(57)【要約】【課題】  チップを小型化してもチップの放熱効率を向上することのできる技術を提供する。【解決手段】  配線基板１１に形成されたキャビティ１３内に半田１５を介してチップ１４を搭載する。このとき、チップ１４の底面だけでなく側面も半田１５と密着するようにする。これにより、チップ１４で発生した熱は、チップ１４の底面だけでなく側面からも半田１５に伝わる。半田１５に伝わった熱は、キャビティ１３の底部から配線基板１１の裏面に貫通するビア１８を介して電極１９に伝わり放散される。【選択図】  図４
2006324540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、
（ｂ）前記キャビティ内に形成された導電性材料と、
（ｃ）前記導電性材料を介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、
（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備え、
前記半導体チップの側面にも前記導電性材料が密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、
（ｂ）前記キャビティ内に形成された半田と、
（ｃ）前記半田を介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、
（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備え、
前記半導体チップの側面にも前記半田が密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、
（ｂ）前記キャビティ内に形成された銀ペーストと、
（ｃ）前記銀ペーストを介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、
（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備え、
前記半導体チップの側面にも前記銀ペーストが密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、
（ｂ）前記キャビティ内に形成された絶縁性材料と、
（ｃ）前記絶縁性材料を介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、
（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備え、
前記半導体チップの側面にも前記絶縁性材料が密着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、
（ｂ）前記キャビティ内に形成されたエポキシ樹脂と、
（ｃ）前記エポキシ樹脂を介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、
（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備え、
前記半導体チップの側面にも前記エポキシ樹脂が密着していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、放熱性を向上させる必要のある半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ（Radio Frequency）パワーモジュールは、例えば携帯電話機などのような通信機器に使用される信号増幅用の電子部品である。このＲＦパワーモジュールは、信号増幅用のトランジスタを有する半導体チップ（以下、単にチップという）やチップ部品などを配線基板上に実装することで組み立てられている。チップは、配線基板に設けられたキャビティと呼ばれる窪みに搭載される。また、チップと配線基板とは、ボンディングワイヤを通じて電気的に接続されている。このようにボンディングワイヤによってチップと配線基板を電気接続する場合、チップの裏面の全面は半田付けにより配線基板のキャビティに接続されている。そして、配線基板のキャビティは、配線基板を貫通するビアに接続されている。したがって、チップで発生した熱はチップの裏面から、半田を介して配線基板に形成されたビアに伝わり、放散されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−０７１５９７号公報（第３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、ＲＦパワーモジュールの小型化に伴い、配線基板に搭載されるチップの小型化も要求されてきている。チップが小型化されるとチップの裏面の面積も小さくなる。チップで発生した熱は、上述したように、チップの裏面からビアを伝わり放散されるようになっているが、チップの裏面の面積が小さくなると、チップ裏面からの放熱効率が悪くなるという問題点がある。すなわち、チップの放熱効率はチップの面積にほぼ比例するので、チップを小型化すると、チップの放熱効率が悪くなるという問題点が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、チップを小型化してもチップの放熱効率を向上することのできる技術を提供することにある。
【０００５】
本発明の前記ならびにその他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明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、次のとおりである。
【０００７】
本発明による半導体装置は、（ａ）ビアに接続されたキャビティを有する配線基板と、（ｂ）前記キャビティ内に形成された導電性材料と、（ｃ）前記導電性材料を介して前記キャビティ内に搭載された半導体チップと、（ｄ）前記半導体チップと前記配線基板とを接続するボンディングワイヤとを備える。そして、前記半導体チップの側面にも前記導電性材料が密着していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
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以下のとおりである。
【０００９】
チップの裏面だけでなく側面にも導電性材料を用いてチップをキャビティ内に搭載するようにしたので、チップの裏面だけでなく側面からも熱を放散させることができる。したがって、チップを小型化しても、チップの放熱効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
本発明の実施の形態を詳細に説明する前に、実施の形態における用語の意味を説明すると次の通りである。
【００１２】
ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）は、デジタル携帯電話機に使用されている無線通信方式の１つまたは規格をいう。ＧＳＭには、使用する電波の周波数帯が３つあり、９００ＭＨｚ帯をＧＳＭ９００または単にＧＳＭ、１８００ＭＨｚ帯をＧＳＭ１８００またはＤＣＳ（Digital Cellular System）１８００もしくはＰＣＮという。また、１９００ＭＨｚ帯をＧＳＭ１９００またはＤＣＳ１９００もしくはＰＣＳ（Personal Communication Services）という。なお、ＧＳＭ１９００は主に北米で使用されている。北米では、その他に８５０ＭＨｚ帯のＧＳＭ８５０を使用する場合もある。
【００１３】
ＧＭＳＫ変調方式は、音声信号の通信に用いる方式で、搬送波の位相を送信データに応じて位相シフトする方式である。また、ＥＤＧＥ変調方式は、データ通信に用いる方式で位相シフトの他に振幅変調を加えた方式である。
【００１４】
本実施の形態では、携帯電話機に使用されるＲＦパワーモジュールに本実施の形態の半導体装置を適用した場合について説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態のＲＦパワーモジュールを構成する増幅回路１を示した回路ブロック図である。図１には、例えばＧＳＭ９００とＤＣＳ１８００の２つの周波数帯が使用可能なデュアルバンド方式の回路ブロック図が例示されており、それぞれの周波数帯でＧＭＳＫ（Gaussian  filtered  Minimum  Shift  Keying）変調方式とＥＤＧＥ（Enhanced  Data  GSM  Environment）変調方式の２つの通信方式が使用可能になっている。
【００１６】
増幅回路１は、図１に示すように、ＧＳＭ９００用の電力増幅回路２と、ＤＣＳ１８００用の電力増幅回路３と、これら電力増幅回路２、３の増幅動作の制御や補正などを行う周辺回路４とを有している。各電力増幅回路２、３は、それぞれ３つの増幅段２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃと、３つの整合回路２ｄ〜２ｆ、３ｄ〜３ｆとを有している。つまり、入力端子５ａ、５ｂは、入力用の整合回路２ｄ、３ｄを介して１段目の増幅段２ａ、３ａの入力と電気的に接続されており、１段目の増幅段２ａ、３ａの出力は、段間用の整合回路２ｅ、３ｅを介して２段目の増幅段２ｂ、３ｂの入力と電気的に接続されている。そして、２段目の増幅段２ｂ、３ｂの出力は、段間用の整合回路２ｆ、３ｆを介して最後の増幅段２ｃ、３ｃの入力と電気的に接続され、最後の増幅段２ｃ、３ｃの出力は、出力端子６ａ、６ｂと電気的に接続されている。
【００１７】
周辺回路４は、制御回路４ａと、増幅段２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃにバイアス電圧を印加するためのバイアス回路４ｂなどを有している。制御回路４ａは、電力増幅回路２、３に印加する所定の電圧を発生する回路であり、電源制御回路４ｃおよびバイアス電圧生成回路４ｄを有している。電源制御回路４ｃは、増幅段２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃにおいて、各出力用のパワーＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）のドレイン電極に印加される第１電源電圧を生成する回路である。また、バイアス電圧生成回路４ｄは、バイアス回路４ｂを制御するための第１制御電圧を生成する回路である。
【００１８】
本実施の形態では、電源制御回路４ｃが増幅回路１の外部にあるベースバンド回路から供給される出力レベル指定信号に基づいて、第１電源電圧を生成すると、バイアス電圧生成回路４ｄが電源制御回路４ｃで生成された第１電源電圧に基づいて、第１制御電圧を生成するようになっている。ベースバンド回路は、出力レベル指定信号を生成する回路である。ベースバンド回路で生成される出力レベル指定信号は、電力増幅回路２、３の出力レベルを指定する信号で、携帯電話機と基地局との間の距離、すなわち、電波の強弱に応じた出力レベルに基づいて生成されるようになっている。
【００１９】
次に、図２は、電力増幅回路２およびバイアス回路４ｂの回路構成の一例を示した図である。図２において、本実施の形態における電力増幅回路２は、３段の増幅段２ａ〜２ｃとして、３つのＭＩＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３を順次接続した回路構成をしている。この電力増幅回路２の出力レベルは電源制御回路４ｃから供給される第１電源電圧Ｖｄｄ１とバイアス回路４ｂから供給されるゲートバイアス電圧によって制御される。第１電源電圧Ｖｄｄ１は、３つのＭＩＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３のドレイン電極に供給されるようになっている。
【００２０】
整合回路２ｄ〜２ｆは、インダクタ（受動部品）とコンデンサ（受動部品）とを有しており、増幅段２ａの入力および各段間でのインピーダンス整合をとる機能を有している。また、コンデンサは、インダクタと各段のＭＩＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３の入力との間に接続されており、インピーダンス整合をとる機能と、第１電源電圧Ｖｄｄ１とゲートバイアス電圧との直流電圧を遮断する機能とを有している。
【００２１】
バイアス回路４ｂは、複数の分圧回路を有している。各分圧回路は、一対の抵抗Ｒ１、Ｒ２より構成されている。各一対の抵抗Ｒ１、Ｒ２はバイアス回路４ｂの入力端子５ｃと、基準電位（例えば、接地電位で０Ｖ）との間に直列に接続されている。そして、一対の抵抗Ｒ１、Ｒ２間を繋ぐ配線部分と各段のＭＩＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３のゲート電極とは、電気的に接続されている。したがって、バイアス回路４ｂの入力端子５ｃに第１制御電圧が入力されると、その電圧が一対の抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されて所定のゲートバイアス電圧が生成され、生成されたゲートバイアス電圧がそれぞれのＭＩＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３のゲート電極に入力されるようになっている。
【００２２】
次に、上述した回路構成を有するＲＦパワーモジュール１０の実装構成について説明する。図３は、本実施の形態におけるＲＦパワーモジュール１０の構成を示した平面図である。図３に示すように、本実施の形態におけるＲＦパワーモジュール１０は、配線基板１１上に受動部品１２を有している。配線基板１１は、配線を形成した複数枚の絶縁体板を積層して一体化した多層配線構造をしている。配線基板１１を構成する絶縁体板は、例えばミリ波域まで誘電損失の少ないアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３、比誘電率９〜９．７）などのようなセラミックからなるが、これに限定されるものではなく、例えばガラスエポキシ樹脂などを使用してもよい。受動部品１２は、例えば上述した回路を構成するインダクタ、コンデンサ（容量素子）あるいは抵抗などから構成される。
【００２３】
配線基板１１には、キャビティ１３という凹状の窪みが形成されており、このキャビティ１３の中にはチップ１４が搭載されている。チップ１４は、半導体基板上に周知のプロセス技術を用いてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が形成されている。すなわち、チップ１４上には、増幅回路を構成するＭＯＳＦＥＴなどが形成されている。キャビティ１３とチップ１４の間には、接着剤の役割を有する半田１５が形成されている。通常、半田１５はキャビティ１３とチップ１４とを接着するため、チップ１４の裏面にだけ形成されている。このとき、チップ１４で発生した熱は、チップ１４の裏面から半田を介してキャビティ１３の下部へと伝わっていく。すなわち、チップ１４の裏面が発生した熱の放熱経路となっている。しかし、ＲＦパワーモジュール１０の小型化に伴い、チップ１４の裏面面積を小さくなってきている。このため、チップ１４の放熱経路が減少し、放熱効率が悪くなるという不都合が生じる。放熱効率が悪くなると、チップ１４の温度が上昇し誤動作を生じやすくなる。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、チップ１４の裏面だけでなく側面にも半田が密着するようにしていることを一つの特徴としている。このようにチップ１４の側面にも半田が密着するように構成することにより、チップ１４で発生した熱は、チップ１４の裏面だけでなく、側面からも放熱される。したがって、チップ１４からの放熱経路が多くなるので、放熱効率を向上させることができる。つまり、本実施の形態によれば、チップ１４の裏面から放熱させるだけでなく、チップ１４の側面からも熱を放熱させることができるので、チップ１４の放熱効率を向上でき、熱による誤動作を抑制することができる。
【００２５】
また、配線基板１１に形成されたボンディングパッド１６とチップ１４とは、例えば金線などからなるボンディングワイヤ１７によって電気接続されている。
【００２６】
図４は、図３のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。図４において、チップ１４は、配線基板１１の主面に形成されたキャビティ１３に半田１５を介して接合されている。そして、チップ１４の底面だけでなく側面にも半田１５が密着していることがわかる。半田１５は、チップ１４をキャビティ１３に接着する役割を有するとともに、チップ１４で発生した熱をキャビティ１３の下部に形成されたビア１８へ熱伝導しやすくする機能を有している。したがって、チップ１４の側面にも半田１５が密着しているので、チップ１４の側面からも半田１５を介してビア１８へ熱が放散される。このため、チップ１４の放熱効率を向上できる。半田１５は、複数のビア１８内の導体を通じて配線基板１１の裏面にある電極１９と電気的かつ熱的に接合されている。電極１９には、基準電位（例えば接地電位で０Ｖ程度）が供給される。すなわち、配線基板１１の裏面にある電極１９に供給された基準電位は、ビア１８を通じてチップ１４に供給されるようになっている。また、逆にチップ１４の動作時に発生した熱は、チップ１４の裏面および側面から半田１５とビア１８を通じて配線基板１１の裏面にある電極１９に伝わり放散される。
【００２７】
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図５に示すように、配線基板１１を用意する。この配線基板１１の主面には、キャビティ１３およびボンディングパッド１６が形成されている。また、キャビティ１３の底部には、配線基板１１を貫通するビア１８が形成されており、このビア１８に導電性物質が充填されている。配線基板１１の裏面において、ビア１８には電極１９が接続されている。
【００２９】
次に、図６に示すように、配線基板１１に形成されたキャビティ１３の内部に半田１５を形成する。この半田１５の量は、チップの裏面だけを接着する場合に比べて量が多く、後述するチップ１４の側面にも半田１５が接触するように流し込まれる。
【００３０】
続いて、図７に示すように、半田１５を流し込んだキャビティ１３内にチップ１４を投入する。このとき、半田１５の量が多いので、チップ１４の底面だけでなく側面にも半田１５が接触する。
【００３１】
そして、図８に示すように、配線基板１１のボンディングパッド１６とチップ１４に形成されたボンディングパッド（図示せず）とを、例えば金線などのボンディングワイヤ１７で接続する。次に、配線基板１１の主面上に樹脂を形成して封止した後、個片化して本実施の形態における半導体装置を製造することができる。本実施の形態によれば、半田１５がチップ１４の底面だけでなく側面にも接触しているので、チップ１４で発生した熱は、チップの底面だけでなく側面からも放散される。このため、チップ１４の放熱効率を向上することができる。
【００３２】
本実施の形態では、配線基板１１とチップ１４とを接着する導電性材料として、半田１５を使用する例について説明したが、これに限らず、例えば銀ペーストを使用してもよい。すなわち、銀ペーストも高い熱伝導率を有しているので、銀ペーストをチップ１４の底面だけでなく側面にも接触させることにより、チップ１４の放熱効率を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、配線基板１１とチップ１４とを導電性材料を使用して接着したが、チップ１４を電極１９に電気接続させる必要がなければ、導電性材料ではなく、絶縁性材料を使用してもよい。特に、絶縁性材料として、例えば放熱性の高いエポキシ樹脂を使用することができる。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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。
【００３５】
前記実施の形態では、半導体装置の一例としてＲＦパワーモジュールを例にとって説明したがこれに限らず、キャビティを有する配線基板にチップを搭載する種々の半導体装置に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるＲＦパワーモジュールを構成する増幅回路を示す回路ブロック図である。
【図２】電力増幅回路およびバイアス回路の回路構成の一例を示す図である。
【図３】実施の形態におけるＲＦパワーモジュールの実装構成の一例を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した断面を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  増幅回路
２  電力増幅回路
２ａ〜２ｃ  増幅段
２ｄ〜２ｆ  整合回路
３  電力増幅回路
３ａ〜３ｃ  増幅段
３ｄ〜３ｆ  整合回路
４  周辺回路
４ａ  制御回路
４ｂ  バイアス回路
４ｃ  電源制御回路
４ｄ  バイアス電圧生成回路
５ａ  入力端子
５ｂ  入力端子
５ｃ  入力端子
６ａ  出力端子
６ｂ  出力端子
１１  配線基板
１２  受動部品
１３  キャビティ
１４  チップ
１５  半田
１６  ボンディングパッド
１７  ボンディングワイヤ
１８  ビア
１９  電極
Ｑ１〜Ｑ３  ＭＩＳＦＥＴ
Ｖｄｄ１  第１電源電圧
Ｒ１  抵抗
Ｒ２  抵抗
【図１】
2006324540.tif 000003
【図２】
2006324540.tif 000004
【図４】
2006324540.tif 000005
【図５】
2006324540.tif 000006
【図６】
2006324540.tif 000007
【図７】
2006324540.tif 000008
【図８】
2006324540.tif 000009
【図３】
2006324540.tif 000010