JP2004363276A - High-frequency circuit module - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、信号周波数が数GHzを越えるような高周波半導体素子は、機器の小型化や高周波特性の向上などの理由から、ベアチップで基板に実装するケースが多く、従来から、実装の歩留まりおよび不良発生時のリペア性が問題になっていた。
従来の高周波回路モジュールは、半導体素子が接合されたキャリア基板を、主基板上にハンダで実装することにより構成されている。また、不良発生時には、ハンダ付けされたキャリア基板を交換することで、半導体素子のリペアを可能としている(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−158509号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波回路モジュールは以上のように、高周波線路およびアースを、接続電極を介してハンダなどで接続しているので、接続部に段差などのインピーダンスの不連続部分が存在することから、周波数が高くなるにつれて反射量が増大し、通過特性が劣化するというという問題点があった。
【0005】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、信号線(およびアース)について、ハンダ付けなどによる接続部でのインピーダンスの不連続部をなくすことにより、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を形状変化なく連続的に接続し、キャリア基板と主基板の接続部で発生し得る高周波の反射を低減させ、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールを得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波回路モジュールは、主基板と、主基板上に搭載されたキャリア基板と、キャリア基板上に接合された半導体素子と、主基板上の第1の信号線とキャリア基板上の第2の信号線とを接続する接続部とを備えた高周波回路モジュールであって、キャリア基板の表面高さは、主基板の表面高さと一致するように構成されたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1を一部詳細に示す平面図および側断面図である。
図1において、高周波回路モジュールは、MMIC(Monolithic Microwave IC)などの半導体素子101と、半導体素子101が接合されたキャリア基板102と、キャリア基板102を搭載する主基板103とにより構成されている。
【0008】
主基板103の上面において、キャリア基板102が搭載される箇所には、キャリア基板102の厚さと同一深さのざぐり穴104が形成されており、ざぐり穴104内にキャリア基板102を位置決めして挿入することにより、キャリア基板102の表面高さは、主基板103の表面高さと一致するように構成されている。
主基板103の上面にはマイクロストリップラインからなる第1の信号線105が設けられ、キャリア基板102の上面には、同様のマイクロストリップラインからなる第2の信号線106が設けられており、各信号線105および106は、接続部108を介して電気的に接続されている。
【0009】
また、主基板103内には、ざぐり穴104の底面に露出するように、分布定数線路からなる高周波信号線用のアース107が配設されており、アース107は、キャリア基板102の底面に接触することにより、キャリア基板102のアースに接続され、キャリア基板102上の分布定数線路のアースを兼ねている。
さらに、キャリア基板102の側面には、図1内の2点鎖線枠内で詳細に示すように、高周波信号および低周波信号を接続するための凹部接続電極110が形成されている。
【0010】
次に、図1とともに、図2を参照しながら、主基板103を多層基板で構成した場合の実装手順について説明する。
図2は図1内の主基板103を多層(2層)の基板、すなわち、上方の第1層201と、下方の第2層202とにより構成した場合の実装構造を示す側面図である。
図2において、第1層201の中央部には、ざぐり穴104に対応する貫通穴204が形成され、第2層202の上面には、アース107が配設される。
【0011】
図1において、キャリア基板102上に半導体素子101を接合して実装し、キャリア基板102を主基板103のざぐり穴104内に実装する。
主基板103上の第1の信号線105と、キャリア基板102上の第2の信号線106とは、接続部108を介して接続される。各信号線105、106の高周波用のアース107は、主基板103上のみに設けられる。
【0012】
キャリア基板102および主基板103の材質としては、ガラエポ、セラミック、テフロン(登録商標)などの基板材料の全てにより製作可能である。
ここでは、キャリア基板102および主基板103が同じ材質の場合において、高周波の信号ラインとなる各信号線105、106として、最も代表的なマイクロストリップラインを用いた場合を例にとって説明する。
キャリア基板102および主基板103上の両方のマイクロストリップラインを同じ形状で製作することにより、同等の性能(特性インピーダンス、波長短縮率)が得られ、接続部108に示すように、各信号線105、106の幅や段差に変化が発生することがなく、最も連続的にキャリア基板102と主基板103とを接続することができる。
【0013】
一方、主基板103に凹部形状のざぐり穴104を製作するため、図2のように、主基板103を構成する第1層201に貫通穴204を形成し、第2層202の上面にマイクロストリップラインからなるアース107を配設する。
ここで、第1層201の厚みが0.3mm、比誘電率が3.76、主基板103の第1層201の導体厚みL1が0.05mmであれば、第2の信号線106の幅を0.55mmに設定することにより、特性インピーダンスが50Ωのマイクロストリップラインを形成することができる。
【0014】
また、前述のように、キャリア基板102上には、MMICなどの高周波半導体素子101が、フリップチップまたはワイヤーボンディングにより実装されているが、キャリア基板102に実装される半導体素子(MMIC)101には、高周波信号のみならず、電源やアースおよび低周波信号を接続する必要がある。
このためには、高周波信号のラインと同様に、主基板103の第1層201の導体と、キャリア基板102のMMIC101を実装した面とを、各信号線105、106などで接続することも可能である。
【0015】
しかし、この場合は、主基板103の第2層202に、電源やアースおよび低周波信号のパターンを設け、このパターンを、キャリア基板102の側面に設けられた凹部接続電極110(図1内の2点鎖線枠参照)にハンダ付けすることにより、高周波信号および低周波信号を半導体素子(MMIC)101に供給している。
図3は凹部接続電極110を用いた実装構造を示す平面図である。
図3において、凹部接続電極110には接続部108が形成されており、主基板303上のアース107および高周波信号線306のパターンは、接続部108を介してキャリア基板302上のMMIC301に接続されている。
【0016】
このように、半導体素子101が接合されたキャリア基板102の表面と、キャリア基板102を搭載する主基板103の表面との高さが一致させることにより、各信号線105、106を段差なく接続することができ、キャリア基板102と主基板103との接続部108での反射による高周波特性の劣化を極力低減させることができる。
また、各信号線105、106のみならず、アース107に関しても、ハンダ付けなどによる接続部インピーダンスの不連続部の発生をできるだけ回避することにより、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を、形状の変化なく連続的に接続することができ、キャリア基板102と主基板103との接続部108で発生し得る高周波の反射をさらに低減させることができ、接続部108による高周波特性の劣化を防止することができる。
【0017】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、主基板103側のアース107をキャリア基板102に接続したが、主基板103のみに関連してアース107を設けてもよい。
図4は主基板のみにアース107を設けたこの発明の実施の形態2による主基板403を示す側断面図である。
ここでは、主基板403が単層基板の場合のマイクロストリップラインについて説明する。
【0018】
図4において、単層基板からなる主基板403の上面には、ざぐり穴104が設けられている。
また、ざぐり穴104の形成面とは反対側の主基板403の下面には、アース107が配設されている。
なお、主基板403の断面形状が異なる点を除けば、他の構成は、前述(図1参照)と同様である。
【0019】
この場合も、ざぐり穴104内にキャリア基板102(図1参照)を設置することにより、接続部108での段差を無くすことができる。
ただし、キャリア基板102がアース107と接触することはなく、キャリア基板102には、高周波信号線用のアースは設けられていない。
なお、キャリア基板102および主基板403の誘電率が同一(できれば、同じ材質であることが望ましい)であれば、各信号線105、106を同じ幅で形成することにより、各信号線105、106の特性インピーダンスも一致するので、各信号線105、106の形状変化を生じることなく、接続部108で接続することができる。
このように、主基板403のみに、分布定数線路からなるアース107を設けることにより、主基板403とキャリア基板102との間のアース107の接続部を無くすことができ、キャリア基板102および主基板403の分布定数線路などの高周波信号線路の接続部108での反射を極力低下させることができる。
【0020】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2では、キャリア基板および主基板が同一材質で構成された場合を例にとって説明したが、キャリア基板および主基板がそれぞれ異なる材質で構成されてもよい。
図5はキャリア基板502および主基板503を互いに異なる材質で構成したこの発明の実施の形態3を示す平面図である。
【0021】
図5において、主基板503上の第1の信号線505と、キャリア基板502上の第2の信号線506とは、互いに異なる幅に形成されており、各信号線505、506の接続部は、テーパ部508により構成されている。
また、主基板503は、比誘電率が3.76の有機基板により構成され、キャリア基板502は、比誘電率が2.00のテフロン(登録商標)基板により構成されている。
【0022】
この場合、主基板503およびキャリア基板502の比誘電率が互いに異なることから、基板厚みおよび線路幅などの形状が同一となるようにマイクロストリップラインを製作すると、特性インピーダンスが異なってしまうので、高周波反射特性が悪くなる。
したがって、主基板503とキャリア基板502のマイクロストリップラインの特性インピーダンスを同一にするためには、図5のように、基板の厚みを変えるか、各信号線505、506の幅を変える必要がある。
このとき、マイクロストリップラインの特性インピーダンスZを求める式は、以下のように表される。
【0023】
Z=60/√(0.475εr+0.67)×ln{4h/0.67(0.8w+t)}
【0024】
ただし、上記式において、εrは誘電体基板の材料比誘電率、hは誘電体の厚み、tは高周波信号導体の厚み、wは高周波信号線の幅である。
ここで、主基板503およびキャリア基板502の基板厚みを変えると、主基板503とキャリア基板502との間に段差が発生するので、各信号線505、506の幅を変えることによって対応せざるを得ないことが分かる。
【0025】
このように、キャリア基板502と主基板503との材質が互いに異なり、各信号線505、506の幅が互いに異なる場合に、図5のように、接続部のパターンをテ―パ部508で形成することにより、キャリア基板502の厚さとざぐり穴104の深さを同一に形成した状態で、分布定数線路の特性インピーダンスを同一にするとともに、接続部での反射を極力低下させることができる。
また、図4に示すように、接続部のパターンをコプレナ構造にすることができる。
【0026】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、主基板と、主基板上に搭載されたキャリア基板と、キャリア基板上に接合された半導体素子と、主基板上の第1の信号線とキャリア基板上の第2の信号線とを接続する接続部とを備えた高周波回路モジュールであって、キャリア基板の表面高さは、主基板の表面高さと一致するように構成され、接続部でのインピーダンスの不連続部をなくすとともに、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を形状変化なく連続的に接続するようにしたので、キャリア基板と主基板の接続部で発生し得る高周波の反射を低減させ、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す平面図および側断面図および要部詳細図である。
【図2】この発明の実施の形態1による主基板の構成例を示す側断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1による接続部の実装例を示す平面図である。
【図4】この発明の実施の形態2による主基板の構成例を示す側断面図である。
【図5】この発明の実施の形態3を示す平面図である。
【符号の説明】
101 半導体素子、102、302、502 キャリア基板、103、303、403、503 主基板、104 ざぐり穴、105、505 第1の信号線、106、506 第2の信号線、107 アース、108 接続部、110凹部接続電極、301 MMIC、508 テーパ部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency circuit module that prevents deterioration of high-frequency characteristics due to a connection between a carrier substrate and a main substrate.
[0002]
[Prior art]
In general, high-frequency semiconductor elements having a signal frequency exceeding several GHz are often mounted on a substrate with bare chips for reasons such as miniaturization of equipment and improvement of high-frequency characteristics. Repairability became an issue.
A conventional high-frequency circuit module is configured by mounting a carrier substrate to which a semiconductor element is bonded on a main substrate by soldering. In addition, when a failure occurs, the semiconductor element can be repaired by replacing the soldered carrier substrate (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-158509 A
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the conventional high-frequency circuit module connects the high-frequency line and the ground with solder or the like via the connection electrode, there is a discontinuity in the connection portion such as a step, so that the frequency is low. There is a problem that the reflection amount increases as the height increases, and the transmission characteristics deteriorate.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and a high-frequency signal is transmitted by eliminating a discontinuity in impedance at a connection portion of a signal line (and ground) due to soldering or the like. Continuously connect distributed constant lines such as microstrip lines without changing the shape, reduce high-frequency reflection that can occur at the connection between the carrier substrate and the main substrate, and improve the high-frequency characteristics due to the connection between the carrier substrate and the main substrate. An object is to obtain a high-frequency circuit module in which deterioration is prevented.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A high-frequency circuit module according to the present invention includes a main substrate, a carrier substrate mounted on the main substrate, a semiconductor element bonded on the carrier substrate, a first signal line on the main substrate, and a first signal line on the carrier substrate. A connection portion for connecting the second signal line to the second signal line, wherein a surface height of the carrier substrate is configured to be equal to a surface height of the main substrate.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view and a side sectional view partially showing in detail a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the high-frequency circuit module includes a
[0008]
A
A
[0009]
In the
Further, on the side surface of the
[0010]
Next, a mounting procedure in the case where the
FIG. 2 is a side view showing a mounting structure in a case where the
In FIG. 2, a through
[0011]
In FIG. 1, a
The
[0012]
As the material of the
Here, a case where the most typical microstrip line is used as each of the
By manufacturing both microstrip lines on the
[0013]
On the other hand, as shown in FIG. 2, a through
Here, if the thickness of the
[0014]
Further, as described above, the high-
For this purpose, similarly to the high-frequency signal line, the conductor of the
[0015]
However, in this case, a pattern of a power supply, a ground, and a low-frequency signal is provided on the
FIG. 3 is a plan view showing a mounting structure using the recess connection electrode 110. FIG.
In FIG. 3, a
[0016]
As described above, the height of the surface of the
In addition to the
[0017]
Embodiment 2 FIG.
In the first embodiment, the
FIG. 4 is a side sectional view showing
Here, a microstrip line in the case where the
[0018]
In FIG. 4, a
In addition, a
The other configuration is the same as that described above (see FIG. 1) except that the cross-sectional shape of the
[0019]
Also in this case, by providing the carrier substrate 102 (see FIG. 1) in the
However, the
If the dielectric constant of the
As described above, by providing the
[0020]
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the case where the carrier substrate and the main substrate are made of the same material is described as an example. However, the carrier substrate and the main substrate may be made of different materials.
FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of the present invention in which the
[0021]
In FIG. 5, a
The
[0022]
In this case, since the relative dielectric constants of the
Therefore, in order to make the characteristic impedance of the microstrip line of the
At this time, an equation for calculating the characteristic impedance Z of the microstrip line is expressed as follows.
[0023]
Z = 60 / {(0.475εr + 0.67) × ln {4h / 0.67 (0.8w + t)}}
[0024]
In the above equation, εr is the relative dielectric constant of the material of the dielectric substrate, h is the thickness of the dielectric, t is the thickness of the high-frequency signal conductor, and w is the width of the high-frequency signal line.
Here, if the thicknesses of the
[0025]
As described above, when the material of the
Further, as shown in FIG. 4, the pattern of the connection portion can be formed in a coplanar structure.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the main substrate, the carrier substrate mounted on the main substrate, the semiconductor element bonded on the carrier substrate, the first signal line on the main substrate, and the A connection portion for connecting the second signal line to the second signal line, wherein the surface height of the carrier substrate is configured to coincide with the surface height of the main substrate, and the impedance of the connection portion is reduced. Discontinuous portions are eliminated, and distributed constant lines such as microstrip lines for transmitting high-frequency signals are connected continuously without shape change, so high-frequency reflections that can occur at the connection between the carrier substrate and the main substrate are eliminated. Thus, there is an effect that a high-frequency circuit module can be obtained in which the high-frequency circuit module is prevented from deteriorating due to the connection between the carrier substrate and the main substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view, a side cross-sectional view, and a main part detailed view showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration example of a main substrate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a mounting example of a connection unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration example of a main substrate according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 semiconductor element, 102, 302, 502 carrier substrate, 103, 303, 403, 503 main substrate, 104 counterbore, 105, 505 first signal line, 106, 506 second signal line, 107 ground, 108 connection , 110 concave connection electrode, 301 MMIC, 508 tapered portion.
Claims (6)
前記主基板上に搭載されたキャリア基板と、
前記キャリア基板上に接合された半導体素子と、
前記主基板上の第1の信号線と前記キャリア基板上の第2の信号線とを接続する接続部と
を備えた高周波回路モジュールであって、
前記キャリア基板の表面高さは、前記主基板の表面高さと一致するように構成されたことを特徴とする高周波回路モジュール。A main board,
A carrier substrate mounted on the main substrate,
A semiconductor element bonded on the carrier substrate,
A high-frequency circuit module comprising: a connection portion that connects a first signal line on the main substrate and a second signal line on the carrier substrate,
The high-frequency circuit module according to claim 1, wherein a surface height of the carrier substrate is equal to a surface height of the main substrate.
前記主基板に配設された低周波信号のパターンとを備え、
前記半導体素子は、MMICからなり、
前記パターンは、前記凹部接続電極に電気的に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の高周波回路モジュール。A concave connection electrode formed on a side surface of the carrier substrate,
Comprising a low-frequency signal pattern disposed on the main board,
The semiconductor device is made of an MMIC,
The high-frequency circuit module according to claim 1, wherein the pattern is electrically connected to the recess connection electrode.
前記キャリア基板が挿入される貫通穴を有する第1層と、
前記第1層が上面に積層された第2層とにより構成され、
前記第2層の上面には、分布定数線路からなるアースが配設され、
前記アースは、前記キャリア基板に接続され、前記キャリア基板上の分布定数線路のアースを兼ねていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高周波回路モジュール。The main substrate is
A first layer having a through hole into which the carrier substrate is inserted;
The first layer is constituted by a second layer laminated on the upper surface,
An earth composed of a distributed constant line is provided on the upper surface of the second layer,
3. The high-frequency circuit module according to claim 1, wherein the ground is connected to the carrier substrate, and also serves as a ground for a distributed constant line on the carrier substrate.
前記キャリア基板が挿入される凹部形状の穴を上面に有するとともに、
前記穴の形成面とは反対側に位置する下面に、分布定数線路からなるアースが配設されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高周波回路モジュール。The main substrate is
Having a concave-shaped hole on the upper surface into which the carrier substrate is inserted,
The high-frequency circuit module according to claim 1, wherein a ground made of a distributed constant line is provided on a lower surface located on a side opposite to a surface on which the hole is formed.
前記接続部において、前記第1および第2の信号線は、同一幅に形成されたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の高周波回路モジュール。The main substrate and the carrier substrate are made of the same material,
The high-frequency circuit module according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second signal lines are formed to have the same width in the connection part.
前記接続部において、前記第1および第2の信号線は、互いに異なる幅に形成され、
前記接続部は、テーパ部により構成されたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の高周波回路モジュール。The main substrate and the carrier substrate are made of different materials,
In the connection portion, the first and second signal lines are formed to have different widths from each other,
The high-frequency circuit module according to any one of claims 1 to 4, wherein the connection portion is configured by a tapered portion.
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