(57)【要約】【課題】  高周波特性の劣化抑制と高放熱性を兼ね備えた高周波モジュールの実装手段を提供する。【解決手段】  誘電体基板１１の半導体チップ１が搭載されている位置の裏面の一部分に基板裏面に開口するキャビティ部８を形成する。このキャビティ部８に高熱伝導性接着剤或は高熱伝導ペースト１２を充填し、基板１１による熱伝導性の劣化を改善し高放熱性を確保すると共に、基板１１と高周波モジュール１の隙間（不連続）を無くすことにより、共鳴現象の発生を防止し、高周波特性の劣化を抑制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、該誘電体基板の裏面に設けられた接地用金属プレートと、前記誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路導体パターンと、その底面が前記誘電体基板の表面に固定され、入出力端部が前記マイクロストリップ線路導体パターンと接続された半導体チップと、を有する高周波モジュール実装構造において、
前記誘電体基板の表面は一様な平面に構成され、前記マイクロストリップ線路導体パターンおよび前記半導体チップは、該平面上に形成および固定されており、前記誘電体基板の前記半導体チップが固定されている領域内の裏面に該基板裏面に開口するキャビティを形成することにより、当該領域の前記誘電体基板の厚みが周囲の前記誘電体基板の厚みよりも薄く形成され、該キャビティと前記誘電体基板の裏面に設けられた接地用金属プレートで囲まれた空間に、熱伝導性接着剤又は熱伝導性ペーストが充填されていることを特徴とする、高周波モジュール実装構造。
【請求項２】
前記キャビティと前記半導体チップ底面に挟まれた部分の前記誘電体基板にはスルーホールが形成され、該キャビティ部及び該スルーホール部内にも、前記熱伝導性接着剤又は熱伝導性ペーストが充填されてい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実装構造。
【請求項３】
前記誘電体基板は、多層に積層された基板で構成されており、前記キャビティと前記半導体チップの底面に挟まれた部分の前記誘電体基板は、該多層に積層された基板の最上層の基板で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール実装構造。
【請求項４】
前記誘電体基板は、ガラスエポキシ基板で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高周波モジュール実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い放熱性を必要する高周波モジュールの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ波帯からミリ波帯に亘る高い周波数帯が情報通信分野で用いられるようになってきており、それに伴ってこれらの情報通信機器に用いられるトランジスタ等の半導体デバイスもそのような高い周波数帯で動作可能な素子や半導体チップが実現されている。またそのような半導体チップをセラミック基板上にマイクロ波回路とともに搭載して構成されたモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）も種々提案されている。
【０００３】
図３は、従来の高周波モジュール実装構造の例を示す平面図および断面図であり、セラミック等の誘電体基板１０の表面には、高周波用の半導体チップ１と、該半導体チップ１の高周波入出力端子に設けられたワイヤ１５、１６と接続されたマイクロストリップ線路１３、１４が配置されている。また誘電体基板１０の裏面にはグランド用の金属プレート２が配置されている。金属プレート２は金属ケースによって兼用される場合もある。
【０００４】
一方、高周波モジュール実装構造の場合、搭載されている半導体チップからの発熱量は、周波数が高くなるに従って増大する傾向にある。そこで半導体チップ１で発生した熱を効率よく放熱させるために、誘電体基板１０として、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、あるいは酸化ベリリウム（ＢｅＯ）基板等が用いられ、半導体チップ１で発生した熱は、この窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、あるいは酸化ベリリウム（ＢｅＯ）からなる誘電体基板１０を介してグランド用の金属プレート２に導かれて放熱される。
【０００５】
図４は、搭載半導体チップの発熱を考慮した高周波モジュール実装構造の他の従来例を示す平面図および断面図である。この実装構造では、半導体チップ１を接地用金属プレート２の中央表面に直接圧接した状態で実装し、半導体チップ１が実装された金属プレート２の表面両側に、それぞれセラミック基板３、４を配置して、各セラミック基板３、４上に、半導体チップ１の高周波信号入出力端子に設けられたワイヤ１５、１６と接続されるマイクロストリップ線路１３、１４が配置されており、半導体チップ１から発生した熱は、金属プレート２を介して直接放熱する構成となっている。
【０００６】
また、放熱構造を備えた高周波モジュール実装構造の別の従来例として、裏面に接地導体面が設けられた誘電体基板の表面に半導体チップを搭載する凹部を設けるとともに、この凹部の底面と裏面の接地導体面との間に、内部に熱伝導体を含むスルーホールを設け、半導体チップで発生した熱をこのスルーホール内の熱伝導体を介して裏面接地導体側へ導くことにより、半導体チップの放熱を行う技術が特許文献１〜２に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２３２２８７号公報
【特許文献２】特開平９−０２２９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図３に示す実装構造の場合、半導体チップ１で発生した熱を効率よく放熱させるために、誘電体基板１０として、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、あるいは酸化ベリリウム（ＢｅＯ）基板が用いられるが、ＡｌＮ基板は比較的高価であり、ＢｅＯ基板は、基板製造、加工、廃棄処理等に関し環境への影響等の問題がある。
【０００９】
また、図４に示す実装構造の場合、半導体チップ１から発生した熱は、金属プレート２を介して直接放熱する構成としているので、放熱効率は非常によく、誘電体基板３、４として特に高い熱伝導性を有する材料を用いる必要もないが、この実装構造ではその構成上、半導体チップ１と各セラミック基板３、４との間に隙間５、６が生じるため、この隙間により高周波における共鳴現象が発生することがある。また隙間５、６による高周波的不連続のためにこの部分で生じる反射も大きく、高周波特性が劣化するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１〜２に記載の実装構造の場合も、半導体チップから発生した熱は、誘電体基板表面に設けられた半導体チップを搭載する凹部底面と裏面の接地導体面との間に形成されたスルーホール内の熱伝導体を介して裏面接地導体側へ導かれるので、誘電体基板として特に高い熱伝導性を有する材料を用いる必要はないが、特許文献１〜２に記載の実装構造の場合も図４に示す実装構造と同様に、半導体チップと誘電体基板表面に設けられた半導体チップを搭載する凹部との間に隙間が生じるため、この隙間により高周波における共鳴現象が発生することがあり、またこの隙間による高周波的不連続のために反射が生じて高周波特性が劣化するという問題がある。
【００１１】
図３に示す実装構造の場合は上記隙間はないので、上記高周波特性の劣化の問題は生じないが、前記のとおり、誘電体基板の材料が限られ、コスト面、あるいは環境への影響面での問題がある。
【００１２】
さらに、特許文献１〜２に記載の実装構造の場合、複数のスルーホール内にそれぞれ熱伝導体を形成しなければならないが、その径が非常に小さいスルーホール内にそれぞれ熱伝導体を形成することは、製造上の困難性を伴うという問題もある。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来技術の持つ問題点に鑑み、高周波特性の劣化抑制と高放熱機能とを両立し、共鳴現象等の発生しない実装構造を、低価格で、かつ環境への影響を最小限に抑え、比較的容易に実現可能な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、高周波モジュールが搭載されている誘電体基板の裏面を一部分キャビティ構造にし、そのキャビティ部に高熱伝導性接着剤或は高熱伝導ペーストを充填し、基板による熱伝導性の劣化を改善し高放熱性を確保すると共に、不連続の発生と共鳴現象の原因になっていた誘電体基板と高周波モジュールの隙間を無くすことにより不連続の発生の抑制と共鳴現象の発生を防止し、高周波特性の劣化を抑制することを特徴とする。
【００１５】
具体的には、本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板の裏面に設けられた接地用金属プレートと、前記誘電体基板の表面に形成されたマイクロストリップ線路導体パターンと、その底面が前記誘電体基板の表面に固定され、入出力端部が前記マイクロストリップ線路導体パターンと接続された半導体チップと、を有する高周波モジュール実装構造において、前記誘電体基板の表面は一様な平面に構成され、前記マイクロストリップ線路導体パターンおよび前記半導体チップは、該平面上に形成および固定されており、前記誘電体基板の前記半導体チップが固定されている領域内の裏面に該基板裏面に開口するキャビティを形成することにより、当該領域の前記誘電体基板の厚みが周囲の前記誘電体基板の厚みよりも薄く形成され、該キャビティと前記誘電体基板の裏面に設けられた接地用金属プレートで囲まれた空間に、熱伝導性接着剤又は熱伝導性ペーストが充填されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、半導体チップ内部で発生した熱は半導体チップ底面から誘電体基板に熱伝導されるが、半導体チップが搭載されている部分の少なくとも一部は、キャビティ部によりその厚みは薄く形成されているので、誘電体基板に伝達された熱は、この薄い層を伝わって高熱伝導材料である接着剤或はペーストに伝達されて効率よく金属プレートに熱伝導される。一方高周波特性については、誘電体基板と半導体チップ接続部分に不連続がない構造とすることが出来、共鳴現象等の寄生因子の発生が抑制され高周波特性の劣化が最小限に押さえられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体チップ内部で発生した熱は誘電体基板の薄い層を介してキャビティ部に伝わり高熱伝導製接着剤或は高熱伝導性ペーストを介し効率良く金属プレートに伝えられるので、誘電体基板材料として高い熱伝導性を有する材料に限定する必要はなく、かつ、誘電体基板表面に不連続がないために高周波特性の劣化は抑えられる。従って高周波特性及び高放熱性を両立することができる高周波モジュール実装構造を低コスト、かつ容易に実現することが可能となる。
【００１８】
また、キャビティ部の開口面積は比較的大きく形成することができるので、キャビティ内部に高熱伝導材料である接着剤或はペーストを充填する作業も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す半導体チップ実装イメージ図であり、図ではその平面図および断面図を示している。
【００２０】
図１において、誘電体基板１１の表面には、高周波用の半導体チップ１と、該半導体チップ１の高周波入出力端子に設けられたワイヤ１５、１６と接続されたマイクロストリップ線路１３、１４が配置されている。誘電体基板１１としては、ガラスエポキシ基板等の一般的なプリント基板が用いられる。また誘電体基板１１の裏面にはグランド用の金属プレート２が配置されている。この金属プレート２は金属ケースによって兼用してもよい。
【００２１】
本実施形態では、半導体チップ１とガラスエポキシ基板等のプリント基板１１が接する箇所の基板裏面側に、金属プレート２側方向に円形の開口面を有するキャビティ８を形成する。キャビティ８の開口面の形状は円形以外の形状、例えば矩形等他の形状で構成することもできるが、キャビティ形成作業の点からは円形が有利である。
【００２２】
このキャビティ８は、プリント基板１１が多層構造に形成されている場合には、半導体チップ１と接している位置の基板上層部を１層あるいは数層残して、下層部を削除した構造とすることができる。上記のように形成されたキャビティ８の内部に、熱伝導性接着剤或は熱伝導性ペーストを充填した後、基板１１の裏面側と金属プレート２とを、接着等により固着する。
【００２３】
本実施形態の場合、半導体チップ１の内部で発生した熱は先ず、半導体チップ１の底面に伝達され、誘電体基板１１の表面に達し、誘電体基板１１内を伝達してキャビティ部８に伝わるが、この部分の誘電体基板１１の厚みは他の部分の誘電体基板よりも薄い層として形成されているので、この薄い基板の層を通してキャビティ部８に伝わる熱に対する誘電体基板の熱伝導性の影響は小さく、キャビティ部８に伝達された熱は、その後、キャビティ部８に充填されている高熱伝導性接着剤或は高熱伝導性ペースト１２を介し効率良く金属プレート２に伝えられるので、誘電体基板１１の熱伝導性が多少悪くても所望の放熱効果を得ることができる。
【００２４】
また、キャビティ部８は、半導体チップ１が搭載されている面の範囲内に形成され、マイクロストリップ線路１３、１４と接続するために半導体チップ１に設けられた高周波入出力端子用ワイヤ１５、１６の範囲には及んでいないので、キャビティ部８を設けたことによる高周波特性への影響は殆どない。さらに、キャビティ部８は、半導体チップ１が搭載されている面の範囲内において、所要の面積を有する構成であるので、キャビティ部８に高熱伝導性接着剤或は高熱伝導性ペースト１２を充填する作業はそれ程困難ではない。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す半導体チップ実装イメージ図であり、図ではその平面図および断面図を示している。
【００２６】
図２に示す実施形態において図１と同じ番号は同じ構成を示している。本実施形態においても、半導体チップ１とガラスエポキシ基板等のプリント基板１１が接する箇所の基板裏面側に、金属プレート２側方向に開口するキャビティ８を形成するが、本実施形態では、さらに、半導体チップ１とキャビティ８の間の薄い誘電体基板１１にスルーホール９を形成し、スルーホール９内にも熱伝導性接着剤或は熱伝導性ペースト１２を充填する。
【００２７】
本実施形態の場合、スルーホール９への熱伝導性接着剤あるいは熱伝導性ペースト１２の充填は、キャビティ部８に充填する作業によりスルーホール９にも自動的に充填されるので、充填作業は第１の実施形態と同様に容易である。さらに、スルーホール９を通して誘電体基板１１の表面にも析出され、半導体チップ１と基板１１の固着面に生じているミクロな隙間も埋めるように作用するので、固着性の改善にも寄与する。
【００２８】
さらに、半導体チップ１の内部で発生した熱は、スルーホール９に充填された高熱伝導製接着剤あるいは高熱伝導性ペースト１２を介し効率良く金属プレート２に伝えられる。又、高周波特性については、図１の場合と同様に、誘電体基板と半導体チップ接続部分に不連続がない構造であるため、共鳴現象等の寄生因子の発生が抑制され高周波特性の劣化は最小限に押さえられる。又、半導体チップ１と基板１１との接触面のミクロな隙間が高熱伝導性接着剤あるいは高熱伝導ペースト１２で埋まる為、放熱性は更に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体チップ実装イメージを示す平面図および断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す半導体チップ実装イメージを示す平面図および断面図である。
【図３】従来の高周波モジュール実装構造の例を示す平面図および断面図である。
【図４】高周波モジュール実装構造の他の従来例を示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  半導体チップ
２  金属プレート
３、４  誘電体基板
５、６  隙間
７  半導体チップと誘電体基板が接する箇所
８  キャビティ部
９  スルーホール部
１０  高熱伝導基板
１１  ガラスエポキシ基板等一般的なプリント基板
１２  熱伝導性接着剤又は熱伝導性ペースト
【図１】
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【図２】
2006202832.tif 000004
【図３】
2006202832.tif 000005
【図４】
2006202832.tif 000006