JP3734807B2 - 電子部品モジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品モジュールに関し、特に複数の周波数帯域に対応した電子部品が搭載された電子部品モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日においては、広帯域化が容易で分解能に優れたマイクロ波帯やミリ波帯での通信システムについて、一層の小型化、高機能化が求められている。そして、これらの要求を満たしつつ、さらに通信システムを構成する電子部品間での伝送損失を低減するために、たとえば特開平９−２３７８６７号公報に記載のように、増幅器、ミキサ、発振器、逓倍器などの高周波デバイス（電子部品）をワンパッケージ化して電子部品モジュールにする技術が知られている。
【０００３】
また、特開平６−３２６４８８号公報には、このような電子部品モジュールにおいて、電磁波による誤動作の影響を回避するために、入出力端子の部分について配線引き回しの邪魔にならない箇所をシールドする技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３７８６７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平６−３２６４８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの公報に記載の技術では、何れも専用の基板やケースが必要になり、これら基板やケースを用いて電子部品モジュールを作製するには複雑な製造工程と時間がかかり、コストアップにつながる。
【０００７】
そして、電子部品モジュールをさらに高機能化し、使用される周波数帯域が相互に異なった電子部品をワンパッケージ化する場合には、前述の技術では周波数帯域の異なる電子部品相互間の干渉が問題になる。
【０００８】
ここで、伝搬損失を抑制したりアンテナ効率をよくするには、電子部品の搭載される実装基板には誘電率の低い部材を用いるのが望ましいが、一般に誘電率の低い部材は樹脂製であるために、耐熱性が悪い。すると、例えば４００℃程度の加熱処理が必要となるＡｕやＡｕ−Ｓｎ合金などの熱圧着により電子部品が実装基板に実装される際、耐熱性の低い樹脂基板では実装することができなくなり、実装される電子部品が制限されてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、使用周波数帯域が相互に異なった電子部品を相互干渉を防止しつつワンパッケージ化することのできる電子部品モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、伝搬損失を抑制し、アンテナ効率を良好にしつつ熱圧着で実装される電子部品を搭載することのできる電子部品モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品モジュールは、シールド層および伝送線路を備えるとともに少なくとも１つの第１のキャビティおよび少なくとも１つの第２のキャビティが区画形成された実装基板と、前記第１のキャビティ内に配置されて第１の周波数帯域で使用される少なくとも１つの第１の電子部品、および前記第２のキャビティ内に配置されて第２の周波数帯域で使用される少なくとも１つの第２の電子部品と、シールド機能を備え、前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティを封止する蓋部材と、前記実装基板における前記第１の電子部品および前記第２の電子部品の搭載面と反対面に形成され、前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域の少なくとも何れかの帯域の電波を送受信するとともに対応した前記電子部品と接続された１または複数のアンテナと、前記実装基板に形成され、前記伝送線路を介して前記第１の電子部品および前記第２の電子部品と電気的に接続された複数の接続端子とを備え、前記電子部品の少なくとも１つは前記実装基板よりも耐熱性を有する基板部品を介して前記実装基板に搭載され、前記実装基板は前記基板部品よりも誘電率が低い部材で構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような発明によれば、電磁遮蔽された相互に異なるキャビティに第１および第２の電子部品を収納してモジュール化しているので、電子部品が周波数単位でシールドされてアイソレーション特性が向上し、安定した動作特性を得ることができる。これにより、使用周波数帯域が相互に異なった電子部品を、相互干渉を防止しつつワンパッケージ化した電子部品モジュールを得ることが可能になる。
【００１３】
また、電子部品を耐熱性のある基板部品に熱圧着により実装し、この基板部品を誘電率の低い実装基板と接続しているので、伝搬損失を抑制し、アンテナ効率を良好にしつつ熱圧着で実装される電子部品を搭載することのできる電子部品モジュールを得ることが可能になる。
【００１４】
本発明の好ましい形態において、前記蓋部材は金属製または金属からなるシールド層が形成された非金属製であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、使用周波数帯域が相互に異なった電子部品を、相互干渉を防止しつつワンパッケージ化した電子部品モジュールを得ることができる。
【００１６】
本発明のより好ましい形態において、前記実装基板は樹脂製であり、前記基板部品はセラミック製であることを特徴とする。
【００１７】
これにより、伝搬損失を抑制し、アンテナ効率を良好にしつつ熱圧着で実装される電子部品を搭載することのできる電子部品モジュールを得ることが可能になる。
【００１８】
本発明のより好ましい形態において、前記キャビティは、当該キャビティ内の前記電子部品の使用周波数帯域において、前記キャビティの不要共振モードおよび前記キャビティの不要伝搬モードを抑制する形状であることを特徴とする。
【００１９】
これにより、良好な動作特性を得ることが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態である電子部品モジュールを示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態の電子部品モジュール１０には、たとえばビニールベンジルなど樹脂製で誘電率が２〜４．５程度の誘電体からなる実装基板１１を備えている。この実装基板１１には伝送線路１２やグランド層と兼用されたシールド層１３が積層形成されている。伝送線路１２およびシールド層１３は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗなどで形成される。なお、シールド層１３はグランド層と別体になっていてもよい。また、実装基板１１は樹脂製以外であってもよいが、誘電率はできるだけ低い方が望ましい。
【００２３】
実装基板１１には、外周壁１１ａと、外周壁１１ａに囲まれたエリアを複数の領域に区画する区画壁１１ｂとが形成されており、これにより、実装基板１１には多数のキャビティ１４が区画形成されている。
【００２４】
そして、実装基板１１には、このようなキャビティ１４を封止する蓋部材１５が配置されている。蓋部材１５には、たとえば樹脂などに金属メッキが施されてシールド機能が付与されており、前述したシールド層１３と相俟ってキャビティ１４の高さ方向の両側が電磁遮蔽されている。但し、蓋部材１５そのものを金属製としてシールド機能を付与するようにしてもよい。
【００２５】
なお、外周壁１１ａおよび区画壁１１ｂにも金属メッキなどを施したシールド層を形成し、キャビティ１４の全方向を電磁遮蔽するようにしてもよい。
【００２６】
あるいは、外周壁１１ａや区画壁１１ｂにスルーホールやビアホールを形成し、このスルーホールやビアホールを使用して蓋部材１５とシールド層１３を電気的に接続させることで、キャビティ１４の全方向を電磁遮蔽するようにしてもよい。
【００２７】
キャビティ１４内には、複数の高周波デバイスである電子部品１６が、ハンダやろう材による表面実装、またはＡｕ、Ａｕ−Ｓｎ合金などによるフリップチップ実装などにより、前記実装基板１１に接続される。
【００２８】
これらの電子部品１６には、準ミリ波帯である例えば２５ＧＨｚ（第１の周波数帯域）で使用される複数の第１の電子部品１６ａと、マイクロ波帯である例えば５ＧＨｚ（第２の周波数帯域）で使用される複数の第２の電子部品１６ｂとがあり、第１の電子部品１６ａと第２の電子部品１６ｂとは相互に異なるキャビティ１４に、つまり第１の電子部品１６ａは第１のキャビティ１４ａに、第２の電子部品１６ｂは第２のキャビティ１４ｂにそれぞれ収納されている。
【００２９】
そして、前述のように何れのキャビティ１４ａ，１４ｂも電磁遮蔽され、周波数帯域の異なった第１の電子部品１６ａおよび第２の電子部品１６ｂが第１のキャビティ１４ａと第２のキャビティ１４ｂとに分けて収納されているので、電子部品１６ａ，１６ｂが周波数単位でシールドされて相互干渉が防止される。これにより、アイソレーション特性が向上して安定した動作特性を得ることができる。
【００３０】
ここで、第１のキャビティ１４ａおよび第２のキャビティ１４ｂの数は１つでも複数でもよい。そして、キャビティ１４の形状は、図示する場合には矩形であるが、円形や楕円形など、種々の形状をとることができる。
【００３１】
但し、キャビティ１４は、キャビティ１４内での電子部品１６の使用周波数に対して不要な伝搬モードおよび不要な共振モードが起こらないような形状にすることが望ましい。
【００３２】
例えば電子部品１６が電力増幅器である場合、この電子部品１６の使用周波数帯域でキャビティ１４内に不要な伝搬モードが存在すると、伝送線路１２以外の伝送経路が空間に形成されることになり、この電子部品１６の逆方向通過特性、すなわちアイソレーション特性が劣化するなど、電子部品モジュール１０の性能を劣化させるおそれがある。このような問題を解決するため、キャビティ１４内部に伝搬モードが現れることによりキャビティ１４が導波路として動作し得る周波数帯域は、電子部品１６の使用周波数帯域よりも高くなるようにキャビティ１４が形成されていることが望ましい。
【００３３】
また、例えば電子部品１６の使用周波数帯域においてキャビティ１４内で不要な共振モードが起こると、伝送線路１２の伝送特性が劣化するなど、電子部品モジュール１０の性能を劣化させるおそれがある。このため、電子部品１６の使用周波数帯域と不要な共振モードが起こる周波数とが相互に異なるようにキャビティが形成されていることが望ましい。
【００３４】
なお、ここでいう不要な伝搬モードとは、キャビティ１４が電子部品１６の使用周波数範囲内で導波路として動作し得る電磁界分布の形態のことであり、不要な共振モードとは、キャビティ１４が電子部品１６の使用周波数範囲内で導波路共振器として動作し得る電磁界分布の形態のことである。
【００３５】
また、前述の周波数は一例に過ぎず、搭載される電子部品１６の使用周波数帯域が相互に異なっている限り、本発明がこれらの周波数に限定されるものではない。
【００３６】
そして、本実施の形態では２種類の周波数に対応した電子部品１６が搭載されているが、３種類以上の周波数に対応した電子部品を搭載することもできる。この場合には、各周波数に対応した電子部品は相互に異なるキャビティ内に収納されるのはもちろんである。
【００３７】
図１において、第１の電子部品１６ａの一部は、例えばＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ：低温焼成セラミックス）などセラミック製の基板部品１９を介して実装基板１１に実装されている。このとき、セラミック製の基板部品１９は誘電率が５〜４０程度のものを用いることが望ましい。第１の電子部品１６ａがＡｕやＡｕ−Ｓｎ合金などの熱圧着で例えば４００℃程度の加熱処理で実装基板１１に実装される場合、実装基板１１が耐熱性のない材料で構成されている場合には、実質的に実装が不可能になる。
【００３８】
このような場合、図示するように、実装基板１１よりも耐熱性が高く４００℃程度の熱処理にも耐えうる基板部品１９に一旦第１の電子部品１６ａを搭載し、この基板部品１９を介して実装基板１１に搭載するようにすれば、本実施の形態のように樹脂製のために実装基板１１の耐熱性が低くても熱圧着の必要な第１の電子部品１６ａを搭載することが可能になる。
【００３９】
なお、基板部品１９には例えば不要な信号を除去する必要がある場合にはフィルタ機能を持たせることも可能である。また、第２の電子部品１６ｂにも基板部品１９を介した接続が適用できるのはいうまでもない。
【００４０】
ここで、実装基板１１そのものを基板部品１９と同じ部材であるセラミック製にすると、前述のようにセラミックは樹脂に比べて誘電率が高いために伝搬損失が大きく、またアンテナの効率が悪くなる。そこで、実装基板１１は耐熱性には劣るものの誘電率の低い部材を用い、熱圧着の必要な部分だけ誘電率は高くなるが耐熱性のある部材を用いている。なお、本実施の形態では、実装基板１１は１種類の部材で構成されているが、例えば、よりアンテナ効率を良くするために、実装基板１１のアンテナ１７とシールド層１３間を、さらに低い誘電率を持つ部材で構成するなど、２種類以上の部材で構成してもよい。
【００４１】
高周波デバイスとしての第１の電子部品１６ａおよび第２の電子部品１６ｂには、例えば電力増幅器、ミキサ、逓倍器、周波数変換器、高周波発振器、低雑音電力増幅器などがある。但し、ここに列挙した電子部品に限定されるものではない。
【００４２】
実装基板１１における電子部品１６の搭載面と反対面には、所定の導体パターンからなるパッチアンテナ（アンテナ）１７が形成されている。このパッチアンテナ１７はアレイ状に複数形成され、良好な指向性が得られるよう配慮されている。パッチアンテナ１７は、２５ＧＨｚの電波を送受信して第１の電子部品１６ａと伝送線路１２を介して接続されたものと、５ＧＨｚの電波を送受信して第２の電子部品１６ｂと伝送線路１２を介して接続されたものとからなる。
【００４３】
但し、パッチアンテナ１７は、このように各周波数に対応して設けるのではなく、片方のみの周波数に対応したものとし、他方の周波数に対応したアンテナは本電子部品モジュール１０とは別体に設けてもよい。また、アレイ化しない単一のアンテナであってもよく、１つのアンテナで複数の周波数の電波を送受信できるマルチバンドアンテナを用いてもよい。さらに、アンテナは本実施の形態に示すパッチアンテナ１７に限定されるものではなく、例えば逆Ｆアンテナやスロットアンテナなど他の形態のアンテナを用いることもできる。
【００４４】
実装基板１１には、所定の導体パターン１８ａとこの上に形成されたハンダボール１８ｂとからなるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）端子１８、つまり複数の接続端子がパッチアンテナ１７の形成面と反対面に形成されている。ＢＧＡ端子１８は伝送線路１２を介して第１の電子部品１６ａおよび第２の電子部品１６ｂと接続されており、電子部品モジュール１０はＢＧＡ端子１８を介して外部周辺機器と接続される。なお、接続端子はＢＧＡ端子１８である必要はなく、他の種々の形状の接続端子を適用することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態の電子部品モジュール１０によれば、電磁遮蔽された第１のキャビティ１４ａに第１の電子部品１６ａを、同じく電磁遮蔽された第２のキャビティ１４ｂに第１の電子部品１６ａとは周波数帯域の異なった第２の電子部品１６ｂをそれぞれ分けて収納し、モジュール化しているので、第１および第２の電子部品１６ａ，１６ｂが周波数単位でシールドされてアイソレーション特性が向上し、安定した動作特性を得ることができる。
【００４６】
これらにより、使用周波数帯域が相互に異なった電子部品を、相互干渉を防止しつつワンパッケージ化した電子部品モジュールを得ることができる。
【００４７】
また、電子部品１６ａ，１６ｂを耐熱性のある基板部品１９に熱圧着により実装し、この基板部品１９を誘電率の低い実装基板１１と接続しているので、伝搬損失を抑制し、アンテナ効率を良好にしつつ熱圧着で実装される電子部品１６ａ，１６ｂを搭載することが可能になる。
【００４８】
さらに、キャビティ１４の形状は、キャビティ１４内での電子部品１６の使用周波数に対して不要な伝搬モードおよび不要な共振モードが起こらないように形成することで良好な動作特性を得ることが可能になる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００５０】
電磁遮蔽された相互に異なるキャビティに第１および第２の電子部品を収納してモジュール化しているので、電子部品が周波数単位でシールドされてアイソレーション特性が向上し、安定した動作特性を得ることができる。
【００５１】
これにより、使用周波数帯域が相互に異なった電子部品を、相互干渉を防止しつつワンパッケージ化した電子部品モジュールを得ることができる。
【００５２】
また、電子部品を耐熱性のある基板部品に熱圧着により実装し、この基板部品を誘電率の低い実装基板と接続しているので、伝搬損失を抑制し、アンテナ効率を良好にしつつ熱圧着で実装される電子部品を搭載することが可能になる。
【００５３】
さらに、キャビティを、キャビティ内での電子部品の使用周波数に対して不要な伝搬モードおよび不要な共振モードが起こらない形状にすることで良好な動作特性を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である電子部品モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 電子部品モジュール
１１ 実装基板
１１ａ 外周壁
１１ｂ 区画壁
１２ 伝送線路
１３ シールド層
１４，１４ａ，１４ｂ キャビティ
１５ 蓋部材
１６，１６ａ，１６ｂ 電子部品
１７ パッチアンテナ（アンテナ）
１８ 接続端子
１８ａ 導体パターン
１８ｂ ハンダボール
１９ 基板部品

Claims (4)

  1. シールド層および伝送線路を備えるとともに少なくとも１つの第１のキャビティおよび少なくとも１つの第２のキャビティが区画形成された実装基板と、
    前記第１のキャビティ内に配置されて第１の周波数帯域で使用される少なくとも１つの第１の電子部品、および前記第２のキャビティ内に配置されて第２の周波数帯域で使用される少なくとも１つの第２の電子部品と、
    シールド機能を備え、前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティを封止する蓋部材と、
    前記実装基板における前記第１の電子部品および前記第２の電子部品の搭載面と反対面に形成され、前記第１の周波数帯域および前記第２の周波数帯域の少なくとも何れかの帯域の電波を送受信するとともに対応した前記電子部品と接続された１または複数のアンテナと、
    前記実装基板に形成され、前記伝送線路を介して前記第１の電子部品および前記第２の電子部品と電気的に接続された複数の接続端子とを備え、
    前記電子部品の少なくとも１つは前記実装基板よりも耐熱性を有する基板部品を介して前記実装基板に搭載され、前記実装基板は前記基板部品よりも誘電率が低い部材で構成されていることを特徴とする電子部品モジュール。
  2. 前記蓋部材は、金属製または金属からなるシールド層が形成された非金属製であることを特徴とする請求項１記載の電子部品モジュール。
  3. 前記実装基板は樹脂製であり、前記基板部品はセラミック製であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品モジュール。
  4. 前記キャビティは、当該キャビティ内の前記電子部品の使用周波数帯域において、前記キャビティの不要共振モードおよび前記キャビティの不要伝搬モードを抑制する形状であることを特徴とする請求項１、２または３記載の電子部品モジュール。
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