪影響を与えたりするおそれがある。特に、近年の高集積度化された集積回路では、この熱干渉による問題が顕著である。
【０００４】
そこで、発熱源となる半導体素子と温度補償回路のそれぞれが、別々のチップに搭載され、それぞれのチップが、基板等に別々に実装された電子装置が提案されている（例えば、特許文献１から３参照）。このような電子装置では、熱干渉の問題を解消できる。
前記特許文献１に記載の電子装置では、半導体素子チップが放熱板（ヒートシンク）上の中央部に実装され、温度補償回路あるいは温度補償素子が前記放熱体上の端部付近に実装されている。このようにすることで、比較的短い時間で温度補償できるとされている。
前記特許文献２に記載の電子装置では、金属基板表面上に形成されたフィラーが混入された絶縁性樹脂膜上に、電流駆動用のスイッチングトランジスタと電流制御回路とが、ベアチップで実装され、前記両ベアチップが、４ｍｍよりも近接して配置されている。このようにすることで、スイッチングトランジスタの放熱性を確保した上で、両者の熱的結合が改善されるとされている。
前記特許文献３に記載の電子装置では、トランジスタチップが回路基板上のＣｕプレートに実装され、温度補償用ダイオードチップが前記Ｃｕプレート上に熱伝導性の高い誘電体層を介して実装されている。前記両チップは、隣接して配置されている。このようにすることで、両者の熱的結合が改善されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２７０４８９号公報
【特許文献２】特開２００１−４４３４２号公報
【特許文献３】特開平６−１５１６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献１記載の電子装置では、前記温度補償回路あるいは前記温度補償素子と前記半導体素子との間の熱的結合に、特別な配慮がなされていない。このため、前記温度補償回路あるいは前記温度補償素子と前記半導体素子との間の距離が離れており、十分な熱的結合を得ることができない。また、前述のとおり、前記温度補償回路チップは、前記半導体素子チップと同様に、前記放熱板上に実装されている。このため、前記半導体素子から発せられて、前記放熱板を介して前記温度補償回路あるいは前記温度補償素子に伝導された熱は、前記放熱板を介して放熱されてしまい、前記半導体素子と前記温度補償回路あるいは前記温度補償素子との間に温度差が生じてしまう。この結果、半導体素子の接合温度を正確にモニターすることができず、高精度に温度補償できないという問題がある。
【０００７】
前述の特許文献２記載の電子装置では、前述のとおり、前記両ベアチップを４ｍｍよりも近接して配置するという配慮がなされている。しかしながら、前記両ベアチップは、前記金属基板表面上に形成されたフィラーが混入された、熱伝導性の高い前記絶縁性樹脂膜上に実装されている。このため、前記スイッチングトランジスタから発せられて、前記金属基板およびフィラーが混入された前記絶縁性樹脂膜を介して前記温度補償回路に伝導された熱は、フィラーが混入された前記絶縁性樹脂膜および前記金属基板を介して放熱されてしまい、前記スイッチングトランジスタと前記電流制御回路との間に温度差が生じてしまう。この結果、スイッチングトランジスタの接合温度を正確にモニターすることができず、高精度に温度補償できないという問題がある。
【０００８】
前述の特許文献３記載の電子装置では、前述のとおり、前記両チップを隣接して配置するという配慮がなされている。しかしながら、前記温度補償用ダイオードチップは、前記回路基板上に熱伝導性の高い前記誘電体層を介して実装されている。このため、前記トランジスタから発せられて、前記回路基板および前記誘電体層を介して前記温度補償用ダイオードに伝導された熱は、前記誘電体層および前記回路基板を介して放熱されてしまい、前記トランジスタと前記温度補償用ダイオードとの間に温度差が生じてしまう。この結果、トランジスタの接合温度を正確にモニターすることができず、高精度に温度補償できないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、高精度な温度補償が可能な電子装置および電子装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の電子装置は、
電子素子チップと、前記電子素子の温度特性を補償する温度補償回路チップと、基板とを備え、
前記電子素子チップと前記温度補償回路チップとが、前記基板に実装され、
さらに、熱的接続手段を備え、
前記電子素子チップと前記温度補償回路チップとが、前記熱的接続手段により接続され、
前記温度補償回路チップの前記熱的接続手段に接続されている部分以外の部分が、前記熱的接続手段の熱伝導率より、熱伝導率の低い条件下にあることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電子装置の製造方法は、
電子素子チップと温度補償回路チップとを、熱的接続手段により接続する熱的接続工程と、
前記電子素子チップを、基板に実装する電子素子チップ実装工程と、
前記温度補償回路チップを、前記温度補償回路チップの前記熱的接続手段に接続されている部分以外の部分が、前記熱的接続手段の熱伝導率より、熱伝導率の低い条件下におかれるように、前記基板に実装する温度補償回路チップ実装工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子装置は、高精度な温度補償が可能である。このように優れた性能を有する前記本発明の電子装置は、本発明の電子装置の製造方法により製造可能である。ただし、本発明の電子装置を製造する方法は、前記本発明の電子装置の製造方法に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、本発明の電子装置の実施形態１における一例の構成を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電子装置のＩ−Ｉ方向に見た断面図である。
【図２】（ａ）は、前記一例における温度補償回路チップ周囲を拡大した平面図である。（ｂ）は、前記一例における温度補償回路チップ周囲を拡大した断面図である。
【図３】前記一例における熱伝導を説明する断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の電子装置の実施形態２における一例の構成を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電子装置のＩＩ−ＩＩ方向に見た断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の電子装置の実施形態３における一例の構成を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電子装置のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に見た断面図である。
【図６】本発明の実施例５における電子装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の電子装置および電子装置の製造方法について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１５】
（実施形態１）
図１に、本実施形態の電子装置の一例の構成を示す。図１（ａ）は、本実施形態の電子装置の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ方向に見た断面図である。前記両図において、同一部分には、同一符号を付している。前記両図に示すとおり、この電子装置１０は、電力増幅器集積回路チップ１２と、温度補償回路チップ１３と、モジュール基板１１と、熱配線１４とを備える。前記モジュール基板１１は、樹脂基板１１ａと金属配線層１１ｂとが交互に積層されて積層体が形成され、その積層体の下端面にグラウンド導体１１ｃが配置されて、形成されている。前記積層体の最上層および最下層は、前記樹脂基板１１ａである。前記モジュール基板１１の上端面は、前記樹脂基板１１ａである。前記電力増幅器集積回路チップ１２および前記温度補償回路チップ１３は、前記モジュール基板１１の上端面（樹脂基板１１ａ）に実装されている。前記熱配線１４は、前記モジュール基板１１の面方向（前記両図における、Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って延びる、薄膜の熱伝導体である。前記熱配線１４は、前記モジュール基板１１の上端面に埋設されている状態で、前記電力増幅器集積回路チップ１２の下部および前記温度補償回路チップ１３の下部に接続されている。これにより、前記電力増幅器集積回路チップ１２と前記温度補償回路チップ１３とは、前記熱配線１４により、熱的に接続されている。前記モジュール基板１１には、複数のサーマルビア導体１５が、前記モジュール基板１１を、その厚み方向に貫通して形成され、前記電力増幅器集積回路チップ１２の下方に配置されている。この電子装置１０は、前記モジュール基板１１の前記グランウンド導体１１ｃを介して、ヒートシンク１６上に搭載されている。なお、本実施形態の電子装置では、１つの電力増幅器集積回路チップに対して、１つの温度補償回路チップのみが、モジュール基板に実装されているが、本発明は、この例に限定されず、例えば、複数の温度補償回路チップが実装されていてもよい。
【００１６】
図２に、前記モジュール基板に実装されている温度補償回路チップ周囲の拡大図を示す。図２（ａ）は、図１（ａ）を拡大した平面図である。図２（ｂ）は、図１（ｂ）を拡大した断面図である。前記両図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図２（ａ）および（ｂ）に示すとおり、前記温度補償回路チップ１３の前記熱配線１４に接続されている部分以外の部分（前記両図において、二点鎖線で示す部分）は、前記樹脂基板１１ａと空気とに囲まれている。本実施形態の電子装置では、前記樹脂基板１１ａと前記空気の熱伝導率が、前記熱配線１４の熱伝導率より低い。すなわち、前記温度補償回路チップ１３の前記熱配線１４に接続されている部分以外の部分は、前記熱配線１４の熱伝導率より、熱伝導率が低い条件下にある。
【００１７】
本実施形態の電子装置では、前述のとおり、前記温度補償回路チップの前記熱配線に接続されている部分以外の部分が、前記熱配線の熱伝導率より、熱伝導率の低い条件下にあり、前記ヒートシンク等の熱的なグラウンドに至る経路の熱抵抗が高い条件下にある。このため、本実施形態の電子装置では、前記電力増幅器集積回路チップから前記熱配線を介して前記温度補償回路チップに伝導された熱が、前記温度補償回路チップから前記経路に流れることがない。これにより、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度と、温度補償回路の測定温度とを近い値とすることができる。この結果、本実施形態の電子装置では、高精度な温度補償が可能となる。
なお、本実施形態の電子装置では、前記熱配線の熱伝導率より低い条件は、前記樹脂基板および前記空気との接触条件であるが、本発明は、この例に限定されない。前記熱配線の熱伝導率より低い条件は、例えば、前記熱配線の熱伝導率より熱伝導率の低い、低熱伝導材および低熱伝導雰囲気との接触条件であればよい。前記低熱伝導材としては、各種樹脂基板、例えば、ガラスエポキシ基板、液晶ポリマ（ＬＣＰ）基板、ポリイミド（ＰＩ）基板等があげられる。前記低熱伝導雰囲気としては、前記空気のほかに、例えば、樹脂からなる封止材等があげられる。
【００１８】
前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている半導体素子としては、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等があげられる。前記半導体素子を形成する材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等があげられる。なお、本実施形態の電子装置では、電子素子として、半導体素子を用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記電子素子は、温度特性を有する電子素子であればよい。また、本実施形態の電子装置は、アナログ集積回路（ＩＣ）であってもよいし、デジタルＩＣであってもよい。
【００１９】
前記温度補償回路チップに搭載されている温度補償回路は、前述の半導体素子の温度特性を補償できればよく、従来公知のものを使用できる。
【００２０】
前記モジュール基板は、前述のとおり、前記樹脂基板と前記金属配線層とが積層されて形成されている。前記樹脂基板の熱伝導率は、前述のとおり、前記熱配線の伝導率より低ければよい。前記樹脂基板の熱伝導率は、例えば、１０Ｗ／ｍＫ以下であり、１Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、０．１Ｗ／ｍＫ以下であることがより好ましい。前記樹脂基板を形成する材料は、特に限定されず、従来公知の材料を使用することができる。前記金属配線を形成する材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等があげられる。
なお、前記モジュール基板は、前記温度補償回路チップと接する部分の熱伝導率が、前記熱配線の熱伝導率より低ければよい。したがって、前記モジュール基板は、例えば、金属基板の前記温度補償回路チップと接する部分に樹脂等を積層したものであってもよい。
【００２１】
前記熱配線は、前述のとおり、前記樹脂基板および前記空気の熱伝導率より、その熱伝導率が高ければよい。前記熱配線の熱伝導率は、例えば、４００Ｗ／ｍＫ以上であり、５００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、１０００Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。前記熱配線は、前述のとおり、薄膜の熱伝導体である。前記熱伝導体を形成する材料としては、例えば、炭素材料、炭素材料と他の材料との複合材料等があげられる。前記炭素材料としては、例えば、炭素および炭素繊維から形成される炭素系複合材料、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤ等があげられる。また、前記炭素材料と他の材料との複合材料は、例えば、前述の炭素系複合材料にＣｕまたはＡｌ等を含浸させた複合材等であってもよい。
【００２２】
前記熱配線は、例えば、その熱伝導性に異方性を有してもよい。前記異方性とは、例えば、前記モジュール基板の面内の２方向（図１におけるＸ軸方向およびＹ軸方向）の熱伝導率と、前記モジュール基板の厚みと同方向（図１におけるＺ軸方向）の熱伝導率とが、それぞれ異なる値を示すことを意味する。前記異方性を有する材料としては、例えば、前述の炭素材料等があげられる。
【００２３】
本実施形態の電子装置では、前記熱配線における前記モジュール基板の面と同方向の熱伝導率が、前記熱配線における前記モジュール基板の厚みと同方向の熱伝導率より高いことが好ましい。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとの熱の伝導が、より良好なものとなる。前記熱配線において、例えば、前記モジュール基板のＸ軸方向と同方向の熱伝導率（ＫＸ）を、５５０〜６００Ｗ／ｍＫの範囲とし、前記モジュール基板のＹ軸方向と同方向の熱伝導率（ＫＹ）を、４５０〜５００Ｗ／ｍＫの範囲とし、前記モジュール基板のＺ軸方向と同方向の熱伝導率（ＫＺ）を、５０〜６０Ｗ／ｍＫの範囲としてもよい。また、前記熱配線において、最も熱伝導率の低い方位の熱伝導率（例えば、ＫＺ）を犠牲にして、他の２方位の熱伝導率（例えば、ＫＸおよびＫＹ）を、６００Ｗ／ｍＫ以上とすることが好ましく、７００Ｗ／ｍＫ以上とすることがより好ましい。また、前記熱配線において、１方位の熱伝導率（例えば、ＫＺ）のみを高くしてもよい。例えば、一方向のみに高い熱伝導率を有するカーボンナノチューブを用いた場合には、理論的には、熱伝導率が６０００Ｗ／ｍＫ程度の値となることが予測され、このようなより高い熱伝導率を有する材料を用いるとより好ましい。
【００２４】
また、本実施形態の電子装置では、前記熱配線において、前記電力増幅器集積回路チップの下方および前記温度補償回路チップの下方に位置する部分は、前記モジュール基板の厚みと同方向の熱伝導率が、前記基板の面と同方向の熱伝導率より高く、かつそれら以外の部分では、前記基板の面と同方向の熱伝導率が、前記基板の厚みと同方向の熱伝導率より高いことがより好ましい。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとの熱の伝導が、さらに良好なものとなる。
【００２５】
前記サーマルビア導体は、従来公知の方法により形成可能である。前記サーマルビア導体の熱伝導率は、前記樹脂基板および前記空気の熱伝導率より高い。このような性質を有するサーマルビア導体が、前記電力増幅器集積回路チップの下方に配置されているため、前記電力増幅器集積回路チップは、前記ヒートシンク等の熱的なグラウンドに至る経路の熱抵抗が低い条件下にある。このため、本実施形態の電子装置では、前記電力増幅器集積回路チップで発生した熱が前記経路に流れる。これにより、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度の上昇を抑制することができる。前記サーマルビア導体としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等を用いることができ、その熱伝導率は、例えば、３００〜４３０Ｗ／ｍＫの範囲である。
なお、本実施形態の電子装置では、複数のサーマルビア導体が形成されているが、本発明は、この例には限定されない。前記サーマルビア導体は、例えば、前記電力増幅器集積回路チップと同サイズで形成されたビアに金属等の高熱伝導材を埋め込んで形成されたサーマルビア導体であってもよい。
また、本実施形態の電子装置は、前記モジュール基板にサーマルビア導体が形成されているが、本発明は、この例に限定されない。本発明の電子装置は、例えば、前述の接合温度の上昇を抑制する必要のない用途であれば、前記サーマルビア導体を備えていなくてもよい。
【００２６】
本実施形態の電子装置では、前述のとおり、前記電力増幅器集積回路チップは、前記モジュール基板の前記サーマルビア導体が形成されている部分の上面（前記モジュール基板の表面）側に実装されている。したがって、前記電力増幅器集積回路チップは、熱伝導性の高い前記サーマルビア導体上に搭載されることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記モジュール基板との間の熱抵抗を低くできる。さらに、前記電力増幅器集積回路チップは、前記モジュール基板との間に１つの界面を有するのみである。このため、前記電力増幅器集積回路チップと前記モジュール基板との間の熱抵抗に与える界面熱抵抗の影響を小さくできる。この結果、本実施形態の電子装置全体の熱抵抗を低くできる。したがって、本実施形態の電子装置は、高精度な温度補償と低熱抵抗化とを両立可能である。
【００２７】
つぎに、図３に基づき、本実施形態の電子装置における熱伝導を説明する。図３は、図１（ｂ）のうち、熱伝導を説明するのに必要な部分を拡大した断面図である。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。この例では、前記熱配線の熱伝導率を、５００Ｗ／ｍＫとし、前記樹脂基板の熱伝導率を、０．４〜０．５Ｗ／ｍＫとし、前記サーマルビア導体にＣｕを用い、その熱伝導率を４００Ｗ／ｍＫとした場合を例にとり説明する。図３に示すとおり、前記電力増幅器集積回路チップ１２で発生した熱は、前記熱配線１４を介して前記温度補償回路チップ１３に伝導される（同図における右向きの白抜き矢印）。ここで、前述のとおり、前記樹脂基板１１ａの熱伝導率は、前記熱配線１４の熱伝導率と比較して、約３桁小さい。このため、前記温度補償回路チップ１３に伝導された熱が、前記モジュール基板１１を経由して前記ヒートシンク１６に流れ込むことは、ほとんど無視できる。これらにより、前述のとおり、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度と、温度補償回路の測定温度とを近い値とすることができる。この結果、本実施形態の電子装置では、高精度な温度補償が可能となる。
一方、前記電力増幅器集積回路チップ１２で発生した熱は、前記ヒートシンク１６から放熱される。ここで、前述のとおり、前記樹脂基板１１ａの熱伝導率は、前記サーマルビア導体１５の熱伝導率と比較して、約３桁小さい。このため、その熱のほとんどは、前記サーマルビア導体１５を介して前記ヒートシンク１６に伝導される（同図における下向きの白抜き矢印）。これにより、前述のとおり、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度の上昇を抑制することができる。このようにして、本実施形態の電子装置は、半導体素子の接合温度を低く保ちながら、高精度に温度補償を行うことができる。この結果、本実施形態の電子装置は、高い信頼性と広い温度範囲における安定した動作を実現可能である。
【００２８】
つぎに、本実施形態の電子装置の製造方法を説明する。本実施形態の電子装置の製造方法は、前工程と、後工程とを含む。前記後工程は、基板形成工程と、熱的接続工程と、電力増幅器集積回路チップ実装工程と、温度補償回路チップ実装工程とを含む。本実施形態の電子装置の製造方法では、前記電子素子チップ実装工程を、前記電力増幅器集積回路チップ実装工程としている。
【００２９】
〔前工程〕
前工程において、まず、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の半導体材料で形成されたＦＥＴ等の半導体素子に、電極や配線等を形成する表面プロセスを行う。ついで、ウエハ裏面にＰＨＳ（Ｐｌａｔｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｓｉｎｋ）メッキ処理する裏面プロセスを行う。ついで、さらにドライエッチング等により個々の半導体素子のチップ化を行う。このようにして、電力増幅器集積回路チップを作製する。同様にして、温度補償回路チップを作製する。なお、前述のようにして予め作製された、前記電力増幅器集積回路チップおよび前記温度補償回路チップを準備してもよい。
【００３０】
〔後工程〕
［基板形成工程］
前記基板形成工程について説明する。まず、樹脂基板１１ａと金属配線層１１ｂ（Ｃｕ等）とを交互に積層して、積層体を形成する。この積層体の下端面にグラウンド導体１１ｃを配置する。このようにして、多層基板を作製する。前記積層体の最上層および最下層は、前記樹脂基板１１ａである。この多層基板の厚み方向に、複数の貫通孔を形成し、その貫通孔のそれぞれを、メッキ処理等によりＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属を埋め込むことで、サーマルビア導体１５を形成する。このようにして、モジュール基板１１を作製する。なお、前述のようにして予め作製された、モジュール基板を準備してもよい。このモジュール基板１１の上端面側に、薄膜の熱伝導体である熱配線を、この熱配線の一端が前記サーマルビア導体の形成された領域上となるように埋め込む。前記熱伝導体を形成する材料は、前述のとおりである。前記熱配線を形成する方法は、前記熱配線を形成する材料等により種々の方法を用いることができる。前記形成材料がＣｕ等の金属である場合には、例えば、スパッタリング法や蒸着法等が用いられる。前記形成材料がカーボンナノチューブである場合には、例えば、気相成長法（ＣＶＤ法）が用いられる。前記形成材料が前述の炭素材料と他の材料との複合材料である場合には、例えば、予め配線形状に作製された薄膜を圧着等する方法が用いられる。
【００３１】
［熱的接続工程、電力増幅器集積回路チップ実装工程および温度補償回路チップ実装工程］
前記電力増幅器集積回路チップ１２を、前記モジュール基板１１の上端面のサーマルビア導体が形成されている領域に、半田（例えば、ＡｕＳｎ半田：Ｓｎ２０％含有）等により電気的に接続することで実装する（電力増幅器集積回路チップ実装工程）。この実装の際に、前記熱配線１４を、前記電力増幅器集積回路チップ１２の下部に位置するようにし、前記電力増幅器集積回路チップ１２と前記熱配線１４とを接続する。
前記温度補償回路チップ１３を、前記モジュール基板１１の上端面に実装する（温度補償回路チップ実装工程）。実装には、例えば、前述の半田等により電気的な接続が使用される。この実装の際に、前記熱配線１４を、前記温度補償回路チップ１３の下部に位置するようにし、前記温度補償回路チップ１３と前記熱配線１４とを接続する。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップ１２と前記温度補償回路チップ１３とを、前記熱配線１４により熱的に接続する（熱的接続工程）。なお、本実施形態の電子装置では、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとを、前記熱配線の上方に位置するようにして、前記モジュール基板上端面に実装している。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとを前記熱配線に接続し、前記熱配線により熱的に接続しているが、本発明は、この例に限定されない。本実施形態の電子装置では、例えば、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとを、前記熱配線により、予め熱的に接続した状態で、前記モジュール基板に実装してもよい。
【００３２】
前述のようにして作製された装置に、ワイヤーボンディングにより前記電力増幅器集積回路チップ１２の入出力端子を、前記モジュール基板１１上の所望の入出力端子に電気的に接続する（図示せず）。また、前記温度補償回路チップ１３の出力端子を、前記電力増幅器集積回路チップ１２の入力端子側に電気的に接続する（図示せず）。このようにすることで、温度に応じた入力電圧を供給することができる。このようにして、本実施形態の電子装置を製造可能である。ただし、本実施形態の電子装置の製造方法は、この例に限定されない。
【００３３】
（実施形態２）
図４に、本実施形態の電子装置の一例の構成を示す。図４（ａ）は、本実施形態の電子装置の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ方向に見た断面図である。前記両図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図４（ａ）および（ｂ）に示すとおり、この電子装置４０では、電力増幅器集積回路チップ１２は、モジュール基板１１の上端面に実装されている。温度補償回路チップ４３は、モジュール基板１１の樹脂基板１１ａ内部に実装されている。熱配線４４は、その途中部分４４ｂが、前記モジュール基板１１の厚み方向に沿って延び、前記途中部分４４ｂ以外の部分４４ａおよび４４ｃが、前記基板の面方向に沿って延びている。前記熱配線４４は、前記電力増幅器集積回路チップ１２の下部および前記温度補償回路チップ４３の下部に接続されている。これらの点を除き、この電子装置４０は、前述の電子装置１０と同様の構成を有している。
【００３４】
前述のとおり、前記温度補償回路チップ４３の前記熱配線４４に接続されている部分以外の部分（図４（ｂ）において、二点鎖線で示す部分）は、前記樹脂基板１１ａに囲まれている。本実施形態の電子装置では、前記樹脂基板１１ａの熱伝導率が、前記熱配線４４の熱伝導率より低い。すなわち、前記温度補償回路チップ４３の前記熱配線４４に接続されている部分以外の部分は、前記熱配線４４の熱伝導率より、熱伝導率が低い条件下にある。このため、本実施形態の電子装置では、前記電力増幅器集積回路チップから前記熱配線を介して前記温度補償回路チップに伝導された熱が、前記温度補償回路チップから、前記ヒートシンク等の熱的なグラウンドに至る経路に流れることがない。これにより、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度と、温度補償回路の測定温度とを近い値とすることができる。この結果、本実施形態の電子装置では、高精度な温度補償が可能となる。
なお、本実施形態の電子装置では、前記熱配線の途中部分が、前記モジュール基板の厚み方向に沿って延びているが、本発明は、この例に限定されない。前記熱配線の途中部分は、例えば、前記モジュール基板の厚み方向に対して、斜め方向に延びていてもよい。また、本実施形態の電子装置では、１つの電力増幅器集積回路チップに対して、１つの温度補償回路チップのみが、モジュール基板内部に実装されて用いられているが、本発明は、この例に限定されない。本実施形態の電子装置は、例えば、モジュール基板内部に実装された複数の温度補償回路チップが併用されてもよいし、モジュール基板の上端部に実装された温度補償回路チップが併用されてもよい。
【００３５】
本実施形態の電子装置では、前記熱配線において、前記電力増幅器集積回路チップの下方に位置する部分、および前記途中部分は、前記基板の厚みと同方向の熱伝導率が、前記モジュール基板の面と同方向の熱伝導率より高く、かつそれら以外の部分は、前記モジュール基板の面と同方向の熱伝導率が、前記基板の厚みと同方向の熱伝導率より高いことが好ましい。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとの熱の伝導が、より良好なものとなる。
【００３６】
本実施形態の電子装置では、以下のようにして熱伝導が起こる。すなわち、前記電力増幅器集積回路チップ１２で発生した熱は、前記電力増幅器集積回路チップ１２の下部に接続されている熱配線４４に伝導され、この熱配線４４に沿って、前記モジュール基板１１の面方向に伝導される。そして、前記熱配線４４の途中部分４４ｂに差し掛かった熱は、前記途中部分４４ｂに沿って、前記モジュール基板１１の下端面方向に伝導される。ついで、前記途中部分４４ｂの下端付近まで来た熱は、前記温度補償回路チップ４３の下部に接続されている熱配線４４に沿って、前記モジュール基板１１の面方向に沿って伝導され、前記温度補償回路チップ４３に伝導される。これらの点を除いて、前述の電子装置１０と同様に、前記電力増幅器集積回路チップ１２で発生した熱は、前記熱配線４４を介して前記温度補償回路チップ４３に伝導される。
【００３７】
本実施形態の電子装置は、例えば、以下のようにして製造可能である。すなわち、前記温度補償回路チップ実装工程において、前記温度補償回路チップ４３を、前記モジュール基板１１の前記樹脂基板１１ａ内部に埋め込んで実装する。また、前記熱配線４４を、前記電力増幅器集積回路チップ１２および前記温度補償回路チップ４３の下方に位置させて、前記モジュール基板１１の面方向に沿って延びるように埋め込む。前記モジュール基板１１に、前記モジュール基板１１の上端面から、前記埋め込まれた温度補償回路チップ４３の面までビアを形成し、このビアに熱配線（例えば、前述の複合素材）を埋め込む。そして、これらの熱配線を連結することで、前記電力増幅器集積回路チップ１２と前記温度補償回路チップ４３とを、連結された前記熱配線４４により熱的に接続する。これらの点を除き、前述の電子装置１０と同様にして、本実施形態の電子装置を製造可能である。ただし、本実施形態の電子装置の製造方法は、この例に限定されない。
【００３８】
（実施形態３）
図５に、本実施形態の電子装置の一例の構成を示す。図５（ａ）は、本実施形態の電子装置の平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に見た断面図である。前記両図において、図１と同一部分には、同一符号を付している。図５（ａ）および（ｂ）に示すとおり、この電子装置５０では、電力増幅器集積回路チップ５２は、モジュール基板１１の上端面に実装されている。温度補償回路チップ５３は、前記電力増幅器集積回路チップ５２の前記モジュール基板１１に実装されている面とは反対側の面（図５（ｂ）において、上側の面）に、複数のＡｕバンプ５４を介して、フリップチップ実装されて、電気的に接続されている。前記Ａｕバンプ５４は、前述の熱配線を兼ねている。これらの点を除き、この電子装置５０は、前述の電子装置１０と同様の構成を有している。
【００３９】
前述のとおり、複数の前記Ａｕバンプ５４は、前述の熱配線を兼ねている。したがって、前記温度補償回路チップ５３の前記Ａｕバンプ（熱配線）５４に接続されている部分以外の部分（前記両図において、二点鎖線で示す部分）は、空気に囲まれている。本実施形態の電子装置では、前記空気の熱伝導率が、前記Ａｕバンプ（熱配線）５４の熱伝導率より低い。すなわち、前記温度補償回路チップ５３の前記熱配線５４に接続されている部分以外の部分は、前記熱配線５４の熱伝導率より、熱伝導率が低い条件下にある。このため、本実施形態の電子装置では、前記電力増幅器集積回路チップから前記Ａｕバンプ（熱配線）を介して前記温度補償回路チップに伝導された熱が、前記温度補償回路チップから、前記ヒートシンク等の熱的なグラウンドに至る経路に流れることがない。これにより、前記電力増幅器集積回路チップに搭載されている、例えば、半導体素子の接合温度と、温度補償回路の測定温度とを近い値とすることができる。この結果、本実施形態の電子装置では、高精度な温度補償が可能となる。
なお、本実施形態の電子装置では、１つの電力増幅器集積回路チップに対して、１つの温度補償回路チップのみが、前述のように実装されて用いられているが、本発明は、この例に限定されない。本実施形態の電子装置は、例えば、モジュール基板表面および内部の少なくとも一方に実装された複数の温度補償回路チップが併用されてもよい。
【００４０】
本実施形態の電子装置では、バンプとして、前記Ａｕバンプを用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記バンプとしては、Ａｕバンプのほかに、例えば、半田バンプ等があげられる。また、前記バンプは、例えば、前述の炭素材料を含んでもよい。
【００４１】
本実施形態の電子装置では、熱配線を兼ねている前記Ａｕバンプにおける前記モジュール基板の厚みと同方向の熱伝導率は、前記Ａｕバンプにおける前記モジュール基板の面と同方向の熱伝導率より高いことが好ましい。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップと前記温度補償回路チップとの熱の伝導が、より良好なものとなる。このように、前記Ａｕバンプの熱伝導率に異方性を持たせるためには、例えば、熱伝導率に異方性を有する材料（例えば、前述の炭素材料）を用いてもよい。
なお、本実施形態の電子装置では、全ての前記Ａｕバンプが、前記熱配線を兼ねているが、本発明は、この例に限定されない。例えば、熱伝導性が高い材料（例えば、カーボンナノチューブ：熱伝導率：１０００Ｗ／ｍＫ以上）を用いたバンプを、前記熱配線用として配置してもよい。
【００４２】
本実施形態の電子装置では、例えば、フリップチップ実装された両チップの間に、樹脂系のアンダーフィル材で形成された保護層が形成されてもよい。このようにすることで、前記電力増幅器集積回路チップ表面を保護することができる。なお、前述のとおり、前記保護層は、樹脂系のアンダーフィル材で形成されているため、前記保護層の熱伝導率は、前記Ａｕバンプより熱伝導率が低い。
【００４３】
本実施形態の電子装置では、以下のようにして熱伝導が起こる。すなわち、前記Ａｕバンプ５４が、熱配線を兼ねているため、前記電力増幅器集積回路チップ５２で発生した熱は、前記Ａｕバンプ５４を介して、前記温度補償回路チップ５３に伝導される。これらの点を除いて、前述の電子装置１０と同様に、前記電力増幅器集積回路チップ５２で発生した熱は、前記熱配線５４を介して前記温度補償回路チップ５３に伝導される。なお、本実施形態の電子装置のように、前記温度補償回路チップと前記電力増幅器集積回路チップとが、３次元的に実装されている場合は、前記熱配線の長さを、前記モジュール基板表面上に配置する場合と比較して、大幅に短縮することができる。このため、通常の金属配線を用いても熱抵抗を低く保つことができる。
【００４４】
本実施形態の電子装置は、例えば、以下のようにして製造可能である。すなわち、前記温度補償回路チップ実装工程において、前記温度補償回路チップ５３を、前記電力増幅器集積回路チップ５２の前記モジュール基板１１に実装されている面とは反対側の面に、複数のＡｕバンプ５４を介して、フリップチップ実装で電気的に接続する。そして、前記Ａｕバンプ５４が熱配線を兼ねているため、前記電力増幅器集積回路チップ５２と前記温度補償回路チップ５３とが、前記Ａｕバンプ５４により熱的に接続される。これらの点を除き、前述の電子装置１０と同様にして、本実施形態の電子装置を製造可能である。ただし、本実施形態の電子装置の製造方法は、この例に限定されない。
【００４５】
前述のとおり、本発明の電子装置は、高精度に温度補償可能である。従って、本発明の電子装置の用途としては、例えば、携帯電話機等の移動通信機器または車載レーダ等に用いられる増幅器、発振器、スイッチ、ミキサ等があげられる。ただし、その用途は限定されず、デジタルＩＣなど広い分野にも適用可能である。
【実施例】
【００４６】
つぎに、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、下記の実施例によってなんら限定ないし制限されない。
【００４７】
［実施例１］
図１に示す電子装置１０を、前述の実施形態１で述べた電子装置の製造方法を用いて作製した。本実施例では、ＧａＡｓ  ＦＥＴ電力増幅器を搭載したチップを、電力増幅器集積回路チップ１２とした。ＳｉのＣＭＯＳ技術により作製した温度補償回路を搭載したチップを、温度補償回路チップ１３とした。ダイヤモンドとＡｌとの複合材（熱伝導率Ｋ：６００Ｗ／ｍＫ、厚み：０．３ｍｍ）を、熱配線１４とした。樹脂基板１１ａを形成する材料を、ＦＲ４とした。金属配線層１１ｂ、グラウンド導体１１ｃおよびサーマルビア導体１５を形成する材料を、Ｃｕとした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＡｓ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００４８】
［実施例２］
炭素および炭素繊維からなる炭素系複合材料にＣｕを含浸させた複合材（ＫＸ：５５０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：４５０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：５０Ｗ／ｍＫ、厚み：０．３ｍｍ）を、熱配線１４としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例の電子装置を作製した。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＡｓ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００４９】
［実施例３］
図１に示す電子装置１０を作製した。本実施例では、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器を搭載したチップを、電力増幅器集積回路チップ１２とした。炭素および炭素繊維からなる炭素系複合材料にＡｌを含浸させた複合材を、熱配線１４とした。この熱配線１４の前記電力増幅器集積回路チップ１２下方に位置する部分の熱伝導率を、ＫＸ：４８０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：６０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：５８０Ｗ／ｍＫとし、厚みを、０．３ｍｍとした。前記熱配線１４のそれ以外の部分の熱伝導率を、ＫＸ：５８０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：４８０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：６０Ｗ／ｍＫとした。樹脂基板１１ａを形成する材料を、液晶ポリマとした。これら以外は、実施例１と同様とした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００５０】
［実施例４］
図４に示す電子装置４０を、前述の実施形態２で述べた電子装置の製造方法を用いて作製した。本実施例では、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器を搭載したチップを、電力増幅器集積回路チップ１２とした。炭素および炭素繊維からなる炭素系複合材料にＣｕを含浸させた複合材を、熱配線４４とした。この熱配線４４の途中部分４４ｂおよび前記電力増幅器集積回路チップ１２下方に位置する部分の熱伝導率を、ＫＸ：４５０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：１００Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：５５０Ｗ／ｍＫとし、厚みを、０．３ｍｍとした。前記熱配線４４のそれら以外の部分の熱伝導率を、ＫＸ：５５０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：４５０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：１００Ｗ／ｍＫとした。これら以外の構成要素の材料は、実施例１と同様とした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００５１】
［実施例５］
図６に示す電子装置６０を、前記電力増幅器集積回路１２を、前記モジュール基板１１上端面に、Ａｕバンプ６７を介してフリップチップ実装により実装して作製した。前記Ａｕバンプ６７は、信号線としてだけでなく、熱配線の一部としても用いられる。本実施例では、炭素および炭素繊維からなる炭素系複合材料にＡｌを含浸させた複合材を、熱配線４４とした。この熱配線４４の途中部分４４ｂおよび前記電力増幅器集積回路チップ１２下方に位置する部分の熱伝導率を、ＫＸ：４８０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：６０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：５８０Ｗ／ｍＫとし、厚みを、０．３ｍｍとした。前記熱配線４４のそれら以外の部分の熱伝導率を、ＫＸ：５８０Ｗ／ｍＫ、ＫＹ：４８０Ｗ／ｍＫ、ＫＺ：６０Ｗ／ｍＫとした。フリップチップ実装した両チップの間に、樹脂系のアンダーフィル材で形成された保護層を形成した（図示せず）。これら以外は、実施例４と同様とした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００５２】
［実施例６］
図５に示す電子装置５０を、前述の実施形態３で述べた電子装置の製造方法を用いて作製した。本実施例では、ＧａＡｓ  ＦＥＴ電力増幅器を搭載したチップを、電力増幅器集積回路チップ５２とした。Ａｕを含むバンプ（高さ：４０μｍ、直径：６０μｍ）を、Ａｕバンプ５４とした。樹脂基板１１ａを形成する材料を、液晶ポリマとした。これら以外の構成要素の材料は、実施例１と同様とした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＡｓ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【００５３】
［実施例７］
図５に示す電子装置５０を作製した。本実施例では、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器を搭載したチップを、電力増幅器集積回路チップ５２とした。Ａｕを含むバンプ（高さ：２０μｍ、直径：４０μｍ）を、信号用のＡｕバンプ５４とした。カーボンナノチューブ（高さ：２０μｍ、直径：３０μｍ）を熱配線用のバンプ５４とした。このバンプ５４の熱伝導率は、ＫＹ：１５００Ｗ／ｍＫであった。これら以外は、実施例６と同様とした。本実施例の電子装置では、−４５℃〜８５℃の広い環境温度範囲において、ＧａＮ  ＦＥＴ電力増幅器の利得変動および効率変動を抑制することができた。
【符号の説明】
【００５４】
１０、４０、５０、６０    電子装置
１１    モジュール基板（基板）
１１ａ  樹脂基板（低熱伝導材）
１１ｂ  金属配線層
１１ｃ  グラウンド導体
１２、５２    電力増幅器集積回路チップ（電子素子チップ）
１３、４３、５３    温度補償回路チップ
１４、４４、５４    熱配線（熱的接続手段）
１５    サーマルビア導体
１６    ヒートシンク
４４ａ、４４ｃ    熱配線の途中部分以外の部分
４４ｂ    熱配線の途中部分
５４    Ａｕバンプ（バンプ）
６７    Ａｕバンプ
【図１】
0005381480.tif 000002
【図２】
0005381480.tif 000003
【図３】
0005381480.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005381480.tif 000006
【図６】
0005381480.tif 000007