(57)【要約】【課題】    ミリ波電力用デバイスとして、小型で放熱が可能であり、また実装におけるハンドリングが容易であること。【解決手段】導体スルーホールを含む導体パターンが形成された多層セラミック基板において、その上層基板に形成されたキャビティーに半導体チップがフェイスダウンで実装され、前記多層セラミック基板の上面には樹脂層が形成され、前記樹脂層には前記キャビティー領域の開口部と前記多層セラミック基板の上面に形成された複数の電極の開口部が形成され、前記開口部には前記半導体チップの裏面と前記複数の電極に達する金属層が形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
導体スルーホールを含む導体パターンが形成された多層セラミック基板において、その上層基板に形成されたキャビティーに半導体チップがフェイスダウンで実装され、前記多層セラミック基板の上面には樹脂層が形成され、前記樹脂層には前記キャビティー領域の開口部と前記多層セラミック基板の上面に形成された複数の電極の開口部が形成され、前記開口部には前記半導体チップの裏面と前記複数の電極に達する金属層が形成されたことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記複数の金属層は、外部接続用の入力電極と出力電極を含み、入力電極と出力電極はこれらに接続される前記導体スルーホールを含んでいずれも両側を接地電極により挟まれた構造であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は小型で放熱可能な高周波半導体デバイス及びモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に高周波半導体デバイスの構造は、外囲器の中にディスクリートチップを実装し、ディスクリートチップの直近で外囲器内入出力整合回路を設けたもの、あるいは半導体基板に入出力整合回路を形成したＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップを外囲器に実装したものがある。半導体チップはフェイスアップで外囲器の放熱板に実装し、配線はＡｕ線などのボンディングワイヤを使用する。前者は電気的な接続箇所が多いため配線数は多い。そして半導体チップの発熱が小さい場合は樹脂封止が行われ、発熱の大きい電力用素子ではセラミックや金属によるリッドで気密封止される。【０００３】  ミリ波（３０ＧＨｚ以上）のような高い周波数で動作する半導体デバイスは、外囲器が有する寄生成分ロス（寄生キャパシタンスや寄生インダクタンス）や配線ロスが無視できないためＭＭＩＣチップをベアチップのままモジュールに組み込むことが多い。外囲器が有する寄生成分ロスを極力減少させるためには外囲器サイズを極力小さくすることになるが、現在まで使用できそうな外囲器は提案されていない。またモジュールでは、複数のＭＭＩＣチップがＡｕ線などの空間配線で接続されるため配線ロスは依然発生する。【０００４】  上記のモジュール構成では、ＭＭＩＣチップは高温のＡｕ共晶ハンダでマウントされることが多く手作業で実装することになるため熟練を要する。また実装作業中、あるいはモジュールを稼動させた後にＭＭＩＣに不具合が生じた場合、チップの取替えは容易でない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  配線ロスを可能な限り小さくするには、半導体チップをフェイスダウンで実装する所謂フリップチップ実装がある。しかし半導体チップの放熱は主にチップ裏面から行う必要があるため簡便にヒートシンクを取り付ける構造を実現するのは困難であった。【０００６】  また半導体の実装はスキルの要する手作業から脱皮し、さらに取替えが必要な場合に容易であることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本考案によると、導体スルーホールを含む導体パターンが形成された多層セラミック基板において、その上層基板に形成されたキャビティーに半導体チップがフェイスダウンで実装され、前記多層セラミック基板の上面には樹脂層が形成され、前記樹脂層には前記キャビティー領域の開口部と前記多層セラミック基板の上面に形成された複数の電極の開口部が形成され、前記開口部には前記半導体チップの裏面と前記複数の電極に達する金属層が形成されたことを特徴とする。【０００８】  また前記複数の金属層は、外部接続用の入力電極と出力電極を含み、入力電極と出力電極はこれらに接続される前記導体スルーホールを含んでいずれも両側を接地電極により挟まれた構造であることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００９】  本考案の半導体デバイスは、高周波、特にミリ波電力用デバイスに好適であり、小型で放熱が可能なものである。またパッケージデバイスであることから自動機によるＰｉｃｋ＆Ｐｌａｃｅが可能であり、無鉛ハンダを使用した表面実装が行えるため取替え作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の半導体デバイス
【図２】半導体デバイスを説明するために一部分解した図
【図３】半導体デバイスの断面図
【図４】電極の形状を変えた半導体デバイスの例
【図５】複数チップ構成の半導体デバイスの例
【図６】製作工程を説明する図
【考案を実施するための形態】
【００１１】  以下、本考案の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例】
【００１２】  図１は半導体デバイスの外観を示しており、ガラスセラミック多層基板１の上にポリイミド樹脂層２が形成される。ポリイミド樹脂層２には入力電極３、出力電極４、及び電源供給電極５を含む複数の取り出し電極と放熱金属層６が形成される。図２はデバイスの内部が分かるようにポリイミド樹脂層２を外した外観図である。この実施例では多層セラミック基板１は２層（図の７と８）から成り、上層の基板７にはキャビティー９が形成されており、半導体チップ１０がキャビティー内にフェイスダウンで実装され、アンダーフィル樹脂層１１が形成される。またこの実施例の半導体チップ８はＭＭＩＣチップであり、ＭＭＩＣチップに形成された電極は入出力電極と複数の電源供給用電極になる。図ではＭＭＩＣチップの裏面が見えており電極は図示していない。【００１３】  図２において高周波信号の入力電極３と出力電極４は接地電極１２で挟まれた構造をしている。これらの電極はガラスセラミック基板７においては導体スルーホール１３を介してガラスセラミック基板８に形成された導体パターン（図示していない）に接続される。放熱金属層６は放熱の役割と共に接地されるので、接地のための導体スルーホール１４は放熱金属層６に接続される。このように伝送線路が基板を貫通する導体スルーホールで形成される場合、その両脇を接地の導体スルーホールで挟む構造はグウンデッドコープレナーウェイブガイド（特開２０００−２１６６０３）として知られており、特にミリ波帯における伝送損失を小さくするために使用される。なお導体パターンはガラスセラミック基板８に形成されＭＭＩＣの該当電極に接続するが、パターンの描き方は限定しない。また放熱金属層６は接地されるので図４に示すように、ポリイミド樹脂層２で接地する構造１４を採っても良い。【００１４】  本考案の半導体デバイスはポリイミド樹脂層の面がモジュール基板（プリント基板）に無鉛ハンダなどで表面実装される。この場合、図１の放熱金属層５からの熱はモジュール基板に形成したサーマルビア（無数のスルーホールで熱を放散させる役割）を介して放散させるのが良い。なおＭＭＩＣチップの裏面は通常接地されるので、モジュール基板のサーマルビアも接地される。【００１５】  本考案の半導体デバイスはＭＭＩＣの多チップ構成も容易に実現できる。図５には２チップ構成のデバイス例を示している。例として前段にゲインコントロールアンプ用ＭＭＩＣ１５、後段に電力用ＭＭＩＣ１６とする構成、ＳｉのＣＭＯＳ  ＲＦ  ＩＣとＧａＡｓ系ＭＭＩＣの構成、受信系と送信系の構成なども実現できる。【００１６】  本考案の半導体デバイスの製造方法を図５（ａ）〜（ｆ）に示す。なお従来知られている製造方法の組合せで容易に実現できるものである。（ａ）は、所要の電極パターン１７とキャビティー９が形成されたガラスセラミックの２層基板（７、８）に、ＭＭＩＣチップ１０がフェイスダウンで実装（フリップチップ実装）された工程図である。実装は鉛ハンダやＡｕなどの金属バンプ１８を使用して接合することができる。（ｂ）において、バンプ接合の強度を確保するためにアンダーフィル樹脂１１を形成する。一般にエポキシ系樹脂が使用される。（ｃ）では、感光性樹脂を塗���してキャビティー領域９と所要の電極領域１９を開口する。感光性樹脂としては感光性ポリイミド樹脂が耐熱性があって好適であるが、感光性エポキシ樹脂であっても良い。次に（ｄ）において、開口領域に電解めっきにより金属層２０を形成する。金属はＣｕ、Ｎｉなどを使用することができる。金属層２０は図に示すように平坦性が出ないので、（ｆ）において平坦研磨（研削）する。このときポリイミド樹脂層を含んで研磨しても問題ない。（ｅ）でダイシングして図３が完成する。なおガラスセラミック多層基板は、アルミナセラミック、窒化アルミニュウムセラミック多層基板でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  以上述べたように本考案の半導体デバイスは、特にミリ波モジュールの低コスト化、生産性向上に寄与する。
【符号の説明】
【００１８】１        ガラスセラミック多層基板
２        ポリイミド樹脂層
３        入力電極
４        出力電極
５        電源供給用電極
６        放熱金属層
７        上層基板
８        下層基板
９        キャビティー
１０      ＭＭＩＣチップ
１１      アンダーフィル樹脂
１２      接地用電極
１３      導体スルーホール
１４      接地用導体スルーホール
１５      ゲインコントロールアンプ
１６      電力用ＭＭＩＣ
１７      電極パターン
１８      バンプ
１９      開口部
２０      めっき金属層
【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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