JP3796192B2 - 高周波モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）等の電子機器・電子装置等に用いられる、高周波電力増幅装置、高周波フィルタ装置および高周波分波器装置を一体構成した小型・高性能かつ低価格な高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
高周波モジュールにおいて高周波電力増幅装置を構成する高周波電力増幅素子は、現在の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱うため、高周波電力増幅素子自身の発熱量が増加している。その放熱対策として、放熱フィンを取り付ける方法や、高周波電力増幅素子が搭載される誘電体基板に熱伝導率が大きな高熱伝導セラミックスである窒化アルミニウム等を用いる方法があり、良好な放熱性を得ることが出来る。さらに特開２０００−３１３３１号公報では、高周波電力増幅素子を配線基板の背面に配置し外部電気回路基板に半田付けすることで放熱性を向上する技術が提案されている。
【０００３】
また、高周波モジュールにおいて高周波電力増幅装置の近傍に構成される高周波フィルタ素子に用いられる弾性表面波素子は、一般的にリチウムタンタレート等の圧電体基板に弾性表面波を伝播させるための櫛形電極が形成されたものであるが、圧電体基板自身の電気的特性が温度変化による影響を大きく受けるため、モジュール内で高周波電力増幅素子等の発熱体から離れた位置に配置することが必要不可欠となっている。このため、従来の高周波電力増幅装置と高周波フィルタ素子等とを一体に形成した高周波モジュールは、近年の移動体通信用情報端末機等の小型化・軽量化・高密度化・低価格化のための要求に十分に応えることができないという問題点があった。
【０００４】
これに対し、例えば特開平７−５８５８６号公報には、高周波電力増幅素子である能動回路素子を、弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載することにより、小型で低価格な高周波回路装置を構成することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−５８５８６号公報に開示された高周波回路装置では、近年の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱う必要がある場合に、高周波電力増幅素子である能動回路素子を弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載すると、高周波電力増幅素子自身が大きく発熱することから、圧電体基板に形成された高周波フィルタにおけるその熱によるフィルタ特性の劣化が問題となり、大きな高周波電力を取り扱う移動体通信システムで使用される小型の情報端末機器には使用できないという問題点があった。
【０００６】
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、大電力の高周波用等の電力増幅素子による発熱に影響されることなく、その近傍に配置された弾性表面波素子などのフィルタ部品の高周波フィルタ特性等の電気的特性を維持することができ、かつ小型で高性能であり、しかも低価格な、携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ等の電子機器・電子装置等に好適な高周波モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子およびフィルタ部品を実装し、前記電力増幅素子が実装される電力増幅素子実装部の周囲の誘電体層を、前記フィルタ部品が実装されるフィルタ部品実装部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成してなり、前記電力増幅素子実装部の下部に前記誘電体基板を他方の主面まで貫通する第１の貫通導体を形成し、少なくとも前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部との間に、前記誘電体基板の前記他方の主面まで延びた第２の貫通導体を形成するとともに、前記第１の貫通導体および第２の貫通導体を、ロウ材を介して外部電気回路基板の上面に取着することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の上記構成によれば、電力増幅素子から発生した熱は、電力増幅素子実装部の下部に形成された第１の貫通導体およびロウ材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に効率良く熱放散させることが可能となる。また、電力増幅素子からその近傍に配置されたフィルタ部品への熱伝達は、第２の貫通導体によって遮断され、フィルタ部品への熱伝達を極めて低減させることができる。その結果、フィルタ部品の高周波フィルタ特性等の電気的特性を劣化させることなく、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、かかる構成によれば、高周波モジュールに対して放熱フィン等の放熱用部材を別途設ける必要がなく、小型化を図ることができる。
【０００９】
なお、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子実装用凹部及びまたはフィルタ部品実装用凹部を形成し、該凹部内に電力増幅素子および／またはフィルタ部品を蓋体または絶縁性樹脂によって封止してなることが信頼性を高める上で望ましい。
【００１０】
また、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に実装されたフィルタ部品実装部の下部に誘電体基板を他方の主面まで貫通する第３の貫通導体を形成したり、前記電力増幅素子実装部の底面に導体層を形成するとともに、該導体層を平面方向に延設して前記第２の貫通導体と接続することによって、さらにフィルタ部品の熱による影響を低減することができる。
【００１１】
さらには、前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であること、前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部とが０．８ｍｍ以上離間すること、前記フィルタ部品実装部の底面に第２導体層を形成するとともに、該第２導体層を前記電力増幅素子実装部の底面の導体層とは異なる誘電体層に形成することによって、フィルタ部品の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な高周波モジュ―ルを提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の高周波モジュールを詳細に説明する。
【００１３】
図１は、参考例としての高周波モジュールの形態を示す断面図であり、この例において、高周波モジュール１はマザーボード等の外部電気回路基板７に搭載され実装されている。
【００１４】
高周波モジュール１における誘電体基板２は、複数の誘電体層を積層して成るものであり、誘電体層には、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスや、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料を用いることができる。とりわけ、導体としてＣｕ、Ａｇを使用し同時焼成にて形成する上では、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックス、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料が挙げられ、熱的安定性に優れる点で、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが最も望ましい。
【００１５】
誘電体基板２を構成する誘電体層の熱伝導率は、用いるセラミック材料とその混合比とにより、熱伝導率を制御することが可能であり、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに望ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするのがよい。
【００１６】
図１の高周波モジュールにおいては、誘電体基板２の上面において、凹部からなる電力増幅素子実装部２ａと、平面部のフィルタ部品実装部２ｂとが所定の間隔をおいて形成されている。
【００１７】
電力増幅素子実装部２ａの底面には、導体層２ａ１が形成されており、電力増幅素子４がワイヤボンディング３ａを介して電気的に接続し搭載されている。
【００１８】
電力増幅素子４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
また、電力増幅素子４と導体層２ａ１との間には、その接続部や素子面を保護する目的で封止樹脂５が注入される。封止樹脂５は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱を加えることにより硬化するものを用いることができる。また、封止樹脂５は、本発明の高周波モジュール１においては熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることが望ましく、約１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。これにより、電力増幅素子４による発熱の誘電体基板２自身への伝達を抑制することが可能となる。
【００１９】
また、電力増幅素子実装部２ａの下部には、誘電体基板２を他方の主面まで貫通する第１の貫通導体６が形成されている。この第１の貫通導体６は、外部電気回路基板７へと熱を伝達しやすくする上で、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。さらに第１の貫通導体６は直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。また、この貫通導体６は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００２０】
そして、この第１の貫通導体６は、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。これによって、電力増幅素子４から発生した熱は、第１の貫通導体６およびロウ材１３を介して、外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達され、電力増幅素子４から発生した熱が、モジュール内のフィルタ部品８に熱的影響が及ぶのを防止することができる。
【００２１】
一方、フィルタ部品実装部２ｂには、フィルタ部品８が、導体バンプ３ｂを介してフィルタ部品実装部２ｂの底面に形成された第２導体層としての導体層２ｂ１から成る電極部に電気的に接続して搭載されている。ここで、導体バンプ３ｂには金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができる。
【００２２】
フィルタ部品８としては、例えば共振器型フィルタ・共振子ラダー型および格子型接続フィルタ・マルチＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型フィルタ等の表面弾性波素子や、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタ素子、ＢＡＷ（Ｂuｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタ素子等が用いられる。その他、上記のような各種フィルタ素子を収納し気密に封止したパッケージであってもよい。このフィルタ部品８が例えば共振器型フィルタの場合には、圧電体基板として、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結晶等が、電気機械結合係数が大きくかつ群遅延時間温度係数が小さいことから、好適に使用される。また、フィルタ部品８には、圧電体基板表面上を弾性表面波を励起させ、伝播・共振させるため、その表面に、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極（図示せず）を設ける。このＩＤＴ電極は、所望のフィルタ特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を直列接続や並列接続等の方式で接続して構成される。このようなＩＤＴ電極は、圧電体基板上に蒸着法・スパッタリング法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により所望の形状・寸法に形成することができる。
【００２３】
また、フィルタ部品実装部２ｂは、図１の例では、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの封止樹脂５を塗布することによって封止されているが、フィルタ部品を凹部に実装し、封止樹脂５によって封止することも可能である。
【００２４】
本発明によれば、上記の電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの間に、前記誘電体基板２の他方の主面まで延びた第２の貫通導体１１が形成されており、この第２の貫通導体１１も第１の貫通導体６と同様に、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。
【００２５】
このような第２の貫通導体１１を形成することによって、電力増幅素子４による発熱のうち電力増幅素子実装部２ａ方向に伝わった熱および両実装部２ａ、２ｂ間の誘電体層に伝わってきた熱を第２の貫通導体１１で吸収し、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、電力増幅素子実装部２ａの底面に第１導体層としての導体層２ａ１が形成されており、この導体層２ａ１は水平方向に延設されており、前記第２の貫通導体１１と接続されている。かかる構造によって、導体層２ａ１が、周辺の熱を吸収し、第２の貫通導体１１に熱を誘導し、外部電気回路基板７表面の放熱用導体１５にまで効率的に放熱させることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、フィルタ素子実装部２ｂの下部に、第３の貫通導体２３を形成することが望ましい。この第３の貫通導体２３も、第１の貫通導体６、第２の貫通導体１１と同様に、誘電体基板２の他方の主面まで延びるように形成されており、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。この第３の貫通導体２３を形成することによって、フィルタ素子８自身の温度上昇を低減させることが出来る。
【００２８】
第２の貫通導体１１は、電力増幅素子実装部２ａとフィルタ素子実装部２ｂとの間において、１本のみならず、２本以上設けることにより、さらに上記効果を高めることができる。
【００２９】
その具体例を図２〜図４に示す。図２は、図１の高周波モジュールを上側からみた平面図であり、フィルタ部品および電力増幅素子を省略したものであり、図３、図４はさらに他の例を示す平面図である。
【００３０】
図２の例によれば、平面的にみて斜めに配置された電力増幅素子実装部２ａとフィルター素子実装部２ｂとの略中間部に第２の貫通導体１１を２本形成したものである。図３では、第２の貫通導体１１を電力増幅素子実装部２ａを囲うように直線的に複数本配置したものである。さらに図４は第２の貫通導体１１を千鳥状に複数本配置させた例である。
【００３１】
上記の電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの間には０．８ｍｍ以上の間隔を設けることが好ましく、より好ましくは１．０ｍｍ以上の間隔を設けることにより、電力増幅素子４による発熱が実装部２ａ、２ｂ間の誘電体層を介してフィルタ部品８に伝達されることを十分に低減させることが可能となる。
電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの距離とは、実装された電力増幅素子とフィルタ部品とを実装した時の平面的にみた場合に最短距離である。
【００３２】
本発明における第１、第２、第３の貫通導体６、１１、２３は、その機能から、熱伝導性の優れた金属によって形成することが望ましく、特に、Ｃｕ、ＣｕＯ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属を主成分とする導体によって形成することが望ましい。とりわけ、少なくとも貫通導体１１は、電力増幅素子４による発熱が誘電体基板２へ伝達され、さらにフィルタ８へと伝達されにくくする上では、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。なお、これら貫通導体６、１１、２３は、誘電体基板２と同時焼成によって形成されることが望ましく、そのために誘電体基板との焼成焼成時の焼成収縮などを整合させるために、金属酸化物やガラスなどの無機物が含まれていてもよい。
【００３３】
このような高熱伝導の貫通導体は、例えばＡｇ粉末を８０〜９０質量％、ホウケイ酸鉛ガラスを１〜４質量％、ＳｉＯ2を５〜１５質量％の配合比とすることで熱伝導率を約１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。
【００３４】
第１、第２、第３の貫通導体６、１１、２３は、いずれも直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましく、複数本形成する場合には、隣接する貫通導体同士の側面間の間隔が０．２〜１．０ｍｍの間隔で配置することによって、貫通導体間の誘電体へのクラックなどの発生を抑制しつつ、複数本の貫通導体による熱伝達効率を高めることができる。また、これら貫通導体６、１１、２３は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００３５】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、図１に示すように、電力増幅素子実装部２ａ、フィルタ部品実装部２ｂを凹部等の形成によってそれぞれ異なる深さで形成し、誘電体基板２に形成された電力増幅素子実装部２ａの底面に形成された導体層２ａ１と、フィルタ部品実装部２ｂの底面に形成された導体層２ｂ１とを、それぞれ異なる誘電体層に形成することによって、それらが同一の誘電体層上に形成される場合に比べて、電力増幅素子４から誘電体層や導体層を介してフィルタ部品８に伝わる熱量をより効果的に低減させることが可能となり、フィルタ部品８の熱的な影響による電気的特性の劣化をより確実に防止しすることができる。
【００３６】
本発明の高周波モジュール１においては、電力増幅素子４およびフィルタ部品８を電気的に機能させるため、誘電体基板２の表面や内部に、内部導体配線１６および表層導体配線１７ならびにビアホール導体１８を形成して、誘電体基板２の上面に電子回路を構成するのに抵抗、コンデンサ、インダクタ、半導体素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の電子部品１２を搭載し、所望の電子回路を構成する。また、必要に応じて、誘電体基板２の内部には、導体配線を利用した、コンデンサ、インダクタ等による高周波フィルタ（図示せず）等を内蔵させることにより、さらに高機能で小型の高周波モジュール１を構成することができる。
【００３７】
また、高周波モジュール１表面に実装された電子部品１２や回路を保護する目的で、金属シールドケース１４を取着することにより、外部からの機械的応力や雰囲気の影響や電磁ノイズを遮断または抑制させることも可能である。
【００３８】
さらに、高周波モジュール１表面にバリスタやチップインダクタ等の電子部品１２や、誘電体基板２の内部にインダクタを内蔵させることにより、静電気対策を施した高周波モジュール１を構成することができる。
【００３９】
また、この高周波モジュール１は、外部電気回路基板７に対して、信号伝達用として、高周波モジュール１に形成された電極パッド２０をロウ材１３を介して外部電気回路基板７表面に形成された信号用配線層２１と接続される。
【００４０】
図５は、参考例としての高周波モジュールを示す断面図である。図１の例では、フィルタ部品実装部２ｂは、主面に表面実装されていたが、この図５では、凹部内にフィルタ部品実装部２ｂが形成されており、図１と同様に、凹部内の底面に形成された導体層２ｂ１に実装されている。さらにワイヤボンディングでフィルタ部品８を信号線路と接続してもよい。
【００４１】
図５の高周波モジュールにおいては、凹部状のフィルタ部品実装部２ｂに、フィルタ部品８と離間させて蓋体９が取着されている。蓋体９は、フィルタ部品８の機械的保護およびＩＤＴ電極の酸化による劣化を抑制する目的で、振動空間であるフィルタ部品実装部２ｂの内部空間内に低湿度の空気等を封入し、エポキシ樹脂やロウ材等を用いて取着され、フィルタ部品８を密閉封止する。なお、空気の代わりに窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスや空気よりも低熱伝導の不活性ガス等を封入して密閉しても、ＩＤＴ電極の酸化による劣化を防止することができる。
【００４２】
蓋体９に用いられる材質としては、ＳＵＳ、銅、洋白等の金属や、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。
【００４３】
図５の参考例においても、フィルタ部品実装部２ｂと電力増幅素子実装部２ａとの中間に位置する部分には、図１と同様に第２の貫通導体１１が形成されている。このとき、貫通導体１１の一端は、図１と同様に、モジュール１の下面に露出し、ロウ材１３を介して放熱用導体１５にロウ付けされているが、他方は、導体層２ａ１の延設部と接続され、さらに上面側に延設されていてもよい。
【００４４】
図６は、本発明の高周波モジュールを示す概略断面図である。図１、図５の例では、誘電体基板２は、同一材質によって形成されたものであるが、図６においては、電力増幅素子実装部２ａの周囲を他の部分よりも低熱伝導性の誘電体材料によって形成することによって、この実装部２ａの周囲の低熱伝導性の誘電体材料が断熱材として機能し、電力増幅素子４から発生する熱が周囲に拡散、伝達されるのを防止することができる。
【００４５】
本発明の上記高周波モジュールは、従来の周知の方法で作製することができる。ここでは、好適な例として、誘電体基板がガラスセラミックスなどの低温焼成が可能な組成物からなる場合について、以下に簡単に説明する。
【００４６】
まず、誘電体基板２における各誘電体層を形成するために各誘電体層となるガラスセラミック組成物からなるセラミックグリーンシートを作製する。誘電体層となるセラミックグリーンシートは、ホウ珪酸ガラス、ホウ珪酸亜鉛系ガラス、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−アルカリ土類酸化物などの周知のガラス３０〜９０質量％に、アルミナ、クオーツ、ムライト、ＡｌＮ、フォルステライトなどの無機フィラーを１０〜７０質量％の割合で混合した混合物に、アルキルメタクリレート等の有機バインダ、ＤＢＰ（ジブチルフタレート）等の可塑剤とトルエン等の有機溶剤を混合し、ボールミルで４〜８時間混練してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりテープ成形を行ない、これを所定の寸法に切断して作製する。
【００４７】
そして、所定のセラミックグリーンシートに、貫通導体１１、内部導体配線１６と表層導体配線１７とを接続するためのビアホール導体１８、電力増幅素子やフィルタ部品を実装のための凹部、貫通導体用の貫通穴を形成するために、マイクロドリル、パンチングで形成したり、さらには感光性樹脂を含むグリーンシートに露光、現像処理を施すなどの処理によって凹部やそれぞれの様々な円形、楕円形、長孔などの様々な形状の貫通穴を形成することができる。
【００４８】
そして、このうち、貫通導体１１やビアホール導体１８用の貫通穴にＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを充填する。また、同時に、各グリーンシートに内層導体配線１６、表層導体配線１７、導体層２ａ１、２ｂ１となるパターンをＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを用いてスクリーン印刷法や、グラビア印刷法などによって印刷形成する。
【００４９】
ここで、ＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストには、例えばＣｕ粉末、ＣｕＯ粉末、Ａｇ粉末の他、Ａｇ合金であるＡｇ−Ｐｄ粉末、Ａｇ−Ｐｔ粉末が使用可能であり、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系の低融点ガラスや、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｂｉ2Ｏ3等の金属酸化物を加え、さらにエチルセルロース等の有機バインダと、例えば２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられる。
【００５０】
これらの金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスなどのホウケイ酸系の低融点ガラス、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等の金属酸化物などの無機物と、エチルセルロース等の有機バインダと、２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられ、金属粉末に対する低融点ガラスや金属酸化物の添加量の割合によって熱伝導率が制御可能である。
【００５１】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートを例えばビアホール導体１８を基準に位置合わせし、積層順序に応じて積層し、熱圧着することにより未焼成の積層体を形成する。
【００５２】
次に、この未焼成状態の積層体を例えば酸化雰囲気中で焼成し焼結一体化する。具体的には、酸素雰囲気または大気雰囲気中において８００〜１０００℃で焼成することにより、焼結基板を作製することができる。
【００５３】
その後、実装部２ａ、２ｃ内に、フィルタ部品８、電力増幅素子４などを実装し、蓋体９をロウ付けしたり、封止用有機樹脂１９を充填して封止する。
【００５４】
また、かかるモジュールを外部電気回路基板７に実装する場合には、通常のモジュールの信号伝達用の電極パッドをロウ付けすると同時に、第１の貫通導体６、第２の貫通導体１１、第３貫通導体２３を外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５にロウ付けする。
【００５５】
また、図６のように、電力増幅素子実装部２ａの周囲を断熱性を有する誘電体材料によって形成する場合には、通常の誘電体基板材料に感光性樹脂を配合し、現像露光して所定の凹部を形成した後、その凹部内に、断熱性誘電体材料を充填し、さらに、パンチング等によって凹部を形成することによって未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５６】
【実施例】
誘電体材料として、ホウケイ酸ガラス７０質量％、アルミナ３０質量％からなれる熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋのガラスセラミック系誘電体材料を用い、貫通導体を１５０Ｗ／ｍ・ＫのＡｇ系導体材料を用い、高周波モジュールを上記のようにして作製し、これをガラス織布−エポキシ樹脂複合材料からなる絶縁基板上に、銅からなる放熱用導体や信号用配線層を形成したマザーボード表面に、Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を用いて実装した。
【００５７】
これに、電力増幅素子（ＰＡ）の電源ＯＮ／ＯＦＦ比（デュティ比）を１／８にした状態で、０ｄＢの入力信号を入れ、３３．５ｄＢｍの出力が得られるように条件設定し、電力増幅素子実装部ならびにフィルタ部品実装部内の定常温度を測定した。
【００５８】
また、熱伝導解析シミュレーションプログラムを用い、誘電体基板の熱伝導率を変化させたときのそれらの温度を計算した。その結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．３乃至試料Ｎｏ．８は参考例である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果より、本発明の構造によれば、第１の貫通導体や第２の貫通導体を設けることによって、電力増幅素子の熱を効果的放熱し、フィルタ部品への影響を低減できることがわかった。
【００６１】
また、かかる構成においては、第２の貫通導体の本数が多いほど、また、誘電体基板の熱伝導率が小さいほどその効果に優れることがわかる。また、誘電体基板を２種の誘電体材料によって形成した場合においても同様の結果が得られることがわかった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電力増幅素子による発熱は外部電気回路基板の放熱用導体へと効率良く熱放散させることが可能となり、電力増幅素子からその近傍に配置されたフィルタ部品への熱伝達を極めて低減させることができるため、フィルタ部品の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、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、放熱フィン等の放熱用部材を別途必要とせず、低価格な携帯型情報端末機等の電子機器・電子装置等に好適な高周波モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置の例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置の他の例を示す概略平面図である。
【図４】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の高周波モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・高周波モジュール
２・・・・・・・誘電体基板
２ａ・・・・・・電力増幅素子実装部
２ｂ・・・・・・フィルタ部品実装部
２ａ１，２ｂ１・導体層
３ａ・・・・・・ワイヤボンディング
３ｂ・・・・・・導体バンプ
４・・・・・・・電力増幅素子
６・・・・・・・第１の貫通導体
７・・・・・・・外部電気回路基板
８・・・・・・・フィルタ部品
９・・・・・・・蓋体
１１・・・・・・第２の貫通導体
１３・・・・・・ロウ材
１５、２４・・・放熱用導体
２３・・・・・・第３の貫通導体
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）等の電子機器・電子装置等に用いられる、高周波電力増幅装置、高周波フィルタ装置および高周波分波器装置を一体構成した小型・高性能かつ低価格な高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
高周波モジュールにおいて高周波電力増幅装置を構成する高周波電力増幅素子は、現在の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱うため、高周波電力増幅素子自身の発熱量が増加している。その放熱対策として、放熱フィンを取り付ける方法や、高周波電力増幅素子が搭載される誘電体基板に熱伝導率が大きな高熱伝導セラミックスである窒化アルミニウム等を用いる方法があり、良好な放熱性を得ることが出来る。さらに特開２０００−３１３３１号公報では、高周波電力増幅素子を配線基板の背面に配置し外部電気回路基板に半田付けすることで放熱性を向上する技術が提案されている。
【０００３】
また、高周波モジュールにおいて高周波電力増幅装置の近傍に構成される高周波フィルタ素子に用いられる弾性表面波素子は、一般的にリチウムタンタレート等の圧電体基板に弾性表面波を伝播させるための櫛形電極が形成されたものであるが、圧電体基板自身の電気的特性が温度変化による影響を大きく受けるため、モジュール内で高周波電力増幅素子等の発熱体から離れた位置に配置することが必要不可欠となっている。このため、従来の高周波電力増幅装置と高周波フィルタ素子等とを一体に形成した高周波モジュールは、近年の移動体通信用情報端末機等の小型化・軽量化・高密度化・低価格化のための要求に十分に応えることができないという問題点があった。
【０００４】
これに対し、例えば特開平７−５８５８６号公報には、高周波電力増幅素子である能動回路素子を、弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載することにより、小型で低価格な高周波回路装置を構成することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−５８５８６号公報に開示された高周波回路装置では、近年の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱う必要がある場合に、高周波電力増幅素子である能動回路素子を弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載すると、高周波電力増幅素子自身が大きく発熱することから、圧電体基板に形成された高周波フィルタにおけるその熱によるフィルタ特性の劣化が問題となり、大きな高周波電力を取り扱う移動体通信システムで使用される小型の情報端末機器には使用できないという問題点があった。
【０００６】
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、大電力の高周波用等の電力増幅素子による発熱に影響されることなく、その近傍に配置された弾性表面波素子などのフィルタ部品の高周波フィルタ特性等の電気的特性を維持することができ、かつ小型で高性能であり、しかも低価格な、携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ等の電子機器・電子装置等に好適な高周波モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子およびフィルタ部品を実装し、前記電力増幅素子が実装される電力増幅素子実装部の周囲の誘電体層を、前記フィルタ部品が実装されるフィルタ部品実装部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成してなり、前記電力増幅素子実装部の下部に前記誘電体基板を他方の主面まで貫通する第１の貫通導体を形成し、少なくとも前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部との間に、前記誘電体基板の前記他方の主面まで延びた第２の貫通導体を形成するとともに、前記第１の貫通導体および第２の貫通導体を、ロウ材を介して外部電気回路基板の上面に取着することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の上記構成によれば、電力増幅素子から発生した熱は、電力増幅素子実装部の下部に形成された第１の貫通導体およびロウ材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に効率良く熱放散させることが可能となる。また、電力増幅素子からその近傍に配置されたフィルタ部品への熱伝達は、第２の貫通導体によって遮断され、フィルタ部品への熱伝達を極めて低減させることができる。その結果、フィルタ部品の高周波フィルタ特性等の電気的特性を劣化させることなく、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、かかる構成によれば、高周波モジュールに対して放熱フィン等の放熱用部材を別途設ける必要がなく、小型化を図ることができる。
【０００９】
なお、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子実装用凹部及びまたはフィルタ部品実装用凹部を形成し、該凹部内に電力増幅素子および／またはフィルタ部品を蓋体または絶縁性樹脂によって封止してなることが信頼性を高める上で望ましい。
【００１０】
また、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に実装されたフィルタ部品実装部の下部に誘電体基板を他方の主面まで貫通する第３の貫通導体を形成したり、前記電力増幅素子実装部の底面に導体層を形成するとともに、該導体層を平面方向に延設して前記第２の貫通導体と接続することによって、さらにフィルタ部品の熱による影響を低減することができる。
【００１１】
さらには、前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であること、前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部とが０．８ｍｍ以上離間すること、前記フィルタ部品実装部の底面に第２導体層を形成するとともに、該第２導体層を前記電力増幅素子実装部の底面の導体層とは異なる誘電体層に形成することによって、フィルタ部品の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な高周波モジュ―ルを提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の高周波モジュールを詳細に説明する。
【００１３】
図１は、参考例としての高周波モジュールの形態を示す断面図であり、この例において、高周波モジュール１はマザーボード等の外部電気回路基板７に搭載され実装されている。
【００１４】
高周波モジュール１における誘電体基板２は、複数の誘電体層を積層して成るものであり、誘電体層には、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスや、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料を用いることができる。とりわけ、導体としてＣｕ、Ａｇを使用し同時焼成にて形成する上では、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックス、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料が挙げられ、熱的安定性に優れる点で、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが最も望ましい。
【００１５】
誘電体基板２を構成する誘電体層の熱伝導率は、用いるセラミック材料とその混合比とにより、熱伝導率を制御することが可能であり、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに望ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするのがよい。
【００１６】
図１の高周波モジュールにおいては、誘電体基板２の上面において、凹部からなる電力増幅素子実装部２ａと、平面部のフィルタ部品実装部２ｂとが所定の間隔をおいて形成されている。
【００１７】
電力増幅素子実装部２ａの底面には、導体層２ａ１が形成されており、電力増幅素子４がワイヤボンディング３ａを介して電気的に接続し搭載されている。
【００１８】
電力増幅素子４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
また、電力増幅素子４と導体層２ａ１との間には、その接続部や素子面を保護する目的で封止樹脂５が注入される。封止樹脂５は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱を加えることにより硬化するものを用いることができる。また、封止樹脂５は、本発明の高周波モジュール１においては熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることが望ましく、約１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。これにより、電力増幅素子４による発熱の誘電体基板２自身への伝達を抑制することが可能となる。
【００１９】
また、電力増幅素子実装部２ａの下部には、誘電体基板２を他方の主面まで貫通する第１の貫通導体６が形成されている。この第１の貫通導体６は、外部電気回路基板７へと熱を伝達しやすくする上で、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。さらに第１の貫通導体６は直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましい。また、この貫通導体６は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００２０】
そして、この第１の貫通導体６は、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。これによって、電力増幅素子４から発生した熱は、第１の貫通導体６およびロウ材１３を介して、外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達され、電力増幅素子４から発生した熱が、モジュール内のフィルタ部品８に熱的影響が及ぶのを防止することができる。
【００２１】
一方、フィルタ部品実装部２ｂには、フィルタ部品８が、導体バンプ３ｂを介してフィルタ部品実装部２ｂの底面に形成された第２導体層としての導体層２ｂ１から成る電極部に電気的に接続して搭載されている。ここで、導体バンプ３ｂには金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができる。
【００２２】
フィルタ部品８としては、例えば共振器型フィルタ・共振子ラダー型および格子型接続フィルタ・マルチＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型フィルタ等の表面弾性波素子や、ＦＢＡＲ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタ素子、ＢＡＷ（Ｂuｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタ素子等が用いられる。その他、上記のような各種フィルタ素子を収納し気密に封止したパッケージであってもよい。このフィルタ部品８が例えば共振器型フィルタの場合には、圧電体基板として、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結晶等が、電気機械結合係数が大きくかつ群遅延時間温度係数が小さいことから、好適に使用される。また、フィルタ部品８には、圧電体基板表面上を弾性表面波を励起させ、伝播・共振させるため、その表面に、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極（図示せず）を設ける。このＩＤＴ電極は、所望のフィルタ特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を直列接続や並列接続等の方式で接続して構成される。このようなＩＤＴ電極は、圧電体基板上に蒸着法・スパッタリング法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により所望の形状・寸法に形成することができる。
【００２３】
また、フィルタ部品実装部２ｂは、図１の例では、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの封止樹脂５を塗布することによって封止されているが、フィルタ部品を凹部に実装し、封止樹脂５によって封止することも可能である。
【００２４】
本発明によれば、上記の電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの間に、前記誘電体基板２の他方の主面まで延びた第２の貫通導体１１が形成されており、この第２の貫通導体１１も第１の貫通導体６と同様に、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。
【００２５】
このような第２の貫通導体１１を形成することによって、電力増幅素子４による発熱のうち電力増幅素子実装部２ａ方向に伝わった熱および両実装部２ａ、２ｂ間の誘電体層に伝わってきた熱を第２の貫通導体１１で吸収し、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、電力増幅素子実装部２ａの底面に第１導体層としての導体層２ａ１が形成されており、この導体層２ａ１は水平方向に延設されており、前記第２の貫通導体１１と接続されている。かかる構造によって、導体層２ａ１が、周辺の熱を吸収し、第２の貫通導体１１に熱を誘導し、外部電気回路基板７表面の放熱用導体１５にまで効率的に放熱させることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、フィルタ素子実装部２ｂの下部に、第３の貫通導体２３を形成することが望ましい。この第３の貫通導体２３も、第１の貫通導体６、第２の貫通導体１１と同様に、誘電体基板２の他方の主面まで延びるように形成されており、ロウ材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。この第３の貫通導体２３を形成することによって、フィルタ素子８自身の温度上昇を低減させることが出来る。
【００２８】
第２の貫通導体１１は、電力増幅素子実装部２ａとフィルタ素子実装部２ｂとの間において、１本のみならず、２本以上設けることにより、さらに上記効果を高めることができる。
【００２９】
その具体例を図２〜図４に示す。図２は、図１の高周波モジュールを上側からみた平面図であり、フィルタ部品および電力増幅素子を省略したものであり、図３、図４はさらに他の例を示す平面図である。
【００３０】
図２の例によれば、平面的にみて斜めに配置された電力増幅素子実装部２ａとフィルター素子実装部２ｂとの略中間部に第２の貫通導体１１を２本形成したものである。図３では、第２の貫通導体１１を電力増幅素子実装部２ａを囲うように直線的に複数本配置したものである。さらに図４は第２の貫通導体１１を千鳥状に複数本配置させた例である。
【００３１】
上記の電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの間には０．８ｍｍ以上の間隔を設けることが好ましく、より好ましくは１．０ｍｍ以上の間隔を設けることにより、電力増幅素子４による発熱が実装部２ａ、２ｂ間の誘電体層を介してフィルタ部品８に伝達されることを十分に低減させることが可能となる。
電力増幅素子実装部２ａとフィルタ部品実装部２ｂとの距離とは、実装された電力増幅素子とフィルタ部品とを実装した時の平面的にみた場合に最短距離である。
【００３２】
本発明における第１、第２、第３の貫通導体６、１１、２３は、その機能から、熱伝導性の優れた金属によって形成することが望ましく、特に、Ｃｕ、ＣｕＯ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属を主成分とする導体によって形成することが望ましい。とりわけ、少なくとも貫通導体１１は、電力増幅素子４による発熱が誘電体基板２へ伝達され、さらにフィルタ８へと伝達されにくくする上では、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。なお、これら貫通導体６、１１、２３は、誘電体基板２と同時焼成によって形成されることが望ましく、そのために誘電体基板との焼成焼成時の焼成収縮などを整合させるために、金属酸化物やガラスなどの無機物が含まれていてもよい。
【００３３】
このような高熱伝導の貫通導体は、例えばＡｇ粉末を８０〜９０質量％、ホウケイ酸鉛ガラスを１〜４質量％、ＳｉＯ2を５〜１５質量％の配合比とすることで熱伝導率を約１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。
【００３４】
第１、第２、第３の貫通導体６、１１、２３は、いずれも直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましく、複数本形成する場合には、隣接する貫通導体同士の側面間の間隔が０．２〜１．０ｍｍの間隔で配置することによって、貫通導体間の誘電体へのクラックなどの発生を抑制しつつ、複数本の貫通導体による熱伝達効率を高めることができる。また、これら貫通導体６、１１、２３は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００３５】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、図１に示すように、電力増幅素子実装部２ａ、フィルタ部品実装部２ｂを凹部等の形成によってそれぞれ異なる深さで形成し、誘電体基板２に形成された電力増幅素子実装部２ａの底面に形成された導体層２ａ１と、フィルタ部品実装部２ｂの底面に形成された導体層２ｂ１とを、それぞれ異なる誘電体層に形成することによって、それらが同一の誘電体層上に形成される場合に比べて、電力増幅素子４から誘電体層や導体層を介してフィルタ部品８に伝わる熱量をより効果的に低減させることが可能となり、フィルタ部品８の熱的な影響による電気的特性の劣化をより確実に防止しすることができる。
【００３６】
本発明の高周波モジュール１においては、電力増幅素子４およびフィルタ部品８を電気的に機能させるため、誘電体基板２の表面や内部に、内部導体配線１６および表層導体配線１７ならびにビアホール導体１８を形成して、誘電体基板２の上面に電子回路を構成するのに抵抗、コンデンサ、インダクタ、半導体素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の電子部品１２を搭載し、所望の電子回路を構成する。また、必要に応じて、誘電体基板２の内部には、導体配線を利用した、コンデンサ、インダクタ等による高周波フィルタ（図示せず）等を内蔵させることにより、さらに高機能で小型の高周波モジュール１を構成することができる。
【００３７】
また、高周波モジュール１表面に実装された電子部品１２や回路を保護する目的で、金属シールドケース１４を取着することにより、外部からの機械的応力や雰囲気の影響や電磁ノイズを遮断または抑制させることも可能である。
【００３８】
さらに、高周波モジュール１表面にバリスタやチップインダクタ等の電子部品１２や、誘電体基板２の内部にインダクタを内蔵させることにより、静電気対策を施した高周波モジュール１を構成することができる。
【００３９】
また、この高周波モジュール１は、外部電気回路基板７に対して、信号伝達用として、高周波モジュール１に形成された電極パッド２０をロウ材１３を介して外部電気回路基板７表面に形成された信号用配線層２１と接続される。
【００４０】
図５は、参考例としての高周波モジュールを示す断面図である。図１の例では、フィルタ部品実装部２ｂは、主面に表面実装されていたが、この図５では、凹部内にフィルタ部品実装部２ｂが形成されており、図１と同様に、凹部内の底面に形成された導体層２ｂ１に実装されている。さらにワイヤボンディングでフィルタ部品８を信号線路と接続してもよい。
【００４１】
図５の高周波モジュールにおいては、凹部状のフィルタ部品実装部２ｂに、フィルタ部品８と離間させて蓋体９が取着されている。蓋体９は、フィルタ部品８の機械的保護およびＩＤＴ電極の酸化による劣化を抑制する目的で、振動空間であるフィルタ部品実装部２ｂの内部空間内に低湿度の空気等を封入し、エポキシ樹脂やロウ材等を用いて取着され、フィルタ部品８を密閉封止する。なお、空気の代わりに窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスや空気よりも低熱伝導の不活性ガス等を封入して密閉しても、ＩＤＴ電極の酸化による劣化を防止することができる。
【００４２】
蓋体９に用いられる材質としては、ＳＵＳ、銅、洋白等の金属や、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。
【００４３】
図５の参考例においても、フィルタ部品実装部２ｂと電力増幅素子実装部２ａとの中間に位置する部分には、図１と同様に第２の貫通導体１１が形成されている。このとき、貫通導体１１の一端は、図１と同様に、モジュール１の下面に露出し、ロウ材１３を介して放熱用導体１５にロウ付けされているが、他方は、導体層２ａ１の延設部と接続され、さらに上面側に延設されていてもよい。
【００４４】
図６は、本発明の高周波モジュールを示す概略断面図である。図１、図５の例では、誘電体基板２は、同一材質によって形成されたものであるが、図６においては、電力増幅素子実装部２ａの周囲を他の部分よりも低熱伝導性の誘電体材料によって形成することによって、この実装部２ａの周囲の低熱伝導性の誘電体材料が断熱材として機能し、電力増幅素子４から発生する熱が周囲に拡散、伝達されるのを防止することができる。
【００４５】
本発明の上記高周波モジュールは、従来の周知の方法で作製することができる。ここでは、好適な例として、誘電体基板がガラスセラミックスなどの低温焼成が可能な組成物からなる場合について、以下に簡単に説明する。
【００４６】
まず、誘電体基板２における各誘電体層を形成するために各誘電体層となるガラスセラミック組成物からなるセラミックグリーンシートを作製する。誘電体層となるセラミックグリーンシートは、ホウ珪酸ガラス、ホウ珪酸亜鉛系ガラス、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−アルカリ土類酸化物などの周知のガラス３０〜９０質量％に、アルミナ、クオーツ、ムライト、ＡｌＮ、フォルステライトなどの無機フィラーを１０〜７０質量％の割合で混合した混合物に、アルキルメタクリレート等の有機バインダ、ＤＢＰ（ジブチルフタレート）等の可塑剤とトルエン等の有機溶剤を混合し、ボールミルで４〜８時間混練してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりテープ成形を行ない、これを所定の寸法に切断して作製する。
【００４７】
そして、所定のセラミックグリーンシートに、貫通導体１１、内部導体配線１６と表層導体配線１７とを接続するためのビアホール導体１８、電力増幅素子やフィルタ部品を実装のための凹部、貫通導体用の貫通穴を形成するために、マイクロドリル、パンチングで形成したり、さらには感光性樹脂を含むグリーンシートに露光、現像処理を施すなどの処理によって凹部やそれぞれの様々な円形、楕円形、長孔などの様々な形状の貫通穴を形成することができる。
【００４８】
そして、このうち、貫通導体１１やビアホール導体１８用の貫通穴にＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを充填する。また、同時に、各グリーンシートに内層導体配線１６、表層導体配線１７、導体層２ａ１、２ｂ１となるパターンをＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを用いてスクリーン印刷法や、グラビア印刷法などによって印刷形成する。
【００４９】
ここで、ＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストには、例えばＣｕ粉末、ＣｕＯ粉末、Ａｇ粉末の他、Ａｇ合金であるＡｇ−Ｐｄ粉末、Ａｇ−Ｐｔ粉末が使用可能であり、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系の低融点ガラスや、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｂｉ2Ｏ3等の金属酸化物を加え、さらにエチルセルロース等の有機バインダと、例えば２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられる。
【００５０】
これらの金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスなどのホウケイ酸系の低融点ガラス、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等の金属酸化物などの無機物と、エチルセルロース等の有機バインダと、２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられ、金属粉末に対する低融点ガラスや金属酸化物の添加量の割合によって熱伝導率が制御可能である。
【００５１】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートを例えばビアホール導体１８を基準に位置合わせし、積層順序に応じて積層し、熱圧着することにより未焼成の積層体を形成する。
【００５２】
次に、この未焼成状態の積層体を例えば酸化雰囲気中で焼成し焼結一体化する。具体的には、酸素雰囲気または大気雰囲気中において８００〜１０００℃で焼成することにより、焼結基板を作製することができる。
【００５３】
その後、実装部２ａ、２ｃ内に、フィルタ部品８、電力増幅素子４などを実装し、蓋体９をロウ付けしたり、封止用有機樹脂１９を充填して封止する。
【００５４】
また、かかるモジュールを外部電気回路基板７に実装する場合には、通常のモジュールの信号伝達用の電極パッドをロウ付けすると同時に、第１の貫通導体６、第２の貫通導体１１、第３貫通導体２３を外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５にロウ付けする。
【００５５】
また、図６のように、電力増幅素子実装部２ａの周囲を断熱性を有する誘電体材料によって形成する場合には、通常の誘電体基板材料に感光性樹脂を配合し、現像露光して所定の凹部を形成した後、その凹部内に、断熱性誘電体材料を充填し、さらに、パンチング等によって凹部を形成することによって未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５６】
【実施例】
誘電体材料として、ホウケイ酸ガラス７０質量％、アルミナ３０質量％からなれる熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋのガラスセラミック系誘電体材料を用い、貫通導体を１５０Ｗ／ｍ・ＫのＡｇ系導体材料を用い、高周波モジュールを上記のようにして作製し、これをガラス織布−エポキシ樹脂複合材料からなる絶縁基板上に、銅からなる放熱用導体や信号用配線層を形成したマザーボード表面に、Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を用いて実装した。
【００５７】
これに、電力増幅素子（ＰＡ）の電源ＯＮ／ＯＦＦ比（デュティ比）を１／８にした状態で、０ｄＢの入力信号を入れ、３３．５ｄＢｍの出力が得られるように条件設定し、電力増幅素子実装部ならびにフィルタ部品実装部内の定常温度を測定した。
【００５８】
また、熱伝導解析シミュレーションプログラムを用い、誘電体基板の熱伝導率を変化させたときのそれらの温度を計算した。その結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．３乃至試料Ｎｏ．８は参考例である。
【００５９】
【表１】
表１の結果より、本発明の構造によれば、第１の貫通導体や第２の貫通導体を設けることによって、電力増幅素子の熱を効果的放熱し、フィルタ部品への影響を低減できることがわかった。
【００６１】
また、かかる構成においては、第２の貫通導体の本数が多いほど、また、誘電体基板の熱伝導率が小さいほどその効果に優れることがわかる。また、誘電体基板を２種の誘電体材料によって形成した場合においても同様の結果が得られることがわかった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電力増幅素子による発熱は外部電気回路基板の放熱用導体へと効率良く熱放散させることが可能となり、電力増幅素子からその近傍に配置されたフィルタ部品への熱伝達を極めて低減させることができるため、フィルタ部品の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、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、放熱フィン等の放熱用部材を別途必要とせず、低価格な携帯型情報端末機等の電子機器・電子装置等に好適な高周波モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置の例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置の他の例を示す概略平面図である。
【図４】本発明の高周波モジュールにおける貫通導体の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の高周波モジュールの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の高周波モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・高周波モジュール
２・・・・・・・誘電体基板
２ａ・・・・・・電力増幅素子実装部
２ｂ・・・・・・フィルタ部品実装部
２ａ１，２ｂ１・導体層
３ａ・・・・・・ワイヤボンディング
３ｂ・・・・・・導体バンプ
４・・・・・・・電力増幅素子
６・・・・・・・第１の貫通導体
７・・・・・・・外部電気回路基板
８・・・・・・・フィルタ部品
９・・・・・・・蓋体
１１・・・・・・第２の貫通導体
１３・・・・・・ロウ材
１５、２４・・・放熱用導体
２３・・・・・・第３の貫通導体
Claims (7)
- 複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子およびフィルタ部品を実装し、前記電力増幅素子が実装される電力増幅素子実装部の周囲の誘電体層を、前記フィルタ部品が実装されるフィルタ部品実装部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成してなり、前記電力増幅素子実装部の下部に前記誘電体基板を他方の主面まで貫通する第１の貫通導体を形成し、少なくとも前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部との間に、前記誘電体基板の前記他方の主面まで延びた第２の貫通導体を形成するとともに、前記第１の貫通導体および第２の貫通導体を、ロウ材を介して外部電気回路基板の上面に取着することを特徴とする高周波モジュール。
- 前記電力増幅素子実装部および前記フィルタ部品実装部の少なくともいずれか一方が凹状に形成され、蓋体または絶縁性樹脂によって封止されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
- 前記フィルタ部品実装部の下部に前記誘電体基板を他方の主面まで貫通する第３の貫通導体を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波モジュール。
- 前記電力増幅素子実装部の底面に導体層を形成するとともに、該導体層を平面方向に延設して前記第２の貫通導体と接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の高周波モジュール。
- 前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の高周波モジュール。
- 前記電力増幅素子実装部と前記フィルタ部品実装部とが０．８ｍｍ以上離間していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の高周波モジュール。
- 前記フィルタ部品実装部の底面に第２導体層を形成するとともに、該第２導体層を前記導体層とは異なる誘電体層に形成したことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか記載の高周波モジュール。
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