JP4593075B2 - 混成集積回路装置及びその製造方法並びに電子装置 - Google Patents
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Description
本発明は混成集積回路装置及びその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置に係わり、特にセルラー電話機等無線通信装置の送信部に用いる高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置(携帯電話機)に適用して有効な技術に関する。
背景技術
混成集積回路装置の一つとして、自動車電話,携帯電話等の移動通信機器無線部に使用される高周波電力増幅装置が知られている。混成集積回路装置については、たとえば、特開平8−148597号公報、特開平9−18145号公報に記載されている。
特開平8−148597号公報にはLGA(Land Grid Array)型の半導体モジュールについて記載されている。
特開平9−18145号公報には、セラミック多層基板の電極端子の外周端付近からその内部にわたってクラックが入らないようにするために、焼成前の状態において、グリーンシート積層体の表面に電極端子を形成した後、このグリーンシート積層体上に電極端子の径小な部分を残して被覆するパターンのグリーンシート(電極端子に対向する位置に電極端子に比べ径小な貫通孔を形成したグリーンシート)を積層する技術が記載されている。
携帯電話機用高周波パワーアンプモジュールにおいては、急速な小型・高機能化が進んで来ている。高周波パワーアンプモジュールを実装基板(回路基板)に実装する場合、高周波パワーアンプモジュールのモジュール基板の端面から裏面に掛けて設けられる電極端子(接続端子)を、実装基板のランドに半田付けしている。この実装では、実装基板上に高周波パワーアンプモジュールを位置決め載置した後、あらかじめ実装基板に設けた半田を一時的に加熱(リフロー)して高周波パワーアンプモジュールを実装基板に固定している。
高周波パワーアンプモジュールの小型・高機能化、また高周波パワーアンプモジュールの多ピン化対応及び実装基板上での実装面積縮小を行うため、近年、LGA構造のモジュールが増大しつつある。
本発明者等によれば、携帯電話機用の高周波パワーアンプモジュールにおいては、LGA構造の場合、以下に示すような問題があることを確認した。
図24は本発明者による本発明に先立つ検討によって判明した高周波電力増幅装置の実装不良を説明する模式図である。高周波パワーアンプモジュールのモジュール基板1は、多層構造のセラミック配線板で形成され、裏面に電極端子2が設けられる構造になっている。電極端子2はモジュール基板の縁に沿って並んで配置されている。
高周波パワーアンプモジュールを実装基板3に実装(固定)する場合、実装基板3の上面に設けられたランド(フットプリント)4上に電極端子2を重ね合わせ、ランド4や電極端子2の表面にあらかじめ形成した半田等からなるソルダー5を再溶融(リフロー)して、電極端子2をランド4にソルダー5で固定する。図では単一の電極端子2の接続状態しか示さないが、モジュール基板1の全周に亘って設けられた電極端子2の接続が行われ実装が完了する。
しかし、このような高周波パワーアンプモジュールでは、図24に示すように、モジュール基板1にクラック6が入り、高周波パワーアンプモジュールの信頼性が低下するものがあることが分かった。
電極端子2とソルダー5はいずれも金属であることからその接続強度は強く、セラミックからなるモジュール基板1と電極端子2との接続強度よりも大きくなる。また、モジュール基板1はセラミックであり、熱膨張係数は7×10−6/℃程度であり、実装基板3はガラエポ基板(ガラス繊維とエポキシ樹脂とで形成された配線基板)等の樹脂配線基板からなることから熱膨張係数は16×10−6/℃程度となり、その差は大きい。
この結果、実装基板3と電極端子2の熱収縮の違いから発生する応力によって比較的脆弱なモジュール基板1にはクラック6が発生し易い。クラック6は、応力が最大になる箇所(点)から発生し、図24に示すようにモジュール基板1の内部に伸びる。図24で示す点線矢印はクラック発生させる応力の作用方向を示す。このようなクラック6の発生は高周波パワーアンプモジュールの信頼性の低下を引き起こす原因となる。
一方、特開平9−18145号公報には、前述のように、セラミック多層基板の電極端子の外周端付近からその内部にわたってクラックが入らないようにするために、焼成前の状態において、グリーンシート積層体の表面に電極端子を形成した後、このグリーンシート積層体上に電極端子の径小な部分を残して被覆するパターンのグリーンシート(電極端子に対向する位置に電極端子に比べ径小な貫通孔を形成したグリーンシート)を積層する技術が記載されているが、クラック発生のメカニズムについては詳細に記されていない。
本発明者等によれば、クラックはモジュール基板の両端または両側の縁に近接する電極端子の縁側で発生し易いことを知見した。即ち、クラックはモジュール基板1の縁に近接した電極端子2のモジュール基板の縁寄りの部分で発生し易いことから、この部分を少なくとも保護膜で被うことによってクラックの発生を抑止することができる。
また、前記従来の技術、即ち、電極端子に対向する位置に電極端子に比べ径小な貫通孔を形成したグリーンシートを重ね、その後焼成する技術では、前記径小な貫通孔を形成するため、またその貫通孔の最も狭くなる縁部分の破損を防止するためには、貫通孔の最も狭くなる縁部分を広くする必要があり、その分グリーンシートが大きくなる。換言するならば、高周波電力増幅装置が大きくなる。
また、グリーンシートに貫通孔を有するグリーンシートを重ね合わせる場合、貫通孔有りグリーンシートが確実に電極端子の縁を被うようにするためには、余裕度を見込まなくてはならず、これもグリーンシートの大型化となる。
従って、従来のグリーンシートの重ね合わせによる技術では、グリーンシートの外形寸法が大きくなり、モジュール基板の小型化、即ち高周波パワーアンプモジュールの小型化が妨げられることになる。
また、貫通孔有りグリーンシートは、その取扱いにおいて余り薄くては破れる等破損し易いため、ある程度の厚さが必要となり、その分グリーンシートの使用量が多くなり、コストが高くなる。
本発明の目的は、実装の信頼性が高い混成集積回路装置及びその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、実装の信頼性が高くかつ製造コストの低減を図ることができる混成集積回路装置及びその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、実装の信頼性が高い高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、実装の信頼性が高くかつ製造コストの低減を図ることができる高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面からあきらかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)混成集積回路装置は以下のような構成である。即ち、矩形状のセラミック配線板からなるモジュール基板と、前記モジュール基板の主面に組み込まれる複数の電子部品と、前記モジュール基板の裏面に設けられた複数の電極端子と、前記モジュール基板の主面を被うように前記モジュール基板に固定される金属製のキャップとを有する混成集積回路装置であって、前記電極端子は前記モジュール基板の縁に沿って配列される複数の電極端子と、これら電極端子よりも内側に配置される電源電位供給用端子からなり、前記モジュール基板の縁に沿って配列される電極端子の少なくとも前記モジュール基板縁寄り部分は保護膜で覆われている。前記モジュール基板には複数の半導体増幅素子が従続接続されて高周波電力増幅装置が形成されている。保護膜は印刷によって形成された十数μm程度以下の厚さとなり、ガラス層やソルダレジスト層で形成されている。
また、前記モジュール基板に前記キャップを固定する固定部は、前記キャップの一部で形成される弾力的に作用するフックと、前記モジュール基板に設けられ前記係止部が引っ掛けられる係止部とで形成され、前記フック及び前記係止部は前記キャップ及び前記モジュール基板の4隅に設けられている。
モジュール基板の4隅は内側に窪みこの窪み部分に導体からなる係止部が設けられ、前記係止部に前記キャップに設けられるフックが引っ掛かるように構成されている。この状態でも前記キャップの外形は矩形状になっている。また、モジュール基板の4隅にはグランド端子が設けられていて、このグランド端子は導体からなる前記係止部に電気的に接続されている。フックの下端は前記モジュール基板の底面または底面近傍にまで延在している。
前記接続強度向上用端子は相互に独立した複数の分割端子で構成されている。例えば、前記電源電位供給用端子は前記モジュール基板の一辺に沿って複数設けられるとともに、前記一辺に直交する方向に沿って複数設けられている。この接続強度向上用端子はグランド電極である。
(2)混成集積回路装置は以下の方法によって製造される。即ち、セラミック配線板からなるモジュール基板と、前記モジュール基板の主面に組み込まれる複数の電子部品と、前記モジュール基板の裏面に設けられる複数の電極端子と、前記モジュール基板の主面を被うように前記モジュール基板に固定されるキャップとを有する混成集積回路装置の製造方法であって、配線パターンが形成された複数のグリーンシートを重ね合わせるとともにプレスして裏面に電極端子部を有する1枚の積層グリーンシートを形成する工程と、前記積層グリーンシートの縁に沿って設けられる電極端子部の少なくとも前記積層グリーンシート縁寄り部分を被うようにペーストを印刷して保護部を形成する工程と、前記積層グリーンシート及び前記電極端子部並びに前記保護部を焼成して保護膜で一部が被われた電極端子を有する前記モジュール基板を形成する工程とを有する。
(3)電子装置は以下のような構成である。即ち、主面に混成集積回路装置を固定するためのランドを有する実装基板と、高周波電力増幅装置とを有し、前記高周波電力増幅装置の電極端子を前記ランド上にソルダーを介して電気的に接続される電子装置であって、前記混成集積回路装置は矩形状のセラミック配線板からなるモジュール基板と、前記モジュール基板の主面に組み込まれる複数の電子部品と、前記モジュール基板の裏面に設けられた複数の電極端子と、前記モジュール基板の主面を被うように前記モジュール基板に固定される矩形状の金属製のキャップとを有する混成集積回路装置であり、矩形状の前記モジュール基板の4隅にはグランド端子が設けられ、前記モジュール基板に前記キャップを固定する固定部は、前記キャップの一部で形成される弾力的に作用するフックと前記モジュール基板に設けられ前記フックが引っ掛けられる係止部とで形成され、前記フックは前記実装基板の主面に設けられたランドにソルダーを介して固定されている。前記モジュール基板の4隅は内側に窪みこの窪み部分に前記係止部が設けられ、前記キャップの外形は矩形状になっている。前記電極端子は前記モジュール基板の縁に沿って配列される複数の電極端子と、これら電極端子よりも内側に配置される複数の電源電位供給用端子からなり、前記電源電位供給用端子は前記実装基板の主面に設けられたランドにソルダーを介して固定されている。前記モジュール基板の縁に沿って並ぶ電極端子の少なくとも前記モジュール基板縁寄り部分は十数μm程度以下の厚さの保護膜で覆われている。前記混成集積回路装置は高周波電力増幅装置であり、無線通信装置を構成する。
上記(1)の構成による高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)によれば、(a)高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)においては、モジュール基板の縁に沿って配列されるLGA構造の電極端子は、モジュール基板の縁寄りの部分が保護膜で被われているので、携帯電話機の実装基板に搭載した場合、電極端子とモジュール基板との間で熱応力が働いても、電極端子のモジュール基板の縁寄り部分の境界部分からモジュール基板にクラックが発生しなくなり、パッケージ内にクラックを通しての水分の浸入等が防止でき、高周波電力増幅装置及び携帯電話機の信頼性を高めることができるとともに寿命も長くすることができる。
(b)保護膜はペーストを印刷して形成することから、その厚さも十数μm程度以下と薄くさせることができるため、モジュール基板の薄型化が達成できるとともに、ペーストの使用量低減から製造コストの低減が達成できる。従って、携帯電話機の製造コスト低減も達成できる。
(c)保護膜はペーストを印刷して形成し、貫通孔を有するグリーンシートと比較して薄いことから、モジュール基板の寸法も小さくできる結果、高周波電力増幅装置の小型化が達成できる。従って、携帯電話機の小型化も達成できる。
(d)高周波電力増幅装置を実装基板に固定する場合、電極端子の他に電源電位供給用端子も接続用端子として使用できることから、高周波電力増幅装置の実装強度が高くなる。また、この電源電位供給用端子はグランド端子ともなることから、高周波電力増幅装置のグランド電位が各回路部分において安定し、安定した動作が期待できる。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(e)電源電位供給用端子はモジュール基板の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ複数設けられている。これにより、高周波電力増幅装置の実装におけるリフロー時、複数箇所の溶けたソルダー上に高周波電力増幅装置が乗ることになり、高周波電力増幅装置が実装基板に対して傾斜し難くなり、モジュール基板全体が実装基板から一定の間隔を隔てて実装されるようになり、パワー,効率等の特性が安定する。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(f)モジュール基板の長辺の両端部分に窪み部分を設け、この窪み部分でキャップのフックをモジュール基板の係止部に引っ掛けてパッケージを形成する構造になっていることと、このフックを支持するフック支持アームに付着する半田フィレットの突出長さを0.3μm程度と短くしていることから、実装面積は略キャップの外周縁によって規定される面積以内と略なる結果、実装面積の縮小が達成できる。従って、携帯電話機の小型化も達成できる。
(g)フック支持アームの下縁は、モジュール基板の下面または下面近傍にまで延在していることから、高周波電力増幅装置を実装基板にソルダーを介して搭載した場合、グランド用ランドにソルダーを介して電気的に接続され、高周波電力増幅装置の固定強度向上、グランド接地が確実となる。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(h)グランド端子を矩形状のモジュール基板の4隅に設けることで、信号端子や電源端子等を含む外部端子のレイアウトの設計が、高周波電力増幅装置においても容易になるとともに、この高周波電力増幅装置を実装する実装基板の配線レイアウトが容易になる実益がある。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
図1乃至図17は本発明の一実施形態(実施形態1)である高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機に係わる図である。図1乃至図11は高周波電力増幅装置に係わる図で、図12乃至図15は携帯電話機に係わる図である。
本実施形態1では、混成集積回路装置として、GSM(Global System for Mobile Communication)用の増幅系とDCS(Digital Cellular System)用の増幅系を有する高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)と、前記高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信機に本発明を適用した例について説明する。
高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)10は、図1及び図2に示すように外観的には偏平な矩形体構造になっている。
高周波電力増幅装置10は、セラミック配線板からなるモジュール基板11と、このモジュール基板11の一面側(主面側)に重ねて取り付けられたキャップ12とによって偏平矩形体構造のパッケージ13が構成された構造になっている。
キャップ12は、電磁シールド効果の役割を果たす金属製であり、プレスによる成形品となっている。図2に示すように、キャップ12は金属板を矩形箱状に折り曲げ成形して、下面周縁に沿って突出した周壁30を有する構造となっている。また、キャップ12の長辺の両端部分からはさらに下方に突出するフック支持アーム31が設けられている。このフック支持アーム31の先端側の内側には、これも成形によって形成された突出するフック32が設けられている。図4に示すように、前記フック支持アーム31は弾力的に作用してモジュール基板11に設けられた段差部分で形成される係止部33に引っ掛けられる。モジュール基板11の4隅は図3に示すように、フック支持アーム31が入るように一段窪み、この窪み部分34は図4に示すように厚さ方向に段付き状になり、この段付き部分の突出部分の下面が係止部33になり、この係止部33にフック32が引っ掛かる。
係止部33からモジュール基板11の下面に亘って導体層35が設けられている。この導体層35のモジュール基板11の裏面に延在する部分は端子35aとなり、高周波電力増幅装置10を実装基板に固定する際の接続端子として、またグランド端子として使用できる。換言するならば、図15に示すように、実装基板36の表面(主面)に前記端子35aに対応してグランド用ランド37を設けておけば、電磁シールド体として使用されるキャップ12はフック32,導体層35を介して、実装基板のグランドに接続することができる。また、フック支持アーム31の下縁は、図4に示すように、モジュール基板11の下面または下面近傍にまで延在していることから、高周波電力増幅装置10を実装基板36にソルダー38を介して搭載する際、図13に示すように、グランド用ランド37にソルダー38を介して電気的に接続され、高周波電力増幅装置10の固定強度向上、グランド接地が確実となる。
また、グランド端子を矩形状のモジュール基板11の4隅に設けることで、信号端子や電源端子等を含む外部端子のレイアウトの設計が、高周波電力増幅装置10においても容易になるとともに、この高周波電力増幅装置10を実装する実装基板の配線レイアウトが容易になる実益がある。
モジュール基板11は、例えば、ガラスセラミックスを積層させた低温焼成のセラミック配線板からなっている。モジュール基板11の主面には、図1に示すように、チップ抵抗15,チップコンデンサ16等が搭載されている。また、モジュール基板11の主面に設けた窪み底には半導体増幅素子が組み込まれた半導体チップ17が搭載されている。この半導体チップ17の図示しない電極と、モジュール基板11の主面に設けられた図示しない配線は導電性のワイヤ18で電気的に接続されている。また、半導体チップ17やワイヤ18等は絶縁性樹脂19で被われて耐湿性の向上が図られている。
モジュール基板11の裏面(底面)には、図1及び図3に示すように、電極端子20がモジュール基板11の縁に沿って複数設けられるとともに、その内側の領域には電源電位供給用端子21が複数設けられている。電極端子20及び電源電位供給用端子21は、LGA構造の表面実装型となり、モジュール基板11の裏面に形成された導体層で形成されている。この導体層の表面にはソルダーが設けられている。
高周波電力増幅装置10を実装基板に固定する場合、電極端子20の他に電源電位供給用端子21も接続用端子として使用できることから、高周波電力増幅装置10の実装強度が高くなる。また、この電源電位供給用端子21はグランド端子ともなることから、高周波電力増幅装置10のグランド電位が各回路部分において安定し、安定した動作が期待できる。
チップ抵抗15,チップコンデンサ16,半導体チップ17はモジュール基板11の主面に設けられた電極パッド22や搭載パッド23に接続されて固定されている。電極パッド22及び搭載パッド23も導電性のメタライズ層で形成されている。半導体チップ17を搭載するモジュール基板部分には複数の貫通した孔(ビァホール)が設けられるとともに、この孔には導体24が充填されている。この導体24は搭載パッド23と電源電位供給用端子21とを電気的に接続している。場合によってはこの電源電位供給用端子21は前記半導体チップ17のグランドに電気的に接続されるグランド端子となる。即ち、電源電位供給用端子21は全てグランド端子となる場合、または一部がグランド端子となり、一部が実装時の接続強度向上のための端子となる。
電源電位供給用端子21はモジュール基板11の長辺に沿って複数設けられ、短辺に沿って複数設けられている。これは、リフロー実装時、溶けたソルダー上にモジュール基板11、即ち高周波電力増幅装置10が乗った際、電源電位供給用端子21が一つの場合では、高周波電力増幅装置10が実装基板に対して傾斜するおそれがある。そこで、本実施形態1では電源電位供給用端子21をモジュール基板11の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ複数設けることによって、実装基板36を水平にした状態でソルダー38を溶かした際、各電源電位供給用端子21部分でモジュール基板11(高周波電力増幅装置10)を水平に支持させ、図12に示すように、これによって実装基板に対して高周波電力増幅装置10が傾斜して固定されないようにするものである。
モジュール基板11の縁に沿って設けられる電極端子20は以下の機能を有する端子になっている。図3では説明の便宜上電極端子20の外側にそれぞれ番号が付してある。1,8,9,12,13,18,19,20及び24はノンコンタクト端子(NC)であり、2,10及び22はGND用端子であり、3,4,5はVdd−GSM用端子であり、6はVapc−GSM用端子であり、7はPout−DCS用端子であり、11はPout−GSM用端子であり、14はVapc−DCS用端子であり、15,16及び17はVdd−DCS用端子であり、21はPin−GSM用端子であり、23はPin−DCS用端子である。
一方、これが本発明の特徴の一つであるが、図1に示すように、電極端子20のモジュール基板縁寄り部分は保護膜40で覆われている(図3,図5,図14参照)。図3においては、電極端子20,電源電位供給用端子21,導体層35はいずれも導体であることから点々を施して示してある。
前記保護膜40は以下の手順で形成される。先ず最初に、配線パターンが形成された複数のグリーンシートを重ね合わせるとともにプレスして裏面に電極端子部を有する1枚の積層グリーンシートを形成する。その後、少なくとも前記電極端子の周縁部分を被うようにガラスやソルダレジスト等からなるペーストを印刷して保護部を形成する。次いで、前記グリーンシート及び前記電極端子部並びに前記保護部を焼成処理する。
前記焼成によって、積層グリーンシートは焼成されたモジュール基板になり、表面の電極端子部は電極端子となり、電極端子部の一部を被う保護部は保護膜となる。印刷では、薄くペーストを印刷し、保護膜が十数μm程度以下の厚さとさせる。これにより、ペーストの使用量が少なくなり、モジュール基板の製造コストを下げることができるとともに、モジュール基板1の薄型化が達成できる。
また、印刷は印刷位置がスクリーンのパターンによって決まるため、印刷位置は前記パターンの変更で自由に選択できる。従って、微細なパターンも正確かつ確実に印刷できる。この結果、貫通孔を設けたグリーンシートを重ねて保護膜を形成する場合に比較して、モジュール基板の寸法を、電極端子を基板の縁に近づけられる分だけ小さくすることができる。これはモジュール基板の小型化、換言するならば高周波電力増幅装置の小型化が可能になる。
図9は電極端子部47が裏面に形成された積層グリーンシート43にスクリーン印刷によって保護部48を形成する状態を示す模式図である。スクリーン印刷において、枠41に張られたスクリーン42を積層グリーンシート43の裏面に位置決めして重なるように近接させ、その後スキージ44を移動させてスクリーン42上のペースト45を選択的に積層グリーンシート43の裏面に印刷して保護部48を形成する。
その後、電極端子部47及び保護部48を含み積層グリーンシート43を焼成処理する。この焼成処理によって、電極端子部47は電極端子20になり、保護部48は保護膜40になり、積層グリーンシート43はモジュール基板11になり、図5に示すようになる。
図15は高周波電力増幅装置10が搭載される実装基板36の一部の平面図である。ランドは、前記端子35aに対応する4隅のグランド用ランド37と、このグランド用ランド37間に配列される電極端子20が固定される電極端子用のランド49aと、電源電位供給用端子21が固定されるランド49bとからなっている。これらのランドの表面にはソルダーが形成されている。
つぎに、本実施形態1の高周波電力増幅装置10の製造方法について、図6のフローチャート等を参照しながら簡単に説明する。高周波電力増幅装置10は、図6のフローチャートで示すように、積層グリーンシート用意((ステップ101:S101)、保護部印刷(S102)、焼成(S103)、モジュール基板へ半田塗布(S104)、部品搭載(S105)、リフロー(S106)、洗浄(S107)、ワイヤボンディング(S108)、レジンコーティング(S109)、ベーク(S110)、キャップ(CAP)取り付け(S111)、モジュール基板分割(S112)、選別(S113)及び梱包(S114)の各工程を経て出荷される。モジュール基板は単一の製品ごとに製造してもよいが、前述のようにキャップを取り付けた後に分割するようにする方法もある。
積層グリーンシート43は、例えば、図7に示すように、複数の誘電体板(グリーンシート)を重ねてプレスしたものである。図7ではグリーンシートは5枚重ねた構造になっている。この図は図1に対応する。
積層グリーンシート43の裏面には電極端子20や電源電位供給用端子21になる導体層70が形成され、主面には各電子部品を搭載する電極パッド22や搭載パッド23となる導体層70が形成されている。なお、これら導体層70のうち、電極端子20になる導体層を前述のように電極端子部47と呼称している。また、半導体チップを搭載する箇所では、上から1番目と2番目のグリーンシートが打ち抜かれ、この結果積層グリーンシート43の状態では窪みとなっている。この窪み底にも導体層70が形成されている(S101)。
つぎに、積層グリーンシート43を裏返しにした後、電極端子20の積層グリーンシート43の縁寄りの縁部分を前述のように印刷して保護部48を形成する(S102)とともに、焼成(S103)して、図8に示すように、電極端子20や電源電位供給用端子21等を有するモジュール基板11を形成する。電極端子20のモジュール基板11の縁に寄る縁部分は保護膜40で被われる。また、電極パッド22,搭載パッド23,導体24等も形成される。また、このモジュール基板11においては、配線はストリップライン構造やマイクロストリップライン構造となる。
その後、各導体層の表面に半田を塗布(S104)した後、半導体チップ17,チップ抵抗15,チップコンデンサ16等の電子部品を搭載する(S105)とともに、半田(ソルダー)をリフロー(S106)して電子部品を固定する。
一例を挙げるならば、モジュール基板1の厚さは0.8mm程度であり、幅15mm、長さ8mmとなっている。また、電極端子の電極の厚さは10μm程度である。また、電極端子の一部を被う保護膜の厚さは十数μm程度以下の厚さとなっている。
その後、洗浄(S107)してフラックスを洗い流し、ついで図11に示すように、半導体チップ17の図示しない電極と配線部分を導電性のワイヤ18で接続(S108)し、絶縁性樹脂19で半導体チップ17やワイヤ18等を被う(S109)。
つぎに、ベークを行い、絶縁性樹脂19を硬化させる(S110)。
つぎに、キャップ12を取り付け(S111)た後、モジュール基板11を分割し(S112)て図2に示すような高周波電力増幅装置10を製造し、ついで、特性選別(S113)して良品のみを梱包(S113)して出荷する。
ここで、本発明の高周波電力増幅装置10を組み込んだ電子装置、即ち、携帯電話機(無線通信装置)について説明する。高周波電力増幅装置10は携帯電話機(無線通信装置)の実装基板36に搭載される。図12は実装基板36に搭載された高周波電力増幅装置10を示す。実装においては、図15で示すランドパターンを有する実装基板36を用意した後、この実装基板36上に高周波電力増幅装置10を位置決めして載置する。その後、ランド(37,49a,49b)や端子(20,21,35a)の表面にあらかじめ設けたソルダーをリフローして接続し、図12に示すような携帯電話機(高周波電力増幅装置10の実装構造部分のみを示す〕を製造する。
図13はフック32部分の実装状態を示す断面図である。グランド用ランド37にソルダー38を介して導体層35及びフック32並びにフック支持アーム31の下端が接続されている。フック支持アーム31の外面に形成される半田フィレットの突出長さは、例えば、0.3μm程度と小さい。モジュール基板11の長辺の両端部分に窪み部分34を設け、この窪み部分でキャップ12のフック32をモジュール基板11の係止部33に引っ掛けてパッケージを形成する構造になっていることと、前述の半田フィレットの突出長さが0.3μmと短いことから、グランド用ランド37を基板側部を延長してできる矩形の内部に配置することができる。従って、携帯電話機における実装基板36の寸法を小さくでき、携帯電話機の小型化も達成できる。
また、この実装において、図14に示すように、モジュール基板11の縁に沿って配列されるLGA構造の電極端子20は、モジュール基板11の縁寄りの部分が保護膜40で被われているので、電極端子20とモジュール基板11との間で熱応力が働いても、図24に示すような電極端子2のモジュール基板1の縁寄り部分の境界部分からモジュール基板1にクラック6が発生しなくなる。
この結果、パッケージ13内にクラックを通しての水分の浸入等が防止でき、高周波電力増幅装置10の信頼性が高くなるとともに、寿命も長くなる。
本実施形態1の高周波電力増幅装置10は、モジュール基板11の配線パターンやモジュール基板11に搭載される半導体増幅素子を含む電子部品によって、図16に示すような回路を構成するようになっている。
図16に示すように、高周波電力増幅装置は、GSM用の増幅系eとDCS用の増幅系fを有する。増幅系e及び増幅系fは、それぞれ使用する電子部品の性能は異なるものもあるが、回路構成は同一となっている。従って、増幅系eの説明において、増幅系eに対応する増幅系fの部品の記号を括弧内に示し、増幅系fの説明とする。
増幅系eでの外部電極端子は、入力端子としてのPin−GSM(増幅系fではPin−DCS)、出力端子としてのPout−GSM(増幅系fではPout−DCS)、第1基準電位(電源電位)としてのVdd−GSM(増幅系fではVdd−DCS)、バイアス端子としてのVapc−GSM(増幅系fではVapc−DCS)である。また、第2基準電位としてのGND用端子が設けられている。
Pin−GSM(Pin−DCS)とPout−GSM(Pout−DCS)との間には3段の増幅段が従続接続されている。初段増幅段,第2段増幅段及び第3段増幅段(最終段増幅段)は、いずれもトランジスタQ1,Q2,Q3(Q4,Q5,Q6)で構成されている。
各増幅段を構成するトランジスタのそれぞれは、その段への入力信号及びバイアス電位を受ける制御端子(ゲート電極)と、その段の出力信号を送出する第1の端子(ドレイン電極)と、その段のための基準電位(GND電位)を受けるための第2の端子(ソース電極)とからなっている。
Pin−GSM(Pin−DCS)は整合回路L1(L8)を介してトランジスタQ1(Q4)のゲート電極に接続されている。増幅系は3段構成であることから第2段のトランジスタ及び第3段のトランジスタのゲート電極は共に前段のトランジスタのドレイン電極に整合回路L3(L10),L5(L12)を介して接続されている。最終段増幅段である出力段となるトランジスタQ3(Q6)のドレイン電極は整合回路L7(L14)を介してPout−GSM(Pout−DCS)に接続されている。
各トランジスタQ1,Q2,Q3のドレイン電極は整合回路L2,L4,L6(L9,L11,L13)を介してVdd−GSM(Vdd−DCS)に接続されている。
各トランジスタQ1,Q2,Q3のゲート電極はVapc−GSM(Vapc−DCS)に接続されている。これらゲート電極とVapc−GSM(Vapc−DCS)との間には、それぞれのゲート電極に印加するバイアス電位を制御するためのバイアス回路が設けられている。バイアス回路は、分圧抵抗を形成するバイアス抵抗R1〜R5(R6〜R10)によって形成されている。
図16において破線枠で示す部分が半導体チップ(FETチップ)17である。この半導体チップ17には、GSM用の増幅系eのトランジスタQ1,Q2と、これらトランジスタQ1,Q2のバイアス抵抗比を決めるバイアス抵抗R1,R2,R3,R4,R5と、DCS用の増幅系fのトランジスタQ4,Q5と、これらトランジスタQ4,Q5のバイアス抵抗比を決めるバイアス抵抗R6,R7,R8,R9,R10がモノリシックに組み込まれている。これにより、部品点数の低減を図ることができ、高周波電力増幅装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
このような、高周波電力増幅装置は、図17に示すように携帯電話機に組み込まれて使用される。図17はデュアルバンド無線通信機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理IC(RF linear)50からアンテナ(Antenna)51までの部分を示す。なお、図17では、高周波電力増幅装置の増幅系はGSM用の増幅系と、DCS用の増幅系の二つを別けて示してあり、その増幅器をPA(パワーアンプ)58a,58bとして示してある。
アンテナ51はアンテナ送受信切替器52のアンテナ端子に接続されている。アンテナ送受信切替器52は、PA58a,58bの出力を入力する端子Pout1,Pout2と、受信端子RX1,RX2と、制御端子control1,control2とを有している。
高周波信号処理IC50からのGSM用の信号はPA58aに送られ、Pout1に出力される。PA58aの出力はカプラー54aによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路(APC回路)53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58aを制御する。
また、同様に高周波信号処理IC50からのDCS用の信号はPA54bに送られ、Pout2に出力される。PA58bの出力はカプラー54bによって検出され、この検出信号はAPC回路53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58bを制御する。
アンテナ送受信切替器52はデュプレクサー55を有している。このデュプレクサー55は端子有し、1端子は上記アンテナ端子Antenaに接続され、他の2端子の内一方はGSM用の送信受信切替スイッチ56aに接続され、他方はDCS用の送信受信切替スイッチ56bに接続されている。
送信受信切替スイッチ56aのa接点はフィルター57aを介してPout1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aのb接点は容量C1を介して受信端子RX1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aは制御端子control1に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
また、送信受信切替スイッチ56bのa接点はフィルター57bを介してPout2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bのb接点は容量C2を介して受信端子RX2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bは制御端子control2に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切替えが行われる。
受信端子RX1と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60aと低雑音アンプ(LNA)61aが順次接続されている。また、受信端子RX2と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60bと低雑音アンプ(LNA)61bが順次接続されている。
この無線通信機によってGSM通信及びDCS通信が可能になる。
本実施形態1によれば以下の効果を有する。
(1)高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)においては、モジュール基板11の縁に沿って配列されるLGA構造の電極端子20は、モジュール基板11の縁寄りの部分が保護膜40で被われているので、携帯電話機の実装基板36に搭載した場合、電極端子20とモジュール基板11との間で熱応力が働いても、電極端子20のモジュール基板11の縁寄り部分の境界部分からモジュール基板11にクラックが発生しなくなり、パッケージ13内にクラックを通しての水分の浸入等が防止でき、高周波電力増幅装置10及び携帯電話機の信頼性を高めることができるとともに寿命も長くすることができる。
(2)保護膜40はペーストを印刷して形成することから、その厚さも十数μm程度以下と薄くさせることができるため、モジュール基板11の薄型化が達成できるとともに、ペーストの使用量低減から製造コストの低減が達成できる。従って、携帯電話機の製造コスト低減も達成できる。
(3)保護膜40はペーストを印刷して形成し、貫通孔を有するグリーンシートをしないことから、モジュール基板11の寸法も小さくできる結果、高周波電力増幅装置10の小型化が達成できる。従って、携帯電話機の小型化も達成できる。
(4)高周波電力増幅装置10を実装基板36に固定する場合、電極端子20の他に電源電位供給用端子21も接続用端子として使用できることから、高周波電力増幅装置10の実装強度が高くなる。また、この電源電位供給用端子21はグランド端子ともなることから、高周波電力増幅装置10のグランド電位が各回路部分において安定し、安定した動作が期待できる。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(5)電源電位供給用端子21はモジュール基板11の長辺及び短辺に沿ってそれぞれ複数設けられている。これにより、高周波電力増幅装置10の実装におけるリフロー時、複数箇所の溶けたソルダー上に高周波電力増幅装置10が乗ることになり、高周波電力増幅装置10が実装基板に対して傾斜し難くなり、モジュール基板11全体が実装基板36から一定の間隔を隔てて実装されるようになり、パワー,効率等の特性が安定する。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(6)モジュール基板11の長辺の両端部分に窪み部分34を設け、この窪み部分でキャップ12のフック32をモジュール基板11の係止部33に引っ掛けてパッケージを形成する構造になっていることと、このフック32を支持するフック支持アーム31に付着する半田フィレットの突出長さを0.3μm程度と短くしていることから、実装面積は略キャップ12の外周縁によって規定される面積以内と略なる結果、実装面積の縮小が達成できる。従って、携帯電話機の小型化も達成できる。
(7)フック支持アーム31の下縁は、モジュール基板11の下面または下面近傍にまで延在していることから、高周波電力増幅装置10を実装基板36にソルダー38を介して搭載した場合、グランド用ランド37にソルダー38を介して電気的に接続され、高周波電力増幅装置10の固定強度向上、グランド接地が確実となる。従って、携帯電話機も安定動作し快適な通話ができる。
(8)グランド端子を矩形状のモジュール基板11の4隅に設けることで、信号端子や電源端子等を含む外部端子のレイアウトの設計が、高周波電力増幅装置10においても容易になるとともに、この高周波電力増幅装置10を実装する実装基板の配線レイアウトが容易になる実益がある。
(実施形態2)
図18は本発明の他の実施形態(実施形態2)である高周波電力増幅装置の模式的断面図である。図19は高周波電力増幅装置のモジュール基板の底面図である。図20は高周波電力増幅装置における電極端子の実装基板への接続状態を示す一部の断面図である。
本実施形態2の例では、図18乃至図20に示すように、電極端子20及び電源電位供給用端子21の縁全周を保護膜40で被う例である。本実施形態2の場合も実施形態1と同様な効果を有することになる。
(実施形態3)
図21は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅装置の底面図である。本実施形態3の例では、モジュール基板11の係止部33を辺の中央に設けたものである。従って、図示しないがキャップ12に設けるフック支持アーム31の位置もキャップ12の辺の中央に位置して、前記係止部33に対応する。本実施形態3では、端子側のフットプリントがモジュール基板よりはみ出ることなく接続できるので、顧客ボードでの実装面積が向上する効果がある。
(実施形態4)
図22は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅装置の斜視図であり、図23はキャップ12とモジュール基板11との係止部の断面図である。本実施形態3では、モジュール基板11の対抗する2辺にそれぞれ窪み80を設けるとともに、この窪み80に嵌合する嵌合片81をキャップ12に形成し、キャップ封止時には、キャップ12の嵌合片81をモジュール基板11の窪み80に嵌合させ、両者をソルダー82で固定するものである。
本実施形態4によれば、基板分割前にキャップの半田付けを行っても、隣接キャップ同士半田付けされることによる分割不良が発生し難くなる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、実施形態では混成集積回路装置として高周波電力増幅装置に本発明を適用した例について説明したが、他の混成集積回路装置やその混成集積回路装置を組み込んだ電子装置に適用できる。例えば、携帯電話機関係から言えば、電圧制御発振器(VCO)やアンテナスイッチ等にも適用でき、同様な効果を得ることができる。
また、実施形態1では、増幅段を構成する半導体増幅素子(トランジスタ)としてMOS(Metal Oxide Semiconductor)FETを用いた例について説明したが、シリコンバイポーラトランジスタ,GaAs−MES(Metal−Semiconductor)FET,HBT(Hetero Junction Bipolar Transistor),HEMT(High Electron Mobility Transistor),Si−GeFET等の他のトランジスタでもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる混成集積回路装置は、セルラー電話機等無線通信装置の送信部に用いる高周波パワーアンプモジュールに組み込まれ、無線通信装置として利用される。特に、本発明の高周波パワーアンプモジュールは、モジュール基板の縁寄りの部分が保護膜で被われて保護されているため、高周波パワーアンプモジュールの実装時モジュール基板にクラックが発生し難くなり、実装の信頼性向上に適した技術である。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の一実施形態(実施形態1)である高周波電力増幅装置の模式的断面図である。
図2は本実施形態1の高周波電力増幅装置の外観を示す斜視図である。
図3は本実施形態1の高周波電力増幅装置のモジュール基板の底面図である。
図4は本実施形態1の高周波電力増幅装置の一部を示す断面図である。
図5は前記モジュール基板の一部を示す模式的断面図である。
図6は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造方法を示すフローチャートである。
図7は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、配線や電極端子等が形成された積層状態のグリーンシートを示す模式的断面図である。
図8は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、電極端子の外縁部分を保護膜で被ったモジュール基板の模式的断面図である。
図9は前記保護膜の形成状態を示す模式図である。
図10は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、電子部品を搭載したモジュール基板を示す模式的断面図である。
図11は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、半導体チップやワイヤを樹脂で被った状態のモジュール基板を示す模式的断面図である。
図12は本実施形態1である携帯電話機における高周波電力増幅装置の実装基板への実装状態を示す模式的断面図である。
図13は前記高周波電力増幅装置の実装状態を示す一部の断面図である。
図14は前記高周波電力増幅装置における電極端子部分の実装状態を示す一部の断面図である。
図15は前記実装基板におけるランドのレイアウトを示す一部の平面図である。
図16は前記高周波電力増幅装置の等価回路図である。
図17は前記携帯電話機の機能構成を示すブロック図である。
図18は本発明の他の実施形態(実施形態2)である高周波電力増幅装置の模式的断面図である。
図19は本実施形態2の高周波電力増幅装置のモジュール基板の底面図である。
図20は本実施形態2の高周波電力増幅装置における電極端子の実装基板への接続状態を示す一部の断面図である。
図21は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅装置の底面図である。
図22は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅装置の斜視図である。
図23は本実施形態4の高周波電力増幅装置の一部の断面図である。
図24は本発明者による本発明に先立つ検討によって判明した高周波電力増幅装置の実装不良を説明する模式図である。
Claims (10)
- (a)実装基板に半田を介して実装可能な、電力増幅回路を含む高周波パワーアンプモジュールであって、
(b)主面および前記主面と反対側の裏面を有するモジュール基板と、
(c)前記モジュール基板の主面上に設けられた搭載パッドと、
(d)前記搭載パッド上に搭載された、前記電力増幅回路を構成する半導体増幅素子を含む半導体チップと、
(e)前記モジュール基板裏面の4つの縁に沿ってそれぞれ複数配列された電極端子と、
(f)前記モジュール基板裏面の前記複数の電極端子の内側に配列された複数の電源電位供給用端子と、
(g)前記搭載パッドの下の前記モジュール基板内に形成された複数の貫通孔および前記貫通孔内に充填された導体を含み、
(h)前記電極端子の面積は前記電源電位供給用端子の面積よりも小さく、
(i)前記複数の電極端子は前記電力増幅回路の入力端子および出力端子を含み、
(j)前記複数の電源電位供給用端子と前記搭載パッドは前記導体を介して電気的に接続し、
(k)前記電源電位供給用端子は前記半導体チップのグランド電位を供給するために用いられ、
(l)前記複数の電極端子および電源電位供給端子に前記半田が形成され前記実装基板に実装可能であることを特徴とする高周波パワーアンプモジュール。 - 前記複数の電源電位供給用端子および電極端子はLGA構造を有することを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記高周波パワーアンプモジュールはGSM用の増幅系とDCS用の増幅系を有することを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記複数の電極端子は、前記GSM用およびDCS用の増幅系のそれぞれの入力端子、出力端子およびバイアス端子を含むことを特徴とする請求項3記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記複数の電極端子は、複数のノンコンタクト端子を含むことを特徴とする請求項4記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記複数の電極端子は、前記GSM用およびDCS用の増幅系のそれぞれVDD端子を含むことを特徴とする請求項4記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記モジュール基板はセラミック配線基板であることを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記モジュール基板の主面上には、チップ抵抗、チップコンデンサが搭載されていることを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記モジュール基板の裏面には、前記電源電位供給用端子が4個以上配置されていることを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
- 前記半導体チップは絶縁性樹脂によって被われていることを特徴とする請求項1記載の高周波パワーアンプモジュール。
Applications Claiming Priority (3)
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