JP4171218B2

JP4171218B2 - 表面実装モジュール

Info

Publication number: JP4171218B2
Application number: JP2002014369A
Authority: JP
Inventors: 晃井上; 茂典中塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: US6735087B2; JP2003218472A; US20030137809A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装モジュールの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の表面実装モジュール１１１を示す斜視図である。モジュール１１１は、高周波高出力増幅器等の高周波回路である。モジュール１１１の多層基板６上には、独立した機能の単位である回路要素７および回路要素８が設けられている。回路要素７および回路要素８は、チップ部品３や配線４を含む。チップ部品３、配線４は、ビアホール５により内層の配線やＬＣＲ素子に接続されている。
【０００３】
次に、モジュール１１１と、ベース基板２との接続を説明する。モジュール１１１は、ベース基板２の表面に、リフロー等の方法により半田付けされて実装される。図１２は、モジュール１１１（図１１）の裏面の構成を示す図である。図から明らかなように、モジュール１１１（図１１）は、その裏面に、複数の電極９および比較的大きな接地電極１０を有する。モジュール１１１とベース基板２上の配線４（図１１）とは、モジュール１１１裏面の４隅に設けられた複数の電極９を介して接続される。一方の接地電極１０は、ベース基板２上の接地配線４０（図１１）とハンダ等により接続されている。接地電極１０は、電極９以外のほぼ残りの面積を占めており、それにより、良好な放熱特性および高周波特性を確保できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
再び図１１を参照して、モジュール１１１の回路要素７および回路要素８は、モジュール１１１の内部または表面で電気的に接続されて構成される。各回路要素７、８の特性はばらつきがあるため、モジュール１１１の製造時に各回路要素毎にそのＲＦ（Radio Frequency）特性を評価し、選別、調整を行えばモジュール１１１の歩留まりは向上する。
【０００５】
しかし、図１１に示すように、回路要素７、８がモジュール１１１に実装されている場合には、別々に回路要素を評価できない。したがって、モジュール１１１全体の歩留まりが悪く、製造コストが高くなってしまっていた。
【０００６】
本発明の目的は、モジュールを組み立てた後であっても、モジュールの各回路要素を評価できるようにすることである。また、基板に実装したモジュール全体を評価できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の表面実装モジュールは、対向する表面及び裏面を有するモジュール基板と、該モジュール基板の表面に互いに絶縁して形成された複数の回路要素とを含むモジュールであって、複数の回路要素の各々が、モジュール基板の裏面に互いに絶縁された端子を有するモジュールを備える。さらに、モジュール基板の表面と裏面間に介在し、モジュール基板表面の各回路要素とモジュール基板裏面の各端子とをそれぞれ電気的に接続する導電バイアス手段を備え、さらに、モジュール基板表面に設けられた少なくとも２個の回路要素の端子を、モジュール基板の裏面において電気的に接続する結線配線を有し、モジュールに電力を供給するベース基板とを備え、結線配線を介してベース基板から供給された電力に基づいて、各回路要素が所定の動作を行うことを特徴とする。
【００１０】
モジュールは、モジュール基板の裏面に、回路要素の少なくとも１つを接地させる接地電極を備え、ベース基板は、モジュールの接地電極と接続して接地させ結線配線を囲む接地配線を備えており、結線配線と接地電極とはコプレーナ線路を形成してもよい。
【００１１】
モジュールは、モジュール基板の裏面に回路要素の少なくとも１つを接地させる接地電極を備え、ベース基板は、該ベース基板表面にモジュール基板裏面の接地電極と接続して接地させる接地電極配線を備えており、結線配線と接地電極配線とはスロット線路を形成してもよい。
【００１２】
モジュール基板裏面の接地電極は、前記回路要素の端子の周囲を囲んでもよい。
【００１３】
モジュール基板裏面の接地電極は、回路要素の端子の周囲を部分的に囲んでもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１による、評価ボード１２に実装したモジュール１を示す斜視図である。モジュール１は、高周波高出力増幅器等の高周波回路であり、概して、誘電体基板上に回路をアセンブリしたものをいう。例えば、モジュール１は、８００ＭＨｚ以上の高周波回路である。モジュール１の多層基板６上には、独立した機能の単位である回路要素７および回路要素８が設けられている。回路要素７および回路要素８は、チップ部品３や配線４を含む。チップ部品３、配線４は、ビアホール５により内層の配線やＬＣＲ素子に接続されている。モジュール１は、各回路要素の動作により所定の機能、例えば、高周波高出力増幅機能を実現する。
【００２１】
本発明の主要な特徴の１つは、回路要素７および回路要素８は、モジュール１の内部および表面では結線されていないことである。本発明によれば、各回路要素の端子は、それぞれ絶縁されており、モジュール１が設けられる基板（図示せず）上で端子を結線する。
【００２２】
以下、モジュール１の構成を説明する。図２は、モジュール１（図１）の裏面の構成を示す図である。モジュール１（図１）は、その裏面に、複数の電極９、接地電極１０、および回路要素７の端子１３、および、回路要素８の端子１４を有する。電極および端子の各々は、電気的に接続されておらず、互いに絶縁状態である。図示されるように、回路要素７の端子１３、および、回路要素８の端子１４は、モジュール１（図１）の裏面の中央部に設けられている。また、回路要素７の端子１３、および、回路要素８の端子１４は、接地電極１０で囲まれていない、すなわち分離して配置した接地電極１０の間に設けられている。
【００２３】
再び図１を参照して、図２に示すように構成されたモジュール１が、どのように評価ボード１２と接続されるかを説明する。モジュール１は、モジュール１裏面のほぼ４隅に設けられた複数の電極９（図２）を介して、評価ボード１２上の配線４と接続される。また、モジュール１裏面の２つの接地電極１０（図２）のうち、回路要素７の端子１３（図２）寄りの接地電極１０（図２）は、評価ボード１２上の接地配線４０と接続される。
【００２４】
回路要素７の端子１３（図２）、および、回路要素８の端子１４（図２）は、評価ボード１２に設けられた評価用配線１１と接触して電気的に結線される。この接続により、回路要素７および回路要素８を別々に評価することができる。留意すべきは、モジュール１のいずれの接地電極１０（図２）も、評価用配線１１とショートしないように構成されていることである。すなわち、モジュール１の接地電極１０（図２）は、評価線路１１と接触する位置には設けられていない。このように、回路要素７、８をモジュール１内では結線せず、それらの各端子をモジュール１の裏面に設け、評価ボード１２を介して結線するようにしたので、回路要素７、８の高周波特性を別々に評価できる。さらに、その評価結果を用いて回路要素７、８の各々を選別、調整することにより、高い歩留まりでモジュールを製造できるので、モジュールの製造コストを低減できる。さらに、モジュール１の裏面に評価用端子を設けたため、チップ部品等を多数実装するモジュール１最上層の面積を確保でき、設計の自由度も高くできる。
【００２５】
次に、評価が終了した後に、モジュール１が、どのようにベース基板と接続されるかを説明する。ベース基板に接続されたモジュールは、ベース基板と一体となって表面実装モジュールを形成し、ベース基板から電力を供給されて各回路要素の動作により所定の機能を実現する。図３は、ベース基板表面の配線パターンを示す図である。図には、モジュールが実装される位置が点線１６で示されている。モジュール１の端子１３、１４（図２）は、ベース基板上の結線配線１５と結線され、互いに電気的に接続される。モジュール１の接地電極１０（図２）は、結線配線１５を囲むように設けられた接地配線４０と接続される。または、モジュール１の接地電極１０（図２）は、結線配線１５を挟むように結線配線１５の両側に設けた接地配線（図示せず）と接続してもよい。
【００２６】
このように、結線配線１５を囲むように、または結線配線１５を挟むように、接地配線４０を対称に設けてコプレーナ線路を構成したので、電界を接地配線と結線配線の間に閉じ込めることができる。すなわち、結線配線１５を囲むように、または結線配線１５を挟む接地配線４０を、結線配線１５から等距離に対称に配置することにより、ベース基板の下層の影響や、モジュール１の多層基板の上層の影響を受け難くなる。よって、高周波特性を損なうことなく両回路素子７、８（図１）を結線できる。モジュール１と、ベース基板とを接続した後は、従来と同様に、基板の表面に実装されたモジュール（すなわち表面実装モジュール）として種々の用途に供される。いうまでもなく、表面実装モジュール全体の評価も可能である。
【００２７】
本実施の形態によれば、回路要素７、８の端子１３、１４（図２）を、モジュール１（図１）裏面のほぼ中央部に設けたので、モジュール１の周辺部からの電磁気的な影響を受けにくくなり、モジュール周辺に他の端子を配置できる。よって、モジュール１を実装する際の自由度が高まる。また、本実施の形態によれば、モジュール１裏面の接地電極１０（図２）が、回路要素７、８の端子１３、１４（図２）を囲まないようにしたので、評価ボード上で評価用配線１１をモジュールの接地電極と離した状態で評価できる。よって、評価用配線１１を他の配線４と同一面上に形成でき、容易に評価ボードを製作できるとともに、低コスト化が実現できる。
【００２８】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１におけるモジュールと、ベース基板の別の構成を説明する。なお、モジュールの表面的な構成は、図１に示す構成と同様であるので、その説明は省略する。
【００２９】
図４は、実施の形態２によるベース基板表面の配線パターンを示す図である。また図５は、実施の形態２によるモジュールの裏面を示す図である。まず図５を参照すると、図３に示す構成と比較して、電極９の数が異なっていることが理解される。すなわち、実施の形態２では、モジュール裏面の１つの辺に３つの電極９が設けられている。また、これに伴い、接地電極１０の形状も変更されている。なお、回路要素７、８（図１）の端子１３、１４の形状および位置は変更されていない。
【００３０】
次に、図５に示すモジュール裏面の構成に対する、図４のパターンを説明する。図４には、モジュールが実装される位置が点線１６で示されている。隣接して設けられた３本の配線４は、モジュールの１つの辺に設けられた３つの電極９（図５）と接続される。３本の配線４が設けられる基板上の辺には、接地配線４０は設けられていない。これにより、配線４を複数（例えば３以上）設けて空いた領域を有効利用でき、よって、モジュールの電極の数も柔軟に設定できる。また、信号線路である結線配線１５と、接地電極である接地配線４０とが、同一平面に設けられている。換言すれば、配線４と、接地配線４０とは、スロット線路を構成している。電界が接地配線４０と結線配線１５との間に閉じ込められるので、ベース基板の下層の影響や、モジュールの上層部分の影響を受けにくくできる。
【００３１】
なお、実施の形態２では、電極９の数を計５つとし、１つの辺に３つ、別の辺には２つ位置するとして説明した。しかし当業者であれば、電極９の数および位置は適宜変更でき、それに伴って接地電極１０の位置および形状も変更できることが理解される。
【００３２】
（実施の形態３）
図６は、ベース基板２上に実装した実施の形態３によるモジュールの断面図である。実施の形態３のモジュールの裏面は、回路要素の端子１３、１４の周辺領域が、裏面の外周部分に対して窪んでいる。すなわち、回路要素の端子１３、１４は、モジュール裏面の外周面から後退した平面（凹部）に設けられている。端子１３、１４がベース基板２から一定の距離だけ離れているので、ベース基板２からの影響を受けにくくなる。なお、図には、回路要素７、８（図１）全体は示されておらず、その一部（チップ部品３、配線４、ビアホール５）が示されている。
【００３３】
新たに示すボンディグワイヤ１７は、回路要素の端子１３、１４を結線する。結線は、各端子１３、１４を用いて各回路要素の高周波特性を評価し、回路要素の選別および調整をした後に行われる。高周波特性の評価の際の構成は、図７を参照して後述する。ボンディグワイヤ１７が結線されると、凹部にポッティング材料１８が満たされる。ポッティング材料１８は、ガラスや樹脂等で構成され、ボンディグワイヤ１７を固定すると共に、リフロー時にハンダが端子１３、１４まで上ってきて、端子がショートすることを防ぐ。
【００３４】
図７は、実施の形態３によるモジュールを評価する際の、モジュールと評価ボード１２の断面図である。モジュールを評価ボード１２に接触させることにより、各回路要素の高周波特性を評価することができる。ただし、モジュールの端子１３、１４が凹部に設けられていることから、評価ボード１２の評価用配線１１は、モジュールが設けられる側に突出して設けられており、端子１３、１４と電気的接続を確保する。なお、この図でも、回路要素の一部（チップ部品３、配線４、ビアホール５）のみを示す。
【００３５】
本実施の形態では、モジュール裏面の凹部に端子を設け、高周波特性を評価して、選別・調整した後に端子をワイヤにより結線する。よって、高い歩留まりでモジュールを製造できるので、モジュールの製造コストを低減できる。さらに、モジュール１の裏面に後に結線される評価用端子を設けたため、チップ部品等を多数実装するモジュール１最上層の面積を確保でき、設計の自由度も高くできる。
【００３６】
なお、上述の説明では、端子１３、１４をボンディグワイヤ１７により結線した。しかし、ボンディグワイヤ１７に代えて、ＬＣＲチップ部品、金属チップ半導体装置等を利用して結線してもよい。
【００３７】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態４による、プローブ針１９を用いたモジュールの評価を説明する図である。モジュール裏面には、実施の形態３と同様に凹部が設けられている。図８の凹部にはさらに、接地電極１０が設けられている。以下では、端子１４を有する回路要素を評価する例を説明する。
【００３８】
まず、モジュールを評価ボード１２上に載置し、モジュールの電極９と評価ボード１２上の配線４を接触させ、電気的に接続する。この状態で、ＲＦ（Radio Frequency）用のプローブ針１９を回路要素の端子１４と接地電極１０に接触させる。このように、プローブ針１９を用いて回路要素の評価を行うことにより、マイクロ波帯における不要な反射や損失を生ずることなく、特定の回路要素のみを評価できる。なお、この高周波特性の評価の後に、実施の形態３と同様に、モジュール裏面の凹部の端子１３、１４がワイヤ等により結線され、凹部にポッティング材が満たされる。
【００３９】
本実施の形態では、モジュール裏面の凹部分に接地電極１０と２つの回路要素の端子１３，１４を設けたので、プローブ針１９の信号針と接地針とを、比較的近接したモジュールの端子と接地電極とにそれぞれコンタクトさせ、各回路要素の高周波特性を個別に評価できる。その評価結果を用いて回路要素の各々を選別、調整することにより、高い歩留まりでモジュールを製造できるので、モジュールの製造コストを低減できる。また実施の形態３のモジュールと同様、ベース基板２から一定の距離だけ離れているので、ベース基板２からの影響を受けにくくなる。
【００４０】
なお、本例では電極９と評価ボード１２の配線４とを接続したが、これら全てについてプローブ針とコンタクトしても良い。また単一の接地電極１０のみを使用した例を説明したが、接地電極を２ヵ所以上設けて、いわゆるＧＳＧ接続を形成してもよい。
【００４１】
（実施の形態５）
図９は、実施の形態５による、ベース基板２に実装した半導体装置の断面図である。実施の形態５、および、後述の実施の形態６では、半導体を構成要素に含むモジュール、または、モジュールを実装した基板（表面実装モジュール）のうち、モジュールおよび／または基板が半導体を構成要素に含む表面実装モジュールを半導体装置と称する。本実施の形態では、半導体装置は、ＧａＡｓ，Ｓｉ等の半導体基板２３と、その表面に設けられた種々の回路要素とを含む。図には、回路要素として、配線４、ＦＥＴ２０、ＭＩＭキャパシタ２１とが示されている。基板２３の裏面の電極９，１３，１４は表層の回路とビアホール５を介して接続されている。また電極９，１３，１４は、半田や金で製造されたバンプ２２によりベース基板２と接続される。一方の回路要素の電極１３と、他方の回路要素の電極１４とは、バンプ２２、および、ベース基板２上の結線配線１５を介して結線される。
【００４２】
半導体装置の評価は、バンプ形成前のベアチップまたはウエハの状態で半導体基板裏面の各電極にプローブ針１９（図８）をコンタクトさせて行うことができる。よって、実施の形態１〜４におけるモジュールの場合と同様に、半導体装置に含まれる各回路要素の高周波評価を、その部分毎に実行できる。その評価結果を用いて回路要素の各々を選別、調整することにより、高い歩留まりで半導体装置を製造できるので、半導体装置の製造コストを低減できる。また、半導体装置にて回路を形成して調整・選別するようにしたので、実施の形態１のモジュールと比較して、より小型化、軽量化できる。
【００４３】
なお、本例ではバンプ２２を用いて半導体装置とベース基板２とを接続した。しかし、バンプ２２に代えて、半田リフロー、樹脂ボンド等の他の手段によってベース基板２と接続してもよい。
【００４４】
（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６による、ベース基板２に実装した半導体装置の断面図である。実施の形態５の半導体装置との相違点は、半導体装置が裏返しに配置されるフリップチップ構成を採用したこと、およびそれに伴い、裏面までの電気的接続を確保するビアホール５が省略されたことである。フリップチップ構成を採用したので、本実施の形態による半導体装置は、半導体装置の一面に全ての回路要素およびバンプ形成用パッドが設けられている。半導体装置の回路要素は、フリップチップ実装時に、ベース基板上の結線配線１５によってベース基板２と接続される。
【００４５】
半導体装置の評価は、バンプ形成前のベアチップまたはウエハの状態で、半導体基板の回路要素の各電極に、プローブ針１９（図８）をコンタクトさせて行うことができる。よって、実施の形態１〜４におけるモジュールの場合と同様に、半導体装置に含まれる各回路要素の高周波評価を、その部分毎に実行できる。その評価結果を用いて回路要素の各々を選別、調整することにより、高い歩留まりで半導体装置を製造できるので、半導体装置の製造コストを低減できる。また、半導体装置をフリップチップ配置したので、ビアホールが不要となり、実施の形態５による半導体装置と比較して、より低コスト化できる。また、半導体装置に回路分離したパッドを設けたので、実施の形態１のモジュールと比較して、より小型化できる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態１〜６を説明した。本明細書では、回路要素が２つの場合を説明したが、回路要素は３以上存在していてもよい。この場合には、モジュールまたは半導体装置には、各回路要素に対応した、互いに絶縁された電極が設けられ、ベース基板上で導通させればよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の回路要素の各々は互いに絶縁されており、モジュール基板の表面にも、互いに絶縁された端子を備えている。これにより、各回路要素の高周波特性等をモジュール形成後でも別々に評価できる。評価結果を用いて回路要素の各々を選別、調整することにより、高い歩留まりでモジュールを製造できる。よってモジュールの製造コストを低減できる。
【００４８】
また本発明によれば、複数の回路要素は、モジュールが設けられるベース基板上の結線配線により電気的に接続されるので、ベース基板から供給された電力に基づいて結線配線を介して接続された各回路要素を動作させ、所定の機能を実現できる。
【００４９】
本発明によれば、回路要素が形成された面とは反対側のモジュールの裏面に端子を設けるので、チップ部品等を多数実装するモジュールの最上層の面積を確保でき、設計の自由度も高くできる。
【００５０】
本発明によれば、例えば、結線配線を囲むように、または結線配線を挟むように、ベース基板上に接地配線を設けてコプレーナ線路を構成する。また、本発明によれば、例えば、ベース基板の接地配線を偏って配置してスロット線路を形成する。これにより、電界を接地配線と結線配線の間に閉じ込めることができ、ベース基板の下層の影響や、モジュール基板の上層の影響を受け難くなる。よって、高周波特性を損なうことなく回路素子を結線できる。
【００５１】
本発明によれば、回路要素の端子は、回路要素の反対側の面の外周から後退した平面（凹部）に設けられている。端子がベース基板から一定の距離だけ離れているので、ベース基板からの影響を受けにくくなる。これらは導電体（例えば、導電性ワイヤ、導電性チップ、および、金属）により接続される。
【００５２】
本発明によれば、回路要素の端子が設けられた凹部がポッティングされている。これにより、導電体を固定すると共に、モジュールとベース基板とを、リフローする際、ハンダが端子まで上ってきて、端子がショートすることを防ぐ。
【００５３】
本発明によれば、モジュールの接地電極は、回路要素の端子が設けられた凹部に設けられている。これにより、モジュール評価時に、プローブ針１９の信号針と接地針とを、比較的近接したモジュールの端子と接地電極とにそれぞれコンタクトさせ、各回路要素の高周波特性を個別に評価できる。
【００５４】
本発明によれば、回路要素の端子は、回路要素が設けられたモジュール基板の面に形成されている。したがって、モジュールはベース基板に対していわゆるフリップチップ構成を採用することができ、回路要素側の面からその反対側の面にいたるまでの接続路（ビアホール）が不要となり、製造コストを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による、評価ボードに実装したモジュールを示す斜視図である。
【図２】モジュールの裏面の構成を示す図である。
【図３】ベース基板表面の配線パターンを示す図である。
【図４】実施の形態２によるベース基板表面の配線パターンを示す図である。
【図５】実施の形態２によるモジュールの裏面を示す図である。
【図６】ベース基板上に実装した実施の形態３によるモジュールの断面図である。
【図７】実施の形態３によるモジュールを評価する際の、モジュールと評価ボードの断面図である。
【図８】実施の形態４による、プローブ針を用いたモジュールの評価を説明する図である。
【図９】実施の形態５による、ベース基板に実装した半導体装置の断面図である。
【図１０】実施の形態６による、ベース基板に実装した半導体装置の断面図である。
【図１１】従来の表面実装モジュールを示す斜視図である。
【図１２】モジュールの裏面の構成を示す図である。
【符号の説明】
１モジュール、２ベース基板、３チップ部品、４配線、５ビアホール、６多層基板、７，８回路要素、９電極、１０接地電極、１１評価用配線、１２評価ボード、１３、１４端子、１５結線配線

Claims

対向する表面及び裏面を有するモジュール基板と、該モジュール基板の表面に互いに絶縁して形成された複数の回路要素とを含むモジュールであって、前記複数の回路要素の各々が、前記モジュール基板の裏面に互いに絶縁された端子を有するモジュールと、
前記モジュール基板の表面と裏面間に介在し、前記モジュール基板表面の各回路要素と前記モジュール基板裏面の各端子とをそれぞれ電気的に接続する導電バイアス手段と、
前記モジュール基板表面に設けられた少なくとも２個の前記回路要素の端子を、前記モジュール基板の裏面において電気的に接続する結線配線を有し、前記モジュールに電力を供給するベース基板とを備え、
前記結線配線を介して前記ベース基板から供給された電力に基づいて、各回路要素が所定の動作を行うことを特徴とする表面実装モジュール。
前記モジュールは、前記モジュール基板の裏面に、前記回路要素の少なくとも１つを接地させる接地電極を備え、
前記ベース基板は、前記モジュールの接地電極と接続して接地させ、前記結線配線を囲む接地配線を備えており、前記結線配線と前記接地電極とはコプレーナ線路を形成する、請求項１に記載の表面実装モジュール。
前記モジュールは、前記モジュール基板の裏面に前記回路要素の少なくとも１つを接地させる接地電極を備え、
前記ベース基板は、該ベース基板表面に、前記モジュール基板裏面の接地電極と接続して接地させる接地電極配線を備えており、前記結線配線と前記接地電極配線とはスロット線路を形成する、請求項１に記載の表面実装モジュール。
前記モジュール基板裏面の接地電極は、前記回路要素の端子の周囲を囲む、請求項２に記載の表面実装モジュール。
前記モジュール基板裏面の接地電極は、前記回路要素の端子の周囲を部分的に囲む、請求項３に記載の表面実装モジュール。