專利名稱：內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)裝半導(dǎo)體的模塊，特別涉及在微米波段或毫米波段工作的半導(dǎo)體元件(以下簡稱為“工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件”)被配置在電氣絕緣性基板內(nèi)部的內(nèi)裝半導(dǎo)體的模塊。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子設(shè)備的高性能化和小型化的要求，迫切希望電路元件的高密度化和高性能化。因此，要求電路基板能適應(yīng)電路元件的高密度、高功能化。特別是，作為使包括半導(dǎo)體元件在內(nèi)的電路元件高密度化的方法而提出的內(nèi)裝電路元件的模塊(特開平11-220262號(hào)公報(bào)、特許第3051700號(hào))，通過采用由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板，可內(nèi)裝半導(dǎo)體元件。
另一方面，作為對(duì)工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量能有效地向外部傳導(dǎo)進(jìn)行散熱的封裝，一般的結(jié)構(gòu)是在內(nèi)部設(shè)有多層布線層的凹型陶瓷封裝的凹部安放半導(dǎo)體，用板狀的蓋設(shè)置空腔。另一種結(jié)構(gòu)是在平坦的多層基板上安放半導(dǎo)體元件，采用設(shè)有凹部的蓋在與平坦的多層基板之間設(shè)置空腔。再有，作為散熱效率高的一例，提出用熱傳導(dǎo)率高的材料與半導(dǎo)體元件進(jìn)行面接觸的方法(特許第2856192號(hào))。
但是，過去的用熱傳導(dǎo)率高的材料與半導(dǎo)體元件進(jìn)行面接觸的結(jié)構(gòu)，在使半導(dǎo)體元件面朝上安裝在布線基板上的情況下，由于熱傳導(dǎo)率高的材料與半導(dǎo)體元件的有源面相接觸進(jìn)行覆蓋，所以有源面上的有效介質(zhì)常數(shù)比空氣高。這樣就產(chǎn)生了半導(dǎo)體元件特性發(fā)生變化的問題。
并且，若對(duì)工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件進(jìn)行小型化，則不能有效地散熱，因此，過去的結(jié)構(gòu)存在的問題是不能充分散熱，使內(nèi)部裝有器件的模塊的可靠性降低。很難在提高散熱效率的同時(shí)又能使工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件和電路元件小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，目的在于提供一種內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，它能使工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件所產(chǎn)生的熱量高效率地散出以提高散熱效果，同時(shí)能提高半導(dǎo)體元件和電路元件的安裝密度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是，包括電氣絕緣性基板，它由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，它由熱傳導(dǎo)率比上述電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，重疊在上述電氣絕緣性基板的一個(gè)面上；多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板和上述電氣絕緣性基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部，面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，而且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；以及分布常數(shù)電路元件和有源元件，它們被設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上；在上述電氣絕緣性基板內(nèi)部，而且在上述分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的表面附近設(shè)置空隙。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖2A～G是示出本發(fā)明第1實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制造方法的概要的工序剖面圖。
圖3是本發(fā)明第2實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖4是本發(fā)明第3實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖5是本發(fā)明第4實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖6A～F是示出本發(fā)明第4實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制造方法的概要的工序剖面圖。
圖7是本發(fā)明第5實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖8是本發(fā)明第6實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖9是本發(fā)明第7實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖10是本發(fā)明第8實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖11是本發(fā)明第9實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖12是本發(fā)明第10實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖13是本發(fā)明第10實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的電路概要示意圖。
圖14是用于對(duì)本發(fā)明第1實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的放大器的輸出功率進(jìn)行合成的分布常數(shù)線路圖。
圖15是本發(fā)明第1實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的主要部分平面圖。
圖16是本發(fā)明第10實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的電路概要示意圖。
圖17是本發(fā)明第11實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的概要剖面圖。
圖18是本發(fā)明第11實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的電路的概要示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明包括電氣絕緣性基板，它由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，它由熱傳導(dǎo)率比上述電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板和上述電氣絕緣性基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部，且面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，且與上述布線圖形電氣連接，工作在微米波或毫米波；在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部而且利用上述半導(dǎo)體元件上的布線圖形而在無源電路元件和有源元件附近的區(qū)域設(shè)置了空隙。這樣一來，能使工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件的熱量有效地散發(fā)而提高散熱效果，同時(shí)能以高密度安裝半導(dǎo)體元件和電路元件，能實(shí)現(xiàn)小型化。
若采用本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，則能以最短的距離對(duì)半導(dǎo)體元件和散熱片進(jìn)行連接，能按不同的方向來設(shè)置電氣布線和散熱路徑。因此，與過去的將半導(dǎo)體元件健合在金屬基板上的情況相比，能提高散熱效率。并且，能自由地配置電氣布線。再者，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體元件上設(shè)置的分布常數(shù)電路元件的面附近的區(qū)域形成了空洞，所以，通過內(nèi)部安裝半導(dǎo)體元件，能不受形成電氣絕緣性基板的樹脂組成物的影響，能使半導(dǎo)體元件的高頻特性達(dá)到和裸芯片狀態(tài)的特性相同。并且，因?yàn)榘雽?dǎo)體元件與外部氣體隔斷，所以能獲得可靠性高的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
而且，構(gòu)成電氣絕緣性基板的混合物中所包含的無機(jī)填料，最好包含從A2O3、BeO、BN、SiC、AlN和SiO2中選出的至少一種無機(jī)填料。通過采用這些無機(jī)填料可以獲得散熱性良好的電氣絕緣性基板。并且，通過選擇無機(jī)填料能調(diào)節(jié)電氣絕緣性基板的熱膨脹系數(shù)，使其與半導(dǎo)體元件的熱膨脹系數(shù)相匹配，因此，能獲得可靠性高的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在此，電氣絕緣性基板的電阻值在室溫(25℃)時(shí)大于等于1×1010Ω·m。
并且，高熱傳導(dǎo)基板最好是由Al2O3、BeO、BN、AlN和SiC中選出的至少一種陶瓷構(gòu)成。通過采用這些材料能獲得散熱性良好的高熱傳導(dǎo)基板。在此，高熱傳導(dǎo)基板有的是用熱傳導(dǎo)率比電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料形成，例如A2O3(18～33W/m·K)、BeO(260W/m·K)、BN(600W/m·K)、AlN(150～210W/m·K)、SiC(200～280W/m·K)。
并且，半導(dǎo)體元件最好是由含有Si、GaAs、SiGe、InP和SiC的物質(zhì)中選出的至少一種半導(dǎo)體構(gòu)成的。通過采用這些半導(dǎo)體元件能獲得在高頻區(qū)內(nèi)頻率特性良好的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
再者，半導(dǎo)體元件最好通過上述電氣絕緣性基板與外部氣體隔離。通過半導(dǎo)體元件與外部氣體隔離，能避免因濕度而使半導(dǎo)體元件可靠性降低。
在本發(fā)明的模塊中，也可以在電氣絕緣性基板的另一面重疊第2高熱傳導(dǎo)基板。這樣一來，由于在電氣絕緣性基板的兩側(cè)具有高熱傳導(dǎo)基板，所以能防止因使用時(shí)溫度變化而使模塊整體翹曲的影響。再有，在高熱傳導(dǎo)基板變薄時(shí)也能防止翹曲的影響。并且，在使用薄膜狀樹脂材料時(shí)也能防止翹曲，能減小模塊的總高度或總厚度。其結(jié)果，能縮短半導(dǎo)體元件和散熱片之間的物理距離，因此，在半導(dǎo)體元件正下面的高熱傳導(dǎo)基板內(nèi)設(shè)置了散熱用導(dǎo)熱過孔時(shí)，能更有效地使半導(dǎo)體元件散熱。
在上述模塊中，空隙也可以擴(kuò)展到上述第2高熱傳導(dǎo)基板。這樣一來，在制造內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的工序中，按照下面第1實(shí)施方式的制造方法進(jìn)行說明的，制造在用于形成空洞的第1通孔和第2通孔內(nèi)充填了導(dǎo)電性樹脂組成物的板狀體時(shí)，在制作時(shí)可以在一塊混合物上形成了第2通孔之后充填導(dǎo)電性樹脂組成物，然后形成用于形成空洞的第1通孔，從而制作板狀體，能更有效地制造內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
并且，在上述電氣絕緣性基板的另一面上具有介質(zhì)損耗比上述電氣絕緣性基板低的材料所構(gòu)成的低損耗基板，也可以設(shè)置形成于上述低損耗基板的多個(gè)布線圖形、布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部而且設(shè)置在上述低損耗基板上的濾波元件、設(shè)置在上述濾波元件附近區(qū)域的空隙。這樣一來，能高效率地散熱，同時(shí)能自由地進(jìn)行電氣布線。并且，半導(dǎo)體元件的高頻特性能達(dá)到與裸芯片狀態(tài)的特性相同。再有，即使內(nèi)部安裝濾波元件也能在濾波元件附近的區(qū)域內(nèi)形成空隙，所以，內(nèi)部安裝濾波元件也不受形成電氣絕緣性基板的樹脂組成物的影響。因此，能把低損耗的濾波元件內(nèi)置，能以最短距離與半導(dǎo)體元件相連接。其結(jié)果能減小連接所造成的損耗。
而且，上述低損耗基板最好是從Al2O3、BeO、BN、AlN和SiC中選出的至少一種陶瓷材料。并且，上述低損耗基板，熱變形溫度不低于180℃，最好不低于200℃。熱變形溫度需要在180℃以上是因?yàn)樾纬杀景l(fā)明的模塊時(shí)的積層工序中有時(shí)要加熱至175℃的溫度。能用于本發(fā)明的耐熱性樹脂可以是從氟樹脂、聚酰亞胺(PI)樹脂、芳族聚酰胺樹脂(包含間位基團(tuán)和對(duì)位基團(tuán))、聚酯樹脂、聚酰胺聚酰亞胺樹脂、聚酯聚酰亞胺樹脂、聚醚酮、(PEK)樹脂、聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚砜(PS)樹脂、雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂、對(duì)聚苯醚(PPE)樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚苯并咪唑樹脂、液晶聚合物和聚苯環(huán)丁烯中選出的至少一種樹脂。氟樹脂有聚四氟乙烯(PTFE)、三氟乙烯一全氟(代)烷基乙烯醚共聚物(PFA)、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚氟乙烯-乙烯共聚物(PETFE)等。若是上述材料，則能降低在低損耗基板上制作的濾波元件的插入損耗，獲得高性能濾波器。
在上述材料中，例如按照平均粒徑12μm的鋁粉末90重量％、雙酚類A型環(huán)氧樹脂8重量％、固化劑2重量％的比例進(jìn)行配料，形成的電氣絕緣性基板的介質(zhì)常數(shù)約為0.02，但上述低損耗基板的介質(zhì)常數(shù)約為0.002。
并且，本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊也可以在同一空隙內(nèi)，設(shè)置位于半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件和有源元件、以及位于上述低損耗基板上的濾波元件。這樣一來，能高效地制造出內(nèi)置半導(dǎo)體元件和濾波元件的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
再者，也可以在上述空隙內(nèi)與分布常數(shù)電路元件相對(duì)一側(cè)設(shè)置屏蔽導(dǎo)體。這樣，除了能利用屏蔽導(dǎo)體來防止半導(dǎo)體元件和濾波元件之間等的信號(hào)漏泄外，還能減少因制造內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊之際形成空隙時(shí)的樹脂軟化引起的空隙形狀的變形。
并且，上述屏蔽電極也可以在多個(gè)空隙中共用。這樣，能減少電氣絕緣性基板的層數(shù)，并提高制造效率。
再者，也可以具有布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部、與上述布線圖形電氣連接的電路元件。這樣，即使將電路元件內(nèi)置，也能通過縮短半導(dǎo)體元件和電路元件之間的連接距離來減小電信號(hào)雜波，能獲得高頻特性良好的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。再者，由于預(yù)先把特性有保證的電路元件裝入內(nèi)部，所以，在制成模塊時(shí)，能提高制造時(shí)的合格率，能實(shí)現(xiàn)可靠性高的模塊。
而且，電路元件最好通過上述電氣絕緣性基板與外部氣體隔離。通過與外部氣體隔離，能避免濕度造成的電路元件的可靠性降低。
本發(fā)明的另一種內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊具有第1和第2電氣絕緣性基板，它由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，它由熱傳導(dǎo)率比上述第1電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，重疊在上述第1電氣絕緣性基板的一個(gè)面上；第1和第2低損耗基板，其由介質(zhì)損耗小于上述第1電氣絕緣性基板的材料構(gòu)成；多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板、上述第1和第2電氣絕緣性基板以及第1和第2低損耗基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述第1電氣絕緣性基板的內(nèi)部，且面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；分布常數(shù)電路元件和有源元件，它們被設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上；空隙，它在上述第1電氣絕緣性基板內(nèi)部，而且在上述半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的附近；以及電路元件，其被布置在上述第2電氣絕緣性基板的內(nèi)部，與上述第2低損耗基板的布線圖形電氣連接；上述第1低損耗基板被疊層在上述第1電氣絕緣性基板的另一面上，上述第2電氣絕緣性基板被疊層在上述第1低損耗基板和上述第2低損耗基板之間。
若采用該內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，則能使半導(dǎo)體元件有效地散熱，能獲得與裸芯片狀態(tài)的特性相同的特性。并且，能以短布線與低損耗的濾波器相連接，高頻特性良好。再者，制造時(shí)合格率高、可靠性高，此外，安裝在低介質(zhì)損耗基板上的多個(gè)電路元件和半導(dǎo)體元件或?yàn)V波元件等之間的布線長度，與不是將低介質(zhì)損耗基板重疊多層而是二維配置時(shí)比較，能大大縮短。因此，能減小因布線而產(chǎn)生的信號(hào)損耗，而且能減小具有同樣功能的模塊的安裝面積，從而實(shí)現(xiàn)小型化，使電路元件安裝密度提高。
本發(fā)明的另一種內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊具有電氣絕緣性基板，它由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，它由熱傳導(dǎo)率比上述電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，重疊在上述電氣絕緣性基板的一個(gè)面上；低損耗基板，其由介質(zhì)損耗小于上述電氣絕緣性基板的材料構(gòu)成，重疊在上述電氣絕緣性基板的另一面上；多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板和上述電氣絕緣性基板以及低損耗基板上；高頻信號(hào)輸出端子和外部信號(hào)輸入端子，它設(shè)置在上述高熱傳導(dǎo)基板或上述低損耗基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部，且面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；濾波元件，它配置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部且設(shè)在上述低損耗基板上分布常數(shù)電路半導(dǎo)體元件；以及空隙，它在上述電氣絕緣性基板內(nèi)部，而且在上述半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的附近；上述外部信號(hào)輸入端子和上述濾波元件的輸入端子進(jìn)行電氣連接，上述濾波元件的輸出端子和上述半導(dǎo)體元件的輸入端子進(jìn)行電氣連接，上述半導(dǎo)體元件的輸出端子和上述高頻信號(hào)輸出端子進(jìn)行電氣連接。
若采用該內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，則在半導(dǎo)體元件為高輸出用的功率放大器的情況下，可以獲得用一個(gè)內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊把發(fā)送功能制成一個(gè)整體的發(fā)送模塊，在構(gòu)成毫米波段信號(hào)的通信機(jī)的情況下，能減小部件數(shù)量。并且，在半導(dǎo)體元件是低噪音放大器的情況下，能獲得接收模塊。再者，通過采用多個(gè)半導(dǎo)體元件的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，能制成使收發(fā)功能一體化的毫米波段前端模塊。
如以上說明的那樣，本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊能以最短距離使散熱片與半導(dǎo)體元件相連接，能把電氣布線和熱的散熱路徑設(shè)置在其他方向上，所以，能高效率地散熱，能自由進(jìn)行電氣布線。并且，在與設(shè)置了半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件的面相鄰的區(qū)域內(nèi)形成空洞，所以，把半導(dǎo)體元件裝入內(nèi)部，能不受形成電氣絕緣性基板的樹脂組成物的影響，半導(dǎo)體元件的高頻特性能達(dá)到與裸芯片狀態(tài)的特性相同。
并且，本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，由于能把濾波元件和電路元件裝入內(nèi)部，所以能縮短半導(dǎo)體元件和電路元件之間的連接距離，因此，能獲得可降低電信號(hào)雜波等高頻特性良好的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。再者，由于預(yù)先把特性有保證的電路元件裝入內(nèi)部，所以制成模塊時(shí)，能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合格率高，可靠性高的模塊。
再者，本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，由于采用多層結(jié)構(gòu)，所以能夠以最短距離來連接半導(dǎo)體元件和電路元件。因此，能減小布線所造成的信號(hào)損耗，而且能減小具有相同功能的模塊的安裝面積，從而實(shí)現(xiàn)小型化，實(shí)現(xiàn)電路元件的高精度安裝。
具體實(shí)施例方式
以下，利用附圖具體說明涉及本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的具體實(shí)施方式
。而且，在下述實(shí)施方式中，標(biāo)注同一符號(hào)的部件表示同一部件，所以有時(shí)其說明從略。
圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要的剖面圖。
以下，參照?qǐng)D1詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖1中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，在高熱傳導(dǎo)基板103上形成的布線圖形119，與在布線圖形119上安裝的旁路電容，經(jīng)引線131通過鍵合進(jìn)行電氣連接。
半導(dǎo)體元件101是工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件，毫米波段一般在30GHz以上，例如32GHz、60GHz、72GHz等。特殊時(shí)也有26GHz。
在半導(dǎo)體元件101上，形成了有源元件124和無源電路元件(以下稱為“分布常數(shù)電路元件”)121，該無源電路元件121采用圖形形成用于連接該有源元件之間的布線和采用短截線(stub)的匹配電路、耦合電路、濾波器、偏置用短截線等。上述所謂短截線是指用于調(diào)整布線阻抗的設(shè)置了分支部的布線，端部用開放終端或過孔過孔等與接地層進(jìn)行電連接。例如，把從分支部開始的布線長度調(diào)整到傳播的信號(hào)的波長的1/4長度，使布線端開路或短路，以便使分支部分別處于短路或開路狀態(tài)。特別是，它們與晶體管的輸入端子和輸出端子連接，用于調(diào)整輸出入阻抗。并且，有源元件124可以是一個(gè)或者更多，例如是雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管(FET)或二極管等。
在由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，與設(shè)置在半導(dǎo)體元件101上的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124相鄰的區(qū)域，形成了空隙107。
該空隙107是為了至少半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124不與電氣絕緣性基板105相接觸，對(duì)空隙的大小和形狀沒有特別限制?？障?07的壁和各元件之間的最小空間最好基本不小于100μm。分布常數(shù)電路元件和有源元件是以通常與空氣(介質(zhì)常數(shù)為1)相接觸為前題而設(shè)計(jì)制造的，所以，需要設(shè)置空隙。但是，空隙的形狀最好是一定的。為了制造更加小型化的模塊，最好是必須的最小限度的空隙，是一定的空間。
空隙的形狀因其設(shè)置的部位是用于布置設(shè)置在半導(dǎo)體元件上的布線和有源元件，所以，也可以根據(jù)布線和元件的布置情況而任意更改。例如GaAs制26GHz波段高輸出放大半導(dǎo)體元件(消耗功率5W，1dB增益壓縮點(diǎn)時(shí)的輸出為30dBm)，在一個(gè)芯片內(nèi)安裝多個(gè)放大器，對(duì)各個(gè)放大器的輸出功率進(jìn)行合成用的分布常數(shù)線路(參見圖14)也在同一芯片內(nèi)，從而構(gòu)成MMIC(單片微波集成電路)。圖14是采用分布常數(shù)線路的威爾金森(Wilkinson)型分配合成器例的示意電路圖。從輸入端口161輸入波長為λ的信號(hào)，從第1輸出端口162和第2輸出端口163分別分配、輸出信號(hào)。在第1輸出端口和第2輸出端口上分別連接了50Ω負(fù)載的情況下，在輸入端口和輸出端口之間分別設(shè)置了第1分布常數(shù)線路171和第2分布常數(shù)線路172，它們的特性阻抗分別為70.7Ω且具有輸入信號(hào)的波長的1/4的長度。而且在第1輸出端口和第2輸出端口之間連接100Ω的電阻173。由于采用這種結(jié)構(gòu)，輸入的信號(hào)的一半的功率以同相位分別從第1輸出端口和第2輸出端口輸出。這種在半導(dǎo)體元件上設(shè)置第1分布常數(shù)線路和第2分布常數(shù)線路的情況，通常采取微波傳輸帶線路結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將傳輸信號(hào)的線路制作成在與空氣層相接觸的狀態(tài)下使阻抗達(dá)到希望值。與微波傳輸帶線路相連接的區(qū)域內(nèi)形成了樹脂層的情況與設(shè)置了空氣層的狀態(tài)比較，有效介質(zhì)常數(shù)發(fā)生變化，所以特性阻抗偏離希望值。并且，電磁波具有波長在介質(zhì)中隨介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)變化的性質(zhì)，所以在微波傳輸帶線路的表面上設(shè)置了樹脂層的情況與設(shè)置了空氣層的情況比較，波長縮短。因此，第1分布常數(shù)線路和第2分布常數(shù)線路的長度不是波長的1/4。這樣，輸入的信號(hào)的一部分輸出到輸入端口，其余輸出到輸出端口，所以不能有效地進(jìn)行分配。因此，在設(shè)置在半導(dǎo)體元件內(nèi)的有源元件和分布常數(shù)線路形成的區(qū)域設(shè)置空隙。
圖15是表示半導(dǎo)體元件和設(shè)置在半導(dǎo)體元件上的有源元件以及分布常數(shù)電路元件和空隙的關(guān)系的示意俯視圖。半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上。設(shè)置在高熱傳導(dǎo)基板103上的輸入側(cè)布線圖形181以及輸出側(cè)布線圖形182，通過半導(dǎo)體元件101上的焊盤191a、191b和引線131a、131b進(jìn)行鍵合。并且，安裝在布線圖形119上的旁路電容133和焊盤191c也通過引線131c進(jìn)行連接。在半導(dǎo)體元件101上，設(shè)置了多個(gè)有源元件124和多個(gè)分布常數(shù)電路元件121。有源元件124例如都是場效應(yīng)晶體管，為了對(duì)由場效應(yīng)晶體管放大的信號(hào)的功率有效地進(jìn)行分配和合成，通過分布常數(shù)電路元件121進(jìn)行電氣連接。在虛線A圍住的部分的內(nèi)部設(shè)置了空隙。有源元件124以及對(duì)有源元件之間進(jìn)行連接的分布常數(shù)電路元件121應(yīng)該形成在空隙內(nèi)。
再有，將電氣絕緣性基板設(shè)置成與半導(dǎo)體元件上的一部分區(qū)域相連接，并使空隙尺寸的最小寬度小于半導(dǎo)體元件，由此能使空隙穩(wěn)定地形成。其結(jié)果，設(shè)置在半導(dǎo)體元件上的有源元件和分布常數(shù)線路的有效介質(zhì)常數(shù)保持穩(wěn)定。在這種情況下，半導(dǎo)體元件的一部分處于被埋入電氣絕緣性基板內(nèi)的狀態(tài)。若空隙尺寸變形，則有源元件和分布常數(shù)線路的電磁場分布發(fā)生變化，所以有效介質(zhì)常數(shù)發(fā)生變化。因此，在空隙部分內(nèi)形成的布線為分布常數(shù)線路時(shí)，特性阻抗發(fā)生變化，所以信號(hào)特性發(fā)生變化。
而且，在半導(dǎo)體元件上不存在分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的區(qū)域，如圖1所示，電氣絕緣性基板105與半導(dǎo)體元件101的表面相接觸也沒有關(guān)系。
并且，通過過孔導(dǎo)體111，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119與設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的外部電極113電連接。在高熱傳導(dǎo)基板103與半導(dǎo)體元件101相對(duì)置的面上，用于散熱的散熱片115利用粘接劑層104形成一個(gè)整體來進(jìn)行安裝。散熱片利用鋁鑄造等方法來制作翅片，來增加表面積以便散熱，翅片形狀根據(jù)發(fā)熱元件的發(fā)熱量、使用時(shí)的周圍溫度、從發(fā)熱元件到散熱片連接部的熱阻，可任意選用。例如，翅片形狀根據(jù)需要來選用，厚度為0.5至2mm，高度為2至90mm。高熱傳導(dǎo)基板和散熱片的接合，采用信越化學(xué)工業(yè)制造的高導(dǎo)熱性硅油混合物(商品名)“G765”，用印刷等方法在高熱傳導(dǎo)基板上與散熱片相接合的區(qū)域內(nèi)涂敷厚度為200μm以下，然后重疊散熱片，例如用1×105Pa的壓力來加壓。這樣，能使散熱片與高熱傳導(dǎo)基板相接合。并且，散熱片也可共用框體，該框體采用了能傳導(dǎo)內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的熱量的鋁等金屬(圖17)。該散熱片115可根據(jù)需要進(jìn)行安裝。這在以下的實(shí)施方式中也是一樣。
在圖1中，電氣絕緣性基板105由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成。無機(jī)填料例如可使用從Al2O3、BeO、BN、SiC、AlN和SiO2等中選出的至少一種。無機(jī)填料在混合物中所占的比例最好是不小于70重量％、不大于95重量％的范圍。并且，無機(jī)填料的平均粒徑最好為0.1μm～100μm。熱固化性樹脂例如可選用耐熱性好的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或氰酰樹脂。環(huán)氧樹脂耐熱性特別好，所以尤其適合?；旌衔镞€可以包括分散劑、著色劑、連接劑或脫模劑。
具體來說，以平均粒徑12μm的氧化鋁粉90重量％、雙酚類A型環(huán)氧樹脂8重量％、固化劑2重量％的配合比例，制成了厚度200μm的電氣絕緣性基板。
布線圖形119由導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成，例如用銅箔或?qū)щ娦詷渲M成物形成。在利用薄膜導(dǎo)體來作為布線圖形的情況下，利用濺射法等在高熱傳導(dǎo)基板103上形成Ni/Cr、Au導(dǎo)體。
并且，傳送高頻信號(hào)的高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119，采用微波傳輸帶線路和共面線路等高頻用傳輸線路。
利用樹脂組成物和焊錫，將半導(dǎo)體元件101等粘合在高熱傳導(dǎo)基板103上，該樹脂組成物由混合物構(gòu)成，其中包括金屬填料或無機(jī)填料和熱固化性樹脂。焊錫可采用鉛錫系共晶焊錫、高溫焊錫或金錫焊錫等，樹脂組成物可采用例如耐熱性好的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或氰酰樹脂，填料可采用例如銀、銀鈀、銅、Al2O3、BeO、BN、SiC、AlN和SiO2等。金錫焊錫等在半導(dǎo)體元件101和高熱傳導(dǎo)基板103之間的熱阻小，所以特別適合。具體來說，在厚度500μm的AlN制基板上，利用厚度30μm的帶狀A(yù)nSn焊錫(Au80重量％)對(duì)GaAs制成的半導(dǎo)體元件進(jìn)行粘片(diebonding)。
圖1所示的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，在半導(dǎo)體元件101上所設(shè)置的有源元件和采用圖形的無源電路元件121的附近區(qū)域形成了空隙107，所以與半導(dǎo)體元件101單體的高頻特性相比，在制成內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)特性變化。
同時(shí)，由于半導(dǎo)體元件101的背面利用低熱阻的材料與高熱傳導(dǎo)基板103相接合，所以能有效地散熱，從而提高散熱效果。
并且，在內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊中，通過選擇電氣絕緣性基板105中使用的無機(jī)填料，可容易地控制電氣絕緣性基板105的線膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)率、介質(zhì)常數(shù)等。若使電氣絕緣性基板105的線膨脹系數(shù)大體上等于熱傳導(dǎo)性基板103，則能防止由于溫度變化而發(fā)生裂紋，因此能獲得可靠性高的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
再者，在內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊中，利用電氣絕緣性基板105使半導(dǎo)體元件101與外部氣體隔離，所以能防止因濕度引起的可靠性降低。并且，本實(shí)施方式的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，由于采用無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物作為電氣絕緣性基板105的材料，所以不同于陶瓷基板，不必在高溫下燒結(jié)。
以下，利用圖2A～圖2G詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制作方法的一例。圖2A～圖2G是表示內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制作工序的實(shí)施方式的剖面圖。
首先，如圖2A所示，通過對(duì)包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物進(jìn)行加工而形成板狀混合物薄片150a。板狀的混合物薄片150a可如下形成對(duì)無機(jī)填料和未固化狀態(tài)的熱固化性樹脂進(jìn)行混合，制成膏狀混煉物，按一定厚度對(duì)該膏狀混煉物進(jìn)行成型。而且，也可以在熱固化性樹脂的固化溫度下對(duì)板狀混合物薄片進(jìn)行熱處理。例如在使用熱固化性環(huán)氧樹脂時(shí)，熱處理?xiàng)l件為溫度120℃保持15分鐘。上述熱固性環(huán)氧樹脂的固化開始溫度是130℃，所以在上述熱處理?xiàng)l件下是半固化或部分固化狀態(tài)(B階段)，在以后的工序中通過加熱能再熔融。如上所述，通過熱處理，能保持混合物薄片150a的撓性，同時(shí)除去粘結(jié)性，所以以后的處理變得容易。并且，在利用溶劑來溶解熱固化性樹脂的混合物中，通過熱處理能除去溶劑的一部分。
然后，如圖2B所示，在混合物薄片150b的預(yù)期位置形成第1通孔140。第1通孔140例如可以通過激光加工、鉆頭加工或模具加工來形成。激光加工能以微細(xì)的間距來形成第1通孔140，不產(chǎn)生切削碎屑，故較為理想。激光加工若采用CO2激光器或受激準(zhǔn)分子激光器則容易進(jìn)行加工。
第1通孔140最好在與下面說明的設(shè)置了半導(dǎo)體元件的高熱傳導(dǎo)基板重合后進(jìn)行疊層時(shí)，在半導(dǎo)體元件上的有源元件和采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件相接觸的區(qū)域形成。
然后，將設(shè)置了第1通孔140的混合物薄片150b和未設(shè)置通孔的混合物薄片150a對(duì)準(zhǔn)位置進(jìn)行重疊，例如以9.8×105Pa加壓形成整體。
然后，如圖2C所示，在一體化的混合物薄片150c的預(yù)期位置上形成第2通孔141。第2通孔141采用和第1通孔140相同的方法形成。而且，第2通孔141也可以在使膏狀混煉物成型而形成板狀混合物薄片150c時(shí)，同時(shí)進(jìn)行形成。
然后，如圖2D所示，在第2通孔141內(nèi)充填導(dǎo)電性樹脂組成物142，形成在第2通孔141中充填了導(dǎo)電性樹脂組成物142的板狀體。
與圖2A～圖2D的工序平行，如圖2E所示，準(zhǔn)備高熱傳導(dǎo)基板103。其材料可采用Al2O3、BeO、BN、SiC、AlN和SiO2等。AlN和SiC等散熱效果好，較為理想。在將由GaAs或InP等構(gòu)成的半導(dǎo)體元件101接合到上述高熱傳導(dǎo)基板103上后，利用引線131與布線圖形119鍵合。
半導(dǎo)體元件101例如采用尺寸為長4mm、寬2.5mm、厚50μm、功耗為5W的GaAs制成的半導(dǎo)體元件。使用30μm的帶狀A(yù)nSn焊錫(Au80重量％)在厚500μm的AlN制基板上進(jìn)行粘片。粘片時(shí)，在氮?dú)夥罩杏锰贾茒A具對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行定位，以320℃下保持10種的條件進(jìn)行。若在對(duì)半導(dǎo)體元件進(jìn)行粘片時(shí)采用合金系焊料來接合，則由于熱膨脹系數(shù)不同而在接合部產(chǎn)生應(yīng)力。因此，可以選擇半導(dǎo)體元件和用于粘片的基板的熱膨脹系數(shù)相符合的材料系。然后，通過擴(kuò)散的方法把環(huán)氧樹脂技術(shù)有限公司(Epoxy Technology Inc.)生產(chǎn)的導(dǎo)電性環(huán)氧粘合劑(商品名)“H20E”涂敷到AlN基板上后，安裝0.5mm見方的旁路電容，在溫度150℃下保持15分鐘進(jìn)行固化，把旁路電容133安裝到AlN基板上。然后，利用線徑為25μm的Au線在溫度150℃的加熱臺(tái)上對(duì)半導(dǎo)體元件、AlN基板上的布線119以及旁路電容133進(jìn)行鍵合。粘片可采用分散了銀等金屬的樹脂組成物。但為了提高散熱效果，可以采用金錫焊料和鉛錫焊料等。分布常數(shù)電路元件121和有源元件124也同樣可以通過粘片安裝到AlN基板上。
然后，將安裝了半導(dǎo)體元件101的高散熱基板103和圖2D所示的板狀體的混合物薄片150c以及銅箔143對(duì)準(zhǔn)位置來進(jìn)行重疊。
然后，如圖2F所示，例如通過熱壓在按壓溫度為120℃、壓力為9.8×105Pa下加熱加壓5分鐘。這樣，混合物薄片150c中的熱固化性樹脂由于加熱而熔融軟化，所以能形成埋入了半導(dǎo)體元件101的板狀體105，導(dǎo)電性樹脂組成物142也被壓縮，形成過孔導(dǎo)體111。然后，對(duì)其進(jìn)行加熱，使板狀體105和過孔導(dǎo)體111中的熱固化性樹脂固化。這樣，半導(dǎo)體元件被埋入設(shè)置，在半導(dǎo)體元件上的有源元件124和分布常數(shù)電路元件121附近的區(qū)域，分別形成空洞107。
上述加熱溫度以混合物薄片150c和導(dǎo)電性樹脂組成物142中的熱固化性樹脂進(jìn)行固化的溫度以上的溫度(例如150℃～260℃)進(jìn)行加熱。通過該工序使銅箔143和熱傳導(dǎo)性基板103以及電氣絕緣性基板105以更牢固的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行粘接。并且，利用過孔導(dǎo)體111對(duì)銅箔143進(jìn)行電連接。而且，在通過加熱而使混合物薄片150c和導(dǎo)電性樹脂組成物142中的熱固化性樹脂進(jìn)行固化時(shí)，在加熱的同時(shí)，以9.8×105Pa(最佳)～1.96×107Pa的壓力加壓，這樣能進(jìn)一步提高內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的機(jī)械強(qiáng)度。加熱條件是在175℃下保持60分鐘。這樣一來，混合物薄片150c中的環(huán)氧樹脂和導(dǎo)電性樹脂組成物中的環(huán)氧樹脂被固化。這在以下的實(shí)施方式中是一樣的。
然后，如圖2G所示，通過對(duì)銅箔143進(jìn)行腐蝕加工而形成外部電極113。如上所述，形成內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。而且，在本實(shí)施方式中，采用導(dǎo)電性樹脂組成物142作為充填到通孔141內(nèi)導(dǎo)電性物質(zhì)，只要是熱固化性的導(dǎo)電性物質(zhì)即可，沒有特別限制。
這樣構(gòu)成的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，能以最短距離連接半導(dǎo)體元件和散熱片，能把電氣布線和熱的散熱路徑設(shè)置在其他方向。因此，與過去的將半導(dǎo)體元件接合在金屬基材板上的情況比較，能高效率地散熱、自由地進(jìn)行電氣布線。并且，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件所設(shè)置的面鄰近的區(qū)域內(nèi)形成空洞，所以通過將半導(dǎo)體元件安裝在內(nèi)部，不會(huì)受形成電氣絕緣性基板的樹脂組成物的影響，半導(dǎo)體元件的高頻特性能達(dá)到與裸芯片狀態(tài)的特性相同。并且，因?yàn)榘雽?dǎo)體元件與外部氣體相隔離，所以能獲得可靠性高的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
圖3是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的構(gòu)成概要的剖面圖。
以下，參照?qǐng)D3詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖3中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物所構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，與半導(dǎo)體元件101上所形成的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124鄰近的區(qū)域，形成了空隙107。在電氣絕緣性基板105的兩側(cè)，設(shè)置了高熱傳導(dǎo)基板103、103a，設(shè)置在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111和設(shè)置在下側(cè)高熱傳導(dǎo)基板103上的過孔導(dǎo)體，與外部電極113電氣連接。在電氣絕緣性基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
高熱傳導(dǎo)基板除采用第1實(shí)施方式中說明的材料外，也可以采用PTFE、雙馬來酰亞胺三氮雜苯、PPO、PPE、液晶聚合物，聚苯環(huán)丁烯、聚酰亞胺等中選擇的薄片狀樹脂材料。
采用了陶瓷材料的高熱傳導(dǎo)基板，在內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制造工序中，根據(jù)基板的使用處理性能，基板厚度通常可選定為不小于100μm。但在采用薄片狀樹脂材料時(shí)可以采用100μm或以下的厚度，所以為了小型化，最好采用薄片狀的樹脂材料。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，除了第1實(shí)施方式中說明的效果外，由于電氣絕緣性基板的兩側(cè)具有相同的材料，所以能防止使用時(shí)溫度變化引起的模塊整體翹曲的影響。再有，在使電氣絕緣性基板變薄的情況下也能防止翹。并且，能減小模塊的總高度或總厚度。其結(jié)果，能縮短半導(dǎo)體元件和散熱片之間的物理距離，所以在半導(dǎo)體元件正下面的電氣絕緣性基板內(nèi)設(shè)置了用于散熱的導(dǎo)熱過孔的情況下，能使半導(dǎo)體元件有效地散熱。在這里，所謂導(dǎo)熱過孔是指在通孔中充填了用于散熱的填料，而普通的過孔用于電氣導(dǎo)通，使用時(shí)可兼為導(dǎo)熱過孔。
圖4是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下，參照?qǐng)D4詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖4中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在電氣絕緣性基板105的兩側(cè)設(shè)置了第1和第2高熱傳導(dǎo)基板103、103a，設(shè)置在第1高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119，通過過孔導(dǎo)體111以及設(shè)置在作為第2高熱傳導(dǎo)基板的下側(cè)高熱傳導(dǎo)基板103a上的過孔導(dǎo)體，與外部電極113進(jìn)行電氣連接。在第1高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
在半導(dǎo)體元件101上形成的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124附近的區(qū)域內(nèi)形成空隙107，空隙形狀的與半導(dǎo)體元件101相對(duì)的一側(cè)與高熱傳導(dǎo)基板相接觸，空隙的側(cè)壁與包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物所構(gòu)成的電氣絕緣性基板105接觸，也就是說，空隙107形成為穿通電氣絕緣性基板105的狀態(tài)。
圖5是本發(fā)明第4實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下參照?qǐng)D5，詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖5中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成分布常數(shù)電路元件121。并且，在低介質(zhì)損耗基板117上，形成了布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125。
由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105被夾在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域形成了空隙107。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
以下，利用圖6A～圖6F詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制作方法的一例。圖6A～圖6F是表示內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制造工序的實(shí)施方式的剖面圖。
首先，按照第1實(shí)施方式中說明的方法，制作3層板狀體150a(圖6A)。其中，在1層第1板狀體150b上，在半導(dǎo)體元件上的有源元件和采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件的鄰近區(qū)域，形成第1通孔140。
然后，在另一層第2板狀體150d上，在疊層時(shí)與設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板上的濾波元件鄰近的區(qū)域，形成了第3通孔144。然后，以剩余的未形成通孔的第3板狀體150c為中心，從兩側(cè)對(duì)準(zhǔn)第1板狀體和第2板狀體來進(jìn)行重疊，進(jìn)一步在其外側(cè)重疊由聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯等構(gòu)成的樹脂薄膜145并加壓，使其形成為一整體(圖6B)。
然后，如圖6C所示，在一體化的板狀體150e的預(yù)期位置上形成第2通孔141，從而形成已形成了第2通孔141的板狀體。第2通孔采用和第1通孔相同的方法形成。
之后，如圖6D所示，在第2通孔141內(nèi)填充導(dǎo)電性樹脂組成物142，形成在第2通孔141內(nèi)填充導(dǎo)電性樹脂組成物142的板狀體的150e。
與圖6A～圖6D的工序平行，如圖6E所示，在由AlN等構(gòu)成的高熱傳導(dǎo)基板103上形成布線圖形119，在其上對(duì)由GaAs和InP等構(gòu)成的半導(dǎo)體元件101進(jìn)行粘片后，用引線131進(jìn)行鍵合。半導(dǎo)體元件101和旁路電容133均通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。再在半導(dǎo)體元件101上對(duì)分布常數(shù)電路元件121和有源元件124進(jìn)行粘片。
然后，將安裝了半導(dǎo)體元件101的高熱傳導(dǎo)基板103、圖6D的板狀體、形成了濾波元件125、布線113和過孔導(dǎo)體的低介質(zhì)損耗基板117對(duì)準(zhǔn)位置進(jìn)行重疊。
低損耗基板117使用上述陶瓷材料或耐熱性樹脂形成，理想的厚度在0.1mm～1mm的范圍內(nèi)。
然后，如圖6F所示，對(duì)準(zhǔn)位置、重疊，例如利用熱壓在熱壓溫度120℃、壓力9.8×105Pa的條件下加熱加壓5分鐘。如上所述，形成埋入設(shè)置了半導(dǎo)體元件101的板狀體。然后，對(duì)其進(jìn)行加熱，使板狀體和導(dǎo)電性樹脂組成物中的熱固化性樹脂固化。如上所述，埋入設(shè)置半導(dǎo)體元件101，在半導(dǎo)體元件101上的有源元件124和分布常數(shù)電路元件121鄰近的區(qū)域、以及低介質(zhì)損耗基板117上形成了濾波元件125的區(qū)域的鄰近區(qū)域形成空隙107，制成板狀體105。加熱在加熱溫度超過板狀體150a～150e和導(dǎo)電性樹脂組成物142中的熱固化性環(huán)氧樹脂固化的溫度(例如150℃～260℃)下進(jìn)行，板狀體變成電氣絕緣性基板105，導(dǎo)電性樹脂組成物變成過孔導(dǎo)體111。利用該工序機(jī)械強(qiáng)度高地粘接低介質(zhì)損耗基板、高熱傳導(dǎo)基板103和電氣絕緣性基板105。
如上所述構(gòu)成的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的半導(dǎo)體元件表面的有源元件產(chǎn)生的熱量，從半導(dǎo)體元件經(jīng)用于粘片的接合材料和高熱傳導(dǎo)基板進(jìn)行散熱。通過將半導(dǎo)體元件與導(dǎo)熱率高于電氣絕緣性基板的高熱傳導(dǎo)基板相接合，在平面方向上能擴(kuò)大散熱路徑，減小實(shí)質(zhì)的熱阻。并且，在這種情況下，通過將和半導(dǎo)體元件的背面接合的高熱傳導(dǎo)基板與散熱片接合，與將高熱傳導(dǎo)基板安裝到母基板上對(duì)母基板和散熱片進(jìn)行接合的結(jié)構(gòu)比較，可以縮短熱路徑，進(jìn)而減小熱阻，所以能高效率地散熱。
并且，散熱片還與安裝內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的框體整體形成，于是能降低部件成本和裝配成本。
再者，能自由地布置電氣布線，半導(dǎo)體元件的高頻特性能達(dá)到與裸芯片狀態(tài)的特性相同。此外，即使把濾波元件安裝在內(nèi)部，也能在濾波元件鄰近的區(qū)域形成間隙，所以，把半導(dǎo)體元件和濾波元件安裝在內(nèi)部也不受形成電氣絕緣性基板的樹脂組成物的影響。因此，能把低損耗的濾波元件安裝到內(nèi)部，能以最短距離連接半導(dǎo)體元件，所以能減小連接的損耗。
圖7是本發(fā)明第5實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下，參照?qǐng)D7詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖7中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成分布常數(shù)電路元件121。并且，在低介質(zhì)損耗117上，形成了布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125。在低介質(zhì)損耗基板117的外側(cè)，形成了與過孔導(dǎo)體相連接的外部電極113。
由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物所構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，被夾持在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111進(jìn)行電氣連接。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域形成了空隙107，在一個(gè)空隙內(nèi)設(shè)有在半導(dǎo)體元件101上形成的分布常數(shù)電路元件121、有源元件124、及在不同的層即低介質(zhì)損耗基板117上形成的濾波元件125，設(shè)有分布常數(shù)電路元件121和有源元件124以及濾波元件125的空隙107被設(shè)置在形成了單一通孔的電氣絕緣性基板內(nèi)。也就是說，與圖5所示的結(jié)構(gòu)不同，分布常數(shù)電路元件鄰近的空隙和濾波元件鄰近的空隙是共用的。
這樣形成的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的制造工序，如第4實(shí)施方式的制造方法中說明過的，在制作在如圖6D所示的形成空洞的第1通孔和第2通孔中充填了導(dǎo)電性樹脂組成物的板狀體時(shí)，可以如下制造板狀體，即在1塊混合物150上形成第2通孔后，充填導(dǎo)電性樹脂組成物，然后形成第1通孔以便形成空洞，如此則可更容易地制作內(nèi)部安裝半導(dǎo)體元件和濾波元件的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。
圖8是本發(fā)明第6實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下，參照?qǐng)D8詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖8中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成用于連接有源元件之間的布線和使用短截線的匹配電路、耦合電路、濾波器、旁路用短截線、電容電感等采用了圖形的分布常數(shù)電路元件121。并且，在低介質(zhì)損耗基板117上，形成了布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125。在低介質(zhì)損耗基板117的外側(cè)，形成了與過孔導(dǎo)體相連接的外部電極113。由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，被夾持在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111進(jìn)行電氣連接。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域內(nèi)分別形成空隙107。分布常數(shù)電路元件121和有源元件124以及濾波元件125鄰近的面的相對(duì)的面的空隙107的開口靠進(jìn)屏蔽導(dǎo)體126。
在此，屏蔽導(dǎo)體126可采用金屬，尤其最好采用金屬箔。而且，在本實(shí)施方式中采用銅箔作為屏蔽導(dǎo)體。
而且，采用上述屏蔽導(dǎo)體并非僅限于本實(shí)施方式，也可用于上述各實(shí)施方式以及下述實(shí)施方式等其他實(shí)施方式。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，除第4實(shí)施方式說明的效果外，還能利用屏蔽導(dǎo)體防止半導(dǎo)體元件和濾波元件之間的信號(hào)漏泄，并且還能減少在制造內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊時(shí)由于形成空隙時(shí)樹脂軟化而造成空隙形狀的變形。另外，使屏蔽導(dǎo)體與接地端子進(jìn)行電氣連接，可提高濾波元件的特性。例如，可以獲得具有陡峭衰減特性的濾波特性。
圖9是本發(fā)明第7實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下，參照?qǐng)D9詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖9中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成分布常數(shù)電路元件121。并且，在低介質(zhì)損耗基板117上，形成了布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125。由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，被夾持在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117的布線113和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線119，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的過孔導(dǎo)體進(jìn)行電氣連接。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域形成了空隙107?？障?07的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124以及濾波元件125鄰近的面的相對(duì)的面，形成了共用的屏蔽導(dǎo)體126，形成在不同層上的空隙107與同一屏蔽導(dǎo)體126的正面和背面相接觸。這樣，各空隙共用屏蔽導(dǎo)體。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，與第6實(shí)施方式相比，能減少電氣絕緣性基板的層數(shù)、容易制造。
圖10是本發(fā)明第8實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的結(jié)構(gòu)概要剖面圖。
以下參照?qǐng)D10，詳細(xì)說明本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。在圖10中，半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成著分布常數(shù)電路元件121。并且，在低介質(zhì)損耗基板117上，形成布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125，在電氣絕緣性基板105內(nèi)部布置了電路元件123a、123b，與低介質(zhì)損耗基板117上的布線圖形電氣連接。
由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，被夾在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117的布線113和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線119，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111以及低介質(zhì)損耗基板117進(jìn)行電氣連接。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)的面上，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域形成了空隙107。
另一方面，安裝在低介質(zhì)損耗基板117上的電路元件123a、123b與電氣絕緣性基板105相連接進(jìn)行埋設(shè)。
電路元件例如包括有源元件123a和無源元件123b。有源元件123a例如也可采用晶體管、IC、LSI等半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體元件也可以是半導(dǎo)體裸芯片。無源元件123b可采用片狀電阻、片狀電容或片狀電感等。而且，電路元件123b有時(shí)也不包括無源元件123b。
布線圖形和有源元件123a的連接可采用已知的倒裝片粘接法等。過孔導(dǎo)體111例如由熱固化性導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成。熱固化性導(dǎo)電性物質(zhì)例如可采用對(duì)金屬顆粒和熱固化性樹脂進(jìn)行混合而制成的導(dǎo)電性樹脂組成物。金屬顆粒可采用金、銀、銅或鎳等。金、銀、銅或鎳導(dǎo)電性好，故比較理想，尤其是銅導(dǎo)電性良好、遷移率低，所以尤其適用。熱固化性樹脂例如可采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或氰酰樹脂。環(huán)氧樹脂耐熱性良好，所以尤其適用。
而且，也可以在低介質(zhì)損耗基板117上安裝的電路元件和低介質(zhì)損耗基板117之間注入封裝樹脂。在以下的實(shí)施方式中，同樣也可以在電路元件和銅箔之間或者電路元件和布線圖形之間注入環(huán)氧樹脂。封裝樹脂可以采用通常倒裝片粘接所使用的不充滿樹脂。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，由于內(nèi)部還安裝其他電路元件，所以能縮短半導(dǎo)體元件和電路元件之間的連接距離，因此能減少電信號(hào)噪音，制成高頻特性良好的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊。再者，由于內(nèi)部安裝了預(yù)先保證特性的電路元件，所以在制成模塊時(shí)制造合格率高，能實(shí)現(xiàn)可靠性高的模塊。
而且，在本實(shí)施方式中示出了在電氣絕緣性基板內(nèi)安裝別的電路元件的例子，但也可用于其他實(shí)施方式。
本實(shí)施方式說明具有本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的一實(shí)施方式。
圖11是第9實(shí)施方式的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的剖面圖。
本實(shí)施方式的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊包括高熱傳導(dǎo)基板103、面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上的半導(dǎo)體元件101、以及多層低損耗基板(第1低損耗基板117a和第2低損耗基板117b)。在低損耗基板117a上安裝電路元件123，在低損耗基板117b上安裝電路元件123a、123b。在高熱傳導(dǎo)基板103和多層低損耗基板117a、117b之間，疊層第1電氣絕緣性基板105a和第2電氣絕緣性基板105b。在第1電氣絕緣性基板105a內(nèi)的高熱傳導(dǎo)基板103上的半導(dǎo)體元件101上，安裝分布常數(shù)電路元件121，在高熱傳導(dǎo)基板103上安裝有源元件124，在各自的外圍形成空隙107。同樣，在低損耗基板117a上形成濾波元件125，其外圍形成空隙107，在低損耗基板117b上安裝電路元件123b，其外圍形成空隙107。
電氣絕緣性基板105a、105b由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成。無機(jī)填料例如可選擇從Al2O3、BeO、BN、AlN和SiO2等。無機(jī)填料在混合物中所占的比例最好是70重量％～95重量％。并且，無機(jī)填料的平均粒徑最好為0.1μm～100μm。熱固化性樹脂例如可選用耐熱性好的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或氰酰樹脂。環(huán)氧樹脂耐熱性特別好，所以尤其適合。并且，混合物還可以包括分散劑、著色劑、連接劑或脫模劑。
電路元件123例如包括有源元件123a和無源元件123b。有源元件123a例如可以采用晶體管、IC、LSI等半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體元件也可以是半導(dǎo)體裸芯片。無源元件123b可以采用片狀電阻、片狀電容或片狀電感等。而且，電路元件123也可以不包括無源元件123b。
將有源元件123a安裝在低損耗基板117上時(shí)，例如采用倒裝片粘接方法。圖11所示的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊示出了3層結(jié)構(gòu)，但也可以根據(jù)設(shè)計(jì)為多層結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式中，至少在第2電氣絕緣性基板內(nèi)埋入電路元件即可，也可以進(jìn)一步在第1電氣絕緣性基板內(nèi)埋入電路元件。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，能使半導(dǎo)體元件有效地散熱，能獲得與裸芯片狀態(tài)的特性相同的特性，能以較短的布線與低損耗濾波器相連接，高頻特性良好，制造合格率高，可靠性高，此外，安裝在多塊低介質(zhì)損耗基板上的電路元件和半導(dǎo)體元件或?yàn)V波元件等之間的布線長度，與不講低介質(zhì)損耗基板重疊多層而配置成二維的情況比較，可以極短地進(jìn)行連接，因此能減少布線造成的信號(hào)損耗，而且能減小具有同樣功能的模塊的安裝面積，實(shí)現(xiàn)小型化，提高電路元件安裝密度。
在本實(shí)施方式中說明本發(fā)明具有多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的一種實(shí)施方式。
圖12是本發(fā)明第10實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的剖面圖。圖13是表示其電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
半導(dǎo)體元件101面朝上安裝在高熱傳導(dǎo)基板103上，形成在高熱傳導(dǎo)基板103上的布線圖形119和安裝在布線圖形119上的旁路電容133，通過引線131利用鍵合進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上除有源元件124外，還形成分布常數(shù)電路元件121。
并且，在低介質(zhì)損耗基板117上，形成了布線圖形和采用布線圖形的濾波元件125。由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成的電氣絕緣性基板105，被夾在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103之間進(jìn)行疊層，分別設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117和高熱傳導(dǎo)基板103上的布線，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板105上的過孔導(dǎo)體111進(jìn)行電氣連接。
在半導(dǎo)體元件101上的采用布線圖形的分布常數(shù)電路元件121和有源元件124的鄰近區(qū)域、以及設(shè)置在低介質(zhì)損耗基板117上的濾波元件125的鄰近區(qū)域形成了空隙107。在高熱傳導(dǎo)基板103的外側(cè)，通過導(dǎo)熱性粘合劑104安裝用于散熱的散熱片115。
高頻信號(hào)輸出端子127和外部信號(hào)輸入端子128分別是布線圖形的一部分，設(shè)置在低損耗基板117的表面。而且，也可以把該高頻信號(hào)輸出端子127和外部信號(hào)輸入端子128設(shè)置在高熱傳導(dǎo)基板103上。
外部信號(hào)輸入端子128通過布線圖形和過孔導(dǎo)體等與濾波元件125的輸入端子125a進(jìn)行電氣連接，再有，濾波元件125的輸出端子125b和半導(dǎo)體元件101的輸入端子101a進(jìn)行電氣連接。然后，半導(dǎo)體元件101的輸出端子101b與高頻信號(hào)輸出端子127進(jìn)行電氣連接。這些電氣連接關(guān)系示于圖13。如圖13所示，各器件在內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊內(nèi)部進(jìn)行電氣連接，設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊供使用。
上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，在半導(dǎo)體元件為高輸出用的功率放大器的情況下，可以用一個(gè)內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊來制成一種將發(fā)送功能集中在一起的發(fā)送模塊，在構(gòu)成毫米波段信號(hào)的通信機(jī)時(shí)，能減少部件數(shù)量。
并且，在半導(dǎo)體元件是低噪聲放大器的情況下，同樣能獲得接收模塊。再者，采用多個(gè)半導(dǎo)體元件的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，可以獲得使收發(fā)功能一體化的毫米波段前端模塊。
例如，內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的其他電路結(jié)構(gòu)一例的示意圖如圖16所示，外部連接用接地端子160通過布線圖形和過孔導(dǎo)體與濾波元件125的濾波元件用接地端子160a進(jìn)行電氣連接，進(jìn)一步通過過孔導(dǎo)體111b和布線圖形等與濾波元件用接地端子160a和半導(dǎo)體元件101的半導(dǎo)體元件用接地端子160b進(jìn)行電氣連接。濾波元件例如可以使用那種采用了耦合線路的微波傳輸帶帶通濾波器。這時(shí)，在低損耗基板上形成用于構(gòu)成濾波器的布線，與其相對(duì)置的低損耗基板的背面的電極成為濾波元件用的接地層，其一部分成為濾波元件用接地端子。濾波元件用的接地端子通過設(shè)置在低損耗基板上的通孔和設(shè)置在電氣絕緣性基板上的過孔導(dǎo)體、及設(shè)置在高熱傳導(dǎo)基板上的布線圖形，與半導(dǎo)體元件用接地端子相連接。
如上所述，利用設(shè)置在電氣絕緣性基板105中的多個(gè)過孔導(dǎo)體111b，以最短的距離連接濾波元件用接地端子160a和半導(dǎo)體元件用接地端子160b，由此濾波元件125和半導(dǎo)體元件101的接地端子在高頻段也能作為接地端子穩(wěn)定地功能，所以能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作。
而且，在上述各實(shí)施方式中，各基板并非僅限于單層基板，也可以是多層布線基板。
本實(shí)施方式說明本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的安裝體的一實(shí)施方式。
圖17是表示本發(fā)明第11實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的安裝體結(jié)構(gòu)的概要剖面圖。
本實(shí)施方式中的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，在第1實(shí)施方式中說明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的外部電極113，利用鉛錫系焊料等與母基板用端子161進(jìn)行連接。外部電極113中的接地電極與母基板用接地端子162連接。母基板可以使用那種采用了氟樹脂的印制電路板。母基板用接地端子162利用通孔165與母基板160的與安裝了內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊100的面相對(duì)置的一側(cè)進(jìn)行電氣連接。再者，母基板用接地端子162利用導(dǎo)電性粘合劑104a與下側(cè)框體171進(jìn)行電氣連接。下側(cè)框體171利用鑄鋁等金屬，也兼作為散熱片使用。利用螺釘?shù)葘⑾聜?cè)框體171與上側(cè)框體172和側(cè)面框體173固定成一個(gè)整體，在電氣上也是相同電位。再有，上側(cè)框體172通過粘接劑層104與背面上形成了接地層的高熱傳導(dǎo)基板103進(jìn)行電氣連接。粘接劑層可以采用和導(dǎo)電性粘合劑104a相同的材料。導(dǎo)電性粘合劑104、104a例如可采用電導(dǎo)率為1×10-4Ωcm的日本焊錫公司制造的“DOHDENT”(商品名)。而且，圖17中和上述相同的符號(hào)表示相同的部件，故其說明從略。
若采用該內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的安裝體，則能使加熱板和框體一體化，能減少部件數(shù)量，同時(shí)通過框體能使內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的接地電極和母基板的接地電極通用，能使接地電位穩(wěn)定通用。因此，能使內(nèi)裝的半導(dǎo)體元件穩(wěn)定工作。
以下說明本發(fā)明內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的安裝體的制造方法的一例。內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的外部電極113是在母基板用端子161上印刷一層焊料膏之后，用回流焊等方法安裝到母基板上，然后用調(diào)合器在下側(cè)框體的規(guī)定位置上涂敷導(dǎo)電性粘合劑，其上放置已安裝了內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的母基板。然后，利用調(diào)合器在上側(cè)框體的規(guī)定位置上涂敷形成粘接劑層，通過側(cè)面框體對(duì)下側(cè)框體和上側(cè)框體進(jìn)行檸固。這時(shí)，上側(cè)框體同時(shí)通過粘合劑層與高熱傳導(dǎo)基板相接合。這時(shí)，把粘合劑層作為薄膜狀且具有可壓縮性的熱可塑性薄片，例如，可以采用在常溫附近具有橡膠狀彈性的熱可塑性彈性聚合物作為具有可壓縮性的熱可塑性薄片。為了提高導(dǎo)熱性，把導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性填料分散到薄片中。填料可采用銀、碳黑、石墨等，在把銀作為填料使用時(shí)，熱可塑料彈性聚合物的比重約為3～4，體積電阻率大致不大于10-3Ω·cm。在這種情況下，在固定上側(cè)框體和下側(cè)框體之前面的狀態(tài)下，使安裝在母基板上的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊的包括母基板在內(nèi)的整體厚度、以及導(dǎo)電性粘合劑和熱可塑性薄片的粘合劑層相結(jié)合的合計(jì)厚度，大于側(cè)面框體的厚度，通過側(cè)面框體固定上側(cè)框體和下側(cè)框體時(shí)，粘合劑層若使用被壓縮的具有可壓縮性的薄片，則粘合劑層的膠片內(nèi)的填料被壓縮，填料的充填量密度增加，所以與壓縮之前的狀態(tài)相比，導(dǎo)電率上升，同時(shí)導(dǎo)熱率也上升。
以下，利用圖18詳細(xì)說明如下電路結(jié)構(gòu)，即，將內(nèi)部安裝利用布線圖形在低損耗基板上形成的濾波元件后形成的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，安裝到母基板上而形成的安裝體和框體進(jìn)行電氣連接時(shí)的電路結(jié)構(gòu)。
高頻信號(hào)輸出端子127和外部信號(hào)輸入端子128分別是布線圖形的一部分，設(shè)置在低損耗基板117上。外部信號(hào)輸入端子128通過布線圖形和過孔導(dǎo)體等，與濾波元件125的輸入端子125a進(jìn)行電氣連接。再者，濾波元件125的輸出端子125b和半導(dǎo)體元件101的輸入端子101a，通過設(shè)置在電氣絕緣性基板上的過孔導(dǎo)體和布線圖形進(jìn)行電氣連接。另外，半導(dǎo)體元件101的輸出端子101b與高頻信號(hào)輸出端子127進(jìn)行電氣連接。
另一方面，外部連接用接地端子160通過布線圖形和過孔導(dǎo)體與濾波元件125的濾波元件用接地端子160a進(jìn)行電氣連接，再者，通過過孔導(dǎo)體111b和布線圖形等與濾波元件用接地端子160a和半導(dǎo)體元件101的半導(dǎo)體元件用接地端子160b進(jìn)行電氣連接。濾波元件可以采用這樣一種微波傳輸帶帶通濾波器，它采用例如在低損耗基板的背面設(shè)置接地層，在另一面在環(huán)上形成的布線圖形的環(huán)形揩振器。這時(shí)，在低損耗基板上形成用于構(gòu)成濾波器的布線，與其相對(duì)置的低損耗基板的背面的電極成為濾波元件用的接地層，其一部分變成濾波元件用的接地端子。濾波元件用的接地端子，通過采用金屬制的例如鋁鑄件的框體與設(shè)置在高熱傳導(dǎo)基板上的接地用布線圖形電氣連接，再與半導(dǎo)體元件用接地端子連接。
這樣，通過框體對(duì)濾波元件用接地端子160a和半導(dǎo)體元件用接地端子160b進(jìn)行連接，能使接地電位穩(wěn)定，能使模塊工作穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是，包括電氣絕緣性基板，它由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，它由熱傳導(dǎo)率比上述電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板和上述電氣絕緣性基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部，面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，而且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；以及分布常數(shù)電路元件和有源元件，它們被設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上；在上述電氣絕緣性基板內(nèi)部，而且在上述分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的表面附近設(shè)置空隙。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述電氣絕緣性基板的另一面，還疊層第2高熱傳導(dǎo)基板。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述空隙擴(kuò)展至上述第2高熱傳導(dǎo)基板。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在接近上述空隙、與分布常數(shù)電路元件相對(duì)的面上，還設(shè)有屏蔽電極。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述屏蔽電極被多個(gè)空隙共用。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是具有布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部并與上述布線圖形電氣連接的電路元件。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述電路元件通過上述電氣絕緣性基板與外部氣體隔離。
8.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是構(gòu)成電氣絕緣性基板的混合物中包含的無機(jī)填料包括從Al2O3、BeO、BN、SiC、AlN和SiO2中選出的至少一種無機(jī)填料。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述高熱傳導(dǎo)基板由從Al2O3、BeO、BN、AlN和SiC中選出的至少一種陶瓷構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述半導(dǎo)體元件由包含Si、GaAs、SiGe、InP和SiC的物質(zhì)中選出的至少一種半導(dǎo)體構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述電氣絕緣性基板的另一面上，還具有由介質(zhì)損耗比上述電氣絕緣性基板小的材料構(gòu)成的低損耗基板。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述低損耗基板上形成了多個(gè)布線圖形。
13.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述低損耗基板上，且在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部設(shè)置濾波元件，在上述濾波元件的表面附近設(shè)置空間。
14.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是設(shè)置在上述低損耗基板上的濾波元件、以及設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件和有源元件均被設(shè)置在同一空隙內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述高導(dǎo)熱基板或低損耗基板上，具有高頻信號(hào)輸出端子和外部信號(hào)輸入端子；上述外部信號(hào)輸入端子和上述濾波元件的輸入端子進(jìn)行電氣連接；上述濾波元件的輸出端子和上述半導(dǎo)體元件的輸入端子進(jìn)行電氣連接；上述半導(dǎo)體元件的輸出端子和高頻信號(hào)輸出端子進(jìn)行電氣連接。
16.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述低損耗基板包括從Al2O3、BeO、BN、AlN和SiC中選出的至少一種陶瓷材料。
17.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述低損耗基板是熱變形溫度不低于180℃的耐熱性樹脂。
18.如權(quán)利要求17所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是耐熱性樹脂是下列樹脂中的至少一種氟樹脂、聚酰亞胺(PI)樹脂、包含間位基團(tuán)和對(duì)位基團(tuán)的芳族聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺聚酰亞胺樹脂、聚酯聚酰亞胺樹脂、聚醚酮(PEK)樹脂、聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚砜(PS)樹脂、雙馬來酰亞胺三氮雜苯、對(duì)聚苯醚(PPE)樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚苯并咪唑樹脂、液晶聚合物和聚苯環(huán)丁烯中選出的至少一種樹脂。
19.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述電氣絕緣性基板由第1和第2電氣絕緣性基板構(gòu)成，由導(dǎo)熱率高于第1電氣絕緣性基板的介質(zhì)材料構(gòu)成；該內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊具有高熱傳導(dǎo)基板，它重疊在上述第1電氣絕緣性基板的一個(gè)面上；第1和第2低損耗基板，其由介質(zhì)損耗小于上述第1電氣絕緣性基板的介質(zhì)材料構(gòu)成；多個(gè)布線圖形，它形成在上述高熱傳導(dǎo)基板、上述第1和第2電氣絕緣性基板、第1和第2低損耗基板上；半導(dǎo)體元件，它被布置在上述第1電氣絕緣性基板的內(nèi)部，且面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，而且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；分布常數(shù)電路元件和有源元件，它們被設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上，空隙，它在上述第1電氣絕緣性基板內(nèi)部，且在上述半導(dǎo)體元件上的分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的表面附近設(shè)置；以及電路元件，其被布置在上述第2電氣絕緣性基板的內(nèi)部，與上述第2低損耗基板的布線圖形電氣連接，上述第1低損耗基板被疊層在上述第1電氣絕緣性基板的另一面上，上述第2電氣絕緣性基板被疊層在上述第1低損耗基板和上述第2低損耗基板之間。
20.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述高熱傳導(dǎo)基板的外側(cè)還具備具有散熱功能的散熱片。
21.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述高熱傳導(dǎo)基板被布置在框體內(nèi)，上述高熱傳導(dǎo)基板和上述框體由導(dǎo)熱性樹脂接合，還具有背面安裝在與上述接合面相對(duì)的面上的在毫米波段下工作的半導(dǎo)體元件、及與上述半導(dǎo)體元件的接地端子連接的母基板，上述母基板的接地端子與上述框體電氣連接。
22.如權(quán)利要求21所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是上述導(dǎo)熱性樹脂具有可壓縮性。
23.如權(quán)利要求21所述的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，其特征是在上述框體內(nèi)，還具有低損耗基板和在上述低損耗基板上的濾波元件，上述半導(dǎo)體元件安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上；在上述高導(dǎo)熱基板或低損耗基板上，具有高頻信號(hào)輸出端子、外部信號(hào)輸入端子和外部連接用接地端子；上述外部信號(hào)輸入端子和上述濾波元件的輸入端子電氣連接；上述濾波元件的輸出端子和上述半導(dǎo)體元件的輸入端子通過第1過孔導(dǎo)體電氣連接；上述半導(dǎo)體元件的輸出端子和高頻信號(hào)輸出端子通過第2過孔導(dǎo)體電氣連接；上述外部連接用接地端子和上述濾波元件的濾波元件用接地端子電氣連接；上述半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體元件用接地端子、濾波元件用接地端子及外部連接用接地端子，通過上述框體電氣連接。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)裝半導(dǎo)體的毫米波段模塊，能有效地對(duì)來自工作在毫米波段的半導(dǎo)體元件的熱進(jìn)行散熱，半導(dǎo)體元件和電路元件的安裝密度高。具有電氣絕緣性基板，由包含無機(jī)填料和熱固化性樹脂的混合物構(gòu)成；高熱傳導(dǎo)基板，由熱傳導(dǎo)率比上述電氣絕緣性基板高的介質(zhì)材料構(gòu)成，重疊在上述電氣絕緣性基板的一個(gè)面上；多個(gè)布線圖形，形成在上述高熱傳導(dǎo)基板和上述電氣絕緣性基板上；半導(dǎo)體元件，布置在上述電氣絕緣性基板的內(nèi)部，面朝上安裝在上述高熱傳導(dǎo)基板上，且與上述布線圖形電氣連接，工作在毫米波段；及分布常數(shù)電路元件和有源元件，設(shè)置在上述半導(dǎo)體元件上；在上述電氣絕緣性基板內(nèi)部且在上述分布常數(shù)電路元件和上述有源元件的表面附近設(shè)置空隙。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1449030SQ0310920
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者巖城秀樹, 田口豐, 小掠哲義, 菅谷康博, 朝日俊行, 西山東作, 井戶川義信 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社