JP3492594B2 - 半導体モジュール - Google Patents

半導体モジュール

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JP3492594B2
JP3492594B2 JP2000126607A JP2000126607A JP3492594B2 JP 3492594 B2 JP3492594 B2 JP 3492594B2 JP 2000126607 A JP2000126607 A JP 2000126607A JP 2000126607 A JP2000126607 A JP 2000126607A JP 3492594 B2 JP3492594 B2 JP 3492594B2
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅用半導体
素子を用いた高周波電力増幅器モジュール等の半導体モ
ジュールに関するものであり、特に、放熱効果の高い半
導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする通信機器、
いわゆる移動体通信端末の普及が著しいが、この移動体
通信端末の普及とともに、これらの機器に使用されるマ
イクロ波帯の高周波電力増幅モジュールヘの需要が高ま
っている。
【０００３】上記半導体モジュールとしての高周波電力
増幅器モジュールは、マイクロストリップラインが形成
された下部誘電体層基板上に、電力増幅用半導体素子と
抵抗及び容量等のチップ部品とが実装された高周波電力
増幅器である。ここで、マイクロストリップラインと
は、下部誘電体層基板の下面に金属が全面に蒸着された
グランドメタルパターンを有するとともに、下部誘電体
層基板の上面には導体線路である配線パターンが張り巡
らされたメタルパターンをいう。したがって、グランド
メタルパターンは、メタルパターンの特別なものであっ
て、パターンが形成されずに金属が全面蒸着されかつ接
地にために使用されるものをいう。
【０００４】この高周波電力増幅器は、携帯電話等の移
動体通信機器の送信部に用いられ、その形状や電力効率
等の性能は、通信機器の大きさや通話時間の長さを決定
する。
【０００５】ところで、近年、ディジタル通信方式の普
及に伴い電力増幅の特性に直線性が要求されるようにな
ったため、非線形歪の多いＣ級増幅が使用できなくな
り、ＡＢ級電力増幅を使用せざるを得なくなってきた。
【０００６】上記ＡＢ級電力増幅の電力効率は低く、携
帯電話における実績値は概ね３０〜４０％程度である。
つまり、無効電力の割合が６０〜７０％と大きく、その
結果、電力増幅器からは多量な熱が発生する。そして、
この発生した熱が十分に放熱されないと、性能の劣化、
寿命の低下又は熱破壊を招く。
【０００７】このような事態を防ぐためには、放熱性の
改善が非常に重要になってくる。これまでの放熱性改善
のための具体的手法として、次のような方法があった。
【０００８】例えば、前記図６及び図７に示すように、
高周波電力増幅器モジュール５０の下部誘電体層基板５
６には、上面全体に上面グランドメタルパターン５４が
形成される一方、下面全体に下面グランドメタルパター
ン５８が形成される。
【０００９】また、下部誘電体層基板５６の側面には金
等で塗布された端面ビアホール６３が形成されており、
この端面ビアホール６３によって上記上面グランドメタ
ルパターン５４と下面グランドメタルパターン５８とが
接続されている。
【００１０】また、電力増幅用半導体素子５５の直下に
はビアホール５７…が形成されており、同様に、このビ
アホール５７によって上面グランドメタルパターン５４
と下面グランドメタルパターン５８とが接続されてい
る。
【００１１】一方、上部誘電体層基板５２には金属カバ
ー５１との接続用としてメタルパターンエリア６０が設
けられており、このメタルパターンエリア６０は、端面
ビアホール６２により下部誘電体層基板５６上の上面グ
ランドメタルパターン５４と接続されている。
【００１２】さらに、上記上部誘電体層基板５２の上面
には伝送線路５３とキャビティ５９とが形成されてい
る。
【００１３】そして、前記電力増幅用半導体素子５５
が、キャビティ５９の中に収められ、かつ下部誘電体層
基板５６の上面に形成された上面グランドメタルパター
ン５４に実装されている。
【００１４】上記電力増幅用半導体素子５５の図示しな
い信号パッド及びＧＮＤパッドは、それぞれ伝送線路５
３及び上面グランドメタルパターン５４へワイヤにより
接続されている。
【００１５】一方、金属カバー５１には、図６に示すよ
うに、爪部６１が形成されており、上部誘電体層基板５
２上に設けられているメタルパターンエリア６０に半田
等を用いて接続される。なお、金属カバー５１には、金
属カバー５１と伝送線路５３との接触を避けるために切
り欠き部６６が設けられている。
【００１６】上記従来の高周波電力増幅器モジュール５
０では、図７に示すように、電力増幅用半導体素子５５
から発生した熱は、一つの経路として、直下にあるビア
ホール５７を経由して下面グランドメタルパターン５８
に伝わる。
【００１７】また、別の放熱経路として、図８に示すよ
うに、電力増幅用半導体素子５５から発生した熱が上面
グランドメタルパターン５４に伝わり、端面ビアホール
６２及びメタルパターンエリア６０を経由して、爪部６
１・６１から金属カバー５１に伝わり、外部に放熱され
る。
【００１８】ここで、金属カバーを用いた放熱に関する
他の従来例として、例えば、特開平８−１４８５９７号
公報に開示された半導体モジュールがある。
【００１９】上記公報の半導体モジュール７０は、図９
（ａ）（ｂ）に示すように、モジュール基板７１と、こ
のモジュール基板７１の表面に実装された図示しない半
導体素子と、この半導体素子が実装されたモジュール基
板７１の表面を覆うキャップ７２とを具備し、このキャ
ップ７２は、モジュール基板７１の一対の対向する側面
において、モジュール基板７１の裏面を越えるように形
成された突出部７３…を有している。また、モジュール
基板７１の各辺には凹型の窪み７４…が形成されてお
り、その側面部には金等の導電性材料が塗布され、この
導電性材料によって、モジュール基板７１表面のメタル
パターンとモジュール基板７１裏面のメタルパターンと
を接続している。
【００２０】この凹型の窪み７４…には、上記キャップ
７２に設けられた突出部７３…が接合され、各突出部７
３…は、下方に設けられた図示しないマザーボード基板
に接触して電気的に接続されている。
【００２１】以上の構成により、半導体モジュール７０
の内部で発生した熱を、キャップ７２を介してマザーボ
ード基板に逃すことができるため、放熱性を向上させる
ことができるようになっている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体モジュールでは、金属カバー５１又はキャッ
プ７２と上面グランドメタルパターン５４又は表面のメ
タルパターンとが接続されている部分は金属カバー５１
に形成された爪部６１・６１又は突出部７３…のみであ
り、接触している面積が少ない。
【００２３】そのため、半導体素子から発生する熱が効
率的に金属カバーに伝わらないという問題点を有してい
る。
【００２４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、放熱性に優れた半導体モ
ジュールを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体モジュー
ルは、上記課題を解決するために、半導体素子と、上記
半導体素子を表面に実装する下部誘電体層基板と、上記
半導体素子を収容するための収容貫通穴を有して上記下
部誘電体層基板上に設けられる上部誘電体層基板と、こ
れら半導体素子及び上部誘電体層基板を覆う導電性カバ
ーとを有する一方、上記下部誘電体層基板の表面には、
半導体素子の入力及び出力信号を引き出すための配線層
と、上記配線層とは絶縁されかつこの下部誘電体層基板
の表面を覆う被覆されない導電性配線層とが設けられた
半導体モジュールにおいて、上記上部誘電体層基板の外
周形状は、下部誘電体層基板の表面を覆う被覆されない
導電性配線層の外周形状に対して上記導電性カバーの厚
み分以上に小さく形成されている一方、上記導電性カバ
ーは、下部誘電体層基板の表面に設けられた導電性配線
層に略全周囲にわたって直接接触されていることを特徴
としている。
【００２６】上記の発明によれば、半導体モジュールに
は、半導体素子と、上記半導体素子を表面に実装する下
部誘電体層基板と、上記半導体素子を収容するための収
容貫通穴を有して上記下部誘電体層基板上に設けられる
上部誘電体層基板と、これら半導体素子及び上部誘電体
層基板を覆う導電性カバーとを有する一方、上記下部誘
電体層基板の表面には、半導体素子の入力及び出力信号
を引き出すための配線層と、上記配線層とは絶縁されか
つこの下部誘電体層基板の表面を覆う被覆されない導電
性配線層とが設けられている。
【００２７】ところで、従来の半導体モジュールにおい
ては、導電性カバーの導電性配線層への接触面積が少な
いために、熱拡散効率が悪いという問題点を有してい
た。
【００２８】そこで、本発明では、導電性カバーは、下
部誘電体層基板の表面に設けられた導電性配線層に略全
周囲にわたって直接接触されている。また、上部誘電体
層基板の外周形状は、下部誘電体層基板の表面を覆う被
覆されない導電性配線層の外周形状に対して上記導電性
カバーの厚み分以上に小さく形成されている。
【００２９】このため、導電性カバーの導電性配線層へ
の接触面積が増加し、半導体素子から発生する熱を広範
囲の導電性配線層を通して導電性カバーに逃すことがで
きる。
【００３０】すなわち、導電性カバーの導電性配線層へ
の接触が少ない場合には、半導体素子からの伝熱は、導
電性カバーへの対流又は輻射によって行われ、伝導に比
較して効率が悪い。
【００３１】そこで、熱伝導率の高い導電性配線層の広
範囲を通して導電性カバーに熱を効率的に逃がすことに
より、導電性カバーからの高い放熱効果を得ることがで
きる。
【００３２】したがって、放熱性に優れた半導体モジュ
ールを提供することができる。
【００３３】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、半導体素子の動作特性及
び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いので周
囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導体素
子の使用温度範囲の拡大を実現することができる。
【００３４】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、半導体素子と、上記半導体素子
を表面に実装する下部誘電体層基板と、上記半導体素子
を収容するための収容貫通穴を有して上記下部誘電体層
基板上に設けられる上部誘電体層基板と、これら半導体
素子及び上部誘電体層基板を覆う導電性カバーとを有す
る一方、上記下部誘電体層基板の表面には、半導体素子
の入力及び出力信号を引き出すための配線層と、上記配
線層とは絶縁されかつこの下部誘電体層基板の表面を覆
う導電性配線層とが設けられた半導体モジュールにおい
て、上記導電性カバーは、フィン状の凹凸形状を有して
いることを特徴としている。
【００３５】上記の発明によれば、導電性カバーは、フ
ィン状の凹凸形状を有している。
【００３６】このため、フィン状の凹凸形状によって導
電性カバーの熱放散面積を増大することができるので、
放熱性に優れた半導体モジュールを提供することができ
る。
【００３７】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、半導体素子の動作特性及
び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いので周
囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導体素
子の使用温度範囲の拡大を実現することができる。
【００３８】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、半導体素子と、上記半導体素子
を表面に実装する下部誘電体層基板と、上記半導体素子
を収容するための収容貫通穴を有して上記下部誘電体層
基板上に設けられる上部誘電体層基板と、これら半導体
素子及び上部誘電体層基板を覆う導電性カバーとを有す
る一方、上記下部誘電体層基板の表面には、半導体素子
の入力及び出力信号を引き出すための配線層と、上記配
線層とは絶縁されかつこの下部誘電体層基板の表面を覆
う被覆されない導電性配線層とが設けられた半導体モジ
ュールにおいて、上記上部誘電体層基板の外周形状は、
下部誘電体層基板の表面を覆う被覆されない導電性配線
層の外周形状に対して上記導電性カバーの厚み分以上に
小さく形成されている一方、上記導電性カバーは、下部
誘電体層基板の表面に設けられた導電性配線層に略全周
囲にわたって直接接触されているとともに、上記導電性
カバーは、フィン状の凹凸形状を有していることを特徴
としている。
【００３９】上記の発明によれば、導電性カバーは、下
部誘電体層基板の表面に設けられた導電性配線層に略全
周囲にわたって直接接触されているとともに、上記導電
性カバーは、フィン状の凹凸形状を有している。また、
上部誘電体層基板の外周形状は、下部誘電体層基板の表
面を覆う被覆されない導電性配線層の外周形状に対して
上記導電性カバーの厚み分以上に小さく形成されてい
る。
【００４０】このため、導電性カバーが、下部誘電体層
基板の表面に設けられた導電性配線層に略全周囲にわた
って直接接触されていることによって、導電性カバーの
導電性配線層への接触面積が増加し、半導体素子から発
生する熱を導電性配線層を介して逃すことができるの
で、熱伝導率の高い導電性配線層を介して導電性カバー
に熱を効率的に逃がすことにより、導電性カバーからの
高い放熱効果を得ることができる。
【００４１】また、フィン状の凹凸形状によって、導電
性カバーの熱放散面積を増大することができる。
【００４２】この結果、さらに、放熱性に優れた半導体
モジュールを提供することができる。
【００４３】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、さらに、半導体素子の動
作特性及び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高
いので周囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、
半導体素子の使用温度範囲の拡大を確実に実現すること
ができる。
【００４４】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、上記記載の半導体モジュールに
おいて、下部誘電体層基板に形成された配線層は被覆さ
れない導電性にてなるとともに、導電性カバーには、こ
の導電性カバーと下部誘電体層基板の配線層との接触を
回避する切り欠き部が形成されていることを特徴として
いる。
【００４５】上記の発明によれば、下部誘電体層基板に
形成された配線層は被覆されない導電性配線層にてなる
とともに、導電性カバーには、この導電性カバーと下部
誘電体層基板の配線層との接触を回避する切り欠き部が
形成されている。
【００４６】このため、導電性カバーに形成されたこの
切り欠き部によって、導電性カバーと下部誘電体層基板
の被覆されない導電性にてなる配線層との接触による電
気的短絡を防止することができる。
【００４７】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、上記記載の半導体モジュールに
おいて、導電性配線層は、下部誘電体層基板の上面にお
ける略全面に金属が蒸着されてなりかつ半導体素子を接
地させるためのグランドメタルパターンとして形成され
ていることを特徴としている。
【００４８】上記の発明によれば、導電性配線層は、下
部誘電体層基板の上面における略全面に金属が蒸着され
てなりかつ半導体素子を接地させるためのグランドメタ
ルパターンとして形成されている。
【００４９】このため、導電性カバーをこのグランドメ
タルパターンに接触させることによって、導電性カバー
も接地電位となり、シールド効果が強化できるととも
に、半導体素子の静電気対策がより強化される。
【００５０】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、上記記載の半導体モジュールに
おいて、導電性カバーには、放熱性の良い例えば黒色等
の色彩が施されていることを特徴としている。
【００５１】上記の発明によれば、導電性カバーには、
放熱性の良い例えば黒色等の色彩が施されている。
【００５２】このため、導電性カバーの放熱効果を向上
させることができる。
【００５３】また、本発明の半導体モジュールは、上記
課題を解決するために、上記記載の半導体モジュールに
おいて、半導体モジュールは、高周波電力用半導体素子
を搭載した高周波電力増幅器モジュールであることを特
徴としている。
【００５４】上記の発明によれば、半導体モジュール
は、高周波電力用半導体素子を搭載した高周波電力増幅
器モジュールである。
【００５５】このため、発熱が大きく、放熱が限られて
いる携帯用通信機器等に使用される高周波電力増幅器モ
ジュールに特に有用となる。
【００５６】
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕 本発明の実施の一形態について図１ないし図３に基づい
て説明すれば、以下の通りである。
【００５７】本実施の形態の半導体モジュールとしての
高周波電力増幅器モジュールは、例えば、携帯電話を始
めとする通信機器、いわゆる移動体通信端末等の機器に
使用されるマイクロ波帯の高周波電力増幅器モジュール
である。
【００５８】上記高周波電力増幅器モジュール１０は、
図１に示すように、電力増幅用の半導体素子５と、銅や
アルミニウム等の熱伝導性に優れた導電性材料にて加工
された導電性カバーとしての金属カバー１と、上部誘電
体層基板２と、下部誘電体層基板６とを有している。
【００５９】上記の上部誘電体層基板２及び下部誘電体
層基板６の材質としては、例えばガラスセラミック、ア
ルミナ、窒化アルミ、テフロン、エポキシ樹脂等の絶縁
材料を用いることができる。
【００６０】上記の下部誘電体層基板６には、中央位置
に半導体素子５が載置されるが、その下部には、図２に
も示すように、数カ所のビアホール７…がこの下部誘電
体層基板６を貫通して穿設されている。
【００６１】また、方形の下部誘電体層基板６には、略
上面全体に導電性配線層としての上面グランドメタルパ
ターン４が形成される。すなわち、上面グランドメタル
パターン４は、後述する下部誘電体層基板６における伝
送線路３・３を除き、下部誘電体層基板６の全面にベタ
の金属層として形成されている。
【００６２】なお、本実施の形態においては、上述した
ように、下部誘電体層基板６の上面には、略上面全体に
導電性配線層としての上面グランドメタルパターン４が
形成されているが、本発明においては、必ずしもこれに
限らず、金属配線がマイクロストリップライン等のメタ
ルパターンとして形成された導電性配線層であっても良
い。
【００６３】一方、下部誘電体層基板６における下面全
面には下面グランドメタルパターン８が形成されてお
り、これら各上面グランドメタルパターン４及び下面グ
ランドメタルパターン８は、上記中央位置のビアホール
７と、この下部誘電体層基板６の側面に凹部として形成
された端面ビア１３とにより電気的に接続されている。
すなわち、上面グランドメタルパターン４及び下面グラ
ンドメタルパターン８は、金、銀、銅、ニッケル、タン
グステン若しくはアルミニウム等の金属材料又はその合
金により下部誘電体層基板６における略全面に蒸着され
て形成されているとともに、上記ビアホール７及び端面
ビア１３の壁面にも、金、銀等の同じ金属材料等が蒸着
されて形成されており、これによって、下部誘電体層基
板６の上面グランドメタルパターン４、端面ビア１３及
び下面グランドメタルパターン８が電気的に接続され、
外部に対して接地電位のために出力可能となっている。
【００６４】また、上記下部誘電体層基板６における端
面ビア１３・１３とは異なる対辺側の中心位置には、上
面縁部及び側面部に配線層としての伝送線路３・３が形
成されている。そして、この伝送線路３・３も上記上面
グランドメタルパターン４と同じ金、銀、銅等の金属材
料等により形成されており、半導体素子５からの入力及
び出力信号を引き出すようになっている。なお、本実施
の形態では、伝送線路３・３は、被覆されていないが、
必ずしもこれに限らず、被覆されていても良い。
【００６５】次に、上記下部誘電体層基板６の中央位置
には、前述したように、半導体素子５が載置されるとと
もに、その周りには、図１に示すように、この半導体素
子５の収納するための後述するキャビティ９を備えた上
部誘電体層基板２が設けられる。
【００６６】すなわち、この上部誘電体層基板２は、前
述したように、ガラスセラミック等の絶縁材料にて形成
されているが、誘電体層としての機能を満たすために、
その厚みとしては、例えば約０．３ｍｍ以上とすること
が望ましいものとして設けられている。
【００６７】また、上部誘電体層基板２の上面における
中央位置には、半導体素子５を収容するための収容貫通
穴としてのキャビティ(Cavity)９が、半導体素子５より
も少し大きい方形に穿設されている。
【００６８】また、上部誘電体層基板２の上面には、互
いに反対側の側方へ延びる伝送線路３・３が形成されて
おり、これら伝送線路３・３は、さらに、上部誘電体層
基板２の側壁面に延び、その側壁面に沿って垂下してい
る。
【００６９】その結果、上部誘電体層基板２における方
形のキャビティ９の中に半導体素子５が収められる一
方、下部誘電体層基板６の上面に形成された上面グラン
ドメタルパターン４等に接続されて実装されるものとな
っている。なお、必ずしもこれに限らず、例えば、バン
プ等を用いて下部誘電体層基板６に直接フェースダウン
実装することも可能である。また、このようなベアチッ
プの実装をした場合には、外部からのストレスに対する
信頼性の向上を図るために、例えば、シリコン樹脂やエ
ポキシ樹脂等の樹脂ポッティング材にて封止するのが望
ましい。
【００７０】上記の実装に際しては、上記半導体素子５
の図示しない信号パッド及びＧＮＤパッドは、図２に示
すように、下部誘電体層基板６の上面に形成された上面
グランドメタルパターン４にワイヤ６ａにより接続さ
れ、前述したように、下部誘電体層基板６の側面に形成
された端面ビア１３を通して下部誘電体層基板６の下面
に形成された下面グランドメタルパターン８に接続され
るようになっている。そして、この半導体素子５の図示
しないＧＮＤパッドにワイヤ６ａにより接続された上面
グランドメタルパターン４は、下部誘電体層基板６の外
周にも延びてグランドメタルパターンとしての機能を果
たし、接地電位を有するようになっている。そして、こ
のグランドメタルパターンの部分に上記金属カバー１の
エッジ部が接触するものとなっている。
【００７１】また、上記の半導体素子５の図示しない信
号パッド及びＧＮＤパッドは、同図に示すように、上部
誘電体層基板２の上面に形成された伝送線路３・３にも
ワイヤ６ａにより接続されている。この上部誘電体層基
板２に形成された伝送線路３・３は、図１に示すよう
に、下部誘電体層基板６の上面縁部及び側面部に金属材
料等にて形成された伝送線路３・３と電気的に接続さ
れ、下部誘電体層基板６の側面からの外部への出力取出
しが可能となっている。
【００７２】ここで、本実施の形態では、上部誘電体層
基板２の外周形状は、下部誘電体層基板６の上面グラン
ドメタルパターン４の外周形状に対して、金属カバー１
の厚み分以上に小さく形成されている。
【００７３】これにより、上部誘電体層基板２を覆う金
属カバー１のエッジ部が下部誘電体層基板６の上面グラ
ンドメタルパターン４の周辺部に直接接触し、かつ電気
的に接続される。
【００７４】すなわち、上記の金属カバー１は、図１に
示すように、長方形の下部誘電体層基板６と同じ長方形
の平面を有しており、下側が開放された箱状のカバーと
なっている。
【００７５】そして、金属カバー１の一対向側面に、下
方へ向かう突起部１５・１５がそれぞれ形成されてお
り、これら突起部１５・１５は、下部誘電体層基板６の
端面ビア１３と接触されるものとなっている。
【００７６】また、金属カバー１の他方の対向側面に
は、切り欠き部１６が形成されおり、この切り欠き部１
６は、金属カバー１が下部誘電体層基板６における伝送
線路３・３及び上部誘電体層基板２における伝送線路３
・３に接触しないように形成されているものである。
【００７７】また、金属カバー１の下端縁は、図２に示
すように、下部誘電体層基板６の下端と一致するように
カバーされるものとなっている。
【００７８】これによって、この高周波電力増幅器モジ
ュール１０は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．８ｍｍの小型
モジュールとなっている。
【００７９】上記構成を有する高周波電力増幅器モジュ
ール１０における熱の移動について説明する。
【００８０】図２に示すように、半導体素子５から発熱
した熱は、先ず、下部誘電体層基板６の直下に形成され
たビアホール７…を通って下部誘電体層基板６の下面グ
ランドメタルパターン８に移動し、下面グランドメタル
パターン８から外部へ放熱される。
【００８１】一方、もう一つの熱が伝達する経路とし
て、図３に示すように、半導体素子５から発熱した熱
は、半導体素子５が載置された下部誘電体層基板６の上
面グランドメタルパターン４の全域に広がり、その周辺
部に直接接合されている金属カバー１に伝わり、金属カ
バー１の全域より放熱される。また、このとき、上面グ
ランドメタルパターン４の全域に広がった熱は、下部誘
電体層基板６における端面ビア１３を通して下部誘電体
層基板６の下面グランドメタルパターン８にも移動し、
この下面グランドメタルパターン８から外部へ放熱され
る。
【００８２】この熱の伝達経路から分かることは、金属
カバー１のエッジ部と下部誘電体層基板６における上面
グランドメタルパターン４の周辺部との接合面積はでき
るだけ広くすることが望ましい。
【００８３】以上により、金属カバー１が下部誘電体層
基板６の上面グランドメタルパターン４に直接実装でき
るように外形が小さくした上部誘電体層基板２を形成
し、金属カバー１を半導体素子５が実装されている下部
誘電体層基板６の上に形成されたメタルパターン４にで
きるだけ広い接合面積で直接実装することにより、熱が
伝導する経路が広くなり、効率的に金属カバーに熱を伝
えることができ、放熱効果が向上する。
【００８４】このように、本実施の形態の高周波電力増
幅器モジュール１０には、半導体素子５と、この半導体
素子５を表面に実装する下部誘電体層基板６と、半導体
素子５を収容するためのキャビティ９を有して下部誘電
体層基板６上に設けられる上部誘電体層基板２と、これ
ら半導体素子５及び上部誘電体層基板２を覆う金属カバ
ー１とを有する一方、下部誘電体層基板６の表面には、
半導体素子５の入力及び出力信号を引き出すための伝送
線路３・３と、この伝送線路３・３とは絶縁されかつこ
の下部誘電体層基板６の表面の略全面を覆う被覆されな
い上面グランドメタルパターン４とが設けられている。
【００８５】ところで、従来の高周波電力増幅器モジュ
ールにおいては、金属カバー１の上面グランドメタルパ
ターン４への接触面積が少ないために、熱拡散効率が悪
いという問題点を有していた。
【００８６】そこで、本実施の形態では、金属カバー１
は、下部誘電体層基板６の表面に設けられた上面グラン
ドメタルパターン４に略全周囲にわたって直接接触され
ている。
【００８７】このため、金属カバー１の上面グランドメ
タルパターン４への接触面積が増加し、半導体素子５か
ら発生する熱を広範囲の上面グランドメタルパターン４
を通して金属カバー１に逃すことができる。
【００８８】すなわち、金属カバー１の上面グランドメ
タルパターン４への接触が少ない場合には、半導体素子
５からの伝熱は、金属カバー１への対流又は輻射によっ
て行われ、伝導に比較して効率が悪い。
【００８９】そこで、熱伝導率の高い上面グランドメタ
ルパターン４の広範囲を通して金属カバー１に熱を効率
的に逃がすことにより、金属カバー１からの高い放熱効
果を得ることができる。
【００９０】したがって、放熱性に優れた高周波電力増
幅器モジュール１０を提供することができる。
【００９１】また、このように、金属カバー１からの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子５の高熱化
を抑えることができ、その結果、半導体素子５の動作特
性及び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いの
で周囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導
体素子５の使用温度範囲の拡大を実現することができ
る。
【００９２】また、本実施の形態の高周波電力増幅器モ
ジュール１０では、下部誘電体層基板６に形成された伝
送線路３・３は被覆されない導電性にてなるとともに、
金属カバー１には、この金属カバー１と下部誘電体層基
板６の伝送線路３・３との接触を回避する切り欠き部１
６が形成されている。
【００９３】このため、金属カバー１に形成されたこの
切り欠き部１６によって、金属カバー１と下部誘電体層
基板６の被覆されない伝送線路３・３との接触による電
気的短絡を防止することができる。
【００９４】また、本実施の形態の高周波電力増幅器モ
ジュール１０では、上面グランドメタルパターン４は、
下部誘電体層基板６の上面における略全面に金属が蒸着
されてなりかつ半導体素子５を接地させるためのグラン
ドメタルパターンとして形成されている。
【００９５】このため、金属カバー１をこのグランドメ
タルパターンに接触させることによって、金属カバー１
も接地電位となり、シールド効果が強化できるととも
に、半導体素子５の静電気対策がより強化される。
【００９６】また、本実施の形態の高周波電力増幅器モ
ジュール１０では、半導体モジュールは、高周波電力用
の半導体素子５を搭載した高周波電力増幅器モジュール
１０としてなっている。
【００９７】このため、発熱が大きく、放熱が限られて
いる携帯用通信機器等に使用される高周波電力増幅器モ
ジュール１０に特に有用となる。
【００９８】また、本実施の形態では、上面グランドメ
タルパターン４の周囲に、金属カバー１の接触部分を形
成したものとなっている。
【００９９】これによって、金属カバー１の形状に沿う
ので、簡易にかつ効率良く、半導体素子５から金属カバ
ー１へ熱伝導を行い、金属カバー１からの熱放散を向上
することができる。
【０１００】〔実施の形態２〕 本発明の他の実施の形態について図４及び図５に基づい
て説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜
上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機
能を有する部材については、同一の符号を付し、その説
明を省略する。また、前記実施の形態１の各種の特徴点
については、本実施の形態についても組み合わせて適用
し得るものとする。
【０１０１】前記実施の形態１における高周波電力増幅
器モジュール１０では、金属カバー１の表面は平面状の
ものを使用していたが、この金属カバー１の表面は、必
ずしもこれに限らず、例えば、金属カバー１の表面を放
熱フィン状に凹凸を形成することが可能である。
【０１０２】すなわち、本実施の形態の高周波電力増幅
器モジュール２０は、導電性カバーとしての金属カバー
１以外の構造は、前記実施の形態１と同様であるが、本
実施の形態の金属カバー１には、図４及び図５に示すよ
うに、深さ０．５ｍｍの放熱フィン２１…が１ｍｍ間隔
毎に例えば５個形成されている。なお、金属カバー１の
放熱フィン２１…のフィンの数、サイズ、形状は、外気
との接合面積が増えるものであれば、特に限定しない。
【０１０３】上記の構成を備えた高周波電力増幅器モジ
ュール２０とすることにより、金属カバー１は、空気が
接する表面積が増えるため、外気への放熱経路が広が
り、放熱効果が向上する。
【０１０４】また、金属カバー１の表面も放熱性を向上
させるために、例えば、黒色に着色する当の処理を施し
ても良い。
【０１０５】このように、本実施の形態の高周波電力増
幅器モジュール２０では、金属カバー１は、フィン状の
凹凸形状からなる放熱フィン２１…を有している。
【０１０６】このため、フィン状の凹凸形状を備えた放
熱フィン２１…によって金属カバー１の熱放散面積を増
大することができるので、放熱性に優れた高周波電力増
幅器モジュール１０を提供することができる。
【０１０７】また、このように、金属カバー１からの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子５の高熱化
を抑えることができ、その結果、半導体素子５の動作特
性及び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いの
で周囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導
体素子５の使用温度範囲の拡大を実現することができ
る。
【０１０８】また、本実施の形態の高周波電力増幅器モ
ジュール２０では、金属カバー１は、下部誘電体層基板
６の表面に設けられた上面グランドメタルパターン４に
略全周囲にわたって直接接触されているとともに、この
金属カバー１は、フィン状の凹凸形状の放熱フィン２１
…を有している。
【０１０９】このため、金属カバー１が、下部誘電体層
基板６の表面に設けられた上面グランドメタルパターン
４に略全周囲にわたって直接接触されていることによっ
て、金属カバー１の上面グランドメタルパターン４への
接触面積が増加し、半導体素子５から発生する熱を上面
グランドメタルパターン４を介して金属カバー１に熱を
逃すことができるので、熱伝導率の高い上面グランドメ
タルパターン４を介して熱を効率的に逃がすことによ
り、金属カバー１からの高い放熱効果を得ることができ
る。
【０１１０】また、フィン状の凹凸形状の放熱フィン２
１…によって、金属カバー１の熱放散面積を増大するこ
とができる。
【０１１１】この結果、両者を合わせた構成とすること
により、放熱性にさらに優れた高周波電力増幅器モジュ
ール２０を提供することができ、従来よりも大幅に放熱
効果が向上できる。
【０１１２】また、このように、金属カバー１からの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子５の高熱化
を抑えることができ、その結果、さらに、半導体素子５
の動作特性及び信頼性を向上させるとともに、放熱効果
が高いので周囲温度が今以上の高温度でも使用可能とな
り、半導体素子５の使用温度範囲の拡大を確実に実現す
ることができる。
【０１１３】また、本実施の形態の高周波電力増幅器モ
ジュール２０では、金属カバー１には、放熱性の良い例
えば黒色等の色彩が施されている。
【０１１４】このため、金属カバー１の放熱効果をさら
に向上させることができる。
【０１１５】
【発明の効果】本発明の半導体モジュールは、以上のよ
うに、上部誘電体層基板の外周形状は、下部誘電体層基
板の表面を覆う被覆されない導電性配線層の外周形状に
対して上記導電性カバーの厚み分以上に小さく形成され
ている一方、導電性カバーは、下部誘電体層基板の表面
に設けられた導電性配線層に略全周囲にわたって直接接
触されているものである。
【０１１６】それゆえ、導電性カバーの導電性配線層へ
の接触面積が増加し、半導体素子から発生する熱を広範
囲の導電性配線層を通して導電性カバーに逃すことがで
き、導電性カバーからの高い放熱効果を得ることができ
る。
【０１１７】したがって、放熱性に優れた半導体モジュ
ールを提供することができるという効果を奏する。
【０１１８】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、半導体素子の動作特性及
び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いので周
囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導体素
子の使用温度範囲の拡大を実現することができるという
効果を奏する。
【０１１９】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、導電性カバーは、フィン状の凹凸形状を有し
ているものである。
【０１２０】それゆえ、フィン状の凹凸形状によって導
電性カバーの熱放散面積を増大することができるので、
放熱性に優れた半導体モジュールを提供することができ
るという効果を奏する。
【０１２１】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、半導体素子の動作特性及
び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高いので周
囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、半導体素
子の使用温度範囲の拡大を実現することができるという
効果を奏する。
【０１２２】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、上記上部誘電体層基板の外周形状 は、下部誘
電体層基板の表面を覆う被覆されない導電性配線層の外
周形状に対して上記導電性カバーの厚み分以上に小さく
形成されている一方、導電性カバーは、下部誘電体層基
板の表面に設けられた導電性配線層に略全周囲にわたっ
て直接接触されているとともに、上記導電性カバーは、
フィン状の凹凸形状を有しているものである。
【０１２３】それゆえ、導電性カバーが、下部誘電体層
基板の表面に設けられた導電性配線層に略全周囲にわた
って直接接触されていることによって、導電性カバーの
導電性配線層への接触面積が増加し、半導体素子から発
生する熱を導電性配線層を介して逃すことができるの
で、熱伝導率の高い導電性配線層を介して導電性カバー
に熱を効率的に逃がすことにより、導電性カバーからの
高い放熱効果を得ることができる。
【０１２４】また、フィン状の凹凸形状によって、導電
性カバーの熱放散面積を増大することができる。
【０１２５】この結果、さらに、放熱性に優れた半導体
モジュールを提供することができるという効果を奏す
る。
【０１２６】また、このように、導電性カバーからの高
い放熱効果を得ることによって、半導体素子の高熱化を
抑えることができ、その結果、さらに、半導体素子の動
作特性及び信頼性を向上させるとともに、放熱効果が高
いので周囲温度が今以上の高温度でも使用可能となり、
半導体素子の使用温度範囲の拡大を確実に実現すること
ができるという効果を奏する。
【０１２７】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、上記記載の半導体モジュールにおいて、下部
誘電体層基板に形成された配線層は被覆されない導電性
配線層にてなるとともに、導電性カバーには、この導電
性カバーと下部誘電体層基板の配線層との接触を回避す
る切り欠き部が形成されているものである。
【０１２８】それゆえ、導電性カバーに形成されたこの
切り欠き部によって、導電性カバーと下部誘電体層基板
の被覆されない導電性にてなる配線層との接触による電
気的短絡を防止することができるという効果を奏する。
【０１２９】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、上記記載の半導体モジュールにおいて、導電
性配線層は、下部誘電体層基板の上面における略全面に
金属が蒸着されてなりかつ半導体素子を接地させるため
のグランドメタルパターンとして形成されているもので
ある。
【０１３０】それゆえ、導電性カバーをこのグランドメ
タルパターンに接触させることによって、導電性カバー
も接地電位となり、シールド効果が強化できるととも
に、半導体素子の静電気対策がより強化されるという効
果を奏する。
【０１３１】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、上記記載の半導体モジュールにおいて、導電
性カバーには、放熱性の良い色彩が施されているもので
ある。
【０１３２】それゆえ、導電性カバーの放熱効果を向上
させることができる。
【０１３３】また、本発明の半導体モジュールは、以上
のように、上記記載の半導体モジュールにおいて、半導
体モジュールは、高周波電力用半導体素子を搭載した高
周波電力増幅器モジュールであるものである。
【０１３４】それゆえ、発熱が大きく、放熱が限られて
いる携帯用通信機器等に使用される高周波電力増幅器モ
ジュールに特に有用となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における高周波電力増幅器モジュールの
実施の一形態を示す分解斜視図である。
【図２】上記高周波電力増幅器モジュールを示す断面図
である。
【図３】上記高周波電力増幅器モジュールにおける熱の
拡散の仕方を示す斜視図である。
【図４】本発明における高周波電力増幅器モジュールの
他の実施の形態を示すものであり、金属カバーに放熱フ
ィンを有する場合を示す分解斜視図である。
【図５】上記金属カバーに放熱フィンを有する高周波電
力増幅器モジュールの熱の拡散の仕方を示す断面図であ
る。
【図６】従来の高周波電力増幅器モジュールを示す分解
斜視図である。
【図７】上記高周波電力増幅器モジュールにおける熱の
拡散の仕方を示す断面図である。
【図８】上記高周波電力増幅器モジュールにおける熱の
拡散の仕方を示す斜視図である。
【図９】従来の他の高周波電力増幅器モジュールを示す
ものであり、（ａ）は上から見下ろした斜視図、（ｂ）
は下から見上げた斜視図である。
【符号の説明】
１ 金属カバー（導電性カバー） ２ 上部誘電体層基板 ３ 伝送線路（配線層） ４ 上面グランドメタルパターン（導電性配線層） ５ 半導体素子 ６ 下部誘電体層基板 ６ａ ワイヤ ７ ビアホール ８ 下面グランドメタルパターン ９ キャビティ（収容貫通穴） １０ 高周波電力増幅器モジュール（半導体モジュー
ル） １３ 端面ビア １５ 突起部 １６ 切り欠き部 ２０ 高周波電力増幅器モジュール（半導体モジュー
ル） ２１ 放熱フィン（フィン状の凹凸形状）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/02 H01L 23/12 H01L 23/34 - 23/36

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体素子と、上記半導体素子を表面に実
    装する下部誘電体層基板と、上記半導体素子を収容する
    ための収容貫通穴を有して上記下部誘電体層基板上に設
    けられる上部誘電体層基板と、これら半導体素子及び上
    部誘電体層基板を覆う導電性カバーとを有する一方、 上記下部誘電体層基板の表面には、半導体素子の入力及
    び出力信号を引き出すための配線層と、上記配線層とは
    絶縁されかつこの下部誘電体層基板の表面を覆う被覆さ
    れない導電性配線層とが設けられた半導体モジュールに
    おいて、上記上部誘電体層基板の外周形状は、下部誘電体層基板
    の表面を覆う被覆されない導電性配線層の外周形状に対
    して上記導電性カバーの厚み分以上に小さく形成されて
    いる一方、 上記導電性カバーは、下部誘電体層基板の表面に設けら
    れた導電性配線層に略全周囲にわたって直接接触されて
    いることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 【請求項２】半導体素子と、上記半導体素子を表面に実
    装する下部誘電体層基板と、上記半導体素子を収容する
    ための収容貫通穴を有して上記下部誘電体層基板上に設
    けられる上部誘電体層基板と、これら半導体素子及び上
    部誘電体層基板を覆う導電性カバーとを有する一方、 上記下部誘電体層基板の表面には、半導体素子の入力及
    び出力信号を引き出すための配線層と、上記配線層とは
    絶縁されかつこの下部誘電体層基板の表面を覆う導電性
    配線層とが設けられた半導体モジュールにおいて、 上記導電性カバーは、フィン状の凹凸形状を有している
    ことを特徴とする半導体モジュール。
  3. 【請求項３】半導体素子と、上記半導体素子を表面に実
    装する下部誘電体層基板と、上記半導体素子を収容する
    ための収容貫通穴を有して上記下部誘電体層基板上に設
    けられる上部誘電体層基板と、これら半導体素子及び上
    部誘電体層基板を覆う導電性カバーとを有する一方、 上記下部誘電体層基板の表面には、半導体素子の入力及
    び出力信号を引き出すための配線層と、上記配線層とは
    絶縁されかつこの下部誘電体層基板の表面を覆う被覆さ
    れない導電性配線層とが設けられた半導体モジュールに
    おいて、上記上部誘電体層基板の外周形状は、下部誘電体層基板
    の表面を覆う被覆されない導電性配線層の外周形状に対
    して上記導電性カバーの厚み分以上に小さく形成されて
    いる一方。 上記導電性カバーは、下部誘電体層基板の表面に設けら
    れた導電性配線層に略全周囲にわたって直接接触されて
    いるとともに、 上記導電性カバーは、フィン状の凹凸形状を有している
    ことを特徴とする半導体モジュール。
  4. 【請求項４】下部誘電体層基板に形成された配線層は被
    覆されない導電性配線層にてなるとともに、 導電性カバーには、この導電性カバーと下部誘電体層基
    板の配線層との接触を回避する切り欠き部が形成されて
    いることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体
    モジュール。
  5. 【請求項５】導電性配線層は、下部誘電体層基板の上面
    における略全面に金属が蒸着されてなりかつ半導体素子
    を接地させるためのグランドメタルパターンとして形成
    されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の半導体モジュール。
  6. 【請求項６】導電性カバーには、放熱性の良い色彩が施
    されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
    項に記載の半導体モジュール。
  7. 【請求項７】半導体モジュールは、高周波電力用半導体
    素子を搭載した高周波電力増幅器モジュールであること
    を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導
    体モジュール。
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