JP2005101367A - 高周波モジュールおよび通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電力増幅器による発熱を抑え、充分な放熱性を有し、電力増幅器とともに弾性表面波素子などの受動部品の搭載可能で且つ低背化が可能な高周波モジュールおよびそれを用いた通信端末を提供することにある。
【解決手段】誘電体層を積層してなる誘電体基板２表面に、電力増幅素子５と、受動部品６とを実装、搭載してなるとともに、電力増幅素子５実装部の直下の誘電体基板２内に、基板表面側から基板裏面側に貫通する放熱体９を設けてなり、誘電体層Ａの厚みｔに対して放熱体９の断面における最小径が３倍以上であることを特徴とする。特に、誘電体基板が、厚みが０．１ｍｍ以下の誘電体層中に、少なくとも導体層が同じ厚みで埋設された複合体Ａの積層体からなり、誘電体層の厚みｔが０．１ｍｍ以下であること、放熱体９の断面の最小径が０．３ｍｍ以上であること、さらには放熱体９が、導体相１１と、誘電体相１０との混合体からなることが望ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信端末、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）等の通信機器に用いられる送信用の高周波モジュールに関し、特に組立工数の削減ならびに小型化を可能とした高周波モジュールに関するものである。

近年、アナログあるいはデジタル携帯電話等の移動体通信機などに使用される半導体デバイスや電子部品に対する小型化・軽量化の要望が強くなっている。中でも送信部に用いられる高周波用電力増幅器は、電力増幅用トランジスタの小型化、モジュール化が進んでおり、高周波用電力増幅器から発生する熱によって、その部品のみならず、周囲の部品の特性に影響を及ぼすために、大電力出力時に放熱性を高めることが望まれている。

また、このような高周波用電力増幅器に対する放熱対策としては、絶縁基板上に搭載された発熱性素子の直下に、絶縁基板に形成した貫通穴内に放熱体を嵌め込んだり（特許文献１）、絶縁基板に放熱用のバイアホールを設ける（特許文献２，３）ことによって、発熱性素子から発生した熱を基板の裏面に放熱させることが提案されている。
特開２００１−６８６１５ 特開平９−２８３７００号 特開２００３−１００９８９

高周波モジュールでは、小型化とともに低コスト化が求められており、その中で、高周波用電力増幅器とともに、弾性表面波素子、ＦＢＡＲ、アンテナスイッチ部品などの受動部品を実装搭載することも提案されているが、受動部品は、熱によって高周波特性が変化しやすいために、このような受動部品を搭載する場合には、熱の影響を最小化することが必要である。

しかしながら、特許文献１のように、放熱用金属ブロックを基板内に嵌め込む構造では、気密性を損なうことなく金属ブロックを精度よくはめ込み、また接合工程も必要となる結果、工程が煩雑となり、コストの上昇は避けられなかった。

また、特許文献２、３のように、放熱用ビアホールを設ける構造では、通常、絶縁層に形成した貫通穴に導体ペーストを充填することによって放熱用バイアホールを形成するが、貫通穴の大きさが絶縁層の厚みに対して、大きくなりすぎると、導体ペーストが貫通穴から流れ出るために、絶縁層の厚みを厚くしなければ、孔径の大きな放熱用バイアホールを形成することができないために絶縁層の厚みも大きくならざる得なかった。

その結果、モジュールの小型と高密度配線化に対応するためには、絶縁層の層数も多くする必要があるために、モジュール自体の全体厚みが厚くなってしまうために、自ずと放熱用バイアホールの口径を大きくするにも限界があった。

本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力増幅器による発熱を抑え、充分な放熱性を有し、電力増幅器とともに弾性表面波素子などの受動部品の搭載可能で且つ低背化が可能な高周波モジュールおよびそれを用いた通信端末を提供することにある。

本発明の高周波モジュールは、誘電体層を積層してなる誘電体基板表面に、電力増幅素子と、受動部品とを実装、搭載してなるとともに、前記電力増幅素子実装部の直下の誘電体基板内に、基板表面側から基板裏面側に貫通する放熱体を設けてなり、前記誘電体層の厚みｔに対して前記放熱体の断面における最小径が３倍以上であることを特徴とする。

なお、かかる高周波モジュールにおいては、前記受動部品として、弾性表面波素子、ＦＢＡＲ、アンテナスイッチ部品の群から選ばれる少なくとも１種を搭載する場合に好適である。

さらに、前記誘電体基板上にが、ショットキーダイオード、検波ダイオード、検波ＩＣ、ＡＰＣＩＣの群から選ばれる少なくとも１種の出力検知用部品が実装されていてもよい。

本発明の高周波モジュールによれば、前記誘電体層の厚みｔが０．１ｍｍ以下であること、また、前記放熱体の断面の最小径が０．３ｍｍ以上であることが、モジュールの高密度配線化とともに、放熱性を高める上で好適である。

さらに、放熱体は、導体相と、誘電体相との混合体からなること、具体的には放熱体が、導体相を２０〜８０面積％、誘電体相８０〜２０面積％の混合体からなることが望ましい。これによって、放熱体の口径が大きくなることによって誘電体基板との熱膨張差に起因する応力の発生を抑制することができる。

また、放熱体の形状としては、前記放熱体の断面が、内部が誘電体相、周囲が導体相のドーナツ型の形状からなる、前記放熱体が、中心が導体相、周辺が導体を含有する誘電体相からなるドーナツ型形状からなる、前記放熱体が、前記誘電体相が前記導体相中に点在してなる、前記誘電体相が、前記導体相に対して平面的に点在している、前記誘電体相が、前記導体相に対して立体的に点在していることが応力の抑制を図る上で望ましい。

また、前記誘電体基板は、厚みが０．１ｍｍ以下の誘電体層中に、少なくとも導体層が同じ厚みで埋設された複合体の積層体から形成することが好適であって、同様に、前記放熱体も、厚みが０．１ｍｍ以下の放熱体層の積層体によって形成されてなることが望ましい。かかる構成によれば、このような複合体を積層することによって、あらゆる複雑な形態の回路も容易に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。

なお、上記の高周波モジュールを通信機器中に配置することによって、携帯端末等の小型化を図ることができる。

本発明の高周波モジュールによれば、電力増幅器から発生する熱をモジュール基板の背面に効率よく放散することができることから、従来よりも電力増幅器とともに、モジュール基板表面に、熱に対する特性劣化の大きい弾性表面波素子などの受動部品や出力制御回路素子を配置することが可能となる。その結果、小型で高性能な高周波モジュールを提供することができる。

しかも、誘電体層の厚みを薄くすることによって、モジュールを高密度配線化することができるとともに、モジュールの低背化を図ることができる。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の高周波モジュールの一実施例を示す断面図である。同図に示した高周波モジュール１において、２は誘電体基板であり、３は誘電体基板２表面や内部に形成された高周波線路や電極、４は高周波線路３同士を垂直方向に接続するための垂直導体、５は基板２上に実装された電力増幅器、６は誘電体基板２上に実装された受動部品、７は誘電体基板２上に実装されたチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品、８は誘電体基板２上に実装された出力検知制御部品、９は電力増幅器５下部の誘電体基板２内に形成された放熱体、１０は放熱体内に設けた誘電体相、１１は放熱体内に設けた導体相、１２はボンディングワイヤである。

かかる高周波モジュールにおいては、電力増幅器５の各電極（ソース・ゲート・ドレイン）と基板表面の高周波線路３とボンディングワイヤ１１によって電気的に接続している。

一方、受動部品６、チップ部品７、出力検知制御部品８は、誘電体基板２上面に形成された高周波線路や電極３に半田等を用いて実装、搭載されている。

なお、誘電体基板２上面に実装、搭載された電力増幅器５や、受動部品６、チップ部品７、出力検知制御部品８は絶縁性樹脂１３によって封止されている。また、高周波モジュール１は、最終的に通信機器におけるマザーボード等の外部電気回路基板１４の表面に、モジュール１の裏面に形成された電極３を半田等によって実装、搭載されている。

本発明の配線基板２は、図１（ｂ）に示すような少なくともセラミック誘電体材料を含有する誘電体層２１ａの一部に、金属層２２ａが該誘電体層２１ａを貫通して同じ厚みで形成されてなる複合体Ａを基本成分とし、この複合体Ａの積層体から構成されるものである。

かかる構造の配線基板によれば、複合体Ａの誘電体層２１ａおよび導体層２２ａのパターンを変化させることによって、誘電体層２１ａと導体層２２ａとが２次元、３次元に複雑に配置された構造を形成すれることができる。

また、導体層２２ａは誘電体層２２ａを平面方向に伸びることによって平面回路となる配線導体層や電極３を形成している。また、部分的に導体層２２ａを厚み方向に積み上げることにより、配線導体層、電極３同士を電気的に接続する垂直導体４や、導体層２２ａが放熱体層としても機能できるために、これを垂直方向に積層することによって、誘電体基板２の表面から裏面まで貫通した放熱体９を形成することができる。

本発明によれば、この複合体Ａからなる誘電体層の厚みｔに対して放熱体９の断面における最小径Ｄが３倍以上、特に４倍以上、さらには５倍以上であることが重要である。これによって、電力増幅素子５からの放熱性を向上させるとともに、高周波モジュールの小型化、低背化を同時に図ることができる。特に、Ｄ／ｔは、４以上、特に５以上であることが望ましい。

より具体的には、誘電体層２１ａおよび導体層２２ａの焼成後の厚みは、いずれも０．１ｍｍ以下、特に１０〜５０μｍ、さらには１５〜３０μｍの薄層によって形成されていることが望ましく、これより、複雑な導体パターンを具備する配線基板を基板厚みを薄くした状態で形成することが可能となる。また、放熱体５の直径Ｄは、０．３ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上、さらには０．６ｍｍ以上であることが望ましい。

また、かかる構成によれば、電力増幅素子５と弾性表面波素子などの受動部品６との配置を２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下まで近づけることができる。

本発明によれば、上記の大口径の放熱体５を形成するにあたり、複合体Ａにおける誘電体層２１ａと導体層２２ａとの配置を制御することいよって、この複合体を積層した時に、誘電体相と導体相とを混在した組織によって形成することが望ましい。これによって、導体成分と誘電体基板２との熱膨張差に起因する応力の発生を低減することができる。

例えば、導体層２２ａのパターン形状等を変更することで、小径の放熱体、大口径の放熱体や、断面構造がドーナツ型形状となる放熱体や平面的に誘電体相を分散させた放熱体を形成することが出来る。さらに、各複合シートで導体層２２ａの位置を任意に変更することによって、放熱体５内の誘電体層を立体的に点在させることが出来る。

また導体層２２ａは、導体相のみで構成する必要はなく、導体相と、導体、誘電体を任意の割合で混合した相の複数相をスクリーン印刷等で形成しても差し支えなく、断面構造が内部に導体相、外周部に導体、誘電体を任意の割合で混合した相にすることで、放熱体で発生する応力を抑制する構造にすることが出来る。

その具体例を以下に説明すると、放熱体９は、図１（ｂ）に示すように、略四角形状の導体相１１の中心部に、誘電体相１０が基板表面から裏面まで貫通して形成されたドーナツ型形状に形成されている。これによって、中心部に位置する誘電体相７が導体相６の熱膨張を抑制し、誘電体基板２との熱膨張差による応力を緩和させることができる。

図２は、誘電体相１０が導体相１１中に複数形成されたものであり、平面的に誘電体相１０が点在した構造となっている。これによって、誘電体相７が応力を緩和する機能をさらに増すことができる。

図３は、複合体Ａに形成した誘電体層１１ａの位置を各層毎に変更したものであり、これにより立体的に誘電体相１０が点在した構造となっている。かかる構造によれば、誘電体相７が導体相６の熱膨張を平面方向および垂直方向に均一に緩和する機能をさらに増すことができる結果、さらに応力の発生を抑制できる。

図４は、放熱体９の中心部に導体相１１を配置し、その周囲に誘電体相１０ａを配置したものである。特に、周囲の誘電体相１０ａには、導体を任意の割合で混合した混合相で形成されていることが望ましい。かかる導体と誘電体の混合相は導体相１１と誘電体基板２との中間的な熱膨張特性を有し、これにより、導体相１１と誘電体基板２との間で発生する応力をこの誘電体相１０ａが緩和する機能を有する。誘電体は導体が拡散しにくく、両者の間で急激な反応がない材料組成であることが望ましい。この場合の誘電体相１０ａ中の導体の含有割合は１０〜９０体積％、望ましくは２０〜８０体積％である。

本発明によれば、上記のように放熱体を誘電体相と導体相との混合体によって形成するにあたり、放熱体９中における誘電体成分、導体成分の全体の比率として、導体成分を２０〜８０体積％、誘電体成分を８０〜２０体積％の混合体からなることが適当である。かかる比率とすることによって、熱膨張差による応力の発生を効果的に低減することができる。

この放熱体９中の誘電体相は、誘電体基板２を形成する誘電体材料と同一材料からなることが望ましい。

本発明の高周波モジュール１における電力用増幅器５としては、例えばｐｎ接合ゲート型電界効果型トランジスタやショットキー障壁ゲート型電界効果型トランジスタ、ヘテロ接合型電界効果型トランジスタ、ｐｎ接合ゲート型へテロ接合型電界効果型トランジスタ等が用いられる。

電力用トランジスタ５は、Ａｕ／Ｓｎ、Ａｕ／Ｓｉや半田、熱硬化型Ａｇペースト等のダイアタッチ材により固定されるとともに電気的にも接続されており、Ａｕ等から成る太さ０．０３ｍｍ程度のボンディングワイヤ１０により、基板２上面に導出された接続導体４あるいは接続導体４に延設された導体層等を介して高周波線路３と電気的に接続される。

本発明の高周波モジュール１における受動部品６としては、送信、受信を切り替えるアンテナスイッチや、周波数帯を分けるダイプレクサ、周波数で送信、受信を分離するＳＡＷデュプレクサ、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）、誘電体デュプレクサ、フィルタリングするＳＡＷバンドバスフィルタ等が用いられる。

ＲＦＩＣとしては、送信用ＩＣ、受信用ＩＣ、中間のダイレクトコンバージョンＩＣ等が用いられる。

本発明の高周波モジュール１におけるチップ部品７としては、電力増幅器の整合回路やバイアス回路として使用される、表面実装型のチップ抵抗やチップコンデンサ等が用いられる。

本発明の高周波モジュール１における出力検知制御部品８としては、カプラ、検波ダイオード、温度補償回路が内蔵された自動出力制御ＩＣやディテクタＩＣ等が挙げられる。

本発明の高周波モジュール１における封止用の絶縁性樹脂１３には例えばエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などを用い、電力増幅器５のワイヤボンディング後に真空印刷や金型で絶縁性樹脂をモールドし、乾燥・硬化させることにより、電力増幅器５を封止する。

これ以外別にこれにより電力増幅器５を外部環境から保護して電気的特性の安定および防水等の信頼性を確保することができるとともに、電力増幅器５をベアチップ状態で実装することにより高周波モジュールの小型化を図ることができる。

上記のようなモジュールを製造するための基本的な方法について図５、図６をもとに説明する。まず、製造にあたり、光硬化性誘電体スラリーおよび導体ペーストを調製する。

光硬化性誘電体スラリーは、少なくとも光硬化可能なモノマーおよびセラミック誘電体材料を含有する。スラリー調製にあたっては、望ましくは、セラミック粉末に、光硬化可能なモノマーと、光重合開始剤と、有機バインダと、可塑剤とを、有機溶剤に混合し、ボールミルで混練して調製する。

光硬化成分としては、光硬化可能なモノマーや光重合開始剤などが挙げられる。光硬化可能なモノマーとしては、低温で短時間の焼成工程に対応するために、熱分解性に優れたものであることが望ましい。また、光硬化可能なモノマーは、スリップ材の塗布・乾燥後の露光によって光重合される必要があり、遊離ラジカルの形成、連鎖生長付加重合が可能で、２級もしくは３級炭素を有したモノマーが好ましく、例えば少なくとも１つの重合可能なエチレン系基を有するブチルアクリレート等のアルキルアクリレートおよびそれらに対応するアルキルメタクリレート等が挙げられる。また、テトラエチレングリコールジアクリレート等のポリエチレングリコールジアクリレートおよびそれらに対応するメタクリレートも有効である。また、光開始系材料としては、ベンゾフェノン類，アシロインエステル類化合物などが挙げられる。

また、有機バインダも、光硬化可能なモノマーと同様に熱分解性が良好であることが望まれ、同時にスリップの粘性を決めるものであるため、固形分との濡れ性も考慮することが必要である。本発明によれば、アクリル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキシル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和化合物が好ましい。

有機溶剤としては、エチルカルビトールアセテート、ブチルセルソルブ、３メトキシブチルアセテートの群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。

各成分の含有量は、セラミック粉末１００質量部あたり、光硬化モノマー及び光重合開始剤を５〜２０質量部、有機バインダを１０〜４０質量部、可塑剤を１〜５質量部、有機溶剤を５０〜１００質量部の割合が適当である。

一方、導体ペーストは、平均粒径が１〜３μｍ程度の前記導体材料の粉末に、必要に応じてセラミック材料を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの有機バインダを加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ等により均質に混練して調製される。

次に、上記の光硬化誘電体スラリーおよび導体ペーストを用いて以下の工程によって、複合シートを形成する。

まず、図５（ａ）に示すように、樹脂フィルムなどからなる光透過可能なキャリアフィルム２０上に、前記導体ペーストをスクリーン印刷法などの一般的な印刷手法によって印刷、塗布して、光非透過性の所定の導体パターン層２１を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、前記光硬化スラリーを、例えばドクターブレード法にて前記導体パターン層３１の厚さ以上の厚さに塗布して所定の厚みで全面に塗布して光硬化セラミック層３２を形成する。

そして、図５（ｃ）に示すように、キャリアフィルム３０の裏面より例えば超高圧水銀灯を光源として用いて露光を行う。この露光によって、導体パターン層３１形成以外の領域の光硬化セラミック層３２を光硬化させる。この露光工程においては、光硬化セラミック層３２は、導体パターン層３１形成以外の領域の光硬化セラミック層３２では照射された光の量により裏面から一定の厚みまで光重合反応がおこり不溶化部を形成するが、導体パターン層３１は紫外線を通過しないために、導体パターン層３１上に形成されている光硬化セラミック層３２は、光硬化可能なモノマーの光重合反応がおこらない溶化部となる。また、このときの露光量は、実質的に不溶化部の厚みが、導体パターン層３１の厚みと同じになるように露光量が調整されることが望ましい。

その後、この光硬化セラミック層３２全体を現像処理する。現像処理は、光硬化セラミック層３２の溶化部を現像液で除去するもので、具体的には、例えば、トリエタノールアミン水溶液などを現像液として用いてスプレー現像、洗浄、乾燥を行う。この処理により、図５（ｄ）に示すように、キャリアフィルム３０上には、導体パターン層３１と光硬化セラミック層３２とが実質的に同一厚みで一体化した複合シートＡが形成される。

なお、この複合シートＡは、キャリアフィルム３０から複合シートＡを剥離することによって、図５（ｅ）に示すような複合シートＡ単体を得ることができる。

次に、この複合シートＡを用いて図１の配線基板を製造するにあたり、前記図５（ａ）〜（ｅ）に従い、光硬化セラミック層３２と所定のパターンの導体パターン層３１が形成された複数の複合シートＡ１〜Ａ１４を作製する。

そして、図６（ａ）に示すように、これらの複合シートＡ１〜Ａ１４を位置あわせしながら、重ね合わせ一括して圧着することによって積層体３３を形成する。また、複合シートの厚みが薄い場合には、キャリアフィルム３０から剥離することなく、所定の基材表面にキャリアフィルム３０が付いたまま重ね合わせ、キャリアフィルムを剥離する。その後、同じように複合シート表面に繰り返すことによって図６（ｂ）と同様な積層体３３を作製することができる。

なお、積層圧着時には、複合シートＡ中に含まれる有機バインダのガラス転移点以上の温度をかけながら行なうことが望ましい。また、複合シートＡ間に有機系接着剤を塗布して圧着してもよい。

そして、この積層体３３を、所定の温度で焼成することによって、導体パターン層３１によって３次元的な回路が形成された配線基板を作製することができる。なお、焼成にあたっては、作製された積層体３３を脱バイ工程で、成形体中に含まれている有機バインダ、光硬化可能なモノマーを消失し、焼成工程にて窒素などの不活性雰囲気中で用いられたセラミック材料および導体材料が十分に焼成することのできる温度で焼成され、相対密度９５％以上に緻密化される。

本発明における上記の配線基板において用いられるセラミック誘電体は、（１）Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）少なくともＳｉＯ_２およびＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物を含有する金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成されるセラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼結性のセラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。

用いられる（２）の混合物や、（３）のガラス組成物としては、ＳｉＯ_２−ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−アルカリ金属酸化物系、さらにはこれらの系にアルカリ金属酸化物、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等を配合した組成物が挙げられる。（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラスに対して２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。

一方、導体パターン層は、セラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガンの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。

セラミック材料が前記（２）の場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。

上記の導体材料には、セラミック材料と同時焼成する上で、セラミック材料を構成する成分を含有することが望ましい。

本発明によれば、かかる製造方法によって、図５（ａ）におけるキャリアフィルム３０の表面に形成される導体層３１と誘電体３２とを図１乃至図４に示した様々なパターンに形成するだけで図１乃至図４に示した複雑な放熱体構造を形成することができる。

また、図４のように、誘電体と導体との混合体を使用する場合には、予め、誘電体と導体との混合物からなるスラリーを調製した後、図５（ａ）の導体層３１と同様に印刷塗布すればよく、その後、導体ペーストを印刷塗布した後に、光硬化性誘電体スラリー３２を塗布すればよい。

厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる光透過可能なキャリアフィルム上に、導体ペーストをスクリーン印刷法により印刷して、厚さ２０μｍの電極層となる導体パターン層を形成した。尚、導体ペーストは、Ａｇ粉末にバリウムホウ珪酸ガラス粉末と、エチルセルロース、有機溶剤として２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートを加え３本ロールミルで混合したものを使用した。

次に、上記導体パターン層の上に、感光性スラリーをドクターブレード法により塗布乾燥し、導体パターンの存在しない場所での乾燥後の厚みが２８μｍとなるように光硬化セラミック層を形成した。

感光性スラリーは、セラミック原料粉末１００質量部と、光硬化可能なモノマー（ポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレート）８質量部と、有機バインダ（アルキルメタクリレート）３５質量部と、可塑剤を３質量部、有機溶剤（エチルカルビトールアセテート）に混合し、ボールミルで混練して作製した。

セラミック原料粉末は、０．９５モルＭｇＴｉＯ_３−０．０５モルＣａＴｉＯ_３で表される主成分１００質量部に対して、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１０質量部、ＬｉをＬｉＣＯ_３換算で５質量部添加したものを用いた。

次に、キャリアフィルムの裏面側より光硬化セラミック層の裏面に、超高圧水銀灯（照度３０ｍＷ／ｃｍ^２）を光源として２秒間全面露光した。そして希釈濃度２．５％のトリエタノールアミン水溶液を現像液として用いて３０秒間スプレー現像を行った。この後、現像後の純水洗浄の後、乾燥を行った。

こうして、出来上がった光硬化セラミック層は、電極層上の溶化部が現像により除去され電極層が露出して、その結果、導体層と、光硬化セラミック層とが一体化した、焼成後の厚みが５０μｍの複合シートを作製することができた。

同様に、内部配線導体層用、表面配線導体層用、ビア導体用および放熱体用の導体パターン層を具備した、焼成後の厚みが５０μｍの延べ１４層の複合シートを作製した。

上記のようにして作製した複合シートより、それぞれキャリアフィルムを剥離し、順番に位置合わせを行いながら、または、積層後にキャリアフィルムを剥離して、順次積層処理をおこなった。この後、プレス機を用いて、プレス圧１トン、温度６０℃にて５分間プレスを行い、積層体を圧着した。その後、大気中で３００℃、４時間脱バインダ処理をした後、９００℃大気中で６時間焼成を行い、モジュール基板を作製した。

次に、このモジュール基板の表面に、半田を印刷後、チップ部品と弾性表面波素子をリフロー炉にて半田実装した後、銀ペーストを塗布し電力増幅素子を実装し、電力増幅素子に対して金ワイアでボンディングを行った。その後、エポキシ系樹脂を用いて樹脂封止を行った。なお、弾性表面波素子と電力増幅素子とは、最小距離Ｌが1ｍｍとなるように離間させた。

なお、放熱体の構造として、断面における形状が最小径が０．１〜１ｍｍの放熱体の構造を変えた配線基板を用意した。図１乃至図３において、誘電体相は、直径が０．０３ｍｍの大きさで点在させた。また図４の放熱体においては、直径が０．０５〜０．２ｍｍの導体を中心におき、その周囲に直径が０．１〜０．８ｍｍの誘電体と導体との混合体からなる誘電体相を設けた。これにバイアス電圧３．４Ｖ、リファレンス電圧を２．８５Ｖ印加し、電力増幅素子からの出力が２８ｄＢｍとなるように入力電力を加えた。この条件で、配線基板の裏面温度および弾性表面波素子表面の温度を熱電対で計測した。さらに、この配線基板を−４０℃から＋１２５℃の温度サイクル試験にて１０００サイクルを行い、試験後の放熱体やその周辺のクラックの有無、気密性の不良がないか検査し、不良の発生数を表１に示した。

表１より、放熱体の最小径が誘電体層の厚みの３倍以上とすることによって、良好な放熱性とともに、モジュールの低背化を図ることができた。また、放熱体を誘電体相と導体相との混合相によって形成することによって、モジュールの信頼性を高めることができた。

本発明の高周波モジュールの一例を示す（ａ）概略断面図，（ｂ）複合体の概略断面図、（ｃ）放熱体の構造を説明するためのｘ１−ｘ１概略平面図である。 本発明の高周波モジュールにおける放熱体の他の構造を示す概略平面図である。 本発明の高周波モジュールにおける放熱体のさらに他の構造を示す（ａ）概略断面図と、（ｂ）ｘ２−ｘ２概略平面図である。 本発明の高周波モジュールにおける放熱体のさらに他の構造を示す（ａ）概略断面図と、（ｂ）ｘ３−ｘ３概略平面図である。 本発明の高周波モジュールの製造工程を説明するための工程図である。 本発明の高周波モジュールの製造工程を説明するための工程図である。

符号の説明

１・・・高周波モジュール
２・・・誘電体基板
３・・・高周波線路
４・・・垂直導体
５・・・電力増幅素子
６・・・受動部品
７・・・チップ部品
８・・・出力検知制御部品
９・・・放熱体
１０・・誘電体相
１１・・金属相
１２・・ボンディングワイヤ
１３・・絶縁性樹脂
１４・・外部回路基板

Claims (16)

1. 誘電体層を積層してなる誘電体基板表面に、電力増幅素子と、受動部品とを実装、搭載してなるとともに、前記電力増幅素子実装部の直下の誘電体基板内に、基板表面側から基板裏面側に貫通する放熱体を設けてなり、前記誘電体層の厚みｔに対して前記放熱体の断面における最小径が３倍以上であることを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記受動部品は、弾性表面波素子、ＦＢＡＲ、アンテナスイッチ部品の群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１、２、４記載の高周波モジュール。
3. 前記誘電体基板上に、さらにショットキーダイオード、検波ダイオード、検波ＩＣ、ＡＰＣＩＣの群から選ばれる少なくとも１種の出力検知用部品が実装されてなることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
4. 前記誘電体層の厚みｔが０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
5. 前記放熱体の断面の最小径が０．３ｍｍ以上である請求項１記載の高周波モジュール。
6. 前記放熱体が、導体相と、誘電体相との混合体からなることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
7. 前記放熱体が、導体相を２０〜８０面積％、誘電体相８０〜２０面積％の混合体からなることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
8. 前記放熱体の断面が、内部が誘電体相、周囲が導体相のドーナツ型の形状からなることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
9. 前記放熱体が、中心が導体相、周辺が導体を含有する誘電体相からなるドーナツ型形状からなることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
10. 前記放熱体が、前記誘電体相が前記導体相中に点在してなることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
11. 前記誘電体相が、前記導体相に対して平面的に点在していることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
12. 前記誘電体相が、前記導体相に対して立体的に点在していることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
13. 前記受動部品として、少なくとも弾性表面波素子を搭載してなり、前記電力増幅器と、前記弾性表面波素子との最短距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２記載の高周波モジュール。
14. 前記放熱体が、厚みが０．１ｍｍ以下の放熱体層の積層体によって形成されてなることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
15. 前記誘電体基板が、厚みが０．１ｍｍ以下の誘電体層中に、少なくとも導体層が同じ厚みで埋設された複合体の積層体からなることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
16. 前記請求項１乃至請求項１５のうち、いずれか記載の高周波モジュールを具備する通信機器。

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