(57)【要約】【課題】  容易に基板を積層して半導体モジュールを小型化することが可能な技術を提供する。【解決手段】  一の基板に他の基板を積層して構成する半導体モジュールにおいて、前記基板の少なくとも一方の表面には電子部品が搭載されており、一方の基板に対して水平に搭載された電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続し、対向する他の面を他の基板に接続する。またその製造方法において、前記基板の少なくとも一方の表面に電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続して電子部品を基板に対して水平に搭載する工程と、一方の基板に水平に搭載された前記電子部品の電極の対向する他の面を他の基板に接続する工程とを有する。この構成によれば、水平に配置した電子部品によって基板を積層することができる。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の基板に他の基板を積層して構成する半導体モジュールにおいて、
前記基板の少なくとも一方の表面には電子部品が搭載されており、一方の基板に対して水平に搭載された電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続し、対向する他の面を他の基板に接続することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記電子部品が何れかの基板の回路構成素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記一の基板には高周波増幅器が形成され、前記他の基板にはアンテナスイッチが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記電子部品の接続される基板のパッドには、基板に形成された回路と導通する回路用パットと、形成された回路とは導通せずに基板を固定するために用いられ固定用パッドとがあることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
一の基板に他の基板を積層して構成する半導体モジュールの製造方法において、
前記基板の少なくとも一方の表面に電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続して電子部品を基板に対して水平に搭載する工程と、
一方の基板に水平に搭載された前記電子部品の電極の対向する他の面を他の基板に接続する工程とを有することを特徴とする半導体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、半導体モジュール及びその製造方法に関し、特に、複数の基板を積層する半導体モジュールに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線による移動体通信の端末機器いわゆる携帯電話では、カメラ機能の搭載等に見られる多機能化が進められており、今後更に多くの機能を携帯電話に内蔵することが予想される。しかし多機能化によって端末機の外形寸法を増加させることは望ましくないので、付加される機能に必要な回路を搭載するために、携帯電話に用いられる構成要素については、更なる小型化が求められている。また、多機能化によって、消費される電力も増加するが、携帯電話端末機に搭載される電池の容量には限界があるので、各構成要素には低消費電力化が求められている。
【０００３】
携帯電話システムにはいくつかの方式があるが、例えば欧州・北米を中心に世界的に主流になっているＧＳＭ(Global System for Mobile communications)方式では、国によってシステムに割り当てている周波数が異なる。このため、国内にサービスを限定しない世界的なローミングサービスを実現するためには、単一の携帯電話端末機で複数の周波数帯に対応する必要がある。このため、複数の周波数帯に対応したデュアルバンド対応の携帯電話端末機、トリプルバンド対応の携帯電話端末機、更にはクォッドバンド対応の携帯電話端末機が用いられている。
【０００４】
携帯電話端末機では、単一のアンテナを送信と受信とで共用するためにアンテナスイッチが設けられ、トリプルバンド対応の携帯電話端末機であればバンドごとに送信・受信のアンテナスイッチが必要となり、３系統６組のスイッチが設けられる。このため、前述した小型化、低消費電力化に応じて、アンテナスイッチには、モジュール外形の小型化、低動作電流化が求められている。
【０００５】
このアンテナスイッチには、これまでｐｎ接合ダイオードのｐｎ接合間に、真性半導体の薄いｉ型半導体層をはさんだＰＩＮダイオードが用いられているが、小型化、低消費電力化を実現するため、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を使ったアンテナスイッチが開発されている。
【０００６】
ＨＥＭＴは基本的にオン抵抗が低いことに加えて、ＰＩＮダイオードよりも小さな電流でオン・オフを制御することができる。更に、ＰＩＮダイオードを用いたアンテナスイッチでは１／４波長の伝送線路がスイッチごとに必要となるが、ＨＥＭＴの場合にはこの伝送線路が不要になるため回路面積を大幅に減少させることができる。
【０００７】
こうしたアンテナスイッチの小型化に加えて、実装面積の更なる削減を実現するために、高周波出力増幅器とアンテナスイッチとを単一の基板に複合化することが考えられている。しかし、単一の基板に、高周波回路を高密度に集積化した場合には、各回路間のアイソレーションを充分に確保することが難しくなり、その結果として各線路間相互干渉、不要高調波の漏洩等による特性劣化を生じる可能性がある。
【０００８】
また、高周波出力増幅器モジュールに用いられる多層配線基板は６層程度となっているのに対して、アンテナスイッチモジュールに用いられる多層配線基板は１３層程度となっており、層数に大きな違いがある。このため、単一の基板に複合化した場合に、基板の高周波増幅器領域では無駄な積層を行なうことになり作業効率が低下する。
【０００９】
そこで、本発明者等は、高周波出力増幅器モジュールの基板に、アンテナスイッチモジュールの基板を積層することを考えた。このように、半導体モジュールを小型化する手法として、下記特許文献１には、搭載する電子部品を固定部材としても利用し、複数の基板を積層する技術が開示され、下記特許文献２には、搭載する電子部品を固定部材として利用し、基板に半導体チップを積層する技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３００６０号公報
【特許文献２】特開２００２−５７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記特許文献１，２に記載された技術では、固定部材として用いる電子部品を基板に対して垂直に搭載し、電子部品の一対の電極を夫々異なる基板に接続するために、ハンダが固化して部品が固定するまでの間、電子部品が安定せず垂直状態を維持させることが難しく、処理の過程で電子部品が倒れて水平状態になってしまうことにより、不良が発生することがある。
【００１２】
また、電子部品を基板の所定の位置に配置するマウンタ等の装置は、電子部品を水平にした状態で作業を行なうことを前提にしているので、基板に電子部品を垂直に搭載する場合には、装置に変更を加える必要がある。
【００１３】
本発明の課題は、これらの問題点を解決し、容易に基板を積層して半導体モジュールを小型化することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
一の基板に他の基板を積層して構成する半導体モジュールにおいて、前記基板の少なくとも一方の表面には電子部品が搭載されており、一方の基板に対して水平に搭載された電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続し、対向する他の面を他の基板に接続する。
【００１５】
またその製造方法において、前記基板の少なくとも一方の表面に電子部品の電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続して電子部品を基板に対して水平に搭載する工程と、一方の基板に水平に搭載された前記電子部品の電極の対向する他の面を他の基板に接続する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
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）本発明によれば、水平に配置した電子部品によって基板を積層することができるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、半導体モジュールを小型化することができるという効果がある。
（３）本発明によれば、上記効果（１）により、半導体モジュールを多機能化することができるという効果がある。
（４）本発明によれば、上記効果（１）により、電子部品が安定するので不良の発生を防止することができるという効果がある。
（５）本発明によれば、上記効果（１）により、マウンタ等の装置に変更を加える必要がないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。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。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態である半導体モジュールの回路構成を示すブロック図であり、この半導体モジュールでは、破線にて夫々囲ったアンテナスイッチ部と高周波出力増幅器部とを一体にしている。
【００１９】
本実施の形態の回路構成では、ダブルバンドの高周波モジュールとなっており、２種類のバンドの送受信で単一のアンテナＡＮＴを共用するために合分波器Ｄｉｐが設けられ、この合分波器Ｄｉｐによって異なる周波数帯のバンドの送受信信号を合波或いは分波し、合波或いは分波された送受信信号を夫々のバンドのＲＦ回路が処理を行なう。
【００２０】
合分波器Ｄｉｐは、時分割によって接続を切り換えるアンテナスイッチＳＷ１，ＳＷ２にて、送信端子ＴＸ或いは受信端子ＲＸと接続され、送信信号については、ベースバンドＬＳＩによって処理された送信信号が、高周波出力増幅器部の端子ＩＮから入力し増幅器Ａｍｐによって３段増幅され、アンテナスイッチ部に送られる。なお、各増幅器Ａｍｐ及びバンドパスフィルタＢＰＦの間には、整合回路が設けられ、送信端子ＴＸからアンテナスイッチＳＷ１，ＳＷ２に入力する。
【００２１】
受信信号については、アンテナスイッチＳＷ１，ＳＷ２の受信端子ＲＸから妨害波を除去する表面弾性波フィルタＳＡＷを通って低雑音増幅器ＬＮＡで増幅されて、ベースバンドＬＳＩに送られる。
【００２２】
図２はアンテナスイッチＳＷ１，ＳＷ２の構成を示す回路図であり、このアンテナスイッチＳＷ１，ＳＷ２では、制御端子ＶｃからＨＥＭＴのゲートに流す電流で、信号経路となるドレイン‐ソース間のオン・オフを制御し、合分波器Ｄｉｐに接続する線路と、送信端子ＴＸ或いは受信端子ＲＸとの接続をオン・オフさせ、送信状態と受信状態とを切り換えている。
【００２３】
図３は、高周波出力増幅器部が形成された基板（以下、アンプ基板という）を示す平面図であり、図４は図３中のａ‐ａ線に沿った縦断面図であり、図５は図３中のｂ‐ｂ線に沿った縦断面図である。
【００２４】
アンプ基板には多層基板１を用い、この多層基板１は、銅或いは銀等を用いた０．０１ｍｍ程度の金属薄膜の導体層２とセラミックス等を用いた厚さが０．１５ｍｍ程度のシート状の絶縁層３とを交互に積層し、低温焼成によって焼結させてある。この多層基板１では、６層の導体層２と５層の絶縁層３とを交互に積層して構成されている。なおここでは、特に明記しない限り、多層基板の層数は導体層の層数によって表すものとする。
【００２５】
本実施の形態では、電子部品の接続される部品搭載面に形成される最上層の導体層２を１層目とし、中間層の導体層２を上から順に２層目乃至５層目とし、最下層の導体層２を６層目として説明する。絶縁層３についても、同様に上から順に１層目乃至５層目として説明する。多層基板１の最上層の導体層２と最下層の導体層２とは、中間層の導体層２及び層間を連絡するビア配線４によって電気的に接続されている。
【００２６】
多層基板１では、最上層の導体層２の端部に、実装する電子部品を接続するためのパッド５或いはワイヤボンディングのためのボンディングパッド６となっており、受動素子であるコンデンサ、抵抗等の電子部品７或いはインダクタ等の電子部品８をハンダ９によりパッド５に接続し、多層基板１の裏側となる基板実装面に形成された最下層の導体層２は、熱を放出するための放熱板１０或いは電子装置への基板実装のための外部端子１１となっている。
【００２７】
なお、電子部品については、１００５と呼称される１ｍｍ×０．５ｍｍ，ｔ＝０．５ｍｍのサイズのもの、０６０３と呼称される０．６ｍｍ×０．３ｍｍ，ｔ＝０．３ｍｍのサイズのものが用いられており、更に小型化を進めるために、０４０２と呼称される０．４ｍｍ×０．２ｍｍ，ｔ＝０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのサイズとした電子部品の採用が進められている。ここでは、コンデンサ或いは抵抗には０６０３サイズの電子部品７を用い、小型化の遅れているインダクタには０８０４サイズの電子部品８を用いるものとする。
【００２８】
多層基板には、能動素子の電子部品として高周波増幅用のＦＥＴ等が内部に形成された半導体チップ１２が実装されているが、半導体装置１２の接続端子であるボンディングパッドと多層基板のボンディングパッド６とを電気的に接続するボンディングワイヤ１３のループの高さを吸収するために、多層基板１には、１層目乃至３層目の絶縁層３を部分的に除去して設けた凹部であるキャビティ１４を設け、このキャビティ１４に半導体装置１２を収容し、１層目の絶縁層３を部分的に除去して設けた段差に露出する２層目の導体層２の端部をボンディングパッド６としている。
【００２９】
半導体装置１２は４層目の導体層２であるダイパッド１５にハンダ９により取り付けられ、ダイパッド１５は、半導体装置１２の発生した熱を放出するために、サーマルビアと呼ばれる複数のビア配線４と直下に位置する中間の導体層２とを介して、最下層の導体層２である放熱板１０に接続されている。
【００３０】
また、サイズの大きな電子部品８であるインダクタをそのまま搭載すると、他の電子部品７よりも基板表面から突出することになる。このため本実施の形態では、電子部品８をキャビティに収容している。キャビティについては、図５に示すように、半導体チップを収容するキャビティ１４を拡張してインダクタを収容してもよいし、電子部品８のために１層目及び２層目の絶縁層３を部分的に除去した別のキャビティを形成してもよい。
【００３１】
図６は、アンテナスイッチ部が形成された基板（以下、スイッチ基板という）を示す平面図であり、図７は図６中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。本実施の形態では、アンテナスイッチ部の回路に必要な基板面積が高周波出力増幅器の回路に必要な基板面積よりも小さくなる。そこで本実施の形態では、スイッチ基板のサイズは、アンプ基板と同一として、スイッチ基板の一部（図６中の右方）に、高周波出力増幅器の回路の一部を形成している。
【００３２】
スイッチ基板には、アンプ基板と同様の構成による１３層の多層基板１６を用いており、多層基板１６の部品搭載面には、能動素子の電子部品としてＨＥＭＴが形成された半導体チップ１７をバンプ電極１８によって接続し、受動素子であるコンデンサ、抵抗等の電子部品７をハンダ９により接続してある。
【００３３】
図８はアンプ基板とスイッチ基板とを積層した半導体モジュールを示す縦断面図である。本実施の形態では、電子部品７を多層基板１，１６に対して水平に配置し、電子部品７の電極部分の下面を多層基板１のパッド５に接続して、電極部分の上面を多層基板１６のパッド５に接続して、アンプ基板とスイッチ基板とを積層している。
【００３４】
チップ状の電子部品７は、図９或いは図１０に斜視図を示すように、柱状の素子本体７ａの両端に金属の電極７ｂを形成してあり、電極７ｂは、素子本体７ａの長軸に平行な４面の周面及び長軸に直交する２面の端面のうち、図９に斜視図を示すように周面端部の４面及び端面に形成されるものと、図１０に示すように周面端部の対向する２面及び端面に形成されるものとがある。何れの場合でも周面端部の対向する２面に電極７ｂが形成されている。
【００３５】
本実施の形態では、電子部品７を多層基板１，１６に対して水平に配置し、即ち素子本体７ａの長軸を多層基板１，１６に対して平行にして電子部品７の端面を多層基板１，１６に対して直交させて配置してある。この水平に配置した電子部品７の電極７ｂ部分の上下に多層基板１，１６をハンダ９によって接続して、アンプ基板とスイッチ基板とを積層している。いずれか一方の基板に水平に搭載された電子部品の同一電極の対向する２面の内、一の面を一の基板に接続し、対向する他の面を他の基板に接続する。
【００３６】
積層されたアンプ基板とスイッチ基板との間隙には、樹脂を用いた封止体１９が注入して、半導体モジュールが封止されている。この封止体１９によって、ハンダ９部分に応力が集中するのを防止し、実装信頼性を向上させることができる。しかし、本実施の形態の半導体モジュールでは、アンテナスイッチ基板がアンプ基板を覆っており、半導体モジュールは製品に組み込まれた状態では筐体内に収容されるため、封止体１９の必要性が低くなる。このため、図１１に示すように、封止体１９を省略して、工程数を削減することも可能である。また、図１２に示すように、半導体モジュールの側面にフィルム状の封止体１９を接着剤によって貼り付けて、工程を簡略化することも可能である。
【００３７】
本実施の形態では、電子部品７が通常の回路構成素子としての役割と接続部材としての役割とを果たしている。このため、電子部品７の接続されるパッド５には、多層基板１，１６に形成された回路と導通する回路用パット５ａと、多層基板１，１６を固定するために用いられ、多層基板１，１６に形成された回路とは導通しない固定用パッド５ｂとが考えられる。
【００３８】
例えば、アンプ基板とスイッチ基板との接続部分に直列接続する電子部品の場合には、図１３に示すように、電子部品７の一方の電極７ｂには多層基板１の回路用パッド５ａと多層基板１６の固定用パッド５ｂとを接続し、他方の電極７ｂには多層基板１の固定用パッド５ｂと多層基板１６の回路用パッド５ａとを接続する。
【００３９】
また、アンプ基板とスイッチ基板との接続部分に並列接続する電子部品の場合には、図１４に示すように、電子部品７の一方の電極７ｂには多層基板１の信号経路の回路用パッド５ａと多層基板１６の信号経路の回路用パッド５ａとを接続し、他方の電極７ｂには多層基板１の接地経路の回路用パッド５ａと多層基板１６の接地信号の回路用パッド５ａとを接続する。
【００４０】
また、例えば制御端子Ｖｃ或いは受信端子ＲＸのように半導体モジュール外部の回路に接続される電子部品の場合には、図１５に示すように、電子部品７の一方の電極７ｂには多層基板１６の回路用パッド５ａと多層基板１の固定用パッド５ｂとを接続し、他方の電極７ｂには多層基板１６の固定用パッド５ｂと多層基板１の外部端子１１に接続する回路用パッド５ａとを接続する。
【００４１】
また、例えばどちらか一方の基板のみの回路構成素子となる電子部品の場合には、図１６に示すように、電子部品７の一方の電極７ｂには多層基板１の回路用パッド５ａと多層基板１６の固定用パッド５ｂとを接続し、他方の電極７ｂには多層基板１の回路用パッド５ａと多層基板１６の固定用パッド５ａとを接続する。
【００４２】
また、アンプ基板とスイッチ基板との間で、単に導通をとる必要がある場合に、電子部品７を、本来の電子部品としてではなく単に導電材として使用することも可能であり、この場合には、図１７に示すように、電子部品７の一方の電極７ｂには多層基板１の回路用パッド５ａと多層基板１６の回路用パッド５ａとを接続し、他方の電極７ｂには多層基板１の固定用パッド５ｂと多層基板１６の固定用パッド５ｂとを接続する。
【００４３】
なお、現在では、半導体装置は様々な電子装置に用いられており、電子装置の小型化・携帯化に伴い、その使用環境も多様な状況で使用されていることから、例えば携帯電話端末機等では、使用中に誤って落下させた場合でも衝撃によって製品に異常が生じるのを防止するために、ハンダ接続部の接続強度への要求が高くなっている。
【００４４】
アンプ基板とスイッチ基板とのハンダ接続部の接続強度が不足する場合、或いは接続部分に偏りがあるため部分的に接続強度が低い場合には、図１８に示すように、電子部品７の双方の電極７ｂに多層基板１の固定用パッド５ｂと多層基板１６の固定用パッド５ｂとを接続し、電子部品７を何れの基板の回路とも接続せずに、単に接続部材として利用することも可能である。
【００４５】
このように電子部品７と多層基板１，１６との接続は多様な接続が可能であり、多層基板１，１６との接続に用いられる電子部品７が限定される場合と比較して、本実施の形態の半導体モジュールでは、電子部品の配置について自由度が高くなるため、半導体モジュールの設計が容易となり、接続部分の設定についても自由度が高くなるため、充分な接続強度を確保することが容易となる。
【００４６】
以上、本発明を、前記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において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの回路構成を示すブロック図である。
【図２】アンテナスイッチの構成を示す回路図である。
【図３】アンプ基板を示す平面図である。
【図４】図３中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。
【図５】図３中のｂ‐ｂ線に沿った縦断面図である。
【図６】スイッチ基板を示す平面図である。
【図７】図６中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態であるアンプ基板とスイッチ基板とを積層した半導体モジュールを示す縦断面図である。
【図９】電子部品を示す斜視図である。
【図１０】電子部品を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの変形例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの他の変形例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【図１６】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【図１７】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの電子部品と多層基板との接続を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１６…多層基板、２…導体層、３…絶縁層、４…ビア配線、５…パッド、５ａ…回路用パッド、５ｂ…固定用パッド、６…ボンディングパッド、７…電子部品（０６０３）、８…電子部品（０８０４）、９…ハンダ、１０…放熱板、１１…外部端子、１２，１７…半導体チップ、１３…ボンディングワイヤ、１４…キャビティ、１５…ダイパッド、１８…バンプ電極、１９…封止体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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