JP2002134689A - 高周波モジュールならびにその製造方法 - Google Patents

高周波モジュールならびにその製造方法

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誠一 小川
Eiji Matsuzaki
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形化が可能で、生産性が良好で、回路損失
が少なく、パワー素子の搭載自由度が拡大できる高周波
モジュールを提供する。 【解決手段】 メタルコア101の貫通孔102にガラ
ス同軸線121を設置し、そのメタルコア基板11の主
面に表面弾性波素子21、半導体デバイス22、チップ
部品23、コイル部品25などの部品を搭載して、これ
らの部品の全部または一部を覆うように金属製キャップ
12を被せ、その金属製キャップ12の開口端をメタル
コア101に固着したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波モジュール
ならびにその製造方法に係り、特に携帯電話機などの通
信機器に使用される高周波モジュールの実装技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機などの通信機器の小形、軽量
化のために複数の部品を集約したモジュール化実装が進
められている。例えば特開平5−235689号公報に
記載されている実装技術では、個々にパッケージされた
表面弾性波素子(以下、SAW素子と表記する)の個別
部品実装方式を止め、SAW素子そのものを他の部品と
ともにモジュール基板に実装し、その全体または一部を
キャップで封止する方法が採用されている。
【0003】その概念図を図4に示した。これによる
と、高周波モジュール10に実装されたSAW素子21
は半導体デバイス22や複数のチップ部品23とともに
セラミック基板13に搭載して接続され、全体がキャッ
プ12で覆われて封止されている。図中の103はセラ
ミック基板13の裏面に形成された外部電極である。
【0004】SAW素子単体を個別にパッケージしない
ので、その分小形、軽量化が図れる。一方、SAW素子
21に対する気密性を確保するには高周波モジュール1
0の基板をセラミック基板13で構成する必要がある。
その理由は、ガラスエポキシ基板のような有機材料系絶
縁物を使用した有機基板では、必ず有機材料を透過して
水分が侵入するからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミック基
板は気密性に優れているが、有機基板に比較し次のよう
な欠点を有している。 (1)セラミック基板は寸法精度が劣るため、多数個取
りする割り基板サイズに限界があり、取数が少ない。 (2)セラミック基板は寸法精度が劣るため、多数個取
りする割り基板の部品搭載位置検出点が多く必要である
とともに、基板の反りも無視できないため部品搭載時に
個々に部品搭載面の高さを測定する必要がある。 (3)導体配線パターン精度が劣るため、高密度配線に
対応するためには配線層数を増やす必要がある。 (4)配線材料に普通タングステン系の焼結導体材料を
使用するため、配線抵抗が大きく回路損失が大きい。 (5)セラミック基板は有機基板より熱伝導性に優れて
はいるが、例えば出力増幅用トランジスタなどのパワー
素子の放熱に対して限界がある。
【0006】前述のように従来の技術では、特にSAW
素子を含む部品をモジュール化するには気密性を確保す
る必要性からセラミック基板を用いていた。このため、
前記した5つの問題があった。これらのうち(1)から
(3)は低コスト化に対する生産上の課題であり、
(4)は電気特性上、(5)は実装上の課題である。
【0007】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、小形化が可能で、生産性が良好で、回路損
失が少なく、パワー素子の搭載自由度が拡大できる高周
波モジュールならびにその製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の第1の手段は、メタルコアの貫通孔にガラス同
軸線を挿入し、そのメタルコア基板の主面に表面弾性波
素子、半導体デバイス、チップコンデンサ、チップ抵
抗、コイル部品など必要な部品を搭載して、これらの部
品の全部または一部を覆うように金属製キャップを被
せ、その金属製キャップの開口端を前記メタルコアに例
えば直接半田付けまたは溶接などで固着したことを特徴
とするものである。
【0009】第2の手段は前記第1の手段において、前
記メタルコア基板にメタルコア材として鉄−ニッケル合
金系材料を用い、絶縁層材料にフッ素樹脂または液晶ポ
リマまたはポリイミド樹脂を用い、配線主材に銅または
銅合金を用いたことを特徴とするものである。
【0010】第3の手段は、前記第1の手段または第2
の手段の高周波モジュールを、例えば携帯電話機などの
通信機器に装着したことを特徴とするものである。
【0011】第4の手段は、メタルコアの所定位置に貫
通孔を形成する工程と、メタルコアの貫通孔に同軸線を
挿入してガラスで封止する工程と、そのメタルコアの表
裏面を平坦化した後に、銅または銅合金のメッキを施す
工程と、メタルコアの上に逐次積層プロセス法で配線層
を形成する工程と、キャップ封止部に相当する部分の絶
縁層をレーザビームで除去する工程とによりメタルコア
基板を得ることを特徴とするものである。
【0012】前述のように本発明はセラミック基板に代
えて、メタルコア基板を使用した。メタルコア基板はコ
ア部が金属板であり、この表裏面に通常の逐次積層プロ
セスで配線層を形成する。このため、セラミック基板で
問題となった寸法精度は有機基板並みに改善される。そ
の結果、従来の技術で述べた(1)から(3)の課題は
解決する。また、配線主材料に銅または銅合金を使用す
るため配線抵抗を低くでき、(4)の課題は解決する。
さらに、パワー素子の搭載部の絶縁層を除去し、パワー
素子を直接熱伝導性の良いメタルコアにダイボンドする
ことで(5)の課題は解決する。
【0013】気密性の確保はメタルコア基板の貫通孔に
ガラス同軸線を用い、そのメタルコア基板の主面に表面
弾性波素子、半導体デバイス、チップコンデンサ、チッ
プ抵抗、コイル部品など必要な部品を搭載し、これらの
部品の中で気密性の必要な部分を金属製キャップで覆
い、そのメタルコアに直接半田付けまたは溶接すること
で達成される。すなわち気密性の必要な部品は、金属ま
たはガラスといった無機材料だけで封止された状態にな
るため、十分な気密性が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。なお、全図を対象に同一機能を示す要素には同
じ符号を付した。図1は本発明の第1実施形態に係る高
周波モジュールを説明するための図で、同図(a)にそ
の全体概念図、同図(b)にそのメタルコア基板の拡大
図を示す。
【0015】図1には部品として、SAW素子21、半
導体デバイス22、チップ部品23、半導体素子24お
よびコイル部品25を搭載した携帯電話機用高周波モジ
ュールの例を示した。これらの部品はメタルコア基板1
1にダイボンド、ワイヤボンド、半田付け、あるいはフ
リップチップボンディング(図示せず)で基板に物理的
および電気的に接続される。特に放熱を必要とする電力
増幅用の半導体素子24は、ベアチップをメタルコア基
板11のメタルコア101〔同図(b)参照〕にAuS
i、AuSn、熱伝導接着剤などで直接ダイボンドし
て、放熱特性を確保している。メタルコア101は、例
えば鉄−ニッケル系金属材料などの金属で構成されてい
る。
【0016】前記搭載部品全体を機械的に保護しかつ電
気的シールドをするためと、SAW素子21など耐湿性
の必要な部品の気密封止のために、鉄−ニッケル系合金
からなる金属製キャップ12の開口端全周をメタルコア
101に直接半田付けないし溶接する。
【0017】図1(b)に、貫通孔120を含むメタル
コア基板11の拡大図を示す。メタルコア101の所定
位置に貫通孔120が形成され、貫通孔120に挿入さ
れた同軸線121がガラス122で封止されており、そ
の表裏面の貫通孔接続部140は表裏の第1配線層13
1に接続されている。表裏面の第1配線層131はさら
にその外側の第2配線層132に接続され、高周波モジ
ュール10内外の電気的接続を行う。各配線層は絶縁層
130で埋められて、配線層110を構成する。メタル
コア基板11における裏面には、外部電極103が設け
られている。なお、図1(b)には表裏の配線層数を各
2層で構成したが、各層数は任意に構成できる。
【0018】電気的には、メタルコア101を通常グラ
ンドとして用いるため、グランドとの接続はグランド接
続部150を介し任意の場所でとることができる。メタ
ルコア101に対向する第1配線層141を信号線とす
れば、これらはマイクロストリップ線路を構成すること
ができる。第2配線層142をグランドに接続し、上下
で第1配線層141を挟めばストリップ線路構造(図示
せず)となり、高速信号用基板が構成できる。図2にメ
タルコア基板11の製造プロセスを示す。 (a):鉄−ニッケル系合金材料からなるメタルコア1
01の所定の位置に貫通孔102を形成し、メタルコア
101の表面及び貫通孔102の内面に銅メッキを施
す。 (b):貫通孔102に同軸線121の入ったビーズ状
のガラス122を入れ高温炉で封止する。 (c):メタルコア101の平坦化と導電性を確保する
ため表裏面を研削・研磨し、銅メッキを施す。 (d):ポリテトラフルオロエチレン(商品名テフロ
ン)、液晶ポリマシートを熱圧着あるいはポリイミドワ
ニスを塗布・硬化させて第1絶縁層131を形成すると
ともに、貫通孔接続部140およびグランド接続部15
0の第1絶縁層131をレーザビームで除去する。 (e):表裏面に銅をメッキしてパターニングし、第1
配線層141を形成する。 (f):ポリテトラフルオロエチレン(商品名テフロ
ン)、液晶ポリマシートを熱圧着あるいはポリイミドワ
ニスを塗布・硬化させ第2絶縁層132を形成するとと
もに、貫通孔接続部140および第2絶縁層132をレ
ーザビームで除去する。 (g)第1配線層141の形成と同様、表裏面に銅をメ
ッキするとともにパターニングし第2配線142を得
る。 最後に、図1(a)に示した半導体素子24の搭載部お
よびはキャップ封止部の絶縁層130をレーザビームで
除去し(図示せず)、直接メタルコア101の表面を露
出させることで放熱性および気密封止性を確保する。
【0019】図3に第2実施形態に係る高周波モジュー
ルを示す。本実施形態では封止部を高周波モジュール1
0の一部に限定した構造になっている。封止部を一部に
限定することにより、高周波モジュールサイズが大きく
なった場合も封止歩留りや封止部の信頼性を損なうこと
なく生産が可能となる。なお、高周波モジュールの製造
方法は前記第1実施形態と全く同じプロセスで対応でき
る。
【0020】
【発明の効果】本発明によるメタルコア基板を用いた高
周波モジュールは、 1.気密封止が可能であるため、SAW素子や半導体素
子などをベアチップのまま搭載封止できて小形化でき
る。
【0021】2.有機基板並みの寸法精度が得られるた
め(1)多数個取りの割り基板サイズを大きくでき、取
り数を増やせる。(2)同様に寸法精度が良いため、生
産ラインにおける個々の部品搭載位置測定および高さ測
定を省略し、基板のコーナ部だけの測定で部品搭載位置
が割り出せる。(3)同様に寸法精度が良いため、微細
配線が可能となり、配線層数を減らすことができる。こ
れらは製品コスト低減につながる。
【0022】3.配線材料に銅または銅合金を使うこと
で、回路損失を少なくでき電気特性の良い高周波モジュ
ールを得ることができる。
【0023】4.金属製のメタルコアは直接放熱が可能
であるため、パワー素子の搭載自由度が拡大できるなど
の特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る高周波モジュール
を説明するための図である。
【図2】本発明によるメタルコア基板の製造プロセスを
説明するための図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る高周波モジュール
を説明するための図である。
【図4】従来提案された高周波モジュールの概念図であ
る。
【符号の説明】
10 高周波モジュール 11 メタルコア基板 12 キャップ 13 セラミック基板 21 SAW素子 22 半導体デバイス 23 チップ部品 24 半導体素子 25 コイル部品 101 メタルコア 102 貫通孔 103 外部電極 110 配線層 120 貫通孔 121 同軸線 122 ガラス 130 絶縁層 131 第1絶縁層 132 第2絶縁層 140 貫通孔接続部 141 第1配線 142 第2配線 150 グランド接続部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 美佐男 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立メディアエレクトロニクス内 (72)発明者 小川 誠一 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立メディアエレクトロニクス内 (72)発明者 松崎 永二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メタルコアの貫通孔にガラス同軸線を設
    置し、そのメタルコア基板の主面に表面弾性波素子、半
    導体デバイス、チップコンデンサ、チップ抵抗、コイル
    部品など必要な部品を搭載して、これらの部品の全部ま
    たは一部を覆うように金属製キャップを被せ、その金属
    製キャップの開口端を前記メタルコアに固着したことを
    特徴とする高周波モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高周波モジュールにおい
    て、前記メタルコア基板にメタルコア材として鉄−ニッ
    ケル合金系材料を用い、絶縁層材料にフッ素樹脂または
    液晶ポリマまたはポリイミド樹脂を用い、配線主材に銅
    または銅合金を用いたことを特徴とする高周波モジュー
    ル。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の高周波モ
    ジュールを用いたことを特徴とする通信機器。
  4. 【請求項4】 メタルコアの所定位置に貫通孔を形成す
    る工程と、 メタルコアの貫通孔に同軸線を挿入してガラスで封止す
    る工程と、 そのメタルコアの表裏面を平坦化した後に、銅または銅
    合金のメッキを施す工程と、 メタルコアの上に逐次積層プロセス法で配線層を形成す
    る工程と、 キャップ封止部に相当する部分の絶縁層をレーザビーム
    で除去する工程とによりメタルコア基板を得ることを特
    徴とする高周波モジュールの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11757429B2 (en) 2017-09-29 2023-09-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Hybrid filter device and multiplexer

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US11757429B2 (en) 2017-09-29 2023-09-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Hybrid filter device and multiplexer

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