(57)【要約】【課題】  半導体チップの位置制御を行なわずに、半導体モジュールに搭載される半導体チップの位置ずれを防止する。【解決手段】  基板に設けたキャビティに半導体チップを収容し、キャビティ底部のダイパッドに半導体チップを固定する半導体モジュールにおいて、  前記半導体チップを収容するキャビティの底部には、搭載する半導体チップサイズのダイパッドを形成する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けたキャビティに半導体チップを収容し、キャビティ底部のダイパッドに半導体チップを固定する半導体モジュールにおいて、
前記半導体チップを収容するキャビティの底部には、搭載する半導体チップサイズのダイパッドを形成することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記ダイパッドが、キャビティ底部の導体層を半導体チップサイズにパターニングして形成す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】
前記ダイパッドが、キャビティ底部の全域に形成された導体層に、半導体チップ搭載領域を除いて、オーバーコートガラスを塗布して形成す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４】
前記ダイパッドの中心を、キャビティの中心からずらして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】
基板に設けたキャビティに半導体チップを収容し、キャビティ底部のダイパッドに半導体チップを固定する半導体モジュールの製造方法において、
前記半導体チップを収容するキャビティの底部には、搭載する半導体チップサイズのダイパッドを形成、このダイパッドと前記半導体チップとをハンダリフローによって接続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、基板に設けたキャビティに半導体チップを搭載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】
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。このため、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。
【０００３】
例えば、携帯電話の構成要素の一つである高周波増幅器に用いられる半導体モジュールでは、シート状の絶縁層と銅或いは銀等を用いた金属薄膜の導体層とを交互に積層して構成された多層基板の表側となる部品搭載面には、受動素子であるインダクタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品を実装し、多層基板の裏側となる基板実装面には、配線基板等の基板実装のための外部端子を形成し、金属キャップ或いは樹脂封止体によって部品搭載面を覆ってある。
【０００４】
多層基板の最上層の配線端部には、インダクタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品をハンダ等により実装するためのパッドを設け、多層基板の最下層の配線端部には基板実装のための外部端子を形成し、最上層の配線と最下層の配線とは、中間層の配線及び層間を連絡するビア配線によって電気的に接続されている。
【０００５】
多層基板には、能動素子である電子部品として、増幅用のＦＥＴ等が内部に形成された半導体チップが実装されているが、半導体チップの接続端子であるボンディングパッドと多層基板のパッドとを電気的に接続するボンディングワイヤのループの高さを吸収するために、多層基板に設けた凹部であるキャビティに半導体チップを収容し、半導体チップは中間層の導体層であるダイパッドにハンダ等により取り付けられている。
【０００６】
こうした半導体モジュールを小型化するために、下記特許文献１には、インダクタ、コンデンサ、分布定数線路、共振器、フィルタおよびバランなどを含むＲＦ用受動部品３６を多層基板の中間層に形成する技術が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−９２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記多層基板のキャビティに半導体チップを取り付ける際のハンダリフロー時に、半導体チップが溶融したハンダの上に浮いた状態となり、半導体チップの搭載位置が安定しないために、ハンダの表面張力により、半導体チップの位置ずれが発生する、或いは、半導体チップがキャビティ内で回転する等の位置不良が発生し、基準を越える位置不良が生じたものは、機能を満足していても外観不良として処理される。
【０００９】
また、その機能については、半導体チップ搭載位置の変化によって、半導体チップと多層基板とを電気的に接続するボンディングワイヤのワイヤ長が大きく変動し、このワイヤ長の変動により半導体モジュールの電気的特性が変動してしまう。例えば、８８０ＭＨｚ〜９１５ＭＨｚのＧＳＭ(Global System for Mobile communications)帯に用いられる半導体モジュールについて、ボンディングワイヤの長さ変動による特性の変化を調べてみると、出力パワーで約０．３ｄＢｍ、効率で約３％の特性差が発生していた。
【００１０】
このような位置不良をなくすために、現時点の対策としては、半導体チップを予めキャビティ内で所定の方向に寄せて搭載することで、半導体チップの回転或いは位置ずれを抑制している。しかし、この半導体チップの位置制御では、作業に０．４秒程度の時間を要するため、２つの半導体チップが搭載される半導体モジュールであれば、合計で約１秒間の時間を余分に費やすことになる。
【００１１】
本発明の課題は、これらの問題点を解決し、半導体チップの位置制御を行なわずに、半導体モジュールに搭載される半導体チップの位置ずれを防止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】
【００１２】
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。
基板に設けたキャビティに半導体チップを収容し、キャビティ底部のダイパッドに半導体チップを固定する半導体モジュールにおいて、前記半導体チップを収容するキャビティの底部には、搭載する半導体チップサイズのダイパッドを形成する。
【００１３】
また、基板に設けたキャビティに半導体チップを収容し、キャビティ底部のダイパッドに半導体チップを固定する半導体モジュールの製造方法において、前記半導体チップを収容するキャビティの底部には、搭載する半導体チップサイズのダイパッドを形成、このダイパッドと前記半導体チップとをハンダリフローによって接続する。
【発明の効果】
【００１４】
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、キャビティに搭載する半導体チップの位置ずれを防止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、半導体チップの位置ずれによるボンディングワイヤの長さ変動を防止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（２）により、半導体モジュールの電気的特性の変動を防止することができるという効果がある。
（４）本発明によれば、キャビティに搭載する半導体チップの位置制御が不要となるので、処理時間を短縮させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す斜視図であり、図２は、図１中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。
【００１７】
本実施の形態の高周波用半導体モジュールに用いる多層基板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とを交互に積層して構成されている。この多層基板１では、６層の導体層２と５層の絶縁層３とを交互に積層したものを、低温焼成によって焼結させてある。
【００１８】
本実施の形態では、最上層の導体層２ａを１層目とし、中間層の導体層２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを上から順に２層目乃至５層目とし、最下層の導体層２ｆ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層目の絶縁層３ａ，２層目の絶縁層３ｂ，３層目の絶縁層３ｃ，４層目の絶縁層３ｄ，５層目の絶縁層３ｅと数えて説明する。多層基板１の最上層の導体層２ａと最下層の導体層２ｆとは、中間層の導体層２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ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。
【００１９】
多層基板１の表側となる部品搭載面に形成された最上層の導体層２ａの端部には、実装する電子部品を接続するためのパッド５を設け、受動素子であるコンデンサ６、抵抗７、インダクタ８等の電子部品をハンダ９等により接続し、シリコーンレジンを用いた封止体１０によって部品搭載面を覆い、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２ｆの端部には、配線基板等の基板実装のための外部端子１１を形成してある。なお、図１では、説明のために封止体１０を除いて示した。
【００２０】
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１２ａと多層基板のボンディングパッド５ａ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層目及び２層目の絶縁層３ａ，３ｂ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、半導体装置１２は３層目の導体層２ｃを用いたダイパッド１５にハンダ９等により取り付けられている。
【００２１】
半導体装置１２の取り付けられた導体層２ｃは、接地配線となっており、半導体装置１２の発生した熱は、ダイパッド１５からサーマルビア４ａ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２ｄ，２ｅによって伝達され、最下層の導体層２ｆを利用した放熱板まて運ばれている。
【００２２】
図３は、半導体チップ１２搭載前の本実施の形態の半導体モジュールを示す部分拡大平面図であり、図４は半導体チップ１２搭載後の半導体モジュールを示す部分拡大平面図であり、図５は図４中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。キャビティ１４の底部には搭載する半導体チップの実サイズに合わせた半導体チップサイズのダイパッド１５を形成してある。
【００２３】
ここで、半導体チップサイズとは、正確に、搭載する半導体チップ１２と同一寸法ということに限定されず、半導体チップ１２の実サイズに一定の誤差によるマージン等を含めた若干大きめのサイズであってもよいし、半導体チップ１２の実サイズよりも若干小さなサイズであってもよい。
【００２４】
本実施の形態の半導体モジュールの製造では、ダイパッド１５を半導体チップサイズとして、このダイパッド１５と半導体チップ１２とをハンダリフローによって接続する。ダイパッド１５を半導体チップサイズとすることにより、リフロー時にハンダ９が溶融状態となりハンダ９の表面張力が働いた場合でも、半導体チップ１２は、キャビティ１４に形成されたダイパッド１５の範囲内に移動が規制されるため、大きな位置ずれが生じることはない。
【００２５】
このため、半導体チップ１２の位置制御を行わなくてもよいので、処理時間を短縮することができる。また、正確な位置に半導体チップを搭載することができるので、特性差の少ない半導体チップモジュールを得ることができる。
【００２６】
これに対して、従来の半導体モジュールでは、図６に部分拡大縦断面図を示すように、キャビティ１４の底部は３層目の導体層２ｃが全面に配置されている。このため、図７に部分拡大平面図を示すように、搭載する半導体チップ１２が、リフロー時に溶融したハンダ９の表面張力により半導体チップ１２の位置が変動し回転してしまい、半導体チップ１２と多層基板１とを電気的に接続するボンディングワイヤ１３の長さが変動し、電気的特性に差が生じてしまうことがある。また、こうした位置の変動によって、たとえば、隣接するボンディングワイヤ１３の接触によって短絡が生じてしまうこともあった。
【００２７】
図８は、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部分拡大縦断面図である。この例では、導体層２ｃを、キャビティ１４の底部の全面に形成し、ダイパッド１５となる部分を除いて、ハンダ濡れ性の低い材料、例えばオーバーコートガラス１６によって覆ってある。
【００２８】
このため、キャビティ１４底部の全面に導体層２ｃが形成されていても、オーバーコートガラス１６から露出する部分の導体層２ｃだけをダイパッド１５として機能させることができる。このため、同一の多層基板１を用意して、搭載する半導体チップ１２に合わせて、オーバーコートガラス１６の塗布状態を変えることによって、搭載する半導体チップ１２のサイズの変更或いは後述する搭載位置の変更に対応することができる。
【００２９】
図９は、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部分拡大平面図であり、例えば、ボンディングワイヤ１３による接続では、高周波の入出力用のボンディングワイヤ１３についてはワイヤ長さの変動による特性の変化が問題となるが、電源・接地用のボンディングワイヤ１３であれば、ワイヤ長さの変動による特性の変化が少ない。このため、高周波の入出力用のボンディングパッド５ａが、図９中の左右に配置され、電源・接地用のボンディングパッドパッド５ａが、キャビティ１４の上下に配置されている場合には、図９中の左右方向にのみダイパッド１５を半導体チップサイズとしてもよい。
【００３０】
逆に、図１０に示すように、高周波の入出力用のボンディングパッドパッド５ａが、図９中の上下に配置され、電源・接地用のボンディングパッドパッド５ａが、キャビティ１４の左右に配置されている場合には、図１０中の上下方向にのみダイパッド１５を半導体チップサイズとしてもよい。
【００３１】
また、図１１に示す例では、ダイパッド１５の中心を図中ではキャビティ１４の上方に、キャビティ１４の中心からずらして搭載している。前述したように、半導体チップ１２搭載位置が変動するとボンディングワイヤ１３の長さが変動して、電気的な特性が変化してしまう。即ち、ワイヤ長さに、一定の変動を与えることによって、同一の半導体チップ１２を用いて半導体モジュールの特性を変化させることが可能になる。
【００３２】
例えば、高周波入出力用のボンディングワイヤ１３について、入力側のワイヤ長さと出力側のワイヤ長さとを変化させることによって、特性が変化する。半導体モジュールに対する顧客の要望では、効率を重視する場合と最大出力を重視する場合とがあり、これに対応するためには、半導体チップ１２の特性を変える必要があった。本実施の形態の半導体モジュールでは、同一の半導体チップ１２を用いて、その搭載位置を変えて、ボンディングワイヤ１３の長さを一定に変化させることによって、ある程度何れの要望にも対応することが可能になる。
【００３３】
図１乃至図５に示す例では、ダイパッド１５が、同層の他の導体層２ｃとは非導通となっているが、ダイパッド１５と他の導体層２ｃとの導通を確保したい場合には、図１２に示すように、ダイバット１５の一部分に導通配線１７を接続することも可能である。図１２では、ダイパッド１５の四方に１本ずつ導通配線１７を接続したが、少なくとも一方向に１本の導通配線１７を配置すれば、導通を確保することが可能である。また、ダイパッド１５への半導体チップ１２搭載に影響を与えない範囲であれば、各方向に複数本の導通配線１７を配置することも可能である。
【００３４】
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】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。
【図３】半導体チップ搭載前の本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す部分拡大平面図である。
【図４】半導体チップ搭載後の本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す部分拡大平面図である。
【図５】図４中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。
【図６】半導体チップ搭載後の従来の半導体モジュールを示す部分拡大縦断面図である。
【図７】従来の半導体モジュールを示す部分拡大平面図である。
【図８】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部分拡大縦断面図である。
【図９】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部分拡大平面図である。
【図１０】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部分拡大平面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である半導体モジュールの他の変形例を示す部分拡大平面図である。
【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部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…多層基板、２…導体層、３…絶縁層、４…ビア配線、４ａ…サーマルビア、５…パッド、５ａ…ボンディングパッド、６…コンデンサ、７…抵抗、８…インダクタ、９…ハンダ、１０…封止体、１１…外部端子、１２…半導体装置、１２ａ…ボンディングパッド、１３…ボンディングワイヤ、１４…キャビティ、１５…ダイパッド、１６…オーバーコートガラス、１７…導通配線。
【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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