(57)【要約】【課題】対湿性に優れ、信頼性が高く、製造コストの低い高周波モジュール及びその製造方法を得ること。【解決手段】電子部品７と、電子部品７が実装された多層セラミック基板１と、電子部品７を覆うように多層セラミック基板１上に低融点はんだ６で接合されたキャップ９と、多層セラミック基板１の電子部品７の実装面とは反対側の面に高融点はんだ４で接合された複数のバンプ５とを備えた高周波パッケージ２０と、バンプ５に対応する基板側パッド１１を備えた制御回路基板１０と、低融点はんだ６の融点よりも低温で硬化する導電性接着剤１４によって形成され、バンプ５の各々と基板側パッド１１の各々とを接着するとともに電気的に接続する接着導通部とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波デバイスと、該高周波デバイスが実装された回路基板と、前記高周波デバイスを覆うように前記回路基板上に低融点はんだで接合されたキャップと、前記回路基板の前記高周波デバイスの実装面とは反対側の面に高融点はんだで接合された複数のバンプとを備えた高周波パッケージと、
前記複数のバンプに対応する複数のパッドを備えた制御回路基板と、
前記低融点はんだの融点よりも低温で硬化する熱硬化性導電性樹脂によって形成され、前記複数のバンプの各々と前記複数のパッドの各々とを接着するとともに電気的に接続する接着導通部とを有することを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記複数のバンプの各々は、少なくとも表面がはんだ濡れ性を有する金属で形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記複数のバンプの各々は、球状又は柱状であることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記高周波パッケージと前記制御回路基板との間にアンダーフィル剤が充填されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の高周波モジュール。
【請求項５】
回路基板の一方の面に、高融点はんだを用いて複数のバンプを実装する工程と、
前記回路基板の他方の面に、高周波デバイスを実装する工程と、
前記回路基板の他方の面に、前記高周波デバイスを覆うように低融点はんだでキャップを実装する工程と、
を含んだ高周波パッケージの組立処理と、
制御回路基板が備える複数のパッドの各々の上に、前記低融点はんだの融点よりも低温で硬化する熱硬化性導電性樹脂を塗布する工程と、
前記複数のバンプの各々が前記複数のパッドの各々と当接するように前記制御回路基板に前記高周波パッケージを実装する工程と、
前記熱硬化性導電性樹脂を硬化させる工程と、
を含んだ高周波パッケージの実装処理とを有することを特徴とする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、高周波半導体を有する高周波パッケージと、高周波半導体を駆動するための電子回路部品が搭載された制御回路基板とを有する高周波モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波モジュールの小型化や低コスト化を目的として、高周波パッケージをＢＧＡ（Ball Grid Array）構造とした例がある（例えば特許文献１参照）。高周波パッケージは、多層セラミック基板からなる回路基板に高周波半導体チップなどの電子部品を実装しており、高周波回路からの電磁波の漏洩や、外部からの電磁波の侵入、物理的な干渉、湿気の流入などを防ぐために、電子部品の実装面は金属製のキャップなどを用いて封止されている。
【０００３】
多層セラミック基板の裏面には、電子部品とパッケージ外とをつなぐ電極が設けられており、この電極上に形成されたはんだボールが、外部電極として機能する。高周波パッケージは、高周波パッケージの外部電極と対応する電極を有する制御回路基板上に搭載され、リフロー法によってはんだボールと制御回路基板とがはんだ付けされる。
【０００４】
高周波パッケージは、電子部品の腐食を防ぐために、高い気密性が求められる場合が多い。そして、封止作業は窒素などの不活性雰囲気中で行われ、高周波パッケージ内に不活性ガスが充満した状態で維持される。
【０００５】
高周波パッケージは、封止工程中での多層セラミック基板の破損の防止や低コスト化のために、封止部を構成する金属キャップや金属フレームを多層セラミック基板上に、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだや、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕなどの低融点はんだを用いて接合する場合がある。
【０００６】
この場合は、制御回路基板に高周波パッケージを実装する際のリフローによる加熱で低融点はんだが再溶融されるため、気密性の保持やパッケージ内部の不活性ガスを保持することは困難である。このため、例えば特許文献２のような通気穴を有する封止構造がとられ、高周波モジュールが長期に亘る信頼性を提供するためには、電子部品自体に高い耐湿性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５２２０７号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子部品の耐湿性を向上させるためには、高周波半導体チップなどの表面に厚い保護膜（ＳｉＯ２）などのガラス膜を形成する必要がある。この保護膜は誘電体として作用することから、高周波半導体チップの高周波特性の劣化を招く。このため、電子部品の開発が困難なものとなり、開発費用の増大や開発期間の長期化が課題となっている。また、一般に流通している汎用的な高周波用途の電子部品では、非気密で使用するのに十分な耐湿性を備えていないものが多く、高い信頼性の高周波モジュールの提供は困難となる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、対湿性に優れ、信頼性が高く、製造コストの低い高周波モジュール及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高周波デバイスと、該高周波デバイスが実装された多層セラミック基板と、高周波デバイスを覆うように多層セラミック基板上に低融点はんだで接合されたキャップと、多層セラミック基板の高周波デバイスの実装面とは反対側の面に高融点はんだで接合された複数のバンプとを備えた高周波パッケージと、複数のバンプに対応する複数のパッドを備えた回路基板と、低融点はんだの融点よりも低温で硬化する熱硬化性導電性樹脂によって形成され、複数のバンプの各々と複数のパッドの各々とを接着するとともに電気的に接続する接着導通部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、汎用の電子部品を用いて耐湿性に優れた信頼性の高い高周波モジュールを低コストで実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる高周波モジュールの断面図である。
【図２】図２は、多層セラミック基板のパッケージ側パッドにペースト状の高融点はんだを印刷した状態を示す図である。
【図３】図３は、多層セラミック基板のパッケージ側パッドにバンプを接合した状態を示す図である。
【図４】図４は、多層セラミック基板に電子部品を実装した状態を示す図である。
【図５】図５は、電子部品が実装された多層セラミック基板をキャップで封止した状態を示す図である。
【図６】図６は、制御回路を構成する抵抗、コンデンサ、ＬＳＩ等の制御回路部品が、制御回路基板にはんだ実装された状態を示す図である。
【図７】図７は、ディスペンス装置によって基板側パッド上に導電性接着剤を定量塗布した状態を示す図である。
【図８】図８は、導電性接着剤によって高周波パッケージが制御回路基板に接着された状態を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２にかかる高周波パッケージのバンプの形状の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２にかかる高周波パッケージのバンプの形状の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる高周波モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる高周波モジュールの断面図である。高周波パッケージ２０は、制御回路基板１０上に実装されている。高周波パッケージ２０内には、多層セラミック基板１の上面部に電子部品７が実装され、電子部品７はＡｕワイヤ８によって多層セラミック基板１上の回路と電気的に接続されている。
【００１５】
多層セラミック基板１には、電子部品７を囲むように導体パターン３が設けられている。導体パターン３にはキャップ９が低融点はんだ６で接合されており、電子部品７は多層セラミック基板１とキャップ９とで囲まれた空間内に気密封止されている。多層セラミック基板１の下部には、パッケージ側パッド２が設けられており、バンプ５が高融点はんだ４で接合されている。制御回路基板１０上には、制御回路部品１３がはんだ実装されており、基板側パッド１１とバンプ５とは、熱硬化性導電性樹脂としての導電性接着剤１４によって接着されている。高周波パッケージ２０と制御回路基板１０との間は、アンダーフィル剤１５によって埋められている。
【００１６】
高周波モジュールの製造工程について説明する。本実施の形態にかかる高周波モジュールの製造工程は、高周波パッケージ２０を製造する工程と、高周波パッケージ２０を制御回路基板１０に実装する工程とに大別できる。最初に、高周波パッケージ２０の製造工程について説明する。図２は、多層セラミック基板１のパッケージ側パッド２にペースト状の高融点はんだ４を印刷した状態を示す図である。また、図３は、多層セラミック基板１のパッケージ側パッド２にバンプ５を接合した状態を示す図である。パッケージ側パッド２上に印刷された高融点はんだ４上にバンプ５が搭載され、リフローされることではんだが溶融し、バンプ５はパッケージ側パッド２に接合される。
【００１７】
高融点はんだ４としては、融点が２４０℃程度のＳｎ４０−Ｐｂ６０（Ｓｎ４０％、Ｐｂ６０％の合金）や、Ｓｎ−Ｓｂを適用できる。バンプ５は、形状としては球体であり、材質としては高融点はんだ４と接合可能なＮｉ、Ｃｕ、Ａｕである。なお、バンプ５の材料として、金属体の表面にＮｉめっき、又は下地Ｎｉめっき及び表層Ａｕめっきが施されたものなどを適用することも可能である。すなわち、バンプ５は、少なくとも表面が高融点はんだ４と接合可能な材質で形成された球体を適用可能である。バンプ５を上記構成とすることで、はんだボールとして形成する場合よりも導電性接着剤１４との親和性が高まり、バンプ５を基板側パッド１１に強固に接着できる。
【００１８】
図４は、多層セラミック基板１に電子部品７を実装した状態を示す図である。電子部品７はＡｕワイヤ８によって多層セラミック基板１上の回路との電気的な接続がなされる。図５は、電子部品７が実装された多層セラミック基板１をキャップ９で封止した状態を示す図である。キャップ９による封止は、窒素などの不活性ガスの雰囲気内で行われ、低融点はんだ６によってキャップ９が導体パターン３と接合される。キャップ９は、線熱膨張係数が多層セラミック基板１と近い材料（例えばコバール）で形成されており、表面にはＮｉ、Ａｕめっきが施されている。キャップ９の導体パターン３への接合は、ヒータブロックなどの加熱工具による局部的な加熱や、遠赤外線ヒータなどを熱源とした加熱炉による全体的な加熱によって行われる。
【００１９】
高周波パッケージ２０内は、不活性ガスが充満しているため、電子部品７は大気下よりも腐食しにくい環境下に置かれることとなり、長期信頼性が得られる。
【００２０】
低融点はんだ６は、高融点はんだ４よりも融点が低いはんだであり、高融点はんだ４としてＳｎ４０−Ｐｂ６０や、Ｓｎ−Ｓｂを適用する場合には、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ（融点１８３℃）や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだを適用可能である。低融点はんだ６の融点が高融点はんだ４よりも低いことから、キャップ９の接合時に加熱によって、高融点はんだ４が再溶融することがなく、バンプ５の脱落や位置ずれが防止されている。
【００２１】
次に、高周波パッケージ２０を制御回路基板１０上に実装する工程について説明する。図６は、制御回路部品１３（制御回路を構成する抵抗、コンデンサ、ＬＳＩ等）が、制御回路基板１０にはんだ実装された状態を示す図である。制御回路部品１３のはんだ実装は、リフロー法によって行われる。制御回路基板１０には、基板側パッド１１が設けられており、パッド間にはソルダレジスト１２が形成されている。
【００２２】
図７は、ディスペンス装置によって基板側パッド１１上に導電性接着剤１４を一定量塗布した状態を示す図である。図８は、導電性接着剤１４によって高周波パッケージ２０が制御回路基板１０に接着された状態を示す図である。導電性接着剤１４は、熱硬化性樹脂を主成分とし、導電性を得るために導電性フィラーが練りこまれている。例えば、熱硬化性エポキシ樹脂に、Ａｇフィラーが練りこんだものを適用可能である。導電性接着剤１４の硬化温度は、高周波パッケージ２０の気密性を保持するために、低融点はんだ６の融点よりも低い１８０℃となっている。ソルダレジスト１２は、制御回路部品１３のはんだ実装によって生じる基板側パッド１１へのはんだ付着の防止や、導電性接着剤１４の流れ出しを抑える障壁として作用し、基板側パッド１１間のショートを防止する。
【００２３】
導電性接着剤１４が硬化すると、高周波パッケージ２０は制御回路基板１０上に固定される。また、制御回路基板１０と高周波パッケージ２０とが導通し、高周波モジュールとして機能可能な状態となる。すなわち、硬化した導電性接着剤１４は、高周波パッケージ２０と制御回路基板１０とを固定するとともに電気的に接続する接着導通部をなす。しかし、このままの状態では、高周波パッケージ２０を制御回路基板１０にはんだ実装した場合と比べると接合強度が低いため、高周波パッケージ２０と制御回路基板１０との間にアンダーフィル剤を充填して補強する。アンダーフィル剤１５としては、エポキシ系樹脂やシリコン系樹脂を適用可能である。高周波パッケージ２０と制御回路基板１０との間にアンダーフィル剤を充填することにより、高周波パッケージ２０と制御回路基板１０との接合強度を高めることができる。
【００２４】
本実施の形態にかかる高周波モジュールは、以上の手順を経て製造される。
【００２５】
本実施の形態にかかる高周波モジュールは、高周波パッケージを制御回路基板へ実装する際に、キャップを多層セラミック基板上に接合する低融点はんだが再溶融することがない。よって、高周波パッケージの気密性が損なわれることは無く、高周波パッケージ内は不活性ガスが充満した状態に維持される。これにより、汎用の電子部品を用いたとしても、長期に亘って高い信頼性を実現できる。
【００２６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる高周波モジュールの構造は、実施の形態１と概ね同様である。ただし、本実施の形態においては、パッケージ側パッド２と基板側パッド１１との間に介在するバンプの形状が異なっている。上記実施の形態１においては、高周波パッケージ２０におけるバンプ５の形状は球体であったが、この形状に限られることはない。図９は、本発明の実施の形態２にかかる高周波パッケージのバンプの形状の一例を示す図である。図１０は、実施の形態２にかかる高周波パッケージのバンプの形状の別の一例を示す図である。図９に示す構成ではバンプ５ａは角柱状であり、図１０に示す構成ではバンプ５ｂは円柱状である。
【００２７】
角柱状のバンプ５ａや円柱状のバンプ５ｂは、加工が容易である。また、基板側パッド１１との接触面積を大きく取れるため、接着強度を高めることができ、高周波モジュールの信頼性の向上を図れる。ただし、パッケージ側パッド２に実装する際に方向性を考慮する必要があるため、組立作業性の点では、実施の形態１の球状のバンプ５の方が優れている。したがって、接着強度と組立作業性とのどちらを優先するかに応じて、本実施の形態の構成を採用するか、実施の形態１の構成を採用するかを選択すると好ましい。
【００２８】
この他の点については上記実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる高周波モジュール及びその製造方法は、長期に亘って高い信頼性を有する高周波モジュールを汎用の電子部品を用いて実現するのに適している。
【符号の説明】
【００３０】
１  多層セラミック基板
２  パッケージ側パッド
３  導体パターン
４  高融点はんだ
５、５ａ、５ｂ  バンプ
６  低融点はんだ
７  電子部品
８  Ａｕワイヤ
９  キャップ
１０  制御回路基板
１１  基板側パッド
１２  ソルダレジスト
１３  制御回路部品
１４  導電性接着剤
１５  アンダーフィル剤
２０  高周波パッケージ
【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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