JP2010199392A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張率の差により発生する歪みを緩和し機械的ストレスを十分除去することが可能で信頼性の高い、高周波モジュールを提供する。
【解決手段】高周波モジュールは、導電性基板１０と、この導電性基板の上に固着され、上面で一線状に入力ストリップライン１６ｉ及び出力ストリップライン１６ｏが設けられた誘電体基板１１と、入力電極１２ｉ及び出力電極１２ｏを有し前記誘電体基板の上で前記入力ストリップラインと前記出力ストリップラインの間に固定された表面実装部品１３と、を備え、前記入力ストリップラインは前記入力電極と第１の溝を跨いで接続され、前記出力ストリップラインは前記出力電極と第２の溝を跨いで接続されて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波モジュールの構造に係り、アルミ板に誘電体基板を固定しその上に表面実装部品を有するマイクロ波モジュールに関する。

高周波モジュールでは、通常、裏面にアルミニウム等の導電性基板を接着した誘電体基板の上に、表面実装部品を固定する。このようなモジュールは使用により高温になることが多い。高温になると、互いに接着された導電性基板と誘電体基板、誘電体基板と表面実装部品の境界に熱膨張率の差により機械的なストレスが生ずる。このような温度の高低が繰り返されるとクラックや破壊などが生じてしまい、長期にわたる信頼性に問題があった。

この問題を図面により説明する。図３（Ａ）のａ−ａ´に示す断面図である図３（Ｂ）において、誘電体基板３１は、その裏面においてアルミニウム板３３に熱圧着などで接合される。誘電体基板３１上には、高周波信号が入力等される入力電極３５ｉ、出力電極３５ｏ、及び接地電極３５ｇを有する、表面実装部品３７が載置、固定される。表面実装部品３７は、高周波のパワー半導体などを内蔵する。

誘電体基板３１上に設けられた入力ストリップライン３８ｉの一端に、上記表面実装部品３７の入力電極３５ｉが半田付けにより接続固定され、出力ストリップライン３８ｏの一端に、表面実装部品３７の出力電極３５ｏが接続されている。

表面実装部品３７の接地電極３５ｇは、誘電体基板３１上で、入力ストリップライン３８ｉと出力ストリップライン３８ｏの間に設けられた接地ストリップライン３８ｇに接続されている。接地ストリップライン３８ｇは、図３（Ａ）に示すようにスルーホール３９内のリード線によりアルミニウム板３３に接続されている。

このような構造を有する高周波モジュールが使用されるとこれら各部の温度が上昇し、その接続固定位置において、熱膨張率の差により各部に機械的ストレスが生ずる。特に、誘電体基板３１とアルミニウム板３３は熱膨張率の差が大きくしかも、両者は広い範囲で固定されているので、その境界において大きな機械的ストレスが生じ、クラックを生じたり破壊等が生じやすい。

なお、特許文献１には、温度変化による熱膨張率の差によって生ずるひずみを吸収する溝（スリット）を設けた、熱膨張率の異なる部材同士の固定構造が開示されている。しかし、このように一部にのみ溝を設けても歪みを十分吸収することができない。

特開２００８−１９２７５５号公報

本発明は上述のような熱膨張率の差により発生する歪みを緩和し機械的ストレスを十分除去することが可能で信頼性の高い、高周波モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１によれば、導電性基板と、この導電性基板の上に固着され、上面で一線状に入力ストリップライン及び出力ストリップラインを設けられた誘電体基板と、入力電極及び出力電極を有し前記誘電体基板の上で前記入力ストリップラインと前記出力ストリップラインの間に固定された表面実装部品と、を備え、前記入力ストリップラインは前記入力電極と第１の溝を跨いで接続され、前記出力ストリップラインは前記出力電極と第２の溝を跨いで接続されて成ることを特徴とする高周波モジュールを提供する。

本発明によれば、熱膨張率の差により発生する歪みを緩和し機械的ストレスを十分除去することが可能な、信頼性の高い高周波モジュールが得られる。

本発明の一実施形態に係る高周波モジュール内部の平面図及び断面図である。 本発明の他の実施形態に係る平面図である。 従来の高周波モジュールの一例の内部の平面図及び断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１（Ａ）に本発明一実施形態の高周波モジュール内部の平面図を示し、図１（Ｂ）にこの実施形態の図１（Ａ）ｂ−ｂ´における断面図を示す。

この高周波モジュールは、導電性基板１０と、例えばセラミックにより構成され裏面に例えば熱圧着により導電性基板１０を接合された誘電体基板１１と、この誘電体基板１１の上に載置固定され、下面に入力電極１２ｉ，出力電極１２ｏ及び接地電極１２ｇを有する表面実装部品１３とを有する。表面実装部品１３にはパワー半導体素子などが内蔵されている。

導電性基板１０の上に設けられている誘電体基板１１は、図１（Ａ）に示すように表面実装部品１３が設けられる部分を取り囲む溝１４を有する。したがって、誘電体基板１１は、点線で示す表面実装部品１３がその上に設けられる正方形状の島状部１５ａと、島状部１５ａから所定間隔離されてこの島状部１５ａを取り囲む角穴残部１５ｂとから成る。溝１４の幅は好ましくは０．０５ｍｍから０．１５ｍｍ程度、更に好ましくは０．１ｍｍ程度であればよい。

図１（Ａ）に示すように、誘電体基板１１の角穴残部１５ｂ上面には島状部１５ａに向かってほぼ一線状に各々直線形状の入力ストリップライン１６ｉ及び同様形状の出力ストリップライン１６ｏが設けられる。誘電体基板１１の島状部１５ａ中央上面には、接地ストリップライン１６ｇが設けられる。接地ストリップライン１６ｇには、２つのスルーホール１７ａ，１７ｂが上記入力ストリップライン１６ｉと出力ストリップライン１６ｏの一線に対してほぼ直角に設けられる。スルーホール１７ａ，１７ｂは誘電体基板１１内に垂直に設けられその内部に導体が設けられている。

入力ストリップライン１６ｉと出力ストリップライン１６ｏの一線上で、上記島状部１５ａ上の接地ストリップライン１６ｇの両側には、接続ストリップライン１８ｉ，１８ｏが設けられる。入力ストリップライン１６ｉと接続ストリップライン１８ｉは、溝１４を跨いで銅箔１９ｉにより接続され、出力ストリップライン１６ｏと接続ストリップライン１８ｏは、溝１４を跨いで銅箔１９ｏにより接続される。

半田付けなどにより、表面実装部品１３の入力電極１２ｉは接続ストリップライン１８ｉに接続され、出力電極１２ｏは接続ストリップライン１８ｏに接続される。また、表面実装部品１３の接地電極１２ｇは、半田付けなどにより、接地ストリップライン１６ｇに接続される。したがって、接地電極１２ｇは、スルーホール１７ａ，１７ｂを介して導電性基板１０に接地されることになる。

例えば、表面実装部品１３はセラミック製であり、誘電体基板１１はテフロン（登録商標）製であり、入出力ストリップライン１６ｉ，１６ｏは銅製である。誘電体基板１１は、エポキシ樹脂やテフロン（登録商標）とガラスであってもよく、またガラスとエポキシ樹脂とセラミックであってもよい。図示していないがこの高周波モジュールは通常、パッケージに内蔵され気密封止される。

この高周波モジュールの入力ストリップライン１６ｉにより伝送されてきた高周波信号は、銅箔１９ｉ及び接続ストリップライン１８ｉを介して、入力電極１２ｉに入力され、表面実装部品１３内で増幅など電気的に処理される。電気的処理された高周波信号は出力電極１２ｏから出力され接続ストリップライン１８ｏを介して、銅箔１９ｏを伝って出力ストリップライン１６ｏに伝送される。

上記実施形態では、接続ストリップライン１８ｉ，１８ｏと入力ストリップライン１６ｉ、出力ストリップライン１６ｏは銅箔１９ｉ，１９ｏにより接続されていた。しかし、本発明において銅箔に接続する場合に限られず、一般的にはリード線により、これらのストリップラインを接続すればよい。

上述のような高周波パッケージによれば、導電性基板１０上において、誘電体基板１１の表面実装部品１３が載置される島状部１５ａと角穴残部１５ｂとは溝１４により分離固定されている。したがって、導電性基板１０と誘電体基板１１の間の熱膨張率の差による、機械的ストレスは、溝１４によって平面的で二次元的に緩和されるので、機械的ストレスを十分緩和することが可能となる。

また、溝１４が機械的ストレスを緩和するとき、この溝１４の幅が狭くなったり広くなったりする。これに対して、図１（Ｂ）に示すように銅箔１９ｉ，１９ｏを例えば上方に曲げておけば、この銅箔が切れたり、接続が不完全になるようなことはない。

なお、上記実施形態では、誘電体基板１１に設けた溝１４の幅は、入力ストリップライン１６ｉと出力ストリップライン１６ｏを延長する方向（Ｘ軸）と平行な方向の幅Ｗｘとこの方向に垂直な方向（Ｙ軸）の幅Ｗｙを同一として説明した。しかし、このような高周波モジュールはＸ軸方向に長い長方形状を有することが多い。そこでこのＸ軸方向の幅ＷｘをＹ軸方向の幅よりも広くする（Ｗｘ＞Ｗｙ）ことも可能である。すなわち、Ｙ軸方向に設けられる第１の溝、第２の溝の幅（Ｗｘ）を、これらの溝を接続する部分の溝（Ｘ軸方向の溝）の幅Ｗｙよりも広くする。

Ｙ軸方向の導電性基板１０と誘電体基板１１の固定部分の長さは、Ｘ軸方向の導電性基板１０と誘電体基板１１の固定部分の長さに比して、短く、したがってこれらの熱膨張率の差に基づくＹ軸方向の機械的ストレスは、Ｘ軸方向の機械的ストレスに比して小さいからである。

上記実施形態では、溝は矩形状をしていたが、本発明は溝の形状は矩形に限られず、表面実装部品を取り囲むならば、円や楕円そのほか任意の形状であってよい。

ところで上記実施形態においては、図１（Ａ）に示すように、誘電体基板の表面実装部品１３が載置される部分は完全に分離されていた。しかし本発明においては、入力ストリップラインと出力ストリップラインが接続ストリップラインに接続される方向に少なくとも溝が設けられていればよい。これは、高周波モジュールは、通常、入力ストリップラインと出力ストリップラインの延長方向に長い長方形状を有する場合が多く、この場合には、この方向と垂直な方向は短いので、熱膨張率差による機械的ストレスは比較的少なくてすむからである。このような他の実施形態の平面図を図２に示す。この実施形態の断面図は図１（Ｂ）と同じである。

図２において、誘電体基板２１は図１（Ａ）（Ｂ）に示す誘電体基板１１に対応し、表面実装部品２３は、表面実装部品１３に対応する。

また溝２４ａ，２４ｂは溝１４に、入力ストリップライン２６ｉ，出力ストリップライン２６ｏ，接地ストリップライン２６ｇは各々、図１（Ａ）（Ｂ）における、入力ストリップライン１６ｉ，出力ストリップライン１６ｏ，接地ストリップライン１６ｇに対応する。接続ストリップライン２８ｉ，２８ｏは接続ストリップライン１８ｉ，１８ｏに対応し、銅箔２９ｉ，２９ｏは銅箔１９ｉ，１９ｏに対応する。

図示していないが、表面実装部品２３の入力電極、出力電極、接地電極は、各々接続ストリップライン２８ｉ，接続ストリップライン２８ｏ、接地ストリップライン２６ｇに接続される。

この実施形態の高周波モジュールは、Ｘ軸方向に長い形状を有しており、誘電体基板と導電体基板の熱膨張率の差による機械的ストレスは、Ｙ軸方向においては小さいが、Ｘ軸方向においては大きい。この実施形態によれば、Ｘ軸方向に大きい熱膨張率の差による機械的ストレスを緩和することができる効果がある。

本発明は上記実施形態に限られず種々変形して実施可能であり、それらの変形は本発明の技術思想を用いる限り、本発明に含まれる。

１０・・・導電性基板、
１１，３１・・・誘電体基板、
１２ｉ，３５ｉ・・・入力電極、
１２ｏ，３５ｏ・・・出力電極、
１２ｇ，３５ｇ・・・接地電極、
１３，３７・・・表面実装部品、
１４・・・溝、
１５ａ・・・島状部、
１５ｂ・・・角穴残部、
１６ｉ，２６ｉ，３８ｉ・・・入力ストリップライン、
１６ｏ，２６ｏ，３８ｏ・・・出力ストリップライン、
１６ｇ，２６ｇ，３８ｇ・・・接地ストリップライン、
１８ｉ，１８ｏ，２８ｉ，２８ｏ・・・接続ストリップライン、
３３・・・アルミニウム板、
１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，３９・・・スルーホール、
１９ｉ，１９ｏ，２９ｉ，２９ｏ・・・銅箔。

Claims (8)

1. 導電性基板と、この導電性基板の上に固着され、上面で一線状に入力ストリップライン及び出力ストリップラインを設けられた誘電体基板と、入力電極及び出力電極を有し前記誘電体基板の上で前記入力ストリップラインと前記出力ストリップラインの間に固定された表面実装部品と、を備え、
   前記入力ストリップラインは前記入力電極と第１の溝を跨いで接続され、前記出力ストリップラインは前記出力電極と第２の溝を跨いで接続されて成ることを特徴とする高周波モジュール。
2. 導電性基板と、この導電性基板の上に固着され、上面で一線状に入力ストリップライン及び出力ストリップラインを設けられた誘電体基板と、入力電極及び出力電極を有し前記誘電体基板の上に固定された表面実装部品と、を備え、
   前記誘電体基板は前記表面実装部品の設けられた位置の周囲に溝を備え、前記入力ストリップラインは前記入力電極と前記溝を跨いで接続され、前記出力ストリップラインは前記出力電極と前記溝を跨いで接続されて成ることを特徴とする高周波モジュール。
3. 前記溝は、前記入力ストリップライン及び前記出力ストリップラインの形成する一線に平行な部分の幅よりもこの一線に垂直な方向の幅が広いことを特徴とする請求項２記載の高周波モジュール。
4. 表面実装部品と、
   この表面実装部品の入力電極及び出力電極に各々接続される一対の接続ストリップライン、この一対の接続ストリップラインの各々にリード線により第１の溝及び第２の溝を跨いで接続される入力ストリップライン及び出力ストリップラインを表面に有する誘電体基板と、
   この誘電体基板の裏面に固着された導電性基板と、
   を有することを特徴とする高周波モジュール。
5. 前記リード線は屈曲して設けられていることを特徴とする請求項４記載の高周波モジュール。
6. 前記第１の溝及び前記第２の溝は、前記表面実装部品を囲むようにつながって形成されていることを特徴とする請求項５記載の高周波モジュール。
7. 前記第１の溝及び前記第２の溝はこれらの溝を接続する溝の部分よりも広く形成されてなることを特徴とする請求項６記載の高周波モジュール。
8. 前記導電性基板はアルミニウム製であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１に記載の高周波モジュール。

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