(57)【要約】【課題】搭載した半導体素子からの熱の放熱性が不足するおそれのある従来のアンテナ搭載の半導体装置の課題を解消する。【解決手段】シリコン基板１８の一面側に形成されたアンテナ２４と、シリコン基板１８の他面側に搭載された半導体素子２０とが、シリコン基板１８を貫通する貫通ヴィア２６を介して電気的に接続され、且つシリコン基板１８と別体に形成され、一面側に受動素子が搭載された配線基板１０とシリコン基板１８とが、配線基板１０の一面側とシリコン基板１８の他面側との間に配設された銅コアはんだボール３４を介して電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一面側に形成されたアンテナと、前記シリコン基板の他面側に搭載された能動素子である半導体素子とが、前記シリコン基板を貫通する貫通ヴィアを介して電気的に接続され、
且つ前記シリコン基板と別体に形成され、一面側に受動素子が搭載された配線基板と前記シリコン基板とが、前記配線基板の一面側とシリコン基板の他面側との間に配設された接続部材を介して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２】
シリコン基板の貫通孔の内周面を含む外周面に、SiO２又はSiNから成る絶縁層が形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
接続部材が、コア部の外周面にはんだ層が形成されたコア付はんだボールである請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
配線基板が、樹脂製の配線基板である請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
配線基板の一面側とシリコン基板の他面側との間が封止樹脂によって封止されている請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
配線基板の他面側に外部接続端子が装着されている請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、更に詳細にはアンテナが形成されて、無線通信等に用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信等に用いられるアンテナが設けられた半導体装置としては、下記特許文献１に図５に示す半導体装置が提案されている。図５に示す半導体装置では、配線基板１００の一面側に搭載された能動素子である半導体素子１０２や受動素子であるチップコンデンサ１０４が封止樹脂層１０６で封止されている。かかる封止樹脂層１０６の表面にアンテナ１０８が形成されている。このアンテナ１０８は、端子１１０，１１０を介して配線基板１００に電気的に接続されている。
かかるアンテナ１０８は、保護膜１１２で覆われており、配線基板１００の他面側には、外部接続端子１１４，１１４・・が形成されている。
【特許文献１】特開２００７−４２９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図５に示す半導体装置は、小型化を図ることができ、携帯電話器等の無線モジュールに用いることができる。
ところで、図５に示す半導体装置では、配線基板１００の一面側に搭載している能動素子である半導体素子の半導体素子１０２からの熱は、配線基板１００や封止樹脂層１０６を介して放熱される。
このため、高周波用の半導体素子１０２を搭載した半導体装置の場合には、半導体素子１０２からの熱の放熱が不足するおそれがあり、図５に示す半導体装置の放熱性の向上が望まれている。
そこで、本発明は、搭載した半導体素子からの熱の放熱性が不足するおそれのある従来のアンテナ搭載の半導体装置の課題を解消し、搭載した半導体素子からの熱を迅速に放熱できるアンテナ搭載の半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、前記課題を解決すべく、図６に示す半導体装置を試みた。図６に示す半導体装置では、配線基板２００の一面側に、アンテナ２０２、半導体素子２０４及び受動素子としてのチップコンデンサ２０６や水晶振動子２０８を搭載し、半導体素子２０４、チップコンデンサ２０６、水晶振動子２０８を封止樹脂層２１０で封止した。
更に、搭載した半導体素子２０２の熱を迅速に放熱すべく、配線基板２００を貫通する複数本の放熱ヴィア２１２，２１２・・を形成した。
図６に示す半導体装置をマザーボードに実装したところ、半導体素子２０２の熱は放熱ヴィア２１２，２１２・・を経由して迅速にマザーボードに放熱できる。
しかしながら、配線基板２００の一面側にアンテナ２０２を形成することによって、配線基板２００を大型化する。更に、配線基板２００に複数本の放熱ヴィア２１２，２１２・・を形成することによって、配線基板２００の設計の自由度を制限する。
このため、本発明者は、樹脂やセラミックによって形成された配線基板に比較して、熱伝導率が高く且つ導体パターンが形成できるシリコン基板に半導体素子を搭載し、且つチップコンデンサ等の受動素子は配線基板に搭載することによって半導体素子の熱を迅速に放熱できるものと考え、更に検討を重ねた結果、本発明に到達した。
【０００５】
すなわち、本発明は、シリコン基板の一面側に形成されたアンテナと、前記シリコン基板の他面側に搭載された能動素子である半導体素子とが、前記シリコン基板を貫通する貫通ヴィアを介して電気的に接続され、且つ前記シリコン基板と別体に形成され、一面側に受動素子が搭載された配線基板と前記シリコン基板とが、前記配線基板の一面側とシリコン基板の他面側との間に配設された接続部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置にある。
かかる本発明において、シリコン基板の貫通孔の内周面を含む外周面に、SiO２又はSiNから成る絶縁層を形成することによって、配線パターン等をシリコン基板の表面に容易に形成できる。
また、接続部材として、コア部の外周面にはんだ層が形成されたコア付きはんだボールを用いることによって、シリコン基板と配線基板との間隔を確実に所定幅にできる。
かかるシリコン基板と配線基板との間を、封止樹脂で封止することによって、半導体素子や受動素子を確実にシールできる。
更に、配線基板の他面側に外部接続端子を装着することにより、半導体装置をマザーボードに容易に実装できる。
尚、配線基板として、樹脂製の配線基板を用いることによって、半導体装置の軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る半導体装置では、チップコンデンサ等の受動素子が搭載された配線基板の一面側と対向する一面側にアンテナが形成されたシリコン基板の他面側に、能動素子である半導体素子が搭載されている。
かかるシリコン基板を形成するシリコンの熱伝導率は１６８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。一方、配線基板を形成する材料であるエポキシ樹脂の熱伝導率は０．０３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、アルミナセラミックの熱伝導率は３０．２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。この様に、シリコンから成るシリコン基板は、樹脂又はセラミックから成る配線基板に比較して、放熱性は優れている。
このため、本発明に係る半導体装置では、半導体素子からの熱を直接シリコン基板から放熱でき、半導体素子からの熱を迅速に放熱できる結果、高周波用の半導体素子を搭載可能にできる。
また、本発明に係る半導体装置では、配線基板に半導体素子を搭載することなくチップコンデンサ等の受動素子のみを搭載し、且つ放熱ヴィアを形成することを要しないため、配線基板の設計の自由度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の一例を図１に示す。図１に示す半導体装置は、樹脂製の多層配線基板１０（以下、単に配線基板１０と称することがある）の一面側に、受動素子であるチップコンデンサ１２，１２や水晶振動子１４等の受動素子が搭載されている。この配線基板１０の他面側には、外部接続端子としてのはんだボール１６，１６・・が装着されている。
かかる配線基板１０の一面側に対向するようにシリコン基板１８が配設されている。このシリコン基板１８は、厚さが２００〜３００μｍであって、配線基板１０を形成する樹脂よりも高熱伝導率のシリコンから成り、且つ表層にはSiO２から成る絶縁層２９が形成されている。
かかるシリコン基板１８には、その一面側にアンテナ２４が形成されていると共に、他面側には、半導体素子２０が搭載されている。この半導体素子２０の電極側とシリコン基板１８の他面側との間はアンダーフィル剤２２によって封止されている。
更に、シリコン基板１８の一面側に形成されたアンテナ２４は、シリコン基板１８の他面側に形成された導体パターン２５に、シリコン基板１８を貫通する貫通ヴィア２６によって電気的に接続されている。この貫通ヴィア２６が形成されている貫通孔の内壁面にも、SiO２から成る絶縁層２９が形成されている。この導体パターン２５は、シリコン基板１８に搭載された半導体素子２０とも電気的に接続されている。
尚、アンテナ２４としては、使用目的に適合した任意形状のアンテナを形成でき、例えば逆Ｌ型アンテナや逆Ｆ型アンテナを形成できる。
【０００８】
かかる配線基板１０のチップコンデンサ１２，１２等が搭載された一面側と、シリコン基板１８の半導体素子２０が搭載された他面側とは、互いに対向するように配設された状態で、接続部材としての銅コアはんだボール３４，３４によって電気的に接続されている。
かかる配線基板１０とシリコン基板１８との間は、銅コアはんだボール３４，３４によって所定の間隙が形成されている。この間隙に配されたチップコンデンサ１２，１２等の受動素子と半導体素子２０とは、封止樹脂２８によって封止されている。
この様に、配線基板１０とシリコン基板１８とは、銅コアはんだボール３４，３４によって電気的に接続されているため、配線基板１０の一面側に搭載されたチップコンデンサ１２，１２等の受動素子と、シリコン基板１８の他面側に搭載された半導体素子２０及びシリコン基板１８の一面側に形成されたアンテナ２４とは電気的に接続されている。
【０００９】
図１に示す半導体装置によれば、半導体素子２０からの熱は、直接シリコン基板１８から放熱される。このため、半導体素子２０として、高発熱量の高周波用の半導体素子を搭載しても、放熱量を充分に確保できる。
更に、シリコン基板１８の一面側の全面をアンテナ２４の形成面として用いることができ、アンテナ２４の設計の自由度を向上できると共に、シリコン基板１８としては、半導体素子２０の放熱板としての広さを確保することで足り、半導体装置の小型化を図ることができる。
また、チップコンデンサ１２等を搭載する配線基板１０としては、半導体素子２０の放熱性を考慮することを要せず、配線基板１０の設計の自由度も向上できる。
かかる図１に示す半導体装置は、携帯電話等の無線モジュールに好適に用いることができる。
【００１０】
図１に示す半導体装置を製造するためには、先ず、図３（ａ）（ｂ）に示す様に、厚さ２００〜３００μｍのシリコン基板１８に、貫通ヴィア形成用の貫通孔２７を形成する。この貫通孔２７は、レーザで形成してもよく、エッチングで形成してもよい。
更に、貫通孔２７の内壁面を含むシリコン基板１８の表層に、SiO２から成る絶縁層２９を形成する［図３（ｃ）］。かかる絶縁層２９は、シリコン基板１８を酸素雰囲気下で加熱処理することによって形成できる。
次いで、シリコン基板１８に形成した貫通孔２７を銅で充填して、図２（ｄ）に示す様に、貫通ヴィア２６を形成すると共に、絶縁層２９の両面側に銅層２３，２３を形成する。
かかる貫通ヴィア２６及び銅層２３，２３は、無電解銅めっき又はスパッタによってシリコン基板１８の絶縁層２９の全面に薄膜状の銅膜を形成した後、薄膜状の銅膜を給電層とした電解銅めっきによって貫通孔２７内に銅を充填すると共に、シリコン基板１８の両面側に銅層２３，２３を形成する。
更に、シリコン基板１８の両面側に形成した銅層２３，２３のうち、一面側の銅層２３にパターニングを施してアンテナ２４を形成すると共に、他面側の銅層２３にパターニングを施して導体パターン２５やパッド３１，３１・・等を形成する［図２（ｅ）］。かかるアンテナ２４としては、使用目的に適合した任意形状のアンテナを形成でき、例えば逆Ｌ型アンテナや逆Ｆ型アンテナを形成できる。
その後、図２（ｆ）に示す様に、シリコン基板１８の他面側の所定箇所に半導体素子２０を所定のパッド３１，３１・・にフリップチップ方式で搭載した後、半導体素子２０の電極側とシリコン基板１８の他面側との間を、アンダーフィル剤２２によって封止する。
【００１１】
図２に示す製造工程で製造したシリコン基板と共に用いられる配線基板１０には、図３に示す様に、チップコンデンサ等の受動素子が搭載される。
先ず、図３（ａ）に示す様に、多層の配線基板１０を形成する。この配線基板１０は、ビルドアップ法によって形成された樹脂製の配線基板であってもよく、両面側に所定の配線パターンが形成された複数枚のセラミック基板を接着剤で積層して形成したセラミック製の配線基板であってもよい。
この配線基板１０には、その一面側にチップコンデンサ等が搭載されるパッド３０，３０・・が形成され、且つ他面側に外部接続端子としてのはんだボール１６が装着されるパッド３２が形成されている。
かかる配線基板１０の一面側に形成したパッド３０，３０・・には、図３（ｂ）に示す様に、チップコンデンサ１２，１２及び水晶振動子１４を搭載する。
【００１２】
図２（ａ）に示すシリコン基板１８と図３（ｂ）に示す配線基板１０とは、図４に示す様に、シリコン基板１８の半導体素子２０が搭載された一面側と、チップコンデンサ１２，１２等の受動素子が搭載された配線基板１０の他面側と、接続部材としての銅コアはんだボール３４，３４によって電気的に接続する。かかる銅コアはんだボール３４，３４は、配線基板１０のパッド３０とシリコン基板１８のパッド２９との間に位置決めして配設した後、リフローすることによって両者を電気的に接続できる。
この様に、接続部材として、銅コアはんだボール３４，３４を用いることによって、シリコン基板１８と配線基板１０との間に、確実に所定間隔の隙間を形成できる。
その後、シリコン基板１８と配線基板１０との間を、モールド樹脂によって封止した後、配線基板１０のパッド３２，３２・・の各々に外部接続端子としてのはんだボールを搭載してリフローすることによって図１に示す半導体装置を得ることができる。
【００１３】
図１及び図４において、接続部材として、銅コアはんだボール３４，３４を用いたが、コア材として樹脂材を用いた樹脂コアはんだボールを用いてもよい。
また、シリコン基板１８の貫通孔２７の内壁面を含む表層に、SiO２から成る絶縁層２９を形成しているが、SiＮから成る絶縁層２９を形成してもよい。かかるSiＮから成る絶縁層２９は、貫通孔２７を形成したシリコン基板１８を、窒素雰囲気中で加熱処理することによって形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例を説明する縦断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置を構成するシリコン基板１８の製造工程を説明する工程図である。
【図３】図１に示す半導体装置を構成する配線基板１０の製造工程を説明するための工程図の一部である。
【図４】図２に示す製造工程で得られたシリコン基板１８と図３に示す製造工程で得られた配線基板１０と一体化する工程を説明する説明図である。
【図５】アンテナが設けられた従来の半導体装置を説明する縦断面図である。
【図６】従来の半導体装置を改良した半導体装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  配線基板
１２  チップコンデンサ
１４  水晶振動子
１６  はんだボール（外部接続端子）
１８  シリコン基板
２０  半導体素子
２２  アンダーフィル剤
２３  銅層
２４  アンテナ
２５  導体パターン
２６  貫通ヴィア
２９  絶縁層
２７  貫通孔
２８  封止樹脂
２９  絶縁層
３０，３１，３２  パッド
３４  銅コアはんだボール（コア付はんだボール）
【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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