JP2006238014A - 弾性表面波素子実装基板及びそれを用いた高周波モジュール、通信機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】X−Y軸方向の収縮特性を抑制して焼成された多層セラミック基板におけるビア導体部分の凹凸の発生を抑制し、平坦な表面を形成することが可能で、SAWチップの実装信頼性および封止信頼性に優れた高周波モジュールを提供する。
【解決手段】複数の絶縁層を積層してなる多層セラミック基板の表面に、弾性表面波素子を実装してなる高周波モジュールにおいて、絶縁基板の接地電極、入出力電極のうちの少なくとも1つが、該電極と直接接続されたビア導体を含む複数のビア導体を経由して前記絶縁基板裏面に形成された所定の導体パターンと電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち入出力電極とリング状接地電極に直接接続されるビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング形状電極よりも外側に配置したことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】複数の絶縁層を積層してなる多層セラミック基板の表面に、弾性表面波素子を実装してなる高周波モジュールにおいて、絶縁基板の接地電極、入出力電極のうちの少なくとも1つが、該電極と直接接続されたビア導体を含む複数のビア導体を経由して前記絶縁基板裏面に形成された所定の導体パターンと電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち入出力電極とリング状接地電極に直接接続されるビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング形状電極よりも外側に配置したことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、弾性表面波素子を表面実装してなり、携帯電話等の通信端末機に搭載される高周波モジュールとして好適に用いられる弾性表面波素子搭載基板、高周波モジュールおよび携帯機器に関するものである。
従来、絶縁基板、例えば、半導体素子や弾性表面波素子(以下、SAWチップという場合がある)を実装、搭載した高周波モジュールとして、比較的高密度の配線が可能な多層セラミック基板が多用されている。この多層セラミック基板を用いた高周波モジュールは、アルミナやガラスセラミックなどの多層セラミック基板と、その表面に形成されたWやMo、Cu、Ag等の金属からなる配線導体とから構成されており、蓋体によって気密に封止したものや、有機樹脂で半導体素子やSAWチップを封止したものが提供されている。
近年、高集積化、高出力化が進むICやLSI等の半導体素子、微細加工が施されるSAWチップ、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される絶縁基板においては、ICやLSI、SAWチップ等の性能安定性、実装容易性を確保するため、絶縁基板表面のコプラナリティ精度が厳しくなっている。特に、通信用の高周波モジュールにおいて、SAWチップがデュプレクサなどとして利用され、図6に示すように、絶縁基板51の表面にSAWチップ52を実装搭載することが提案されている。特に、SAWチップ52としては、図5に示すように、誘電体基板53の裏面に、櫛歯電極54と、少なくとも一対の入出力端子55、55が被着形成され、さらに該櫛歯電極54と入出力端子55の周囲にリング状接地端子56が被着形成され、一方、絶縁基板57の表面には、入出力電極58、58および接地電極59が被着形成されており、入出力電極58、58およびリング状接地電極59を絶縁基板57表面の入出力電極58、58および接地電極59に導電性樹脂60または半田によって接着し実装してなる。
そして、一般に、リング状接地電極59や入出力電極58には、絶縁基板57内に設けられたビア導体61を通じて、絶縁基板57の裏面に形成された接地用導体パターン62や、入出力裏面電極63と電気的に接続される。
かかる実装構造においては、リング状接地端子56とリング状の接地電極59との接着材60による接着によってこれらが封止材として機能し、櫛歯電極54や、入出力端子55、入出力電極58は気密に封止される。
そのために、上記SAWチップの性能安定性、実装信頼性および封止信頼性を確保するため、絶縁基板表面の高い平坦(コプラナリティ)精度が要求されている。また、同時に、基板表面に実装される半導体素子などの高集積化に伴い、絶縁基板におけるX−Y方向における寸法精度も要求されている。
従来の多層セラミック基板は、アルミナやガラスセラミックスのグリーンシートに、貫通穴を形成し、WやMo、Cu、Ag等の金属からなる導体ペーストを充填してビア導体を形成し、さらにシート表面に導体ペーストを印刷形成し、積層、焼成することで作製されるが、かかる方法では、X−Y軸方向でのセラミック特有の収縮作用によって、微細な寸法制御ができず、高集積化、多ピン化のICを実装する絶縁基板には適用することが出来なかった。
このような問題を解決する手法として、上記セラミックグリーンシートの積層体を加圧しながら焼成することや、セラミックグリーンシートの表面に、焼成温度では焼結しない無機組成物の層を形成して同時焼成することによって、Z軸方向にのみ収縮させて、X−Y軸方向の収縮を抑制することによって、成形時の寸法を維持した高寸法精度の絶縁基板を製造することが提案されている。(例えば、特許文献1、2)
特開平7−86743号
特開2001−339166
しかしながら、上記のX−Y軸方向の収縮特性を制御する製造方法では、Z軸方向の基板収縮が大きい。そのために、図7に示すように、絶縁基板51の表面にSAWチップ52と接続される入出力電極58および接地電極59の入出力電極58、58および接地電極59の直下にビア導体61が形成され入出力電極58、58および接地電極59と直接接続されている場合、ビア導体形成領域と、ビア導体を形成していない領域とのそれぞれの焼結温度、収縮挙動が異なる結果、電極58、59が厚み方向に凸になりやすく、ビア導体61直上の電極58、59では極端に盛り上がる傾向にあった。そのため、図6のようなSAWチップを搭載した高周波モジュールにおいては、上記凹凸差によって実装不良、封止不良等が発生していた。
したがって、本発明は、セラミック製の絶縁基板の表面に、SAWチップを表面実装した基板において、X−Y軸方向の収縮特性を抑制して焼成された場合においても、基板表面を平坦に形成することが可能で、表面実装した場合においても封止不良や実装不良の発生を防止した弾性表面波素子搭載基板と、それを具備する高周波モジュールおよび通信機器を提供することを目的とするものである。
本発明の弾性表面波素子実装基板は、複数のセラミック製の絶縁層を積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面および内部に形成された平面導体層と、前記絶縁層を貫通するように、金属粉末を含有するペーストを充填焼成されたビア導体とを具備し、該絶縁基板の表面に弾性表面波素子が実装されており、該弾性表面波素子は、圧電基板の裏面に、櫛歯電極と、少なくとも一対の入出力端子が被着形成され、さらに該櫛歯電極と該入出力端子の周囲にリング状接地端子が被着形成され、前記絶縁基板の表面には、入出力電極および接地電極が被着形成されており、前記弾性表面波素子の前記入出力電極および前記リング状接地電極を、前記絶縁基板表面の前記入出力電極および前記接地電極に導電性接着材によって接着し実装してなる弾性表面波素子搭載基板において、前記絶縁基板表面に形成された前記リング状接地電極は、いずれも平面的に見て異なる位置に形成された複数のビア導体を経由して前記絶縁基板の表面あるいは裏面に形成された所定の電極と電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち、前記リング状接地電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング形状電極形成箇所よりも外側に配置したことを特徴とする。
また、かかる弾性表面波素子実装基板においては、前記絶縁基板表面に形成された前記入出力電極は、いずれも平面的に見て異なる位置に形成された複数のビア導体を経由して前記絶縁基板の表面あるいは裏面に形成された所定の電極と電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち、前記入出力電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング状電極形成箇所よりも外側に配置することが望ましい。
そして、前記複数のビア導体のうち、前記リング形状電極または前記入出力電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体は、前記リング形状電極の外周から0.05mm以上離間されていることが望ましい。
さらに、前記複数のビア導体は、互いに平面導体によって接続されていることが望ましい。
また、前記絶縁層の厚みは150μm以下であることが望ましい。
また、前記複数のビア導体のうち、前記リング状接地電極または入出力電極と直接的に接続されたビア導体の直径が100μm以下であることが望ましい。
そして、本発明によれば、前記絶縁基板が、X−Y方向の焼成収縮量がZ方向の焼成収縮量よりも小さくなるように焼成されたものである場合に特に好適である。
本発明によれば、上記弾性表面波素子実装基板における絶縁基板の表面あるいは内部に、少なくとも電力増幅器と、該電力増幅器の出力を検出するための方向性結合器を設けることで、高周波モジュールを構成することができる。
また、本発明の通信機器は、上記高周波モジュールを内蔵してなることを特徴とするものである。
本発明によれば、SAWチップを表面実装するために、絶縁基板の表面に形成されたリング状接地電極を、平面的に見て異なる位置に形成された複数のビア導体を経由して前記絶縁基板の表面あるいは裏面に形成された所定の電極と電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち、前記リング状接地電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング形状電極形成箇所よりも外側に配置することによって、セラミック製の絶縁基板をX−Y方向の収縮を抑制しながら焼成した場合であっても、絶縁基板の表面に設けた各種電極のビア導体による凸化が防止され、絶縁基板表面の平坦性(コプラナリティ)を高めることができ、その結果、SAWチップの気密性および実装信頼性を向上させるとともに、寸法精度の高い高周波モジュールを提供することができる。
以下、本発明について、図面に基づいて説明する。図1は本発明の弾性表面波素子搭載基板の一例を示す概略断面図である。図1の弾性表面波素子搭載基板を構成する絶縁基板2は、複数のセラミック絶縁層2a〜2fを一括積層してなる積層体からなり、その絶縁層間、表面、裏面には、厚みが5〜20μmの平面導体層3a〜3cが被着形成されている。また、各絶縁層2a〜2fには、これを貫通する直径が50〜200μmのビア導体4a〜4bが形成されている。
この絶縁基板2の表面には、SAWチップ5が搭載され、その搭載部には、SAWチップ5をフリップチップ実装するための電極パッド群が形成されている。
具体的に、絶縁基板2の表面に実装されるSAWチップ5の実装構造について説明する。図2(a)は、SAWチップ5の実装側表面の導体パターン図、図2(b)は絶縁基板側の実装部の導体パターン図である。
図2(a)に示すように、SAWチップ5は、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ランガサイト型結晶構造を有する例えばランタン−ガリウム−ニオブ系単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電性の単結晶から成る圧電基板10の表面に、一対の入出力端子11a、11bと、励振電極である櫛歯電極12、およびこれらを囲むように、リング状接地端子13が被着形成されている。
一方、図2(b)に示すように、絶縁基板2側には、上記端子と対向する位置に、一対の入出力電極14a、14b、およびこれらを囲むようにリング状接地電極15が形成されている。そして、上記SAWチップ5が上記絶縁基板2の表面に半田実装される。そして、SAWチップ5の入出力端子11a、11bと、絶縁基板2側の入出力電極14a、14b、SAWチップ5の接地端子13と絶縁基板2側の接地電極15とが半田などの導電性接着材16によって接着されフリップチップ実装される。かかる構成によって、リング状接地端子13およびリング状接地電極15によって囲まれた領域は、気密な空間17を形成し、励振電極である櫛歯電極12は、この気密空間17内に封止されている。
この絶縁基板2側のリング状接地電極15には、直径が50〜100μmのビア導体4が複数接続され、絶縁基板2下面の接地用導体パターン3aと複数のビア導体4a1、4a2、4a3および平面導体3a1,3a2を経由して電気的に接続されている。また、入力用電極14aにも同様にビア導体4が接続され、絶縁基板2の裏面に形成された入力用裏面電極3bと複数のビア導体4b1、4b2、4b3および平面導体3b1、3b2を経由して接続されている。さらに、出力用電極14bは、ビア導体4c1,平面導体3c、ビア導体4c2を経由して、絶縁基板2の表面に形成された電極3dと接続されている。
本発明においては、電気的な接地と、強固な実装と、気密封止を担うリング状接地電極15に接続されるビア導体4a1、4a2、4a3の平面的配置を示す図3に示すように、ビア導体4a1、4a2、4a3のうち、リング状接地電極15に直接的に接続するビア導体4a1以外のビア導体、即ち、ビア導体4a2、4a3を平面的にみてリング状接地電極15よりも外側に配置してなることが重要である。
このようにリング状接地電極15と、裏面の接地用導体パターン3aとをビア導体によって直線的に1つのビア導体で接続することなく、平面導体3a1,3a2を介して、ビア導体4a2、4a3を経由して接続し、しかも、このビア導体4a2、4a3をリング状接地電極15の外側に配置することによって、絶縁基板2の厚み方向に存在するビア導体の基板表面への影響、とりわけリング状接地電極15への影響を抑制することができる。また、高周波モジュール1をx-y方向への収縮を抑制し、Z方向に収縮した場合に、厚み方向に形成されたビア導体4がZ方向への収縮が充分に進行せず基板表面側への突出が発生した場合においても、リング状接地電極15への影響を防止し、SAWチップの実装面での平坦度を高めることができる結果、リング状接地電極15による実装強度を高めることができるとともに、気密封止による信頼性を高めることができる。
さらに、本発明によれば、上記リング状接地電極15に接続されるビア導体のみならず、入出力電極14a、14bに接続されるビア導体4b1、4b2、4b3、4c1、4c2のうち、入出力電極14a、14bに直接的に接続するビア導体4a1、4c1以外のビア導体、即ち、ビア導体4b2、4b3、4c2を平面的にみてリング状接地電極15よりも外側に配置することが望ましい。
これによって、上述したリング状接地電極15と同様に、実装部分の平坦度を高めることができるとともに、入出力電極14a、14bへのSAWチップの実装信頼性を高めることができる。
さらに、本発明によれば、SAWチップにおける封止性、実装信頼性を高いレベルで向上させるために、リング状接地電極15や入出力電極14a、14b、と直接接続されたビア導体4a1、4b1、4c1の直径を100μm以下にすることが望ましい。これは、ビア導体4a1、4b1、4c1の直径を小さくすることで、ビア導体中に充填される導体の体積をできる限り小さくなり、そのビア導体4a1、4b1、4c1の体積収縮による、リング状接地電極15の内側での基板表面への平坦度への影響を抑制することができる。
また、前記複数のビア導体のうち、リング状接地電極15や入出力電極14a、14bと直接接続されたビア導体4a1、4b1、4c1の長さは、絶縁基板2の厚さの25%以下、特に20%以下であることが望ましい。これによってさらに平坦度を高めることができる。
図1〜図3の例では、リング状接地電極15と接地用導体パターン3a、入出力用電極14a、14bと、入力用裏面電極3bや表面電極3dまでのビア導体を含む経路で接続した場合について説明したが、この接続経路におけるビア導体の数は、2つ以上であればこれに限られることはない。
本発明の弾性表面波素子搭載基板における絶縁基板2を構成するセラミック材料としては、特に、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を焼成してなるガラスセラミック焼結体からなることによって、電極、平面導体層、ビア導体などをCu、Ag、Au、Ni、Pt、Pd又はそれらの混合物などを使用することが可能である。
用いられるガラス成分としては、少なくともSiO2を含み、Al2O3、B2O3、ZnO、PbO、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも1種を含有したものであって、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系−MO系(但し、MはCa、Sr、Mg、BaまたはZnを示す)等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ba系ガラス、Pb系ガラス、Bi系ガラス等が挙げられる。これらガラスは、焼成によって結晶が析出する結晶化ガラスであることが基板強度を高める上で望ましい。
また、セラミックフィラーとしては、クォーツ、クリストバライト等のSiO2や、Al2O3、ZrO2、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が好適に用いられる。
上記ガラス成分およびフィラー成分は、ガラス成分が10〜70重量%と、セラミックフィラー成分30〜90重量%の割合からなることが基板強度を高める上で望ましい。
本発明の弾性表面波素子搭載基板に用いられるセラミック基板を作製するための具体的な方法について説明する。まず、上記ガラス粉末、またはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物に有機バインダー有機溶剤などを添加混合してスラリーを作製した後、ドクターブレード法やカレンダーロール法などによって、所定の厚みのセラミックグリーンシートを作製する。
その後、このセラミックグリーンシートにビア導体を形成するための貫通穴をマイクロドリルやパンチング、レーザー加工などによって形成した後、貫通穴内に、Cu、Ag、Au、Ni、Pt、Pd又はそれらの混合物などの導体のペーストをスクリーン印刷法などによって充填するとともに、種々の導体パターンに印刷する。
そして、ビア導体および平面導体層を形成したセラミックグリーンシートを積層圧着した後、850〜1000℃の温度で焼成することによって、平面導体層およびビア導体を具備する多層セラミック基板を作製することができる。なお、絶縁基板2内に種々の回路を内蔵させる上で、絶縁層の厚みは、それぞれ150μm以下、前記絶縁層の総数が5層以上で形成されていることが好適である。
本発明の弾性表面波素子搭載基板は、特に、セラミック基板がX−Y方向の焼成収縮量がZ方向の焼成収縮量よりも小さくなるように焼成されたものに好適に適用される。これは、通常の焼成方法の場合、X、Y、Z方向に対して同様なレベルで焼成収縮するが、X−Y方向の焼成収縮量がZ方向の焼成収縮量よりも小さくなるように焼成した場合、Z方向のセラミックスの収縮量に対して、ビア導体の収縮量がそれに追従して十分に収縮しにくい。このような場合、本発明の構造を採用することによって、ビア導体による突出を低減し、基板表面の平坦度を高めることができる。
X−Y方向の焼成収縮量がZ方向の焼成収縮量よりも小さくなるように焼成する方法としては、例えば、特開2001−158670号に記載の方法に従えば、図4に示すように、セラミックグリーンシートの積層体21の上下面に、セラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しにくい、難焼結性のセラミック材料を主成分とするシート22を積層した後、この積層体を焼成することによって、難焼結性セラミックシートが焼成しないことから、このシートとの摩擦力によってセラミックグリーンシート積層体21はX―Y方向の収縮が抑制され、Z方向に強制的に収縮することによって、X―Y方向の収縮を小さくし、寸法精度の高い絶縁基板を作製することができる。
なお、難焼結性セラミックシートは、アルミナ、シリカなど、焼成温度では焼結をしないセラミック材料を主成分とし、適宜、接着材としてガラスを適量添加したものをシート状に成形したものが使用される。また、焼成にあたってZ方向に圧力を印加することによって、よりZ方向の焼成収縮を促進し、X−Y方向の寸法精度の高い絶縁基板を作製することができる。
本発明の高周波モジュールは、図1〜3で示したように、絶縁基板1の表面に上記のようなSAWチップ5を搭載するのみならず、例えば、携帯通信用の高周波回路を構成するために、チップコンデンサ、インダクタ、抵抗等の電子部品、パワーアンプ、スイッチ、パワーコントロール、検波、電源コントロール等の半導体部品の群から選ばれる少なくとも1つの部品19が搭載されていてもよく、また、分波回路、合波回路、カプラ、バラン、フィルタの群から選ばれる少なくとも1種の受動回路20を具備してもよい。
例えば、図5は、携帯電話装置等の移動体通信機器に用いられる、CDMAデュアルバンド方式の高周波信号処理回路のブロック構成図と、図6は、高周波モジュールの平面図を示す。
このCDMAデュアルバンド方式では、セルラー方式800MHz帯及びPCS方式1.9GHz帯の周波数バンドを持った2つの送受信系と、GPS(Global Positioning System)による測位機能を利用するためGPSの受信バンド1.5GHz帯を持った1つの受信系とから構成される。
図5において、31はアンテナ、32は周波数帯を分けるためのLPF,HPFを含む分波器、33aは1.9GHz帯の送信系を分離するSAWデュプレクサ、33bは同受信系を分離するSAWデュプレクサ、34aは800MHz帯の送信系を分離するSAWデュプレクサ、34bは同受信系を分離するSAWデュプレクサである。また、42は前記分波器32から取り込まれるGPS信号を通過させるためのSAWフィルタである。33c,34cは、受信信号の位相を回転させる整合回路である。
送信系では、送信信号処理回路RFIC47から出力されるセルラー送信信号は、SAWフィルタを有するBPF39でノイズが落とされ、高周波電力増幅回路37に伝えられる。送信信号処理回路RFIC47から出力されるPCS送信信号は、SAWフィルタを有するBPF40でノイズが落とされ、高周波電力増幅回路38に伝えられる。
高周波電力増幅回路37,38は、それぞれ800MHz帯,1.9GHz帯の周波数で駆動され、送信電力を増幅する。増幅された送信信号は、方向性結合器35,36を通り、前記SAWデュプレクサ34a,33aに入力される。
方向性結合器35,36は、高周波電力増幅回路37,38からの出力信号のレベルをモニタして、そのモニタ信号に基づいて高周波電力増幅回路のオートパワーコントロールする機能があり、そのモニタ出力は、検波用回路41に入力される。
一方受信系は、SAWデュプレクサ34b,33bで分離された受信信号を増幅する低雑音増幅器LNA44,43と、受信信号からノイズを除去する高周波フィルタ46,45とを備えている。高周波フィルタ46,45を通った受信信号は、受信信号処理回路RFIC48に伝えられ信号処理される。また、前記GPS用SAWフィルタ42で分離されたGPS信号は、受信信号処理回路RFIC48で信号処理される。
前記デュプレクサの構成は限定されないが、好ましくは、36°Yカット−X伝搬のLiTaO3結晶、64°Yカット−X伝搬のLiNbO3結晶、45°Xカット−Z伝搬のLiB4O7結晶などからなる基板上に、櫛歯状のIDT(Inter Digital Transducer)電極が形成されたものである。
前記高周波電力増幅回路の構成も限定されないが、好ましくは、高周波信号を増幅する機能を持ち、小型化、高効率化を図るためにGaAsHBT(ガリウム砒素ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ)構造、又はP−HEMT構造のGaAsトランジスタやシリコン若しくはゲルマニウムトランジスタを含む半導体素子で形成されている。
以上のような構成の高周波信号処理回路を含む移動体通信機器においては、各部に対する小型化、軽量化の要求が大きく、これらの要求を考慮して、高周波信号処理回路は、所望の特性が達成できる単位でモジュール化されている。
すなわち、図5の太い実線42で示したように、分波器32、SAWデュプレクサ33a,33b,34a,34b、高周波電力増幅回路37,38、方向性結合器35,36などを含む分波系回路及び送信系回路が、1つの基板に形成された1つの高周波モジュール52を形成している。
なお、高周波モジュール52を、800MHz帯の高周波モジュールと、1.9GHz帯の2つの高周波モジュールに分けるという実装方法も可能である。さらに低雑音増幅器LNA43、44と受信用高周波フィルタ45、46を含んだモジュールを追加して形成してもよい。
以下、800MHz帯と、1.9GHz帯の2つの周波数帯を含む1つの高周波モジュール52に基づいて説明する。
図6に、高周波モジュール52の平面図を示す。高周波モジュール52は、絶縁層の積層体からなる絶縁基板53を有している。
絶縁基板53の表層には、各種のパターン、各種チップ部品のほか、BPF39,40、GPS用のSAWフィルタ42、SAWデュプレクサ33a、34a、33b,34b、及び高周波電力増幅回路37,38の一部を構成する電力増幅用半導体素子54、55などが搭載され、これらは半田などで絶縁基板表面の導体パターンに接続されている。電力増幅用半導体素子54、55は、絶縁基板53上の導体パターンとワイヤーボンディングで接続されている。電力増幅用半導体素子54、55の周囲には、同じく高周波電力増幅回路37、38の一部を構成する電力増幅用整合回路56、57がチップ部品や導体パターンで形成されている。
なお、電力増幅用半導体素子54、55、電力増幅用整合回路56、57などは、絶縁基板の裏面に搭載するようにしてもよい。
なお、図示しないが、図1と同様に、絶縁基板53の内部には、整合回路、方向性結合器が内装され、さらに電力増幅用半導体素子54、55とBPF39、40との間にDCカット用結合コンデンサ、BPF39、40と接地との間にコンデンサが内装されている。
かかる高周波モジュールにおいても、絶縁基板53は、図1の弾性表面波素子搭載基板と同様に、セラミックスからなる絶縁層に種々の導体パターンを形成し、これらを積層後同時に焼成したものが用いられる。特に、比誘電率が7から25のセラミック材料を用いれば、セラミック誘電体層を薄くでき、誘電体層に内装された回路の素子のサイズを小さくでき、素子間距離も狭くすることができる。
そして、この高周波モジュールにおいても、回路形成に用いられるSAWチップを図1〜3に示したような構成とすることによって、これらSAWチップの高周波モジュールにおける実装信頼性を高めることができる。
次に、本発明に係る高周波モジュールを作製した実施例について説明する。
SiO2−Al2O3−MgO−B2O3−ZnO系ガラス60質量%、セラミックフィラーとして平均粒径が1μmのアルミナ粉末を40重量%との混合物に、有機バインダーとして、アクリル樹脂、溶剤としてトルエンを加え、混合してスラリーを作製した後、ドクターブレード法によりキャリアフイルム上にシート状に成形して厚さ50〜150μmのグリーンシートを作成した。
次に、このグリーンシートにパンチングにより、貫通孔を形成し、その内部にCu導体ペーストを充填して直径が150μmのビア導体を形勢した。導体ペースト中には、Cu粉末に、アクリル樹脂、トルエンを加え、均質混合して調整したものである。そして、このグリーンシートの表面に上記銅ペーストをスクリーン印刷法によって印刷しての電極や平面導体層を形成した。
その後、同様にして得られた5〜12枚のグリーンシートを積層圧着してグリーンシート積層体を形成した。
一方、平均粒径が1μmのアルミナ粉末97質量%に、SiO2−Al2O3−MgO−B2O3−ZnO系ガラスを3質量%添加混合したものドクターブレード法によって厚さ250μmの難焼結性シートを2枚作製した。そして、前記グリーンシート積層体の上下面にこの難焼結性シートを積層圧着した。
そして、この積層体を400〜750℃の窒素雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内や導体ペースト中の有機成分を分解除去した後、900℃の窒素雰囲気中で1時間焼成した。そして、表面に付着している難焼結性シートをサンドブラスト法によって除去した。焼成前後の寸法から求められるX−Y収縮率は0.5%と寸法精度の高いものであった。
この実施例においては、図2に示したようなSAWチップを実装するリング状接地電極と、このリング状接地電極と直接接触するビア導体の長さLと基板全体厚みとの比率、その他のビア導体の位置、リング状電極の縁からの離間距離Hを種々変更したものを作製した。
表1に示す条件でそれぞれ50個の評価サンプルを作製し、SAWチップにおける気密性の検査を実施し不良品の割合を表1に示した。具体的には、サンプルを5.3kg/cm2のHe加圧雰囲気中に2時間分間保持した後、これを5×10−8atm・cc/cm2の減圧中に保持し、Heが検出されたものを不良品とした。あわせて、評価サンプルの絶縁基板表面の平坦度を表面形状測定顕微鏡によって個々の平坦度を測定し、その平均値を表1に示した。なお、平均の平坦度が15μmを超えるものを不良品とした。
表1より、電極と基板裏面の接地導体層とを1つの垂直なビア導体のみで形成した試料No.1では、平坦度が15μmを超えており、気密性も不十分であった。これに対して、電極直下以外のビアをリング状接地電極の外側に離間した位置に形成した本発明品はいずれも平坦度が15μm以下となっており、気密信頼性も高いものであった。
特に、前記電極パッドと直接接続されたビア導体の直径が100μm以下であると、平坦度がさらに改善され気密不良が減少した。
1 絶縁基板
2 絶縁基板
2a〜2f 絶縁層
3 平面導体層
4、4a1,4a2,4a3 ビア導体
5 弾性表面波素子
10 圧電基板
11a、11b 入出力端子
12 櫛歯電極
13 リング状接地端子
14a、14b 入出力電極
15 リング状接地電極
16 導電性接着材
17 気密空間
19 実装部品
20 受動回路
2 絶縁基板
2a〜2f 絶縁層
3 平面導体層
4、4a1,4a2,4a3 ビア導体
5 弾性表面波素子
10 圧電基板
11a、11b 入出力端子
12 櫛歯電極
13 リング状接地端子
14a、14b 入出力電極
15 リング状接地電極
16 導電性接着材
17 気密空間
19 実装部品
20 受動回路
Claims (9)
- 複数のセラミック製の絶縁層を積層してなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面および内部に形成された平面導体層と、前記絶縁層を貫通するように、金属粉末を含有するペーストを充填焼成されたビア導体とを具備し、該絶縁基板の表面に弾性表面波素子が実装されており、該弾性表面波素子は、圧電基板の裏面に、櫛歯電極と、少なくとも一対の入出力端子が被着形成され、さらに該櫛歯電極と該入出力端子の周囲にリング状接地端子が被着形成され、前記絶縁基板の表面には、入出力電極および接地電極が被着形成されており、前記弾性表面波素子の前記入出力電極および前記リング状接地電極を、前記絶縁基板表面の前記入出力電極および前記接地電極に導電性接着材によって接着し実装してなる弾性表面波素子搭載基板において、
前記絶縁基板表面に形成された前記リング状接地電極は、平面的に見て異なる位置に形成された複数のビア導体を経由して前記絶縁基板の表面あるいは裏面に形成された所定の電極と電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち、前記リング状接地電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング形状電極よりも外側に配置したことを特徴とする弾性表面波素子実装基板。 - 前記絶縁基板表面に形成された前記入出力電極は、平面的に見て異なる位置に形成された複数のビア導体を経由して前記絶縁基板の表面あるいは裏面に形成された所定の電極と電気的に接続されており、前記複数のビア導体のうち、前記入出力電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体を、平面的にみて前記リング状電極形成箇所よりも外側に配置したことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波素子実装基板。
- 前記複数のビア導体のうち、前記リング形状電極または前記入出力電極と直接的に接続されたビア導体以外のビア導体は、前記リング形状電極の外周から0.05mm以上離間されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の弾性表面素子実装基板。
- 前記複数のビア導体は、互いに平面導体によって接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか記載の弾性表面波素子搭載基板。
- 前記絶縁層の厚みが150μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載の弾性表面波素子実装基板。
- 前記複数のビア導体のうち、前記リング状接地電極または入出力電極と直接的に接続されたビア導体の直径が100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの弾性表面波素子実装基板。
- 前記絶縁基板が、X−Y方向の焼成収縮量がZ方向の焼成収縮量よりも小さくなるように焼成されたものである請求項1乃至請求項6のいずれか記載の弾性表面波素子実装基板。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか記載の弾性表面波素子実装基板における絶縁基板の表面あるいは内部に、少なくとも電力増幅器と、該電力増幅器の出力を検出するための方向性結合器を設けてなることを特徴とする高周波モジュール。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか記載の高周波モジュールを内蔵してなることを特徴とする通信機器。
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