JP3576465B2 - 高周波半導体装置およびそれを用いた携帯用通信機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を処理する半導体素子を備える高周波半導体装置、特に、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を１つのパッケージ内に有する高周波増幅装置を備える高周波半導体装置、および、この高周波半導体装置を用いた携帯用通信機器、特に、デュアル・バンド、トリプル・バンド用移動体通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末用の通信システムとしては、高周波信号を利用した通信システムが用いられている。このような通信システムとしては、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ） 、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） 等、複数の通信システムが存在しており、各通信システム毎に異なる周波数の高周波が使用されている。
【０００３】
そこで、近年では、ＧＳＭ／ＤＣＳデュアルモード、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳトリプルモード等の複数の通信システムで使用可能な携帯電話端末が多数登場してきている。
【０００４】
このような複数の通信システムで使用可能な携帯電話端末として、従来一般的な構成は、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を携帯電話端末内に複数個搭載し、各通信システム毎にその通信システムに応じた高周波増幅器のみを動作させる構成であった。
【０００５】
これに対し、最近では、携帯電話端末の小型化に伴い、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内、ないしは１チップ上に搭載したものが要求されるようになっている。
【０００６】
複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内に搭載した構成を有する従来の高周波増幅装置の一例を図６および図７に示す。
【０００７】
なお、図７は、高周波増幅装置をパッケージ側（図６の上側）から見た様子を示す平面図であり、図６は、高周波増幅装置を図７のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図６は、パッケージの実装された部分におけるパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、パッケージの実装された部分の外側の部分や、パッケージの入力端子側の部分については省略している。
【０００８】
この従来例の高周波増幅装置では、図６および図７に示すように、パッケージ１０４が誘電体基板１０５上に表面実装されている。このパッケージ１０４内には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路（半導体素子）が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。パッケージ１０４は、例えば、表面実装型の樹脂モールドパッケージである。なお、図６においては、パッケージ１０４内の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図６におけるパッケージ１０４の部分には、実際には、集積回路を含むＩＣチップと、ＩＣチップを封止する封止樹脂とが存在している。
【０００９】
この従来例の高周波増幅装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、パッケージ１０４内の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力端子１４１を介して入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。
【００１０】
また、パッケージ１０４内部に搭載されているＩＣチップは、図示しない接地端子を備えており、接地端子が、ワイヤーにより、図６に示すスラグ１０９に接続され、さらにスラグ用ＧＮＤ端子１１０と接続されることで、ＩＣチップが接地されている。
【００１１】
パッケージ１０４における１つの面（パッケージ１０４における誘電体基板１０５側の面を正面としたときの側面）には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と、ＧＮＤ端子１０２と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３とが配置されている。ＧＮＤ端子１０２は、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３との間に配置され、かつ、接地されている。
【００１２】
誘電体基板１０５におけるパッケージ１０４が実装されている面の裏面（以下、単に裏面と称する）には、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン１０８が全面に形成されている。
【００１３】
一方、誘電体基板１０５におけるパッケージ１０４が実装されている面（以下、パッケージ実装面と称する）には、パッケージ１０４のＧＮＤ端子１０２と接続された基板側ＧＮＤ端子１０６と、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と接続された基板側端子１１１と、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３と接続された基板側端子１１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子１０６は、スルーホール１０７Ａを通して誘電体基板１０５の裏面側のＧＮＤパターン１０８と接続されている。
【００１４】
また、パッケージ１０４の底面（誘電体基板１０５側の面）には、接地された導電体膜であるスラグ１０９が形成されており、このスラグ１０９は、誘電体基板１０５のパッケージ実装面に配設されたスラグ用ＧＮＤ端子１１０と接続されている。このスラグ用ＧＮＤ端子１１０も、スルーホール１０７Ｂ・１０７Ｂを介して誘電体基板１０５の裏面側のＧＮＤパターン１０８と接続されている。
【００１５】
また、基板側端子１１１および基板側端子１１２は、各々、誘電体基板１０５の面１９ａ上に配設された信号線１１５および信号線１１８に対して接続されている。これら信号線１１５および信号線１１８は、誘電体基板１０５を挟んでＧＮＤパターン１０８と対向しており、これら信号線１１５および信号線１１８とＧＮＤパターン１０８とによって、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送するための９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するための１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路が形成されている。なお、図６の断面図では、理解を助けるために、信号線１１５・１１８の投影像を一点鎖線で示している。
【００１６】
回路でギガヘルツ帯の高周波信号を扱う場合、その回路の出力段と、その回路の次段の回路の入力段および信号線との間で、特性インピーダンスの整合を取ることが、回路動作の上で非常に重要である。そのため、前述した基板側端子１１１および基板側端子１１２は各々、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４に接続されている。
【００１７】
９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４は、前述した９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路に、例えば、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を付加して構成されたものである。これら９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４では、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層（信号線１１５・１１８が配設された部分の誘電体基板１０５）の比誘電率および厚さ、並びに信号線の幅を調節し、さらに、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を接続することで、所望の特性インピーダンス値を得ることができるようになっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の高周波増幅装置では、９００ＭＨｚ帯の高周波を使用する通信モードで携帯電話端末が使用された場合、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器への電力供給を遮断するようになっている。そのため、この場合、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器からは１．８ＧＨｚ帯の高周波信号が出力されない。
【００１９】
しかしながら、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から９００ＭＨｚ帯の高周波信号が出力される時には、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１等から９００ＭＨｚの整数倍の周波数を持つ高周波（２次高調波）が発生し、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３を通して携帯電話外部へ漏洩する。ここで漏洩する２次高調波のうち、９００ＭＨｚの２倍の周波数を持つ２次高調波は、他の通信モードで使用される高周波信号と同じ周波数であるため、特に問題となる。
【００２０】
すなわち、９００ＭＨｚの２倍の周波数を持つ２次高調波が漏洩すると、未使用であるはずの１．８ＧＨｚ帯の高周波が携帯電話から発生することになり、１．８ＧＨｚ帯の高周波を使用する通信を妨害してしまう可能性がある。携帯電話から漏洩した１．８ＧＨｚ帯の高周波信号の電力レベルが、規格で定められている範囲内の漏洩電力であれば特に問題とはならない。しかしながら、携帯電話から発生する１．８ＧＨｚ帯の高周波信号の電力レベルが、規格で定められている範囲を越える場合、その携帯電話は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を使用する通信の妨げになるという理由で携帯電話としての認定を受けられず、使用不可能となる。
【００２１】
上述したような９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１等から１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３への１．８ＧＨｚ帯の高周波の漏洩を防ぐためには、すなわち、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１で発生した２次高調波がＧＮＤ端子１０２を介して、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３に飛び込む電波の電力を低減するためには、この飛び込み電波を誘電体基板１０５の裏面上のＧＮＤパターン１０８により吸収させる必要がある。飛び込み電波をＧＮＤパターン１０８に吸収させるためには、パッケージ１０４における９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１が配設された面と、誘電体基板１０５の裏面上のＧＮＤパターン１０８との距離を短く、すなわち、誘電体基板１０５の厚みを薄くすることが考えられる。
【００２２】
しかしながら、誘電体基板１０５の厚みを薄くすると、次のような問題を生じる。
【００２３】
まず、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４では、前述したように、マイクロストリップ伝送線路を構成する部分の誘電体基板１０５の比誘電率および厚さ、並びに信号線１１５・１１８の幅を調節することで特性インピーダンスの整合を取っている。そのため、誘電体基板１０５の厚みを薄くした場合、それに対応して、信号線１１５・１１８の幅を変更しなければならない。具体的には、誘電体基板１０５の厚みを薄くすると、マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層の厚さも薄くなり、マイクロストリップ伝送線路の分布定数としての容量成分が増加してしまう。そのため、同じ特性インピーダンスを保つためには、信号線１１５・１１８の幅を細くしなければならない。
【００２４】
しかしながら、信号線１１５・１１８の幅を細くすると、マイクロストリップ伝送線路を構成する信号線１１５・１１８の抵抗が増加してしまう。そのため、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４での損失の増加を招いてしまう。例えば、誘電体基板１０５として、一般的な誘電体基板であるガラスエポキシ基板を用いた場合、誘電体基板１０５の厚みを０．４ｍｍから０．２ｍｍに薄くすると、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４での損失は０．２ｄＢ程度増加する。
【００２５】
この損失の増加を補おうとすると、パッケージ１０４内の高周波増幅器の出力電力を増加せざるを得ず、この結果、高周波増幅器の消費電力の増加を招くことになる。この消費電力の増加は、携帯電話等の電池で駆動される携帯用通信機器にとって、連続通信可能時間（携帯電話であれば、連続通話可能時間）が短くなるなど、深刻な問題となる。
【００２６】
また、従来例として、図８に示すように、図６および図７に示す従来例の高周波増幅装置における出力端子１０１と出力端子１０３との間に配置するＧＮＤ端子１０２の数を２つに増やした高周波増幅装置も知られている。この構成では、図６および図７に示す従来例と比較して、２次高調波の電力漏洩を低減することができる。
【００２７】
しかしながら、この場合、パッケージ１０４のピン数が増加してしまい、パッケージサイズが大きくなるので、装置サイズが大きくなってしまうという問題を生じる。
【００２８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい高周波半導体装置および携帯用通信機器を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波半導体装置は、上記の課題を解決するために、誘電体基板と、誘電体基板における一方の面上に搭載された、高周波信号を出力する半導体素子と、半導体素子から出力された高周波信号を伝送するためのマイクロストリップ伝送線路とを備え、上記マイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された信号線と、上記誘電体基板における信号線が形成された面の裏面上に配設された第１の接地導電体層とによって形成されている高周波半導体装置において、半導体素子を遮蔽するために上記誘電体基板に配設された第２の接地導電体層をさらに備え、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第１の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近いことを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、第２の接地導電体層と半導体素子搭載面との距離が第１の接地導電体層と信号線との距離よりも近くなる。すなわち、半導体素子を遮蔽する第２の接地導電体層が、半導体素子の搭載面に対して、マイクロストリップ伝送線路の誘電体層（誘電体基板）よりも薄い厚みの誘電体層を挟んで配設される。これにより、半導体素子から漏洩した高周波信号（漏洩電力）を第２の接地導電体層によって十分に吸収することができる。その結果、高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【００３１】
また、上記構成によれば、第１の接地導電体層と信号線との距離が第２の接地導電体層と半導体素子搭載面との距離よりも遠くなるので、マイクロストリップ伝送線路の誘電体の厚みが、半導体素子と第２の接地導電体層との間に挟まれた誘電体の厚みより厚くなる。これにより、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。
【００３２】
しかも、上記構成によれば、第２の接地導電体層を設けたことによる装置サイズの増大がないので、複数の接地電極を設けた従来例と比較して、装置サイズを小さくすることができる。
【００３３】
したがって、上記構成によれば、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、しかも、装置サイズを小さくすることができる。
【００３４】
本発明の高周波半導体装置は、上記誘電体基板が、複数の誘電体層からなる多層誘電体基板であり、上記第２の接地導電体層は、誘電体基板における誘電体層と誘電体層との間に配設されている構成であることが好ましい。
【００３５】
上記構成の高周波半導体装置は、均一な厚みを有する２枚の誘電体基板を貼り合わせるだけで製造することが可能であり、製造が容易な構成である。
【００３６】
また、上記構成によれば、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面の裏面上に第２の接地導電体層を配設した場合と比較すると、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在する分、第２の接地導電体層が配設された部分の誘電体基板の厚みを厚くすることができる。それゆえ、誘電体基板の強度が高くなる。
【００３７】
さらに、上記構成によれば、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在することで、第１の接地導電体層をこの誘電体層の上にまで延長することができ、その場合、第１の接地導電体層によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られ、高周波の漏洩をさらに抑制することができる。
【００３８】
本発明の高周波半導体装置は、上記半導体素子が、上記高周波信号と異なる第２の高周波信号を出力しうるものであり、第２の高周波信号を伝送するための第２のマイクロストリップ伝送線路がさらに備えられ、第２のマイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された第２の信号線と、上記誘電体基板の内部に配設された第３の接地導電体層とによって形成されており、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第３の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成であってもよい。
【００３９】
上記構成によれば、２種類の高周波信号を、互いに異なる厚みの誘電体層を持つマイクロストリップ伝送線路で伝送することができる。それゆえ、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを各高周波信号に応じて調整することができる。
【００４０】
本発明の高周波半導体装置の好ましい形態は、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置であり、上記半導体素子は、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子との間に配設された接地端子をさらに有し、上記第２の接地導電体層が、上記接地端子と接続されている構成である。
【００４１】
上記構成のように互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器が備えられている場合、一つの高周波増幅器の出力端子から発生した高周波が、他の高周波増幅器の出力端子を通して高周波半導体装置本体の外に漏洩するおそれがある。上記構成によれば、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子、および、接地端子と第２の接地導電体層との接続線によって電気的に分離することができる。それゆえ、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波（電力）の漏洩を低減することができる。したがって、高周波の漏洩をより一層低減することができる。
【００４２】
上記第１の接地導電体層は、少なくとも、上記誘電体基板における信号線が形成された領域の裏面に配設されていればよいが、上記誘電体基板における信号線および半導体素子が配設された面の裏面全体を覆うように配設されていることが好ましい。これにより、第１の接地導電体層によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られるので、半導体素子から発生した高周波をより一層低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより一層低減することができる。
【００４３】
上記第２の接地導電体層は、上記マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスに影響を与えないように、上記マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線の下部領域近傍以外に配設されていればよい。言い換えると、上記第２の接地導電体層は、上記マイクロストリップ伝送線路が形成された空間の外に形成されていればよい。
【００４４】
上記第２の接地導電体層は、少なくとも、誘電体基板における上記半導体素子が搭載された領域の下部と、上記半導体素子と電気的に接続されている基板上の接続用端子の下部とを覆うように配設されていることが好ましい。これにより、半導体素子から発生した高周波をより確実に低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより確実に低減することができる。
【００４５】
また、上記第２の接地導電体層は、高周波発生源の下部領域に配設されていることが好ましい。半導体素子から発生した高周波をより確実に低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより確実に低減することができる。
【００４６】
上記半導体素子が、パッケージ（絶縁体）内に集積回路を搭載したもの、あるいはチップ（絶縁性基板）上に集積回路を搭載したものである場合、パッケージあるいはチップにおける誘電体基板側の面上に接地導電膜が形成され、上記接地導電膜が上記第２の接地導電体層と接続されていることが好ましい。これにより、接地導電膜によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られるので、半導体素子から発生した高周波をより一層低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより一層低減することができる。
【００４７】
本発明の高周波半導体装置では、上記半導体素子が、高周波を発生しやすいもの、例えば、高周波信号を増幅する高周波増幅器である場合に、顕著な効果が得られる。
【００４８】
そして、本発明の高周波半導体装置は、特に、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合に、顕著な効果が得られる。
【００４９】
すなわち、本発明の高周波半導体装置は、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合には、マイクロストリップ伝送線路の損失を増加させることなく、かつ、装置サイズ（パッケージサイズ）を増大させることなく、一方の高周波増幅器から他方の高周波増幅器への漏洩電力を低減させることができるという効果が得られる。したがって、マイクロストリップ伝送線路および高周波増幅器の小型化・高効率化を図ることができるという効果が得られる。
【００５０】
上記半導体素子は、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合、これら高周波増幅器の出力端子の間に配設された接地端子をさらに有することが好ましい。これにより、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子によって電気的に分離することができる。それゆえ、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波の漏洩をより一層低減することができる。したがって、高周波の漏洩をより一層低減することができる。
【００５１】
本発明の携帯用通信機器は、上記の課題を解決するために、本発明の高周波半導体装置を備えることを特徴としている。
【００５２】
上記構成によれば、本発明の高周波半導体装置を含んでいるので、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、しかも、装置サイズを小さくすることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態として、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内に搭載し、パッケージを誘電体基板上に実装した構成を有する高周波半導体装置を、図１および図２に基づいて以下に説明する。
【００５４】
なお、図２は、高周波半導体装置をパッケージ側（図１の上側）から見た様子を示す平面図であり、図１は、高周波半導体装置を図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図１は、パッケージの実装された部分におけるパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、パッケージの実装された部分の外側の部分や、パッケージの入力端子側の部分については省略している。このようにパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しているのは、携帯電話等の携帯用通信機器においては、送信のために高周波信号を増幅する高周波増幅器の出力段が、最も電力強度が強く、従って、電力漏洩の問題が発生しやすい箇所であるからである。
【００５５】
本実施携帯の高周波半導体装置では、図１および図２に示すように、パッケージ（半導体素子、高周波増幅装置）４が多層誘電体基板（誘電体基板）５上に表面実装されている。パッケージ４の形状は、前述した図６および図７に示す従来の高周波増幅装置と同じである。このパッケージ４内には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。パッケージ４は、例えば、表面実装型の樹脂モールドパッケージである。なお、図１においては、パッケージ４内の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図１におけるパッケージ４の部分には、実際には、集積回路を含むＩＣチップと、ＩＣチップを封止する封止樹脂とが存在している。
【００５６】
本実施形態の高周波半導体装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、パッケージ４内の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力端子４１を介して入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。
【００５７】
また、パッケージ４内部に搭載されているＩＣチップは、図示しない接地端子を備えており、接地端子が、ワイヤーにより、図１に示すスラグ９に接続され、さらにスラグ用ＧＮＤ端子１０と接続されることで、ＩＣチップが接地されている。
【００５８】
パッケージ４における１つの面（パッケージ４における多層誘電体基板５側の面を正面としたときの側面）には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力端子（出力端子）１と、ＧＮＤ端子（接地端子）２と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力端子（出力端子）３とが配置されている。ＧＮＤ端子２は、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子３との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子３との間に配置され、かつ、接地されている。
【００５９】
多層誘電体基板５は、図１に示すように、誘電体基板（誘電体層）１９と誘電体基板（誘電体層）２０とを貼り合せた構造である。なお、誘電体基板１９と誘電体基板２０との貼り合わせは、例えば、誘電体基板１９および誘電体基板２０とほぼ同じ誘電率を持つ接着剤により行うとよい。
【００６０】
多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装されている面の裏面、すなわち、誘電体基板２０におけるパッケージ４と反対側の面２０ｂには、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８が全面に形成されている。
【００６１】
一方、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装されている面、すなわち、誘電体基板１９におけるパッケージ４が実装された面１９ａには、パッケージ４のＧＮＤ端子２と接続された基板側ＧＮＤ端子６と、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と接続された基板側端子１１と、１，８ＧＨｚ帯用出力端子３と接続された基板側端子１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子６は、スルーホール７Ａを通して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００６２】
また、パッケージ４の底面（多層誘電体基板５側の面）には、接地された導電体膜であるスラグ９が形成されており、このスラグ９は、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装された面１９ａに配設されたスラグ用ＧＮＤ端子１０と接続されている。このスラグ用ＧＮＤ端子１０も、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００６３】
そして、本実施形態の高周波半導体装置は、誘電体基板１９および誘電体基板２０の間、すなわち、誘電体基板１９におけるパッケージ４と反対側の面１９ｂおよび誘電体基板２０におけるパッケージ４側の面２０ａ（つまり、互いに貼り合わされる２つの面）の間に、接地電位を与える導電層である基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６が配されていることを特徴としている。基板内層ＧＮＤパターン１６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合わせる前に、誘電体基板１９の面１９ｂおよび誘電体基板２０の面２０ａの双方もしくは一方に導電層を形成すればよい。
【００６４】
これにより、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装された面１９ａからの距離が、ＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の距離（多層誘電体基板５の厚みに等しい）よりも近くなっている。それゆえ、基板内層ＧＮＤパターン１６は、高周波を発生するパッケージ４およびその端子（出力端子１・３、ＧＮＤ端子２等）に近接しており、これらパッケージ４および端子を効果的に遮蔽できるようになっている。
【００６５】
この基板内層ＧＮＤパターン１６は、少なくとも、電力漏洩の影響が出やすいパッケージ４の端子２・１・３と接続された基板側の端子６・１１・１２の先端部からパッケージ４の下部（入力端子、出力端子１・３、およびＧＮＤ端子２の下部を含む）に渡る領域１７を覆うパターンとなっている。
【００６６】
基板内層ＧＮＤパターン１６は、信号線１５・１８下部のマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスには影響を与えないようになっている。したがって、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるマイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８が配設された領域の下部以外に配設されている。
【００６７】
また、基板内層ＧＮＤパターン１６は、ＧＮＤパターン８と同様に、スルーホール７Ａを介して基板側ＧＮＤ端子６に接続されているとともに、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介してスラグ用ＧＮＤ端子１０に接続されている。これらスルーホール７Ａおよびスルーホール７Ｂ・７Ｂは、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せて多層誘電体基板５を得た後、多層誘電体基板５の所定の位置に貫通孔を開け、貫通孔内部を、例えばメタライズすることで導通させる方法で形成すればよい。
【００６８】
また、基板側端子１１および基板側端子１２は、各々、多層誘電体基板５の面１９ａ上に配設された信号線１５および信号線１８に対して接続されている。これら信号線１５および信号線１８は、多層誘電体基板５を挟んでＧＮＤパターン８と対向しており、これら信号線１５および信号線１８とＧＮＤパターン８とによって、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送するための９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するための１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路が形成されている。なお、図１の断面図では、理解を助けるために、信号線１５・１８の投影像を一点鎖線で示している。
【００６９】
上記の９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路は、高周波半導体装置の出力段の特性インピーダンスと、高周波半導体装置の後段に接続される他の半導体装置の入力段の特性インピーダンスとを整合させるための整合回路として機能している。
【００７０】
９００ＭＨｚ帯用整合回路１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４は、前述した９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路に、例えば、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を付加して構成されたものである。これら９００ＭＨｚ帯用整合回路１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４では、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層（信号線１５・１８が配設された部分の多層誘電体基板５）の比誘電率および厚さ、並びに信号線の幅および厚さを調節し、さらに、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を接続することで、所望の特性インピーダンス値を得ることができるようになっている。
【００７１】
本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、出力端子１・３間に配置されるＧＮＤ端子２と接続され、半導体素子（パッケージ４）の下層に配設された基板内層ＧＮＤパターン１６と半導体素子との間の誘電体層の厚みが薄くなる一方、整合回路１３・１４のマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の誘電体層が厚くなるような、多層の配線パターンを使用している。
【００７２】
上記構成によれば、漏洩電力は誘電体層の厚みが薄い部分のＧＮＤパターン（基板内層ＧＮＤパターン１６）で吸収され、異なる出力端子１・３間での電力の漏洩が防止される。しかも、整合回路１３・１４は、ＧＮＤパターンとの間の誘電体層の厚みが厚い部分に形成されるので、マイクロストリップ伝送線路の幅を広くすることができ、マイクロストリップ伝送線路による損失を低減できる。
【００７３】
また、本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、２次高調波の電力漏洩に大きな影響を与える出力端子１・３、ＧＮＤ端子２、およびパッケージ４の下部に、比較的薄い誘電体層（誘電体基板１９）を介して基板内層ＧＮＤパターン１６を配設している。これにより、２次高調波の電力漏洩を基板内層ＧＮＤパターン１６によって十分に吸収することができる。それゆえ、高周波の漏洩を十分に低減することができる。
【００７４】
一方、マイクロストリップ伝送線路を含む整合回路１３・１４内の信号線１５・１８の下部には、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設していない。したがって、整合回路１３・１４を構成するマイクロストリップ伝送線路は、信号線１５・１８と、比較的厚い誘電体層（誘電体基板１９・２０）を介して信号線１５・１８に対向するＧＮＤパターン８とで形成される。これにより、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線１５・１８の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線１５・１８の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。また、信号線１５・１８の線幅を太くできることで、従来技術と比較して製造時の信号線１５・１８の線幅のバラツキを低減でき、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンス等の電気的特性が安定した高周波半導体装置を実現することができる。
【００７５】
また、本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、電力漏洩防止用の基板内層ＧＮＤパターン１６を、マイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターン８とは別に設置している。これにより、電力漏洩防止用のＧＮＤパターン設計とマイクロストリップ伝送線路用のＧＮＤパターン設計とを各々独立に検討できるため、設計の自由度が高まる。そのため、設計の容易化を図ることができる。
【００７６】
次に、本実施形態に係る実施例として、厚み０．２ｍｍの誘電体基板１９と厚み０．２ｍｍの誘電体基板２０とを接着剤で貼り合わせた多層誘電体基板５を用いて高周波半導体装置を製造した。この場合、誘電体基板１９と誘電体基板２０との間の接着剤層は極めて薄く無視できるので、多層誘電体基板５の厚みは０．４ｍｍとみなすことができる。また、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８は、線幅が０．７７ｍｍ、厚さが３０μｍとなるように形成した。この実施例の高周波半導体装置において、整合回路１３・１４での損失は、−０．７ｄＢであった。
【００７７】
この実施例の高周波半導体装置と同じ２次高調波の漏洩レベルと特性インピーダンス（例えば、５０Ω）を前述した図６および図７に示す従来例の高周波増幅装置で得るために必要な条件を調べたところ、誘電体基板１０５の厚みを０．２ｍｍ、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１１５・１１８の線幅を０．３６ｍｍ、信号線１１５・１１８の厚さを３０μｍにすることが必要であった。この条件において、従来の高周波増幅装置の整合回路１１３・１１４での損失は、−０．９ｄＢであった。
【００７８】
したがって、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを所定の値に調整した場合において、本実施形態に係る高周波半導体装置の整合回路１３・１４での損失は、従来の高周波増幅装置の整合回路１１３・１１４での損失と比較して、０．２ｄＢ低減されていた。したがって、信号線１１５・１１８を通して伝送される信号のレベルを０．２ｄＢ改善することができた。
【００７９】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の一形態として、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１つのＩＣチップ上に搭載し、ＩＣチップを誘電体基板上に実装した構成を有する高周波半導体装置を、図３および図４に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００８０】
なお、図４は、高周波半導体装置をＩＣチップ側（図３の上側）から見た様子を示す平面図であり、図３は、高周波半導体装置を図４のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図３は、図１と同様に、ＩＣチップの実装された部分におけるＩＣチップの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、ＩＣチップの実装された部分の外側の部分や、ＩＣチップの入力端子側の部分については省略している。
【００８１】
本実施形態の高周波半導体装置は、パッケージ４を多層誘電体基板５に表面実装した実施の形態１の高周波半導体装置とは異なり、ＧａＡｓ半導体等を用いたＩＣチップ（半導体素子、高周波増幅装置）２４を多層誘電体基板５上に直接、フェイスアップ実装したものである。そして、ＩＣチップ２４上のパッド３０〜３２から多層誘電体基板５上の整合回路１３・１４に対してボンディングワイヤ２５〜２７により直接、電気的接続がなされている。
【００８２】
ＩＣチップ２４には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。なお、図１においては、ＩＣチップ２４の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図１におけるＩＣチップ２４の部分には、実際には、集積回路と、配線パターンと、集積回路を支持する絶縁性基板とが存在している。
【００８３】
本実施形態の高周波半導体装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、ＩＣチップ２４の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力パッド４４から入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。なお、動作切り替え信号は、切り替え信号端子４２からワイヤー４３を介して切り替え信号入力パッド４４に入力される。
【００８４】
また、ＩＣチップ２４は、図示しないＩＣ内部接地端子４５を備えており、ＩＣ内部接地端子４５が、ワイヤー４６により図３中のＩＣチップ搭載領域２３で示される接地面に接続され、さらにスルーホール７Ｂ・７Ｂにより接地導体層（ＧＮＤパターン８および基板内層ＧＮＤパターン１６）と接続されることにより、ＩＣチップ２４が接地されている。
【００８５】
ＩＣチップ２４における多層誘電体基板５側と反対側の面上には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力パッド（出力端子）３０と、ＧＮＤパッド（接地端子）３１と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力パッド（出力端子）３２とが配置されている。ＧＮＤパッド３１は、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０と１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０と１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２との間に配置され、かつ、接地されている。
【００８６】
多層誘電体基板５は、図３に示すように、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せた構造である。
【００８７】
多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装されている面の裏面、すなわち、誘電体基板２０におけるＩＣチップ２４と反対側の面２０ｂには、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８が全面に形成されている。
【００８８】
一方、多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装されている面、すなわち、誘電体基板１９におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａには、ＩＣチップ２４のＧＮＤパッド３１とボンディングワイヤ２６で接続された基板側ＧＮＤ端子６と、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０とボンディングワイヤ２５で接続された基板側端子１１と、１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２とボンディングワイヤ２７で接続された基板側端子１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子６は、スルーホール７Ａを通して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００８９】
また、誘電体基板１９におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａには、ＩＣチップ２４の底面（多層誘電体基板５側の面）と接続されたＩＣチップ搭載領域２３も配されている。このＩＣチップ搭載領域２３も、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００９０】
そして、本実施形態の高周波半導体装置は、誘電体基板１９および誘電体基板２０の間に、接地電位を与える導電層である基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６が配されていることを特徴としている。基板内層ＧＮＤパターン１６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合わせる前に、誘電体基板１９の面１９ｂおよび誘電体基板２０の面２０ａの双方もしくは一方に導電層を形成すればよい。
【００９１】
これにより、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａからの距離が、ＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の距離よりも近くなっている。それゆえ、基板内層ＧＮＤパターン１６は、高周波を発生するＩＣチップ２４およびパッド３０〜３２に近接しており、これらＩＣチップ２４およびパッド３０〜３２を効果的に遮蔽できるようになっている。
【００９２】
この基板内層ＧＮＤパターン１６は、少なくとも、電力漏洩の影響が出やすいＩＣチップ２４上のパッド３０〜３２とボンディングワイヤ２５〜２７で接続された基板側の端子６・１１・１２の先端部からＩＣチップ搭載領域２３の下部領域に渡る領域１７を覆うパターンとなっている。
【００９３】
基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるマイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８が配設された領域の下部以外に配設されている。
【００９４】
また、基板内層ＧＮＤパターン１６は、ＧＮＤパターン８と同様に、スルーホール７Ａを介して基板側ＧＮＤ端子６に接続されているとともに、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介してスラグ用ＧＮＤ端子１０に接続されている。これらスルーホール７Ａおよびスルーホール７Ｂ・７Ｂは、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せて多層誘電体基板５を得た後、多層誘電体基板５の所定の位置に貫通孔を開け、貫通孔内部を、例えばメタライズすることで導通させる方法で形成すればよい。
【００９５】
次に、基板側端子１１と、基板側端子１２は、図示されていないが、各々信号線が接続されており、これら信号線はＧＮＤパターン８との間に誘電体層（多層誘電体基板５）を有するマイクロストリップ伝送線路を形成し、整合回路として機能している。
【００９６】
整合回路１３・１４については、実施の形態１で説明した通りであり、ここでの説明は省略する。
【００９７】
本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、２次高調波の電力漏洩に大きな影響を与えるＩＣチップ２４および接続用の端子６・１１・１２の下部に、比較的薄い誘電体層（誘電体基板１９）を介して基板内層ＧＮＤパターン１６を配設することにより、２次高調波の電力漏洩を吸収している。一方、マイクロストリップ伝送線路を含む整合回路１３・１４内の信号線１５・１８の下部には、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設せず、整合回路１３・１４を構成するマイクロストリップ伝送線路を、比較的厚い誘電体層（誘電体基板１９・２０）が介在した信号線１５・１８およびＧＮＤパターン８で形成している。
【００９８】
これにより、実施の形態１と同様に、高周波の漏洩を十分に低減することができ、かつ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。また、特性インピーダンス等の電気的特性が安定した高周波半導体装置を実現することができる。
【００９９】
次に、本実施形態に係る実施例として、厚み０．２ｍｍの誘電体基板１９と厚み０．２ｍｍの誘電体基板２０とを接着剤で貼り合わせた多層誘電体基板５を用いて高周波半導体装置を製造した。また、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８は、線幅が０．７７ｍｍ、厚さが３０μｍとなるように形成した。
【０１００】
その結果、実施の形態１で説明した実施例と同様に、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８の線幅を広く設定でき、整合回路１３・１４での損失も低減でき、実施の形態１と同様の効果が得られた。
【０１０１】
なお、上記各実施形態では、３層基板（誘電体層が２層、導電体層が３層配設された基板）を用いて９００ＭＨｚ帯用整合回路を構成するＧＮＤパターンと１．８ＧＨｚ帯用整合回路を構成するＧＮＤパターンとを同一層として形成している。しかしながら、４層以上の多層基板（誘電体層が３層以上、導電体層が４層以上配設された基板）を用いて、９００ＭＨｚ帯用整合回路１３を構成するマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターンと、１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４を構成するマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターンとを別の層として形成してもよい。
【０１０２】
すなわち、例えば、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路（第１のマイクロストリップ伝送線路）を、信号線（第１の信号線）１５とＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８とによって形成する一方、１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路（第２のマイクロストリップ伝送線路）を、信号線１８と、上記誘電体基板内部におけるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８とＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６との間（ただし、ＧＮＤパターン８・１６との間に誘電体層が介在する）に配設されたＧＮＤパターン（第３の接地導電体層）とによって形成してもよい。
【０１０３】
これにより、上記の各実施形態と同様の効果が得られるのに加えて、設計の自由度が増し、特性インピーダンスの最適化が図れる。
【０１０４】
また、本実施形態の説明では、高周波半導体装置が、互いに異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を備える場合について説明した。これは、このような構成を備える高周波半導体装置（高周波増幅装置）が、携帯電話等での送電部として用いられ、特に強い電波を発生することから電力漏洩の問題が発生しやすい事例として取り上げたものである。本発明の高周波半導体装置の構成は、ここで説明した実施形態には限定されるものではない。
【０１０５】
高周波増幅器のみならず、携帯機器等を代表とする電子機器での小型化に伴い、高周波半導体素子のさらなる高集積化による１チップ化が進むことや、これら高周波半導体素子や部品の高密度実装化も進んでいる。そのため、高周波半導体素子から別の信号線への影響は勿論、高周波半導体素子から他の高周波半導体素子への電力漏洩問題はこれまで以上に、発生しやすくなる。したがって、本発明は、高周波半導体素子や部品を搭載した高周波半導体装置（もしくは高周波半導体装置モジュール）全般に適用可能であり、かつ、前述した効果を奏するものである。
【０１０６】
また、上記の各実施形態では、多層誘電体基板５がガラスエポキシ基板である場合について説明した。しかしながら、本発明は、多層誘電体基板５が、セラミック基板、アルミナ基板や窒化アルミナ基板等、他の材質の基板である場合にも広範囲に適用可能であり、その場合にも、前述した効果を奏することができる。
【０１０７】
また、上記の各実施形態では、ＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８を、多層誘電体基板５の裏面（面２０ｂ）全体を覆うように配設していた。しかしながら、ＧＮＤパターン８は、多層誘電体基板５における信号線１５・１８が配設された領域の裏面（面２０ｂ）上のみに配設してもよい。
【０１０８】
さらに、ＧＮＤパターン８を、多層誘電体基板５における信号線１５・１８が配設された領域の裏面上のみに配設する場合においては、基板内層ＧＮＤパターン１６の裏面側の誘電体基板２０を省いてもよい。すなわち、ＧＮＤパターン８および基板内層ＧＮＤパターン１６を、多層誘電体基板５の裏面の異なる領域に配設し、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設する部分の多層誘電体基板５の厚みをＧＮＤパターン８を配設する部分の多層誘電体基板５の厚みより薄くしてもよい。
【０１０９】
また、上記の各実施形態では、ＧＮＤパターン８を露出させていた。このような構成は、装置の厚みを薄くできる点で有利であるが、ＧＮＤパターン８の保護などの目的でＧＮＤパターン８を誘電体膜で被覆してもよい。
【０１１０】
次に、本発明に係る携帯用通信機器の実施の一形態として、上記高周波半導体装置をパワーアンプとして備える携帯電話機の概略構成を図５に基づいて説明する。
【０１１１】
図５に示すように、携帯電話機５０は、送信部（送電部）として、音声から音声信号（ベースバンド信号）を発生するマイクロフォン等のベースバンド信号発生部（図示しない）と、音声信号をディジタル変調する変調器５１と、音声信号から所定の周波数を持つ高周波信号へのアップコンバート（高周波側への周波数変換）を行うためのミキサー５２と、前記各実施形態の高周波半導体装置のいずれかの構成を備え、ミキサー５２から出力された高周波信号を増幅するパワーアンプ５３とを備えている。
【０１１２】
また、携帯電話機５０は、受信部として、受信された高周波信号を増幅するためのローノイズアンプ（ＬＮＡ）５６と、受信された高周波信号を可聴周波数帯域の周波数を持つ信号にダウンコンバート（低周波側への周波数変換）を行うためのミキサー５７と、ミキサー５７からの出力信号を音声信号に復調するための復調器５８と、復調された音声信号から音声を発生するためのスピーカー等のベースバンド信号処理部（図示しない）とを備えている。また、携帯電話機５０は、送信／受信を切り換えるための送受切換器５４と、電磁波の入出力のためのアンテナ５５とを備えている。
【０１１３】
次に、携帯電話機５０の動作について説明する。
【０１１４】
送信時には、送受切換器５４により送信部がアンテナ５５に接続される。そして、音声の入力によりベースバンド信号発生部から発生する音声信号が、変調器５１によりディジタル変調され、さらにミキサー５２により所定の周波数を持つ高周波信号にアップコンバートされる。次いで、この高周波信号が、パワーアンプ５３にて増幅され、電磁波としてアンテナ５５から出力される。
【０１１５】
一方、受信時には、送受切換器５４により受信部がアンテナ５５に接続され、アンテナ５５から取り込まれた電磁波が高周波信号としてローノイズアンプ５６に入力される。そして、この高周波信号は、ローノイズアンプ５６で増幅された後、ミキサー５７で可聴周波数帯域の周波数を持つ信号にダウンコンバートされる。その信号が、復調器５８により音声信号に復調される。上記音声信号は、ベースバンド信号処理部に入力され、音声として出力される。
【０１１６】
上記の携帯電話機５０では、本発明に係る高周波半導体装置をパワーアンプ５３に使用したことで、パワーアンプ５３から送受切換器５４への高周波信号の伝送損失を低減しながら、パワーアンプ５３からの高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、半導体素子を遮蔽するために誘電体基板に配設された第２の接地導電体層をさらに備え、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、第１の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成である。
【０１１８】
これにより、半導体素子を遮蔽する第２の接地導電体層が、半導体素子の搭載面に対して、比較的薄い厚みの誘電体層を挟んで配設されるので、半導体素子から漏洩した高周波信号（漏洩電力）を第２の接地導電体層によって十分に吸収し、高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【０１１９】
また、マイクロストリップ伝送線路の誘電体の厚みを比較的薄くすることができるので、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。
【０１２０】
しかも、上記構成によれば、第２の接地導電体層を設けたことによる装置サイズの増大がないので、複数の接地電極を設けた従来例と比較して、装置サイズを小さくすることができる。
【０１２１】
したがって、上記構成は、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２２】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、上記誘電体基板が、複数の誘電体層からなる多層誘電体基板であり、上記第２の接地導電体層は、誘電体基板における誘電体層と誘電体層との間に配設されている構成であることが好ましい。
【０１２３】
上記構成は、均一な厚みを有する２枚の誘電体基板を貼り合わせるだけで製造することが可能であり、製造が容易な高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。また、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在することで、基板強度の高い高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２４】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、上記半導体素子が、上記高周波信号と異なる第２の高周波信号を出力しうるものであり、第２の高周波信号を伝送するための第２のマイクロストリップ伝送線路がさらに備えられ、第２のマイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された第２の信号線と、上記誘電体基板の内部に配設された第３の接地導電体層とによって形成されており、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第３の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成であってもよい。
【０１２５】
上記構成によれば、２種類の高周波信号を、互いに異なる厚みの誘電体層を持つマイクロストリップ伝送線路で伝送することができる。それゆえ、上記構成は、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを各高周波信号に応じて調整することが可能な高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明の高周波半導体装置の好ましい形態は、以上のように、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置であり、上記半導体素子は、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子との間に配設された接地端子をさらに有し、上記第２の接地導電体層が、上記接地端子と接続されている構成である。
【０１２７】
上記構成によれば、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子、および、接地端子と第２の接地導電体層との接続線によって電気的に分離することができる。それゆえ、上記構成は、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波（電力）の漏洩が低減された高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２８】
本発明の携帯用通信機器は、以上のように、本発明の高周波半導体装置を備える構成である。
【０１２９】
上記構成は、本発明の高周波半導体装置を含んでいるので、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい携帯用通信機器を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る高周波半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す高周波半導体装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る高周波半導体装置の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示す高周波半導体装置の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る携帯用通信機器の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す断面図である。
【図７】従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す平面図である。
【図８】他の従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ９００ＭＨｚ帯用出力端子（出力端子）
２ ＧＮＤ端子（接地端子）
３ １．８ＧＨｚ帯用出力端子（出力端子）
４ パッケージ（半導体素子、高周波増幅装置）
５ 多層誘電体基板（誘電体基板）
６ 基板側ＧＮＤ端子
７Ａ・７Ｂ スルーホール
８ ＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）
９ スラグ
１０ スラグ用ＧＮＤ端子
１１ 基板側端子
１２ 基板側端子
１３ ９００ＭＨｚ帯用整合回路
１４ １．８ＧＨｚ帯用整合回路
１５ 信号線
１６ 基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）
１７ 領域
１８ 信号線
１９ 誘電体基板（誘電体層）
２０ 誘電体基板（誘電体層）
２３ ＩＣチップ搭載領域
２４ ＩＣチップ（半導体素子、高周波増幅装置）
２５・２６・２７ ボンディングワイヤ
３０ ９００ＭＨｚ帯用出力パッド（出力端子）
３１ ＧＮＤパッド（接地端子）
３２ １．８ＧＨｚ帯用出力パッド（出力端子）
５０ 携帯電話機（携帯用通信機器）
５３ パワーアンプ（高周波半導体装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を処理する半導体素子を備える高周波半導体装置、特に、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を１つのパッケージ内に有する高周波増幅装置を備える高周波半導体装置、および、この高周波半導体装置を用いた携帯用通信機器、特に、デュアル・バンド、トリプル・バンド用移動体通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末用の通信システムとしては、高周波信号を利用した通信システムが用いられている。このような通信システムとしては、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ） 、ＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） 等、複数の通信システムが存在しており、各通信システム毎に異なる周波数の高周波が使用されている。
【０００３】
そこで、近年では、ＧＳＭ／ＤＣＳデュアルモード、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳトリプルモード等の複数の通信システムで使用可能な携帯電話端末が多数登場してきている。
【０００４】
このような複数の通信システムで使用可能な携帯電話端末として、従来一般的な構成は、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を携帯電話端末内に複数個搭載し、各通信システム毎にその通信システムに応じた高周波増幅器のみを動作させる構成であった。
【０００５】
これに対し、最近では、携帯電話端末の小型化に伴い、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内、ないしは１チップ上に搭載したものが要求されるようになっている。
【０００６】
複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内に搭載した構成を有する従来の高周波増幅装置の一例を図６および図７に示す。
【０００７】
なお、図７は、高周波増幅装置をパッケージ側（図６の上側）から見た様子を示す平面図であり、図６は、高周波増幅装置を図７のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図６は、パッケージの実装された部分におけるパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、パッケージの実装された部分の外側の部分や、パッケージの入力端子側の部分については省略している。
【０００８】
この従来例の高周波増幅装置では、図６および図７に示すように、パッケージ１０４が誘電体基板１０５上に表面実装されている。このパッケージ１０４内には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路（半導体素子）が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。パッケージ１０４は、例えば、表面実装型の樹脂モールドパッケージである。なお、図６においては、パッケージ１０４内の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図６におけるパッケージ１０４の部分には、実際には、集積回路を含むＩＣチップと、ＩＣチップを封止する封止樹脂とが存在している。
【０００９】
この従来例の高周波増幅装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、パッケージ１０４内の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力端子１４１を介して入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。
【００１０】
また、パッケージ１０４内部に搭載されているＩＣチップは、図示しない接地端子を備えており、接地端子が、ワイヤーにより、図６に示すスラグ１０９に接続され、さらにスラグ用ＧＮＤ端子１１０と接続されることで、ＩＣチップが接地されている。
【００１１】
パッケージ１０４における１つの面（パッケージ１０４における誘電体基板１０５側の面を正面としたときの側面）には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と、ＧＮＤ端子１０２と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３とが配置されている。ＧＮＤ端子１０２は、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３との間に配置され、かつ、接地されている。
【００１２】
誘電体基板１０５におけるパッケージ１０４が実装されている面の裏面（以下、単に裏面と称する）には、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン１０８が全面に形成されている。
【００１３】
一方、誘電体基板１０５におけるパッケージ１０４が実装されている面（以下、パッケージ実装面と称する）には、パッケージ１０４のＧＮＤ端子１０２と接続された基板側ＧＮＤ端子１０６と、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１と接続された基板側端子１１１と、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３と接続された基板側端子１１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子１０６は、スルーホール１０７Ａを通して誘電体基板１０５の裏面側のＧＮＤパターン１０８と接続されている。
【００１４】
また、パッケージ１０４の底面（誘電体基板１０５側の面）には、接地された導電体膜であるスラグ１０９が形成されており、このスラグ１０９は、誘電体基板１０５のパッケージ実装面に配設されたスラグ用ＧＮＤ端子１１０と接続されている。このスラグ用ＧＮＤ端子１１０も、スルーホール１０７Ｂ・１０７Ｂを介して誘電体基板１０５の裏面側のＧＮＤパターン１０８と接続されている。
【００１５】
また、基板側端子１１１および基板側端子１１２は、各々、誘電体基板１０５の面１９ａ上に配設された信号線１１５および信号線１１８に対して接続されている。これら信号線１１５および信号線１１８は、誘電体基板１０５を挟んでＧＮＤパターン１０８と対向しており、これら信号線１１５および信号線１１８とＧＮＤパターン１０８とによって、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送するための９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するための１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路が形成されている。なお、図６の断面図では、理解を助けるために、信号線１１５・１１８の投影像を一点鎖線で示している。
【００１６】
回路でギガヘルツ帯の高周波信号を扱う場合、その回路の出力段と、その回路の次段の回路の入力段および信号線との間で、特性インピーダンスの整合を取ることが、回路動作の上で非常に重要である。そのため、前述した基板側端子１１１および基板側端子１１２は各々、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４に接続されている。
【００１７】
９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４は、前述した９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路に、例えば、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を付加して構成されたものである。これら９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４では、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層（信号線１１５・１１８が配設された部分の誘電体基板１０５）の比誘電率および厚さ、並びに信号線の幅を調節し、さらに、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を接続することで、所望の特性インピーダンス値を得ることができるようになっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の高周波増幅装置では、９００ＭＨｚ帯の高周波を使用する通信モードで携帯電話端末が使用された場合、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器への電力供給を遮断するようになっている。そのため、この場合、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器からは１．８ＧＨｚ帯の高周波信号が出力されない。
【００１９】
しかしながら、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から９００ＭＨｚ帯の高周波信号が出力される時には、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１等から９００ＭＨｚの整数倍の周波数を持つ高周波（２次高調波）が発生し、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３を通して携帯電話外部へ漏洩する。ここで漏洩する２次高調波のうち、９００ＭＨｚの２倍の周波数を持つ２次高調波は、他の通信モードで使用される高周波信号と同じ周波数であるため、特に問題となる。
【００２０】
すなわち、９００ＭＨｚの２倍の周波数を持つ２次高調波が漏洩すると、未使用であるはずの１．８ＧＨｚ帯の高周波が携帯電話から発生することになり、１．８ＧＨｚ帯の高周波を使用する通信を妨害してしまう可能性がある。携帯電話から漏洩した１．８ＧＨｚ帯の高周波信号の電力レベルが、規格で定められている範囲内の漏洩電力であれば特に問題とはならない。しかしながら、携帯電話から発生する１．８ＧＨｚ帯の高周波信号の電力レベルが、規格で定められている範囲を越える場合、その携帯電話は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を使用する通信の妨げになるという理由で携帯電話としての認定を受けられず、使用不可能となる。
【００２１】
上述したような９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１等から１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３への１．８ＧＨｚ帯の高周波の漏洩を防ぐためには、すなわち、９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１で発生した２次高調波がＧＮＤ端子１０２を介して、１．８ＧＨｚ帯用出力端子１０３に飛び込む電波の電力を低減するためには、この飛び込み電波を誘電体基板１０５の裏面上のＧＮＤパターン１０８により吸収させる必要がある。飛び込み電波をＧＮＤパターン１０８に吸収させるためには、パッケージ１０４における９００ＭＨｚ帯用出力端子１０１が配設された面と、誘電体基板１０５の裏面上のＧＮＤパターン１０８との距離を短く、すなわち、誘電体基板１０５の厚みを薄くすることが考えられる。
【００２２】
しかしながら、誘電体基板１０５の厚みを薄くすると、次のような問題を生じる。
【００２３】
まず、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４では、前述したように、マイクロストリップ伝送線路を構成する部分の誘電体基板１０５の比誘電率および厚さ、並びに信号線１１５・１１８の幅を調節することで特性インピーダンスの整合を取っている。そのため、誘電体基板１０５の厚みを薄くした場合、それに対応して、信号線１１５・１１８の幅を変更しなければならない。具体的には、誘電体基板１０５の厚みを薄くすると、マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層の厚さも薄くなり、マイクロストリップ伝送線路の分布定数としての容量成分が増加してしまう。そのため、同じ特性インピーダンスを保つためには、信号線１１５・１１８の幅を細くしなければならない。
【００２４】
しかしながら、信号線１１５・１１８の幅を細くすると、マイクロストリップ伝送線路を構成する信号線１１５・１１８の抵抗が増加してしまう。そのため、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４での損失の増加を招いてしまう。例えば、誘電体基板１０５として、一般的な誘電体基板であるガラスエポキシ基板を用いた場合、誘電体基板１０５の厚みを０．４ｍｍから０．２ｍｍに薄くすると、９００ＭＨｚ帯用整合回路１１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１１４での損失は０．２ｄＢ程度増加する。
【００２５】
この損失の増加を補おうとすると、パッケージ１０４内の高周波増幅器の出力電力を増加せざるを得ず、この結果、高周波増幅器の消費電力の増加を招くことになる。この消費電力の増加は、携帯電話等の電池で駆動される携帯用通信機器にとって、連続通信可能時間（携帯電話であれば、連続通話可能時間）が短くなるなど、深刻な問題となる。
【００２６】
また、従来例として、図８に示すように、図６および図７に示す従来例の高周波増幅装置における出力端子１０１と出力端子１０３との間に配置するＧＮＤ端子１０２の数を２つに増やした高周波増幅装置も知られている。この構成では、図６および図７に示す従来例と比較して、２次高調波の電力漏洩を低減することができる。
【００２７】
しかしながら、この場合、パッケージ１０４のピン数が増加してしまい、パッケージサイズが大きくなるので、装置サイズが大きくなってしまうという問題を生じる。
【００２８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい高周波半導体装置および携帯用通信機器を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波半導体装置は、上記の課題を解決するために、誘電体基板と、誘電体基板における一方の面上に搭載された、高周波信号を出力する半導体素子と、半導体素子から出力された高周波信号を伝送するためのマイクロストリップ伝送線路とを備え、上記マイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された信号線と、上記誘電体基板における信号線が形成された面の裏面上に配設された第１の接地導電体層とによって形成されている高周波半導体装置において、半導体素子を遮蔽するために上記誘電体基板に配設された第２の接地導電体層をさらに備え、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第１の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近いことを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、第２の接地導電体層と半導体素子搭載面との距離が第１の接地導電体層と信号線との距離よりも近くなる。すなわち、半導体素子を遮蔽する第２の接地導電体層が、半導体素子の搭載面に対して、マイクロストリップ伝送線路の誘電体層（誘電体基板）よりも薄い厚みの誘電体層を挟んで配設される。これにより、半導体素子から漏洩した高周波信号（漏洩電力）を第２の接地導電体層によって十分に吸収することができる。その結果、高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【００３１】
また、上記構成によれば、第１の接地導電体層と信号線との距離が第２の接地導電体層と半導体素子搭載面との距離よりも遠くなるので、マイクロストリップ伝送線路の誘電体の厚みが、半導体素子と第２の接地導電体層との間に挟まれた誘電体の厚みより厚くなる。これにより、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。
【００３２】
しかも、上記構成によれば、第２の接地導電体層を設けたことによる装置サイズの増大がないので、複数の接地電極を設けた従来例と比較して、装置サイズを小さくすることができる。
【００３３】
したがって、上記構成によれば、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、しかも、装置サイズを小さくすることができる。
【００３４】
本発明の高周波半導体装置は、上記誘電体基板が、複数の誘電体層からなる多層誘電体基板であり、上記第２の接地導電体層は、誘電体基板における誘電体層と誘電体層との間に配設されている構成であることが好ましい。
【００３５】
上記構成の高周波半導体装置は、均一な厚みを有する２枚の誘電体基板を貼り合わせるだけで製造することが可能であり、製造が容易な構成である。
【００３６】
また、上記構成によれば、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面の裏面上に第２の接地導電体層を配設した場合と比較すると、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在する分、第２の接地導電体層が配設された部分の誘電体基板の厚みを厚くすることができる。それゆえ、誘電体基板の強度が高くなる。
【００３７】
さらに、上記構成によれば、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在することで、第１の接地導電体層をこの誘電体層の上にまで延長することができ、その場合、第１の接地導電体層によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られ、高周波の漏洩をさらに抑制することができる。
【００３８】
本発明の高周波半導体装置は、上記半導体素子が、上記高周波信号と異なる第２の高周波信号を出力しうるものであり、第２の高周波信号を伝送するための第２のマイクロストリップ伝送線路がさらに備えられ、第２のマイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された第２の信号線と、上記誘電体基板の内部に配設された第３の接地導電体層とによって形成されており、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第３の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成であってもよい。
【００３９】
上記構成によれば、２種類の高周波信号を、互いに異なる厚みの誘電体層を持つマイクロストリップ伝送線路で伝送することができる。それゆえ、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを各高周波信号に応じて調整することができる。
【００４０】
本発明の高周波半導体装置の好ましい形態は、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置であり、上記半導体素子は、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子との間に配設された接地端子をさらに有し、上記第２の接地導電体層が、上記接地端子と接続されている構成である。
【００４１】
上記構成のように互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器が備えられている場合、一つの高周波増幅器の出力端子から発生した高周波が、他の高周波増幅器の出力端子を通して高周波半導体装置本体の外に漏洩するおそれがある。上記構成によれば、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子、および、接地端子と第２の接地導電体層との接続線によって電気的に分離することができる。それゆえ、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波（電力）の漏洩を低減することができる。したがって、高周波の漏洩をより一層低減することができる。
【００４２】
上記第１の接地導電体層は、少なくとも、上記誘電体基板における信号線が形成された領域の裏面に配設されていればよいが、上記誘電体基板における信号線および半導体素子が配設された面の裏面全体を覆うように配設されていることが好ましい。これにより、第１の接地導電体層によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られるので、半導体素子から発生した高周波をより一層低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより一層低減することができる。
【００４３】
上記第２の接地導電体層は、上記マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスに影響を与えないように、上記マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線の下部領域近傍以外に配設されていればよい。言い換えると、上記第２の接地導電体層は、上記マイクロストリップ伝送線路が形成された空間の外に形成されていればよい。
【００４４】
上記第２の接地導電体層は、少なくとも、誘電体基板における上記半導体素子が搭載された領域の下部と、上記半導体素子と電気的に接続されている基板上の接続用端子の下部とを覆うように配設されていることが好ましい。これにより、半導体素子から発生した高周波をより確実に低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより確実に低減することができる。
【００４５】
また、上記第２の接地導電体層は、高周波発生源の下部領域に配設されていることが好ましい。半導体素子から発生した高周波をより確実に低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより確実に低減することができる。
【００４６】
上記半導体素子が、パッケージ（絶縁体）内に集積回路を搭載したもの、あるいはチップ（絶縁性基板）上に集積回路を搭載したものである場合、パッケージあるいはチップにおける誘電体基板側の面上に接地導電膜が形成され、上記接地導電膜が上記第２の接地導電体層と接続されていることが好ましい。これにより、接地導電膜によっても半導体素子を遮蔽する効果が得られるので、半導体素子から発生した高周波をより一層低減することができ、その結果、高周波信号の漏洩をより一層低減することができる。
【００４７】
本発明の高周波半導体装置では、上記半導体素子が、高周波を発生しやすいもの、例えば、高周波信号を増幅する高周波増幅器である場合に、顕著な効果が得られる。
【００４８】
そして、本発明の高周波半導体装置は、特に、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合に、顕著な効果が得られる。
【００４９】
すなわち、本発明の高周波半導体装置は、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合には、マイクロストリップ伝送線路の損失を増加させることなく、かつ、装置サイズ（パッケージサイズ）を増大させることなく、一方の高周波増幅器から他方の高周波増幅器への漏洩電力を低減させることができるという効果が得られる。したがって、マイクロストリップ伝送線路および高周波増幅器の小型化・高効率化を図ることができるという効果が得られる。
【００５０】
上記半導体素子は、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置である場合、これら高周波増幅器の出力端子の間に配設された接地端子をさらに有することが好ましい。これにより、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子によって電気的に分離することができる。それゆえ、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波の漏洩をより一層低減することができる。したがって、高周波の漏洩をより一層低減することができる。
【００５１】
本発明の携帯用通信機器は、上記の課題を解決するために、本発明の高周波半導体装置を備えることを特徴としている。
【００５２】
上記構成によれば、本発明の高周波半導体装置を含んでいるので、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、しかも、装置サイズを小さくすることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態として、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１パッケージ内に搭載し、パッケージを誘電体基板上に実装した構成を有する高周波半導体装置を、図１および図２に基づいて以下に説明する。
【００５４】
なお、図２は、高周波半導体装置をパッケージ側（図１の上側）から見た様子を示す平面図であり、図１は、高周波半導体装置を図２のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図１は、パッケージの実装された部分におけるパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、パッケージの実装された部分の外側の部分や、パッケージの入力端子側の部分については省略している。このようにパッケージの出力端子側を中心にした部分のみを示しているのは、携帯電話等の携帯用通信機器においては、送信のために高周波信号を増幅する高周波増幅器の出力段が、最も電力強度が強く、従って、電力漏洩の問題が発生しやすい箇所であるからである。
【００５５】
本実施携帯の高周波半導体装置では、図１および図２に示すように、パッケージ（半導体素子、高周波増幅装置）４が多層誘電体基板（誘電体基板）５上に表面実装されている。パッケージ４の形状は、前述した図６および図７に示す従来の高周波増幅装置と同じである。このパッケージ４内には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。パッケージ４は、例えば、表面実装型の樹脂モールドパッケージである。なお、図１においては、パッケージ４内の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図１におけるパッケージ４の部分には、実際には、集積回路を含むＩＣチップと、ＩＣチップを封止する封止樹脂とが存在している。
【００５６】
本実施形態の高周波半導体装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、パッケージ４内の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力端子４１を介して入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。
【００５７】
また、パッケージ４内部に搭載されているＩＣチップは、図示しない接地端子を備えており、接地端子が、ワイヤーにより、図１に示すスラグ９に接続され、さらにスラグ用ＧＮＤ端子１０と接続されることで、ＩＣチップが接地されている。
【００５８】
パッケージ４における１つの面（パッケージ４における多層誘電体基板５側の面を正面としたときの側面）には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力端子（出力端子）１と、ＧＮＤ端子（接地端子）２と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力端子（出力端子）３とが配置されている。ＧＮＤ端子２は、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子３との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と１．８ＧＨｚ帯用出力端子３との間に配置され、かつ、接地されている。
【００５９】
多層誘電体基板５は、図１に示すように、誘電体基板（誘電体層）１９と誘電体基板（誘電体層）２０とを貼り合せた構造である。なお、誘電体基板１９と誘電体基板２０との貼り合わせは、例えば、誘電体基板１９および誘電体基板２０とほぼ同じ誘電率を持つ接着剤により行うとよい。
【００６０】
多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装されている面の裏面、すなわち、誘電体基板２０におけるパッケージ４と反対側の面２０ｂには、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８が全面に形成されている。
【００６１】
一方、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装されている面、すなわち、誘電体基板１９におけるパッケージ４が実装された面１９ａには、パッケージ４のＧＮＤ端子２と接続された基板側ＧＮＤ端子６と、９００ＭＨｚ帯用出力端子１と接続された基板側端子１１と、１，８ＧＨｚ帯用出力端子３と接続された基板側端子１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子６は、スルーホール７Ａを通して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００６２】
また、パッケージ４の底面（多層誘電体基板５側の面）には、接地された導電体膜であるスラグ９が形成されており、このスラグ９は、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装された面１９ａに配設されたスラグ用ＧＮＤ端子１０と接続されている。このスラグ用ＧＮＤ端子１０も、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００６３】
そして、本実施形態の高周波半導体装置は、誘電体基板１９および誘電体基板２０の間、すなわち、誘電体基板１９におけるパッケージ４と反対側の面１９ｂおよび誘電体基板２０におけるパッケージ４側の面２０ａ（つまり、互いに貼り合わされる２つの面）の間に、接地電位を与える導電層である基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６が配されていることを特徴としている。基板内層ＧＮＤパターン１６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合わせる前に、誘電体基板１９の面１９ｂおよび誘電体基板２０の面２０ａの双方もしくは一方に導電層を形成すればよい。
【００６４】
これにより、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるパッケージ４が実装された面１９ａからの距離が、ＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の距離（多層誘電体基板５の厚みに等しい）よりも近くなっている。それゆえ、基板内層ＧＮＤパターン１６は、高周波を発生するパッケージ４およびその端子（出力端子１・３、ＧＮＤ端子２等）に近接しており、これらパッケージ４および端子を効果的に遮蔽できるようになっている。
【００６５】
この基板内層ＧＮＤパターン１６は、少なくとも、電力漏洩の影響が出やすいパッケージ４の端子２・１・３と接続された基板側の端子６・１１・１２の先端部からパッケージ４の下部（入力端子、出力端子１・３、およびＧＮＤ端子２の下部を含む）に渡る領域１７を覆うパターンとなっている。
【００６６】
基板内層ＧＮＤパターン１６は、信号線１５・１８下部のマイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスには影響を与えないようになっている。したがって、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるマイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８が配設された領域の下部以外に配設されている。
【００６７】
また、基板内層ＧＮＤパターン１６は、ＧＮＤパターン８と同様に、スルーホール７Ａを介して基板側ＧＮＤ端子６に接続されているとともに、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介してスラグ用ＧＮＤ端子１０に接続されている。これらスルーホール７Ａおよびスルーホール７Ｂ・７Ｂは、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せて多層誘電体基板５を得た後、多層誘電体基板５の所定の位置に貫通孔を開け、貫通孔内部を、例えばメタライズすることで導通させる方法で形成すればよい。
【００６８】
また、基板側端子１１および基板側端子１２は、各々、多層誘電体基板５の面１９ａ上に配設された信号線１５および信号線１８に対して接続されている。これら信号線１５および信号線１８は、多層誘電体基板５を挟んでＧＮＤパターン８と対向しており、これら信号線１５および信号線１８とＧＮＤパターン８とによって、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送するための９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送するための１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路が形成されている。なお、図１の断面図では、理解を助けるために、信号線１５・１８の投影像を一点鎖線で示している。
【００６９】
上記の９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路は、高周波半導体装置の出力段の特性インピーダンスと、高周波半導体装置の後段に接続される他の半導体装置の入力段の特性インピーダンスとを整合させるための整合回路として機能している。
【００７０】
９００ＭＨｚ帯用整合回路１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４は、前述した９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路に、例えば、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を付加して構成されたものである。これら９００ＭＨｚ帯用整合回路１３および１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４では、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路および１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路を構成する誘電体層（信号線１５・１８が配設された部分の多層誘電体基板５）の比誘電率および厚さ、並びに信号線の幅および厚さを調節し、さらに、チップコンデンサやチップインダクタ等の受動素子を接続することで、所望の特性インピーダンス値を得ることができるようになっている。
【００７１】
本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、出力端子１・３間に配置されるＧＮＤ端子２と接続され、半導体素子（パッケージ４）の下層に配設された基板内層ＧＮＤパターン１６と半導体素子との間の誘電体層の厚みが薄くなる一方、整合回路１３・１４のマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の誘電体層が厚くなるような、多層の配線パターンを使用している。
【００７２】
上記構成によれば、漏洩電力は誘電体層の厚みが薄い部分のＧＮＤパターン（基板内層ＧＮＤパターン１６）で吸収され、異なる出力端子１・３間での電力の漏洩が防止される。しかも、整合回路１３・１４は、ＧＮＤパターンとの間の誘電体層の厚みが厚い部分に形成されるので、マイクロストリップ伝送線路の幅を広くすることができ、マイクロストリップ伝送線路による損失を低減できる。
【００７３】
また、本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、２次高調波の電力漏洩に大きな影響を与える出力端子１・３、ＧＮＤ端子２、およびパッケージ４の下部に、比較的薄い誘電体層（誘電体基板１９）を介して基板内層ＧＮＤパターン１６を配設している。これにより、２次高調波の電力漏洩を基板内層ＧＮＤパターン１６によって十分に吸収することができる。それゆえ、高周波の漏洩を十分に低減することができる。
【００７４】
一方、マイクロストリップ伝送線路を含む整合回路１３・１４内の信号線１５・１８の下部には、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設していない。したがって、整合回路１３・１４を構成するマイクロストリップ伝送線路は、信号線１５・１８と、比較的厚い誘電体層（誘電体基板１９・２０）を介して信号線１５・１８に対向するＧＮＤパターン８とで形成される。これにより、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線１５・１８の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線１５・１８の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。また、信号線１５・１８の線幅を太くできることで、従来技術と比較して製造時の信号線１５・１８の線幅のバラツキを低減でき、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンス等の電気的特性が安定した高周波半導体装置を実現することができる。
【００７５】
また、本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、電力漏洩防止用の基板内層ＧＮＤパターン１６を、マイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターン８とは別に設置している。これにより、電力漏洩防止用のＧＮＤパターン設計とマイクロストリップ伝送線路用のＧＮＤパターン設計とを各々独立に検討できるため、設計の自由度が高まる。そのため、設計の容易化を図ることができる。
【００７６】
次に、本実施形態に係る実施例として、厚み０．２ｍｍの誘電体基板１９と厚み０．２ｍｍの誘電体基板２０とを接着剤で貼り合わせた多層誘電体基板５を用いて高周波半導体装置を製造した。この場合、誘電体基板１９と誘電体基板２０との間の接着剤層は極めて薄く無視できるので、多層誘電体基板５の厚みは０．４ｍｍとみなすことができる。また、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８は、線幅が０．７７ｍｍ、厚さが３０μｍとなるように形成した。この実施例の高周波半導体装置において、整合回路１３・１４での損失は、−０．７ｄＢであった。
【００７７】
この実施例の高周波半導体装置と同じ２次高調波の漏洩レベルと特性インピーダンス（例えば、５０Ω）を前述した図６および図７に示す従来例の高周波増幅装置で得るために必要な条件を調べたところ、誘電体基板１０５の厚みを０．２ｍｍ、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１１５・１１８の線幅を０．３６ｍｍ、信号線１１５・１１８の厚さを３０μｍにすることが必要であった。この条件において、従来の高周波増幅装置の整合回路１１３・１１４での損失は、−０．９ｄＢであった。
【００７８】
したがって、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを所定の値に調整した場合において、本実施形態に係る高周波半導体装置の整合回路１３・１４での損失は、従来の高周波増幅装置の整合回路１１３・１１４での損失と比較して、０．２ｄＢ低減されていた。したがって、信号線１１５・１１８を通して伝送される信号のレベルを０．２ｄＢ改善することができた。
【００７９】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の一形態として、複数の異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を１つのＩＣチップ上に搭載し、ＩＣチップを誘電体基板上に実装した構成を有する高周波半導体装置を、図３および図４に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００８０】
なお、図４は、高周波半導体装置をＩＣチップ側（図３の上側）から見た様子を示す平面図であり、図３は、高周波半導体装置を図４のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。図３は、図１と同様に、ＩＣチップの実装された部分におけるＩＣチップの出力端子側を中心にした部分のみを示しており、ＩＣチップの実装された部分の外側の部分や、ＩＣチップの入力端子側の部分については省略している。
【００８１】
本実施形態の高周波半導体装置は、パッケージ４を多層誘電体基板５に表面実装した実施の形態１の高周波半導体装置とは異なり、ＧａＡｓ半導体等を用いたＩＣチップ（半導体素子、高周波増幅装置）２４を多層誘電体基板５上に直接、フェイスアップ実装したものである。そして、ＩＣチップ２４上のパッド３０〜３２から多層誘電体基板５上の整合回路１３・１４に対してボンディングワイヤ２５〜２７により直接、電気的接続がなされている。
【００８２】
ＩＣチップ２４には、図示しないが、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を増幅する９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器と、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を増幅する１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器とを備える集積回路が搭載されており、通信モードに応じて一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになっている。なお、図１においては、ＩＣチップ２４の集積回路を図示せず、導電性の平板として描いている。しかしながら、図１におけるＩＣチップ２４の部分には、実際には、集積回路と、配線パターンと、集積回路を支持する絶縁性基板とが存在している。
【００８３】
本実施形態の高周波半導体装置は、１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードと、９００ＭＨｚ帯の高周波信号を伝送する通信モードとを備える携帯用通信機器に使用されるものである。そのため、ＩＣチップ２４の集積回路には、通信モードに応じて、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器および１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器の一方を動作させるための動作切り替え信号が、切り替え信号入力パッド４４から入力されるようになっている。これにより、通信モードに応じて、一方の高周波増幅器が選択的に動作するようになる。なお、動作切り替え信号は、切り替え信号端子４２からワイヤー４３を介して切り替え信号入力パッド４４に入力される。
【００８４】
また、ＩＣチップ２４は、図示しないＩＣ内部接地端子４５を備えており、ＩＣ内部接地端子４５が、ワイヤー４６により図３中のＩＣチップ搭載領域２３で示される接地面に接続され、さらにスルーホール７Ｂ・７Ｂにより接地導体層（ＧＮＤパターン８および基板内層ＧＮＤパターン１６）と接続されることにより、ＩＣチップ２４が接地されている。
【００８５】
ＩＣチップ２４における多層誘電体基板５側と反対側の面上には、９００ＭＨｚ帯用高周波増幅器から出力された９００ＭＨｚ帯の高周波信号を出力する９００ＭＨｚ帯用出力パッド（出力端子）３０と、ＧＮＤパッド（接地端子）３１と、１．８ＧＨｚ帯用高周波増幅器から出力された１．８ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する１．８ＧＨｚ帯用出力パッド（出力端子）３２とが配置されている。ＧＮＤパッド３１は、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０と１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２との電気的分離（アイソレーション）のためのものであり、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０と１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２との間に配置され、かつ、接地されている。
【００８６】
多層誘電体基板５は、図３に示すように、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せた構造である。
【００８７】
多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装されている面の裏面、すなわち、誘電体基板２０におけるＩＣチップ２４と反対側の面２０ｂには、接地電位を与える導電層であるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８が全面に形成されている。
【００８８】
一方、多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装されている面、すなわち、誘電体基板１９におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａには、ＩＣチップ２４のＧＮＤパッド３１とボンディングワイヤ２６で接続された基板側ＧＮＤ端子６と、９００ＭＨｚ帯用出力パッド３０とボンディングワイヤ２５で接続された基板側端子１１と、１．８ＧＨｚ帯用出力パッド３２とボンディングワイヤ２７で接続された基板側端子１２とが配設されている。基板側ＧＮＤ端子６は、スルーホール７Ａを通して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００８９】
また、誘電体基板１９におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａには、ＩＣチップ２４の底面（多層誘電体基板５側の面）と接続されたＩＣチップ搭載領域２３も配されている。このＩＣチップ搭載領域２３も、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介して多層誘電体基板５の裏面側のＧＮＤパターン８と接続されている。
【００９０】
そして、本実施形態の高周波半導体装置は、誘電体基板１９および誘電体基板２０の間に、接地電位を与える導電層である基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６が配されていることを特徴としている。基板内層ＧＮＤパターン１６の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合わせる前に、誘電体基板１９の面１９ｂおよび誘電体基板２０の面２０ａの双方もしくは一方に導電層を形成すればよい。
【００９１】
これにより、基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるＩＣチップ２４が実装された面１９ａからの距離が、ＧＮＤパターン８と信号線１５・１８との間の距離よりも近くなっている。それゆえ、基板内層ＧＮＤパターン１６は、高周波を発生するＩＣチップ２４およびパッド３０〜３２に近接しており、これらＩＣチップ２４およびパッド３０〜３２を効果的に遮蔽できるようになっている。
【００９２】
この基板内層ＧＮＤパターン１６は、少なくとも、電力漏洩の影響が出やすいＩＣチップ２４上のパッド３０〜３２とボンディングワイヤ２５〜２７で接続された基板側の端子６・１１・１２の先端部からＩＣチップ搭載領域２３の下部領域に渡る領域１７を覆うパターンとなっている。
【００９３】
基板内層ＧＮＤパターン１６は、多層誘電体基板５におけるマイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８が配設された領域の下部以外に配設されている。
【００９４】
また、基板内層ＧＮＤパターン１６は、ＧＮＤパターン８と同様に、スルーホール７Ａを介して基板側ＧＮＤ端子６に接続されているとともに、スルーホール７Ｂ・７Ｂを介してスラグ用ＧＮＤ端子１０に接続されている。これらスルーホール７Ａおよびスルーホール７Ｂ・７Ｂは、誘電体基板１９と誘電体基板２０とを貼り合せて多層誘電体基板５を得た後、多層誘電体基板５の所定の位置に貫通孔を開け、貫通孔内部を、例えばメタライズすることで導通させる方法で形成すればよい。
【００９５】
次に、基板側端子１１と、基板側端子１２は、図示されていないが、各々信号線が接続されており、これら信号線はＧＮＤパターン８との間に誘電体層（多層誘電体基板５）を有するマイクロストリップ伝送線路を形成し、整合回路として機能している。
【００９６】
整合回路１３・１４については、実施の形態１で説明した通りであり、ここでの説明は省略する。
【００９７】
本実施形態の高周波半導体装置では、以上のように、２次高調波の電力漏洩に大きな影響を与えるＩＣチップ２４および接続用の端子６・１１・１２の下部に、比較的薄い誘電体層（誘電体基板１９）を介して基板内層ＧＮＤパターン１６を配設することにより、２次高調波の電力漏洩を吸収している。一方、マイクロストリップ伝送線路を含む整合回路１３・１４内の信号線１５・１８の下部には、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設せず、整合回路１３・１４を構成するマイクロストリップ伝送線路を、比較的厚い誘電体層（誘電体基板１９・２０）が介在した信号線１５・１８およびＧＮＤパターン８で形成している。
【００９８】
これにより、実施の形態１と同様に、高周波の漏洩を十分に低減することができ、かつ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。また、特性インピーダンス等の電気的特性が安定した高周波半導体装置を実現することができる。
【００９９】
次に、本実施形態に係る実施例として、厚み０．２ｍｍの誘電体基板１９と厚み０．２ｍｍの誘電体基板２０とを接着剤で貼り合わせた多層誘電体基板５を用いて高周波半導体装置を製造した。また、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８は、線幅が０．７７ｍｍ、厚さが３０μｍとなるように形成した。
【０１００】
その結果、実施の形態１で説明した実施例と同様に、マイクロストリップ伝送線路を形成する信号線１５・１８の線幅を広く設定でき、整合回路１３・１４での損失も低減でき、実施の形態１と同様の効果が得られた。
【０１０１】
なお、上記各実施形態では、３層基板（誘電体層が２層、導電体層が３層配設された基板）を用いて９００ＭＨｚ帯用整合回路を構成するＧＮＤパターンと１．８ＧＨｚ帯用整合回路を構成するＧＮＤパターンとを同一層として形成している。しかしながら、４層以上の多層基板（誘電体層が３層以上、導電体層が４層以上配設された基板）を用いて、９００ＭＨｚ帯用整合回路１３を構成するマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターンと、１．８ＧＨｚ帯用整合回路１４を構成するマイクロストリップ伝送線路を形成するＧＮＤパターンとを別の層として形成してもよい。
【０１０２】
すなわち、例えば、９００ＭＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路（第１のマイクロストリップ伝送線路）を、信号線（第１の信号線）１５とＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８とによって形成する一方、１．８ＧＨｚ帯用マイクロストリップ伝送線路（第２のマイクロストリップ伝送線路）を、信号線１８と、上記誘電体基板内部におけるＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８とＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）１６との間（ただし、ＧＮＤパターン８・１６との間に誘電体層が介在する）に配設されたＧＮＤパターン（第３の接地導電体層）とによって形成してもよい。
【０１０３】
これにより、上記の各実施形態と同様の効果が得られるのに加えて、設計の自由度が増し、特性インピーダンスの最適化が図れる。
【０１０４】
また、本実施形態の説明では、高周波半導体装置が、互いに異なる周波数の高周波信号を各々増幅する複数の高周波増幅器を備える場合について説明した。これは、このような構成を備える高周波半導体装置（高周波増幅装置）が、携帯電話等での送電部として用いられ、特に強い電波を発生することから電力漏洩の問題が発生しやすい事例として取り上げたものである。本発明の高周波半導体装置の構成は、ここで説明した実施形態には限定されるものではない。
【０１０５】
高周波増幅器のみならず、携帯機器等を代表とする電子機器での小型化に伴い、高周波半導体素子のさらなる高集積化による１チップ化が進むことや、これら高周波半導体素子や部品の高密度実装化も進んでいる。そのため、高周波半導体素子から別の信号線への影響は勿論、高周波半導体素子から他の高周波半導体素子への電力漏洩問題はこれまで以上に、発生しやすくなる。したがって、本発明は、高周波半導体素子や部品を搭載した高周波半導体装置（もしくは高周波半導体装置モジュール）全般に適用可能であり、かつ、前述した効果を奏するものである。
【０１０６】
また、上記の各実施形態では、多層誘電体基板５がガラスエポキシ基板である場合について説明した。しかしながら、本発明は、多層誘電体基板５が、セラミック基板、アルミナ基板や窒化アルミナ基板等、他の材質の基板である場合にも広範囲に適用可能であり、その場合にも、前述した効果を奏することができる。
【０１０７】
また、上記の各実施形態では、ＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）８を、多層誘電体基板５の裏面（面２０ｂ）全体を覆うように配設していた。しかしながら、ＧＮＤパターン８は、多層誘電体基板５における信号線１５・１８が配設された領域の裏面（面２０ｂ）上のみに配設してもよい。
【０１０８】
さらに、ＧＮＤパターン８を、多層誘電体基板５における信号線１５・１８が配設された領域の裏面上のみに配設する場合においては、基板内層ＧＮＤパターン１６の裏面側の誘電体基板２０を省いてもよい。すなわち、ＧＮＤパターン８および基板内層ＧＮＤパターン１６を、多層誘電体基板５の裏面の異なる領域に配設し、基板内層ＧＮＤパターン１６を配設する部分の多層誘電体基板５の厚みをＧＮＤパターン８を配設する部分の多層誘電体基板５の厚みより薄くしてもよい。
【０１０９】
また、上記の各実施形態では、ＧＮＤパターン８を露出させていた。このような構成は、装置の厚みを薄くできる点で有利であるが、ＧＮＤパターン８の保護などの目的でＧＮＤパターン８を誘電体膜で被覆してもよい。
【０１１０】
次に、本発明に係る携帯用通信機器の実施の一形態として、上記高周波半導体装置をパワーアンプとして備える携帯電話機の概略構成を図５に基づいて説明する。
【０１１１】
図５に示すように、携帯電話機５０は、送信部（送電部）として、音声から音声信号（ベースバンド信号）を発生するマイクロフォン等のベースバンド信号発生部（図示しない）と、音声信号をディジタル変調する変調器５１と、音声信号から所定の周波数を持つ高周波信号へのアップコンバート（高周波側への周波数変換）を行うためのミキサー５２と、前記各実施形態の高周波半導体装置のいずれかの構成を備え、ミキサー５２から出力された高周波信号を増幅するパワーアンプ５３とを備えている。
【０１１２】
また、携帯電話機５０は、受信部として、受信された高周波信号を増幅するためのローノイズアンプ（ＬＮＡ）５６と、受信された高周波信号を可聴周波数帯域の周波数を持つ信号にダウンコンバート（低周波側への周波数変換）を行うためのミキサー５７と、ミキサー５７からの出力信号を音声信号に復調するための復調器５８と、復調された音声信号から音声を発生するためのスピーカー等のベースバンド信号処理部（図示しない）とを備えている。また、携帯電話機５０は、送信／受信を切り換えるための送受切換器５４と、電磁波の入出力のためのアンテナ５５とを備えている。
【０１１３】
次に、携帯電話機５０の動作について説明する。
【０１１４】
送信時には、送受切換器５４により送信部がアンテナ５５に接続される。そして、音声の入力によりベースバンド信号発生部から発生する音声信号が、変調器５１によりディジタル変調され、さらにミキサー５２により所定の周波数を持つ高周波信号にアップコンバートされる。次いで、この高周波信号が、パワーアンプ５３にて増幅され、電磁波としてアンテナ５５から出力される。
【０１１５】
一方、受信時には、送受切換器５４により受信部がアンテナ５５に接続され、アンテナ５５から取り込まれた電磁波が高周波信号としてローノイズアンプ５６に入力される。そして、この高周波信号は、ローノイズアンプ５６で増幅された後、ミキサー５７で可聴周波数帯域の周波数を持つ信号にダウンコンバートされる。その信号が、復調器５８により音声信号に復調される。上記音声信号は、ベースバンド信号処理部に入力され、音声として出力される。
【０１１６】
上記の携帯電話機５０では、本発明に係る高周波半導体装置をパワーアンプ５３に使用したことで、パワーアンプ５３から送受切換器５４への高周波信号の伝送損失を低減しながら、パワーアンプ５３からの高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、半導体素子を遮蔽するために誘電体基板に配設された第２の接地導電体層をさらに備え、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、第１の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成である。
【０１１８】
これにより、半導体素子を遮蔽する第２の接地導電体層が、半導体素子の搭載面に対して、比較的薄い厚みの誘電体層を挟んで配設されるので、半導体素子から漏洩した高周波信号（漏洩電力）を第２の接地導電体層によって十分に吸収し、高周波信号の漏洩を十分に低減することができる。
【０１１９】
また、マイクロストリップ伝送線路の誘電体の厚みを比較的薄くすることができるので、特性インピーダンスを整合させるために必要な信号線の太さ（線幅および厚み）を比較的太くすることができる。それゆえ、信号線の抵抗を低く抑えることができ、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減することができる。
【０１２０】
しかも、上記構成によれば、第２の接地導電体層を設けたことによる装置サイズの増大がないので、複数の接地電極を設けた従来例と比較して、装置サイズを小さくすることができる。
【０１２１】
したがって、上記構成は、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２２】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、上記誘電体基板が、複数の誘電体層からなる多層誘電体基板であり、上記第２の接地導電体層は、誘電体基板における誘電体層と誘電体層との間に配設されている構成であることが好ましい。
【０１２３】
上記構成は、均一な厚みを有する２枚の誘電体基板を貼り合わせるだけで製造することが可能であり、製造が容易な高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。また、第２の接地導電体層の裏面側にも誘電体層が存在することで、基板強度の高い高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２４】
本発明の高周波半導体装置は、以上のように、上記半導体素子が、上記高周波信号と異なる第２の高周波信号を出力しうるものであり、第２の高周波信号を伝送するための第２のマイクロストリップ伝送線路がさらに備えられ、第２のマイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された第２の信号線と、上記誘電体基板の内部に配設された第３の接地導電体層とによって形成されており、上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第３の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近い構成であってもよい。
【０１２５】
上記構成によれば、２種類の高周波信号を、互いに異なる厚みの誘電体層を持つマイクロストリップ伝送線路で伝送することができる。それゆえ、上記構成は、マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスを各高周波信号に応じて調整することが可能な高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明の高周波半導体装置の好ましい形態は、以上のように、上記半導体素子が、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置であり、上記半導体素子は、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子との間に配設された接地端子をさらに有し、上記第２の接地導電体層が、上記接地端子と接続されている構成である。
【０１２７】
上記構成によれば、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子とを、接地端子、および、接地端子と第２の接地導電体層との接続線によって電気的に分離することができる。それゆえ、上記構成は、１つの高周波増幅器の出力端子から他の高周波増幅器の出力端子への高周波（電力）の漏洩が低減された高周波半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１２８】
本発明の携帯用通信機器は、以上のように、本発明の高周波半導体装置を備える構成である。
【０１２９】
上記構成は、本発明の高周波半導体装置を含んでいるので、マイクロストリップ伝送線路における信号損失を低減しながら、高周波信号の漏洩を十分に低減することができ、かつ、装置サイズの小さい携帯用通信機器を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る高周波半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す高周波半導体装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る高周波半導体装置の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示す高周波半導体装置の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る携帯用通信機器の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す断面図である。
【図７】従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す平面図である。
【図８】他の従来の高周波半導体装置（高周波増幅装置）の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ９００ＭＨｚ帯用出力端子（出力端子）
２ ＧＮＤ端子（接地端子）
３ １．８ＧＨｚ帯用出力端子（出力端子）
４ パッケージ（半導体素子、高周波増幅装置）
５ 多層誘電体基板（誘電体基板）
６ 基板側ＧＮＤ端子
７Ａ・７Ｂ スルーホール
８ ＧＮＤパターン（第１の接地導電体層）
９ スラグ
１０ スラグ用ＧＮＤ端子
１１ 基板側端子
１２ 基板側端子
１３ ９００ＭＨｚ帯用整合回路
１４ １．８ＧＨｚ帯用整合回路
１５ 信号線
１６ 基板内層ＧＮＤパターン（第２の接地導電体層）
１７ 領域
１８ 信号線
１９ 誘電体基板（誘電体層）
２０ 誘電体基板（誘電体層）
２３ ＩＣチップ搭載領域
２４ ＩＣチップ（半導体素子、高周波増幅装置）
２５・２６・２７ ボンディングワイヤ
３０ ９００ＭＨｚ帯用出力パッド（出力端子）
３１ ＧＮＤパッド（接地端子）
３２ １．８ＧＨｚ帯用出力パッド（出力端子）
５０ 携帯電話機（携帯用通信機器）
５３ パワーアンプ（高周波半導体装置）
Claims (5)
- 誘電体基板と、
誘電体基板における一方の面上に搭載された、高周波信号を出力する半導体素子と、
半導体素子から出力された高周波信号を伝送するためのマイクロストリップ伝送線路とを備え、
上記マイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された信号線と、上記誘電体基板における信号線が形成された面の裏面上に配設された第１の接地導電体層とによって形成されている高周波半導体装置において、
半導体素子を遮蔽するために上記誘電体基板に配設された第２の接地導電体層をさらに備え、
上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第１の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近いことを特徴とする高周波半導体装置。 - 上記誘電体基板は、複数の誘電体層からなる多層誘電体基板であり、
上記第２の接地導電体層は、誘電体基板における誘電体層と誘電体層との間に配設されていることを特徴とする請求項１記載の高周波半導体装置。 - 上記半導体素子が、上記高周波信号と異なる第２の高周波信号を出力しうるものであり、
第２の高周波信号を伝送するための第２のマイクロストリップ伝送線路がさらに備えられ、
第２のマイクロストリップ伝送線路が、上記誘電体基板における半導体素子が搭載された面上に配設された第２の信号線と、上記誘電体基板の内部に配設された第３の接地導電体層とによって形成されており、
上記第２の接地導電体層と半導体素子の搭載面との間の距離が、上記第３の接地導電体層と信号線との間の距離よりも近いことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波半導体装置。 - 上記半導体素子は、互いに異なる周波数の高周波信号を増幅する複数の高周波増幅器を有する高周波増幅装置であり、
上記半導体素子は、１つの高周波増幅器の出力端子と他の高周波増幅器の出力端子との間に配設された接地端子をさらに有し、
上記第２の接地導電体層が、上記接地端子と接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波半導体装置。 - 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高周波半導体装置を備えることを特徴とする携帯用通信機器。
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