JP3662219B2 - 積層高周波モジュール - Google Patents
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- Microwave Amplifiers (AREA)
- Transceivers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層高周波モジュール、特にレーダ等の通信機器に搭載する積層高周波モジュールの構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
図13は従来の高周波モジュールの上面図であり、図14は側面断面図である。なお、図13では、各構成要素の識別を容易にするために適宜ハッチングを付けており、一方、図14では、図面を見やすくするための断面からハッチングを削除している。図13,14には、誘電体基板20、高周波信号用入出力パッド(以降「RFパッド」と称する)2、電源/制御信号用入出力パッド(以降「DC/CONTパッド」と称する)4、誘電体基板20中のビアホール7、高周波信号用ストリップ線路(以降、単に「ストリップ線路」と称する)8、能動マイクロ波回路(以下、「MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuit)」と記す)9、制御信号用線路10、金属封止蓋12が示されている。多層基板1は、MMIC9を内部に格納するように彫り込んだ構造をしており、金属封止蓋12とともにキャビティ構造を形成している。更に、モジュールのグランド電位面11、ボンディングワイヤ(以降、「ワイヤ」と称する)13、高周波及び電源/制御信号のワイヤボンディング面16及び金属封止蓋12の実装面17が示されている。
【0003】
次に、従来における高周波モジュールの動作を説明する。ストリップ線路8aから入力された高周波信号は、ボンディングワイヤ13aを介してRFパッド2aに接続され、MMIC9aに伝わる。高周波信号は、MMIC9aにより信号の増幅、減衰、位相シフト等の信号変調を受けたのち、RFパッド2b、ワイヤ13b、RFパッド2cを通ってMMIC9bに送られ、MMIC9bでMMIC9aと同様の信号変調を受ける。高周波信号は、更にRFパッド2d、ワイヤ13c、ストリップ線路8b、ワイヤ13d、RFパッド2eを通ってMMIC9cで変調され、その後、RFパッド2f、ワイヤ13e、RFパッド2gを通ってMMIC9dで変調され、RFパッド2h、ワイヤ13f、ストリップ線路8cを通ってモジュール外へ出力される。
【0004】
一方、複数のDC/CONTパッド4aから入力された電源/制御信号は、誘電体基板20中を通る制御信号用線路10a,10b,10c,10d及びワイヤ13g,13h,13i,13jをそれぞれ通って、DC/CONTパッド4b,4c,4d,4eに伝わることでMMIC9a,9b,9c,9dを動作させる。グランド電位面11は、複数のビアホール7により接地され、MMIC9a〜9dのグランド電位を設定する。
【0005】
ここで、MMIC9a,9bとMMIC9c,9dは、誘電体基板20により形成された2つのキャビティ内に格納され、金属封止蓋12により電磁シールドされる。MMIC9a,9bとMMIC9c,9dとの間は、空間的/高周波的に隔離され、信号の混信による誤動作を防ぐようになっている。
【0006】
しかし、このような従来の高周波モジュールでは、モジュールの機能に必要なMMIC9の数量とそのサイズによりモジュールサイズの拡大が避けられないという問題がある。モジュールサイズは、近年のモジュールの多機能化要求により拡大する方向にある。一方、信号の高周波化に伴うモジュールサイズ縮小の要求、無線装置の小型化の要求を受けて、高周波モジュールを小型化する必要があった。
【0007】
ここで、前述した多機能化・小型化の課題を改善するために提案された従来の積層モジュールを示す。図15は、この改良型積層モジュールの断面図を示し、図16は積層バンプ部の断面拡大図を示す。なお、各図15,16とも断面を示すハッチングを便宜的に省略している。図15または図16には、積層されたバンプ23、ストリップ線路8、能動半導体チップ9、誘電体基板20、ストリップ線路露呈部21及びパッケージ22が示されている。この従来例では、誘電体基板20a,20b,20cが積層された3層構造の積層モジュールが示されており、各誘電体基板20a,20b,20cは、パッケージ22により一括して気密封止される。
【0008】
次に、この従来例の動作を説明する。誘電体基板20a上に設けられたストリップ線路8aは、積層されたバンプ23により一階層上の誘電体基板20b上に設けられたストリップ線路8bと接続されている。ここで、ストリップ線路8bには、バンプ23が接続される部位のみ誘電体基板20bが除かれたストリップ線路露呈部21が形成されており、これにより各誘電体基板20a,20bの信号線の接続が可能となる。このようにして、従来の積層モジュールでは3つの誘電体多層基板を積層したのでモジュールの実装面積を大幅に縮小し、モジュールを小型化できるという利点があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層モジュールは、メモリ等の比較的動作周波数の低い能動素子を格納するパッケージを想定しているため、これを高周波モジュールとして適用しようとする場合には以下のような課題があった。
【0010】
まず、各誘電体基板の信号線は、積層されたバンプにより接続されているが、相対すべきグランド信号の接続が階層間でなされておらず、高周波信号は確実に伝わるという保証がなかった。
【0011】
また、MMICと一階層上の誘電体基板とのクリアランスは、積層されたバンプの高さのみで決定される構造となっているため、高周波回路を搭載するためのクリラアランスを十分に確保することが困難であった。これにより、MMICの動作が一階層上の誘電体基板に影響されてしまい、所望の特性が得られない場合があった。
【0012】
また、各階層を伝播する高周波信号をシールドするための配慮が十分になされていないために階層間でのアイソレーションが不十分であった。このため、伝送される信号が混信して正常な動作が得られない場合があった。
【0013】
更に、上位層側のストリップ線路とバンプとを接続するためには、誘電体基板を精度よくくりぬいて線路を露呈させる必要があった。このため、高度な製造プロセスが必要となりコストが上昇するという課題があった。
【0014】
本発明はこのような従来の技術に存在する課題を解決するためになされたものであり、小型、広帯域、高機能な改良された積層高周波モジュールを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る積層高周波モジュールは、高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、前記閉空間内で一端が前記高周波回路に接続され、他端が前記誘電体多層基板の内層に埋設された高周波信号用ストリップ線路と、前記誘電体壁の内層に埋設され、前記高周波信号用ストリップ線路の他端と前記高周波信号用入出力端子との間を垂直に接続する垂直給電線路とを有し、対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士を接合し、直上および直下の前記誘電体多層基板にそれぞれ設けられた前記垂直給電線路を互いに接続する金バンプとを有し、前記垂直給電線路は、信号ビアホールと、前記信号ビアホールを間に挟む複数のグランドビアホールとを有し、前記高周波信号用入出力端子は、前記信号ビアホールに接続される信号用端子と、前記信号用端子を間に挟み、前記グランドビアホールそれぞれに接続される複数のグランド用端子とを有し、前記金バンプは、前記垂直給電線路の信号ビアホールと前記高周波信号用入出力端子の信号用端子を接合し、また、前記垂直給電線路のグランドビアホールと当該グランドビアホールと対向する位置に配設された前記高周波信号用入出力端子のグランド用端子とをそれぞれ接合するものである。
【0017】
また、最下位層の前記誘電体多層基板には、前記高周波回路の放熱面と前記誘電体多層基板の底面とを接続するビアホールが配置され、最下位層の前記誘電体多層基板に配設された前記高周波回路から出力される高周波信号を伝送する前記各垂直給電線路は、最下位層から最上位層までの前記誘電体多層基板を貫通した状態で配置され、当該高周波回路に接続された前記高周波信号用ストリップ線路の他端と最上位層の前記誘電体多層基板の上面に配設された外部出力用端子とを直線的に接続するものである。
【0018】
また、前記回路と前記基板内高周波信号用伝送路の一端とを封止する封止蓋を備え、前記閉空間は、当該封止蓋によって密封された空間とその外部の空間とに離隔されるるものである。
更に、前記封止蓋と直上の前記誘電体多層基板とで包囲される閉空間に、電波吸収部材を配設するものである。
【0019】
他の発明に係る積層高周波モジュールは、高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された電源/制御信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する電源/制御信号用入出力端子と対向する位置に配設された電源/制御信号用入出力端子と、当該誘電体多層基板の内部に埋設され、前記高周波信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内高周波信号用伝送路と、前記誘電体多層基板の内部に埋設され、前記電源/制御信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内電源/制御信号用伝送路とを有し、対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士及び前記電源/制御信号用入出力端子同士を接合する金バンプとを有し、前記閉空間を形成する前記誘電体多層基板の底面に大容量コンデンサを配設するものである。
【0020】
また、前記高周波回路に対する電源 / 制御信号を設定する制御回路を収容する前記誘電体多層基板を有するものである。
あるいは、高周波信号又は電源/制御信号の少なくとも一方の外部入出力端子を前記誘電体多層基板のいずれかの誘電体壁側面に配設するものである。
【0021】
他の発明に係る積層高周波モジュールは、高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された電源/制御信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する電源/制御信号用入出力端子と対向する位置に配設された電源/制御信号用入出力端子と、当該誘電体多層基板の内部に埋設され、前記高周波信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内高周波信号用伝送路と、前記誘電体多層基板の内部に埋設され、前記電源/制御信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内電源/制御信号用伝送路とを有し、対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士及び前記電源/制御信号用入出力端子同士を接合する金バンプとを有し、前記高周波信号用入出力端子及び前記電源/制御信号用入出力端子は、前記誘電体多層基板を形成する少なくとも1層を部分的に除去して表れた面に配設されるものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同じ構成要素には同じ符号を付ける。
【0023】
実施の形態1.
図1乃至図8に、本発明に係る積層高周波モジュールの実施の形態1を示す。本実施の形態では、3層構造の積層高周波モジュール(以下、単に「積層モジュール」とも言う)を例にして説明する。もちろん、本実施の形態によって本発明が3層に限定されるものではない。
【0024】
図1は図2のA−A’線で切ったときの積層高周波モジュールの側断面図である。図2は、最下層に位置する第一の誘電体多層基板1aの正面図であり、図3は中間層に位置する第二の誘電体多層基板1bの正面図であり、図4は最上位層に位置する第三の誘電体多層基板1cの正面図である。また、図5は誘電体多層基板1bの裏面図である。また、図6は誘電体多層基板1cの裏面図であり、これが積層高周波モジュールの最上面となる。図7は図2のB−B’線で切ったとき積層高周波モジュールの側断面図である。図8は金バンプによる誘電体多層基板の接合部分の要部を示した拡大図である。以下、各図を用いて本実施の形態の構造について説明する。
【0025】
誘電体多層基板(以下、「パッケージ」ともいう)1aは、MMIC9を内部に収容するように彫り込んだ形状を有している。換言すると、矩形形状のパッケージ1aは、基板周縁部に誘電体壁を立設させた形状をしており、パッケージ1aにおけるキャビティ(閉空間)は、その壁とパッケージ1aの上に重ねるパッケージ1bの底面により包囲されることで形成される。また、内壁部には、金属封止蓋実装面17aとして段が形成されており、この段に金属封止蓋12を載置することによってMMIC9c,9dを気密封止する。グランド電位面11a、DC/CONTパッド4g及び高周波及び電源/制御信号のワイヤボンディング面16は、MMIC9c,9dと共に封止される。ワイヤ13とMMIC9c,9dとの接続関係については、動作の説明において明確にする。
【0026】
また、積層されるパッケージ1bは、パッケージ1aの壁の上面によって支持されるが、この壁の上面には、RFパッド21,2n、グランドパッド3i,3j、DC/CONTパッド4gが配設されている。各パッド2,3,4は、それぞれパッケージ1a内部に埋設された高周波信号垂直給電線路(以下、「垂直給電線」と称する)5d,5e、ビアホール7d、ストリップ線路8a,8b、制御信号用線路10eによってMMIC9c,9dに接続されている。より詳細な接続関係については、動作の説明において明確にする。更に、多数のビアホール7gは、MMIC9にHPA等の発熱素子が組み込まれている場合の放熱対策のために、パッケージ1aのMMIC9dの下部に配置されている。また、大容量の積層セラミックコンデンサ18は、パッケージ1aのキャビティの中に配設するために、積層されたパッケージ1bの底面に取り付けられている。
【0027】
パッケージ1bは、パッケージ1aとほぼ同様の構造を有している。ただ、パッケージ1aには、積層モジュールの最下位層であるために下位層のパッケージと接続するパッド等の構成が底面に配設されていない。一方、パッケージ1bは、中間層に位置するために上位層のみならず下位層と接続するための構成が上面及び底面に配されている。例えば、パッケージ1bの底面には、パッケージ1aの壁の上面に配設されたパッド2,3,4と対向する位置に同様のパッド2,3,4が配設されている。例えば、図2と図5を参照すると、RFパッド2nの対向位置にRFパッド2oが、RFパッド2iの対向位置にRFパッド2hが配設されることがわかる。その他の接続関係については、動作の説明において明確にする。
【0028】
更に、パッケージ1bの底面には、前述したように積層セラミックコンデンサ18が取り付けられているが、パッケージ1a,1bには、積層セラミックコンデンサ18をMMIC9c,9dに接続するための線路が設けられている。この線路の接続についても後述する。
【0029】
積層モジュールの最上位層を形成するパッケージ1cは、裏返されてMMIC9が搭載されたパッケージ1bの上に載置される。なお、パッケージ1bにおけるキャビティ(閉空間)は、パッケージ1bの壁とパッケージ1cの表面により包囲されることで形成される。パッケージ1cには、MMIC9の電源/制御信号設定用の制御回路15がキャビティに収容されている。なお、金属封止蓋実装面のための段差は、パッケージ1cには設けられておらず、表面に金属封止蓋12cが制御回路15を封止するように固定された構造を有している。本実施の形態におけるパッケージ1cは、隣接した下位層のパッケージ1bの壁に配設された各パッド2,3,4と対向する位置に同様のパッド2,3,4が配設されている。例えば、図3と図4を参照すると、RFパッド2cの対向位置にRFパッド2bが、RFパッド2pの対向位置にRFパッド2qが配設されることがわかる。パッケージ1cの内部には、各パッド2,3,4と制御回路15を接続する垂直給電線5a等が埋設されているが、この接続関係については、動作の説明において明確にする。
【0030】
本実施の形態における積層モジュールは、上記の各パッケージ1a,1b,1cを積層することにより形成される。各パッド2,3,4は、外部入出力パッドを除いてそれぞれ対向する位置に配設されており、本実施の形態においては、対応する各パッド2,3,4を金バンプ6で接合するようにしたことを特徴の一つとしている。各パッケージ1に配設された垂直給電線5の入出力端であるRFパッド2は、金バンプ6により接合されることで、同一の垂直給電線路が異なるパッケージを貫く構成となる。他の線路においても同様である。金バンプ6は、その接合力によって各パッケージ1a,1b,1cの相互の位置関係を保持している。信号の伝送に使用されていない金バンプ6e,6i,6jは、パッケージ保持用のダミーバンプとなっている。
【0031】
次に、本実施の形態における動作について説明する。
【0032】
パッケージ1cのRFパッド2aから入力された高周波信号は、ビアホールで形成した垂直給電線5aを通ってRFパッド2bに伝わり、ここでパッケージ1b,パッケージ1c間に形成された金バンプ6aを介してRFパッド2cに伝わる。その後、高周波信号は、パッケージ1b中の垂直給電線5bを通ってストリップ線路8aを介してパッケージ1bのワイヤボンディング面16bからワイヤ13aによりRFパッド2dを介してMMIC9aに伝わる。高周波信号は、MMIC9aにより増幅等の振幅、位相、分配等の変調を受けた後、RFパッド2e,ワイヤ13b,RFパッド2fを通ってMMIC9bに伝わる。そして、高周波信号は、MMIC9bにより更に変調を受けた後、RFパッド2g,ワイヤ13c,ストリップ線路8b,垂直給電線5cを通ってRFパッド2hに伝わる。その後、高周波信号は、金バンプ6bにより接続されたRFパッド2iを介してパッケージ1aに入力され、垂直給電線5d,ストリップ線路8c,ワイヤ13d,MMIC9c上のRFパッド2jを通ってMMIC9cに伝わる。更にMMIC9cから出力された高周波信号は、RFパッド2k,ワイヤ13e,RFパッド2lを介してMMIC9dに伝わる。MMIC9dにより変調された後、高周波信号は、RFパッド2m,ワイヤ13f,ストリップ線路8dを通り、更に垂直給電線5eからRFパッド2n,金バンプ6c,RFパッド2o,垂直給電線5f,RFパッド2p,金バンプ6d,RFパッド2q,垂直給電線5gを通ってRFパッド2rから出力される。
【0033】
垂直給電線路は、図8に示すように、中心に高周波信号用のビアホールを通し、その信号用ビアホールを挟むようにグランドビアホールを通すような構成となっている。パッケージ1cを通る垂直給電線5aとパッケージ1bを通る垂直給電線5bとに対応した各信号ビアホールは、金バンプ6aで接合され、グランドビアホールは金バンプ6fで接合される構成となる。これにより、パッケージ1aのグランド電位面11aは、垂直給電線5e,5f,5gによりグランドパッド3bと、グランド電位面11bは垂直給電線5a,5bによりグランドパッド3aと同電位となる。
【0034】
一方、電源/制御信号は、DC/CONTパッド4aから入力され、パッケージ1c中のビアホール7aを介し、DC/CONTパッド4b,ワイヤ13g,DC/CONTパッド4cを通って制御回路15に伝わる。制御回路15からの出力は、DC/CONTパッド4d,ワイヤ13h,DC/CONTパッド4eを通って、図7に示した制御信号用線路10a,ビアホール7bによりDC/CONTパッド4fに伝わる。ここで、この電源/制御信号は、金バンプ6gを介してパッケージ1bに入力され、ビアホール7c,10bを通って、制御信号用線路10c,10dに送られる。制御信号用線路10cに入力された電源/制御信号は、ワイヤ13i,DC/CONTパッド4mを介してMMIC9aに供給される。また、御信号用線路10dに入力された電源/制御信号は、ワイヤ13j,DC/CONTパッド4lを介してMMIC9bに供給される。
【0035】
同時に、パッケージ1bに入力された電源/制御信号は、ビアホール7c,DC/CONTパッド4j,金バンプ6h,DC/CONTパッド4g,ビアホール7d,制御信号用線路10eを通って、制御信号用線路10f,10gに送られる。制御信号用線路10fに入力された電源/制御信号は、ワイヤ13k,DC/CONTパッド4hによりMMIC9cに供給される。制御信号用線路10gに入力された電源/制御信号は、ワイヤ13l,DC/CONTパッド4iによりMMIC9dに供給される。
【0036】
ここで、積層セラミックコンデンサ18の一方の端(電源端子)は、積層セラミックコンデンサ用実装パッド19a,ビアホール7e,制御信号用線路10hに接続されているが、パッケージ1aには、この制御信号用線路10hからビアホール7c,6h,7d,制御信号用線路10e、そして、各制御信号用線路10f,10gを介してMMIC9c,9dに接続されている。一方、パッケージ2には、この制御信号用線路10hからビアホール7c,制御信号用線路10b、そして、各制御信号用線路10c,10dを介してMMIC9a,9bに接続されている。また、複数の積層セラミックコンデンサ18の一方の端(グランド端子)は、積層セラミックコンデンサ用実装パッド19b,ビアホール7f,制御信号用線路10iからパッケージ1b内のグランド電位面11bと接続される。
【0037】
本実施の形態では、以上のようにして外部端子から入力された高周波信号及び電源/制御信号を各MMIC9に供給することができる。
【0038】
本実施の形態によれば、各パッケージ1の垂直給電線路同士の接続に周波数特性の小さい金バンプを用いたので、高周波数で動作可能な小型多機能モジュールを形成することができる。金バンプ6による接合面は、2パッケージの対向端面に設けたので、信号接続のための部分的な基板加工等は不要でパッケージの生産性を向上することができる。また、金バンプを用いることによって接続部分に起因する寄生インダクタ成分を小さくできる。また、一つの垂直給電線路が異なる誘電体多層基板を貫いて通っているような構造なので、広帯域かつ低損失な誘電体多層基板間の信号伝送を実現することができる。また、パッケージ1a,1bに形成する壁の高さを調整するだけで、金属封止蓋12aとMMIC9a,bとの間、金属封止蓋12bとMMIC9c,dとの間の距離を確保できるので、MMIC9a〜9dの特性の変化を少なく設計することができる。さらに本実施の形態においては、積層高周波モジュールでは1a,1b,1cの中に金属封止蓋実装面17a,17b,17cを設けて個別に金属封止蓋12a,12b,12cにより気密封止を行うように構成したので、MMIC-ボンディングワイヤ接続部からの放射信号が外部にも漏れ出すのを防ぐことができる。これにより、放射信号に伴う誤動作をなくすことができる。さらに、本実施の形態では、MMIC9a,9bの格納されるキャビティとMMIC9c,9dの格納されるキャビティとを別パッケージに実装することにより各MMIC9を空間的に完全に分離し、また信号の伝達に電磁結合等を利用していないためにその間の電気的アイソレーションを大きく取ることができる。
【0039】
更に、垂直給電線路には多層パッケージでは一般的なビアホールを利用しており、垂直給電線5を低価格で形成することができる。また、各パッケージ1に形成した高周波信号及び電源/制御信号の各信号線路をバンプにより接続しているため、複数の信号線接続を一括して形成することができる。これにより、モジュールをより低価格で製造することができる。
【0040】
更に、金バンプ6を信号の接続に用いているために金-金接合力をパッケージ間の保持力としても兼ねられる。また、接続部が外部に露出することが無いため、モジュール製造・電気特性評価工程でのハンドリング性を改善することができる。
【0041】
一般に、積層高周波モジュールが高周波回路素子にLNA(Low Noise Amplifier),HPA(High Power Amplifier)等の増幅器を含む場合、低周波数での安定性の向上のために大容量のコンデンサをモジュールの直近に装荷して、安定性を向上させる必要がある。また、モジュールをパルス駆動する際、パルス波形の立ち上がり速度を高速にするためにモジュールの直近に電荷供給用の大容量のコンデンサが必要になる場合がある。このような課題に対し、本実施の形態では、パッケージ1bの最下面にコンデンサ18を実装し、コンデンサ18とMMIC9とを、極めて短いビアホール7及び制御信号用線路10により接続している。これにより、上記課題を解決できると共に接続線路に起因するインダクタを低減することができる。ここで、コンデンサ18は、パッケージ1aの側壁とパッケージ1bの最下面とで構成されるキャビティの内部に格納したため、モジュール横幅を拡大させることなく、従来モジュールの外部に装荷していたコンデンサの実装領域も含めてモジュールの小型化を実現することができる。
【0042】
更に、本実施の形態では、MMIC9に供給する制御信号を演算、変換するのに必要な制御回路15(各種デジタル/アナログドライバIC)をパッケージ1cに格納しているため、ドライバを含めた多機能な小型モジュールを構成することができる。また、制御回路15をモジュールの内部に含めることができるので、モジュールに付加するべき電源/制御信号パッド数を低減することができ、本モジュールをアンテナ、給電回路等に二次実装する際の課題を低減することができる。
【0043】
また、本実施の形態では、MMIC9dの下部にビアホール7gを多数配置しているが、これはMMIC9にHPA等の発熱素子がある場合の放熱対策となっている。また、信号の入出力がパッケージ1cの最上面となっているためにHPA等の発熱素子が1階部に実装された場合、その放熱面積を大きくすることができる。
【0044】
なお、パッケージ間の固定に金バンブの金−金接合力を利用しているが、パッケージ界面(例えばパッケージ1a,1b間)のパッケージ外側に接着剤等の固着材を塗布することで固定力を補強することができる。また、本実施の形態では金バンプを用いたが、バンプに半田を用いることで1,2階パッケージ固定力を補強することができる。また、本実施の形態では実装はすべてMMICとしたが、能動HMIC素子、パッケージでは形成が困難な抵抗付き等の受動高周波回路でも上記説明した構成を適用することができる。また、MMIC等の素子の接続にはワイヤを用いているが、これをバンプによるフリップチップ接続にしてもよい。これは以降の実施の形態でも同様である。
【0045】
また、本実施の形態では、高周波信号、電源/制御信号の入出力面は、パッケージ1cの最上面としたが、入出力面を一番下のパッケージ1aの最下面にすることもできる。これにより、損失の低減が課題となる素子をパッケージ1aに装荷した場合に、同素子出力からモジュール出力までの垂直給電線、ストリップ線路等による損失を低減でき、高性能化が図れる。
【0046】
実施の形態2.
図9は、本実施の形態における積層高周波モジュールの側断面図である。図10は、本実施の形態における積層高周波モジュールをバイブ入力パッドが見える位置から見たときの側面図である。本実施の形態では、モジュール側方に高周波信号用、電源/制御信号用の各外部入出力パッド2a,2r,4aを設けることにより、1階部にHPA等の発熱素子が実装された場合の放熱面積を確保できると共に、モジュール入出力パッドからMMICまでの垂直給電線、ストリップ線路等の多層基板中を伝播する線路長を短くできるので、信号伝播に付随する損失を最小限に抑えることができる。本実施の形態は、特にMMIC-端子間の損失が重要で、かつ放熱面積が必要となるHPAを有するモジュールで効果を発揮する。本実施の形態におけるその他の構成及び動作は、実施の形態1と同じなので説明を省略する。
【0047】
実施の形態3.
図11は、本実施の形態における積層高周波モジュールの金バンプ接続部分の拡大図である。各誘電体多層基板1は、誘電体を積層させて形成されるが、図11に示した例では、パッケージ1bの最上面を構成する誘電体の端部近傍を部分的に除去する。正確には垂直給電線5bに対応したRFパッド2cが配設される部分を除去する。RFパッド2cは、その除去により表われた面、つまり2層目の誘電体上に形成される。前述の除去したことによりパッケージ1bとパッケージ1cとの間にできた空間に金バンプ6aを装着する。
【0048】
本実施形態によれば、金バンプ6による接合部分を上記のように除去する構造とすることで、パッケージ1a,1b間のバンプ接合時に過重をかけたときに金バンプが過度につぶれて特性が悪化することを防ぐことができる。また、パッケージ1bの最上面とパッケージ1cの最上面が密着できるので、バンプ接続部からの高周波信号の放射量を低減でき、モジュールの誤動作をより確実に防ぐことができる。本実施の形態におけるその他の構成及び動作は、実施の形態1と同じなので説明を省略する。
【0049】
なお、上記説明では、金バンプ6aにより接合されたパッケージ1bとパッケージ1cとの接合面部分で例示しているが、他の接合面においても同様に加工することができる。
【0050】
実施の形態4.
図12は、本発明に係る積層高周波モジュールの実施の形態4を示した側断面図である。本実施の形態は、実施の形態1に示した積層高周波モジュールに電波吸収体14を付加した構成を有している。
【0051】
次に、本実施の形態における動作について実施の形態1と異なる部分のみを説明する。パッケージ1aの金属封止蓋12aの上方において、パッケージ1a内側の側壁とパッケージ1bの最下面とでキャビティが構成され、同様にパッケージ1bの封止蓋12bの上方において、パッケージ1b内側の側壁とパッケージ1cの最下面とでキャビティが構成される。ここで、モジュールの動作周波数が高くなり、その波長(λ)に対して上記キャビティの横幅(W)が充分大きな寸法(W≒1/2λ)となった場合、キャビティ内に漏れた電波が本キャビティ内を伝播する際の減衰量が低下する。この結果、金バンプ6b,6c間の電気的アイソレーション、金バンプ6a,6d間の電気的アイソレーションが低下する問題が懸念される。更に、このとき、パッケージ1a,1bに格納されるMMIC(増幅器、減衰器)9等により金バンプ6b,6c間または/かつ金バンプ6a,6d間の信号の振幅差が大きい場合、前記アイソレーションの低下と併せてモジュールの周波数特性にリップルが生じたり不要発振が生じるなどの問題が生じるおそれがある。
【0052】
本実施の形態では、このような問題に対して上記キャビティの内部に電波吸収体14a,14bを装荷したので、それぞれ金バンプ6b,6c間のアイソレーション、金バンプ6a,6d間のアイソレーションを向上させることができる。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体多層基板内部に配設された各信号の伝送路を周波数特性の小さい金バンプを用いたので、高周波数で動作可能な小型多機能モジュールを形成することができる。また、金バンプによる接合面は、2つの誘電体多層基板の対向端面に設けたので、信号接続のための部分的な基板加工等は不要となる。これにより、各誘電体多層基板を有する各パッケージの生産性を向上することができる。また、金バンプを用いることによって接続部分に起因する寄生インダクタ成分を小さくできる。また、一つの垂直給電線路が異なる誘電体多層基板を貫いて通っているような構造なので、広帯域かつ低損失なパッケージ間の信号伝送を実現することができる。
【0054】
また、誘電体多層基板内部に立設した誘電体壁の高さを調整するだけで、封止蓋と高周波回路との間の距離を確保できるので、高周波回路の特性の変化を少なく設計することができる。
【0055】
更に、高周波回路が収容される各閉空間をパッケージ毎に実装させ、各高周波回路を空間的に完全に分離する構造とし、また各信号の伝達に電磁結合等を利用していないためにその間の電気的アイソレーションを大きく取ることができる。
【0056】
制御回路をパッケージ内に収容したので、モジュールサイズの増加を防止することができる。
【0057】
また、各高周波回路を封止蓋により気密封止することにより電磁的にシールドする構成としたので、高周波回路とボンディングワイヤとの接続部分からの放射信号が外部にも漏れ出すことを防ぐことができる。これにより、放射信号に伴う誤動作をなくすことができる。
【0058】
また、大容量のコンデンサを閉空間内に配設することができるので、高周波回路にHPA等が含まれている場合、高周波回路の低周波数での安定性を向上させることができる。また、パルス波形の立ち上がり速度を高速にすることができる。また、モジュールに内蔵できるので、モジュールの小型化を維持することができる。
【0059】
また、誘電体多層基板の誘電体壁側面に高周波信号又は電源/制御信号の外部入出力端子を配設したので、最下位層にHPA等の発熱素子が実装された場合の放熱面積を確保できると共に、外部入出力端子から高周波回路までの垂直給電線、ストリップ線路等の多層基板中を伝播する線路長を短くすることができる。これにより、信号伝播に付随する損失を最小限に抑えることができる。
【0060】
また、誘電体多層基板を部分的に削除し、その削除により表れた面に各信号用入出力端子を配設するようにしたので、誘電体多層基板のバンプ接合時に金バンプが過度につぶれて特性が悪化することを防ぐことができる。
【0061】
また、閉空間内に電波吸収体を配設したので、その閉空間を形成する2つの誘電体多層基板間を接続する金バンプから漏れた信号が閉空間を伝播するときの減衰量を大きくすることができる。また、空間的に分離された金バンプを通る2つの信号の振幅の間に差がある場合でも不要発振を生じさせることなくモジュールの動作を正常に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の係る積層高周波モジュールの実施の形態1を示し、図2のA−A’線で切断したときの側断面図である。
【図2】 実施の形態1を構成する第一の誘電体多層基板の正面図である。
【図3】 実施の形態1を構成する第二の誘電体多層基板の正面図である。
【図4】 実施の形態1を構成する第三の誘電体多層基板の正面図である。
【図5】 実施の形態1を構成する第二の誘電体多層基板の裏面図である。
【図6】 実施の形態1を構成する第三の誘電体多層基板の裏面図である。
【図7】 図2のA−A’線で切断したときの側断面図である。
【図8】 実施の形態1における垂直給電線及びバンプ接続部の要部を示した拡大図である。
【図9】 本発明の係る積層高周波モジュールの実施の形態2を示した側断面図である。
【図10】 実施の形態2を外部入出力パッドが見える位置から見たときの側面図である。
【図11】 本発明の係る積層高周波モジュールの実施の形態3のバンプ接続部分の要部を示した拡大図である。
【図12】 本発明の係る積層高周波モジュールの実施の形態4を示した側断面図である。
【図13】 従来の高周波モジュールの正面からみた構成説明図である。
【図14】 図12における側断面図である。
【図15】 従来の積層高周波モジュールの側断面図でみた構成説明図である。
【図16】 従来の積層高周波モジュールのバンプ部の側面拡大図である。
【符号の説明】
1 誘電体多層基板、2 高周波信号用入出力パッド(RFパッド)、3 グランドパッド、4 電源/制御信号用入出力パッド(DC/CONTパッド)、5 高周波信号垂直給電線路、6 金バンプ、7 ビアホール、8 高周波信号用ストリップ線路、9 能動/受動高周波回路(MMIC)、10 制御信号用線路、11 グランド電位面、12 金属封止蓋、13 ボンディングワイヤ、14 電波吸収体、15 制御回路、16 ワイヤボンディング面、17 金属封止蓋実装面、18 積層セラミックコンデンサ、19 積層セラミックコンデンサ用実装パッド、20 誘電体基板、21 ストリップ線路露呈部、22 パッケージ、23 バンプ。
Claims (8)
- 高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、
少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、
周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、
前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、
前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、
前記閉空間内で一端が前記高周波回路に接続され、他端が前記誘電体多層基板の内層に埋設された高周波信号用ストリップ線路と、
前記誘電体壁の内層に埋設され、前記高周波信号用ストリップ線路の他端と前記高周波信号用入出力端子との間を垂直に接続する垂直給電線路と、
を有し、
対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士を接合し、直上および直下の前記誘電体多層基板にそれぞれ設けられた前記垂直給電線路を互いに接続する金バンプと、
を有し、
前記垂直給電線路は、
信号ビアホールと、
前記信号ビアホールを間に挟む複数のグランドビアホールと、
を有し、
前記高周波信号用入出力端子は、
前記信号ビアホールに接続される信号用端子と、
前記信号用端子を間に挟み、前記グランドビアホールそれぞれに接続される複数のグランド用端子と、
を有し、
前記金バンプは、前記垂直給電線路の信号ビアホールと前記高周波信号用入出力端子の信号用端子を接合し、また、前記垂直給電線路のグランドビアホールと当該グランドビアホールと対向する位置に配設された前記高周波信号用入出力端子のグランド用端子とをそれぞれ接合することを特徴とする積層高周波モジュール。 - 最下位層の前記誘電体多層基板には、前記高周波回路の放熱面と前記誘電体多層基板の底面とを接続するビアホールが配置され、
最下位層の前記誘電体多層基板に配設された前記高周波回路から出力される高周波信号を伝送する前記各垂直給電線路は、最下位層から最上位層までの前記誘電体多層基板を貫通した状態で配置され、当該高周波回路に接続された前記高周波信号用ストリップ線路の他端と最上位層の前記誘電体多層基板の上面に配設された外部出力用端子とを直線的に接続することを特徴とする請求項1記載の積層高周波モジュール。 - 前記回路と前記基板内高周波信号用伝送路の一端とを封止する封止蓋を備え、
前記閉空間は、当該封止蓋によって密封された空間とその外部の空間とに離隔されることを特徴とする請求項1記載の積層高周波モジュール。 - 前記封止蓋と直上の前記誘電体多層基板とで包囲される閉空間に、電波吸収部材を配設することを特徴とする請求項3記載の積層高周波モジュール。
- 高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、
少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、
周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、
前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、
前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、
前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された電源/制御信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する電源/制御信号用入出力端子と対向する位置に配設された電源/制御信号用入出力端子と、
当該誘電体多層基板の内部に埋設され、前記高周波信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内高周波信号用伝送路と、
前記誘電体多層基板の内部に埋設され、前記電源/制御信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内電源/制御信号用伝送路と、
を有し、
対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士及び前記電源/制御信号用入出力端子同士を接合する金バンプと、
を有し、
前記閉空間を形成する前記誘電体多層基板の底面に大容量コンデンサを配設することを特徴とする積層高周波モジュール。 - 前記高周波回路に対する電源/制御信号を設定する制御回路を収容する前記誘電体多層基板を有することを特徴とする請求項5記載の積層高周波モジュール。
- 高周波信号又は電源/制御信号の少なくとも一方の外部入出力端子を前記誘電体多層基板のいずれかの誘電体壁側面に配設することを特徴とする請求項5記載の積層高周波モジュール。
- 高周波回路が配設された誘電体多層基板を積層することによって形成される積層高周波モジュールにおいて、
少なくとも2つの前記誘電体多層基板は、
周縁に立設する誘電体壁を有する基板と、
前記高周波回路が収容され、前記誘電体壁と直上の前記誘電体多層基板とで包囲されることにより形成される閉空間と、
前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された高周波信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する高周波信号用入出力端子と対向する位置に配設された高周波信号用入出力端子と、
前記誘電体壁の上面又は前記基板の誘電体壁立設位置底面の少なくとも一方に配設された電源/制御信号用入出力端子であって直上又は直下の前記誘電体多層基板が有する電源/制御信号用入出力端子と対向する位置に配設された電源/制御信号用入出力端子と、
当該誘電体多層基板の内部に埋設され、前記高周波信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内高周波信号用伝送路と、
前記誘電体多層基板の内部に埋設され、前記電源/制御信号用入出力端子と前記高周波回路とを接続する基板内電源/制御信号用伝送路と、
を有し、
対向する位置にある前記高周波信号用入出力端子同士及び前記電源/制御信号用入出力端子同士を接合する金バンプと、
を有し、
前記高周波信号用入出力端子及び前記電源/制御信号用入出力端子は、前記誘電体多層基板を形成する少なくとも1層を部分的に除去して表れた面に配設されることを特徴とする積層高周波モジュール。
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