【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。