JP2005166980A - 多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、通信機器などに用いられる多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールに関するものであり、多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールの放熱効率を高め小型化するものである。
【解決手段】半導体素子を形成する実装部品３ａを積層体１の表面に実装した電子部品において、特に実装部品３ａの底面側に設けられたアース電極１５を積層体１の表面に設けられた凹部１６の底面に形成するとともにその厚みを周囲に位置する表面電極６の厚みより大きく設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は特に通信機器などに設けられる多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールに関する。

現在、携帯電話などの通信機器における無線部には、分波回路やスイッチ回路やフィルタ回路や増幅回路などの異なる高周波回路を一つの電子部品に複合化する動きが進められている。

その構成は、例えば分波回路やスイッチ回路やフィルタ回路や増幅回路を形成するコンデンサやインダクタなどの回路素子を、図３に示すように複数の誘電体層からなる積層体１の内層部分に適宜内部電極２として配置し、積層体１の内部で形成しにくい半導体素子やＰＩＮダイオードなどを積層体１の表層に実装部品３，３ａとして実装するといった構成となっている。

そして、積層体１の表面に実装される半導体素子のように発熱性を有する実装部品３ａに対してその放熱対策としては実装部品３ａが実装された積層体１の表面に設けられたアース電極４に積層体１の内部に設けられたサーマルビア５を接続し電子部品が実装されるマザー基板（特に図示せず）側に放出していた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−８４７０号公報

しかしながら、積層体１の表面に設けられたアース電極４は一般的にその周囲に配置される他の表面電極６などとあわせて一括して印刷成形されるため、その厚みも表面電極６などと同様の厚みとなってしまい、アース電極４自体の熱容量を大きくすることが困難なものとなり、実装部品３ａから生じる熱をサーマルビア５を介して素早く放熱するため積層体１の内部におけるサーマルビア５の本数を多くしなければならず、電子部品の小型化が困難なものとなっていた。

そこで、本発明は多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールにおける放熱効果を高めこれらを小型化することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、特に半導体素子の底面側に設けられたアース電極を積層体の表面に設けられた凹部の底面に形成するとともにその厚みを周囲に位置する表面電極の厚みより大きく設定することで、アース電極の熱容量を大きくでき半導体から生じる熱をサーマルビアに伝達するバッファとしての役割を十分に果たすことができ、電子部品の放熱効果を高めることができ、電子部品を小型化することができる。

請求項２に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を形成する内部電極を配置したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、さらに電子部品の放熱効果を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことで、高周波回路に対する影響を抑制でき放熱に伴う高周波特性の劣化を抑制できる。

請求項４に記載の発明は、特にサーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、より電子部品の放熱効果を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、特に各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことで、サーマルビアの表面積が増し、サーマルビアを介して放出させる熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、電子部品の放熱効果を高めることができる。

請求項６に記載の発明は、特に電子部品を分波回路とスイッチ回路とフィルタ回路と増幅回路とから構成し、各回路を形成するコンデンサ、インダクタ、ストリップラインを主として複数の誘電体層からなる積層体の内層部分に設けられた内部電極により形成し、半導体素子及びダイオードは実装部品として積層体の表面に設けられた表面電極に接続する高周波スイッチモジュールであって、半導体素子の底面と対峙する積層体の表面に前記積層体内に設けられたサーマルビアに接続されたアース電極を積層体の表面に設けられた凹部に形成するとともにその厚みを表面電極の厚みより大きく設定したことで、アース電極の熱容量を大きくでき半導体から生じる熱をサーマルビアに伝達するバッファとしての役割を十分に果たすことができ、高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることができ高周波スイッチモジュールを小型化することができる。

請求項７に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を形成する内部電極を配置したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、さらに高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることができる。

請求項８に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことで、高周波回路に対する影響を抑制でき放熱に伴う高周波特性の劣化を抑制できる。

請求項９に記載の発明は、特にサーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、より高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることができる。

請求項１０に記載の発明は、特に各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことで、サーマルビアの表面積が増し、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることができる。

請求項１１に記載の発明は、特に半導体素子が実装されるアース電極を積層体の表面に設けられた凹部の底面に形成するとともにその厚みを周囲に位置する表面電極の厚みより大きく設定することで、アース電極の熱容量を大きくでき半導体から生じる熱をサーマルビアに伝達するバッファとしての役割を十分に果たすことができ、多層基板の放熱効果を高めることができる。

請求項１２に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を形成する内部電極を配置したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、さらに多層基板の放熱効果を高めることができる。

請求項１３に記載の発明は、特にサーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことで、高周波回路に対する影響を抑制でき放熱に伴う高周波特性の劣化を抑制でできる。

請求項１４に記載の発明は、特にサーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことで、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、より多層基板の放熱効果を高めることができる。

請求項１５に記載の発明は、特に各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことで、サーマルビアの表面積が増し、サーマルビアを介して放出される熱をさらに積層体内部に効率よく分散させることができ、多層基板の放熱効果を高めることができる。

本発明によれば、多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールの放熱効率を高め小型化することが出来るのである。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。なお上述した背景技術と同様の構成については同じ符号を付して説明する。

図１は携帯電話などの通信機器の無線部に用いられる電子部品の一例として、特に分波回路７とスイッチ回路８とフィルタ回路９と増幅回路１０とを複合化した高周波スイッチモジュールを示す回路図であり、アンテナ１１から入力されるＧＳＭやＤＣＳといった異なる周波数帯域の送受信信号を分波回路７によりそれぞれの送受信信号に分離し、後段に位置するスイッチ回路８によりそれぞれの送信信号と受信信号に分離する分波ブロック１２と、この分波ブロック１２の各送信経路に対してそれぞれ増幅回路１０およびその出力制御用のカプラー１３と増幅回路１０により生じる高調波成分を除去するフィルタ回路９が接続された構成となっている。

そして、この高周波スイッチモジュールを具現化するにあたっては、図２に示すように複数の誘電体層１ａからなる積層体１の内層部分に図１に示された高周波回路を形成するインダクタやコンデンサ、ストリップラインを内部電極２，２ａ，２ｂとして適宜配置し、異なる誘電体層１ａ上に設けられた内部電極２間の接続はビアホールなどの接続電極１４を介してなされている。また、積層体１の表面には図１に示された半導体素子やダイオードなどの積層体１の内部において形成しにくい回路素子を実装部品３，３ａとして積層体１の上面に実装され表面電極６に接続される構成となっている。また、半導体素子を形成する実装部品３ａの下面が対峙する積層体１の表面には実装部品３ａのアース接続用のアース電極１５が設けられており、特に図示はしていないが実装部品３ａが導電性樹脂などの導電性接着剤によってアース電極１５に実装されている。

そして、この高周波スイッチモジュールにおいては、実装部品３ａの底面側に設けられたアース電極１５を積層体１の表面に設けられた凹部１６に形成するとともにその厚みを周囲に位置する表面電極６の厚みより大きく設定することで、アース電極１５の熱容量を大きくしている。これはアース電極１５の熱容量を大きくすることで、半導体素子を形成する実装部品３ａから生じる熱量とサーマルビア１７により放熱する熱量の差分を一旦熱容量が大きいアース電極１５に溜めることが出来るようになり、つまり熱のバッファとしての役割を果たすとともに、アース電極１５から積層体１内にも放熱作用が働くので、高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることができ、サーマルビア１７の本数を従来のものに比べて低減させることが可能となることから高周波スイッチモジュールの小型化が出来るのである。

なお、このアース電極１５の厚みを確保するために積層体１の表面に凹部を形成していることから、サーマルビア１７の長さがその深さ分短くなり、結果として半導体素子を形成する実装部品３ａとこの高周波スイッチモジュールが実装されるマザー基板（特に図示せず）とが近接することとなりさらに放熱効果を高められるのである。

また、サーマルビア１７の近傍に高周波回路の一部を形成する内部電極２ａを配置すれば、サーマルビア１７を介して放出される熱が誘電体を介して内部電極２ａにも伝わり、この内部電極２ａを介して積層体１の内部全体に配置された内部電極２にまで伝達されるので、積層体１内における熱の分散効率を高めることができ、さらに高周波スイッチモジュールの放熱効果を高めることが出来るのである。

さらに、サーマルビア１７はそもそもアース接続されるものであるから、その近傍に配置する内部電極２ａを図１に示す接地用コンデンサを形成する内部電極２ａとすることで、インダクタやストリップラインを形成する内部電極２をサーマルビア１７の近傍に配置するより高周波回路に対する影響を抑制できるので放熱に伴う高周波特性の劣化を抑制できるのである。

また、このような高周波スイッチモジュールは積層体１の下層部分にシールド対策としてアース接続用の内部電極２ｂが配置されるのが一般的であり、このシールド対策として設けられた内部電極２ｂにサーマルビア１７を接続することでさらに積層体１内における熱の分散効果を高めることが出来るのである。

さらに、各誘電体層１ａに設けられたサーマルビア１７の断面形状をそれぞれ円錐台状とすることで、図３に示されるような円柱状に設けたものに比べサーマルビア１７の表面積が増し、サーマルビア１７を介して放出される熱をさらに積層体１の内部に効率よく分散させることができるとともに、複数の誘電体層１ａ間に跨るサーマルビア１７全体の断面形状が略鋸刃状となることから、サーマルビア１７が積層体１に対してアンカー効果を生じ積層体１から抜け落ちることを防止できるのである。

なお、この実施形態においては電子部品の一例として高周波スイッチモジュールを挙げて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、積層体１の上面に半導体素子を形成する実装部品３ａを実装し内層部分において適宜高周波回路を形成する内部電極２，２ａを有するものにおいても同様の効果を奏するものである。

また、このような電子部品に用いられている半導体素子を形成する実装部品３ａが実装される複数の誘電体層１ａからなる積層体１の内層部分に高周波回路を形成する内部電極２，２ａ，２ｂを設けた多層基板においても、上述したような構成とすることで同様の効果が期待できるものである。

本発明に係る多層基板とこれを用いた電子部品及び高周波スイッチモジュールは、その放熱効果を高め小型化できるという効果を有し、通信機器などに用いられる半導体素子を実装した積層体からなる電子部品及び高周波スイッチモジュールに関して有用である。

本発明の高周波スイッチモジュールの回路図 同高周波スイッチモジュールを模式的に示す断面図 従来の電子部品を模式的に示す断面図

符号の説明

１ 積層体
１ａ 誘電体層
２，２ａ，２ｂ 内部電極
３ａ 実装部品（半導体素子）
６ 表面電極
７ 分波回路
８ スイッチ回路
９ フィルタ回路
１０ 増幅回路
１５ アース電極
１６ 凹部
１７ サーマルビア

Claims (15)

1. 複数の誘電体層からなる積層体と、この積層体の内層部分に設けられ所定の高周波回路を形成する内部電極と、前記積層体表面に設けられた表面電極と、前記積層体の表面に実装されるとともに前記表面電極に接続される半導体素子と、前記半導体素子の底面と対峙する前記積層体の表面に設けられるとともに前記積層体の内層部分に設けられたサーマルビアに接続されたアース電極とを備え、前記アース電極を前記積層体の表面に設けられた凹部に形成するとともに前記アース電極の厚みを前記表面電極の厚みより大きく設定したことを特徴とする電子部品。
2. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
4. サーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
5. 各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
6. 分波回路とスイッチ回路とフィルタ回路と増幅回路とからなり、前記分波回路および前記フィルタ回路は主としてコンデンサ、インダクタより構成され、前記増幅回路は主として半導体素子、コンデンサ、インダクタ、ストリップラインより構成され、前記スイッチ回路は主としてダイオード、コンデンサ、ストリップラインより構成され、前記コンデンサ、インダクタ、ストリップラインは主として複数の誘電体層からなる積層体の内層部分に設けられた内部電極で形成し、前記半導体素子及びダイオードは前記積層体の表面に設けられた表面電極に接続する構成であって、前記半導体素子の底面と対峙する前記積層体の表面に前記積層体内に設けられたサーマルビアに接続されたアース電極を設け、このアース電極を前記積層体の表面に設けられた凹部に形成するとともにその厚みを前記表面電極の厚みより大きく設定したことを特徴とする高周波スイッチモジュール。
7. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を形成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項６に記載の高周波スイッチモジュール。
8. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項７に記載の高周波スイッチモジュール。
9. サーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
10. 各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことを特徴とする請求項６に記載の電子部品。
11. 複数の誘電体層からなる積層体と、この積層体の内層部分に設けられ所定の高周波回路を形成する内部電極と、前記積層体表面に設けられた表面電極と、この表面電極に接続する半導体素子の底面と対峙する前記積層体の表面に設けられるとともに前記積層体の内層部分に設けられたサーマルビアに接続されたアース電極とを備え、前記アース電極を前記積層体の表面に設けられた凹部に形成するとともに前記アース電極の厚みを前記表面電極の厚みより大きく設定したことを特徴とする多層基板。
12. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の多層基板。
13. サーマルビアの近傍に高周波回路の一部を構成する接地用コンデンサを形成する内部電極を配置したことを特徴とする請求項１２に記載の多層基板。
14. サーマルビアに高周波回路の一部を構成するアースを形成する内部電極を接続したことを特徴とする請求項１１に記載の多層基板。
15. 各誘電体層に設けられたサーマルビアの断面形状をそれぞれ円錐台状としたことを特徴とする請求項１１に記載の多層基板。

Images