(57)【要約】【課題】電磁遮断性能を有し、機密性に優れた高信頼性の半導体装置を実現する。【解決手段】フェライトを含むアルミナからなる絶縁性基板が積層された多層基板１の表面（第１主面）上に、半導体素子２１と、チップ抵抗体２２、チップコンデンサ２３およびインダクタ２４等からなる複数の受動素子が合金材２５により電気的及び機械的に固着され、多層基板１の表面（第１主面）の両端部とフェライトを含むアルミナからなる絶縁性キャップ３２は、接着剤３１で固着され、これら搭載部品２１、２２、２３、２４、合金材５やボンデイングワイヤ２７は、多層基板１と絶縁性キャップ３２で気密封止されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に配線層を有する絶縁性基板が積層されてなり、この積層構造の絶縁性基板の第１主面上に第１の配線層が設けられ、前記積層構造の絶縁性基板間に第２の配線層が設けられ、前記第１主面と相対向する第２主面上に第３の配線層が設けられ、第１乃至第３の配線層間がビアを介して電気的に接続され、且つ前記絶縁性基板にフェライトが含有されている多層基板と、
この多層基板の第１主面上に設けられ、前記第１の配線層と電気的に接続された半導体素子および受動素子と、
この半導体素子および受動素子を覆って、前記多層基板の第１主面に封着され、且つフェライトを含む絶縁性キャップと、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
主面に配線層を有する絶縁性基板が積層されてなり、この積層構造の絶縁性基板の第１主面上に第１の配線層が設けられ、前記積層構造の絶縁性基板間に第２の配線層が設けられ、前記第１主面と相対向する第２主面上に第３の配線層が設けられ、第１乃至第３の配線層間がビアを介して電気的に接続され、且つ前記絶縁性基板にフェライトが含有されている多層基板と、
前記多層基板上にその主面をフェースダウンして設けられ、前記第１の配線層と電気的に接続された第１半導体素子と、
前記多層基板の第１主面上に設けられ、前記第１の配線層と電気的に接続された第２の半導体素子および受動素子と、
第１の半導体素子、第２の半導体素子および受動素子を覆って、前記多層基板の第１主面に封着され、且つフェライトを含む絶縁性キャップと、
を具備し、
前記絶縁性キャップは、内側面が前記第１の半導体素子の主面と反対面に接触し、外側面に放熱板を有し、この放熱板がビアを介して前記第１の半導体素子の反対面と接触していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁性基板と前記絶縁性キャップを構成する材料は同一であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯無線電話機や自動車電話機等の電子機器に使用される高周波モジュールに代表される半導体装置に係わり、特に、高周波領域における電磁波の障害を抑制し、信頼性に優れた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波モジュールにおいては、小型・薄型化、および高機能化とともに、高周波モジュール内で発生する電磁波をモジュール外に放出しないこと、また外部からの電磁波の進入を防止する等の電磁波の障害を防止することを要求されている。この種の高周波モジュールとしては、図３で示すものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図３は高周波モジュールを示す断面図である。
【０００３】
この特許文献に開示された高周波モジュール１４０は、図３に示すように、金属基板１０１の表面に絶縁層１０２を介して配線層１０５が選択形成され、この金属基板１０１の所定の配線層１０５上に、半導体素子１２１と、チップ抵抗体１２２やチップコンデンサ１２３等からなる複数の受動素子と、外部端子１２８とが合金材１２５により電気的および機械的に固着されている。
【０００４】
また、半導体素子１２１の電極１２６と配線層１０５とは、ボンデイングワイヤ１２７で電気的に接続されている。これらの搭載部品１２１、１２２、１２３、外部端子１２８、合金材１２５、ボンデイングワイヤ１２７および金属基板１０１は、フェライトを含むモールド樹脂１３０で気密封止されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１―４０７０８号公報（第１１頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の高周波モジュールでは、電磁波の障害を防止するためにフェライトを含むモールド樹脂１３０で搭載部品等を覆うことより、高周波モジュール内で発生する電磁波の外部への放出および高周波モジュール外からの電磁波の進入を防ぎ、さらに、このモールド樹脂１３０の熱膨張係数を金属基板１０１の熱膨張係数に近づけることにより、金属基板１０１とモールド樹脂１３０間の接合界面の剥離を防止している。
【０００７】
ところが、最近の携帯無線電話機や自動車電話機に用いられる高周波モジュールにおいては、更なる高機能化および多機能化が要求され、そのために高周波モジュールに採用する基板には、表面に配線層を有するセラミック基板を積層形成してなる多層セラミック基板が採用されるようになってきた。
【０００８】
しかし、このような多層セラミック基板の熱膨張係数は、モールド樹脂の熱膨張係数よりも１／２から１／６と小さく、多層セラミック基板上の搭載部品等をモールド樹脂で封止してなる高周波モジュールにおいては、多層セラミック基板とモールド樹脂の接合界面の剥離が起こり、水分等の進入により信頼性が低下するという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電磁遮断機能を有し、機密性に優れた高信頼性の半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、主面に配線層を有する絶縁性基板が積層されてなり、この積層構造の絶縁性基板の第１主面上に第１の配線層が設けられ、前記積層構造の絶縁性基板間に第２の配線層が設けられ、前記第１主面と相対向する第２主面上に第３の配線層が設けられ、第１乃至第３の配線層間がビアを介して電気的に接続され、且つ前記絶縁性基板にフェライトが含有されている多層基板と、この多層基板の第１主面上に設けられ、前記第１の配線層と電気的に接続された半導体素子および受動素子と、この半導体素子および受動素子を覆って、前記多層基板の第１主面に封着され、且つフェライトを含む絶縁性キャップとを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、多層基板と絶縁性キャップとにフェライトが含有されているので、電磁波の外部への放出および外部からの進入が防止されるとともに、多層基板と絶縁性キャップとの熱膨張係数が近似した値を有するため、両者の封着部分は気密性を保持することになる。
【００１２】
従って、電磁遮蔽機能を有し、気密性に優れた高信頼性の高周波モジュールからなる半導体装置を提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置としての高周波モジュールについて図１を参照して説明する。図１は高周波モジュールを示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態の高周波モジュール４０は、表面（第１主面）にキャビティ（凹部）２が形成されたアルミナ製の多層基板１と、このキャビティ２内に半導体素子２１およびチップ抵抗体２２、コンデンサ２３、インダクタ２４等の複数の受動素子と、この半導体素子２１および受動素子を気密封止する絶縁性キャップ３２とを備えている。
【００１６】
この多層基板１は、表面に配線層４が所定パターンに形成され、且つフェライトを含むアルミナ製の絶縁性基板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、表面にキャビティ２が設けられ、このキャビティ２の底面に配線層６が所定パターンに形成され、且つフェライトを含むアルミナ製の絶縁性基板３ｅとをこの順序で積層し、燒結して形成している。また、多層基板１の裏面（第２主面）には、全面にグランドとしての配線層５が形成されている。
【００１７】
これらの配線層４，５，６は、例えばＣｕからなり、キャビテイ内の配線層（第１の配線層）６は、実装される半導体素子２１およびチップ抵抗体２２、コンデンサ２３、インダクタ２４等の電極の配置に対応して形成され、この第１の配線層６、絶縁性基板３間の配線層（第２の配線層）４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄおよび第３の配線層５は、所定の絶縁性基板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを貫通して設けられたビア７で電気的に接続されている。さらに、キャビティ２の底面における実装面から絶縁性基板３ａの裏面に至るまでの絶縁性基板を貫通してビアホールが設けられ、金属が埋め込まれた熱伝導性に優れたサーマルビア８が形成されている。
【００１８】
そして、多層基板１表面のキャビティ２内の所定の第１の配線層６に、例えば、パワーアンプ機能のＧａＡｓＨＢＴからなる半導体素子２１がＳｎ−Ｓｂからなる合金材２５により固着され、サーマルビア８を介してグランドとしての第３の配線層５に接続されると共に電極２６と第１の配線層６とが、ボンデイングワイヤ２７で電気的に接続されている。また、チップ抵抗体２２、チップコンデンサ２３およびインダクタ２４等からなる複数の受動素子とが合金材２５により他の所定の第１の配線層６にそれぞれ電気的及び機械的に固着されている。
【００１９】
さらに、多層基板１表面のキャビティ２上にフェライトを含むアルミナ製の絶縁性キャップ３２が配設され、キャビティ２の周縁部に接着剤３１で封着され、これら搭載部品２１、２２、２３、２４、合金材５やボンデイングワイヤ２７は、多層基板１と絶縁性キャップ３２で気密封止されている。
【００２０】
ここで使用されるフェライトは、金属と鉄酸化物とからなり、具体的にはＮｉＦｅ２Ｏ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、ＣｄＦｅ２Ｏ４、ＣｏＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＢａＦｅ２Ｏ４、ＳｒＦｅ２Ｏ４、ＰｂＦｅ２Ｏ４およびそれらの混合物である。
【００２１】
なお、フェライトを含有するアルミナからなる多層基板１とフェライトを含有するアルミナからなる絶縁性キャップ３２の熱膨張係数は、ＧａＡｓの熱膨張係数５．７ｐｐｍ／Ｋに近い値を有する。
【００２２】
上述したような本実施の形態の高周波モジュールにおいては、多層基板１と絶縁性キャップ３２とにフェライトが含まれていることから、高周波モジュール４０内で発生する電磁波の外部への放出および外部からの電磁波の進入が防止でき、また、多層基板１と絶縁性キャップ３２の熱膨張係数がほぼ同じであることから、接着剤３１の剥離がほとんどなく、高周波モジュール４０内への水分等の進入により高周波モジュール４０の信頼性が低下するという問題も発生しない。
【００２３】
さらに、多層基板１の熱膨張係数と半導体素子２１の熱膨張係数が近い値であることから、熱サイクルによって発生する半導体素子２１の多層基板１からの剥離という問題も発生しない。
【００２４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係わる半導体装置としての高周波モジュールについて図２を参照して説明する。図２は高周波モジュールを示す断面図である。なお、図において、第１の実施の形態と同一構成部分には、同一符号を付している。
【００２５】
図２示すように、本実施の形態の高周波モジュール４０ａは、表面にキャビティ２が形成された窒化アルミ（ＡｌＮ）製の多層基板１と、このキャビティ２内に第１の半導体素子２１および第２の半導体素子２１ａ並びにチップ抵抗体２２、コンデンサ２３、インダクタ２４等の複数の受動素子を気密封止する絶縁性キャップ３２を備えている。
【００２６】
この多層基板１は、表面に配線層４が所定パターンに形成されたフェライトを含む窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる絶縁性基板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、表面にキャビティ２が設けられ、このキャビティ２の底面に配線層６が所定パターンに形成され、且つフェライトを含む窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる絶縁性基板３ｅとをこの順序で積層し、燒結して形成している。また、多層基板１の裏面（第２主面）には、全面にグランドとしての配線層５が形成されている。
【００２７】
これらの配線層４，５，６は、例えばＣｕからなり、キャビティ２内の配線層（第１の配線層）６は、実装される第１および第２半導体素子２１、２１ａ並びにチップ抵抗体２２、コンデンサ２３、インダクタ２４等受動素子の電極の配置に対応して形成され、第１の配線層６、絶縁性基板３間の配線層（第２の配線層）４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、および裏面の第３の配線層５は、所定の絶縁性基板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｃ、３ｅを貫通して設けられたビア７で電気的に接続されている。さらに、キャビティ２の底面における実装面から絶縁性基板３ａの裏面に至るまでの絶縁性基板を貫通してビアホールが設けられ、金属が埋め込まれた熱伝導性に優れたサーマルビア８が形成されている。
【００２８】
そして、多層基板１表面のキャビティ２内に、例えば、パワーアンプからなる第１のシリコン半導体素子２１が、フェースダウンして設けられ、バンプ３３によって所定の第１の配線層６に固着されている。また、例えば、入力制御機能を有する第２のシリコン半導体素子２１ａが、他の第１の配線層６にＳｎ−Ｐｂからなる合金材２５によって固着されてサーマルビア８を介して第３の配線層８と電気的に接続されると共に電極２６と第１の配線層６とが、ボンデイングワイヤ２７で電気的に接続されている。さらに、チップ抵抗体２２、チップコンデンサ２３およびインダクタ２４等からなる複数の受動素子が合金材２５により他の第１の配線層６にそれぞれ電気的及び機械的に固着されている。
【００２９】
上記絶縁性キャップ３２は、フェライトを含む窒化アルミ（ＡｌＮ）からなり、内側面に合金材２５が設けられ、外側面に例えば、Ｃｕからなる放熱板３４が設けられ、合金材２５と放熱板３４とがビア９を介して互いに接続された構造に形成されている。
【００３０】
そして、この絶縁性キャップ３２は、多層基板１表面のキャビティ２上に配設され、第１のシリコン半導体素子２１の裏面と合金材２５を介して固着されると共に、キャビティ２の周縁部に接着剤３１により封着され、これら搭載部品２１、２１ａ、２２、２３、２４、合金材５、バンプ３３やボンデイングワイヤ２７を気密封止している。
【００３１】
なお、フェライトを含有する窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる多層基板１とフェライトを含有する窒化アルミ（ＡｌＮ）からなる絶縁性キャップ３２の熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数３．５ｐｐｍ／Ｋに近い値を有する。
【００３２】
上述したような本実施の形態の高周波モジュールにおいては、第１の実施の形態と同様に、高周波モジュール４０ａ内で発生する電磁波の外部への放出および外部からの電磁波の進入が防止でき、また、高周波モジュール４０ａ内への水分等の進入により高周波モジュール４０ａの信頼性が低下するという問題も発生しない。さらに、熱サイクルによって発生する半導体素子２１ａの多層基板１からの剥離および半導体素子２１の絶縁性キャップ３２からの剥離という問題も発生しない。
【００３３】
また、本実施の形態では、絶縁性キャップ３２に放熱板３４を設け、この放熱板３４にシリコン半導体素子２１の裏面をビア９を介して接続しているので、シリコン半導体素子２１の動作時の温度上昇が抑制されパワーアンプの効率が向上する。
【００３４】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々、変更しても良い。例えば、上記第１及び第２の実施の形態では、多層基板の絶縁基板としてアルミナ及び窒化アルミを用いているが、ガラス・セラミックス系絶縁体、アラミド・エポキシ系絶縁体およびガラス・エポキシ系絶縁体を用いてもよい。
【００３５】
また、多層基板の第１主面にキャビティを設けたが、必ずしもキャビティは必要ではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁遮断性能を有し、機密性に優れた高信頼性の半導体装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる高周波モジュールを示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる高周波モジュールを示す断面図。
【図３】従来の高周波モジュールを示す断面図。
【符号の説明】
１  多層基板
２  キャビティ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ  絶縁性基板
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  第２の配線層
５  第３の配線層
６  第１の配線層
７、９  ビア
８  サーマルビア
２１、２１ａ、１２１  半導体素子
２２、１２２  チップ抵抗体
２３、１２３  チップコンデンサ
２４  インダクタ
２５、１２５  合金材
２６、１２６  電極
２７、１２７  ボンデイングワイヤ
１２８  外部端子
３１  接着剤
３２  絶縁性キャップ
３３  バンプ
３４  放熱版
１０１  金属基板
１０２  絶縁層
１０５  配線層
１３０  モールド樹脂
４０、４０ａ、１４０  高周波モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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