JP4737580B2 - 複合高周波部品及びそれを用いた無線送受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯などの高周波帯域で用いられる高周波複合部品に関し、特に通過帯域の異なる複数の送受信系を取り扱うマルチバンド用高周波スイッチモジュールに係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話の普及には、目を見張るものがあり、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。この新たな携帯電話として、デュアルバンドあるいはトリプルバンド携帯電話の提案がなされている。これらの携帯電話は、２つあるいは３つの送受信系を取り扱うもので、それぞれ周波数に応じた信号経路、及び複数の周波数を切り換えるためのスイッチとして、分波回路とスイッチ回路を用いて構成される高周波スイッチモジュールが用いられている。
【０００３】
図４に高周波スイッチモジュールの回路ブロック図の一例を示す。この高周波スイッチモジュールは、下記する実施例の欄でも用いるが、第１の送受信系としてＧＳＭシステム（送信ＴＸ：880〜915MHz、受信ＲＸ：925〜960MHz）、第２の送受信系としてＤＣＳ１８００システム（送信ＴＸ：1710〜1785MHz、受信ＲＸ：1805〜1880MHz）の２つのシステムに対応した例で、デュアルバンド携帯電話のアンテナANTとＧＳＭ系及びＤＣＳ系のそれぞれの送受信回路との振り分けに用いられる。分波器Dipはローパスフィルタとハイパスフィルタとからなり、送受信信号をＧＳＭ系とＤＣＳ系に振り分ける。また、第１のスイッチ回路SW1と第２のスイッチ回路SW2は各系の送信信号と受信信号を切換え、ローパスフィルタLPFを介して送信され、帯域通過フィルタSAWを介して受信される。従って、例えばＧＳＭ系の送信信号は、ローパスフィルタ１と第１のスイッチ回路SW1を介して分波器Dipに入力されアンテナANTから送信される。一方、アンテナで受信された信号は、分波器Dipで振り分けられ第１のスイッチ回路SW1と帯域通過フィルタSAW1を介して後段の低ノイズアンプ等に入力され受信される。尚、ＤＣＳ系についても同様の動作をなす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記分波器、ローパスフィルタは伝送線路とＬＣ回路で構成され、スイッチ回路はダイオードと伝送線路を主構成としているが、帯域通過フィルタは通常ＳＡＷフィルタで構成される。従来、このＳＡＷフィルタは既製のセラミックスパッケージ形のものが用いられ高周波モジュールの後段に別体で設けられていた。これを本願発明者らは、前記分波器、ローパスフィルタを構成するＬＣ回路及びスイッチ回路の伝送線路は、誘電体からなる多層基板内に電極パターンにより内蔵させ、ダイオードとパーケージ形ＳＡＷフィルタはこの積層基板上に搭載してこれらを一体化した高周波スイッチモジュールを提案している（特願２０００−２０１１７号参照）。
【０００５】
ところが、パーケージ形のＳＡＷフィルタは寄生インピーダンス成分を持ってしまうため高周波において、利得低下や周波数偏差の増大、ノイズ特性の劣化等が発生し本来の特性を十分発揮することが出来ない場合がある。また、それ自体が比較的大きく、基板上に搭載すればそれだけ小型化、低背化の障害となる。このような問題を解決するために、特開平１０−３２５２１号公報や特開２００１−１８９６０５号公報では、モジュール化した多層基板にキャビティを設け、このキャビティ内にＳＡＷフィルタ、即ち、弾性表面波を捉えてフィルタ機能を発揮する微細な電極つき圧電結晶体（以下、圧電結晶体）を直接実装し、このキャビティの開口を金属製の蓋で覆い気密封止する、あるいはキャビティ内を樹脂で充填して密封することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記従来技術のうち前者は、金属の蓋で覆う第１のキャビティと圧電結晶体を実装する第２のキャビティの２段キャビティに構成する必要があり構造が複雑である。一方、後者のように堀の深いキャビティを形成するのでは小型低背化は困難である。現実問題として多層基板の全高さは、現状で１ｍｍ以下に制約されており、圧電結晶体の厚みが約0.5ｍｍとしても、残りの厚みで圧電結晶体を実装し多層基板を構成することは困難であり現実的ではない。また、両者ともキャビティを金属製の蓋で密封しているが、この場合、蓋の肩部に電極を当てながらシーム溶接する手段が通常とられるので、溶接熱が電極パターン等に影響を及ぼす可能性があるし、作業が煩雑であった。また、キャビティ内部は積層体の断面が断層状に露出しているので微細なクラックなどがここにあると気密の点で問題が生じる。
【０００７】
以上のことより本発明の目的は、少なくとも一つのＳＡＷフィルタを多層基板に搭載した複合高周波部品（高周波スイッチモジュール他）において、ＳＡＷフィルタの特性を保って実装面積と実装工程を低減し、従来のパッケージ形ＳＡＷフィルタと同等か、それ以下の高さと面積となした複合高周波部品を提供すること、また、ひいては無線送受信装置を小型化することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の誘電体層を積層してなり内部に電極パターンにより構成されたフィルタが設けられた多層基板と、該多層基板上あるいは多層基板に設けた凹部内にＳＡＷフィルタを有し、前記多層基板上には更にチップコンデンサが配置され、該ＳＡＷフィルタは、金バンプを有する複数の圧電結晶体を多層基板にフリップチップ実装すると共に、前記圧電結晶体毎に箱型の第１金属ケースで前記チップコンデンサよりも高さが低くなる様に覆って形成され、前記多層基板と第１金属ケースの接触部をろう材または樹脂により気密封止し、更に前記第１金属ケースと前記チップコンデンサは第２金属ケースで覆われ、複数の第１金属ケース及び一つの第２金属ケースはそれぞれ個別にグランドと接続されることを特徴とする複合高周波部品。
【０００９】
また、本発明は、通過帯域の異なる複数の送受信号を各送受信系に分ける分波回路と、前記各送受信系のそれぞれに送信系と受信系を切り替えるスイッチ回路を設け、該スイッチ回路の各送信系に設けたローパスフィルタ回路と、前記スイッチ回路の各受信系に設けた特定の信号を通過させる帯域通過フィルタ回路と、を備える複合高周波部品であって、前記分波回路はＬＣ回路で構成され、前記スイッチ回路はダイオ−ドと伝送線路を主構成とし、前記ローパスフィルタ回路は伝送線路とコンデンサで構成され、前記帯域通過フィルタ回路はＳＡＷフィルタで構成されてなり、前記分波回路のＬＣ回路及びスイッチ回路の伝送線路は、複数の誘電体層を積層してなる多層基板内に電極パターンにより構成し、前記ダイオードとコンデンサの一部は前記多層基板上に搭載し、前記ＳＡＷフィルタを構成する圧電結晶体は前記多層基板上あるいは多層基板に設けた凹部内に実装し、前記圧電結晶体毎に箱型の金属ケースで覆い、前記多層基板と金属ケースの接触部をろう材または樹脂により密封した複合高周波部品である。尚、本発明では前記ろう材としては半田を含むものである。
【００１０】
前記金属ケースは、厚さ１２０〜２４０μｍの金属板をプレス及び／又は絞りによる一体加工により形成したものが望ましい。金属ケースの材質は、ステンレス鋼、真鍮、銅、パーマロイ、アルミニウムのうち１種からなり、その表面にニッケル、スズ、銀の何れかのめっきを施すことは望ましいことである。
また、金属ＳＡＷフィルタの圧電結晶体を実装する多層基板上面あるいは凹部キャビティの底面の平面度を５０μｍ以下とすると共に、前記金属ケースの開口接触面の平面度を１００μｍ以下としたものである。
また、前記多層基板上に搭載したダイオード及びコンデンサ等の高周波デバイスと前記金属ケースを、第２の金属ケースで覆った複合高周波部品である。
また、本発明は、上記した複合高周波部品を用いた移動体通信装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
実施例は、例えば図４に示した高周波スイッチモジュールに適用できるものである。先ず、このデュアルバンド高周波スイッチモジュールを図５に示す等価回路を用いて説明する。このものは、第１の送受信系としてＧＳＭシステムを、第２の送受信系としてＣＤＳシステムを用いたもので、アンテナＡＮＴに接続される分波器は、２つの直列共振回路を用い、分布定数線路ＬＦ２とコンデンサＣＦ１で一つのノッチ回路を構成し、分布定数線路ＬＦ３とコンデンサＣＦ３でもう一つのノッチ回路を構成している。そして、一方のノッチ回路はアンテナＡＮＴとダイオードスイッチ回路との間にローパスフィルタとして機能する分布定数線路ＬＦ１を接続し、この分布定数線路ＬＦ１の後段で、分布定数線路ＬＦ１の一端とグランドとの間に配置され、もう一方のノッチ回路は、アンテナＡＮＴとダイオードスイッチ回路との間にハイパスフィルタとして機能するコンデンサＣＦ２を接続し、このコンデンサＣＦ２の後段で、コンデンサＣＦ２の一端とグランドとの間に配置してなる。さらにその後段に分波特性のハイパスフィルタ特性を向上させる目的でコンデンサＣＦ４を直列に接続している。またこのコンデンサＣＦ４は、後述する第２のスイッチ回路のＤＣカット用コンデンサとしても使用される。
【００１２】
次に、第１のスイッチ回路について説明する。第１のスイッチ回路は、ＧＳＭ系の送信ＴＸと受信ＲＸを切り換えるものである。このスイッチ回路ＳＷ１は、２つのダイオードＤＧ１、ＤＧ２と、２つの分布定数線路ＬＧ１、ＬＧ２を主構成とし、ダイオードＤＧ１はアンテナＡＮＴ側にアノードが接続され、送信ＴＸ側にカソードが接続され、そのカソード側にアースに接続される分布定数線路ＬＧ１が接続されている。そして、アンテナ側と受信ＲＸ間に分布定数線路ＬＧ２が接続され、その受信側にカソードが接続されたダイオードＤＧ２が接続され、そのダイオードＤＧ２のアノードには、アースとの間にコンデンサＣＧ６が接続され、その間にダイオード制御用の電圧端子ＶＣ１が配置される。本実施例においては、電圧端子ＶＣ１に回路基板に配置されたインダクタＬＧが直列に接続されるが、積層体内に分布定数線路を形成してインダクタＬＧを形成してもよい。そして、送信系（送信ＴＸ回路側）には、インダクタＬＧ３と、コンデンサＣＧ３、ＣＧ４、ＣＧ７から構成されたローパスフィルタ回路が、スイッチ回路ＳＷのダイオードＤＧ１と分布定数線路ＬＧ１の間に挿入されている。
そして、前記ダイオードＤＧ２のカソード側には整合回路ＣＧ５を介してＳＡＷフィルタＳＧが接続される。本実施例では、整合回路ＣＧ５はコンデンサで構成されており、スイッチ回路のＤＣカットコンデンサとしても機能している。
【００１３】
次に、第２のスイッチ回路について説明する。第２のスイッチ回路は、ＤＣＳ系の送信ＴＸと受信ＲＸを切り換えるものである。このスイッチ回路ＳＷは、２つのダイオードＤＰ１、ＤＰ２と、２つの分布定数線路ＬＰ１、ＬＰ２を主構成とし、ダイオードＤＰ１はアンテナＡＮＴ側にアノードが接続され、送信ＴＸ側にカソードが接続され、そのカソード側にアースに接続される分布定数線路ＬＰ１が接続されている。そして、アンテナ側と受信ＲＸ間に分布定数線路ＬＰ２が接続され、その受信側にカソードが接続されたダイオードＤＰ２が接続され、そのダイオードＤＰ２のアノードには、アースとの間にコンデンサＣＰ６が接続され、その間にダイオード制御用の電圧端子ＶＣ２が配置される。本実施例においては、電圧端子ＶＣ２に回路基板に配置されたインダクタＬＰが直列に接続されるが、積層体内に分布定数線路を形成してインダクタＬＰを形成してもよい。
そして、送信系（送信ＴＸ回路側）には、インダクタＬＰ３と、コンデンサＣＰ３、ＣＰ４、ＣＰ７から構成されたローパスフィルタ回路がダイオードＤＰ１と分布定数線路ＬＰ１の間に挿入されている。
また第１のスイッチ回路の分布定数線路ＬＧ１と第２のスイッチ回路の分布定数線路ＬＰ１とは、接続されコンデンサＣＧＰでアース接続されるとともに、回路基板に配置された抵抗Ｒを介してアース接続されている。また前記抵抗Ｒ部をアースに接続することなくダイオード制御用の電圧端子ＶＣ３として使用しても良い。
そして、前記ダイオードＤＰ２のカソード側には、整合回路ＣＰ５を介してＳＡＷフィルタＳＰが接続される。本実施例では、整合回路ＣＰ５はコンデンサで構成されており、スイッチ回路のＤＣカットコンデンサとしても機能している。
【００１４】
一般に携帯電話の受信回路においては、前記ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰの後段に平衡信号入力のローノイズアンプが配置される。そこで前記ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰとして平衡出力のＳＡＷフィルタとなしても良いし、ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰを不平衡出力のＳＡＷフィルタとする場合には、さらに積層体内に又は積層体上に平衡−不平衡変換回路としてバルントランスを構成することも可能である。
【００１５】
次に、多層基板について説明する。本発明では従来例のように金属製の蓋をシーム溶接するようなことがないので、９００℃程度の低温焼成が可能な例えばアルミナ系ガラスセラミック低温燒結材料からなる誘電体グリーンシートを用いることが出来る。これら誘電体グリーンシート上にＡｇを主体とする導電ペーストを印刷して、上記した回路の伝送線路やコンデンサを所望の電極パターンにて形成し、それを適宜積層した後、一体焼成して低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）多層基板を構成する。よって、分波回路、ローパスフィルタ回路、スイッチ回路の伝送線路やコンデンサは電極パターンにより積層体内に内臓し、ダイオード、チップコンデンサ、ＳＡＷフィルタは前記多層基板上に搭載して、一体化した高周波スイッチモジュールとなすものである。
【００１６】
さて、図１はこの高周波スイッチモジュールの一断面を模式的に示しており、多層基板１の各層には上記した電極パターン１１が適宜設けてあり、スルーホール１２を介して電気的に接続されている。また、基板上面にはダイオード３１、チップコンデンサ３２及びＳＡＷフィルタ３０を構成する金バンプ２２を形成した圧電結晶体３３が搭載されている。この圧電結晶体は半田付けや金バンプを超音波又は加熱圧着接合によるフリップチップ方式により電気的に接続され実装されている。ここで、圧電結晶体３３はそれぞれ金属ケース２によって独立して覆われており、本例では多層基板１１の上面とケース下端部の周囲をろう材または樹脂等によって気密的に密封している。さらに、金属ケース２は他デバイスを含めて金属ケース３によって覆われている。尚、金属ケース２はＳＡＷフィルタの機能を充分発揮する為に窒素ガスを封入するので密封性が重視されるが、金属ケース３は主に電磁気シールを目的としているので気密性は特に必要とされていない。しかし、圧電結晶体毎に金属ケース２を個別にグランドに落として覆うため電気的特性が安定する。さらに金属ケース３も個別にグランドに落として設けるのでさらに性能的に安定する。
【００１７】
図２は他の実施例を示すもので多層基板の上部に凹部２０を形成し、この凹部２０の底面に金バンプを形成した圧電結晶体２２を載置したものである。金属ケース２も凹部２０に嵌めるように装着し、基板上面との接触部をろう材又は樹脂などの封止材により気密的に密封している。この様に周囲を囲まれた凹部に形成することにより封止材が周囲に流れ出すことを防止することが出来る。また、金属ケース２の高さを低く抑えることが出来るので、結果的に高周波スイッチモジュールの低背化につながる。また、多層基板に凹部２０を形成する手段は、図３に示すように穴のあいたグリーンシート１ａ〜１ｃと穴の空いていないグリーンシート１ｄ〜以下複数枚を積層することによって凹部を形成することが出来る。
金属ケースを封止材で接合する場合の手順は、多層基板と金バンプを超音波又は加熱圧着接合によるフリップチップ方式により接合した後、凹部の縁に、半田ペーストやろう材を塗布し、その後、金属ケースを凹部に入れる。並行してセラミックス積層体上部に他の搭載部品を搭載し、これらを一緒にリフローして接続することができる。
また、金属ケースを樹脂接合する場合は、多層基板に搭載する高周波デバイス用の半田ペーストを印刷し、搭載デバイスを搭載した後、一旦リフローしてこれらを接続する。その後、圧電結晶体のフリップチップ接合を行い、凹部の縁部分に樹脂を塗布し、凹部に金属ケースを設置し樹脂硬化と共に接続する。
【００１８】
さて、上記金属ケース２には、特に絞り加工などを施した金属ケースを用いている。形状は丸みを帯びた箱型であり、その金属材料には厚さ１２０μｍ〜２４０μｍのステンレス、ニッケルメッキ、金メッキ等を施した銅、パーマロイ、アルミニウム等の比較的やわらかい材質を使用する。厚さは１２０μｍより薄いと強度的に弱く加工による傷やクラックが発生し易くなるので望ましくない。他方２４０μｍを超えると必要以上の強度と加工性と低背化を阻害し望ましくない。
また、この金属ケースの中には窒素ガスを封入するので、ある程度の強度は必要である。この点で絞り加工を用いれば折り曲げ品のように二次加工する必要が無く、圧力容器のように密封性の高い丸みを帯びた箱型のケースを容易に作ることが出来る。これにより圧電結晶体を気密性良く封止することが出来る。
【００１９】
他方、絞り加工の場合、金属ケースの端部、すなわち多層基板と接触する部分の平面度を得ることは一般に難しい。そこで本発明ではこの端面の平面度を１００μｍ以下とすることによって基板側の平面度が５０μｍ以内であれば、両者の隙間は極めて小さくでき、後に封止材が周囲に流れ出たりせず密封や製造が容易になることを知見した。最終的には高い気密性と接合強度を得るために金属ケースと多層基板との接触部は、ろう付けや樹脂による接合をすることになるが、両者の平面度をより平坦にすることにより性能は向上する。尚、ここでの平面度とは理想の平面を正となし、この面から実際にずれた位置に幾何学的平行平面を投影し、この平行ニ平面で挟んだ最小間隔をμｍ単位で表わしたものである。
【００２０】
上記の通り、ろう材もしくは樹脂等の封止材を接合部に塗布することは避けられないので、時として封止材を過剰に塗布する場合も生じてしまう。このようなとき過剰の封止材が周囲に流れ出して他の搭載部品にまで及んで電気特性などに影響を与える可能性がある。それを避けるために、図２に示すように金属ケースが嵌る凹部を設けてやることが有効である。凹部を設け、それと金属ケースの境界に沿うように封止材を塗布することにより、それら過剰な材料が流れ出すのを防ぐ事ができる。また凹部の深さを、金属ケース端部の平面度より大きくすることにより、隙間が完全に凹部の中に入ることになり、金属ケースとＬＴＣＣ多層基板との接合部は凹部の底面のみならず、凹部の側面にもできることになり、より高い気密性、機械的接合強度を得ることができる。
また、この凹部は複数のグリーンシートを積層して作製される多層基板では簡単に形成することができる。その方法はセラミックス積層体の上面側に積層されるグリーンシートを、その凹部の深さ分の枚数だけ穴をあけて積層することにより作製することができるからである。
【００２１】
以下、本発明の具体的な金属ケースの実施例について説明する。
（実施例１） 厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはろう材として半田を用いた。その後試料に対し、温度８０℃、湿度８０％の高温高湿試験を実施し１０００時間後のケース内部の結露の有無について観察した。また、試験前後の電気特性の変化としてアンテナ端子-受信端子間の挿入損失の特性劣化の有無について確認した。また、気密性はリークテスタにより検査し、耐食性はケース外観の腐食の発生や見た目の良し悪しを観察した。さらに、半田濡れ性、加工性、高周波スイッチモジュール全体のサイズについて相対評価をした。これらの結果を表１に示す。この実施例１では、高温高湿試験を１０００時間行っても内部に結露は無く、耐食性も良好で、また試験前後の電気特性の劣化は無かった。また、半田濡れ性や加工性も問題が無く、モジュールのサイズも従来よりも小さくすることが出来る。以下の実施例についても同様に試験結果を表１に示す。
【００２２】
（実施例２） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にフェノール系樹脂を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。
尚、表１において◎は良好、○は良、△は可、×は不可の評価であり、以下、特に記載しない項目については表１の評価を参照する。
【００２３】
（実施例３） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にフェノール系樹脂より粘性の高いエポキシ系樹脂を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。封止材が樹脂の場合は、周囲に流れ出す程度が小さいので凹部を設けなくても気密性を保つことができることがわかった。
【００２４】
（実施例４） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にAgSn系ろう材を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露が生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。
【００２５】
（実施例５） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＡｇめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性はＮｉめっき品よりは落ちるし、ケース外観の見た目は黒ずみ若干悪くなる。
【００２６】
（実施例６） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＡｕめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。
【００２７】
（実施例７） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＳｎめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性と耐食性は若干落ちる。
【００２８】
（実施例８） 同様に、厚さ２００μｍアルミニウムの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性と耐食性は若干落ちる。
【００２９】
（実施例９） 同様に、厚さ１５０μｍのステンレスの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、加工性が若干悪くなる。
【００３０】
（実施例１０） 同様に、厚さ１５０μｍパーマロイの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性、耐食性、加工性が若干落ちる。
【００３１】
（比較例１） 比較例として、従来の多層基板に内蔵した複合スイッチ部品とセラミックスパッケージのＳＡＷフィルタをプリント基板上で配線し、同様な試験を行った。高温高湿試験は１０００時間行ってもセラミックスパッケージ内部の結露は見られず、また電気特性の変化も無かった。しかしスイッチ部品とセラミックスパッケージのＳＡＷフィルタ全体のサイズは大きくなった。
【００３２】
（比較例２） 同様に、厚さ１００μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にフェノール系樹脂を用いた。高温高湿試験を５００時間行ったところで金属ケース内部に結露が生じており、試験前後の電気特性に劣化が見られた。金属ケースを観察したところ細かなしわが発生しており、これが原因で気密性が損なわれたと思われる。従って、気密性、加工性、電気特性の点で好ましくない結果であった。
【００３３】
（比較例３） 同様に、厚さ１００μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にエポキシ系樹脂を用いた。高温高湿試験を５００時間行ったところで金属ケース内部に結露が生じており、試験前後の電気特性も劣化した。これも上記と同様金属ケースの加工性に問題があったと思われる。
【００３４】
（比較例４） 同様に、厚さ２５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にAgSn系ろう材を用いた。接合にろう付け材２は金属ケースの端部より流れ出すものがあり、１００個中１個は他の搭載部品にまで達し、搭載部品の短絡を生じた。またリーク検査機を使用して、気密性の検査を行った結果、１００個中２個にリークを生じたものがあり、全数リーク検査をする必要があり手間がかかる。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかったが、試験前後の電気特性は、短絡したものについては劣化が見られた。また、金属ケースの加工性が若干落ちた。
【００３５】
（比較例５） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかったが、金属ケース全体に腐食を生じていた。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。
【００３６】
（比較例６） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を折り曲げ加工し、これを箱型に組み立てＮｉメッキ処理を行った金属ケースを用いた。金属ケースの側面にできる隙間は、はんだにより封止した。凹部を持つセラミックス積層体と金属ケースの接合にもはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露が生じず、試験前後の電気特性に劣化も見られなかった。しかしリーク検査を行ったところ１００個中１０個にリークが見つかり、全数リーク検査をする必要があり手間がかかる。また金属ケースの側面の隙間にもはんだを塗布する必要があり加工性が悪い。
【００３７】
【表１】
【００３８】
本発明の実施例によれば、圧電結晶体を覆って保護する金属ケースと凹部の無いあるいは凹部を有する多層基板を組み合わせることにより電気特性を保ったまま優れた耐湿性、気密性を得ることができる。また同時に２つの部品を複合化することにより、部品の小型化、低背化、軽量化を実現できる。また、本発明ではスイッチ回路、ＳＡＷフィルタは単数または2つ以上の複数を搭載したものに用いることができる。従って、デュアルバンド、トリプルバンドの高周波スイッチモジュールを搭載した無線送受信装置に用いることが出来る。
また、実施例では帯域通過フィルタとして代表的なＳＡＷフィルタを用いた場合を説明したが、弾性波が材料の厚み方向に伝播する現象を利用したＦＢＡＲ型フィルタ、ほかに水晶フィルタなどを用いた場合でも金属ケースを用いた本発明は同様に有効であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた耐湿性、気密性を得ることにより長期間の使用においても電気特性の劣化が無く高信頼性の複合高周波部品を得ることができ、また従来の部品構成と比較して小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合高周波部品の一例としての高周波スイッチモジュールの一実施例を示し、その断面図である。
【図２】他の実施例を示す高周波スイッチモジュールの断面図である。
【図３】多層基板に凹部を形成する手段を示す斜視図である。
【図４】高周波スイッチモジュールの構成を示すブロック図である。
【図５】図３の高周波スイッチモジュールの等価回路図である。
【符号の説明】
１：多層基板
２：金属ケース
３：第２の金属ケース
１１：電極パターン
１２：スルーホール
２０：凹部
２１：密封部材
２２：金バンプ
３０：ＳＡＷフィルタ
３１：ダイオード
３２：チップコンデンサ
３３：圧電結晶体（ＳＡＷフィルタ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯などの高周波帯域で用いられる高周波複合部品に関し、特に通過帯域の異なる複数の送受信系を取り扱うマルチバンド用高周波スイッチモジュールに係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話の普及には、目を見張るものがあり、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。この新たな携帯電話として、デュアルバンドあるいはトリプルバンド携帯電話の提案がなされている。これらの携帯電話は、２つあるいは３つの送受信系を取り扱うもので、それぞれ周波数に応じた信号経路、及び複数の周波数を切り換えるためのスイッチとして、分波回路とスイッチ回路を用いて構成される高周波スイッチモジュールが用いられている。
【０００３】
図４に高周波スイッチモジュールの回路ブロック図の一例を示す。この高周波スイッチモジュールは、下記する実施例の欄でも用いるが、第１の送受信系としてＧＳＭシステム（送信ＴＸ：880〜915MHz、受信ＲＸ：925〜960MHz）、第２の送受信系としてＤＣＳ１８００システム（送信ＴＸ：1710〜1785MHz、受信ＲＸ：1805〜1880MHz）の２つのシステムに対応した例で、デュアルバンド携帯電話のアンテナANTとＧＳＭ系及びＤＣＳ系のそれぞれの送受信回路との振り分けに用いられる。分波器Dipはローパスフィルタとハイパスフィルタとからなり、送受信信号をＧＳＭ系とＤＣＳ系に振り分ける。また、第１のスイッチ回路SW1と第２のスイッチ回路SW2は各系の送信信号と受信信号を切換え、ローパスフィルタLPFを介して送信され、帯域通過フィルタSAWを介して受信される。従って、例えばＧＳＭ系の送信信号は、ローパスフィルタ１と第１のスイッチ回路SW1を介して分波器Dipに入力されアンテナANTから送信される。一方、アンテナで受信された信号は、分波器Dipで振り分けられ第１のスイッチ回路SW1と帯域通過フィルタSAW1を介して後段の低ノイズアンプ等に入力され受信される。尚、ＤＣＳ系についても同様の動作をなす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記分波器、ローパスフィルタは伝送線路とＬＣ回路で構成され、スイッチ回路はダイオードと伝送線路を主構成としているが、帯域通過フィルタは通常ＳＡＷフィルタで構成される。従来、このＳＡＷフィルタは既製のセラミックスパッケージ形のものが用いられ高周波モジュールの後段に別体で設けられていた。これを本願発明者らは、前記分波器、ローパスフィルタを構成するＬＣ回路及びスイッチ回路の伝送線路は、誘電体からなる多層基板内に電極パターンにより内蔵させ、ダイオードとパーケージ形ＳＡＷフィルタはこの積層基板上に搭載してこれらを一体化した高周波スイッチモジュールを提案している（特願２０００−２０１１７号参照）。
【０００５】
ところが、パーケージ形のＳＡＷフィルタは寄生インピーダンス成分を持ってしまうため高周波において、利得低下や周波数偏差の増大、ノイズ特性の劣化等が発生し本来の特性を十分発揮することが出来ない場合がある。また、それ自体が比較的大きく、基板上に搭載すればそれだけ小型化、低背化の障害となる。このような問題を解決するために、特開平１０−３２５２１号公報や特開２００１−１８９６０５号公報では、モジュール化した多層基板にキャビティを設け、このキャビティ内にＳＡＷフィルタ、即ち、弾性表面波を捉えてフィルタ機能を発揮する微細な電極つき圧電結晶体（以下、圧電結晶体）を直接実装し、このキャビティの開口を金属製の蓋で覆い気密封止する、あるいはキャビティ内を樹脂で充填して密封することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、前記従来技術のうち前者は、金属の蓋で覆う第１のキャビティと圧電結晶体を実装する第２のキャビティの２段キャビティに構成する必要があり構造が複雑である。一方、後者のように堀の深いキャビティを形成するのでは小型低背化は困難である。現実問題として多層基板の全高さは、現状で１ｍｍ以下に制約されており、圧電結晶体の厚みが約0.5ｍｍとしても、残りの厚みで圧電結晶体を実装し多層基板を構成することは困難であり現実的ではない。また、両者ともキャビティを金属製の蓋で密封しているが、この場合、蓋の肩部に電極を当てながらシーム溶接する手段が通常とられるので、溶接熱が電極パターン等に影響を及ぼす可能性があるし、作業が煩雑であった。また、キャビティ内部は積層体の断面が断層状に露出しているので微細なクラックなどがここにあると気密の点で問題が生じる。
【０００７】
以上のことより本発明の目的は、少なくとも一つのＳＡＷフィルタを多層基板に搭載した複合高周波部品（高周波スイッチモジュール他）において、ＳＡＷフィルタの特性を保って実装面積と実装工程を低減し、従来のパッケージ形ＳＡＷフィルタと同等か、それ以下の高さと面積となした複合高周波部品を提供すること、また、ひいては無線送受信装置を小型化することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の誘電体層を積層してなり内部に電極パターンにより構成されたフィルタが設けられた多層基板と、該多層基板上あるいは多層基板に設けた凹部内にＳＡＷフィルタを有し、前記多層基板上には更にチップコンデンサが配置され、該ＳＡＷフィルタは、金バンプを有する複数の圧電結晶体を多層基板にフリップチップ実装すると共に、前記圧電結晶体毎に箱型の第１金属ケースで前記チップコンデンサよりも高さが低くなる様に覆って形成され、前記多層基板と第１金属ケースの接触部をろう材または樹脂により気密封止し、更に前記第１金属ケースと前記チップコンデンサは第２金属ケースで覆われ、複数の第１金属ケース及び一つの第２金属ケースはそれぞれ個別にグランドと接続されることを特徴とする複合高周波部品。
【０００９】
また、本発明は、通過帯域の異なる複数の送受信号を各送受信系に分ける分波回路と、前記各送受信系のそれぞれに送信系と受信系を切り替えるスイッチ回路を設け、該スイッチ回路の各送信系に設けたローパスフィルタ回路と、前記スイッチ回路の各受信系に設けた特定の信号を通過させる帯域通過フィルタ回路と、を備える複合高周波部品であって、前記分波回路はＬＣ回路で構成され、前記スイッチ回路はダイオ−ドと伝送線路を主構成とし、前記ローパスフィルタ回路は伝送線路とコンデンサで構成され、前記帯域通過フィルタ回路はＳＡＷフィルタで構成されてなり、前記分波回路のＬＣ回路及びスイッチ回路の伝送線路は、複数の誘電体層を積層してなる多層基板内に電極パターンにより構成し、前記ダイオードとコンデンサの一部は前記多層基板上に搭載し、前記ＳＡＷフィルタを構成する圧電結晶体は前記多層基板上あるいは多層基板に設けた凹部内に実装し、前記圧電結晶体毎に箱型の金属ケースで覆い、前記多層基板と金属ケースの接触部をろう材または樹脂により密封した複合高周波部品である。尚、本発明では前記ろう材としては半田を含むものである。
【００１０】
前記金属ケースは、厚さ１２０〜２４０μｍの金属板をプレス及び／又は絞りによる一体加工により形成したものが望ましい。金属ケースの材質は、ステンレス鋼、真鍮、銅、パーマロイ、アルミニウムのうち１種からなり、その表面にニッケル、スズ、銀の何れかのめっきを施すことは望ましいことである。
また、金属ＳＡＷフィルタの圧電結晶体を実装する多層基板上面あるいは凹部キャビティの底面の平面度を５０μｍ以下とすると共に、前記金属ケースの開口接触面の平面度を１００μｍ以下としたものである。
また、前記多層基板上に搭載したダイオード及びコンデンサ等の高周波デバイスと前記金属ケースを、第２の金属ケースで覆った複合高周波部品である。
また、本発明は、上記した複合高周波部品を用いた移動体通信装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
実施例は、例えば図４に示した高周波スイッチモジュールに適用できるものである。先ず、このデュアルバンド高周波スイッチモジュールを図５に示す等価回路を用いて説明する。このものは、第１の送受信系としてＧＳＭシステムを、第２の送受信系としてＣＤＳシステムを用いたもので、アンテナＡＮＴに接続される分波器は、２つの直列共振回路を用い、分布定数線路ＬＦ２とコンデンサＣＦ１で一つのノッチ回路を構成し、分布定数線路ＬＦ３とコンデンサＣＦ３でもう一つのノッチ回路を構成している。そして、一方のノッチ回路はアンテナＡＮＴとダイオードスイッチ回路との間にローパスフィルタとして機能する分布定数線路ＬＦ１を接続し、この分布定数線路ＬＦ１の後段で、分布定数線路ＬＦ１の一端とグランドとの間に配置され、もう一方のノッチ回路は、アンテナＡＮＴとダイオードスイッチ回路との間にハイパスフィルタとして機能するコンデンサＣＦ２を接続し、このコンデンサＣＦ２の後段で、コンデンサＣＦ２の一端とグランドとの間に配置してなる。さらにその後段に分波特性のハイパスフィルタ特性を向上させる目的でコンデンサＣＦ４を直列に接続している。またこのコンデンサＣＦ４は、後述する第２のスイッチ回路のＤＣカット用コンデンサとしても使用される。
【００１２】
次に、第１のスイッチ回路について説明する。第１のスイッチ回路は、ＧＳＭ系の送信ＴＸと受信ＲＸを切り換えるものである。このスイッチ回路ＳＷ１は、２つのダイオードＤＧ１、ＤＧ２と、２つの分布定数線路ＬＧ１、ＬＧ２を主構成とし、ダイオードＤＧ１はアンテナＡＮＴ側にアノードが接続され、送信ＴＸ側にカソードが接続され、そのカソード側にアースに接続される分布定数線路ＬＧ１が接続されている。そして、アンテナ側と受信ＲＸ間に分布定数線路ＬＧ２が接続され、その受信側にカソードが接続されたダイオードＤＧ２が接続され、そのダイオードＤＧ２のアノードには、アースとの間にコンデンサＣＧ６が接続され、その間にダイオード制御用の電圧端子ＶＣ１が配置される。本実施例においては、電圧端子ＶＣ１に回路基板に配置されたインダクタＬＧが直列に接続されるが、積層体内に分布定数線路を形成してインダクタＬＧを形成してもよい。そして、送信系（送信ＴＸ回路側）には、インダクタＬＧ３と、コンデンサＣＧ３、ＣＧ４、ＣＧ７から構成されたローパスフィルタ回路が、スイッチ回路ＳＷのダイオードＤＧ１と分布定数線路ＬＧ１の間に挿入されている。
そして、前記ダイオードＤＧ２のカソード側には整合回路ＣＧ５を介してＳＡＷフィルタＳＧが接続される。本実施例では、整合回路ＣＧ５はコンデンサで構成されており、スイッチ回路のＤＣカットコンデンサとしても機能している。
【００１３】
次に、第２のスイッチ回路について説明する。第２のスイッチ回路は、ＤＣＳ系の送信ＴＸと受信ＲＸを切り換えるものである。このスイッチ回路ＳＷは、２つのダイオードＤＰ１、ＤＰ２と、２つの分布定数線路ＬＰ１、ＬＰ２を主構成とし、ダイオードＤＰ１はアンテナＡＮＴ側にアノードが接続され、送信ＴＸ側にカソードが接続され、そのカソード側にアースに接続される分布定数線路ＬＰ１が接続されている。そして、アンテナ側と受信ＲＸ間に分布定数線路ＬＰ２が接続され、その受信側にカソードが接続されたダイオードＤＰ２が接続され、そのダイオードＤＰ２のアノードには、アースとの間にコンデンサＣＰ６が接続され、その間にダイオード制御用の電圧端子ＶＣ２が配置される。本実施例においては、電圧端子ＶＣ２に回路基板に配置されたインダクタＬＰが直列に接続されるが、積層体内に分布定数線路を形成してインダクタＬＰを形成してもよい。
そして、送信系（送信ＴＸ回路側）には、インダクタＬＰ３と、コンデンサＣＰ３、ＣＰ４、ＣＰ７から構成されたローパスフィルタ回路がダイオードＤＰ１と分布定数線路ＬＰ１の間に挿入されている。
また第１のスイッチ回路の分布定数線路ＬＧ１と第２のスイッチ回路の分布定数線路ＬＰ１とは、接続されコンデンサＣＧＰでアース接続されるとともに、回路基板に配置された抵抗Ｒを介してアース接続されている。また前記抵抗Ｒ部をアースに接続することなくダイオード制御用の電圧端子ＶＣ３として使用しても良い。
そして、前記ダイオードＤＰ２のカソード側には、整合回路ＣＰ５を介してＳＡＷフィルタＳＰが接続される。本実施例では、整合回路ＣＰ５はコンデンサで構成されており、スイッチ回路のＤＣカットコンデンサとしても機能している。
【００１４】
一般に携帯電話の受信回路においては、前記ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰの後段に平衡信号入力のローノイズアンプが配置される。そこで前記ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰとして平衡出力のＳＡＷフィルタとなしても良いし、ＳＡＷフィルタＳＧ、ＳＰを不平衡出力のＳＡＷフィルタとする場合には、さらに積層体内に又は積層体上に平衡−不平衡変換回路としてバルントランスを構成することも可能である。
【００１５】
次に、多層基板について説明する。本発明では従来例のように金属製の蓋をシーム溶接するようなことがないので、９００℃程度の低温焼成が可能な例えばアルミナ系ガラスセラミック低温燒結材料からなる誘電体グリーンシートを用いることが出来る。これら誘電体グリーンシート上にＡｇを主体とする導電ペーストを印刷して、上記した回路の伝送線路やコンデンサを所望の電極パターンにて形成し、それを適宜積層した後、一体焼成して低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）多層基板を構成する。よって、分波回路、ローパスフィルタ回路、スイッチ回路の伝送線路やコンデンサは電極パターンにより積層体内に内臓し、ダイオード、チップコンデンサ、ＳＡＷフィルタは前記多層基板上に搭載して、一体化した高周波スイッチモジュールとなすものである。
【００１６】
さて、図１はこの高周波スイッチモジュールの一断面を模式的に示しており、多層基板１の各層には上記した電極パターン１１が適宜設けてあり、スルーホール１２を介して電気的に接続されている。また、基板上面にはダイオード３１、チップコンデンサ３２及びＳＡＷフィルタ３０を構成する金バンプ２２を形成した圧電結晶体３３が搭載されている。この圧電結晶体は半田付けや金バンプを超音波又は加熱圧着接合によるフリップチップ方式により電気的に接続され実装されている。ここで、圧電結晶体３３はそれぞれ金属ケース２によって独立して覆われており、本例では多層基板１１の上面とケース下端部の周囲をろう材または樹脂等によって気密的に密封している。さらに、金属ケース２は他デバイスを含めて金属ケース３によって覆われている。尚、金属ケース２はＳＡＷフィルタの機能を充分発揮する為に窒素ガスを封入するので密封性が重視されるが、金属ケース３は主に電磁気シールを目的としているので気密性は特に必要とされていない。しかし、圧電結晶体毎に金属ケース２を個別にグランドに落として覆うため電気的特性が安定する。さらに金属ケース３も個別にグランドに落として設けるのでさらに性能的に安定する。
【００１７】
図２は他の実施例を示すもので多層基板の上部に凹部２０を形成し、この凹部２０の底面に金バンプを形成した圧電結晶体２２を載置したものである。金属ケース２も凹部２０に嵌めるように装着し、基板上面との接触部をろう材又は樹脂などの封止材により気密的に密封している。この様に周囲を囲まれた凹部に形成することにより封止材が周囲に流れ出すことを防止することが出来る。また、金属ケース２の高さを低く抑えることが出来るので、結果的に高周波スイッチモジュールの低背化につながる。また、多層基板に凹部２０を形成する手段は、図３に示すように穴のあいたグリーンシート１ａ〜１ｃと穴の空いていないグリーンシート１ｄ〜以下複数枚を積層することによって凹部を形成することが出来る。
金属ケースを封止材で接合する場合の手順は、多層基板と金バンプを超音波又は加熱圧着接合によるフリップチップ方式により接合した後、凹部の縁に、半田ペーストやろう材を塗布し、その後、金属ケースを凹部に入れる。並行してセラミックス積層体上部に他の搭載部品を搭載し、これらを一緒にリフローして接続することができる。
また、金属ケースを樹脂接合する場合は、多層基板に搭載する高周波デバイス用の半田ペーストを印刷し、搭載デバイスを搭載した後、一旦リフローしてこれらを接続する。その後、圧電結晶体のフリップチップ接合を行い、凹部の縁部分に樹脂を塗布し、凹部に金属ケースを設置し樹脂硬化と共に接続する。
【００１８】
さて、上記金属ケース２には、特に絞り加工などを施した金属ケースを用いている。形状は丸みを帯びた箱型であり、その金属材料には厚さ１２０μｍ〜２４０μｍのステンレス、ニッケルメッキ、金メッキ等を施した銅、パーマロイ、アルミニウム等の比較的やわらかい材質を使用する。厚さは１２０μｍより薄いと強度的に弱く加工による傷やクラックが発生し易くなるので望ましくない。他方２４０μｍを超えると必要以上の強度と加工性と低背化を阻害し望ましくない。
また、この金属ケースの中には窒素ガスを封入するので、ある程度の強度は必要である。この点で絞り加工を用いれば折り曲げ品のように二次加工する必要が無く、圧力容器のように密封性の高い丸みを帯びた箱型のケースを容易に作ることが出来る。これにより圧電結晶体を気密性良く封止することが出来る。
【００１９】
他方、絞り加工の場合、金属ケースの端部、すなわち多層基板と接触する部分の平面度を得ることは一般に難しい。そこで本発明ではこの端面の平面度を１００μｍ以下とすることによって基板側の平面度が５０μｍ以内であれば、両者の隙間は極めて小さくでき、後に封止材が周囲に流れ出たりせず密封や製造が容易になることを知見した。最終的には高い気密性と接合強度を得るために金属ケースと多層基板との接触部は、ろう付けや樹脂による接合をすることになるが、両者の平面度をより平坦にすることにより性能は向上する。尚、ここでの平面度とは理想の平面を正となし、この面から実際にずれた位置に幾何学的平行平面を投影し、この平行ニ平面で挟んだ最小間隔をμｍ単位で表わしたものである。
【００２０】
上記の通り、ろう材もしくは樹脂等の封止材を接合部に塗布することは避けられないので、時として封止材を過剰に塗布する場合も生じてしまう。このようなとき過剰の封止材が周囲に流れ出して他の搭載部品にまで及んで電気特性などに影響を与える可能性がある。それを避けるために、図２に示すように金属ケースが嵌る凹部を設けてやることが有効である。凹部を設け、それと金属ケースの境界に沿うように封止材を塗布することにより、それら過剰な材料が流れ出すのを防ぐ事ができる。また凹部の深さを、金属ケース端部の平面度より大きくすることにより、隙間が完全に凹部の中に入ることになり、金属ケースとＬＴＣＣ多層基板との接合部は凹部の底面のみならず、凹部の側面にもできることになり、より高い気密性、機械的接合強度を得ることができる。
また、この凹部は複数のグリーンシートを積層して作製される多層基板では簡単に形成することができる。その方法はセラミックス積層体の上面側に積層されるグリーンシートを、その凹部の深さ分の枚数だけ穴をあけて積層することにより作製することができるからである。
【００２１】
以下、本発明の具体的な金属ケースの実施例について説明する。
（実施例１） 厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはろう材として半田を用いた。その後試料に対し、温度８０℃、湿度８０％の高温高湿試験を実施し１０００時間後のケース内部の結露の有無について観察した。また、試験前後の電気特性の変化としてアンテナ端子-受信端子間の挿入損失の特性劣化の有無について確認した。また、気密性はリークテスタにより検査し、耐食性はケース外観の腐食の発生や見た目の良し悪しを観察した。さらに、半田濡れ性、加工性、高周波スイッチモジュール全体のサイズについて相対評価をした。これらの結果を表１に示す。この実施例１では、高温高湿試験を１０００時間行っても内部に結露は無く、耐食性も良好で、また試験前後の電気特性の劣化は無かった。また、半田濡れ性や加工性も問題が無く、モジュールのサイズも従来よりも小さくすることが出来る。以下の実施例についても同様に試験結果を表１に示す。
【００２２】
（実施例２） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にフェノール系樹脂を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。
尚、表１において◎は良好、○は良、△は可、×は不可の評価であり、以下、特に記載しない項目については表１の評価を参照する。
【００２３】
（実施例３） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にフェノール系樹脂より粘性の高いエポキシ系樹脂を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。封止材が樹脂の場合は、周囲に流れ出す程度が小さいので凹部を設けなくても気密性を保つことができることがわかった。
【００２４】
（実施例４） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にAgSn系ろう材を用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露が生じず、試験前後の電気特性の特性劣化は無かった。
【００２５】
（実施例５） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＡｇめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性はＮｉめっき品よりは落ちるし、ケース外観の見た目は黒ずみ若干悪くなる。
【００２６】
（実施例６） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＡｕめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。
【００２７】
（実施例７） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＳｎめっき処理した金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかった。また、試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性と耐食性は若干落ちる。
【００２８】
（実施例８） 同様に、厚さ２００μｍアルミニウムの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性と耐食性は若干落ちる。
【００２９】
（実施例９） 同様に、厚さ１５０μｍのステンレスの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、加工性が若干悪くなる。
【００３０】
（実施例１０） 同様に、厚さ１５０μｍパーマロイの薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は無かった。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。但し、半田濡れ性、耐食性、加工性が若干落ちる。
【００３１】
（比較例１） 比較例として、従来の多層基板に内蔵した複合スイッチ部品とセラミックスパッケージのＳＡＷフィルタをプリント基板上で配線し、同様な試験を行った。高温高湿試験は１０００時間行ってもセラミックスパッケージ内部の結露は見られず、また電気特性の変化も無かった。しかしスイッチ部品とセラミックスパッケージのＳＡＷフィルタ全体のサイズは大きくなった。
【００３２】
（比較例２） 同様に、厚さ１００μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にフェノール系樹脂を用いた。高温高湿試験を５００時間行ったところで金属ケース内部に結露が生じており、試験前後の電気特性に劣化が見られた。金属ケースを観察したところ細かなしわが発生しており、これが原因で気密性が損なわれたと思われる。従って、気密性、加工性、電気特性の点で好ましくない結果であった。
【００３３】
（比較例３） 同様に、厚さ１００μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にエポキシ系樹脂を用いた。高温高湿試験を５００時間行ったところで金属ケース内部に結露が生じており、試験前後の電気特性も劣化した。これも上記と同様金属ケースの加工性に問題があったと思われる。
【００３４】
（比較例４） 同様に、厚さ２５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、さらにＮｉめっき処理した金属ケースを用いた。凹部の無い平坦な多層基板との接合にAgSn系ろう材を用いた。接合にろう付け材２は金属ケースの端部より流れ出すものがあり、１００個中１個は他の搭載部品にまで達し、搭載部品の短絡を生じた。またリーク検査機を使用して、気密性の検査を行った結果、１００個中２個にリークを生じたものがあり、全数リーク検査をする必要があり手間がかかる。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかったが、試験前後の電気特性は、短絡したものについては劣化が見られた。また、金属ケースの加工性が若干落ちた。
【００３５】
（比較例５） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を絞り加工し、めっき処理を行わない金属ケースを用いた。凹部を持つ多層基板との接合にはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露は生じなかったが、金属ケース全体に腐食を生じていた。試験前後の電気特性に変化は見られなかった。
【００３６】
（比較例６） 同様に、厚さ１５０μｍの銅の薄板を折り曲げ加工し、これを箱型に組み立てＮｉメッキ処理を行った金属ケースを用いた。金属ケースの側面にできる隙間は、はんだにより封止した。凹部を持つセラミックス積層体と金属ケースの接合にもはんだを用いた。高温高湿試験を１０００時間行っても金属ケース内部に結露が生じず、試験前後の電気特性に劣化も見られなかった。しかしリーク検査を行ったところ１００個中１０個にリークが見つかり、全数リーク検査をする必要があり手間がかかる。また金属ケースの側面の隙間にもはんだを塗布する必要があり加工性が悪い。
【００３７】
【表１】
本発明の実施例によれば、圧電結晶体を覆って保護する金属ケースと凹部の無いあるいは凹部を有する多層基板を組み合わせることにより電気特性を保ったまま優れた耐湿性、気密性を得ることができる。また同時に２つの部品を複合化することにより、部品の小型化、低背化、軽量化を実現できる。また、本発明ではスイッチ回路、ＳＡＷフィルタは単数または2つ以上の複数を搭載したものに用いることができる。従って、デュアルバンド、トリプルバンドの高周波スイッチモジュールを搭載した無線送受信装置に用いることが出来る。
また、実施例では帯域通過フィルタとして代表的なＳＡＷフィルタを用いた場合を説明したが、弾性波が材料の厚み方向に伝播する現象を利用したＦＢＡＲ型フィルタ、ほかに水晶フィルタなどを用いた場合でも金属ケースを用いた本発明は同様に有効であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた耐湿性、気密性を得ることにより長期間の使用においても電気特性の劣化が無く高信頼性の複合高周波部品を得ることができ、また従来の部品構成と比較して小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合高周波部品の一例としての高周波スイッチモジュールの一実施例を示し、その断面図である。
【図２】他の実施例を示す高周波スイッチモジュールの断面図である。
【図３】多層基板に凹部を形成する手段を示す斜視図である。
【図４】高周波スイッチモジュールの構成を示すブロック図である。
【図５】図３の高周波スイッチモジュールの等価回路図である。
【符号の説明】
１：多層基板
２：金属ケース
３：第２の金属ケース
１１：電極パターン
１２：スルーホール
２０：凹部
２１：密封部材
２２：金バンプ
３０：ＳＡＷフィルタ
３１：ダイオード
３２：チップコンデンサ
３３：圧電結晶体（ＳＡＷフィルタ）
Claims (3)
- 複数の誘電体層を積層してなり内部に電極パターンにより構成されたフィルタが設けられた多層基板と、該多層基板上あるいは多層基板に設けた凹部内にＳＡＷフィルタを有し、前記多層基板上には更にチップコンデンサが配置され、
該ＳＡＷフィルタは、金バンプを有する複数の圧電結晶体を多層基板にフリップチップ実装すると共に、前記圧電結晶体毎に箱型の第１金属ケースで前記チップコンデンサよりも高さが低くなる様に覆って形成され、
前記多層基板と第１金属ケースの接触部をろう材または樹脂により気密封止し、
更に前記第１金属ケースと前記チップコンデンサは第２金属ケースで覆われ、複数の第１金属ケース及び一つの第２金属ケースはそれぞれ個別にグランドと接続されることを特徴とする複合高周波部品。 - 前記圧電結晶体を実装する多層基板の上面あるいは凹部キャビティの底面の平面度は５０μｍ以下であり、前記第１金属ケースの開口接触面の平面度は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の複合高周波部品。
- 前記請求項１又は２に記載の複合高周波部品を用いたことを特徴とする無線送受信装置。
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