(57)【要約】【課題】基板内部の回路設計の自由度を損なうことなく、低背化が可能でかつ表面実装部品のシールド形式に左右されない放熱構造を提供する。【解決手段】基板の一方の面に半導体ベアチップ２をフリップチップ実装し、該基板の他方の面にマザーボードに接続されるグランド電極１５を設けた電子部品１１であって、熱伝導性材料により形成されかつ半導体ベアチップを覆う放熱キャップ１２と、基板１を貫通するビアホール１４とを備え、放熱キャップとビアホール並びにビアホールとグランド電極とを熱伝導可能に接続する。ビアホール内を熱伝導性材料により充填する。半導体ベアチップを放熱キャップと共に樹脂モールドすることがある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に半導体ベアチップをフリップチップ実装し、該基板の他方の面にマザーボードに接続されるグランド電極を設けた電子部品であって、
熱伝導性材料により形成されかつ前記半導体ベアチップを覆う放熱キャップと、
前記基板を貫通するビアホールとを備え、
前記放熱キャップと前記ビアホールとを熱伝導可能に接続するとともに、
前記ビアホールと前記グランド電極とを熱伝導可能に接続したことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記半導体ベアチップを実装した基板の一方の面に前記ビアホールと接続する接合パッドを設け、
該接合パッドに前記放熱キャップを接続することにより、該接合パッドを介して前記放熱キャップと前記ビアホールとを熱伝導可能としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記半導体ベアチップを実装した基板の一方の面に前記ビアホールと接続するグランド電極を備え、
該グランド電極に前記放熱キャップを接続することにより、該グランド電極を介して前記放熱キャップと前記ビアホールとを熱伝導可能としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項４】
前記ビアホール内に熱伝導性材料が充填されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品。
【請求項５】
前記半導体ベアチップを前記放熱キャップとともに樹脂モールドしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱構造を備えた電子部品に係り、特に携帯電話機などの小型通信機器の電力増幅器に好適な放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機などのデジタル移動体通信機器の普及により、マイクロ波帯の送信部に用いられる電力増幅器（パワーアンプモジュール）に対する需要が近年増大している。パワーアンプモジュールは、このような通信機器の一構成部品であり、通信機器（特に携帯電話）の小型化に伴う小型軽量化の要請から、この種のモジュールでは、ベアチップをフリップチップ実装する構造が主流になりつつある。
【０００３】
一方、パワーアンプモジュールは、小型化されればされるほど放熱に関して不利になるという側面があるため、小型化と併せて大電力出力時の発熱に対応できる良好な放熱構造が求められる。特に、フリップチップ実装形式は、実装密度の点では優れた実装形式であるものの、放熱性ではワイヤボンディング等の他の実装構造に劣り、このため従来からフリップチップ実装に関連して種々の放熱構造が提案されている。
【０００４】
例えば、図４はベアチップ２を基板１の表面にフリップチップ実装したものであるが、このような実装構造では従来、ベアチップ２の上面に金属製の放熱器５を設け、放熱器５とシールドのために設けられる金属ケース６とを接触させてベアチップ２で発生する熱を放熱器５を介して金属ケース６に逃していた。尚、図中符号９は基板表面に実装したチップ部品である。
【０００５】
また、図５は基板１の下面にキャビティ８を形成し、このキャビティ８の中にベアチップ２をフリップチップ実装する構造である。このような構造の場合、ベアチップ２から発生する熱は、下面のマザーボード（図示せず）に直接放散させていた。
【０００６】
さらに、電子部品の放熱構造を開示するものとして、下記特許文献がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４４３４１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１８４９３１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ベアチップを基板表面に実装する従来の構造（図４）では、ベアチップの上に放熱器を設け、さらにその上に金属ケースを被せる必要があるから、その分基板上部の高さが大きくならざるを得ず、このため近時の低背化の要請に応えることが難しい。この点、前記特許文献１（特開２００１−４４３４１）に記載の構造も、チップ上面に放熱器（肉厚の天板）を設けてさらにその上に放熱キャップを設ける必要があり、同様の問題を孕んでいる。また、この種の実装構造は、放熱を金属ケースに依存しているから、金属ケースを有しない構造（例えば樹脂モールドパッケージ）には当然ではあるが対応することが出来ない。
【００１０】
一方、基板下面のキャビティ内に実装する構造（図５）では、放熱面で金属ケースに依存することはない。しかしながら、この構造では、ベアチップを収容するのに十分な大きさのキャビティを基板内に形成しなければならず、このため基板内部の配線密度を高める上で不利である。また、基板形状が小さければ、キャビティを形成することは困難となり、たとえ基板形状を小型化し、キャビティを形成することが出来たとしても、さらにキャビティの存在が基板内の回路設計の自由度を低下させる難もある。前記特許文献２の構造も、基本的にキャビティ内にベアチップを収容する構造であり、同様の問題を含んでいる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、基板内部の回路設計の自由度を損なうことなく、低背化が可能でかつ表面実装部品のシールド形式に左右されない新たな放熱構造を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成して課題を解決するため、本発明に係る電子部品は、基板の一方の面に半導体ベアチップをフリップチップ実装し、該基板の他方の面にマザーボードに接続されるグランド電極を設けた電子部品であって、熱伝導性材料により形成されかつ前記半導体ベアチップを覆う放熱キャップと、前記基板を貫通するビアホールとを備え、前記放熱キャップと前記ビアホールとを熱伝導可能に接続するとともに、前記ビアホールと前記グランド電極とを熱伝導可能に接続したものである。
【００１３】
このような本発明の電子部品では、ベアチップから発生する熱は、熱伝導性材料により形成した放熱キャップに伝導された後、基板を貫通するビアホールを通じて基板他面のグランド電極に伝導される。グランド電極はマザーボードに接続されるから、グランド電極に伝導されたベアチップの熱は、最終的に熱容量の大きなマザーボードに放散されることとなる。
【００１４】
放熱キャップを形成する熱伝導性材料は、必ずしもその種類を限定されるものではないが、放熱効率の点から熱伝導率が高い材料を使用することが望ましい。具体的には、例えばアルミニウム、銅、銀、リン青銅等の金属を使用することが出来る。また、放熱キャップとビアホール、並びにビアホールとグランド電極を接続する方法としては、これらの方法に限られないが、例えば半田により、あるいは樹脂に錫、銀、銅または金などを混ぜてペースト状にした導電性樹脂によって行うことが出来る。
【００１５】
本発明のこのような構造によれば、ベアチップに放熱器を設けてさらに金属ケースを被せる必要がないから、基板上部の高さを低く抑えて電子部品（モジュール）の低背化を図ることが可能となる。また、キャビティを設ける必要がないから、キャビティ内にベアチップを実装する従来の構造に較べ、基板内部の回路設計の自由度を向上させることが出来る。さらに、ベアチップに被せた放熱キャップから基板内を貫通するビアホールを通じてマザーボードに放熱を行う構造であるから、基板表面の封止形式に左右されることがなく、例えば樹脂モールドパッケージとする場合にも本発明の放熱構造は適用可能である。したがって、本発明では、半導体ベアチップを放熱キャップとともに樹脂モールドすることがある（請求項５）。
【００１６】
また、かかる本発明の電子部品では、半導体ベアチップを実装した基板の一方の面に前記ビアホールと接続する接合パッドを設け、該接合パッドに前記放熱キャップを接続することがある。このような構造によれば、接合パッドを介して放熱キャップからビアホールへ熱伝導を行うことが出来る。
【００１７】
また、半導体ベアチップを実装した基板の一方の面に前記ビアホールと接続するグランド電極を設け、該グランド電極に前記放熱キャップを接続しても良い。この構造によれば、基板の一方の面に配したグランド電極を介して放熱キャップからビアホールへと熱伝導を行うことが可能となる。
【００１８】
さらに、前記ビアホール内に熱伝導性材料が充填されたものとする場合がある。放熱キャップに伝導されたベアチップからの熱を基板他面のグランド電極およびマザーボードに、より効率よく伝導するためである。かかるビアホールを形成するには、例えばスルーホール内に熱伝導性の良好な導電性樹脂ペーストを充填することにより行うことが出来る。また、さらに熱伝導効率を高めるには、ビア内を埋めるようにめっき金属を析出させ柱状にめっき金属をビア内に充填するフィルドビアによって本発明の放熱用ビアホールを形成することが好ましい。
【００１９】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
〔第一の実施形態〕  図１および図２は、本発明の第一の実施の形態に係る電子部品を示すものである。図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２２】
図に示すようにこの電子部品１１は、多層基板１の上面に半導体ベアチップ２をフリップチップ実装したもので、半導体ベアチップ２から発生する熱を逃がすために該ベアチップ２には放熱キャップ１２を被せてある。この放熱キャップ１２は、ベアチップ２の天面（バンプ３の形成面と反対側の面）および周囲側面を覆い、かつこれらベアチップ天面および周囲側面と接するようにベアチップ２に被せられている。
【００２３】
放熱キャップ１２は、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムや銅、銀、リン青銅等の金属により形成する。尚、放熱キャップ１２をベアチップ２に装着するときに、ベアチップ２の外面と放熱キャップ１２の内面との間に熱伝導材料（例えば樹脂に錫、銀、銅または金などを混ぜてペースト状にした導電性樹脂）を介在させても良い。ベアチップ２と放熱キャップ１２との間に隙間が生じることを防ぎ、ベアチップ２と放熱キャップ１２を確実に接触させて熱伝導を行わせるためである。
【００２４】
また、放熱キャップ１２は、ベアチップ実装部周囲の基板上に設けた接合パッド１３に熱伝導可能に接続する。この接合パッド１３は、放熱キャップ１２と同様に熱伝導率が高い金属（例えば銅箔）により形成する。接合パッド１３を銅箔により形成する場合には、基板表面の他の配線パターン１６を形成するときに同時にエッチングによって接合パッド１３のパターニングを行い、これを形成することが可能である。接合パッド１３の形状は、放熱キャップ１２および後に説明するビアホール１４と接続可能なものであれば特にその形状を問わない。尚、基板上面にグランド電極を設ける場合には、前記放熱用の接合パッド１３を設ける代わりに、このグランド電極に放熱キャップ１２を接続するようにしても良い。放熱キャップ１２と接合パッド１３との接続は、例えば半田により、あるいは樹脂に錫、銀、銅または金などを混ぜてペースト状にした導電性樹脂によって行うことが出来る。
【００２５】
接合パッド１３は、放熱用のビアホール１４に接続してある。この放熱用ビアホール１４は、接合パッド１３と基板下面に設けたグランド電極１５とを熱伝導可能に接続するもので、例えば基板１を貫通するように穿設した穴にめっき（無電解めっき或いはこれに加えて電解めっき）を施しためっきスルーホールにより形成することが出来る。
【００２６】
放熱用のビアホール１４は、穴内部が熱伝導率の高い材料によって充填されたビアホールとすることが望ましい。放熱キャップ１２から基板下面のグランド電極１５への放熱効率を高めるためである。また、かかる充填型のビアホールによれば、中心部が空洞の貫通スルーホールに較べ、より小さな穴径であっても同等量のあるいはそれ以上の熱伝導（放熱）を行うことが可能となるから、その分、基板１内の配線密度を高めることが出来る。
【００２７】
かかる充填型のビアホールを形成するには、例えばスルーホール内に熱伝導性の良好な導電性樹脂ペーストを充填することにより行うことが出来る。さらに熱伝導効率を高めるためには、ビア内を埋めるようにめっき金属（例えば銅）を析出させたフィルドビアを形成することが好ましい。放熱用ビアホール１４の径および配設本数（１本あるいは２本以上とすることが出来る）は、ベアチップ２の発熱量に対応して適宜設定すれば良い。
【００２８】
基板下面のグランド電極１５は、電子部品１１をマザーボード（図示せず）に実装したときに、該マザーボードに電気的に接続されるものである。尚、基板上面には他のチップ部品９も実装されている。
【００２９】
このような放熱構造を有する本実施形態の電子部品１１では、ベアチップ２から発生された熱は、放熱キャップ１２に吸収され、接合パッド１３およびビアホール１４を経て基板下面のグランド電極１５に伝導されて熱容量の大きなマザーボードに放散される。
【００３０】
〔第二の実施形態〕  図３は、本発明の第二の実施の形態に係る電子部品を示すものである。同図に示すようにこの電子部品２１は、前記第一の実施形態と同様に基板表面にフリップチップ実装した半導体ベアチップ２と基板下面のグランド電極１５を備え、同様の放熱構造（放熱キャップ１２、接合パッド１３および放熱用ビアホール１４）を有するものであるが、基板表面の半導体ベアチップ２を放熱キャップ１２ごと、他の表面実装部品９とともに樹脂２２によってモールドしたものである。
【００３１】
このように発明の放熱構造によれば、樹脂モールド構造にも対応することが可能で、基板上面を樹脂２２で完全に覆って半導体ベアチップ２を封止してもビアホール１４を通じて放熱を行うことが出来る。さらに、このような樹脂モールドパッケージによれば、金属ケースを備えた従来の電子部品より基板上部の高さｈを低く抑えることができ、電子部品を低背化することが出来る。また、基板表面上にフリップチップ実装した半導体ベアチップ２や、チップ部品９などの保護や、防湿にも効果がある。ただし、本発明は、基板表面をシールドする金属ケースの使用を禁止するものではなく、例えば本実施形態の樹脂モールドに代え、基板表面に金属ケースを被せた電子部品を構成しても構わない。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者にとって明らかである。例えば、放熱キャップの形状およびサイズは、図示の例に限定されるものではなく、例えばベアチップの形状・サイズに合わせて様々に変更することが可能である。また前記実施形態では、放熱キャップに１個のベアチップを収容したが、２個以上のベアチップを一つの放熱キャップ内に収容することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板内部の回路設計の自由度を損なうことなく、低背化が可能でかつ表面実装部品のシールド形式に左右されない放熱構造を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る電子部品を模式的に示す断面図である。
【図２】前記第一の実施形態に係る電子部品を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る電子部品を模式的に示す断面図である。
【図４】従来の放熱構造を備えた電子部品を模式的に示す断面図である。
【図５】従来の別の放熱構造を備えた電子部品を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  半導体ベアチップ
３  バンプ
１１，２１  電子部品
１２  放熱キャップ
１３  接合パッド
１４  放熱用ビアホール
１５  グランド電極
２２  モールド樹脂
【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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