JP2002158509A - 高周波回路モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作で修復作業が可能で、電気特性の
劣化が防止された高周波回路モジュールを得る。 【解決手段】 半導体素子１はキャリア基板２０上の第
１の信号線路２２にフリップチップ接合されている。主
基板５０には第２の信号線路５２が形成され、第１の信
号線路２２と第２の信号線路５２が、キャリア基板の側
壁に設けた接続電極２５１とはんだ３５からなる接続部
により接続され、キャリア基板２０を主基板５０上に２
次実装されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波回路モジュ
ールおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年インターネットに代表されるＩＴ
（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）分
野における高速・大容量の通信手段として、特に光ファ
イバー等を用いた有線通信機器やマイクロ波、ミリ波を
用いた無線通信機器の普及が著しく、これら通信機器に
は、高性能の高周波トランジスタやＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏ
ｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体素子が組み込まれて
いる。この種の機器はＧＨｚを越える高周波領域で動作
させるので、使用される半導体素子の材料としては一般
に広く使用されているシリコンに代わって、高周波特性
に優れている化合物半導体、とりわけガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）半導体が選ばれることが多い。

【０００３】上記半導体素子を組み合わせて、電子回路
として完成させるには、ベアチップと呼ばれる裸の半導
体素子の表面に形成されている複数の電極を外部の回路
と電気的に接続させるために接続用の配線を設ける必要
がある。一般的に半導体素子においては、このような部
分の接続には、半導体素子の電極パッドと対応した外部
電極との間に金線やアルミ線のような金属ワイヤを超音
波ボンディングすることにより行われる。しかし、特に
高周波領域で動作する電子回路の場合は、半導体素子の
パッド電極と外部電極を機械的に金属ワイヤで接続する
ことは、そのワイヤ接続によって生じる寄生インダクタ
ンスや寄生容量を増加させ、接続部においてインピーダ
ンスの不整合を招いてしまうため、半導体素子が有して
いる本来の性能を発揮させることができなくなってしま
い、結果として、高周波信号の伝送においてロスを発生
させてしまい、効率の悪い電子回路となる。上記問題を
解決する一つの手段として、金属ワイヤを用いない半導
体素子の接続法であるフリップチップ実装法が開発され
た。

【０００４】図７（ａ）、（ｂ）は、特開平３―１２０
７３６号公報に記載された、半導体チップが基板にフリ
ップチップ実装された状態を示す説明図で、（ａ）はそ
の断面図、（ｂ）は半導体チップ側から見た平面図であ
り、図中４１は半導体チップ、４２はセラミック基板、
４３はモジュールフレーム、４４はチップ配線、４５は
バンプ、４６、４７は基板配線である。即ち、金属製の
モジュールフレーム（半導体パッケージ）４３上に、基
板配線４６、４７が形成されたセラミック基板４２を実
装する。この時、基板配線４６、４７はコプレーナ型の
伝送線路を形成しており、基板配線４６は、信号線、基
板配線４７は接地線となる。この基板配線４６、４７上
にバンプ４５を形成し、半導体チップ４１の回路面をセ
ラミック基板４２側に向けて実装する。絶縁基板と半導
体チップとの物理的な接続はバンプ自身の合金化あるい
は硬化型の樹脂により行う。上記のようにして実装する
ことで、先に述べた金属ワイヤを用いない半導体素子の
接続が実現し、半導体チップとセラミック基板との接続
部の電気的損失を最小限に抑えることが可能となる。

【０００５】ところで、情報通信量の高速化・大容量化
に伴って、単位時間あたりに伝送すべき情報量は飛躍的
に増加し、これに対応すべく、通信設備としても限られ
た設置空間内に大規模な回路システムを効率よく収納す
る必要があり、システムの構成部材等のいっそうの小型
化が求められている。一方、高周波回路を収納する筐
体、回路基板、半導体パッケージ等においては、高性
能、高信頼性の観点から、気密封止された構造のセラミ
ックや金属製のパッケージが採用されている。このよう
なパッケージは性能や信頼性を最重視するが故に、非常
に大型で、かつ高価という欠点を有するが、装置性能、
信頼性が最優先であった時代にあっては、装置や付帯設
備のサイズが大きくてもあまり問題視されなかった。し
かし最近では先に述べた理由により小型化は非常に重要
な要素である。また、従来、システム価格が高価な時代
にあってはこのようなパッケージのコストがシステム全
体のコストに占める割合は小さく、低コスト化はさほど
重要では無かった。しかし最近になって高品質・高性能
のシステムを低価格で提供する必要がある社会環境にあ
っては、コストは無視できない重要な要素で、可能な限
り低コスト化を実現せねばならない。

【０００６】さて、先に述べたワイヤ接続の問題は、半
導体素子と素子を収納する半導体パッケージ間の問題に
止まらず、半導体パッケージとパッケージを搭載する配
線板等外部回路の接続に対しても同様である。従来、高
周波対応の半導体パッケージと外部回路の接続には、ボ
ールボンダまたはウエッジボンダによるワイヤボンディ
ングまたはリボンボンディングが行われており、素材の
金属としては特殊な例を除いてほとんど金ワイヤまたは
金リボンが用いられる。これらの接続作業は手作業また
は自動化装置によって行われるが、手作業の場合は作業
の習熟度や個人差によるばらつき、自動化装置にあって
は機械の稼働をスムーズにすべく一定のマージンを設け
る必要や、工作時間を短縮する必要から、インダクタン
スを最低値に押さえることが出来る最短距離でのワイヤ
ボンディングをばらつき無く行うという実装の実現は一
般的に困難である。

【０００７】この問題を解決するため、半導体パッケー
ジと外部回路との接続に関しても、ボンディングワイヤ
を用いない接続法が開発され、特開２０００―１５１０
３９号公報には、金属ワイヤを用いない実装法の事例が
開示されている。この公報には、フレキシブル基板上に
フリップチップ実装された半導体素子からなるモジュー
ルを金属バンプを介して外部回路と接続する方法が記載
されている。図８は、上記公報に記載されている方法に
より半導体素子がパッケージに載置し加圧して実装する
状態を説明する断面図で、図において６１は絶縁性フレ
キシブル基板、６２は接地用配線、６３は高周波信号用
配線、６４は第１の金属バンプ、６５は第２の金属バン
プ、６６はパッケージ、６７はパッケージの高周波信号
用配線、６８は半導体素子収容キャビティ部、６９はボ
ンディングツール、７０は半導体素子である。

【０００８】即ち、フレキシブル基板６１上の第１の金
属バンプ６４に対してボンディングツール６９を用い
て、加圧・加熱し、金属バンプ６４に加圧と伝熱を行っ
て金属バンプ６４とパッケージ配線６７あるいは他の配
線基板の電極端子や配線と接合する方法が記述されてい
る。上記公報には、フレキシブル配線板のパッケージへ
の接続は、まず、フレキシブル基板６１をパッケージ６
６上に位置合わせして搭載する。次にフレキシブル基板
６１の上方よりボンディングツール６９によってフレキ
シブル基板６１の金属バンプ部を加圧・加熱し、高周波
信号、接地用の配線上の金属バンプをパッケージの信号
用配線に、接地用配線は接地用にそれぞれ接合する手順
がとられる。金属バンプの材料に関しては、これら公報
には詳細に記述されていないが、このような目的には一
般的に、はんだが使用される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７、
図８に示す従来技術には次の課題があった。まず、はん
だを用いてバンプ接続するには、接続する電極の一方も
しくは両方に設けたはんだバンプ、またはスクリーン印
刷法やめっき法によって供給したはんだを有する電極ど
うしを位置あわせし、加熱、加圧を行うが、この工程に
おいて、加えられた圧力により、溶融したはんだが横に
押し広げられるため、電極間隔が狭い場合には、隣接す
るパッドから押し広げられたはんだどうしが接触し、隣
り合う電極間で短絡が生じ、正常な接続ができないとい
う問題がある。その限界値ははんだバンプの寸法に依存
するが、１２０μｍ付近であると考えられている。一般
に、化合物半導体は材料コストが高価なため、可能な限
り面積を小さくした半導体素子が製造される。このため
素子の電極ピッチも狭くなる傾向にあり、１００μｍ以
下のものも現れている。従ってはんだを用いた接続方法
では最近の狭ピッチ半導体素子には対処することができ
ない。

【００１０】また、図７に示すようにして、多数個の半
導体素子を基板上にフリップチップ実装した場合には、
多数個の半導体素子のうち一つでも不良素子があると、
局所的な修理作業は極めて困難であるので、実装基板全
体を取り替えなくてはならないという問題点が発生す
る。即ち、図７に示す従来の構造にあっては、一度実装
した後ではリペア作業を行うには極めて困難という欠点
を有するため、複数の半導体素子を実装するモジュール
においては歩留まりが極端に低下するという課題があ
る。

【００１１】これに対し、図８に示すようにして、フレ
キシブル基板上にフリップチップ実装した時点で電気的
試験を実施することでモジュールの良否判定が行えるた
め、実装基板全体を交換するという問題点は解決してい
る。しかしながら、まず、フレキシブル配線板をパッケ
ージ上に位置合わせして搭載し、次にフレキシブル配線
板の上方よりボンディングツールによってフレキシブル
配線板の金属バンプ部を加圧・加熱して接合するという
２段階の実装方法を用いているために、キャリア基板の
金属バンプと主基板とを加圧・加熱接合した際に、微少
な位置ズレ等が生じることが考えられ、このことが原因
で高周波特性を満足しない実装となった場合、修復作業
を行うことが極めて困難になる。また、一度接合を終え
たフレキシブル配線板のバンプを再溶融させて取り外
し、フレキシブル配線板にあっては残留はんだを除去し
た上で、再度バンプを形成する工程や、また基板側にあ
っては、同じく残留はんだの除去に加え、再位置合わせ
・搭載・加圧・加熱する工程を一連の実装とは独立して
行わねばならず、非常に煩雑な作業となる。

【００１２】ところで、信号伝送路上に段差や不連続部
分が生じると特性インピーダンスの不整合が起こり、こ
れに起因する信号の反射現象が発生するため、マイクロ
波、ミリ波等の高周波領域にあっては信号伝達特性が低
下することが知られている。この対策として、従来は図
８に示すように、実装基板の一部に凹み（キャビティ）
を設け、その中に半導体素子を収容することにより伝送
線路の高さを同一平面上に揃えることが行われている。
しかし、キャビテイを設けてその中に半導体素子を実装
する方法は、あらかじめ実装基板上に開口部を設ける必
要があるため、開口部による実装上の制約や実装基板の
製造コストが高くなってしまうという課題があった。

【００１３】本発明はかかる課題を解消するためになさ
れたもので、実装歩留まりが高く、簡単な操作で修復作
業（リペア）が可能で、電気特性の劣化が防止された高
周波回路モジュールを得ることを目的とする。また、上
記高周波回路モジュールを容易に歩留まり高く得ること
ができる高周波回路モジュールの製造方法を得ることを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の高周
波回路モジュールは、半導体素子、この半導体素子が接
合されたキャリア基板およびこのキャリア基板を搭載
し、上記キャリア基板の側壁を用いた接続部により上記
キャリア基板に接続された主基板を備えたものである。

【００１５】本発明に係る第２の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、半導体
素子はキャリア基板の主面に設けた第１の信号線路に接
合され、主基板に設けた第２の信号線路と、上記第１の
信号線路とが、熱により軟化または溶融する導電性材料
を用いた接続部により接続されたものである。

【００１６】本発明に係る第３の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリ
ア基板の主面に設けた第１の接地線路と、主基板に設け
た第２の接地線路とが、熱により軟化または溶融する導
電性材料を用いた接続部により接続されたものである。

【００１７】本発明に係る第４の高周波回路モジュール
は、上記第２または第３の高周波回路モジュールにおい
て、キャリア基板または主基板の信号線路は、コプレー
ナ伝送線路構造のものである。

【００１８】本発明に係る第５の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、側壁に
は、キャリア基板の主面側から裏面側に向いた断面凹状
の切り欠き部が形成され、上記切り欠き部壁面に接続電
極が設けられているものである。

【００１９】本発明に係る第６の高周波回路モジュール
は、上記第５の高周波回路モジュールにおいて、キャリ
ア基板の裏面の、切り欠き部による凹部の周囲にランド
が形成され、上記ランドと接続する、主基板の信号線路
または接地線路の接続領域の形状が、上記ランドの外周
形状に沿った形状のものである。

【００２０】本発明に係る第７の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、半導体
素子は金の固相拡散接合によりフリップチップ接合され
ているものである。

【００２１】本発明に係る第８の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリ
ア基板の厚さは１０〜６００μｍのものである。

【００２２】本発明に係る第９の高周波回路モジュール
は、上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリ
ア基板または主基板に導電性材料の流動を堰きとめる堰
材を備えたものである。

【００２３】本発明に係る第１０の高周波回路モジュー
ルは、上記第９の高周波回路モジュールにおいて、堰材
は、金属膜を用いて形成されているものである。

【００２４】本発明に係る第１１の高周波回路モジュー
ルは、上記第９の高周波回路モジュールにおいて、堰材
により、主基板に設けた第２の信号線路のキャリア基板
との接続領域が限定されているものである。

【００２５】本発明に係る第１の高周波回路モジュール
の製造方法は、半導体素子をキャリア基板に接合する工
程、および上記キャリア基板の側壁を用いた接続部によ
り上記キャリア基板と主基板を接続し、キャリア基板を
主基板に実装する工程を施す方法である。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の第
１の実施の形態の高周波回路モジュールの斜視図であ
り、図中、１はウエハから切り出された裸の半導体素
子、２０はキャリア基板、２２はキャリア基板の主面に
形成された第１の信号線路、２３はキャリア基板の主面
に形成された第１の接地線路、５０はキャリア基板２０
を搭載する主基板、５２は主基板上に設けられ高周波信
号が伝送される第２の信号線路、５４は主基板上に設け
られた第２の接地線路、２５はキャリア基板２０の側壁
に設け、キャリア基板の主面側から裏面側に向いた断面
凹状の切り欠き部である、半割スルーホール、２５１、
２５２は半割スルーホール２５壁面に設けた接続電極、
３５は例えばはんだ等、熱により軟化または溶融する導
電性材料で、接続電極２５１、２５２と導電性材料３５
によりキャリア基板２０と主基板５０を接続する接続部
を構成する。即ち、接続電極２５１を介してキャリア基
板２０の第１の信号線路２２と主基板５０の第２の信号
線路５２、または接続電極２５２を介してキャリア基板
の第１の接地線路２３と主基板の第２の接地線路５４
を、導電性材料３５を用いて接続してキャリア基板を主
基板に実装する。なお、２７、５７は導電性材料の流動
を堰きとめ、ぬれ広がりを防止するレジスト（堰材）で
ある。

【００２７】図２は、図１におけるＩ―Ｉ線断面図であ
り、図中、１０は半導体素子上に形成された外部回路と
の接続電極、１５はバンプで、例えば金で形成されるこ
とにより固相拡散接合でキャリア基板２０の第１の信号
線路２２にフリップチップ接合されており、固相拡散接
合を用いているので接合が強固となり好ましい。２９は
キャリア基板の裏面に形成された接地電極である。

【００２８】図３（ａ）、（ｂ）は、上記キャリア基板
の構造を説明する説明図で、（ａ）はキャリア基板の半
導体素子を実装する面、（ｂ）は半導体素子を実装する
面の裏面である。３０は第１の信号線路２２における半
導体素子を実装するための電極パッド部分、３１は第１
の接地線路２３における半導体素子を実装するための電
極パッド部分、３６はキャリア基板の裏面のスルーホー
ル２５による凹部の周囲に形成されたランドである。

【００２９】図１〜３に示すように、キャリア基板２０
上の第１の信号線路２２は第１の接地線路２３と共に伝
送線路を形成しており、キャリア基板２０と半導体素子
１とはフリップチップ接合されている。キャリア基板２
０の側壁に設けた半割スルーホール壁に上記主面の伝送
線路構造に対応した接続電極２５１、２５２が主面の線
路に接続して設けられている。一方、上記キャリア基板
を主基板５０上に搭載して２次実装する主基板５０には
第２の信号線路２２と、第２の接地線路５４が設けられ
ている。ここで、本発明の第１の実施の形態の高周波回
路モジュールは、接続電極２５１を介して、上記第１の
信号線路２２と第２の信号線路５２を接続するが、熱に
より軟化または溶融する導電性材料３５を側壁に用いた
接続部で、キャリア基板と主基板信号線路がコプレーナ
伝送線路の形で接続されているので、キャリア基板と主
基板信号線路の間で段差があっても、高周波信号の反射
が抑制され、電気特性の劣化が防止される。

【００３０】図に示すキャリア基板２０の単数または複
数個が主基板５０上にはんだ等熱により軟化または溶融
する導電性材料を用いた接続部により実装されて高周波
回路モジュールを構成する場合、加熱により実装後のリ
ペア作業が容易であり、実装歩留まりを高く維持しなが
ら、生産性よく製造できる。

【００３１】また、図は、キャリア基板または主基板の
伝送線路構造が、コプレーナ伝送線路構造の例を示す
が、高周波信号の伝送路としてよく用いられるマイクロ
ストリップ伝送線路構造を採用してもよい。

【００３２】さらに、図に示すように、キャリア基板に
設けた第１の接地線路２３と、主基板に設けた第２の接
地線路５４とが上記キャリア基板の側壁部に設けられ、
上記第１の接地線路と接続された接続電極２５２を介し
て導電性材料３５を用いて接続されていることによりキ
ャリア基板の主基板への実装がより強固となるという効
果がある。

【００３３】また、図に示すように、キャリア基板また
は主基板に導電性材料の流動を堰きとめる堰材（例えば
はんだレジスト）を備えることにより、導電性材料がキ
ャリア基板または主基板表面に流動し、ぬれ広がること
によって接続部の導電性材料の量が不足し、接続部の強
度低下を招いたり、半導体素子の下面に流れ込むことに
よって電気特性が低下するのを防止できるという効果が
ある。堰材は、金属膜を用いて形成すると、伝送線路の
信号通過性を損なうことを防止できる。また、はんだレ
ジスト等堰材により、主基板のキャリア基板との接続領
域を限定すると、高精度な実装が可能であるという効果
がある。

【００３４】図においては、接続電極はキャリア基板の
半割スルーホール上に形成されているが、キャリア基板
と主基板の信号線路の接続に用いられるものを２５１、
接地線路の接続に用いられるものを２５２と区別して示
す。また、主基板の第２の信号線路の、キャリア基板と
の接続領域は、ランド３６の外周形状に沿った形状とす
ることにより、接続による電気損失を最小限に低下でき
るため好ましく、例えば、半割スルーホール２５のラン
ド３６外形と対応する半円形状の信号電極パッドとして
形成されている。

【００３５】キャリア基板の厚さは１０〜６００μｍ
が、主基板とキャリア基板に段差があっても、高周波特
性を損なわれないため好ましく、１０μｍ未満では薄す
ぎて取り扱いが困難となり、６００μｍを越えると線路
の反射損が増すため高周波特性が劣化する。キャリア基
板としてはＬＴＣＣ（低温焼成ガラスセラミック基板）
を用い、キャリア基板上の導体材料には銅、銀、銀―パ
ラジウム、銀―白金など導電率の低い金属が用いられて
おり、これら導体材料の表面が金めっきされているもの
を用いたり、またはキャリア基板としては有機材料を用
いたプリント配線板を用い、基板上の導体材料は銅で構
成されており、かつ表面が金めっきされているものを用
いることができ、通常のアルミナ基板で用いられる金属
材料を用いた導体配線に比べ、導体損を低減して低損失
のキャリア基板となる。また、例えば、キャリア基板と
して、ポリイミド基材ベースのフレキシブル配線板や、
ガラスエポキシ基材ベースの薄型配線板構造を用いるこ
ともできる。主基板としては、セラミック基板を用いる
が、損失等が問題無い値を示せば、有機材料を用いたプ
リント配線板を適用することもできる。

【００３６】実施の形態２．図４は、本発明の第２の実
施の形態の高周波回路モジュールの製造方法を説明する
説明図であり、図中、５３は主基板５０上に設けられた
第２の信号線路５２における、第１の信号線路２２との
接続に用いる電極パッド部分、５５は主基板上に設けら
れた第２の接地線路５４における、第１の接地線路２３
との接続に用いる電極パッド部分である。

【００３７】即ち、キャリア基板２０の主面に設けた第
１の信号線路２２に半導体素子１を例えばフリップチッ
プ接合する。一方、主基板には第２の信号線路５２が設
けられている。上記第１の信号線路２２と、上記第２の
信号線路５２の第１の信号電極との接続領域を対向させ
て主基板にキャリア基板を載置する。また、側壁部には
接続電極２５１、２５２が設けられている。熱により軟
化または溶融する導電性材料を供給し、キャリア基板ま
たは主基板を加熱冷却して、本実施の形態の高周波回路
モジュールを製造する。なお、側壁を用いて、キャリア
基板を主基板に実装しているので、電気特性の劣化が少
なく製造が容易である。上記製造方法は、歩留まりよ
く、製造が容易である。また、導電性材料として、熱に
より軟化または溶融する材料を用いるとさらに歩留まり
よく製造できる。また、下記実施例に示すように、あら
かじめ信号電極パッド５３または接地電極パッド５５に
上記導電性材料を設けていてもよい。

【００３８】

【実施例】実施例１．以下、図１〜６を用いて説明す
る。 （１）およそ３０ＧＨｚまでの周波数帯域を有するＧａ
Ａｓ製のＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）１を準備
し、パッド電極１０上に金製の突起状バンプ１５を設け
る。即ち、ＧａＡｓ製ＦＥＴの外形寸法は０．４×０．
５ｍｍの長方形で、厚さは０．１ｍｍである。回路面に
は約１μｍの厚さの金製パッド電極１０が複数個ある。
最初の工程として、このパッド電極１０上に金製の突起
状バンプ１５を設ける。突起状バンプ１５は通称ボール
ボンダと呼ばれる超音波ワイヤーボンデイング装置を用
いて形成する。突起状バンプ１５の形成条件は直径２０
μｍの金ワイヤを用い、超音波エネルギーの設定は０．
２Ｗで接合時間は２５ミリ秒である。ＧａＡｓ製ＦＥＴ
は設定温度２５０℃でステージ上に保持する。これによ
り直径７０μｍ、平均高さ６５μｍの金製の突起状バン
プ１５が形成できる。突起状バンプ１５は、超音波ボン
デイング装置で接合が完了した金ワイヤを垂直方向に引
きちぎることで形成される。

【００３９】（２）ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載するキャリ
ア基板を準備する。即ち、キャリア基板２０は導体配線
を有するアルミナ基板で、基板材料は９９．５％の純度
を有する高品位アルミナである。キャリア基板２０の外
形寸法は３．５×２．５ｍｍの長方形で、厚さは０．４
ｍｍである。基板表面の平均粗度は０．１μｍ以下のも
のを用いた。キャリア基板２０の上面では、半導体素子
１を実装するために、第１の信号線路には電極パッド３
０が、第１の接地線路上には電極パッド３１が設けられ
ている。

【００４０】キャリア基板２０の側壁にはキャリア基板
２０と主基板５０との接続部に使用される次のような電
極が形成されている。まず、複数の半割りスルーホール
２５の壁面に形成された接続電極２５１で、主基板５０
の高周波信号用のコプレーナ伝送線路の第２の信号線路
５２と、キャリア基板上の信号線路２２とを接続する。
また、複数の半割りスルーホール２５の壁面に形成され
た接続電極２５２で、主基板５０の高周波信号用のコプ
レーナ伝送線路の第２の接地線路５４と、キャリア基板
上の第１の接地線路２３とを導電性材料を用いて接続
し、電気的に強固な接地を形成するための接地電極とし
て用いるものである。キャリア基板の裏面には、バック
メタライズと呼ばれる接地電極２９がほぼ全面に施され
ている。以上の導体配線は最小ラインアンドスペース６
０μｍ／６０μｍの精度で形成されている。導体配線は
金属で多層構造をしており、その構成は最下層からＴｉ
／Ｐｄ／Ａｕの順で積層されている。導体の厚さはそれ
ぞれ７００Å／１３００Å／１μｍである。

【００４１】（３）キャリア基板２０上にＧａＡｓ製Ｆ
ＥＴ１をフリップチップ接合する。キャリア基板２０と
ＧａＡｓ製ＦＥＴとの接合に際し、キャリア基板上の電
極パッド部分３０、３１とＧａＡｓ製ＦＥＴ上の金製突
起状電極１５の位置合わせを正確に行うために、画像処
理による位置あわせ機能を備えたフリップチップボンダ
（搭載装置）を用いる。キャリア基板とＧａＡｓ製ＦＥ
Ｔは金―金固相拡散接合工法により接合する。フリップ
チップボンダに付属する加熱加圧ツールには真空吸着孔
があり、ＧａＡｓ製ＦＥＴはツールに直接吸着され、加
熱加圧される。バンプ１個あたりの最大印加荷重は１１
０ｇである。加圧時の温度はキャリア基板側の設定温度
２９０℃、ＧａＡｓ製ＦＥＴ側の設定温度２９０℃で、
加圧時間は１２秒で実施した。キャリア基板とＧａＡｓ
製ＦＥＴは金―金固相拡散接合だけで強固に接合される
ので、樹脂等による補強（アンダーフィル）は必要とし
ない。

【００４２】（４）ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリ
ア基板を実装する主基板５０を準備する。即ち、主基板
５０は導体配線を有するアルミナ製の基板で、基板材料
は９９．５％の純度を有する高品位アルミナで、外形寸
法は５０×７０ｍｍの長方形で、厚さは０．６ｍｍであ
る。主基板の表面には、ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキ
ャリア基板を実装するための次のような電極が形成され
ている。即ち、高周波信号用のコプレーナ伝送線路であ
る主基板の第２の信号線路５２の、キャリア基板の第１
の信号線路との接続領域である信号電極パッド５３と、
第２の接地線路５４の、接地電極として用いる複数個の
接地電極パッド５５であり、主基板接地線路上に主基板
はんだレジストの開口部に形成され、電気的に強固な接
地導体を形成する。主基板５０の裏面にはバックメタラ
イズと呼ばれる接地電極がほぼ全面に施され、複数の貫
通スルーホールによって、主基板接地線路と接続されて
いる（図示せず）。なお、主基板の導体配線は最小ライ
ンアンドスペース６０μｍ／６０μｍの精度で形成され
ている。導体配線は金属で多層構造をしており、その構
成は最下層からＴｉ／Ｐｄ／Ａｕの順で積層されてい
る。導体の厚さはそれぞれ７００Å／１３００Å／１μ
ｍである。

【００４３】主基板の上面には、ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭
載したキャリア基板を精度良くはんだ実装するための、
はんだレジスト５７が形成されているが、はんだレジス
トには次のような作用が求められる。即ち、本発明にお
ける高周波回路モジュールでは、はんだを溶融させてＧ
ａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア基板を主基板上に実
装する。すなわち、金電極および金めっき配線上にはん
だ接合するので、溶融したはんだが、電極や配線上を伝
って流動するぬれ広がり現象が問題となる。溶融はんだ
の流れを阻止するためには、はんだレジストと呼ばれる
堰材（一種のダム）を設けてやる必要が生じる。このよ
うな目的を果たす材料として、樹脂等の誘電体を用いて
ダムを形成する方法がある。しかし対象が高周波信号の
場合、樹脂等の誘電体製のはんだレジストを用いること
は電気特性上好ましくなく、はんだの流れを妨げる作用
を薄い金属膜に求めることが、高周波信号の減衰に対し
て有利に働く。その理由は誘電体の場合、誘電損失と呼
ばれる電力損失が生じるためである。この損失は誘電体
が保有している比誘電率（εｒ）や誘電正接（ｔａｎ
δ）の値で決定されるためであり、金属を用いることで
この問題を回避できるためである。以上のように、金属
膜製の堰材（はんだレジスト）を用いることにより、電
極同士がきわめて近接して設置された場合にあっても、
溶融したはんだ等の金属が流れ出して隣接した電極同士
で短絡するおそれが無くなるため高密度実装に対して有
用である。

【００４４】（５）アルミナ製の主基板５０にＧａＡｓ
製ＦＥＴ１を搭載したキャリア基板２０を位置あわせす
る。まず、キャリア基板２０を主基板５０上の信号電極
パッド上にキャリア基板の接続電極がくるように位置あ
わせする。ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア基板と
主基板との位置合わせを正確に行うために、前述した画
像処理による位置あわせ機能を備えたフリップチップボ
ンダ（搭載装置）を用いる。ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載し
たキャリア基板は、ＧａＡｓ製ＦＥＴの存在により、キ
ャリア基板の上面が平坦ではないため、そのハンドリン
グには前述した真空吸着孔付きの加熱加圧ツールとは異
なる専用のつかみ治具を用いた。このつかみ治具には、
ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア基板の側面を挟み
込む方式のツールである。ツールには急激な昇温が行え
るセラミックヒータが組み込んである。

【００４５】（６）キャリア基板２０と主基板５０とを
導電性材料により接合する。導電性材料としてはんだを
用い、主基板上にはあらかじめスクリーン印刷法によ
り、鉛−スズ系の共晶はんだペーストが供給されてい
る。主基板の加熱はフリップチップボンダに付属する加
熱機構を用いた。本加熱機構はコンスタントヒート方式
と呼ばれる設定温度に維持されるヒーターで、はんだが
溶融しない温度（ベース温度）を主基板に与えるために
用いる。はんだ接合時、このベース温度に、つかみ治具
から供給される過渡的な熱を加えることで、はんだに溶
融温度（１８３℃）を越える温度環境を与えた。主基板
側の設定温度は１５０℃とし、加熱時間は１５秒で実施
した。はんだ接合終了後の冷却はエアーブローにより行
った。本実装方式によれば、主基板を加熱するベース温
度だけでははんだが溶融しないため、ＧａＡｓ製ＦＥＴ
を搭載したキャリア基板にのみ局所的な加熱を与えるこ
とで、希望する部位のはんだ接合が可能となる。また既
にはんだ実装が完了したＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキ
ャリア基板においては、はんだが再溶融することによる
位置ずれすることがない。以上のようにして、１枚の主
基板上に複数個のＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア
基板を実装することが可能となる。はんだ接合時のフラ
ックスは、接合終了後、必要に応じて洗浄し、高周波回
路モジュールが完成する。上記のように、主基板にはあ
らかじめはんだが供給されているが、位置あわせをした
後、糸はんだやペレットはんだを供給してもよく、はん
だの横もれが防止できる。

【００４６】上記のようにして製造した高周波回路モジ
ュールの高周波電気特性を測定し評価を行った。図５
は、アルミナ製の主基板上に直接フリップチップ実装す
る従来の方式と、本実施例の高周波回路モジュールの高
周波電気特性を示す特性図であり、横軸は周波数、縦軸
は線路の反射損（Ｓ１１）と通過損（Ｓ２１）である。
図中、Ｓ１１、Ｓ２１は各々本実施例の高周波回路モジ
ュールの反射損および通過損、Ｓ１１ｈ、Ｓ２１ｈは各
々従来の実装方式により得られた周波回路モジュールの
反射損および通過損である。図に示されているように、
アルミナ製の主基板上に直接フリップチップ実装する従
来の方法Ｓ１１ｈ、Ｓ２１ｈに比べると、本実施例の高
周波回路モジュールＳ１１、Ｓ２１は若干特性の劣化は
認められるが、３０ＧＨｚまで両者に顕著な差はなく、
本発明による実装方式を採用しても高周波特性は著しく
劣化しないことが明らかになった。この理由は、本発明
では、ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア基板が主基
板信号線路との間で段差がある実装が行われているにも
かかわらず、側壁を用いて接続してるため、高周波信号
の反射が抑制され、電気特性が劣化していないためであ
る。つまり、信号伝送路において物理的な段差があって
も、特性インピーダンスの不整合が実用上無視できるほ
ど小さく抑えられる設計を行えば十分実用に供すること
ができるわけである。実験を重ねた結果、この段差の値
は、キャリア基板の厚さに換算して６００μｍ以下であ
れば図５の周波数範囲で実用可能であることがわかっ
た。

【００４７】本発明は、ＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキ
ャリア基板が熱により軟化または溶融する導電性材料を
用いて主基板に表面実装されており、上記導電性材料と
しては広く用いられている鉛―スズ系の共晶はんだを用
いるため、実装後の修復作業が容易という特長を有して
いる。また、上記導電性材料としては、銀等の金属フィ
ラーが入った熱可塑性樹脂や熱可塑性異方性導電フィル
ムを用いることができる。また、本発明において、上記
導電性材料を用いているので、ＧａＡｓ製ＦＥＴの電気
性能が期待値を満たさない等の理由から、ＧａＡｓ製Ｆ
ＥＴを取り替える必要性が生じた場合、主基板とＧａＡ
ｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア基板のはんだ接続部を、
はんだこてやヒートツールまたはホットエアー等によ
り、局部加熱を行うことによって、他のＧａＡｓ製ＦＥ
Ｔを搭載したキャリア基板から独立して不良部分のみを
取り外し、新たなＧａＡｓ製ＦＥＴを搭載したキャリア
基板を搭載して修理を行うことができる。これにより、
規格外の電気特性を示す高周波回路モジュールであって
も、簡単に修復作業が行えることにより、新品の高周波
回路モジュールとして扱うことができるため、製造歩留
まりが向上し、製品の低コスト化が可能となる。

【００４８】以上述べた実施の形態では、ＧａＡｓ製Ｆ
ＥＴを金―金固相拡散接合を用いてフリップチップ実装
し、アンダーフィルを施さない構造について説明した
が、高周波特性がさほど重要視されない対象であればア
ンダーフイルを用いることで、耐湿性や機械的強度の向
上が期待できる。アンダーフイルの材料としては、熱硬
化または光硬化または熱可塑性樹脂系材料を用いること
ができる。

【００４９】実施例２．半導体素子として実施例１で使
用したものと同じ、およそ３０ＧＨｚの周波数帯域を有
するＧａＡｓ製のＦＥＴを用いる。実施例１においてキ
ャリア基板として用いたアルミナ製キャリア基板の代わ
りにＬＴＣＣ基板（低温焼成ガラスセラミック基板）を
用いる。ＬＴＣＣ基板の特長は、セラミックの焼成温度
を低くできるため、キャリア基板上の導体材料には銅、
銀、銀―パラジウム、銀―白金など導電率の低い金属を
用いることが可能なことである。これにより、通常のア
ルミナ基板で用いられている高抵抗の金属材料を用いた
導体配線に比べ、導体損を低減した低損失のキャリア基
板が実現できるという効果がある。

【００５０】つまり、キャリア基板と主基板は導体配線
を有するＬＴＣＣ基板である。キャリア基板の外形寸法
は３．５×２．５ｍｍの長方形で、厚さは０．２８ｍｍ
である。主基板の外形寸法は５０×７０ｍｍの長方形
で、厚さは０．５６ｍｍである。以上の導体配線は最小
ラインアンドスペース６０μｍ／６０μｍの精度で形成
されている。導体配線は金属で多層構造をしており、そ
の構成は最下層からＡｇＰｄ／Ｎｉ／Ａｕの順で積層さ
れている。導体の厚さはそれぞれ１０μｍ／３μｍ／１
μｍである。

【００５１】上記キャリア基板、主基板を準備し、実施
例１と同様にして実装し、高周波回路モジュールを作製
し、高周波電気特性を測定した。図６は、本実施例の高
周波回路モジュールの高周波電気特性を示す特性図であ
り、横軸は周波数、縦軸は線路の反射損（Ｓ１１）と通
過損（Ｓ２１）である。図中、Ｓ１１ａ、Ｓ２１ａは各
々フリップチップ実装したアルミナ製キャリア基板をア
ルミナ製主基板にはんだ実装することにより得られた高
周波回路モジュールの反射損および通過損、Ｓ１１ｂ、
Ｓ２１ｂは各々フリップチップ実装したＬＴＣＣキャリ
ア基板をＬＴＣＣ製主基板にはんだ実装することにより
得られた周波回路モジュールの反射損および通過損であ
る。図に示されているように、アルミナ基板に比べて損
失は変わらず、ＬＴＣＣ基板を用いても本発明のキャリ
ア基板として十分使用可能であることがわかった。

【００５２】実施例３．半導体素子として上記実施例で
使用したものと同じ、およそ３０ＧＨｚの周波数帯域を
有するＧａＡｓ製のＦＥＴを用いる。キャリア基板に、
実施例１においてキャリア基板として用いたアルミナ製
キャリア基板の代わりに有機プリント配線板を用いたも
のを用いる。基板材料として誘電体損失が少なく、高周
波特性に優れるＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン
樹脂）製基板を用いる。

【００５３】キャリア基板の寸法は５ｍｍ×５ｍｍの長
方形で、厚さ１２μｍの電解銅箔を有し、基板厚さは６
００μｍである。基板には最小ラインアンドスペース６
０μｍ／６０μｍの導体配線パターンが形成されてい
る。導体配線および電極パッド上には無電解メッキ法に
て、厚さ４μｍのニッケルメッキ後に厚さ０．８μｍの
金めっきが施されている。上記キャリア基板と、実施例
１と同じアルミナ製の主基板を準備し、実施例１と同様
にして実装し、高周波回路モジュールを作製し、高周波
電気特性を測定し、図６に示す。図中、Ｓ１１ｃ、Ｓ２
１ｃは各々フリップチップ実装した有機プリント配線板
製キャリア基板をアルミナ製主基板にはんだ実装するこ
とにより得られた高周波回路モジュールの反射損および
通過損、Ｓ１１ｂ、Ｓ２１ｂは各々フリップチップ実装
したＬＴＣＣキャリア基板をＬＴＣＣ製主基板にはんだ
実装することにより得られた周波回路モジュールの反射
損および通過損である。図に示されているように、実施
例１、２で述べたセラミック基板に比べて損失は増加し
ているが、用途を限定すればキャリア基板として十分使
用可能であることがわかる。

【００５４】

【発明の効果】本発明の第１の高周波回路モジュール
は、半導体素子、この半導体素子が接合されたキャリア
基板およびこのキャリア基板を搭載し、上記キャリア基
板の側壁を用いた接続部により上記キャリア基板に接続
された主基板を備えたもので、電気特性の劣化が防止さ
れ、歩留まりが高いという効果がある。

【００５５】本発明の第２の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、半導体素子
はキャリア基板の主面に設けた第１の信号線路に接合さ
れ、主基板に設けた第２の信号線路と、上記第１の信号
線路とが、熱により軟化または溶融する導電性材料を用
いた接続部により接続されたもので、修復作業が容易で
あるという効果がある。

【００５６】本発明の第３の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリア基
板の主面に設けた第１の接地線路と、主基板に設けた第
２の接地線路とが、熱により軟化または溶融する導電性
材料を用いた接続部により接続されたもので、実装が強
固であるという効果がある。

【００５７】本発明の第４の高周波回路モジュールは、
上記第２または第３の高周波回路モジュールにおいて、
キャリア基板または主基板の信号線路は、コプレーナ伝
送線路構造のもので、電気特性の劣化が防止できるとい
う効果がある。

【００５８】本発明の第５の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、側壁には、
キャリア基板の主面側から裏面側に向いた断面凹状の切
り欠き部が形成され、上記切り欠き部壁面に接続電極が
設けられているもので、高密度実装が可能であるという
効果がある。

【００５９】本発明の第６の高周波回路モジュールは、
上記第５の高周波回路モジュールにおいて、キャリア基
板の裏面の、切り欠き部による凹部の周囲にランドが形
成され、上記ランドと接続する、主基板の信号線路また
は接地線路の接続領域の形状が、上記ランドの外周形状
に沿った形状のもので、接続による電気損失を最小限に
できるという効果がある。

【００６０】本発明の第７の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、半導体素子
は金の固相拡散接合によりフリップチップ接合されてい
るもので、接合が強固で高周波特性に優れるという効果
がある。

【００６１】本発明の第８の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリア基
板の厚さは１０〜６００μｍのもので、高周波特性を損
なわないという効果がある。

【００６２】本発明の第９の高周波回路モジュールは、
上記第１の高周波回路モジュールにおいて、キャリア基
板または主基板に導電性材料の流動を堰きとめる堰材を
備えたもので、高密度かつ高精度な実装ができるという
効果がある。

【００６３】本発明の第１０の高周波回路モジュール
は、上記第９の高周波回路モジュールにおいて、堰材
は、金属膜を用いて形成されているもので、信号通過性
を損なうことを防止できるという効果がある。

【００６４】本発明の第１１の高周波回路モジュール
は、上記第９の高周波回路モジュールにおいて、堰材に
より、主基板に設けた第２の信号線路のキャリア基板と
の接続領域が限定されているもので、高密度かつ高精度
の実装ができるという効果がある。

【００６５】本発明に係る第１の高周波回路モジュール
の製造方法は、半導体素子をキャリア基板に接合する工
程、および上記キャリア基板の側壁を用いた接続部によ
り上記キャリア基板と主基板を接続し、キャリア基板を
主基板に実装する工程を施す方法で、歩留まり高く、容
易に製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の高周波回路モジ
ュールの斜視図である。

【図２】 図１におけるＩ―Ｉ線断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態の高周波回路モジ
ュールに係わるキャリア基板の構造を説明する説明図で
ある。

【図４】 本発明の第２の実施の形態の高周波回路モジ
ュールの製造方法を説明する説明図である。

【図５】 従来の方式と、本実施例の高周波回路モジュ
ールの高周波電気特性を示す特性図である。

【図６】 本実施例の高周波回路モジュールの高周波電
気特性を示す特性図である。

【図７】 従来の半導体チップが基板にフリップチップ
実装された状態を示す説明図である。

【図８】 従来の半導体素子がパッケージに載置し加圧
して実装する状態を説明する断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子、２０ キャリア基板、２２ 第１の信
号線路、２３ 第１の接地線路、３６ ランド、５０
主基板、５２ 第２の信号線路、５４ 第２の接地線
路、２５ 切り欠き部（半割スルーホール）、２５１、
２５２ 接続電極、３５ 導電性材料、５３ 第１の信
号線路との接続に用いる電極パッド部分、５５ 第１の
接地線路との接続に用いる電極パッド部分。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子、この半導体素子が接合され
   たキャリア基板およびこのキャリア基板を搭載し、上記
   キャリア基板の側壁を用いた接続部により上記キャリア
   基板に接続された主基板を備えた高周波回路モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 半導体素子はキャリア基板の主面に設け
   た第１の信号線路に接合され、主基板に設けた第２の信
   号線路と、上記第１の信号線路とが、熱により軟化また
   は溶融する導電性材料を用いた接続部により接続された
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路モジュー
   ル。
3. 【請求項３】 キャリア基板の主面に設けた第１の接地
   線路と、主基板に設けた第２の接地線路とが、熱により
   軟化または溶融する導電性材料を用いた接続部により接
   続されたことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路
   モジュール。
4. 【請求項４】 キャリア基板または主基板の信号線路
   は、コプレーナ伝送線路構造であることを特徴とする請
   求項２または請求項３に記載の高周波回路モジュール。
5. 【請求項５】 側壁には、キャリア基板の主面側から裏
   面側に向いた断面凹状の切り欠き部が形成され、上記切
   り欠き部壁面に接続電極が設けられていることを特徴と
   する請求項１に記載の高周波回路モジュール。
6. 【請求項６】 キャリア基板の裏面の、切り欠き部によ
   る凹部の周囲にランドが形成され、上記ランドと接続す
   る、主基板の信号線路または接地線路の接続領域の形状
   が、上記ランドの外周形状に沿った形状であることを特
   徴とする請求項５に記載の高周波回路モジュール。
7. 【請求項７】 半導体素子は金の固相拡散接合によりフ
   リップチップ接合されていることを特徴とする請求項１
   に記載の高周波回路モジュール。
8. 【請求項８】 キャリア基板の厚さは１０〜６００μｍ
   であることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路モ
   ジュール。
9. 【請求項９】 キャリア基板または主基板に導電性材料
   の流動を堰きとめる堰材を備えたことを特徴とする請求
   項１に記載の高周波回路モジュール。
10. 【請求項１０】 堰材は、金属膜を用いて形成されてい
    ることを特徴とする請求項９に記載の高周波回路モジュ
    ール。
11. 【請求項１１】 堰材により、主基板に設けた第２の信
    号線路のキャリア基板との接続領域が限定されているこ
    とを特徴とする請求項９に記載の高周波回路モジュー
    ル。
12. 【請求項１２】 半導体素子をキャリア基板に接合する
    工程、および上記キャリア基板の側壁を用いた接続部に
    より上記キャリア基板と主基板を接続し、キャリア基板
    を主基板に実装する工程を施す高周波回路モジュールの
    製造方法。