(57)【要約】【課題】  低コストの通信用高周波モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  導波管１５が形成された支持体１１と、支持体１１上に固着された配線基板２１と、配線基板２１上にフリップチップ実装された半導体装置３１と、半導体装置３１を覆うキャップ３２と、支持体１１の裏面に固着されたアンテナ素子４１等から構成し、支持体１１の支持体コア材１２および配線基板２１の基板コア材２２を樹脂材料から構成する。低コストの支持体１１および配線基板２１を使用し、さらに、導波管１５の穴明け加工のコストが大幅に低減でき、低コスト化できる。また、支持体コア材１２の表面に支持体コア材１２の樹脂材料よりも弾性率の高い導電膜１３を設ける。半導体装置３１と配線基板２１とを超音波接合によりフリップチップ実装することで、信頼性の高い接合が可能となる。【選択図】  図２
2006253953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に配設されたアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、
第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、
前記第１の面側に設けられ、第２の樹脂材料よりも弾性率の高い無機材料膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
【請求項２】
前記無機材料膜は導電性膜であることを特徴とする請求項１記載の通信用高周波モジュール。
【請求項３】
アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に配設されたアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、前記第１の面側に設けられた金属膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
【請求項４】
前記支持体は、支持体コア材と金属膜との間に、第２の樹脂材料よりも弾性率の高い材料からなる他の無機材料膜を設けてなることを特徴とする請求項３記載の通信用高周波モジュール。
【請求項５】
前記第２の樹脂材料は、樹脂材料、ガラス布基材に樹脂材料を含浸した複合材料、およびガラス布基材に樹脂材料を含浸した複合材料からなる群のうち、いずれか１種であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
【請求項６】
前記第１の樹脂材料は、比誘電率が４以下であることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
【請求項７】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の各々に接続された送信用半導体装置および複数の受信用半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に互いに離間して配置された複数のアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記送信用半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、前記第１の面側に設けられた金属膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
【請求項８】
アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールの製造方法であって、
第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、第１の面側に該第２の樹脂材料よりも弾性率の高い材料からなる無機材料膜とからなる支持体に導波管を形成する工程と、
前記支持体の第１の面上に第１の樹脂材料からなる基板コア材を含む配線基板を固着する工程と、
前記配線基板に半導体装置をフリップチップ実装する工程と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面にアンテナ素子を形成する工程と、を備えることを特徴とする通信用高周波モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記導波管を形成する工程は、
前記支持体にドリル穴明け加工あるいはレーザ穴明け加工により貫通孔を形成し、
前記貫通孔の内壁に導電膜を形成することを特徴とする請求項８記載の通信用高周波モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子を備えたマイクロ波帯あるいはミリ波帯における通信用高周波モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波帯やミリ波帯の電波を利用する電子装置の開発が盛んに行われている。特にミリ波帯の電波は、未だ利用されていない広大な周波数領域を擁しているため、広い周波数領域幅を必要とする高速・大容量の情報伝送に適している。また、ミリ波帯の電波は、高角度分解能性、光では透過しない媒質中でも伝搬可能という特長を生かして、車両や移動ロボットの衝突防止用レーダ等のセンシング分野での利用が検討されている。
【０００３】
しかしながら、このような用途の大きな可能性にもかかわらず、ミリ波帯の電波を利用した電子装置の開発や利用が遅れている。その理由としては、開発に必要なミリ波帯電波の測定機器や、ミリ波帯通信用半導体装置の高製造コストが開発の足枷となっている。
【０００４】
特に、電力増幅器や発振器、低雑音増幅器、ミキサ等の送受信用回路を搭載したＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波ＩＣ）は、半導体素子等の能動素子、抵抗素子やキャパシタ素子等の受動素子、およびマイクロストリップ線路などの電送線路を一つのチップに搭載し、小型化、軽量化をめざすミリ波帯電子装置には欠かせないものである。
【０００５】
また、図１に示すように、ＭＭＩＣ１０１とアンテナ素子１０２とを一体化したモジュール１００は、ＭＭＩＣ１０１をアルミナ等のセラミック基板１０４上にワイヤボンディングあるいはフリップチップ実装し、セラミックあるいは金属の蓋１０５をろう付けした気密封止パッケージ１０６が多く使用されている。また、ＭＭＩＣ１０１はアンテナモジュール１０２とリボン１０８やコプレーナ伝送線路１０９により接続され、アンテナモジュール１０２では導波管１１０を介してアンテナ素子１１２に接続される。ＭＭＩＣ１０１から送信信号がアンテナ素子１１２に供給され、アンテナ素子１１２から送信される。また、アンテナ素子１１２が受信した受信信号がＭＭＩＣ１０１に供給され信号処理等が行われる。
【特許文献１】特開２００４−２３０７４号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１に示すモジュール１００では高製造コストという問題がある。すなわち、セラミック基板１０４やセラミック等の蓋１０５を用いる気密封止パッケージ１０６は信頼性に優れるものの、樹脂基板と比較すると高コストであり、モジュールの製造コストを低減できないという問題がある。
【０００７】
また、アンテナモジュール１０２に設けられた導波管１１０はセラミック板１１１を貫通する円形や矩形の断面を有し、導体に囲まれた開口部からなる。低損失の導波管１１０を形成するためには開口部の寸法を精度良く形成する必要がある。さらにミリ波の波長が短くなる程、精度が要求される。高精度の開口部をセラミック板１１１に形成することは難しく、加工コストが増大する。また、セラミック板１１１のかわりに金属板を用いる場合は、金属板自体の材料コストは低いが、プレス打ち抜き法では高精度の開口部が形成できず伝送特性の劣化が生じてしまう。高精度の開口部を金属板に形成する方法としてワイヤー放電加工があるが加工コストが高く、モジュールの製造コストを低減できないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、低コストの通信用高周波モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、支持体と、前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、  前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に配設されたアンテナ素子と、前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、前記半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、前記支持体は、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、前記第１の面側に設けられ、第２の樹脂材料よりも弾性率の高い無機材料膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュールが提供される。
【００１０】
本発明によれば、支持体の支持体コア材が樹脂材料からなるので、支持体に設けられた導波管のための貫通孔を、セラミックス基板や金属基板に形成する場合よりも大幅に低いコストで加工できる。また、支持体の支持体コア材に加え、配線基板の基板コア材も樹脂材料からなり、従来のセラミック基板よりも安価であるので、材料コストを低減できる。したがって、通信用高周波モジュールの低コスト化が可能である。また、半導体装置とアンテナ素子が支持体のそれぞれの面に設けられているので、通信用高周波モジュールの小型化が可能である。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールの製造方法であって、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、第１の面側に該第２の樹脂材料よりも弾性率の高い材料からなる無機材料膜とからなる支持体に導波管を形成する工程と、前記支持体の第１の面上に第１の樹脂材料からなる基板コア材を含む配線基板を固着する工程と、前記配線基板に半導体装置をフリップチップ実装する工程と、前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面にアンテナ素子を形成する工程と、を備える通信用高周波モジュールの製造方法が提供される。
【００１２】
本発明によれば、支持体の支持体コア材が樹脂材料からなるので、支持体に設けられる導波管のための貫通孔を、セラミックス基板や金属基板に形成する場合よりも大幅に低いコストで加工できる。また、貫通孔の加工精度を容易に向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体装置とアンテナ素子を支持体のそれぞれの面に設け、支持体を貫通する導波管を設け、半導体装置とアンテナ素子を一体化し、支持体の基板コア材に樹脂材料を用いることにより、材料コストおよび導波管のための貫通孔の加工コストを低減することにより、低コストの通信用高周波モジュールおよびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの断面図である。
【００１６】
図２を参照するに、本実施の形態の通信用高周波モジュール１０は、導波管１５が形成された支持体１１と、支持体１１上に固着された配線基板２１と、配線基板２１上にフリップチップ実装された半導体装置３１と、半導体装置３１を覆うキャップ３２と、支持体１１の裏面に固着されたアンテナ素子４１等から構成される。
【００１７】
半導体装置３１は、例えば、ＭＭＩＣ（モノリシック  マイクロ波  ＩＣ）からなり、ＭＭＩＣは、図示を省略するが、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の能動素子が形成されたＧａＡｓやＳｉからなる半導体基板と、半導体基板の表面の絶縁層に抵抗素子、キャパシタ素子等の受動素子が配線により接続された回路パターン等から構成される。半導体装置３１は、外部電極としてのバンプ（凸状電極）３３が配線基板２１の表面に形成された導体パターン２４、２６、２７（図３（Ａ）の説明において詳述する。）にフリップチップ実装される。半導体装置３１と配線基板２１との間にはアンダーフィル３４が充填され、半導体装置３１と配線基板２１を強固に固定している。なお、半導体装置３１は、上記の回路パターンが設けられていないものでもよい。
【００１８】
半導体装置３１には、保護のために、樹脂製あるいは金属製のキャップ３２が設けられている。キャップ３２は、配線基板２１の上面に接着剤（不図示）により固着される。
【００１９】
配線基板２１は、樹脂材料からなる基板コア材２２と、基板コア材２２の上側に半導体装置３１や外部の回路基板等との電気的な接続のための導体パターン２４、２６、２７が設けられている。基板コア材２２の下側には、接地電極２８と導波管変換部２９が設けられている。さらに、基板コア材２２を貫通し、基板コア材２２の上側と下側を電気的に接続する貫通ビア２６ｂ、２７ｂが設けられている。
【００２０】
図３（Ａ）は、図２の配線基板を上側から見た平面図であり、図３（Ｂ）は、図２の配線基板を下側から見た平面図である。
【００２１】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照するに、配線基板２１の上面、すなわち、基板コア材２２の上側には、高周波信号の入出力を行う信号入出力電極２４と、外部からの直流電源等が供給される電極２５と、貫通ビア２６ｂを介して導波管変換部２９に接続される信号線パターン２６と、接地電極２７が設けられている。
【００２２】
信号入出力電極２４および信号線パターン２６は、接地電極２７が隣接して形成されたコプレーナ伝送線路により形成されている。信号入出力電極２４は、一方が半導体装置３１と電気的に接続され、他方が外部に設けられた、例えば、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）等とリボンを介して電気的に接続される。また、信号線パターン２６は、一方が半導体装置３１と電気的に接続され、他方が貫通ビア２６ｂを介して導波管変換部２９に接続される。接地電極２７は、信号入出力電極２４および信号線パターン２６を囲むように設けられる。信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７は、各々、バンプ３３を介して半導体装置３１に電気的に接合される。
【００２３】
配線基板２１の下面、すなわち、基板コア材２２の下側には、支持体の導波管に対向する位置に設けられた導波管変換部２９と、導波管変換部２９を離間して囲み、配線基板２１の下面のほぼ全面を覆う接地電極２８が設けられている。
【００２４】
導波管変換部２９は、例えば、リッジ導波管型やスロット結合型の公知の変換器を用いることができ、特に制限されない。導波管変換部２９は、半導体装置３１から信号線パターン２６および貫通ビア２６ｂを介して供給された電気信号としての送信信号を伝送波（ＴＥ波あるいはＴＭ波）に変換する。かかる伝送波は導波管１５を介してアンテナ素子４１に供給される。また、導波管変換部２９は、アンテナ素子４１が受信した受信信号を伝送波として導波管１５を介して供給される。導波管変換部２９は、受信信号を電気信号に変換し、貫通ビア２６ｂおよび信号線パターン２６を介して半導体装置３１に供給する。
【００２５】
信号入出力電極２４、信号線パターン２６、接地電極２７、２８、および導波管変換部２９は、基板コア材２２上にセミアディティブ法等により、基板コア材２２側からＣｕ膜、Ｎｉ膜、およびＡｕ膜からなる積層体により形成すればよい。
【００２６】
配線基板２１の基板コア材２２は樹脂材料から構成される。基板コア材２２の樹脂材料はマイクロ波帯、特にミリ波帯で誘電損失が少ない点で、低誘電率材料が好ましい。低誘電率材料としては、スチレンブタジエン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、マレイミド−スチリル樹脂、液晶ポリマー、シアネートエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリプロピレン共重合体、ベンゾシクロブテン樹脂等が挙げられる。配線基板２１の基板コア材２２の樹脂材料の誘電率は低い程好ましいが、比誘電率が４以下であることがより好ましい。なお、比誘電率は１よりも大きければよい。
【００２７】
また、配線基板２１の厚さは、使用される高周波の波長および配線基板２１の比誘電率の観点からインピーダンスマッチングが良好な点で、１００μｍ〜４００μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
図２に戻り、支持体１１は、例えば厚さが３ｍｍ程度の板状で、樹脂材料からなる支持体コア材１２と、支持体コア材１２の配線基板２１側の表面、およびアンテナ素子４１側の表面に形成された導電膜１３と、配線基板２１の導波管変換部２９に対向する位置に、支持体１１の厚さ方向に貫通する導波管１５等から構成される。支持体１１は、その上面の導電膜１３と配線基板２１の接地電極２８とが導電性接着剤１６により固着されると共に電気的に接続されている。
【００２９】
支持体コア材１２は、樹脂材料から構成され、特に樹脂材料の制限はない。また、支持体コア材１２は、紙基材やガラス布基材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸された複合材料でもよい。支持体コア材１２は、ガラス布エポキシ積層基板（ＦＲ−４）やスチレンブタジエン樹脂を含浸させた多層積層基板が、低熱膨張率と高弾性率を合わせもつ点で好ましい。
【００３０】
導電膜１３は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ等の高導電率の金属膜、あるいはこれらの金属を含む合金膜、あるいは、これらの金属膜または合金膜の積層体からなる。導電膜１３は、無電解めっき法や電気めっき法で形成された銅箔でもよく、支持体１１として、市販の両面銅貼り樹脂板を用いてもよい。また、導電膜１３の厚さは、１０μｍ〜２０μｍの範囲に設定されることが好ましく、１５μｍ〜２０μｍの範囲に設定されることがさらに好ましい。導電膜１３の厚さが１０μｍより薄いと支持体１１の剛性が十分ではなく、後ほど説明する半導体装置と配線基板を超音波接合する際に支障が生じるおそれがある。また、導電膜１３の厚さが２０μｍより厚いと、後ほど説明する導波管１５のための貫通孔を形成し難い傾向となる。
【００３１】
導波管１５は、支持体１１に形成された矩形または円形の開口部の側壁に導電膜１５ａが形成されて構成される。矩形の導波管の場合、断面の内径寸法は使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されるが、例えば、使用する周波数が６０．５ＧＨｚ〜９２．０ＧＨｚの場合は、縦３．１０ｍｍ×横１．５５ｍｍである。導波管１５の側壁に形成された導電膜１５ａは、導電体であれば特に制限はなく、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ等の金属またはこれらの金属を含む合金が好適である。
【００３２】
アンテナ素子４１は、特に制限はないが、薄型・平面構造で小型化し易い点で、マクロストリップ型、プリントダイポール型、スロット型のアンテナ素子が好ましい。
【００３３】
通信用高周波モジュール１０は、半導体装置３１により、例えば、外部から供給された発振信号を変調信号によりＦＭＣＷ（周波数変調連続波）方式で変調して送信信号を生成する。その送信信号を配線基板２１の信号線パターン２６および貫通ビア２６ｂを介して導波管変換部２９に供給する。導波管変換部２９は、電気信号としての送信信号を伝送波に変換し、導波管１５を介してアンテナ素子４１へ供給する。アンテナ素子４１から送信信号が放射される。
【００３４】
また、通信用高周波モジュール１０は、アンテナ素子４１で受信した受信信号を導波管１５を介して導波管変換部２９に供給する。導波管変換部２９は、伝送波としての受信信号を電気信号に変換し、その受信信号を貫通ビア２６ｂおよび信号線パターン２６を介して半導体装置３１に供給する。半導体装置３１では受信信号の信号処理が行われる。
【００３５】
なお、通信用高周波モジュール１０は、送信あるいは受信専用のモジュールとしてもよく、送信用高周波モジュールと通信用高周波モジュールを組み合わせてもよい。
【００３６】
本実施の形態によれば、支持体１１の支持体コア材１２が樹脂材料からなるので、支持体１１に設けられた導波管１５のための貫通孔を、セラミックス基板や金属基板に形成する場合よりも大幅に低いコストで加工できる。また、支持体１１の支持体コア材１２に加え、配線基板２１の基板コア材２２も樹脂材料からなり、従来のセラミック基板よりも安価であるので、材料コストを低減できる。したがって、通信用高周波モジュール１０の低コスト化が可能である。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、支持体の一方の面に配線基板を介して半導体装置を設けられ、支持体の他方の面にアンテナ素子を設けているので、通信用高周波モジュール１０の小型化が可能である。また、支持体コア材１２および基板コア材２２に樹脂材料を用いているので、セラミック材料や金属材料を用いた場合よりも軽量化が可能である。
【００３８】
次に本実施の形態に係る通信用高周波モジュールの製造方法を説明する。
【００３９】
図４（Ａ）〜（Ｄ）および図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【００４０】
図４（Ａ）の工程では、両面銅張り基板（銅箔１３の厚さ：例えば１８μｍ）の支持体１１を用意する。支持体１１は、支持体コア材１２として例えばＦＲ−４が用いられている。次いで、支持体１１に、次の工程で導波管が形成される位置に矩形の貫通孔１５−１（例えば大きさ縦３．１０ｍｍ×横１．５５ｍｍ）を形成する。貫通孔１５−１の形成はドリル穴明け加工により行う。ドリル穴明け加工は、例えば数値制御穴明け加工機を用いて行う。また、貫通孔１５−１の形成は、レーザ穴明け加工を用いてもよい。支持体コア材１２が樹脂材料からなるので加工し易く、導電膜１３が比較的薄いため、これらの加工方法により高精度の貫通孔を容易に形成できる。また、穴明け加工コストが、金属板やセラミック板に同じ精度で穴明け加工する場合よりも大幅に低減できる。
【００４１】
なお、支持体１１は、以下のようにして形成してもよい。上述した樹脂材料や複合材料を支持体コア材１２として用い、支持体コア材１２の両面にスパッタ法や無電解めっき法によりめっきシード層を形成する。さらに、めっきシード層の上に電気めっき法により導電膜１３を形成する。
【００４２】
次いで図４（Ｂ）の工程では、図４（Ａ）の貫通孔１５−１の内壁に導電膜１５ａを堆積し、導波管１５を形成する。具体的には、スパッタ法、蒸着法、あるいは無電解めっき法によりＣｕ膜のめっきシード層（薄膜のため図示されず。）を貫通孔１５−１の内壁に形成し、さらに電気めっき法によりＣｕ膜からなる導電膜１５ａ（例えば厚さ１５μｍ）を形成する。なお、導電膜１５ａを形成する際に、支持体１１の導電膜１３の表面に導電膜が形成されてもよく、導電膜１５ａが形成されないようにレジスト膜等で導電膜１３を予め覆ってもよい。
【００４３】
次いで図４（Ｃ）の工程では、支持体１１の上面の導電膜１３に銀ペースト等の導電性接着剤１６を塗布する。次いで、別に用意した配線基板２１を支持体１１と位置合わせを行い、互いに導電性接着剤１６を介して貼り合わせる。位置合わせは、配線基板の下面に形成された導波管変換部２９と、支持体１１の導波管１５とが整合がとれるようにする。導電性接着剤１６は、配線基板２１の接地電極２８の表面、あるいは接地電極２８に対応する支持体１１の位置に塗布して、配線基板２１の接地電極２８と支持体１１の導電膜１３が導通するように接着する。
【００４４】
ここで、配線基板２１の形成方法を説明する。配線基板２１は、上述した樹脂材料からなる基板コア材２２にドリル穴明け加工あるいはレーザ穴明け加工により貫通孔を形成する。次いで、無電解めっき法等により導電性のめっきシード層を貫通孔の内壁に形成する。次いで、電気めっき法により貫通孔に導電材料を充填し貫通ビア２６ａ、２７ａを形成する。またこの際、基板コア材２２の両面の表面を覆う導電膜を形成する。次いで、導電膜の表面に、フォトレジスト膜を塗布、あるいはドライフィルムフォトレジストを貼付けし、マスクを用いて露光処理および現像処理を行い、配線基板２１の上面に導体パターン２３と、配線基板２１の下面に接地電極２８および導波管変換部２９のパターンを形成する。
【００４５】
なお、配線基板２１は、以下のようにして形成してもよい。上述した樹脂材料からなる基板コア材２２に銅箔を形成した両面銅張り基板を用いて、上述したように、貫通孔の形成、無電解めっき法および電気めっき法による貫通孔への導電材料の充填による貫通ビア２６ａ、２７ａの形成、銅箔のパターニングによる導体パターン２３、接地電極２８、および導波管変換部２９の形成をこの順で行う。貫通孔への導電材料の充填は、印刷法により導電性ペーストを用いて貫通孔に充填し、導電性ペーストを硬化させてもよい。
【００４６】
次いで、図４（Ｄ）の工程では、半導体装置３１を配線基板２１上にフリップチップ実装する。具体的には、半導体装置３１のバンプ３３と、配線基板２１の信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７との接合方法は、特には限定されないが、加熱等による配線基板２１の軟化の問題がない点で超音波接合を用いることが好ましい。
【００４７】
図６は、図４（Ｄ）の半導体装置を配線基板に超音波接合する工程を説明するための図である。図６を参照するに、支持体１１は、ボンディングステージ５１上に載置され、真空吸引チャック等で固定される。また、支持体１１の固定を確実にするために支持体１１の外周はクランプ治具５２により固定される。一方、実装される半導体装置３１はその表面３１ａがボンディングツール５３に固定された状態で、バンプ３３と配線基板２１との位置合わせが行われる。そして、位置合わせが終了すると、半導体装置３１のバンプ３３が配線基板２１の信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７に押しつけられる。この状態でボンディングツール５３から半導体装置３１に超音波振動が印加される。
【００４８】
この際、配線基板２１は、導電性接着剤１６を介して支持体１１の導電膜１３に固定されている。導電膜１３の弾性率が高いので、導電膜１３には超音波の印加による歪みが生じ難い。その結果、導電膜１３が導電性接着剤１６を介して配線基板２１を固定する機能を果たし、配線基板２１に歪みが生じ難くなるので、バンプ３３だけが超音波振動する。これにより、摩擦による発熱が効率良く生じるので、バンプ３３と信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７の各々との表面は溶融する。したがって、超音波振動の印加停止後、バンプ３３と、信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７の各々とが互いに確実に接着する。その結果、超音波接合により信頼性の高い接合が可能となる。
【００４９】
次いで図５（Ａ）の工程では、半導体装置３１と配線基板２１との間にアンダーフィル３４を充填する。アンダーフィル３４は、半導体装置３１のバンプ３３の接合後に充填する、いわゆる後入れ法が確実に接合できる点で好ましい。すなわち、後入れ法では、バンプ３３と信号入出力電極２４、信号線パターン２６、および接地電極２７の各々との間に、アンダーフィル３４に含まれる樹脂材料やフィラーが挟み込まれる等の支障が生じないためである。なお、アンダーフィル３４の材料選択等により上記の支障を回避できる場合は、半導体装置３１の接合前にアンダーフィル３４を充填してもよい。
【００５０】
次いで図５（Ｂ）の工程では、支持体１１の下面（配線基板２１とは反対側の面）１１ｂに、アンテナ素子４１を導波管変換部２９と位置合わせを行い、貼り付け等により固定する。
【００５１】
次いで図５（Ｃ）の工程では、半導体装置３１を覆うように、金属製あるいは樹脂材料からなるキャップ３２を配線基板２１に接着剤により固定する。以上により、図２に示す通信用高周波モジュールが形成される。
【００５２】
本実施の形態に係る製造方法によれば、導波管１５の開口部１５−１を低コストの穴明け加工により形成するので製造コストを低減できる。また、導波管１５を形成する支持体１１の支持体コア材１２が樹脂材料から構成されているので、高精度の穴明け加工を容易に行うことができる。
【００５３】
本実施の形態に係る製造方法によれば、支持体１１の支持体コア材１２が樹脂材料からなるので、支持体１１に設けられる導波管１５のための貫通孔１５−１を、セラミックス基板や金属基板に形成する場合よりも大幅に低いコストで加工できる。また、貫通孔１５−１の加工精度を容易に向上できる。
【００５４】
また、支持体１１の表面に弾性率の高い導電膜１３を設け、超音波接合の際に、超音波の印加による配線基板２１を歪み難くしたことにより、超音波接合により半導体装置３１を配線基板２１に信頼性の高い接合が可能である。その結果、半導体装置３１とアンテナ素子４１との間の距離を低減でき、送信信号や受信信号の損失を低減し、また、伝送線路から放射を抑制し信号対雑音比の向上が期待できる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの概略断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図７を参照するに、通信用高周波モジュール６０は、支持体６１の上面側（配線基板２１側）に、支持体コア材１２と導電膜１３との間にセラミック膜６２が設けられている以外は、第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュールと同様に構成されている。
【００５７】
セラミック膜６２は、例えば厚さ５００μｍのアルミナ、結晶化ガラス、窒化アルミニウム、あるいは、これらの混合物等から構成され、支持体コア材に接着剤により固着されている。具体的には、セラミック膜６２の形成は、特に制限はない。例えば、セラミック粉末をフラックス、樹脂、および可塑剤等に分散させた混合物からなるシート（いわゆるグリーンシート。）を予め開口部６２−１を設けた後、樹脂抜きおよび焼成して形成してもよい。
【００５８】
セラミック膜６２のかわりに薄板（例えば厚さ５００μｍ）の半導体基板を用いてもよい。この場合、開口部６２−１は、半導体基板を選択的にウエットエッチングして形成すればよい。
【００５９】
本実施の形態によれば、通信用高周波モジュール６０は、第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュールと同様の効果を有する。さらに、通信用高周波モジュール６０は、支持体コア材１２と導電膜１３との間にセラミック膜６２を設けている。このことにより半導体装置３１と配線基板２１との超音波接合の際に、配線基板２１がいっそう歪み難くなり、半導体装置３１と配線基板２１との信頼性のいっそう高い接合が可能である。
【００６０】
（第３の実施の形態）
図８（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図８（Ａ）および（Ｂ）を参照するに、本実施の形態に係る通信用高周波モジュール７０は、大略、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を搭載した半導体装置７１と、送信用半導体装置７２と、受信用半導体装置７３−１〜７３−８と、送信用半導体装置７２および受信用半導体装置７３−１〜７３−８の各々に接続されたアンテナ素子４１等から構成され、半導体装置７１、７２、７３−１〜７３−８は、それぞれコプレーナ伝送線路７４により接続されている。また、送信用半導体装置７２は、アンテナ素子４１と、信号線パターン２６および貫通ビア２６ｂを介して導波管変換部２９に接続されている。導波管変換部２９は、支持体１１を貫通する導波管１５を介してアンテナ素子４１に接続されている。受信用半導体装置７３−１〜７３−８は、互いに離間して配置されたアンテナ素子４１の各々に接続されている。なお、図８（Ａ）および（Ｂ）において、接地用の貫通ビア２７ａ、受信用半導体装置７３−１〜７３−８と受信用のアンテナ素子４１との伝送線路の図示を省略している。
【００６２】
通信用高周波モジュール７０は、例えば、車両に搭載し、他の車両や障害物等との距離や方向を検出する車載用レーダ装置として用いる。通信用高周波モジュール７０は、ＶＣＯを搭載した半導体装置７１からの変調信号を送信用半導体装置７２により送信信号に変換、増幅し、信号線パターン２６、導波管１５を介してアンテナ素子からミリ波（例えば周波数７６ＧＨｚ）の送信波を送出する。そして、他の車両や障害物により反射された反射波を受信用の複数のアンテナ素子４１により受信して、受信用半導体装置７３−１〜７３−８により信号処理を行う。各々の受信用半導体装置７３−１〜７３−８が受信した反射波の位相差を利用して他の車両等の方位を検出し、反射波の送信から受信までの時間により他の車両等との距離を検出する。また、送信波に対する反射波の周波数のずれ（ドップラー効果に起因する。）を検知して他の車両等との相対速度を検出する。通信用高周波モジュール７０は８個の受信用半導体装置７３−１〜７３−８の各々が独立してあるいは連携して反射波を検出することにより、複数の他の車両や障害物を同時に検出できる。
【００６３】
通信用高周波モジュール７０は、図２に示す第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュール１０と同様に、半導体装置７１、７２、７３−１〜７３−８が支持体１１上に固着された配線基板２１にフリップチップ実装されており、支持体１１の支持体コア材１２および配線基板２１の基板コア材２８は、それぞれ樹脂材料から構成されている。
【００６４】
したがって、第３の実施の形態に係る通信用高周波モジュール７０は、第１の実施の形態と同様の効果を有し、通信用高周波モジュール７０の規模が大きくなればなるほど、例えば導波管１５や、送信用半導体装置７２や受信用半導体装置７３−１〜７３−８が多くなればなるほど低コスト化の効果が顕著になる。さらに、通信用高周波モジュール７０は、支持体１１の支持体コア材１２および配線基板２１の基板コア材２８は、それぞれ樹脂材料から構成されているので、軽量化および小型化を図れる。
【００６５】
なお、半導体装置７１、７２、７３−１〜７３−８を覆うキャップは、図示を省略したが、図２に示すキャップ３２を、個々の半導体装置７１、７２、７３−１〜７３−８を覆うように設けてもよく、送信機能の半導体装置７１、７２と受信用半導体装置７３−１〜７３−８を各々覆うように設けてもよい。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６７】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に配設されたアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、
第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、
前記第１の面側に設けられ、第２の樹脂材料よりも弾性率の高い無機材料膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
（付記２）  前記無機材料膜は導電性膜であることを特徴とする付記１記載の通信用高周波モジュール。
（付記３）  前記導電性膜が、前記第２の面にさらに設けられてなることを特徴とする付記２記載の通信用高周波モジュール。
（付記４）  アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に配設されたアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、前記第１の面側に設けられた金属膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
（付記５）  前記金属膜が、前記第２の面にさらに設けられてなることを特徴とする付記４記載の通信用高周波モジュール。
（付記６）  前記支持体は、支持体コア材と金属膜との間に、第２の樹脂材料よりも弾性率の高い材料からなる他の無機材料膜を設けてなることを特徴とする付記４または５記載の通信用高周波モジュール。
（付記７）  前記支持体コア材は、ガラス布エポキシ積層基板およびスチレンブタジエン樹脂を含浸させた多層積層基板のいずれかであることを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
（付記８）  前記第２の樹脂材料は、樹脂材料、ガラス布基材に樹脂材料を含浸した複合材料、およびガラス布基材に樹脂材料を含浸した複合材料からなる群のうち、いずれか１種であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
（付記９）  前記第１の樹脂材料は、比誘電率が４以下であることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
（付記１０）  前記導波管は空洞導波管であることを特徴とする付記１〜９のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュール。
（付記１１）  複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の各々に接続された送信用半導体装置および複数の受信用半導体装置を有する通信用高周波モジュールであって、
支持体と、
前記支持体の第１の面上に固着された配線基板と、
前記配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面上に互いに離間して配置された複数のアンテナ素子と、
前記支持体を貫通し、前記第１の面および第２の面に開口する導波管と、
前記配線基板の支持体側の表面に、導波管の開口部に対向する位置に配設された導波管変換部と、を備え、
前記送信用半導体装置は、配線基板に配設された垂直配線部、導波管変換部および導波管を介してアンテナ素子に接続され、
前記配線基板は、第１の樹脂材料からなる基板コア材を含み、
前記支持体は、第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、前記第１の面側に設けられた金属膜からなることを特徴とする通信用高周波モジュール。
（付記１２）  前記送信用半導体装置は送信信号をアンテナ素子に供給し、該アンテナ素子から送信波を放射し、
前記送信波が、当該通信用高周波モジュールから離間して位置する被測定物に照射され、その反射波を前記複数のアンテナ素子が受信し、
前記複数の受信用半導体装置は、受信した反射波に基づいて当該通信用高周波モジュールと被測定物との距離、方向、あるいは相対速度を測定することを特徴とする付記１１記載の通信用高周波モジュール。
（付記１３）  アンテナ素子が接続された半導体装置を有する通信用高周波モジュールの製造方法であって、
第２の樹脂材料からなる支持体コア材と、第１の面側に該第２の樹脂材料よりも弾性率の高い材料からなる無機材料膜とからなる支持体に導波管を形成する工程と、
前記支持体の第１の面上に第１の樹脂材料からなる基板コア材を含む配線基板を固着する工程と、
前記配線基板に半導体装置をフリップチップ実装する工程と、
前記支持体の第１の面とは反対側の第２の面にアンテナ素子を形成する工程と、を備えることを特徴とする通信用高周波モジュールの製造方法。
（付記１４）  前記支持体は、両面銅張り基板であることを特徴とする付記１３記載の通信用高周波モジュールの製造方法。
（付記１５）  前記導波管を形成する工程は、
前記支持体にドリル穴明け加工あるいはレーザ穴明け加工により貫通孔を形成し、
前記貫通孔の内壁に導電膜を形成することを特徴とする付記１３または１４記載の通信用高周波モジュールの製造方法。
（付記１６）  前記導電膜の形成は、
前記貫通孔の内壁に金属材料からなるめっきシード層を形成し、該めっきシード層上に電気めっき法により金属材料からなるめっき膜を形成することを特徴とする付記１５記載の通信用高周波モジュールの製造方法。
（付記１７）  前記配線基板に半導体装置をフリップチップ実装する工程は、超音波接合を用いることを特徴とする付記１３〜１６のうち、いずれか一項記載の通信用高周波モジュールの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来のモジュールを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの概略断面図である。
【図３】（Ａ）は図２の配線基板を上側から見た平面図、（Ｂ）は図２の配線基板を下側から見た平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は第１の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの製造工程図（その１）である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図（その２）である。
【図６】図４（Ｄ）の半導体装置を超音波接合する工程を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの概略断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る通信用高周波モジュールの概略断面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０、６０、７０  通信用高周波モジュール
１１、６１  支持体
１２    支持体コア材
１３、１５ａ    導電膜
１５    導波管
１６    導電性接着剤
２１    配線基板
２２    基板コア材
２４    信号入出力電極
２５    電極
２６    信号線パターン
２６ａ、２７ａ  貫通ビア
２７、２８    接地電極
２９    導波管変換部
３１、７１、７２、７３−１〜７３−８    半導体装置
３２    キャップ
３３    バンプ
３４    アンダーフィル
４１    アンテナ素子
５１    ボンディングステージ
５２    クランプ治具
５３    ボンディングツール
６２    セラミック膜
７４    伝送線路
【図１】
2006253953.tif 000003
【図２】
2006253953.tif 000004
【図３】
2006253953.tif 000005
【図４】
2006253953.tif 000006
【図５】
2006253953.tif 000007
【図６】
2006253953.tif 000008
【図７】
2006253953.tif 000009
【図８】
2006253953.tif 000010