JP3083281B2 - 高周波電力増幅モジュール - Google Patents

高周波電力増幅モジュール

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JP3083281B2 JP35197497A JP35197497A JP3083281B2 JP 3083281 B2 JP3083281 B2 JP 3083281B2 JP 35197497 A JP35197497 A JP 35197497A JP 35197497 A JP35197497 A JP 35197497A JP 3083281 B2 JP3083281 B2 JP 3083281B2
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    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電力増幅モ
ジュールに関する。 【0002】 【従来の技術】最近、用途の多様化により移動時又は移
動中での通信が重要になっている。移動通信の手段とし
ては、無線方式が優れており、特にアンテナ寸法の縮小
化が可能なVHF−UHF−Lバンドは使用し易いとい
う特徴を有する。このような移動通信の中で、携帯用無
線は小型、軽量が強く要求されている。このため、通信
機の中の重量増大に関与する駆動段や最終段の電力増幅
器は極めて重要な位置を占めている。 【0003】ところで、従来の代表的な高周波電力増幅
モジュールとしては図3に示す構造のものが知られてい
る。即ち、図中の1は銅からなるヒートシンクであり、
このヒートシンク1には地導体層2が形成されている。
この地導体層2上には、セラミックサブアセンブリ3が
半田を介して接合されている。このセラミックサブアセ
ンブリ3は、前記地導体層2に半田を介して接合される
例えばアルミナ板4及び半導体チップの実装個所に位置
する熱伝導性の良好なベリリア(BeO)板4を備えて
いる。これらアルミナ板4及びベリリア板5の表面には
回路導体6a〜6eが形成されている。これら回路基板
6a〜6eのうちの回路導体6c,6eは、前記アルミ
ナ板4の上下方向に形成されたスルーホール7a,7b
を通して前記地導体層2に結線されている。前記ベリリ
ア体5の回路導体6b上には、半導体チップ例えば高出
力トランジスタ8が半田層を介してダイボンディングさ
れている。このトランジスタ8の電極( 図示せず) と前
記回路導体(例えば6a,6b)とは、ワイヤ9のボン
ディングにより接続されている。また、前記回路導体6
eにはモジュールを外部回路と接続するためのリード1
0が半田層11を介して接続されている。 【0004】しかしながら、上述した図3に示す従来の
高周波電力増幅モジュールではヒートシンク1とトラン
ジスタ8が実装されたアルミナ板4及びベリリア板5等
を備えるセラミックサブアセンブリ3とを半田付けする
際、230〜260°Cの高温に曝されるため、それら
金属セラミックとの熱膨張差によって半田付けの終了後
の冷却時にモジュール全体にそりが発生したり、アルミ
ナ板4及びベリリア板5が割れたりする問題があった。
モジュール全体に反りが発生すると、モジュールの搭載
時、熱抵抗が増大して性能及び信頼性の低下を招く。ま
た、上記反りや割れ発生はヒートサイクル、パワーサイ
クル等の信頼性の上でも問題となる。さらに、ヒートシ
ンク1へのアルミナ板4やベリリア板5の半田付けの作
業は繁雑で、かつ構造の複雑化、部品点数の増加の要因
となるため、コストの上昇を招く問題がある。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたもので、全体の反りやセラミ
ックの割れ発生がなく、構造が極めて簡単な高性能、高
信頼性で安価な高周波電力増幅モジュールを提供しよう
とするものである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、窒化
アルミニウムからなるヒートシンクおよび窒化アルミニ
ウム層からなる窒化アルミニウムからなるセラミック基
板と、前記ヒートシンクおよび窒化アルミニウム層の間
に設けられた地導体層と、前記基板表面に設けられ、一
部が前記地導体層と結線される複数の回路導体と、これ
ら回路導体のうちの所望の回路導体に実装された高周波
電力増幅用半導体チップとを具備した高周波電力増幅モ
ジュールであって、前記地導体層から前記ヒートシンク
の裏面に達する挿入穴を有する高周波電力増幅モジュー
ルである。 【0007】本願第2の発明は、前記地導体層および前
記回路導体は、前記セラミック基板と同時焼成により形
成される前記第1の発明に記載の高周波増幅モジュール
である。 【0008】本願第3の発明は、前記地導体層および前
記回路導体は、タングステンまたはモリブデンからなる
前記第1の発明に記載の高周波電力増幅モジュールであ
る。 【0009】 【発明の実施の形態】本発明の高周波電力増幅モジュー
ルは、セラミック基板の内部に地導体層を設けた構造に
なっているため、従来のようにヒートシンクとセラミッ
クとを半田により接続する必要が無い。その結果、全体
に反りが発生したり、割れが発生するなどの問題を解消
できる。又、セラミックとは別のヒートシンクを使用す
る必要が無く、部品点数を少なくでき、コストの低減化
を達成できる。 【0010】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【0011】図中の11は、セラミック、例えば窒化ア
ルミニウム(AlN)を主成分とする焼結体からなる基
板(以下、AlN基板と称する)である。このAlN基
板11の内部(例えば表面から深さ約0.6mmの箇
所)には、例えばタングステンからなる地導体層12が
該基板1表面と平行となるように設けられている。ま
た、前記AlN基板11の表面には回路導体13a〜1
3eが形成されている。これら回路導体13a〜13e
は、タングステン層上にニッケルメッキ膜を被覆した構
造になっている。前記回路導体13a〜13eのうちの
回路導体13c,13eは、前記地導体層12上部のA
lN基板11部分の上下方向に形成されたスルーホール
14a、14bを通して該地導体層12に結線されてい
る。前記AlN基板11の回路導体13b上には、半導
体チップ例えば高出力トランジスタ15が高温半田層
(例えば95Pb/3.5Sn/1,5Ag)を介して
ダイボンディングされている。このトランジスタ15の
電極(図示せず)と前記回路導体(例えば13a、13
b)とは、ワイヤ16のボンディングにより接続されて
いる。また、前記回路導体13eには、モジュールを外
部回路と接続するためのリード17が半田層18を介し
て接続されている。 【0012】前述した内部に地導体層12、表面に回路
導体13a〜13eが形成され、勝つ回路導体13c、
13eを該地導体層12に結線するためのスルーホール
14a、14bを有するAlN基板11は次のような方
法により作成した。 【0013】まず、常圧焼成用添加剤としての酸化イッ
トリウム(Y2 3 )を3重量%含む厚さ2mm及び
0.6mmの2種の窒化アルミニウム(AlN)グリー
ンシートを用意した。つづいて、厚さ2mmのAlNグ
リーンシート上に実質的にタングステンで構成された導
体ペーストを250メッシュのスクリーンマスクを使用
して地導体層を形成するための印刷を施した後、120
°C、15分間乾燥した。また、厚さ0.6mmのAl
Nグリーンシートに0.25mmφの貫通孔を形成し、
この貫通孔内にタングステンの導体ペーストを充填した
後、表面に回路導体を形成するための同導体ペーストの
印刷を行い、120°C、15分間乾燥した。ひきつづ
き、前記2枚のグリーンシートを厚いグリーンシートの
導体ペースト印刷面と反対の面が当接するように重ねる
と共に、位置合わせした後、80°Cの温度下にて15
0kg/cm2 、1時間の圧接を行って積層した。つい
で、この積層体をN2 雰囲気中で700°C、4 時間の
脱脂処理を施した後、N2 雰囲気中で1700°C、3時間
の焼結を行ない、更に表面のタングステンに厚さ2μm
の無電解めっき膜を形成することによって、前述した内
部に地導体層12、表面に回路導体13a〜13e等を
有するAlN基板11を作成した。このAlN基板11
は、熱伝導率が170W/m・Kであった。また、Al
N基板11の反りは200μm/インチであったが、前
記焼結時と同条件にて反りの矯正を実施したところ、5
0μm/インチまで平坦化された。 【0014】しかして、本発明の高周波電力増幅モジュ
ールはAlN基板11の内部に地導体層12を設けた構
造になっているため、従来のようにヒートシンクとセラ
ミックとを半田により接合する必要が無い。その結果、
全体に反りが発生したり、割れが発生するなどの問題を
解消できる。特に、反り発生が小さく、かつ熱伝導性が
良好なAlN基板11を用いることにより熱抵抗の低減
化を達成できる。 【0015】事実、前述の構成のモジュールのAlN基
板11裏面に東レ(株)製のトレーシリコーンコンパン
ドSH−340を塗布し、無限大放熱板(Al)に搭載
してpn接合−放熱板間の熱抵抗(平行状態)を実測し
たところ、8.2°C/Wであった。これは、前述した
図3に示すトランジスタの実装部をベリリア板とした従
来構造のモジュール(ヒートシンクの厚さは1.5m
m)の持つ7.4°C/Wと殆ど同じである。このよう
に従来構造のモジュールが高い熱伝導率(240W/m
・K)を持つベリリア板を用いたにもかかわらず、熱抵
抗が増大するのは半田により該ベリリア板等をヒートシ
ンクに接合したことに起因するものである。 【0016】更に、VHFトランジスタ 2SC2588 を実
装した以外、前述の電力増幅モジュールと同構成の一段
の電力増幅モジュールを試作したところ、コレクタ電圧
13.2V、ベースリード電圧5V、入力電圧150m
W、周波数144〜148MHzにおいて、出力約7W
が得られた。これは、図3に示す従来のBeO/Al2
3 /Cuヒートシンク複合構造と殆ど同特性であっ
た。 【0017】本発明は、前述の図1に示す電力増幅モジ
ュールの変形例であり、図1においては、回路導体13
eにリード17を半田層18を介して接続し、AlN基
板11内部の接地としての地導体層12をスルーホール
14b、該回路導体13e及びリード17を通過して外
部に接続する構造としたが、図2(A)、(B)に示す
ようにAlN基板に切欠部19a、19bを設け、この
切欠部19a、19b底部に基板11裏面に達する締結
ボルトの挿入穴20a、20bを設けると共に、該切欠
部19a、19b底部上まで基板11内部の地導体層1
2を延出させる構造とし、該挿入穴20a、20bに図
示しないモジュールの締結ボルトを挿入し、このボルト
を前記地導体層12の接地として利用できる。 【0018】 【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の高周波電力
増幅モジュールによれば、基板の反り発生を防止でき、
熱抵抗の低減化を効果的に達成できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 高周波電力増幅モジュールの断面図。 【図2】 本願発明の実施例を示す平面図(a)および
その断面図(b)。 【図3】 従来の高周波電力モジュールの断面図。 【符号の説明】 11・・・AlN基板、 12・・・地導体層、 13
a〜e回路導体、 14a、b・・・スルーホール、
15・・・半導体チップ(高出力トランジスタ)、 1
6・・・ワイヤ、 17・・・リード、 19a,b・
・・切欠部、 20a,b・・・締結ボルトの挿入穴

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.窒化アルミニウムからなるヒートシンクおよび窒化
    アルミニウム層からなる窒化アルミニウムからなるセラ
    ミック基板と、前記ヒートシンクおよび窒化アルミニウ
    ム層の間に設けられた地導体層と、前記基板表面に設け
    られ、一部が前記地導体層と結線される複数の回路導体
    と、これら回路導体のうちの所望の回路導体に実装され
    た高周波電力増幅用半導体チップとを具備した高周波電
    力増幅モジュールであって、 前記地導体層から前記ヒートシンクの裏面に達する挿入
    穴を有することを特徴とする高周波電力増幅モジュー
    ル。 2.前記地導体層および前記回路導体は、前記セラミッ
    ク基板と同時焼成により形成されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の高周波増幅モジュール。 3.前記地導体層および前記回路導体は、タングステン
    またはモリブデンからなることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の高周波電力増幅モジュール。
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