(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性及び耐久性を向上させ、かつ容易に製造することができるパワーアンプモジュールを提供する。【解決手段】ヒートスプレッダ11と、ヒートスプレッダ11上に設置され、所望の位置に回路パターン12及び貫通穴13a,13bが設けられた配線基板14と、貫通穴13a,13bに露出したヒートスプレッダ11の表面11a,11bにベアチップの状態で実装され、回路パターン12と電気的に接続された半導体チップ15a,15bと、配線基板14を覆ってヒートスプレッダ11上に固定されたキャップ18とを備えているパワーアンプモジュール1。【選択図】図１
2005332958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダ上に設置され、所望の位置に回路パターン及び貫通穴が設けられた配線基板と、
前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面にベアチップの状態で実装され、前記回路パターンと電気的に接続された半導体チップと、
前記配線基板を覆って前記ヒートスプレッダ上に固定されたキャップとを備えているパワーアンプモジュール。
【請求項２】
前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面に凸部が設けられ、
前記半導体チップは、前記凸部の上面にベアチップの状態で実装されている請求項１に記載のパワーアンプモジュール。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダは、Ｃｕ及びＣｕＷのうち少なくともいずれか一方で形成されている請求項１又は請求項２に記載のパワーアンプモジュール。
【請求項４】
前記半導体チップの厚みは、１００μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のパワーアンプモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップがベアチップの状態で実装されたパワーアンプモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話基地局用アンプユニットの小型化に伴って、前記アンプユニットに使用されるパワーアンプモジュールには、より小型化され、かつ放熱性が高いものが望まれている。
【０００３】
従来、パワーアンプモジュールには、モジュール化が容易である等の観点から、半導体チップをパッケージングした半導体パッケージが広く使用されている。しかしながら、半導体パッケージを用いる場合、モジュール構成面積が大きくなるため、小型化が困難となる上、半導体チップをパッケージング化するための材料費及び加工費が嵩み、コスト高となる問題が生じていた。更に、半導体パッケージと基板との間に介在する接着剤の熱抵抗が加わるため、高出力が要求されるモジュールにおいては、半導体パッケージから発生する熱を効率良く放熱させることが困難となり、許容電力損失値の向上を妨げるという短所を有していた。
【０００４】
このような背景の中、パワーアンプモジュールの小型化及び高放熱性を実現するため、放熱材で構成されたヒートスプレッダ上に半導体チップがベアチップの状態で実装されたパワーアンプモジュールが、例えば特許文献１等に提案されている。図３に、特許文献１に提案されたパワーアンプモジュールの断面図を示す。
【０００５】
図３に示すように、特許文献１に提案されたパワーアンプモジュール１００は、ステム１０１と、ステム１０１上に設置され、所望の位置に回路パターン（図示せず）及び貫通穴１０２ａ，１０２ｂが設けられた配線基板１０３と、貫通穴１０２ａ，１０２ｂに露出したステム１０１の表面に接着されたヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂと、ヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂ上にベアチップの状態で実装され、前記回路パターンと電気的に接続された半導体チップ１０５ａ，１０５ｂと、配線基板１０３を覆ってステム１０１上に固定されたキャップ１０６とを備えている。また、ステム１０１及びヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂはＣｕ等の放熱材で構成されており、半導体チップ１０５ａ，１０５ｂから発生する熱を放熱させる役割を果たしている。
【０００６】
このように、パワーアンプモジュール１００では、半導体パッケージを使用せず、ベアチップの状態で半導体チップ１０５ａ，１０５ｂをヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂ上に実装しているため、従来の半導体パッケージを使用したパワーアンプモジュールに比べ、より小型化され、放熱性も向上している。
【特許文献１】特開平９−９７８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に提案されたパワーアンプモジュール１００では、ステム１０１とヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂとを接着させるために接着剤を使用しているため、例えば、携帯電話基地局用アンプユニット等の高出力が要求される用途においては、前記接着剤の熱抵抗により、効率良く放熱させることが困難であった。また、前記接着剤の材料によっては、パワーアンプモジュールの耐久性が劣化するおそれがあった。更に、ステム１０１とヒートスプレッダ１０４ａ，１０４ｂとを接着させる際の位置合わせ等により製造工程が複雑化していた。
【０００８】
そこで、本発明は、前記問題を解決するために、放熱性及び耐久性を向上させ、かつ容易に製造することができるパワーアンプモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパワーアンプモジュールは、ヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダ上に設置され、所望の位置に回路パターン及び貫通穴が設けられた配線基板と、
前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面にベアチップの状態で実装され、前記回路パターンと電気的に接続された半導体チップと、
前記配線基板を覆って前記ヒートスプレッダ上に固定されたキャップとを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のパワーアンプモジュールは、半導体チップからヒートスプレッダへ伝導された熱を、接着剤を介さずに外部へ効率良く放熱させることができるため、例えば、パワーアンプモジュールの許容電力損失値を向上させることができる。また、本発明のパワーアンプモジュールは、ヒートスプレッダをステム等の基材に接着させる必要がないため、耐久性を向上させ、かつ容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のパワーアンプモジュールは、ヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダ上に、例えば半田等を用いて設置され、所望の位置に回路パターン及び貫通穴が設けられた配線基板と、前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面にベアチップの状態で実装され、前記回路パターンと電気的に接続された半導体チップと、前記配線基板を覆って前記ヒートスプレッダ上に固定されたキャップとを備えている。
【００１２】
前記ヒートスプレッダの構成材料は、熱伝導率の大きい材料であれば特に限定されないが、Ｃｕ及びＣｕＷのうち少なくともいずれか一方であることが好ましい。前記配線基板
を構成する基材は、電気絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、ガラスエポキシ基材、エポキシ基材、フェノール基材、セラミック基材等の基材が使用できる。また、前記配線基板の厚みは、２００〜８００μｍが好ましい。前記配線基板に設けられる回路パターンは、公知の方法で形成することができ、例えば、前記基材表面に熱プレス等により設けた金属箔を、公知のフォトリゾグラフィー法によりエッチングすることで形成できる。前記配線基板に設けられる貫通穴は、前記半導体チップが収容できる大きさに形成されている。前記貫通穴の形成方法としては、例えばパンチ加工やレーザー加工等の手段を用いることができる。
【００１３】
前記半導体チップは、例えばＡｕＳｎやＡｇペースト等のダイボンディング剤を用いて、前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面にベアチップの状態で実装され、前記回路パターンと、例えばＡｕワイヤ等の金属細線で電気的に接続されている。前記半導体チップの厚みは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。半導体チップの厚みが１００μｍを超えると、半導体チップ内において、発生した熱の拡散経路が長くなるため放熱性が妨げられる。なお、前記半導体チップの構成材料は、特に限定されず、例えばＧａＡｓ等の化合物半導体を含む公知の半導体材料が使用できる。
【００１４】
前記キャップは、前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面に前記半導体チップが実装された状態で、前記貫通穴が設けられた前記配線基板を覆って前記ヒートスプレッダ上に固定されている。前記キャップの前記ヒートスプレッダへの固定方法は、例えば、前記ヒートスプレッダに前記キャップの縁部を勘合させて固定する方法や、前記ヒートスプレッダと前記キャップの縁部とを接着剤等を用いて接着させることにより固定する方法を用いることができる。なお、前記キャップの構成材料は、特に限定されないが、例えば、洋白等が好ましい。また、前記キャップの内面と、前記半導体チップの表面との間の距離は、効率良く放熱させるためには、５００〜３０００μｍとすることが好ましい。
【００１５】
本発明のパワーアンプモジュールは、前記構成により、半導体チップからヒートスプレッダへ伝導された熱を、接着剤を介さずに外部へ効率良く放熱させることができるため、例えば、パワーアンプモジュールの許容電力損失値を向上させることができる。また、本発明のパワーアンプモジュールは、ヒートスプレッダをステム等の基材に接着させる必要がないため、耐久性を向上させ、かつ容易に製造することができる。
【００１６】
また、本発明のパワーアンプモジュールは、前記貫通穴に露出した前記ヒートスプレッダの表面に凸部が設けられ、前記半導体チップが、前記凸部の上面にベアチップの状態で実装されていることが好ましい。これにより、例えば半導体チップと回路パターンとを金属細線で電気的に接続する際、配線基板の厚みに制約されずに前記金属細線の伸長を抑えることができるため、確実に電気接続を行うことができる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係るパワーアンプモジュールの説明図であり、図１Ａは上面図、図１Ｂは図１ＡのI−I線断面図である。
【００１８】
図１Ａに示すように、第１実施形態に係るパワーアンプモジュール１は、略平面形状をなすヒートスプレッダ１１と、ヒートスプレッダ１１上に半田等を用いて設置され、所望の位置に回路パターン１２及び貫通穴１３ａ，１３ｂが設けられた配線基板１４と、貫通穴１３ａ，１３ｂに露出したヒートスプレッダ１１の表面１１ａ，１１ｂにベアチップの状態で実装され、回路パターン１２と電気的に接続された半導体チップ１５ａ，１５ｂと、半導体チップ１５ａ，１５ｂの整合を取るために回路パターン１２に実装されたコンデンサやインダクタ等の電子部品１６と、モジュール外部との電気的接続のために取り付けられたＦｅＮｉ等からなるリード端子１７とを備え、更に、図１Ｂに示すように、配線基板１４を覆ってヒートスプレッダ１１上に固定されたキャップ１８を備えている。
【００１９】
半導体チップ１５ａ，１５ｂは、例えばＡｕＳｎやＡｇペースト等のダイボンディング剤を用いて、貫通穴１３ａ，１３ｂに露出したヒートスプレッダ１１の表面１１ａ，１１ｂに実装され、回路パターン１２と、例えばＡｕワイヤ等の金属細線３で電気的に接続されている。電子部品１６は、その一端がパッド（図示せず）等を介して回路パターン１２に電気的に接続され、他端が配線基板１４に設けられたランド２に半田等により電気的に接続されている。また、キャップ１８は、例えば、ヒートスプレッダ１１にキャップ１８の縁部１８ａ（図１Ｂ参照）を勘合させることにより固定されている。
【００２０】
このように構成された第１実施形態に係るパワーアンプモジュール１は、半導体チップ１５ａ，１５ｂからヒートスプレッダ１１へ伝導された熱を、接着剤を介さずに外部へ効率良く放熱させることができるため、例えば、パワーアンプモジュール１の許容電力損失値を向上させることができる。また、パワーアンプモジュール１は、ヒートスプレッダ１１をステム等の基材に接着させる必要がないため、耐久性を向上させ、かつ容易に製造することができる。
【００２１】
また、パワーアンプモジュール１の構成材料の一例と、それぞれの構成材料における、熱伝導率、厚み方向と直交する方向に切断した断面積（以下、単に「断面積」という）、厚み及び熱抵抗概算は、半導体チップ１５ａ，１５ｂ（材料：ＧａＡｓ、熱伝導率：５４Ｗ／ｍＫ、断面積：２．０ｍｍ2、厚み：５０μｍ、熱抵抗概算：０．４６Ｋ／Ｗ）、ダイボンディング剤（材料：ＡｕＳｎ、熱伝導率：５７Ｗ／ｍＫ、断面積：２．１ｍｍ2、厚み：１０μｍ、熱抵抗概算：０．０８Ｋ／Ｗ）、ヒートスプレッダ１１（材料：ＣｕＷ、熱伝導率：２６０Ｗ／ｍＫ、断面積：２２．２ｍｍ2、厚み：１５００μｍ、熱抵抗概算：０．２６Ｋ／Ｗ）となり、トータル熱抵抗は約０．８Ｋ／Ｗで、従来の接着剤を用いたパワーアンプモジュールに対し約４割の熱抵抗低減効果が見込める。
【００２２】
なお、第１実施形態に係るパワーアンプモジュール１において、半導体チップ１５ａ，１５ｂと回路パターン１２とを金属細線３で確実に電気接続するためには、配線基板１４の厚みを３００μｍ以下にすることが好ましい。これにより、金属細線３の伸長を抑えることができる。
【００２３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。参照する図２は、第２実施形態に係るパワーアンプモジュールの断面図で、第１実施形態の図１Ｂに相当する図である。なお、図１Ａ，Ｂと同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２４】
図２に示すように、第２実施形態に係るパワーアンプモジュール２０は、貫通穴１３ａ，１３ｂに露出したヒートスプレッダ２１の表面２１ａ，２１ｂに凸部２２ａ，２２ｂが設けられ、半導体チップ１５ａ，１５ｂが、凸部２２ａ，２２ｂの上面にベアチップの状態で実装されている。その他の構成は、第１実施形態に係るパワーアンプモジュール１と同様である。これにより、パワーアンプモジュール２０は、前述したパワーアンプモジュール１が奏する効果に加え、半導体チップ１５ａ，１５ｂと回路パターン１２とを金属細線３で電気的に接続する際、配線基板１４の厚みに制約されずに金属細線３の伸長を抑えることができるため、確実に電気接続を行うことができる。なお、凸部２２ａ，２２ｂは、例えば金型等を用いて、ヒートスプレッダ２１の凸部２２ａ，２２ｂが形成される箇所以外の表面を圧縮して形成することができる。また、配線基板１４の厚みと、凸部２２ａ，２２ｂの厚みとの差は、２００μｍ以下であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、携帯電話基地局用アンプユニット等の高出力が要求される用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパワーアンプモジュールの説明図であり、Ａは上面図、ＢはＡのI−I線断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るパワーアンプモジュールの断面図である。
【図３】従来のパワーアンプモジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，２０  パワーアンプモジュール
１１，２１  ヒートスプレッダ
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ  表面
１２    回路パターン
１３ａ，１３ｂ  貫通穴
１４    配線基板
１５ａ，１５ｂ  半導体チップ
１８    キャップ
２２ａ，２２ｂ  凸部
【図１】
2005332958.tif 000003
【図２】
2005332958.tif 000004
【図３】
2005332958.tif 000005