JP2023170889A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣにビアホールを形成することなく、半導体ＩＣにおける使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制できる高周波モジュールを提供する。【解決手段】半導体基板２１の表面側に機能素子部２２が形成されてなる半導体ＩＣ２０と、半導体ＩＣ２０を内部に収容する筐体１０と、を備え、筐体１０は、半導体ＩＣ２０が実装される金属製のＩＣ実装部１４を有し、ＩＣ実装部１４の表面側に少なくとも１つの筐体凹部１７が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波モジュールに関し、特に、ミリ波帯のＩＣ（Integrated Circuit）を実装搭載した高周波モジュールに関する。

ミリ波帯の半導体ＩＣを実現する場合、ＩＣチップの幅、長さ、及び厚さ寸法を、使用する周波数帯域の波長に対して十分小さくしないと、本来の信号伝搬路である配線での伝搬モード以外の不要な伝搬モード（以下、「基板モード」とも呼ぶ）が発生する。従来、基板モードの発生に起因する高周波特性の劣化を防ぐために、半導体ＩＣ内に複数のビアホールを設けることが行われている。

例えば、図１０に示すように、コンタクト８１、エアブリッジ８２，８３、コイル８４、薄膜抵抗８５、高電子移動度トランジスタ８６などのような複数の回路コンポーネントが、半導体基板８７の上面に形成された集積回路８０が知られている（例えば、特許文献１参照）。集積回路８０は、半導体基板８７の裏面から基板内に達する複数のバイア（ビア）を含む。

複数のバイアのいくつかは、半導体基板８７を完全に通って延びるバイア８８であり、半導体基板８７の上面の回路コンポーネントと電気的コンタクトを作るようになっている。複数のバイアのいくつかは、半導体基板８７の途中まで延びるバイア８９であり、半導体基板８７の上面の回路コンポーネントの反対側に配置され、半導体基板８７の少なくとも半分まで延びることを特徴とする。半導体基板８７での基板モードを抑制するのに必要なバイア８９の数は、シミュレーションに基づいて決定される。

また、モノリシックマイクロ波集積回路（Microwave Monolithic Integrated Circuit：ＭＭＩＣ）内に複数のビアホールを設けることで、基板モードの伝搬に関与する基板領域を削減して、基板モードの発生を抑圧する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特表２０１４－５２１２１１号公報

H. Hamada, T. Tsutsumi, H. Sugiyama, H. Matsuzaki, H.-J. Song, G. Itami, T. Fujimura, I. Abdo, K. Okada, and H. Nosaka, "Millimeter-wave InP Device Technologies for Ultra-high Speed Wireless Communications toward Beyond 5G", 2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)

しかしながら、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣ内部に多くのビアホールを設けると、半導体ＩＣに対して追加加工が必要となり、部品加工費が増加するという課題がある。また、半導体ＩＣ内部に多くのビアホールを設けると、半導体ＩＣを筐体に実装して動作させる場合に、筐体との熱膨張の差による応力で半導体ＩＣにクラックが発生し、信頼性劣化の原因となるという課題がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣにビアホールを形成することなく、半導体ＩＣにおける使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制できる高周波モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る高周波モジュールは、半導体基板の表面側に機能素子部が形成されてなる半導体ＩＣと、前記半導体ＩＣを内部に収容する筐体と、を備える高周波モジュールであって、前記筐体は、前記半導体ＩＣが実装される金属製のＩＣ実装部を有し、前記ＩＣ実装部における前記半導体ＩＣが実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部が形成された構成である。

この構成により、本発明に係る高周波モジュールは、金属製のＩＣ実装部における半導体ＩＣが実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部が形成されているため、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更することができる。これにより、本発明に係る高周波モジュールは、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣにビアホールを形成することなく、半導体ＩＣにおける使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

すなわち、本発明に係る高周波モジュールは、半導体ＩＣにおけるビアホール形成が不要であるため、部品加工費を削減できるとともに、ＩＣ実装部との熱膨張の差による応力で半導体ＩＣにクラックが発生して信頼性が劣化することを防ぐことができる。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記筐体凹部に電波吸収体が配置されている構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る高周波モジュールは、筐体凹部に電波吸収体が配置されているため、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更した上で、更に基板モードを吸収することができる。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記半導体ＩＣの平面視における形状が長方形であり、前記筐体凹部は、前記半導体ＩＣの平面視におけるいずれかの辺に平行な方向に延びる構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記筐体凹部の平面視における形状が長方形又は楕円形である構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記ＩＣ実装部の表面側に、深さの異なる複数の前記筐体凹部が形成された構成であってもよい。

これらの構成により、本発明に係る高周波モジュールは、筐体凹部の形状、位置、及び数を適切に設定することで、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記半導体ＩＣが、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）である構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、半導体基板の表面側に機能素子部が形成されてなる半導体ＩＣと、表面接地導体上に前記半導体ＩＣが実装されるＩＣ実装用基板と、前記半導体ＩＣ及び前記ＩＣ実装用基板を内部に収容する筐体と、を備える高周波モジュールであって、前記筐体は、前記半導体ＩＣが実装された前記ＩＣ実装用基板が実装される金属製のＩＣ実装部を有し、前記ＩＣ実装用基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に設けられた前記表面接地導体と、前記誘電体基板の裏面に設けられた裏面接地導体と、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホールと、を含み、前記ＩＣ実装部と前記ＩＣ実装用基板の前記裏面接地導体とが電気的に接続されるように、前記ＩＣ実装用基板が前記ＩＣ実装部に実装され、前記ＩＣ実装部における前記ＩＣ実装用基板が実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部が形成され、前記表面接地導体には、平面視における前記筐体凹部と重なる位置に、導体が形成されていない導体除去部が設けられている構成である。

この構成により、本発明に係る高周波モジュールは、半導体ＩＣが実装されるＩＣ実装用基板がＩＣ実装部の表面に設けられており、ＩＣ実装用基板の表面接地導体において、平面視における筐体凹部と重なる位置に、導体が形成されていない導体除去部が設けられた構成である。これにより、本発明に係る高周波モジュールは、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣにビアホールを形成することなく、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更して、半導体ＩＣにおける使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

また、本発明に係る高周波モジュールは、複数の前記筐体凹部が前記ＩＣ実装部に形成されている場合、隣り合う前記筐体凹部の間隔が、前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／４倍程度である構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記筐体凹部の幅又は長さが、前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／４倍程度である構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記筐体凹部の深さが、数μｍから前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／１００～１／１０倍程度である構成であってもよい。

また、本発明に係る高周波モジュールは、前記誘電体基板の表面側において、平面視における前記筐体凹部と重なる位置に基板凹部が形成された構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る高周波モジュールは、ＩＣ実装用基板の誘電体基板の表面側において、平面視における筐体凹部と重なる位置に基板凹部が形成された構成であってもよい。これにより、本発明に係る高周波モジュールは、筐体凹部、導体除去部、及び基板凹部の形状、位置、及び数を適切に設定することで、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

本発明は、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣにビアホールを形成することなく、半導体ＩＣにおける使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制できる高周波モジュールを提供するものである。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの構造を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの構造を示す部分断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの筐体凹部の一例を示す上面図である。 （ａ）はＩＣ実装部に筐体凹部が形成されていない場合の高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）はＩＣ実装部に図２の筐体凹部が形成されている場合の高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの筐体凹部の他の例を示す上面図である。 （ａ）はＩＣ実装部に筐体凹部が形成されていない場合の高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ｂ）はＩＣ実装部に図４の筐体凹部が形成されている場合の高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの要部の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの筐体凹部の他の例を示す上面図であって、（ａ）は平面視における形状が長方形である２つの筐体凹部が半導体ＩＣの短辺に平行な方向に延びて設けられる例を示しており、（ｂ）は平面視における形状が、長方形の角に丸みを設けた形状又は楕円形である３つの筐体凹部が半導体ＩＣの短辺に平行な方向に延びて設けられる例を示しており、（ｃ）は平面視における形状が長方形又は正方形である１つの筐体凹部が半導体ＩＣの短辺及び長辺に平行に設けられる例を示しており、（ｄ）は平面視における形状が長方形又は正方形である４つの筐体凹部が半導体ＩＣの短辺及び長辺に平行に設けられる例を示しており、（ｅ）は平面視における形状が円形又は楕円形である５つの筐体凹部がＩＣ実装部に設けられる例を示しており、（ｆ）は平面視における形状が半導体ＩＣの短辺及び長辺に平行である長方形又は正方形の領域に４つの突起部と１つの筐体凹部が設けられる例を示しており、（ｇ）は平面視における形状が長方形又は正方形である５つの筐体凹部が半導体ＩＣの短辺及び長辺に平行に設けられる例を示しており、（ｈ）は平面視における形状が半導体ＩＣの短辺及び長辺に平行である長方形又は正方形の領域に、深さの異なる３つの筐体凹部が設けられる例を示している。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの筐体凹部に電波吸収体が配置された例を示す上面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュールにおけるＩＣ実装用基板の上面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュールの要部の断面図である。 従来の集積回路の構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る高周波モジュールの実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の高周波モジュールは、例えばＷＲ－３帯域（２２０ＧＨｚ～３２０ＧＨｚ）を通過帯域とするＷＲ－３方形導波管に同軸ケーブルを介して接続されるようになっている。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの構成について、図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２を参照しながら説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の高周波モジュール１の上面図及び部分断面図である。図２は、本実施形態の高周波モジュール１の要部の上面図である。

図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、高周波モジュール１は、筐体１０と、半導体ＩＣ２０、入出力信号を伝送する入出力基板３０，４０、半導体ＩＣ２０の電源回路である単板コンデンサ５０、電源基板５１、ＳＭＴ（Surface Mount Technology）部品５２、電源端子５３、及び、各部品同士を電気的に接続するワイヤ６０と、を備えて構成したものである。

筐体１０は、半導体ＩＣ２０、入出力基板３０，４０、単板コンデンサ５０、電源基板５１、ＳＭＴ部品５２、電源端子５３、及びワイヤ６０を内部に収容するようになっている。筐体１０は、４つの側壁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ、並びに底壁１０ｅを有する。側壁１０ａ，１０ｂは、筐体１０の幅方向に延びており、互いに対向している。側壁１０ｃ，１０ｄは、筐体１０の長手方向に延びており、互いに対向している。４つの側壁１０ａ～１０ｄは、底壁１０ｅに立設している。

筐体１０は、全体が金属製であってもよく、少なくとも底壁１０ｅが金属製であってもよい。底壁１０ｅは、高周波グランド（ＲＦグランド）に接続されるようになっている。筐体１０全体、又は、底壁１０ｅを構成する金属は、例えばアルミニウムや真鍮である。

また、側壁１０ａ～１０ｄには、蓋部材１１を筐体１０の上部に取り付けるためのねじ穴１２が形成されている。蓋部材１１は、４つのねじ穴１２に挿通される４つのねじ１３により、筐体１０の上部に固定されるようになっている。筐体１０が蓋部材１１で塞がれることにより、筐体１０の内部が気密封止される。なお、図１（ａ）では、蓋部材１１の図示を省略している。

また、筐体１０は、半導体ＩＣ２０が実装されるＩＣ実装部１４と、入出力基板３０，４０がそれぞれ実装される基板実装部１５，１６と、を底壁１０ｅに有している。ＩＣ実装部１４における半導体ＩＣ２０が実装される表面側には、半導体ＩＣ２０の実効的な共振器長を変更して、基板モードの周波数を使用周波数帯域（例えば、ＷＲ－３帯域）外に変更するための少なくとも１つの筐体凹部１７が形成されている。

電源端子５３は、側壁１０ｃの一部に設けられており、電源基板５１の電源配線５４に接続されている。電源基板５１は、電源端子５３を介して高周波モジュール１の外部から供給される電力を、単板コンデンサ５０に好適な電圧に変換して供給するようになっている。ＳＭＴ部品５２は、電源基板５１に表面実装される各種電子部品である。

入出力基板３０，４０は、例えば、マイクロストリップ線路構造を成すものである。入出力基板３０は、誘電体基板３１と、誘電体基板３１の表面に設けられた配線３２と、誘電体基板３１の裏面に設けられた接地導体３３と、を含んでなる。同様に、入出力基板４０は、誘電体基板４１と、誘電体基板４１の表面に設けられた配線４２と、誘電体基板４１の裏面に設けられた接地導体４３と、を含んでなる。なお、入出力基板３０，４０は、マイクロストリップ線路構造に限定されず、コプレーナ線路構造又はグランデッドコプレーナ線路構造などの任意の線路構造を成すものであってもよい。誘電体基板３１，４１は、例えばＧａＡｓなどからなる半導体基板、アルミナ基板、樹脂製の基板、又は石英ガラス基板などの基板である。

基板実装部１５，１６と入出力基板３０，４０の各接地導体３３，４３との電気的な接続は、例えば、各接地導体３３，４３が、導電性の接着剤により基板実装部１５，１６に貼り付けられることによって実現できる。

半導体ＩＣ２０は、例えばミリ波帯に対応したＭＭＩＣであり、半導体基板２１と、半導体基板２１の表面側に形成された機能素子部２２と、半導体基板２１の表面に設けられた信号電極２３と、半導体基板２１の表面に設けられた接地電極２４と、半導体基板２１の裏面に設けられた接地導体２５と、を有する。半導体基板２１は、例えばＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、又はＳｉなどの任意の半導体材料からなるものであってよい。

半導体ＩＣ２０は、例えば増幅器、周波数変換器として機能する。半導体ＩＣ２０の平面視における形状は例えば長方形であり、半導体ＩＣ２０の幅は、例えば１ｍｍ～１．５ｍｍ程度である。機能素子部２２は、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、キャパシタ、及びインダクタのうちの少なくとも１種以上の半導体素子を含む。

半導体ＩＣ２０の信号電極２３は、例えばワイヤ６０によって、入出力基板３０，４０の配線３２，４２に電気的に接続される。また、半導体ＩＣ２０の接地電極２４は、例えばボンディングワイヤやビアホールなどを介した層間接続によって、入出力基板３０，４０の接地導体３３，４３や、筐体１０のＩＣ実装部１４に電気的に接続される。また、半導体ＩＣ２０の接地導体２５は、筐体１０のＩＣ実装部１４に電気的に接続される。

ＩＣ実装部１４と接地導体２５との電気的な接続は、例えば、接地導体２５が、導電性の接着剤によりＩＣ実装部１４に貼り付けられることによって実現できる。接地導体２５は、筐体１０のＩＣ実装部１４を介して少なくともＲＦグランドに接続されていればよく、バイアス電圧が印加される構成となっていてもよい。

筐体凹部１７は、ワイヤ６０を半導体ＩＣ２０の信号電極２３や接地電極２４にワイヤボンディングする位置には設けられないことが望ましい。これは、ワイヤボンディング箇所の真下に空隙があると、ワイヤボンディング時の超音波振動が各電極に伝わりにくくなり、ワイヤ６０の各電極への接続が困難になるためである。

半導体ＩＣ２０の信号電極２３及び接地電極２４と入出力基板３０，４０の配線３２，４２の上面の高さが同じになるように、ＩＣ実装部１４と基板実装部１５，１６の上面の高さには差が設けられていることが好ましい。半導体ＩＣ２０の信号電極２３及び接地電極２４と入出力基板３０，４０の配線３２，４２の上面の高さが等しければ、これらの電極と配線とを電気的に接続するワイヤ６０の長さを短くできるため、通過損失などの周波数特性の劣化を低減することができる。

側壁１０ａ，１０ｂには、同軸コネクタ６１，６２が取り付けられている。入出力基板３０，４０は、筐体１０の底壁１０ｅの上に固定された状態で、その表面に形成された配線３２，４２の一端側を同軸コネクタ６１，６２の各中心ピン６１ａ，６２ａにそれぞれ半田６３により接続されている。また、配線３２，４２の他端側と半導体ＩＣ２０の信号電極２３との間がワイヤ６０によりそれぞれ接続されている。

同軸コネクタ６１は、例えば、高周波信号を出力する信号源に同軸ケーブルを介して接続される。また、同軸コネクタ６２は、例えばＷＲ－３帯域を通過帯域とするＷＲ－３方形導波管に同軸ケーブルを介して接続されるようになっている。

上記の構成により、同軸コネクタ６１に入力された高周波信号は、半導体ＩＣ２０で信号処理された後に、同軸コネクタ６２から出力されて、不図示の同軸－導波管変換器を介してＷＲ－３方形導波管の中を伝搬する。

図２は、平面視における形状が長方形である３つの筐体凹部１７ａ～１７ｃが、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺に平行な方向に延びて設けられる例を示している。

ＩＣ実装部１４の幅及び長さは、それぞれ０．５６ｍｍ及び０．８４ｍｍである。３つの筐体凹部１７ａ～１７ｃの幅及び深さは、いずれも０．４６ｍｍ及び０．０１ｍｍである。筐体凹部１７ａ，１７ｃの長さは、いずれも０．１７ｍｍである。筐体凹部１７ｂの長さは、０．２０ｍｍである。また、３つの筐体凹部１７ａ～１７ｃは、ＩＣ実装部１４の両長辺から幅方向に０．０５ｍｍ内側にある。

筐体凹部１７ａは、ＩＣ実装部１４の入出力基板３０側の短辺から長さ方向に０．０５ｍｍ内側にある。筐体凹部１７ｃは、ＩＣ実装部１４の入出力基板４０側の短辺から長さ方向に０．０５ｍｍ内側にある。筐体凹部１７ａと筐体凹部１７ｂとの長さ方向の間隔、並びに、筐体凹部１７ｂと筐体凹部１７ｃとの長さ方向の間隔は、いずれも０．１０ｍｍである。

図３（ａ）は、ＩＣ実装部１４に筐体凹部１７が形成されていない（筐体凹部なしの）高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフである。一方、図３（ｂ）は、ＩＣ実装部１４に図２に示したサイズの筐体凹部１７が形成されている（筐体凹部ありの）本実施形態の高周波モジュール１の通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフである。

図３（ａ）に示すように、筐体凹部なしの構成では、２４０ＧＨｚ～２５０ＧＨｚ及び３００ＧＨｚ～３１０ＧＨｚに基板モードが発生し、通過損失Ｓ_２１が大きくなる特性が見られる。これに対して、図３（ｂ）に示すように、図２に示す筐体凹部１７ありの構成は、通過損失Ｓ_２１が使用周波数帯域にわたってなだらかに変化する良好な特性を実現できる。これは、ＩＣ実装部１４に筐体凹部１７を設けたことで、半導体ＩＣ２０の内部だけでなく、筐体凹部１７の空間の中を高周波の電波が通るようになったことにより、半導体ＩＣ２０の実効的な共振器長が変化して、半導体ＩＣ２０内で基板モードが発生することを防ぐことができたためと考えられる。

図４は、平面視における形状が長方形である２つの筐体凹部１７ｄ，１７ｅが、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における長辺に平行な方向に延びて設けられる例を示している。

ＩＣ実装部１４の幅及び長さは、それぞれ０．５６ｍｍ及び０．８４ｍｍである。筐体凹部１７ｄ，１７ｅの幅及び深さは、いずれも０．１８ｍｍ及び０．０１ｍｍである。筐体凹部１７ｄ，１７ｅの長さは、いずれも０．７４ｍｍである。また、筐体凹部１７ｄ，１７ｅは、ＩＣ実装部１４の両長辺から幅方向に０．０５ｍｍ内側にあるとともに、ＩＣ実装部１４の両短辺から幅方向に０．０５ｍｍ内側にある。筐体凹部１７ｄと筐体凹部１７ｅとの幅方向の間隔は、０．１０ｍｍである。

図５（ａ）は、ＩＣ実装部１４に筐体凹部１７が形成されていない（筐体凹部なしの）高周波モジュールの通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフであり、図３（ａ）に示したグラフと同一である。一方、図５（ｂ）は、ＩＣ実装部１４に図４に示したサイズの筐体凹部１７が形成されている（筐体凹部ありの）本実施形態の高周波モジュール１の通過損失Ｓ_２１のシミュレーション結果を示すグラフである。

図５（ａ）に示すように、筐体凹部なしの構成では、２４０ＧＨｚ～２５０ＧＨｚ及び３００ＧＨｚ～３１０ＧＨｚに基板モードが発生し、通過損失Ｓ_２１が大きくなる特性が見られる。これに対して、図５（ｂ）に示すように、図４に示す筐体凹部１７ありの構成は、これらの基板モードの周波数を２３０ＧＨｚ以下及び３１０ＧＨｚ以上に移動させることで良好な特性を実現できる。

なお、図１（ｂ）には、半導体ＩＣ２０の信号電極２３及び接地電極２４と入出力基板３０，４０の配線３２，４２の上面の高さを合わせるために、ＩＣ実装部１４と基板実装部１５，１６の上面の高さに差を設ける例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、ＩＣ実装部１４と基板実装部１５，１６の上面の高さを同一とし、ＩＣ実装部１４に筐体凹部１７を設けることで基板モードの発生を防ぐようにしてもよい。

また、以上の説明では、筐体凹部１７は半導体ＩＣ２０の平面視における辺に対して平行に設けられるとしたが、筐体凹部１７は半導体ＩＣ２０の平面視における辺に対して斜めに設けられてもよい。

また、以上の説明では筐体凹部１７の平面視における形状が長方形である例を示したが、本発明はこれに限定されず、筐体凹部１７の形状、位置、及び数は、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制できる形状、位置、及び数であればいかなるものであってもよい。図７（ａ）～（ｈ）に筐体凹部１７の平面視における形状の他の例を示す。

図７（ａ）は、平面視における形状が長方形である２つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺に平行な方向に延びて設けられる例を示している。

図７（ｂ）は、平面視における形状が長方形の角に丸みを設けた形状又は楕円形である３つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺に平行な方向に延びて設けられる例を示している。

図７（ｃ）は、平面視における形状が長方形又は正方形である１つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺及び長辺に平行に設けられる例を示している。

図７（ｄ）は、平面視における形状が長方形又は正方形である４つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺及び長辺に平行に設けられる例を示している。

図７（ｅ）は、平面視における形状が円形又は楕円形である５つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に設けられる例を示している。

図７（ｆ）は、平面視における形状が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺及び長辺に平行である長方形又は正方形の領域に、４つの突起部１８と、４つの突起部１８を取り囲む１つの筐体凹部１７が設けられる例を示している。例えば、突起部１８の上面と、ＩＣ実装部１４の他の箇所の上面とは面一である。

図７（ｇ）は、平面視における形状が長方形又は正方形である５つの筐体凹部１７が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺及び長辺に平行に設けられる例を示している。中央の筐体凹部１７の４つの角には、他の筐体凹部１７の角が接しており、５つの筐体凹部１７全体で市松模様のようなパターンを成している。

図７（ｈ）は、平面視における形状が、ＩＣ実装部１４に実装される半導体ＩＣ２０の平面視における短辺及び長辺に平行である長方形又は正方形の領域に、２つの筐体凹部１７と、２つの筐体凹部１７に挟まれた１つの筐体凹部１７が設けられる例を示している。例えば、中央の筐体凹部１７の深さは、他の２つの筐体凹部１７の深さよりも浅いか又は深くなっている。あるいは、３つの筐体凹部１７の全ての深さが異なっていてもよい。

筐体凹部１７の内部は空気で満たされていてもよいが、例えば図８に示すように、基板モードの周波数の電波を吸収する電波吸収体１９が筐体凹部１７の内部の少なくとも一部に配置されてもよい。あるいは、誘電体が筐体凹部１７の内部の少なくとも一部に配置されてもよい。誘電体を筐体凹部１７に配置することにより、実効的な共振器長を変更して、基板モードの周波数を変更することができる。

なお、複数の筐体凹部１７がＩＣ実装部１４に形成されている場合、隣り合う筐体凹部１７の間隔は、例えば半導体ＩＣ２０の動作周波数帯域（使用周波数帯域）の波長の１／４倍程度であってもよい。また、各筐体凹部１７の幅又は長さは、例えば半導体ＩＣ２０の動作周波数帯域の波長の１／４倍程度であってもよい。また、各筐体凹部１７の深さは、例えば数μｍから半導体ＩＣ２０の動作周波数帯域の波長の１／１００～１／１０倍程度までであってもよい。

なお、以上の説明では、同軸コネクタや同軸ケーブルで導波管との接続を行う例を示したが、ＭＭＩＣ上や配線に導波管との変換部を設けて同軸コネクタや同軸ケーブルを用いない構成としてもよいことは言うまでもない。

以上説明したように、本実施形態に係る高周波モジュール１は、金属製のＩＣ実装部１４における半導体ＩＣ２０が実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部１７が形成されているため、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更することができる。これにより、本実施形態に係る高周波モジュール１は、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣ２０にビアホールを形成することなく、半導体ＩＣ２０における使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

すなわち、本実施形態に係る高周波モジュール１は、半導体ＩＣ２０におけるビアホール形成が不要であるため、部品加工費を削減できるとともに、ＩＣ実装部１４との熱膨張の差による応力で半導体ＩＣ２０にクラックが発生して信頼性が劣化することを防ぐことができる。

また、本実施形態に係る高周波モジュール１は、筐体凹部１７に電波吸収体１９が配置されているため、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更した上で、更に基板モードを吸収することができる。

また、本実施形態に係る高周波モジュール１は、筐体凹部１７の形状、位置、及び数を適切に設定することで、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュール２について、図９（ａ）～（ｃ）を参照しながら説明する。図９（ａ）は、本実施形態の高周波モジュール２におけるＩＣ実装用基板７０の上面図である。図９（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態の高周波モジュール２の要部の断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図９（ｂ）に示すように、本実施形態の高周波モジュール２は、第１の実施形態の高周波モジュール１の構成に加えて、表面接地導体７２上に半導体ＩＣ２０が実装されるＩＣ実装用基板７０が、ＩＣ実装部１４と半導体ＩＣ２０の間に設けられている。

すなわち、本実施形態においては、筐体１０は、半導体ＩＣ２０、ＩＣ実装用基板７０、入出力基板３０，４０、単板コンデンサ５０、電源基板５１、ＳＭＴ部品５２、電源端子５３、及びワイヤ６０を内部に収容するようになっている。また、筐体１０のＩＣ実装部１４は、半導体ＩＣ２０が実装されたＩＣ実装用基板７０を実装するようになっている。

筐体凹部１７は、第１の実施形態と同様に、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制できる形状、位置、及び数で、ＩＣ実装部１４におけるＩＣ実装用基板７０が実装される表面側に形成されていればよい。

図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＩＣ実装用基板７０は、誘電体基板７１と、誘電体基板７１の表面に設けられた表面接地導体７２と、誘電体基板７１の裏面に設けられた裏面接地導体７３と、表面接地導体７２と裏面接地導体７３を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール７４と、を含んでなる。誘電体基板７１は、例えばＧａＡｓなどからなる半導体基板、アルミナ基板、樹脂製の基板、又は石英ガラス基板などの基板である。

導通ビアホール７４は、誘電体基板７１の表面から裏面に貫通するように、誘電体基板７１をドリルやレーザ等で穴開けすることによって形成される。導通ビアホール７４の穴の断面形状は、円、楕円、正方形、又は長方形などの任意の形状であってよい。導通ビアホール７４は、その内壁面に金や銅などの導電性材料が蒸着されるか、あるいは、導電性材料が埋め込まれることにより、表面接地導体７２と裏面接地導体７３を導通させるようになっている。

表面接地導体７２には、平面視における筐体凹部１７と重なる位置に、導体が形成されていない導体除去部７５が設けられている。導体除去部７５の真下に存在する誘電体基板７１の部分と、筐体凹部１７内部の空気層との組合せは、半導体ＩＣ２０の実効的な共振器長を変更して、基板モードの周波数を使用周波数帯域外に変更するように機能する。なお、基板モードの周波数を使用周波数帯域外に変更できる構成であれば、導体除去部７５は平面視における筐体凹部１７と同じ位置に配置されていてもいなくてもよい。

さらに、図９（ｃ）に示すように、誘電体基板７１の表面側において、平面視における筐体凹部１７と重なる位置に基板凹部７６が形成されていてもよい。この場合には、基板凹部７６内部の空気層、導体除去部７５の真下に存在する誘電体基板７１の部分、及び筐体凹部１７内部の空気層の組合せが、半導体ＩＣ２０の実効的な共振器長を変更して、基板モードの周波数を使用周波数帯域外に変更するように機能する。なお、基板モードの周波数を使用周波数帯域外に変更できる構成であれば、基板凹部７６は平面視における筐体凹部１７と同じ位置に配置されていてもいなくてもよい。

ＩＣ実装用基板７０は、裏面接地導体７３とＩＣ実装部１４が電気的に接続されるように、ＩＣ実装部１４に実装される。ＩＣ実装部１４とＩＣ実装用基板７０の裏面接地導体７３との電気的な接続は、例えば、ＩＣ実装用基板７０の裏面接地導体７３が、導電性の接着剤によりＩＣ実装部１４に貼り付けられることによって実現できる。また、ＩＣ実装用基板７０の表面接地導体７２と半導体ＩＣ２０の接地導体２５との電気的な接続は、例えば、半導体ＩＣ２０の接地導体２５が、導電性の接着剤によりＩＣ実装用基板７０の表面接地導体７２に貼り付けられることによって実現できる。

以上説明したように、本実施形態に係る高周波モジュール２は、半導体ＩＣ２０が実装されるＩＣ実装用基板７０がＩＣ実装部１４の表面に設けられており、ＩＣ実装用基板７０の表面接地導体７２において、平面視における筐体凹部１７と重なる位置に、導体が形成されていない導体除去部７５が設けられた構成である。これにより、本実施形態に係る高周波モジュール２は、ＭＭＩＣなどの半導体ＩＣ２０にビアホールを形成することなく、基板モードの周波数を制御して使用周波数帯域外に変更して、半導体ＩＣ２０における使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る高周波モジュール２は、ＩＣ実装用基板７０の誘電体基板７１の表面側において、平面視における筐体凹部１７と重なる位置に基板凹部７６が形成された構成であってもよい。これにより、本実施形態に係る高周波モジュール２は、筐体凹部１７、導体除去部７５、及び基板凹部７６の形状、位置、及び数を適切に設定することで、使用周波数帯域内での基板モードの発生を抑制することができる。

１，２ 高周波モジュール
１０ 筐体
１４ ＩＣ実装部
１５，１６ 基板実装部
１７，１７ａ～１７ｅ 筐体凹部
１９ 電波吸収体
２０ 半導体ＩＣ
２１ 半導体基板
２２ 機能素子部
７０ ＩＣ実装用基板
７１ 誘電体基板
７２ 表面接地導体
７３ 裏面接地導体
７４ 導通ビアホール
７５ 導体除去部
７６ 基板凹部

Claims (11)

1. 半導体基板（２１）の表面側に機能素子部（２２）が形成されてなる半導体ＩＣ（２０）と、
   前記半導体ＩＣを内部に収容する筐体（１０）と、を備える高周波モジュール（１）であって、
   前記筐体は、前記半導体ＩＣが実装される金属製のＩＣ実装部（１４）を有し、
   前記ＩＣ実装部における前記半導体ＩＣが実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部（１７）が形成されたことを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記筐体凹部に電波吸収体（１９）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記半導体ＩＣの平面視における形状が長方形であり、
   前記筐体凹部は、前記半導体ＩＣの平面視におけるいずれかの辺に平行な方向に延びることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波モジュール。
4. 前記筐体凹部の平面視における形状が長方形又は楕円形であることを特徴とする請求項３に記載の高周波モジュール。
5. 前記ＩＣ実装部の表面側に、深さの異なる複数の前記筐体凹部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の高周波モジュール。
6. 前記半導体ＩＣが、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波モジュール。
7. 半導体基板（２１）の表面側に機能素子部（２２）が形成されてなる半導体ＩＣ（２０）と、
   表面接地導体（７２）上に前記半導体ＩＣが実装されるＩＣ実装用基板（７０）と、
   前記半導体ＩＣ及び前記ＩＣ実装用基板を内部に収容する筐体（１０）と、を備える高周波モジュール（２）であって、
   前記筐体は、前記半導体ＩＣが実装された前記ＩＣ実装用基板が実装される金属製のＩＣ実装部（１４）を有し、
   前記ＩＣ実装用基板は、誘電体基板（７１）と、前記誘電体基板の表面に設けられた前記表面接地導体と、前記誘電体基板の裏面に設けられた裏面接地導体（７３）と、前記表面接地導体と前記裏面接地導体を電気的に接続する少なくとも１つの導通ビアホール（７４）と、を含み、
   前記ＩＣ実装部と前記ＩＣ実装用基板の前記裏面接地導体とが電気的に接続されるように、前記ＩＣ実装用基板が前記ＩＣ実装部に実装され、
   前記ＩＣ実装部における前記ＩＣ実装用基板が実装される表面側に少なくとも１つの筐体凹部が形成され、
   前記表面接地導体には、平面視における前記筐体凹部と重なる位置に、導体が形成されていない導体除去部（７５）が設けられていることを特徴とする高周波モジュール。
8. 複数の前記筐体凹部が前記ＩＣ実装部に形成されている場合、隣り合う前記筐体凹部の間隔が、前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／４倍程度であることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の高周波モジュール。
9. 前記筐体凹部の幅又は長さが、前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／４倍程度であることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の高周波モジュール。
10. 前記筐体凹部の深さが、数μｍから前記半導体ＩＣの動作周波数帯域の波長の１／１００～１／１０倍程度であることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の高周波モジュール。
11. 前記誘電体基板の表面側において、平面視における前記筐体凹部と重なる位置に基板凹部（７６）が形成されたことを特徴とする請求項７に記載の高周波モジュール。

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