(57)【要約】【課題】高周波パワーモジュールにおいて、伝送線路の占有面積を低減することのできる技術を提供する。【解決手段】多層配線基板１のほぼ中央部に設けられた矩形のキャビティ２の内部の底面および側壁に、第１の配線パターン３を設けてグランド配線とし、多層配線基板１の外周の側壁に、多層配線基板１の上面からキャビティ２とほぼ同じ深さに第２の配線パターン６を設けて信号配線とすることにより、多層配線基板１の側面に対して平行な面に第１の配線パターン３を接地パターン、第２の配線パターン６を線路パターンとした伝送線路を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線基板の外周から所定の距離をおいて前記多層配線基板の主面に形成されたキャビティと、前記キャビティの側壁に形成された接地パターンと、前記多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された線路パターンとを有し、前記接地パターンおよび前記線路パターンによって伝送線路が構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
多層配線基板の外周から所定の距離をおいて前記多層配線基板の主面に形成されたキャビティと、前記キャビティの側壁に形成された接地パターンと、前記多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された線路パターンとを有し、前記多層配線基板の側面に対して平行な面に配置される前記接地パターンおよび前記線路パターンによって伝送線路が構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
多層配線基板の外周から所定の距離をおいて前記多層配線基板の主面に形成されたキャビティと、前記キャビティの底面および側壁に形成された接地パターンと、前記多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された線路パターンとを有し、前記接地パターンおよび前記線路パターンによって伝送線路を構成し、前記接地パターンは前記多層配線基板の内部に形成されたビアを通して前記多層配線基板の裏面のパッドと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
第１多層配線基板の外周から所定の距離をおいて前記第１多層配線基板の主面に形成された第１キャビティと、前記第１キャビティの側壁に形成された第１接地パターンと、前記第１多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された第１線路パターンとを有し、前記第１接地パターンおよび前記第１線路パターンによって第１伝送線路を構成する第１の基板と、
第２多層配線基板の外周から所定の距離をおいて前記第２多層配線基板の主面に形成された第２キャビティと、前記第２キャビティの側壁に形成された第２接地パターンと、前記第２多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された第２線路パターンとを有し、前記第２接地パターンおよび前記第２線路パターンによって第２伝送線路を構成する第２の基板とを備え、
前記第１の基板の主面と前記第２の基板の主面とを対向させて、前記第１の基板および前記第２基板が接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
（ａ）多層配線がそれぞれに形成された複数の個片を連結した基板を用意し、前記個片の各々の周囲に溝を形成する工程と、
（ｂ）前記個片の各々の外周から所定の距離をおいてほぼ中央部にキャビティを形成する工程と、
（ｃ）前記溝および前記キャビティの内部に導体膜を形成する工程と、
（ｄ）前記基板を前記複数の個片に分割する工程とを有し、
前記キャビティの側壁に形成された導体膜を接地パターンとし、前記溝の側壁に形成された導体膜を線路パターンとした伝送線路を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、携帯電話用高周波パワーモジュールに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
整合回路の一部として必要とされる伝送線路には、コプレーナ線路または同軸線路など様々な線路があるが、高周波用ハイブリッドＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）においては、通常マイクロストリップ線路が用いられている。マイクロストリップ線路は、多層配線基板の主面に対して平行な面に導体層を用いて形成された接地パターンおよび線路パターンによって構成される。
【０００３】
例えば、能動部品や受動部品を主面に搭載した多層配線基板と、この多層配線基板の主面側に固定されたキャップとによって形成された矩形体構造の高周波パワーモジュールにおいて、下部をストリップライン構造とし、上部をマイクロストリップライン構造とした多層配線基板が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１１６０９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記マイクロストリップ線路を有する携帯電話用高周波パワーモジュールにおいては、以下の課題がある。
【０００６】
すなわち、ハイブリッドＩＣによって実現される高周波パワーモジュールの小型化への要求はますます強くなっており、それに対応する手段として、例えば多層配線基板上の受動部品を半導体チップに取り込む方法がとられている。しかしながら、導体パターンにより構成されるマイクロストリップ線路は電磁気学的な作用により成り立ち、その線路の幅および線路パターンと接地パターンとの間の誘電体の厚さによって特性インピーダンスが決定されるため、特性を維持したままマイクロストリップ線路のサイズを容易に小さくすることができない。また同じ理由のために、マイクロストリップ線路を半導体チップに取り込んだとしても、高周波パワーモジュールの出力段の整合回路に用いるマイクロストリップ線路に要求される特性を満足できない。
【０００７】
マイクロストリップ線路以外の整合回路および受動素子を半導体チップに取り込むことにより、高周波パワーモジュールの小型化を推し進めた場合、このマイクロストリップ線路が占める面積が、高周波パワーモジュールのパッケージサイズを律速し、パッケージサイズの小型化を妨げることになる。
【０００８】
本発明の目的は、高周波パワーモジュールにおいて、伝送線路の占有面積を低減することのできる技術を提供することにある。
【０００９】
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１１】
本発明は、多層配線基板の外周から所定の距離をおいて多層配線基板の主面に形成されたキャビティと、キャビティの側壁に形成された接地パターンと、多層配線基板の外周の側壁の一部に形成された線路パターンとを有し、接地パターンおよび線路パターンによって伝送線路を構成するものである。
【００１２】
本発明は、多層配線がそれぞれに形成された複数の個片を連結した基板を用意し、各々の個片の周囲に溝を形成する工程と、各々の個片の外周から所定の距離をおいて各々の個片のほぼ中央部にキャビティを形成する工程と、溝およびキャビティの内部に導体膜を形成する工程と、基板を各々の個片に分割する工程とを有し、個片のキャビティの側壁に形成された導体膜を接地パターンとし、個片の溝の側壁に形成された導体膜を線路パターンとした伝送線路を形成するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールを構成する多層配線基板の一例を図１〜図３を用いて説明する。図１は、多層配線基板を示す要部断面図、図２は、多層配線基板を示す要部上面図、図３は、多層配線基板の外観を示す斜視図である。なお図４は、本発明者らによって検討された多層配線基板を示す要部上面図であって、多層配線基板の主面に対して平行な面に形成された接地パターンおよび線路パターンによって伝送線路を構成するものである。
【００１５】
多層配線基板１は、主として誘電体基板１ａからなり、そのほぼ中央部に矩形のキャビティ２が設けられている。キャビティ２の底には能動素子およびキャパシタ等の受動素子が形成された半導体チップ（図示せず）が固定される。キャビティ２の内部の底面および側壁には、第１の配線パターン３が設けられ、多層配線基板１の裏面には、誘電体基板１ａを貫通するビア４を通して第１の配線パターン３と電気的に接続された裏面パッド５が設けられている。また多層配線基板１の外周の側壁の一部には、多層配線基板１の上面からキャビティ２とほぼ同じ深さに第２の配線パターン６が設けられており、この第２の配線パターン６とキャビティ２の内部の側壁に設けられた第１の配線パターン３とは、一定の厚さの誘電体基板１ａを挟んで平行に配置されている。
【００１６】
誘電体基板１ａは、例えばガラスセラミックからなり、誘電体基板１ａの全体の厚さは０．５〜０．７ｍｍ程度である。第１の配線パターン３、裏面パッド５および第２の配線パターン６は導体膜、例えば高導電性金属である銀系金属からなり、その厚さは１０〜２０μｍ程度である。第１の配線パターン３と裏面パッド５とを接続するビア４は、誘電体基板１ａに形成されたビアホールに導体膜、例えば高導電性金属である銀系金属を充填させた構造となっている。
【００１７】
この多層配線基板１では、キャビティ２の内部の側壁に設けられた第１の配線パターン３および多層配線基板１の裏面に設けられた裏面パッド５をグランド配線とし、多層配線基板１の外周の側壁の一部に設けられた第２の配線パターン６を信号配線とする。これにより、多層配線基板１の側面に対して平行な面に形成された第１の配線パターン３を接地パターン、第２の配線パターン６を線路パターンとした伝送線路が構成される。
【００１８】
このように、伝送線路の線路パターンを多層配線基板１の側壁に形成することにより、伝送線路の長さおよび幅を維持したままで、高周波パワーモジュールに占める伝送線路の面積を低減することができる。
【００１９】
例えば線路パターンの幅が０．３ｍｍ、線路パターンの長さが６ｍｍの伝送線路を考える。図４に示すように、多層配線基板２１の主面に対して平行な面に形成される伝送線路では、多層配線基板２１と線路パターン２２との合わせ余裕を０．２ｍｍとすると、半導体チップが搭載される領域（１．７ｍｍ□）を考慮して１辺が２．７（＝１．７＋（０．３＋０．２）×２）ｍｍの矩形の多層配線基板２１を必要とする。これに対して、図１および図２に示すように、本発明である多層配線基板１の側面に対して平行な面に形成される伝送線路では、キャビティ２の深さを０．３ｍｍ、キャビティ２から多層配線基板１の外周までの距離を０．３ｍｍとすると、半導体チップが搭載される領域（１．７ｍｍ□）を考慮しても、多層配線基板１の１辺を約２．４（＝１．７＋（０．３＋線路パターンの厚さ＋接地パターンの厚さ＋α）×２）ｍｍとすることができ、多層配線基板１の主面に対して平行な面に形成される伝送線路よりも約２０％程度面積を縮小することができる。
【００２０】
次に、本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの製造方法の一例を図５〜図７を用いて説明する。各図（ａ）は、高周波パワーモジュールの製造工程における要部上面図、各図（ｂ）は、高周波パワーモジュールの製造工程における要部断面図である。
【００２１】
まず、図５に示すように、例えばガラスセラミックからなる誘電体基板１ａを用意する。この誘電体基板１ａは、高周波パワーモジュールの一つの多層配線基板１となる個片が複数（３×４）個連結されている。誘電体基板１ａの表面には各々の個片毎に複数のボンディングパッド９が形成され、誘電体基板１ａの裏面には各々の個片毎に裏面パッド５が形成され、誘電体基板１ａの内部には各々の個片毎に銀系金属をビアホールに充填させたビア４および導体層４ａからなる配線が形成されている。さらに、各々の個片の周囲に溝８、各々の個片のほぼ中央部に矩形のキャビティ２がそれぞれ形成され、キャビティ２および溝８の内部に銀系金属からなる第１の配線パターン３および第２の配線パターン６が、例えばメッキ法によりそれぞれ形成されている。ボンディングパッド９の一部は第２の配線パターン６に接続され、また他の一部は誘電体基板１ａの内部に設けられたビア４を介して、誘電体基板１ａの裏面に設けられた裏面パッド５に接続されている。
【００２２】
次に、図６に示すように、誘電体基板１ａを各々の個片に分割することにより、個片の側壁に対して平行な面に、第１の配線パターン３からなる接地パターンおよび第２の配線パターン６からなる線路パターンによって構成される伝送線路が形成された多層配線基板１が製造される。
【００２３】
その後、図７に示すように、半導体チップ１０を多層配線基板１のキャビティ２の底にダイボンディングする。続いてボンディングワイヤ１１を用いてボンディングパッド９と半導体チップ１０とを電気的に接続する。例えば伝送線路に半導体チップ１０または多層配線基板１に設けられたコンデンサ等を接続することにより、出力段の整合回路が形成される。これにより、高周波パワーモジュールが略完成する。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、多層配線基板１の側面に対して平行な面に伝送線路を構成する線路パターンと接地パターンとを形成することによって、高周波パワーモジュールにおいて伝送線路のパッケージにおける占有面積を低減することができるので、パッケージサイズの小型化を実現することができる。
【００２５】
図８は、本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの変形例を示す断面図である。
【００２６】
ここでは、２系統の伝送線路を有する高周波パワーモジュールを例示する。この高周波パワーモジュールは、側壁に第２の配線パターン６からなる線路パターンを備えた多層配線基板１を２つ備えており、それぞれに半導体チップ１０を搭載した第１の基板と第２の基板とによって構成される。第１の基板と第２の基板とは、それぞれの主面を対向させ、電気的および力学的に半田１２を介して接続されており、高周波パワーモジュールの上部にはヒートシンク１３を設けている。
【００２７】
なお、本実施の形態では、多層配線基板１は、例えばガラスセラミックからなり、第１の配線パターン３および第２の配線パターン６は、例えば銀系金属からなるとしたが、これに限定されるものではなく、例えば多層配線基板１をアルミナ、第１の配線パターン３および第２の配線パターン６を銅系金属によって構成してもよい。
【００２８】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の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言うまでもない。
【００２９】
例えば、前記実施の形態では、携帯電話用高周波パワーモジュールに適用した場合について説明したが、パッケージ内に伝送線路が必要となる高周波用ハイブリッドＩＣ、例えば適用される周波数が０．５〜２ＧＨｚ帯のマイクロ波であって、高い出力電力が求められるハイブリッドＩＣにも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
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。
【００３１】
多層配線基板の側面に対して平行な面に伝送線路を構成する線路パターンと接地パターンとを形成することにより、高周波パワーモジュールにおける伝送線路の占有面積を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールを構成する多層配線基板を示す要部断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールを構成する多層配線基板を示す要部上面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールを構成する多層配線基板の外観を示す斜視図である。
【図４】本発明者によって検討された高周波パワーモジュールを構成する多層配線基板を示す要部上面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの製造方法の一例を示す要部上面図、（ｂ）は、同図（ａ）の要部断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの製造方法の一例を示す要部上面図、（ｂ）は、同図（ａ）の要部断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの製造方法の一例を示す要部上面図、（ｂ）は、同図（ａ）の要部断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態である高周波パワーモジュールの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  多層配線基板
１ａ  誘電体基板
２  キャビティ
３  第１の配線パターン
４  ビア
４ａ  導体層
５  裏面パッド
６  第２の配線パターン
８  溝
９  ボンディングパッド
１０  半導体チップ
１１  ボンディングワイヤ
１２  半田
１３  ヒートシンク
２１  多層配線基板
２２  線路パターン
【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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