JP2002334806A - 高周波モジュール装置 - Google Patents
高周波モジュール装置Info
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Abstract
すると共に、さらなる小型化及び低コスト化を可能とす
る。 【解決手段】 パターン配線層6a,6b,9a,9b
と誘電絶縁層5,8,11とが多層に形成されてなるベ
ース基板部2と、ベース基板部2の最上層が平坦化され
ることによりビルドアップ形成面が形成され、このビル
ドアップ形成面上に絶縁層19を介してインダクタ素子
20が形成されてなる高周波素子部4とを備え、ベース
基板部2のパターン配線層6a,6b,9a,9bが形
成されていない領域30が、少なくともベース基板部2
の最上層から厚み方向の中途部に亘って設けられてお
り、この領域30の直上に位置する高周波素子部4に、
インダクタ素子20が形成されている。
Description
コンピュータ、携帯電話機、オーディオ機器等の各種電
子機器に搭載され、情報通信機能やストレージ機能等を
有して超小型通信機能モジュールを構成する高周波モジ
ュール装置に関する。
情報は、近年、データのデジタル化に伴ってパーソナル
コンピュータやモバイルコンピュータ等によっても手軽
に扱えるようになっている。また、これらの情報は、音
声コーデック技術や画像コーデック技術により帯域圧縮
が図られて、デジタル通信やデジタル放送により各種の
通信端末機器に対して容易にかつ効率的に配信される環
境が整いつつある。例えば、オーディオ・ビデオデータ
(AVデータ)は、携帯電話機によって屋外での受信も
可能である。
家庭を始めとして小規模な地域内においても好適なネッ
トワークシステムの提案によって、様々に活用されるよ
うになっている。ネットワークシステムとしては、例え
ばIEEE802.1aで提案されているような5GHz帯域の狭
域無線通信システム、IEEE802.1bで提案されているよう
な2.45GHz帯域の無線LANシステム或いはBlue
toothと称される近距離無線通信システム等の種々の次
世代ワイヤレスシステムが注目されている。送受信シス
テムは、かかるワイヤレスネットワークシステムを有効
に利用して、家庭内や屋外等の様々な場所において手軽
にかつ中継装置等を介することなく様々なデータの授
受、インターネット網へのアクセスやデータの送受信が
可能となる。
た通信機能を有する小型軽量かつ携帯可能な通信端末機
器の実現が必須となる。通信端末機器においては、送受
信部においてアナログの高周波信号の変復調処理を行う
ことが必要であることから、一般に送受信信号からいっ
たん中間周波数に変換するようにしたスーパーへテロダ
イン方式による高周波送受信回路が備えられる。
イッチを有し情報信号を受信或いは送信するアンテナ部
と、送信と受信との切替を行う送受信切替器とが備えら
れている。高周波送受信回路には、周波数変換回路部や
復調回路部等からなる受信回路部が備えられる。高周波
送受信回路には、パワーアンプやドライブアンプ及び変
調回路部等からなる送信回路部が備えられる。高周波送
受信回路には、受信回路部や送信回路部に基準周波数を
供給する基準周波数生成回路部が備えられる。
間にそれぞれ介挿された種々のフィルタ、局発装置(V
CO)、SAW(鋸歯)フィルタ等の大型機能部品や、
整合回路或いはバイアス回路等の高周波アナログ回路に
特有なインダクタ、抵抗、キャパシタ等の受動部品の点
数が非常に多い構成となっている。高周波送受信回路
は、各回路部のIC化が図られるが、各段間に介挿され
るフィルタをIC中に取り込めず、またこのために整合
回路も外付けとして必要となる。したがって、高周波送
受信回路は、全体に大型となり、通信端末機器の小型軽
量化に大きな障害となっていた。
変換を行わずに情報信号の送受信を行うようにしたダイ
レクトコンバージョン方式による高周波送受信回路も用
いられる。かかる高周波送受信回路においては、アンテ
ナ部によって受信された情報信号が送受信切替器を介し
て復調回路部に供給されて直接ベースバンド処理が行わ
れる。高周波送受信回路においては、ソース源で生成さ
れた情報信号が変調回路部において中間周波数に変換さ
れることなく直接所定の周波数帯域に変調されてアンプ
と送受信切替器を介してアンテナ部から送信される。
いて中間周波数の変換を行うことなくダイレクト検波を
行うことによって送受信する構成であることから、フィ
ルタ等の部品点数が低減されて全体構成の簡易化が図ら
れ、より1チップ化に近い構成が見込まれるようにな
る。しかしながら、このダイレクトコンバージョン方式
による高周波送受信回路においても、後段に配置された
フィルタ或いは整合回路の対応が必要となる。また、高
周波送受信回路は、高周波段で一度の増幅を行うことか
ら充分なゲインを得ることが困難となり、ベースバンド
部でも増幅操作を行う必要がある。したがって、高周波
送受信回路は、DCオフセットのキャンセル回路や余分
なローパスフィルタを必要とし、さらに全体の消費電力
が大きくなるといった問題がある。
路は、上述したようにスーパーへテロダイン方式及びダ
イレクトコンバージョン方式のいずれにおいても、通信
端末機器の小型軽量化等の要求仕様に対して充分な特性
を満足し得ないものであった。このため、高周波送受信
回路については、例えばSi−CMOS回路等をベース
として簡易な構成によって小型化を図ったモジュール化
について種々の試みが図られている。すなわち、このよ
うな試みの1つとして、例えば特性の良い受動素子をS
i基板上に形成するとともにフィルタ回路や共振器等を
LSI上に作り込み、さらにベースバンド部分のロジッ
クLSIも集積化することで1チップ化した高周波モジ
ュール装置が提案されている。
ル装置では、インダクタ素子の特性を良好なものとする
ために、このインダクタ素子の直下に位置してSi基板
に穴を形成することや、このインダクタ素子を浮かせた
状態で形成するといったことが行われており、加工コス
トが増加してしまうといった問題があった。
SiやSiGe等の半導体基板やガラス基板に形成する
場合には、パターン配線層として、高周波信号回路パタ
ーンの他に、電源パターン及びグランドパターン、制御
用の信号配線パターン等を形成する必要があり、これら
パターン配線層が多層化されることで、パターン配線層
間の相互干渉や、加工コストの増加といった問題が発生
してしまう。
えた場合には、このような高周波モジュール装置をさら
にワイヤーボンディング等によってインターポーザ(中
間基板)上へ実装することが行われるものの、実装面積
及び厚み方向の寸法が増加してしまい、コスト面から見
て必ずしも好ましいものではなかった。
鑑みて提案されたものであり、インダクタ素子のさらな
る特性向上を可能とすると共に、さらなる小型化及び低
コスト化を可能とした高周波モジュール装置を提供する
ことを目的とする。
明に係る高周波モジュール装置は、パターン配線層と誘
電絶縁層とが多層に形成されてなるベース基板部と、ベ
ース基板部の最上層が平坦化されることによりビルドア
ップ形成面が形成され、このビルドアップ形成面上に絶
縁層を介してインダクタ素子が形成されてなる高周波素
子部とを備え、ベース基板部のパターン配線層が形成さ
れていない領域が、少なくともベース基板部の最上層か
ら厚み方向の中途部に亘って設けられており、この領域
の直上に位置する高周波素子部に、インダクタ素子が形
成されていることを特徴としている。
板部のパターン配線層が形成されていない領域の直上に
位置して、インダクタ素子が形成されていることから、
このインダクタ素子とパターン配線層との結合容量が低
減され、インダクタ素子の高いQ値を得ることができ
る。
て図面を参照して詳細に説明する。
一例を図1に示す。なお、図1は、この高周波モジュー
ル装置1の構造を示す断面図である。
ード(ベース基板)やインターポーザ(中間基板)に対
する高密度実装を実現するためのパッケージ形態(BG
A等)を有し、この装置自体が1つの機能部品として動
作するものである。
は、ベース基板部2と、このベース基板部2の最上層が
平坦化層3により平坦化され、この上に高周波素子部4
とを備えている。
基板であり、誘電絶縁層となる第1の誘電基板5の両面
に、パターン配線層となる第1及び第2の配線層6a,
6bが形成された第1の配線基板7と、誘電絶縁層とな
る第2の誘電基板8の両面に、パターン配線層となる第
3及び第4の配線層9a,9bが形成された第2の配線
基板10とが、誘電絶縁層となるプリプレグ(接着樹
脂)11を介して貼り合わされた構造を有している。
電基板8は、低誘電率且つ低損失(低tanδ)な材料、
すなわち高周波特性に優れた材料により形成されている
ことが好ましく、このような材料として、例えばポリフ
ェニールエチレン(PPE)や、ビスマレイドトリアジ
ン(BT−resin)、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリイミド、液晶ポリマー(LCP)、ポリノルボ
ルネン(PNB)等の有機材料や、セラミック或いはセ
ラミックと有機材料との混合材料等を挙げることができ
る。また、第1の誘電基板5及び第2の誘電基板8は、
上述した材料の他に、耐熱性及び耐薬品性を有する材料
により形成されていることが好ましく、このような材料
からなる誘電基板として、廉価なエポキシ系基板FR−
5等を挙げることができる。
3及び第4の配線層9a,9bは、例えばフィルタ12
やキャパシタ13といった機能素子と、これらを繋ぐ信
号配線パターン14や、電源パターン15及びグランド
パターン16とが、例えば銅箔により薄膜形成されてな
る。また、第1及び第2の配線層6a,6b並びに第3
及び第4の配線層9a,9bとしては、インダクタやレ
ジスタといった受動素子や、アンテナパターン等も形成
可能である。
線パターン14や、電源パターン15及びグランドパタ
ーン16と、第1の誘電基板5及び第2の誘電基板8を
貫通して形成された、例えば銅からなるビアホール17
やスルーホール18を介して電気的に接続されている。
具体的に、これらビアホール17やスルーホール18
は、ベース基板部2の一部に、このベース基板部2を貫
通する孔をドリル加工やレーザー加工により穿設し、こ
の穿設された孔にビアメッキやスルーホールメッキを施
すことにより形成される。
からなる第1の配線基板7及び第2の配線基板10を従
来と同様の多層基板化技術によって積層形成すること
で、従来のような比較的高価とされるSi基板やガラス
基板を用いた場合と比べて、コストの低減化が図られて
いる。
造のものに限定されず、その積層数についても任意であ
る。また、ベース基板部2は、上述した両面配線基板
7,10をプリプレグ11を介して貼り合わせたものに
限定されず、例えば両面配線基板の両主面側に樹脂付銅
箔を積み重ねていく構造のものであってもよい。
すなわち第2の誘電基板8の第4の配線層9b側を高度
に平坦化することにより、いわゆるビルドアップ形成面
を形成している。具体的に、ビルドアップ形成面を形成
する際は、ベース基板部2の最上層の全面に亘って、高
周波特性に優れた有機材料からなる絶縁膜を成膜した後
に、この最上層に形成された第4の配線層9bが露出す
るまで研磨する。これにより、第2の誘電基板8と第4
の配線層9bとの間に絶縁膜が埋め込まれ、第2の誘電
基板8上の第4の配線層9bが形成されていない部分と
の段差が無くなり、このベース基板部2の最上層が平坦
化層3によって高度に平坦化されることになる。
面上に絶縁層19が積層され、この積層された絶縁層1
9の内層或いは外層に、薄膜形成技術や厚膜形成技術に
よって、例えばインダクタ20,21,22,23や、
キャパシタ、レジスタ等といった受動素子と、これらを
繋ぐ配線パターン24及び埋め込み導体25とがパター
ン配線層として形成されてなる。
損失(低tanδ)な材料、すなわち高周波特性に優れた
有機材料により形成されていることが好ましく、また、
耐熱性及び耐薬品性を有する有機材料により形成されて
いることが好ましい。このような有機材料としては、例
えばベンゾシクブテン(BCB)や、ポリイミド、ポリ
ノルボルネン(PNB)、液晶ポリマー(LCP)、エ
ポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等を挙げることができ
る。そして、絶縁層19は、このような有機材料を、例
えばスピンコート法や、カーテンコート法、ロールコー
ト法、ディップコート法等の塗布均一性及び膜厚制御に
優れた方法を用いて、ビルドアップ形成面上に精度良く
形成することができる。
半導体チップ26がフリップチップ接続により搭載され
ている。ここで、フリップチップ接続は、半導体チップ
26側の電極上にバンプ27を形成し、表裏逆にして高
周波素子部4側の配線パターン24の電極28とバンプ
27とを位置合わせし、加熱溶融することで、いわゆる
フェースダウンボンディングで接続する実装方法であ
る。このフリップチップ接続によれば、例えばワイヤー
ボンディングの比べてワイヤーの引き回し空間が不要と
なり、特に高さ方向の寸法を大幅に削減することができ
る。
た受動素子及び半導体チップ26は、配線パターン24
及び埋め込み導体25を介して、ベース基板部2側の第
4の配線層9bと電気的に接続されている。
基板部2が多層化されることによって、高周波素子部4
における積層数を削減することができる。すなわち、こ
の高周波モジュール装置1では、高周波素子部4の内層
或いは外層に形成された、例えば受動素子や配線パター
ン24、埋め込み導体25等のパターン配線層とは別
に、ベース基板部2の内層或いは外層に、例えば機能素
子や信号配線パターン14等のパターン配線層が形成さ
れることによって、これらを従来のようなSi基板やガ
ラス基板上にまとめて形成する場合に比べて、高周波素
子部4にかかる負担を大幅に低減することができる。こ
れにより、高周波素子部4の積層数を低減することが可
能となり、装置全体のさらなる小型化及び低コスト化が
可能となっている。
上述したベース基板部2のパターン配線層と高周波素子
部4のパターン配線層とが分離されることによって、こ
れらパターン配線層の間で発生する電気的干渉を抑制す
ることができ、その特性の向上を図ることができる。
は、ベース基板部2の最上層が平坦化層3により高度に
平坦化されたビルドアップ形成面が形成されていること
から、このビルドアップ形成面上に高周波素子部4を精
度良く形成することができる。
は、ベース基板部2の第1及び第2の配線層6a,6b
並びに第3及び第4の配線層9a,9bが形成されてい
ない領域(以下、配線禁止領域という。)30,31,
32,33が、少なくともベース基板部2の最上層から
厚み方向の中途部に亘って或いはベース基板部2を貫通
して設けられている。そして、この配線禁止領域30,
31,32,33の直上に位置する高周波素子部4に、
インダクタ20,21,22,23がそれぞれ形成され
ている。
すように、インダクタ20の形成位置から第2の配線層
6bに至る領域に亘って設けられている。
び図3(a)に示すように、インダクタ20が形成され
る領域に対応した第1の配線禁止用孔34が穿設されて
いると共に、第3の配線層9aには、図2及び図3
(b)に示すように、インダクタ20が形成される領域
に対応した第2の配線禁止用孔35が穿設されている。
そして、図2及び図3(c)に示すように、これら第1
の配線禁止用孔34及び第2の配線禁止用孔35を通し
て、第2の配線層6bに形成されたグランドパターン1
6とインダクタ20とが、所定の距離だけ離された状態
で対向配置されている。
示すように、絶縁層19の内層或いは外層に位置して、
角形スパイラル状に巻回されてなる薄膜コイルパターン
20aと、この薄膜コイルパターン20aの内周側の端
部と電気的に接続された埋め込み導体パターン20b
と、この埋め込み導体パターン20bと電気的に接続さ
れた引き出し導体パターン20cとを有し、この引き出
し導体パターン20cが、薄膜コイルパターン20aの
外周側へと引き出され、この薄膜コイルパターン20a
の外周側の端部と共に、埋め込み導体25を介して配線
パターン24とそれぞれ電気的に接続された構造とされ
ている。
際は、先ず、図2に示すように、平坦化されたベース基
板部2上に、上述した有機材料からなる第1の絶縁層1
9aを形成する。
第1の絶縁層19a上に、例えばNiや銅等からなる導
電膜を全面に亘って成膜した後に、フォトリソグラフィ
技術を用いて所定の形状にパターニングされたフォトレ
ジストをマスクとして、この導電膜をエッチングするこ
とによって、引き出し導体パターン20cのベースを形
成する。そして、例えば硫酸銅溶液を用いた電解メッキ
により、数μm程度のCuからなる導電膜を成膜するこ
とで、引き出し導体パターン20cを形成する。
この引き出し導体パターン20cが形成された第1の絶
縁層19a上に、上述した有機材料からなる第2の絶縁
層19bを形成した後に、フォトリソグラフィ技術を用
いて所定の形状にパターニングされたフォトレジストを
マスクとしてエッチングを行い、引き出し導体パターン
20cの端部と接合される部分が露出するビア(孔)を
形成する。そして、このフォトレジストを残したまま、
例えば硫酸銅溶液を用いた電解メッキにより、Cuから
なる導電膜を成膜した後、フォトレジストを、このフォ
トレジスト上に堆積した導電膜と共に除去する。これに
より、第2の絶縁層19bに埋め込まれた埋め込み導体
パターン20bと、引き出し導体パターン20cとが電
気的に接続される。
この第2の絶縁層19b上に、例えばNiや銅等からな
る導電膜を全面に亘って成膜した後に、フォトリソグラ
フィ技術を用いて所定の形状にパターニングされたフォ
トレジストをマスクとして、この導電膜をエッチングす
ることによって、薄膜コイルパターン20aのベースを
形成する。そして、例えば硫酸銅溶液を用いた電解メッ
キにより、数μm程度のCuからなる導電膜を成膜する
ことで、埋め込み導体パターン20bと電気的に接続さ
れた薄膜コイルパターン20aを形成する。以上によ
り、図2及び図4に示すようなインダクタ20が形成さ
れる。
0の厚みAは、10μm以上且つ巻回間隔Bの1.5倍
以下の範囲とすることが好ましい。
を用いることにより、従来のようなスパッタリング法を
用いた場合(通常、0.5〜2μm程度の膜厚)に比べ
て、その厚みAを厚く形成することができる。そして、
インダクタ20の厚みAを10μm以上とすることによ
り、このインダクタ20の直列抵抗が低減され、インダ
クタ20の高いQ値を得ることができる。一方、インダ
クタ20の厚みAを巻回間隔B、すなわち薄膜コイルパ
ターン20aにおける隣接するパターン同士の間隔Bの
1.5倍以下とすることにより、このインダクタ20を
精度良く形成することができる。
ッキ法以外の厚膜技術を用いて、所定の厚みAで形成す
ることも可能である。
な角形スパイラル状に巻回されたものに限定されず、例
えば図6に示すような円形スパイラル状に巻回されたも
のであってもよい。
ついても、上記インダクタ20と同様な形状を有してお
り、また、上記インダクタ20と同様にして形成される
ことから、以下説明を省略するものとする。
1では、ベース基板部2の配線禁止領域30,31,3
2,33が、少なくともベース基板部2の最上層から厚
み方向の中途部に亘って或いはベース基板部2を貫通し
て設けられている。そして、この配線禁止領域30,3
1,32,33の直上に位置する高周波素子部4に、イ
ンダクタ20,21,22,23がそれぞれ形成されて
いる。
は、インダクタ20,22,23と、グランドパターン
16との間の距離を離すことができ、これらインダクタ
20,22,23と、グランドパターン16との結合容
量を大幅に低減することができる。さらに、インダクタ
21は、ベース基板部2を貫通して設けられた配線禁止
領域31上に形成されていることから、さらなる特性の
向上が図られている。
1,22,23の高いQ値を得ることができ、従来のよ
うなインダクタの直下に位置してSi基板に穴を形成す
ることや、このインダクタ素子を浮かせた状態で形成す
るといった加工を行わずとも、簡便な構成によってイン
ダクタ20,21,22,23の良好な特性を得ること
ができる。以上のことから、この高周波モジュール装置
1では、インダクタ20,21,22,23のさらなる
特性向上が可能であると共に、さらなる小型化及び低コ
スト化が可能である。
る高周波モジュール装置では、ベース基板部のパターン
配線層が形成されていない領域の直上に位置して、イン
ダクタ素子が形成されていることから、このインダクタ
素子とパターン配線層との結合容量が低減され、インダ
クタ素子の高いQ値を得ることができる。したがって、
この高周波モジュール装置では、インダクタ素子のさら
なる特性向上が可能であると共に、さらなる小型化及び
低コスト化が可能である。
を示す断面図である。
域及びインダクタの形成部分を拡大して示す要部断面図
である。
造を示す平面図であり、(a)は、第2の配線層におけ
る配線禁止領域を示し、(b)は、第3の配線層におけ
る配線禁止領域を示し、(c)は、第4の配線層におけ
る配線禁止領域を示す。
を示す平面図であり、(a)は、第1の絶縁層上に形成
された引き出し導体パターンを示し、(b)は、第2の
絶縁層内に埋め込み形成された埋め込み導体パターンを
示し、(c)は、第2の絶縁層上に形成された薄膜コイ
ルパターンを示す。
坦化層、4 高周波素子部、5 第1の誘電基板、6
a,6b 第1の配線層、7 第1の配線基板、8 第
2の誘電基板、9a,9b 第2の配線層、10 第2
の配線基板、11プリプレグ、12 フィルタ、13
キャパシタ、14 信号配線パターン、15 電源パタ
ーン、16 グランドパターン、17 ビアホール、1
8 スルーホール、19 絶縁層、19a 第1の絶縁
層、19b 第2の絶縁層、20インダクタ、20a
薄膜コイルパターン、20b 埋め込み導体パターン、
20c 引き出し導体パターン、21,22,23 イ
ンダクタ、24 配線パターン、25 埋め込み導体、
26 半導体チップ、30,31,32,33配線禁止
領域、34 第1の配線禁止用孔、35 第2の配線禁
止用孔
Claims (3)
- 【請求項1】 パターン配線層と誘電絶縁層とが多層に
形成されてなるベース基板部と、 上記ベース基板部の最上層が平坦化されることによりビ
ルドアップ形成面が形成され、このビルドアップ形成面
上に絶縁層を介してインダクタ素子が形成されてなる高
周波素子部とを備え、 上記ベース基板部の上記パターン配線層が形成されてい
ない領域が、少なくとも上記ベース基板部の最上層から
厚み方向の中途部に亘って設けられており、この領域の
直上に位置する高周波素子部に、上記インダクタ素子が
形成されていることを特徴とする高周波モジュール装
置。 - 【請求項2】 上記パターン配線層が形成されていない
領域は、上記ベース基板部を厚み方向に貫通して設けら
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
ール装置。 - 【請求項3】 上記インダクタ素子は、厚膜技術により
形成されていることを特徴とする請求項1記載の高周波
モジュール装置。
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