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JP2012182682A - High frequency device and high frequency module - Google Patents

High frequency device and high frequency module Download PDF

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JP2012182682A
JP2012182682A JP2011044478A JP2011044478A JP2012182682A JP 2012182682 A JP2012182682 A JP 2012182682A JP 2011044478 A JP2011044478 A JP 2011044478A JP 2011044478 A JP2011044478 A JP 2011044478A JP 2012182682 A JP2012182682 A JP 2012182682A
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JP
Japan
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substrate
module
semiconductor element
antenna
frequency
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Pending
Application number
JP2011044478A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akinobu Shibuya
明信 渋谷
Akira Ouchi
明 大内
Akira Miyata
明 宮田
Ryo Miyazaki
亮 宮嵜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency device and a high frequency module which have high reliability and less insertion loss of a high frequency signal.SOLUTION: A high frequency device 10 comprises: a high frequency module 30 including a module substrate 32 on which a semiconductor element 36 is mounted on a first surface and an antenna substrate 34 provided with an antenna element 38; and a power supply/control circuit board 20. The module substrate 32 has waveguides 321, 351 connected to the semiconductor element 36 near the first surface. The antenna substrate 34 is bonded to the first surface of the module substrate 32 and has waveguides 340, 370 connected to the waveguides 321, 351 and the antenna element 38. The power supply/control circuit board 20 is bonded to a second surface of the module substrate 32 on the opposite side to the first surface. This configuration inhibits noises occurring in one another by separating a part where a high frequency signal flows and a part where a power supply/control signal flows.

Description

本発明は、高周波信号を送受信する高周波装置及び高周波モジュールに関する。   The present invention relates to a high-frequency device and a high-frequency module that transmit and receive a high-frequency signal.

近年、無線通信技術の発達に伴い、回路基板上にアンテナ素子を備えるアンテナ一体型の高周波モジュールが各方面で利用されている。アンテナ一体型の高周波モジュールとして、基板の一方の表面あるいは内部にアンテナ素子が設けられ、他方の表面にアンテナ素子と接続された半導体素子を搭載してなるアンテナ基板と、表面又は内部に導体パターンが被着形成されたモジュール基板とを具備し、モジュール基板の表面にアンテナ基板を実装してなるアンテナモジュールが特許文献1に開示されている。   In recent years, with the development of wireless communication technology, an antenna-integrated high-frequency module including an antenna element on a circuit board has been used in various fields. As an antenna-integrated high-frequency module, an antenna substrate is provided with an antenna element provided on one surface or inside of the substrate and a semiconductor element connected to the antenna element is mounted on the other surface, and a conductor pattern is provided on the surface or inside. Patent Document 1 discloses an antenna module that includes a module substrate that is attached and has an antenna substrate mounted on the surface of the module substrate.

また、モジュールをマザーボード(電源・制御回路基板)に実装して機器を組み立てる際の工程短縮あるいはコスト削減の観点から、リードレス化された高周波モジュールをマザーボードにBGA(Ball Grid array)接続する技術が特許文献2に開示されている。   In addition, from the viewpoint of shortening the process and cost reduction when assembling equipment by mounting the module on the motherboard (power supply / control circuit board), there is a technology to connect the leadless high frequency module to the motherboard with BGA (Ball Grid Array). It is disclosed in Patent Document 2.

特許文献2に開示された高周波モジュールにおいて、高周波パッケージ(あるいは高周波モジュール)の高周波信号は、BGAの半田間の空間、及びマザーボードに形成された導波管を介して、半導体素子とアンテナとの間で入出力される。また、その他の信号、接地及び電源端子はBGAを介してマザーボードに接続されている。この構造によって、リード接続に比べて接続工程のスループットを高くしている。更に、半田のセルフアライメントによって、導波管の位置合わせを容易にし、組立コストを削減している。   In the high frequency module disclosed in Patent Document 2, a high frequency signal of a high frequency package (or a high frequency module) is transmitted between a semiconductor element and an antenna via a space between BGA solders and a waveguide formed on a motherboard. Input and output. In addition, other signals, grounding, and power supply terminals are connected to the motherboard via the BGA. This structure increases the throughput of the connection process compared to lead connection. Furthermore, the self-alignment of the solder facilitates the alignment of the waveguide and reduces assembly costs.

特開2006−42006号公報JP 2006-42006 A 特開2008−252207号公報JP 2008-252207 A

しかしながら、特許文献1に開示された技術は、高周波信号と電源・制御信号とがモジュール基板の同じ面側に集中しているため、高周波信号が電源・制御信号へノイズとして混入する問題があり、機能信頼性の高いものではなかった。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that high-frequency signals and power / control signals are concentrated on the same surface side of the module substrate, so that the high-frequency signals are mixed into the power / control signals as noise. Functional reliability was not high.

また、特許文献2に開示された技術は、高周波信号が、高周波モジュールとマザーボードとの接続部である半田ボール間の空間を通過することとなるため、高周波信号の挿入損失が大きくなってしまう問題があった。   Further, the technique disclosed in Patent Document 2 has a problem that the insertion loss of the high-frequency signal increases because the high-frequency signal passes through the space between the solder balls, which is the connection portion between the high-frequency module and the motherboard. was there.

また、導波管モードに変換され、モジュール基板の厚みに依存する高周波信号の損失を抑えるために、モジュール基板の厚みを薄くするという対応も考えられる。しかし、モジュール基板の厚みを薄くすると、全体として高周波モジュールの剛性が低くなる。このため、一定水準の品質のための所定の剛性基準を満たすことが難しくなり、高周波モジュールそのものの歩留まりが低くなってしまう。また、モジュール基板の厚みを薄くするとモジュール基板の反りが大きくなり、これによって、電源・制御回路基板への搭載歩留まりが低くなってしまう問題があった。   Moreover, in order to suppress the loss of the high frequency signal which is converted to the waveguide mode and depends on the thickness of the module substrate, it is conceivable to reduce the thickness of the module substrate. However, when the thickness of the module substrate is reduced, the rigidity of the high-frequency module is lowered as a whole. For this reason, it becomes difficult to satisfy a predetermined rigidity standard for a certain level of quality, and the yield of the high-frequency module itself is lowered. Further, when the thickness of the module substrate is reduced, the warpage of the module substrate is increased, which causes a problem that the yield of mounting on the power supply / control circuit substrate is lowered.

以上説明したように、BGAの半田ボール間の空間を介して、アンテナ構造体と電源・制御回路基板とが高周波信号を入出力する高周波モジュールでは、BGAの半田ボール間の空間を通過する分、高周波信号の挿入損失が大きくなってしまう問題があった。また、基板厚みに比例して高周波信号の挿入損失が大きくなってしまう問題があった。   As described above, in the high-frequency module in which the antenna structure and the power supply / control circuit board input and output the high-frequency signal through the space between the BGA solder balls, the portion passing through the space between the BGA solder balls, There has been a problem that the insertion loss of high-frequency signals becomes large. In addition, there is a problem that the insertion loss of the high frequency signal increases in proportion to the substrate thickness.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高周波信号の挿入損失が小さく、信頼性の高い高周波装置及び高周波モジュールを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency device and a high-frequency module that have low insertion loss of high-frequency signals and high reliability.

本発明の第1の観点に係る高周波装置は、
高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成されたモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
から構成される高周波モジュールと、
前記モジュール基板における前記一面の反対側の第二面に接合され、前記高周波モジュールを制御する電源・制御回路基板と、
を備えることを特徴とする。
A high-frequency device according to a first aspect of the present invention includes:
A module substrate on which a semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, and a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface;
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
A high-frequency module comprising:
A power supply / control circuit board that is bonded to a second surface opposite to the one surface of the module substrate and controls the high-frequency module;
It is characterized by providing.

本発明の第2の観点に係る高周波モジュールは、
高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成され、電源・制御回路基板が前記一面の反対側の第二面に接合されるモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
を備えることを特徴とする。
The high-frequency module according to the second aspect of the present invention is
A semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface, and a power supply / control circuit board is bonded to the second surface on the opposite side of the one surface. Module board
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
It is characterized by providing.

本発明によれば、高周波信号の挿入損失が小さく、信頼性の高い高周波装置及び高周波モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the insertion loss of a high frequency signal is small, and a reliable high frequency apparatus and high frequency module can be provided.

第1実施形態に係る高周波装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the high frequency device which concerns on 1st Embodiment. アンテナが一体化された高周波モジュールを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the high frequency module with which the antenna was integrated. モジュール基板における導波路を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the waveguide in a module board | substrate. モジュール基板における導波路を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the waveguide in a module board | substrate. モジュール基板におけるアンテナ基板接続面を示す上面図である。It is a top view which shows the antenna board | substrate connection surface in a module board | substrate. アンテナ基板のキャップ構成部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cap structure part of an antenna board | substrate. 第1変形例に係るモジュール基板におけるアンテナ基板接続面を示す上面図である。It is a top view which shows the antenna board | substrate connection surface in the module board which concerns on a 1st modification. 第2変形例に係る高周波モジュールを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the high frequency module concerning the 2nd modification. 第3変形例に係る高周波モジュールを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the high frequency module concerning the 3rd modification. 第4変形例に係るアンテナ基板のキャップ構成部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cap structure part of the antenna board which concerns on a 4th modification. 第2実施形態に係る高周波モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the high frequency module which concerns on 2nd Embodiment. アンテナ基板とモジュール基板とから成るキャップ構成部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cap structure part which consists of an antenna board | substrate and a module board | substrate. 第5変形例に係るアンテナ基板とモジュール基板とから成るキャップ構成部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cap structure part which consists of an antenna board | substrate and module board concerning a 5th modification.

以下に、本発明に係る高周波装置及び高周波モジュールの実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a high-frequency device and a high-frequency module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<第1実施形態>
図1に、本発明の実施形態に係る高周波装置10の断面図を示す。高周波装置10は、電源・制御回路を有する電源・制御回路基板(マザーボード)20と、電源・制御回路に使用される電子部品22と、高周波信号を送受信する高周波モジュール30とを備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a high-frequency device 10 according to an embodiment of the present invention. The high-frequency device 10 includes a power supply / control circuit board (motherboard) 20 having a power supply / control circuit, an electronic component 22 used in the power supply / control circuit, and a high-frequency module 30 that transmits and receives high-frequency signals.

電源・制御回路基板20は、外部の給電回路(不図示)から給電された電荷を蓄え、この電荷を電源電力として、高周波装置10に設けられた電子部品22に供給するものである。また、電源・制御回路基板20は、高周波信号の送信動作及び受信動作の切替信号等の制御信号を高周波モジュール30に供給するものである。   The power / control circuit board 20 stores electric power supplied from an external power supply circuit (not shown), and supplies this electric power to the electronic component 22 provided in the high-frequency device 10 as power supply power. The power supply / control circuit board 20 supplies a control signal such as a switching signal for transmitting and receiving a high-frequency signal to the high-frequency module 30.

電源・制御回路基板20の下面には、複数の電子部品22がフリップチップ接続によって搭載されている。フリップチップ接続は、電子部品22がミリ波帯の信号を送受信する場合に、接続部の伝送損失を小さくできるために好適である。電子部品22をフリップチップ接続する際のバンプの材料は限定されないが、金(Au)スタッドバンプ又は半田バンプ等が好適に用いられる。また、電源・制御回路基板20の上面の一部に、導電性接合材320によって、高周波モジュール30がBGA接続されている。なお、電子部品22には、例えば、電源回路用部品や信号処理用ICや受動素子部品等が用いられるが、これに限定されない。また、電子部品22は、図1に示すように電源・制御回路基板20における上面(高周波モジュール30との接続面)に搭載してもよい。その接合部材・方法も限定されないが、半田等を用いるのが好適である。
また、電源・制御回路基板20の周縁には、高周波装置10を他の装置などにネジによって固定するための、厚さ方向に貫通する複数の固定用孔24が形成されている。なお、高周波装置10の固定方法は、この固定方法に限定されるものではない。
A plurality of electronic components 22 are mounted on the lower surface of the power / control circuit board 20 by flip chip connection. The flip chip connection is suitable because the transmission loss of the connection portion can be reduced when the electronic component 22 transmits and receives a millimeter-wave band signal. The material of the bump when the electronic component 22 is flip-chip connected is not limited, but a gold (Au) stud bump or a solder bump is preferably used. Further, the high-frequency module 30 is BGA-connected to a part of the upper surface of the power / control circuit board 20 by a conductive bonding material 320. The electronic component 22 is, for example, a power circuit component, a signal processing IC, a passive element component, or the like, but is not limited thereto. Further, the electronic component 22 may be mounted on the upper surface (the connection surface with the high frequency module 30) of the power supply / control circuit board 20 as shown in FIG. The joining member / method is not limited, but it is preferable to use solder or the like.
Further, a plurality of fixing holes 24 penetrating in the thickness direction for fixing the high-frequency device 10 to other devices or the like with screws are formed on the periphery of the power / control circuit board 20. In addition, the fixing method of the high frequency apparatus 10 is not limited to this fixing method.

高周波モジュール30は、図2に拡大して断面が示されているように、主にモジュール基板32、アンテナ基板34、半導体素子36及びアンテナ素子38を備える。   The high-frequency module 30 mainly includes a module substrate 32, an antenna substrate 34, a semiconductor element 36, and an antenna element 38, as shown in an enlarged cross section in FIG. 2.

モジュール基板32は、周波数変換するための信号を発振する発振器(図示せず)等を備える。
モジュール基板32の下面(第二面)には、電源・制御回路基板20に接合するための導電性接合材320が形成されている。モジュール基板32の上面(第一面)には、半導体素子搭載部326が形成されている。半導体素子36は、導電性接合材360によって半導体素子搭載部326に接合・搭載されている。さらに、モジュール基板32の上面に誘電体から成るアンテナ基板34が一体的に接合されている。更に、モジュール基板32は、半導体素子36の搭載面近傍の内層に、導体配線(銅線等)から成り、送信高周波信号が通る1本の導波路321、及び受信高周波信号が通る5本の導波路351を備える。導波路321の一方の端部は、後述の導波管ポート324に対向し、他方の端部は、ビア325及び半導体素子搭載部326を介して半導体素子36に繋げられている。5本の導波路351の一方の端部は、後述の5つの導波管ポート354の夫々に対向し、他方の端部は、ビア355及び半導体素子搭載部326を介して半導体素子36に繋げられている。
The module substrate 32 includes an oscillator (not shown) that oscillates a signal for frequency conversion.
A conductive bonding material 320 for bonding to the power / control circuit board 20 is formed on the lower surface (second surface) of the module substrate 32. A semiconductor element mounting portion 326 is formed on the upper surface (first surface) of the module substrate 32. The semiconductor element 36 is bonded and mounted on the semiconductor element mounting portion 326 by a conductive bonding material 360. Furthermore, an antenna substrate 34 made of a dielectric is integrally joined to the upper surface of the module substrate 32. Further, the module substrate 32 is made of conductor wiring (copper wire or the like) in the inner layer near the mounting surface of the semiconductor element 36, and includes one waveguide 321 through which a transmission high-frequency signal passes and five conductors through which a reception high-frequency signal passes. A waveguide 351 is provided. One end of the waveguide 321 faces a waveguide port 324 described later, and the other end is connected to the semiconductor element 36 via the via 325 and the semiconductor element mounting portion 326. One end of each of the five waveguides 351 faces each of five waveguide ports 354 described later, and the other end is connected to the semiconductor element 36 via the via 355 and the semiconductor element mounting portion 326. It has been.

また、図3に拡大して示すように、導波路321,351の夫々は、ビア325,355の夫々によって垂直方向に一体的に半導体素子搭載部326と接続される。なお、これに限らず、図4に示すように、ビア325,355を介してモジュール基板32の表面に一部が露出され、半導体素子搭載部326aと水平方向に一体的に接続されている導波路321a,351aであってもよい。   Further, as shown in an enlarged view in FIG. 3, each of the waveguides 321 and 351 is integrally connected to the semiconductor element mounting portion 326 in the vertical direction by each of the vias 325 and 355. Not limited to this, as shown in FIG. 4, a part of the surface of the module substrate 32 is exposed through the vias 325 and 355 and is integrally connected to the semiconductor element mounting portion 326a in the horizontal direction. The waveguides 321a and 351a may be used.

また、モジュール基板32の導波路321,351には、高周波信号伝搬性及び放熱性の点からコプレーナ線路が好適であるが、これに限定されない。
更に、詳細については後述するが、導波路321,351の一方の端部のそれぞれに、導波管340,370に適応するモード又は導波路321,351に適応するモードに変換するモード変換部323,353が設けられている。
The waveguides 321 and 351 of the module substrate 32 are preferably coplanar lines from the viewpoint of high-frequency signal propagation and heat dissipation, but are not limited thereto.
Further, as will be described in detail later, a mode conversion unit 323 that converts a mode suitable for the waveguides 340 and 370 or a mode suitable for the waveguides 321 and 351 at one end of the waveguides 321 and 351, respectively. , 353 are provided.

図5は、モジュール基板32のアンテナ基板34との接合面におけるパターンの例を示すものである。図5に示されるように、接地電位のベタパターン329には、導波管ポート324,354の抜きパターン、半導体素子搭載部326の抜きパターン、及び半導体素子36の接続パッド328が設けられている。   FIG. 5 shows an example of a pattern on the joint surface between the module substrate 32 and the antenna substrate 34. As shown in FIG. 5, the ground potential solid pattern 329 is provided with the extraction pattern of the waveguide ports 324 and 354, the extraction pattern of the semiconductor element mounting portion 326, and the connection pad 328 of the semiconductor element 36. .

半導体素子36は、高周波信号の増幅、変復調、フィルタリングや周波数変換等を行うものである。本実施形態に係る高周波モジュール30は、1個の半導体素子36のみを備えるものとして説明するが、複数であってもよい。   The semiconductor element 36 performs high-frequency signal amplification, modulation / demodulation, filtering, frequency conversion, and the like. Although the high-frequency module 30 according to the present embodiment is described as including only one semiconductor element 36, a plurality of high-frequency modules 30 may be provided.

アンテナ基板34の下面には、1つの送信用導波管ポート324及び5つの受信用導波管ポート354が設けられている。送信用導波管ポート324を開放端とし、導体で覆われた中空の管から成る1本の導波管340がアンテナ基板34に形成されている。また、受信用導波管ポート354を開放端とし、導体で覆われた中空の管から成る5本の導波管370がアンテナ基板34に形成されている。アンテナ基板34の上面には、6個のアンテナ素子38が、導波管340,370のそれぞれの他方の開放端に繋がるように一体的に搭載されている。アンテナ素子38は、誘電体をベースとし、誘電体に設けた孔の内部に金属膜を形成した導波管とスロットアレイとからなる平面アンテナである。
また、アンテナ基板34における半導体素子36に対向する部位には、キャップ構成部(凹部)342が形成されている。また、アンテナ基板34のキャップ構成部342は、モジュール基板32に搭載された半導体素子36を覆い(収容し)、電磁シールドとして機能する。
On the lower surface of the antenna substrate 34, one transmission waveguide port 324 and five reception waveguide ports 354 are provided. A single waveguide 340 made of a hollow tube covered with a conductor is formed on the antenna substrate 34 with the transmission waveguide port 324 as an open end. In addition, five waveguides 370 made of hollow tubes covered with conductors are formed on the antenna substrate 34 with the reception waveguide port 354 as an open end. On the upper surface of the antenna substrate 34, six antenna elements 38 are integrally mounted so as to be connected to the other open ends of the waveguides 340 and 370, respectively. The antenna element 38 is a planar antenna composed of a waveguide and a slot array having a dielectric film as a base and a metal film formed in a hole provided in the dielectric film.
Further, a cap component (concave portion) 342 is formed in a portion of the antenna substrate 34 facing the semiconductor element 36. The cap component 342 of the antenna substrate 34 covers (accommodates) the semiconductor element 36 mounted on the module substrate 32 and functions as an electromagnetic shield.

次に、アンテナ基板34のキャップ構成部342の断面図を図6に示す。キャップ構成部342は、アンテナ基板34の下面から上方に凹状に窪み、半導体素子36を覆うように形成されている。キャップ構成部342は、その表面に、導体344が形成されていることを特徴としている。このように、キャップ構成部342に導体344が形成されていることにより、半導体素子36とその外部にある電子部品22との電磁遮蔽の効果を高めることができる。   Next, a cross-sectional view of the cap component 342 of the antenna substrate 34 is shown in FIG. The cap constituent portion 342 is formed so as to be recessed upward from the lower surface of the antenna substrate 34 and cover the semiconductor element 36. The cap component 342 is characterized in that a conductor 344 is formed on the surface thereof. Thus, by forming the conductor 344 in the cap constituent portion 342, the effect of electromagnetic shielding between the semiconductor element 36 and the electronic component 22 outside thereof can be enhanced.

次に、上記のように構成された高周波モジュール30の動作について説明する。半導体素子36からアンテナ素子38へ出力される高周波信号は、半導体素子36の搭載面上あるいはビア325を介して搭載面近傍の内層の導波路321を伝搬し、モード変換部323によってモードを変換される。変換された高周波信号は、送信用導波管ポート324、及びアンテナ基板34に形成された導波管340を介して、アンテナ素子38に伝搬される。   Next, the operation of the high frequency module 30 configured as described above will be described. The high-frequency signal output from the semiconductor element 36 to the antenna element 38 propagates on the waveguide 321 on the inner layer near the mounting surface on the mounting surface of the semiconductor element 36 or via the via 325, and the mode is converted by the mode conversion unit 323. The The converted high-frequency signal is propagated to the antenna element 38 via the transmission waveguide port 324 and the waveguide 340 formed on the antenna substrate 34.

逆に、アンテナ素子38から半導体素子36へ出力される高周波信号は、アンテナ基板34に形成された導波管370及び受信用導波管ポート354を介して、モジュール基板32内に伝搬し、モード変換部353によってモードを変換される。変換された高周波信号は、導波路351及びビア355を介して半導体素子36に入力される。   Conversely, the high-frequency signal output from the antenna element 38 to the semiconductor element 36 propagates into the module substrate 32 via the waveguide 370 and the reception waveguide port 354 formed on the antenna substrate 34, and the mode The mode is converted by the conversion unit 353. The converted high-frequency signal is input to the semiconductor element 36 through the waveguide 351 and the via 355.

半導体素子36に入出力される高周波信号は、モジュール基板32に設けられた導波路321,351内のモード変換部323,353により、導波管340,370に適応するモード又は導波路321,351に適応するモードに変換される。このため、高周波装置10の高周波信号は、従来のものと異なり、電源・制御回路基板20の厚みへの依存度が低く、BGA(導電性接合材320)間の空間を経ることがない。つまり、高周波信号は、アンテナ素子38と半導体素子36との間で、導波管340,370及び導波路321,351によって、短距離で入出力される。このため、高周波信号の挿入損失が抑制される。   The high-frequency signal input / output to / from the semiconductor element 36 is a mode adapted to the waveguides 340 and 370 or the waveguides 321 and 351 by the mode converters 323 and 353 in the waveguides 321 and 351 provided on the module substrate 32. Is converted to a mode suitable for. For this reason, the high-frequency signal of the high-frequency device 10 is different from the conventional one in that it is less dependent on the thickness of the power / control circuit board 20 and does not pass through the space between the BGAs (conductive bonding material 320). That is, the high-frequency signal is input / output between the antenna element 38 and the semiconductor element 36 through the waveguides 340 and 370 and the waveguides 321 and 351 at a short distance. For this reason, the insertion loss of a high frequency signal is suppressed.

このように、高周波信号が入出力されるのは、高周波モジュール30内のみであり、電源・制御回路基板20には入出力されない。よって、高周波モジュール30は、高周波信号と電源・制御信号とが相互に関わり合うことがなく(ノイズが生じず)、EMI耐性に優れたものとなる。   In this way, high-frequency signals are input / output only within the high-frequency module 30, and are not input / output to the power / control circuit board 20. Therefore, the high-frequency module 30 does not correlate the high-frequency signal with the power / control signal (no noise is generated), and has excellent EMI resistance.

また、モジュール基板32及びアンテナ基板34は、高周波信号での誘電損失が小さい材料であるポリフェニレンエーテル(PPE)を主成分としたプリント基板、液晶ポリマー(LCP)基板、又は低温同時焼成セラミック(LTCC)基板等で形成されるものが望ましい。特にPPEを主成分としたプリント基板は、プリント基板からなるマザーボードへの2次実装接続信頼性及びコストの点から好適である。なお、これに限定されず、モジュール基板32及びアンテナ基板34は、有機基板やセラミック基板等で形成されるものであってもよい。このように、有機基板やセラミック基板等の低損失誘電体から形成されたモジュール基板32及びアンテナ基板34を用いることにより、高周波信号の損失を小さくすることができる。したがって、高周波信号の損失を抑えることのみ考慮すると有機基板やセラミック基板が好適である。なお、コスト面を含めて考慮に入れると、PPEを主成分としたプリント基板が適している。
また、アンテナ基板34とモジュール基板32との接続方法は、導電性接着剤や半田等で接続されるようにしてもよく、これに限定されない。
Further, the module substrate 32 and the antenna substrate 34 are a printed circuit board, a liquid crystal polymer (LCP) circuit board, or a low-temperature co-fired ceramic (LTCC) mainly composed of polyphenylene ether (PPE) which is a material having a small dielectric loss in a high-frequency signal. What is formed with a board | substrate etc. is desirable. In particular, a printed circuit board mainly composed of PPE is suitable from the viewpoint of reliability of secondary mounting connection to a mother board made of the printed circuit board and cost. However, the module substrate 32 and the antenna substrate 34 may be formed of an organic substrate, a ceramic substrate, or the like. Thus, by using the module substrate 32 and the antenna substrate 34 formed of a low-loss dielectric such as an organic substrate or a ceramic substrate, the loss of high-frequency signals can be reduced. Therefore, an organic substrate or a ceramic substrate is preferable in consideration only of suppressing the loss of high-frequency signals. In consideration of the cost, the printed circuit board mainly composed of PPE is suitable.
Further, the connection method between the antenna substrate 34 and the module substrate 32 may be connected with a conductive adhesive, solder, or the like, and is not limited thereto.

上記のように構成された高周波モジュール30が電源・制御回路基板20にBGA接続されることで、高周波装置10が低コストで製造される。   The high frequency module 30 configured as described above is BGA connected to the power supply / control circuit board 20, whereby the high frequency device 10 is manufactured at low cost.

また、高周波モジュール30は、アンテナ素子38を一体的に備えている。このため、高周波装置10においては、図1に示すように、電源・制御回路基板20における高周波モジュール30の搭載面の反対面であり、従来、アンテナが接合されていた面に、電子部品22を搭載することが可能となり装置の小型化が可能となっている。   Further, the high frequency module 30 is integrally provided with an antenna element 38. For this reason, in the high-frequency device 10, as shown in FIG. 1, the electronic component 22 is placed on the surface opposite to the mounting surface of the high-frequency module 30 in the power / control circuit board 20, and the surface to which the antenna is conventionally joined. It can be mounted and the device can be downsized.

また、アンテナ素子38とモジュール基板32とのインターフェイスに導波管340,370が形成されている。このようにすることで、高周波モジュール30の製造過程において、アンテナ基板34に接合する前に、アンテナ素子38を導波管340,370に接触させることにより、その動作確認を容易に行うことができる。そのため、検査済みのアンテナを接続することにより、アンテナ素子38が一体的に形成された高周波モジュール30を高歩留まりで製造することができる。   Waveguides 340 and 370 are formed at the interface between the antenna element 38 and the module substrate 32. In this manner, in the manufacturing process of the high-frequency module 30, the operation can be easily confirmed by bringing the antenna element 38 into contact with the waveguides 340 and 370 before joining to the antenna substrate 34. . Therefore, by connecting an inspected antenna, the high-frequency module 30 in which the antenna element 38 is integrally formed can be manufactured with a high yield.

<第1変形例>
第1変形例に係るモジュール基板33におけるアンテナ基板34との接合面のパターンは、図7に示すように、図5に示されたベタパターン329の代わりに、ドットパターン330が形成されているものである。パターンには、少なくとも導波管ポート324,354及び接続パッド328が形成されていればよく、図5に示された例及び図7に示された第1変形例によるものに限定されない。なお、図5及び図7に示すように送信用導波管ポート324が1つ(送信1チャンネル)、受信用導波管ポート354が5つ(受信5チャンネル)であるものとして説明したが、本発明の構成は、それぞれのチャンネル数を限定するものではない。
<First Modification>
As shown in FIG. 7, the pattern of the joint surface of the module substrate 33 according to the first modification with the antenna substrate 34 is such that a dot pattern 330 is formed instead of the solid pattern 329 shown in FIG. It is. It is sufficient that at least the waveguide ports 324 and 354 and the connection pads 328 are formed in the pattern, and the pattern is not limited to the example shown in FIG. 5 and the first modified example shown in FIG. As shown in FIGS. 5 and 7, it has been described that there is one transmission waveguide port 324 (transmission 1 channel) and five reception waveguide ports 354 (reception 5 channels). The configuration of the present invention does not limit the number of channels.

<第2変形例>
第2の変形例に係る高周波モジュール40は、図8に示すように、フィルム基板から成るモジュール基板400を備えるものである。モジュール基板400は、アンテナ基板34と一体的に接合されていることにより剛性が十分に保たれているため、フィルム基板とすることができる。第2の変形例に係る高周波モジュール40が、フィルム基板であるモジュール基板400を備えることで、高周波モジュール40及びこれを備える高周波装置10をコンパクトにすることができる。
<Second Modification>
As shown in FIG. 8, the high-frequency module 40 according to the second modification includes a module substrate 400 made of a film substrate. The module substrate 400 can be a film substrate because the module substrate 400 is sufficiently bonded to the antenna substrate 34 to be sufficiently rigid. Since the high-frequency module 40 according to the second modification includes the module substrate 400 that is a film substrate, the high-frequency module 40 and the high-frequency device 10 including the same can be made compact.

なお、モジュール基板400の材質は、上記モジュール基板32及びアンテナ基板34の材質と同様のものでもよく、これに限定されない。例えば、モジュール基板400の材質は、ポリイミドが好適に用いられる。   The material of the module substrate 400 may be the same as the material of the module substrate 32 and the antenna substrate 34, and is not limited thereto. For example, the material of the module substrate 400 is preferably polyimide.

<第3変形例>
また、上記のアンテナ素子38は、誘電体をベースとし、誘電体に設けた孔の内部に金属膜を形成した導波管とスロットアレイとからなる平面アンテナであるとして説明したが、これに限定されない。例えば、本発明に係る高周波モジュールは、図9に示すように、ホーンアンテナ428を備える高周波モジュール42であってもよい。また、アンテナ基板34の導波管340,370に、金属から成るアンテナを接続した構造でもよい。
<Third Modification>
Further, the antenna element 38 has been described as a planar antenna including a waveguide and a slot array, in which a dielectric is a base and a metal film is formed inside a hole provided in the dielectric. However, the present invention is not limited to this. Not. For example, the high frequency module according to the present invention may be a high frequency module 42 including a horn antenna 428 as shown in FIG. Further, a structure in which an antenna made of metal is connected to the waveguides 340 and 370 of the antenna substrate 34 may be used.

<第4変形例>
また、キャップ構成部342は、その表面が導体344に覆われているものであるとして説明したが、これに限定されない。例えば、図10に示すように、キャップ構成部342の表面が電波吸収体346に覆われているものであってもよい。電波吸収体346は、例えば、板金、金属メッシュ又は合成ゴム等から成るものであるが、電磁遮蔽の効果を奏するものであればこれに限定されない。電波吸収体346が形成されていることにより、導体344が形成されている例と同様に、キャップ構造部342の電磁遮蔽の効果が高められる。このように、キャップ構成部342の表面を所望の材質(上記の導体344又は電波吸収体346等)で覆うことで、半導体素子36の電磁的な周辺環境を、アンテナ基板34の材質に依らずに調整することができる。
<Fourth Modification>
Moreover, although the cap structure part 342 demonstrated that the surface was covered with the conductor 344, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10, the surface of the cap component 342 may be covered with a radio wave absorber 346. The radio wave absorber 346 is made of, for example, a sheet metal, a metal mesh, or synthetic rubber, but is not limited thereto as long as it has an electromagnetic shielding effect. By forming the radio wave absorber 346, the effect of electromagnetic shielding of the cap structure portion 342 is enhanced as in the example in which the conductor 344 is formed. In this way, by covering the surface of the cap component 342 with a desired material (the above-described conductor 344 or radio wave absorber 346 or the like), the electromagnetic peripheral environment of the semiconductor element 36 is not dependent on the material of the antenna substrate 34. Can be adjusted.

<第2実施形態>
図11は、本発明の他の実施形態に係る高周波装置10の高周波モジュール50を示す断面図である。本実施形態に係る高周波モジュール50は、第1実施形態に係る高周波モジュール30と異なり、モジュール基板52の上面側(アンテナ基板54に接合される面側)にキャビティ(キャップ構成部)522が形成され、このキャビティ522内に半導体素子36が収容・搭載されている。更に、モジュール基板52は、半導体素子搭載部326よりも下層に、半導体装置36の搭載面に対し略平行に配設された導波路520,550を備える。導波路520,550の一方の端部は、導波管ポート324,354の夫々に対向し、その近傍にモード変換部323,353が設けられ、他方の端部は、ビア325,355の夫々及び半導体素子搭載部326を介して半導体素子36に繋げられている。
Second Embodiment
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a high-frequency module 50 of the high-frequency device 10 according to another embodiment of the present invention. Unlike the high-frequency module 30 according to the first embodiment, the high-frequency module 50 according to the present embodiment includes a cavity (cap component) 522 formed on the upper surface side of the module substrate 52 (the surface side joined to the antenna substrate 54). The semiconductor element 36 is accommodated and mounted in the cavity 522. Further, the module substrate 52 includes waveguides 520 and 550 disposed substantially parallel to the mounting surface of the semiconductor device 36 below the semiconductor element mounting portion 326. One end portion of each of the waveguides 520 and 550 is opposed to each of the waveguide ports 324 and 354, and mode conversion portions 323 and 353 are provided in the vicinity thereof, and the other end portion is each of the vias 325 and 355. The semiconductor element 36 is connected to the semiconductor element 36 via the semiconductor element mounting portion 326.

更に、モジュール基板52は、導波路520,550の一方の端部と導波管ポート324,354との間に、6本のスロット525を有し、スロット525以外で高周波信号の伝搬を制限(遮蔽)する導体板(伝搬制限部)524を備える。6本のスロット525は、1つの送信用導波管ポート324及び5つの受信用導波管ポート354に対向する位置に対応する数(本実施形態においては6つ)だけ導体板524に形成されている。なお、このスロット525と導波管ポート324,354とは、対応する位置に対応する数だけ形成されていればよく、その数は任意である。
また、誘電体から成るアンテナ基板54には、図6及び図10を参照して説明したキャップを構成するための凹部342は形成されていない。その他の高周波モジュール50の主な構成は、第1実施形態に係る高周波モジュール30の構成と同様である。
Further, the module substrate 52 has six slots 525 between one end of the waveguides 520 and 550 and the waveguide ports 324 and 354, and limits the propagation of high-frequency signals other than the slots 525 ( A conductor plate (propagation limiting portion) 524 to be shielded is provided. The six slots 525 are formed in the conductor plate 524 by the number corresponding to the positions facing the one transmission waveguide port 324 and the five reception waveguide ports 354 (six in the present embodiment). ing. The slots 525 and the waveguide ports 324 and 354 need only be formed in a number corresponding to the corresponding position, and the number is arbitrary.
Further, the antenna substrate 54 made of a dielectric is not formed with the concave portion 342 for configuring the cap described with reference to FIGS. 6 and 10. The other main configuration of the high-frequency module 50 is the same as the configuration of the high-frequency module 30 according to the first embodiment.

本実施形態に係る高周波モジュール50は、モジュール基板52側に、半導体素子36が収容・搭載されていることで、半導体素子36に下側に形成される導波路520,550が、アンテナ基板54に形成された導波管340,370の導波管ポート324,354と離間することなる。このような場合であっても、高周波信号は、スロット525を介して、モード変換部323から送信用導波管ポート324に略直線的に伝搬することとなる。同様に、高周波信号は、スロット525を介して、受信用導波管ポート354からモード変換部353に略直線的に伝搬することとなる。このように、スロット525を有する導体板524を備えることで、送受信に好適な高周波信号のみが導波管340,370と導波路520,550との間を通ることとなり、ノイズの発生を抑制することができる。   In the high-frequency module 50 according to the present embodiment, the semiconductor element 36 is accommodated and mounted on the module substrate 52 side, so that the waveguides 520 and 550 formed on the lower side of the semiconductor element 36 are provided on the antenna substrate 54. The formed waveguides 340 and 370 are separated from the waveguide ports 324 and 354. Even in such a case, the high-frequency signal propagates substantially linearly from the mode conversion unit 323 to the transmission waveguide port 324 via the slot 525. Similarly, the high-frequency signal propagates substantially linearly from the reception waveguide port 354 to the mode conversion unit 353 via the slot 525. Thus, by providing the conductor plate 524 having the slot 525, only high-frequency signals suitable for transmission and reception pass between the waveguides 340 and 370 and the waveguides 520 and 550, thereby suppressing the generation of noise. be able to.

なお、本実施形態に示すように、導体板524を、モジュール基板52に半導体素子36を収容するキャビティ522が形成される高周波モジュール50が備えるようにすることが好適であるが、本発明はこれに限定されず、実施形態1のようなモジュール基板52に半導体素子36を収容するキャビティ522が形成されるものが備えるようにしてもよい。このような場合でも、導波路520,550と導波管340,370が離れているような構成であれば、導体板524は、ノイズの発生の抑制に特に効果的に機能する。   As shown in this embodiment, the conductor plate 524 is preferably provided in the high-frequency module 50 in which the cavity 522 for housing the semiconductor element 36 is formed in the module substrate 52. However, the present invention is not limited thereto, and the module substrate 52 as in Embodiment 1 may be provided with a cavity 522 that accommodates the semiconductor element 36. Even in such a case, if the waveguides 520 and 550 are separated from the waveguides 340 and 370, the conductor plate 524 functions particularly effectively for suppressing the generation of noise.

また、本実施形態に係る高周波モジュール50は、低損失であり、低コストで製造可能であるという、第1実施形態に係る高周波モジュール30と同様の効果を奏し得る。更に、本実施形態に係る高周波モジュール50は、アンテナ基板54の構造が単純となるため、低コストで製造される。   In addition, the high-frequency module 50 according to the present embodiment can achieve the same effects as the high-frequency module 30 according to the first embodiment that it has low loss and can be manufactured at low cost. Furthermore, the high-frequency module 50 according to the present embodiment is manufactured at a low cost because the structure of the antenna substrate 54 becomes simple.

なお、モジュール基板32は、キャビティ522を形成することを要するため、キャビティ522の有無によるコスト差が比較的小さいセラミック基板が適しているが、これに限定されるものではない。また、高周波モジュール50は、上方に位置するアンテナ基板54の下面で半導体素子36がキャップされることになるため、第1実施形態に係る高周波モジュール30と同様にEMI耐性も優れている。   Since the module substrate 32 requires the formation of the cavity 522, a ceramic substrate having a relatively small cost difference depending on the presence or absence of the cavity 522 is suitable, but the present invention is not limited to this. Further, since the semiconductor element 36 is capped on the lower surface of the antenna substrate 54 positioned above, the high-frequency module 50 has excellent EMI resistance like the high-frequency module 30 according to the first embodiment.

次に、本実施形態に係る高周波モジュール50のキャップ構成部は、図12に示すように、モジュール基板52のキャビティ522とアンテナ基板54とから構成される。アンテナ基板54における半導体素子36に対向する下面には、キャビティ522の開放端を覆うように、導体544が形成されている。このように、キャップ構成部に導体544が形成されていることにより、半導体素子36に対する電磁遮蔽の効果が高められる。   Next, as shown in FIG. 12, the cap component of the high-frequency module 50 according to this embodiment includes a cavity 522 of the module substrate 52 and an antenna substrate 54. A conductor 544 is formed on the lower surface of the antenna substrate 54 facing the semiconductor element 36 so as to cover the open end of the cavity 522. As described above, since the conductor 544 is formed in the cap component, the effect of electromagnetic shielding on the semiconductor element 36 is enhanced.

<第5変形例>
また、アンテナ基板54における半導体素子36に対向する下面は、導体544に覆われているものであるとして説明したが、これに限定されない。例えば、図13に示すように、アンテナ基板54における半導体素子36に対向する下面に、キャビティ522の開放端を覆うように、電波吸収体546が形成されているものであってもよい。電波吸収体546は、例えば、板金、金属メッシュ又は合成ゴム等から成るものであるが、電磁遮蔽の効果を奏するものであれば、これに限定されない。電波吸収体546が形成されていることにより、キャップとしての電磁遮蔽の効果を高めることができる。このように、アンテナ基板54における半導体素子36に対向する下面を所望の材質(上記の導体544又は電波吸収体546等)で覆うことで、半導体素子36の電磁的な周辺環境を、アンテナ基板54の材質に依らずに調整することができる。
<Fifth Modification>
Further, the lower surface of the antenna substrate 54 facing the semiconductor element 36 has been described as being covered with the conductor 544, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 13, a radio wave absorber 546 may be formed on the lower surface of the antenna substrate 54 facing the semiconductor element 36 so as to cover the open end of the cavity 522. The radio wave absorber 546 is made of, for example, a sheet metal, a metal mesh, or synthetic rubber, but is not limited thereto as long as it has an electromagnetic shielding effect. By forming the radio wave absorber 546, the effect of electromagnetic shielding as a cap can be enhanced. In this way, by covering the lower surface of the antenna substrate 54 facing the semiconductor element 36 with a desired material (the above-mentioned conductor 544 or the radio wave absorber 546), the electromagnetic peripheral environment of the semiconductor element 36 is changed to the antenna substrate 54. It can be adjusted regardless of the material.

上記実施形態において、本発明の範囲及び広い趣旨から逸れなければ、多様な変形を加えるようにしてもよい。つまり、上記実施形態は、本発明を説明することを意図するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。   In the above embodiment, various modifications may be made without departing from the scope and broad scope of the present invention. That is, the above embodiment is intended to explain the present invention, and does not limit the scope of the present invention.

例えば、図1、図2、図8、図9及び図11に、導電性接合材320から成るBGA接続用のバンプを図示したが、バンプは無くてもよく、その場合はモジュール基板32,400,52が接続される電源・制御回路基板20側に半田を供給するようにしてもよい。また、モジュール基板32,400,52は、ソルダーレジストが積層された構成を備えるようにしてもよい。   For example, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 11 show bumps for BGA connection made of the conductive bonding material 320, but the bumps may be omitted. , 52 may be supplied to the power / control circuit board 20 side. Further, the module substrates 32, 400, and 52 may have a configuration in which solder resists are stacked.

また、電子部品22及び半導体素子36の接続方法においては、上記実施形態のように、フリップチップ接続に限定せず、ワイヤボンディング接続等を用いるようにしてもよい。また、電子部品22及び半導体素子36の種類、サイズや数、半田バンプのサイズやピッチは限定されない。   In addition, the method for connecting the electronic component 22 and the semiconductor element 36 is not limited to flip-chip connection as in the above embodiment, and wire bonding connection or the like may be used. Further, the type, size and number of electronic components 22 and semiconductor elements 36, and the size and pitch of solder bumps are not limited.

また、半導体素子36や電子部品22の封止に、所望の材質のアンダーフィル樹脂を用いるようにしてもよい。もしアンダーフィル樹脂を用いるのであれば、半導体素子36や電子部品22との熱膨張差が小さいものを用いるのが好ましい。また、半導体素子36や電子部品22の入出力端子ピッチが、例えば150μm以下に微細化されたものであり、バンプ間の空間が小さい場合でも、アンダーフィル樹脂は、ボイド(気孔)等の発生がなく十分に充填される必要がある。また、アンダーフィル樹脂を構成する無機フィラーが、半導体素子36や電子部品22に損傷を与えない必要がある。これらの観点から、無機フィラーと有機樹脂の複合体からなる材料がアンダーフィル樹脂に好適である。特に、アンダーフィル樹脂は、最大粒径5μm以下の無機フィラー40〜60wt%と有機樹脂からなる複合体が適している。   Further, an underfill resin of a desired material may be used for sealing the semiconductor element 36 and the electronic component 22. If an underfill resin is used, it is preferable to use a resin having a small difference in thermal expansion from the semiconductor element 36 and the electronic component 22. Further, even when the input / output terminal pitch of the semiconductor element 36 or the electronic component 22 is miniaturized to, for example, 150 μm or less and the space between the bumps is small, the underfill resin generates voids (pores). Need to be fully filled. Further, it is necessary that the inorganic filler constituting the underfill resin does not damage the semiconductor element 36 and the electronic component 22. From these viewpoints, a material composed of a composite of an inorganic filler and an organic resin is suitable for the underfill resin. In particular, the underfill resin is suitably a composite composed of 40-60 wt% inorganic filler having a maximum particle size of 5 μm or less and an organic resin.

また、モジュール基板32,400,52の電極材料も限定されないが、有機基板の場合は銅(Cu)が好適であり、低温同時焼成セラミック(LTCC)基板の場合は銀−パラジウム(Ag−Pd)合金が好適である。また、電極の表面処理も限定はされないが、下地にニッケル(Ni)めっきバリアが用いられた金(Au)めっき処理であるのが、電子部品22の接続に好適である。   The electrode materials of the module substrates 32, 400, and 52 are not limited, but copper (Cu) is suitable for organic substrates, and silver-palladium (Ag-Pd) for low-temperature co-fired ceramic (LTCC) substrates. Alloys are preferred. Also, the surface treatment of the electrode is not limited, but gold (Au) plating treatment using a nickel (Ni) plating barrier as a base is suitable for connection of the electronic component 22.

以上、説明したように、本発明に係る高周波モジュールにおいては、アンテナを備えるアンテナ基板と、半導体素子を備えるモジュール基板とが接合されている。このため、本発明に係る高周波モジュールにおいては、従来のようなアンテナと半導体素子との間に余分な基板(例えば従来技術における電源・制御回路基板)がなく、高周波信号がBGA間の空間を通ることがない。したがって、アンテナと半導体素子との間で送受される高周波信号の挿入損失を抑制でき、その高周波信号の信頼性を高めることができる。また、従来のように、アンテナと半導体素子との間に余分な基板がないため、この基板に導波管を形成する必要が無く、製造コストを削減することができる。   As described above, in the high-frequency module according to the present invention, the antenna substrate including the antenna and the module substrate including the semiconductor element are joined. For this reason, in the high frequency module according to the present invention, there is no extra substrate (for example, a power supply / control circuit substrate in the prior art) between the antenna and the semiconductor element as in the prior art, and the high frequency signal passes through the space between the BGAs. There is nothing. Therefore, it is possible to suppress insertion loss of a high-frequency signal transmitted and received between the antenna and the semiconductor element, and to improve the reliability of the high-frequency signal. Further, since there is no extra substrate between the antenna and the semiconductor element as in the prior art, it is not necessary to form a waveguide on this substrate, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明に係る高周波装置においては、モジュール基板の第一面側に、半導体素子が搭載され、及びアンテナ基板が接合され、第二面側に電源・制御回路基板が接合されている。このため、電源・制御回路基板とモジュール基板との間で送受信される電気信号と、アンテナと半導体素子との間で導波管及び導波路を介して送受信される高周波信号との干渉を抑制できる。また、本発明に係る高周波装置は、従来と異なり、電源・制御回路基板におけるモジュール基板搭載面の反対面にアンテナ基板が接合されておらず、小型化に好適な構成である。   In the high-frequency device according to the present invention, the semiconductor element is mounted on the first surface side of the module substrate, the antenna substrate is bonded, and the power / control circuit substrate is bonded on the second surface side. Therefore, it is possible to suppress interference between an electric signal transmitted / received between the power / control circuit board and the module board and a high-frequency signal transmitted / received between the antenna and the semiconductor element via the waveguide and the waveguide. . In addition, unlike the conventional high-frequency device according to the present invention, the antenna substrate is not bonded to the surface opposite to the module substrate mounting surface of the power / control circuit substrate, and is a configuration suitable for downsizing.

また、半導体素子がアンテナ基板とモジュール基板とに囲繞されることで、高周波信号と外部に流れる電気信号との相互のノイズの発生が抑制される。   Further, since the semiconductor element is surrounded by the antenna substrate and the module substrate, generation of mutual noise between the high-frequency signal and the electric signal flowing outside is suppressed.

また、半導体素子を収容する凹部がアンテナ基板に形成されていることで、モジュール基板にキャビティを形成する必要が無くなる。このようにすることで、モジュール基板の構造を単純にすることができ、高周波モジュールを低コストで製造可能となる。   Further, since the recess for accommodating the semiconductor element is formed in the antenna substrate, it is not necessary to form a cavity in the module substrate. By doing in this way, the structure of a module board can be simplified and a high frequency module can be manufactured at low cost.

また、半導体素子を収容するキャビティがモジュール基板に形成されていることで、アンテナ基板に凹部を形成する必要が無くなる。このようにすることで、アンテナ基板の構造を単純にすることができ、高周波モジュールを低コストで製造可能となる。   Further, since the cavity for housing the semiconductor element is formed in the module substrate, it is not necessary to form a recess in the antenna substrate. By doing so, the structure of the antenna substrate can be simplified, and the high-frequency module can be manufactured at low cost.

また、アンテナ基板及びモジュール基板における半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部が導体で覆われているようにすることで、半導体素子とその外部にある電子部品との電磁遮蔽の効果を高めることができる。   In addition, it is possible to enhance the electromagnetic shielding effect between the semiconductor element and the external electronic component by making at least a part of the part surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate covered with the conductor. it can.

また、アンテナ基板及びモジュール基板における半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部は電波吸収体で覆われているようにすることで、半導体素子とその外部にある電子部品との電磁遮蔽の効果を高めることができる。   Further, at least a part of the portion surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate is covered with a radio wave absorber, thereby enhancing the electromagnetic shielding effect between the semiconductor element and the electronic component outside the semiconductor element. be able to.

モジュール基板とアンテナ基板とが接合され、全体として高い剛性を有することで、モジュール基板をフィルム基板とすることができ、高周波モジュール及びこれを備える高周波装置をコンパクトにすることができる。   Since the module substrate and the antenna substrate are joined and have high rigidity as a whole, the module substrate can be a film substrate, and the high-frequency module and the high-frequency device including the same can be made compact.

アンテナ基板及び/又はモジュール基板を有機基板で形成することで、高周波モジュール基板を低コストで製造することができる。   By forming the antenna substrate and / or the module substrate with an organic substrate, the high-frequency module substrate can be manufactured at a low cost.

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。   Moreover, although a part or all of said embodiment can be described also as the following additional remarks, it is not restricted to the following.

(付記1)
高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成されたモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
から構成される高周波モジュールと、
前記モジュール基板における前記一面の反対側の第二面に接合され、前記高周波モジュールを制御する電源・制御回路基板と、
を備える、
ことを特徴とする高周波装置。
(Appendix 1)
A module substrate on which a semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, and a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface;
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
A high-frequency module comprising:
A power supply / control circuit board that is bonded to a second surface opposite to the one surface of the module substrate and controls the high-frequency module;
Comprising
A high-frequency device characterized by that.

(付記2)
前記半導体素子は、前記アンテナ基板と前記モジュール基板とに囲繞される、ことを特徴とする付記1に記載の高周波装置。
(Appendix 2)
The high-frequency device according to appendix 1, wherein the semiconductor element is surrounded by the antenna substrate and the module substrate.

(付記3)
前記アンテナ基板には、前記半導体素子を収容する凹部が形成されている、ことを特徴とする付記2に記載の高周波装置。
(Appendix 3)
The high frequency device according to appendix 2, wherein the antenna substrate is formed with a recess for accommodating the semiconductor element.

(付記4)
前記モジュール基板には、前記半導体素子を収容するキャビティが形成されている、ことを特徴とする付記2に記載の高周波装置。
(Appendix 4)
The high frequency device according to appendix 2, wherein a cavity for housing the semiconductor element is formed in the module substrate.

(付記5)
前記モジュール基板は、前記導波管のポートに対向する位置に前記高周波信号を通すスロットを有し該スロット以外で前記高周波信号の伝搬を制限する伝搬制限部を備える、ことを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の高周波装置。
(Appendix 5)
The module board has a slot for passing the high-frequency signal at a position facing the port of the waveguide, and includes a propagation restriction unit that restricts the propagation of the high-frequency signal except for the slot. 5. The high frequency device according to any one of 4 to 4.

(付記6)
前記アンテナ基板及び前記モジュール基板における前記半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部は導体で覆われている、ことを特徴とする付記2乃至5のいずれかに記載の高周波装置。
(Appendix 6)
6. The high-frequency device according to any one of appendices 2 to 5, wherein at least a part of a portion surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate is covered with a conductor.

(付記7)
前記アンテナ基板及び前記モジュール基板における前記半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部は電波吸収体で覆われている、ことを特徴とする付記2乃至5のいずれかに記載の高周波装置。
(Appendix 7)
6. The high frequency device according to any one of appendices 2 to 5, wherein at least a part of a portion surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate is covered with a radio wave absorber.

(付記8)
前記モジュール基板はフィルム基板である、ことを特徴とする付記1乃至7のいずれかに記載の高周波装置。
(Appendix 8)
The high-frequency device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the module substrate is a film substrate.

(付記9)
前記アンテナ基板及び/又は前記モジュール基板は有機基板から形成される、ことを特徴とする付記1乃至8のいずれかに記載の高周波装置。
(Appendix 9)
9. The high-frequency device according to any one of appendices 1 to 8, wherein the antenna substrate and / or the module substrate is formed of an organic substrate.

(付記10)
高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成され、電源・制御回路基板が前記一面の反対側の第二面に接合されるモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
を備える、
ことを特徴とする高周波モジュール。
(Appendix 10)
A semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface, and a power supply / control circuit board is bonded to the second surface on the opposite side of the one surface. Module board
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
Comprising
A high-frequency module characterized by that.

10 高周波装置
20 電源・制御回路基板(マザーボード)
22 電子部品
30,40,42,50 高周波モジュール
32,400,52 モジュール基板
321,321a,351,351a,520,550 導波路
324 送信用導波管ポート
325,355 ビア
34,54 アンテナ基板
340,370 導波管
342 キャップ構成部(凹部)
344,544 導体
346,546 電磁吸収体
354 受信用導波管ポート
36 半導体素子
38 アンテナ素子
428 ホーンアンテナ
522 キャップ構成部(キャビティ)
524 導体板(伝搬制限部)
10 High-frequency equipment 20 Power supply / control circuit board (motherboard)
22 Electronic component 30, 40, 42, 50 High frequency module 32, 400, 52 Module substrate 321, 321a, 351, 351a, 520, 550 Waveguide 324 Transmission waveguide port 325, 355 Via 34, 54 Antenna substrate 340, 370 Waveguide 342 Cap component (concave)
344, 544 Conductor 346, 546 Electromagnetic absorber 354 Receiving waveguide port 36 Semiconductor element 38 Antenna element 428 Horn antenna 522 Cap component (cavity)
524 Conductor plate (Propagation limiting part)

Claims (10)

高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成されたモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
から構成される高周波モジュールと、
前記モジュール基板における前記一面の反対側の第二面に接合され、前記高周波モジュールを制御する電源・制御回路基板と、
を備える、
ことを特徴とする高周波装置。
A module substrate on which a semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, and a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface;
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
A high-frequency module comprising:
A power supply / control circuit board that is bonded to a second surface opposite to the one surface of the module substrate and controls the high-frequency module;
Comprising
A high-frequency device characterized by that.
前記半導体素子は、前記アンテナ基板と前記モジュール基板とに囲繞される、ことを特徴とする請求項1に記載の高周波装置。   The high-frequency device according to claim 1, wherein the semiconductor element is surrounded by the antenna substrate and the module substrate. 前記アンテナ基板には、前記半導体素子を収容する凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項2に記載の高周波装置。   The high-frequency device according to claim 2, wherein the antenna substrate is formed with a recess that accommodates the semiconductor element. 前記モジュール基板には、前記半導体素子を収容するキャビティが形成されている、ことを特徴とする請求項2に記載の高周波装置。   The high-frequency device according to claim 2, wherein a cavity for housing the semiconductor element is formed in the module substrate. 前記モジュール基板は、前記導波管のポートに対向する位置に前記高周波信号を通すスロットを有し該スロット以外で前記高周波信号の伝搬を制限する伝搬制限部を備える、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高周波装置。   2. The module board according to claim 1, further comprising: a propagation restriction unit that has a slot through which the high-frequency signal is passed at a position facing the port of the waveguide and restricts the propagation of the high-frequency signal at a position other than the slot. The high frequency device according to any one of 1 to 4. 前記アンテナ基板及び前記モジュール基板における前記半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部は導体で覆われている、ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の高周波装置。   6. The high-frequency device according to claim 2, wherein at least a part of a portion surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate is covered with a conductor. 前記アンテナ基板及び前記モジュール基板における前記半導体素子を囲繞する部位の少なくとも一部は電波吸収体で覆われている、ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の高周波装置。   6. The high-frequency device according to claim 2, wherein at least a part of a portion surrounding the semiconductor element in the antenna substrate and the module substrate is covered with a radio wave absorber. 前記モジュール基板はフィルム基板である、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の高周波装置。   The high-frequency device according to claim 1, wherein the module substrate is a film substrate. 前記アンテナ基板及び/又は前記モジュール基板は有機基板から形成される、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の高周波装置。   The high-frequency device according to claim 1, wherein the antenna substrate and / or the module substrate is formed of an organic substrate. 高周波信号を送受信する半導体素子が第一面に搭載され、前記半導体素子に繋がる導波路が前記第一面近傍に形成され、電源・制御回路基板が前記一面の反対側の第二面に接合されるモジュール基板と、
前記モジュール基板の前記第一面に接合され、前記半導体素子から前記高周波信号を受信、及び/又は前記半導体素子に前記高周波信号を発信するアンテナを備え、前記導波路と前記アンテナとに接続される導波管が形成されたアンテナ基板と、
を備える、
ことを特徴とする高周波モジュール。
A semiconductor element for transmitting and receiving a high-frequency signal is mounted on the first surface, a waveguide connected to the semiconductor element is formed in the vicinity of the first surface, and a power supply / control circuit board is bonded to the second surface on the opposite side of the one surface. Module board
An antenna that is bonded to the first surface of the module substrate, receives the high-frequency signal from the semiconductor element, and / or transmits the high-frequency signal to the semiconductor element, and is connected to the waveguide and the antenna. An antenna substrate on which a waveguide is formed;
Comprising
A high-frequency module characterized by that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023134257A1 (en) * 2022-01-12 2023-07-20 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Antenna-integrated radio product and method for producing the same

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CN111869114A (en) * 2018-03-14 2020-10-30 株式会社村田制作所 High-frequency module and communication device
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