JP6102770B2

JP6102770B2 - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP6102770B2
Application number: JP2014013005A
Authority: JP
Inventors: 宏通北嶋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: CN104812170A; CN104812170B; US20150216033A1; US9220164B2; JP2015141959A

Description

本発明は、多層基板の上面に部品が実装された高周波モジュールに関し、詳しくは、多層基板の内部に形成される面内導体と部品との電磁結合を防止しつつ、高周波モジュールの小型化を図るとともに、この高周波モジュールを安価に製造する技術に関する。

携帯電話機等の通信端末装置の小型化に伴って、その内部に配設される高周波モジュールの小型化が要求されているため、高周波モジュールの回路基板には立体的な配線が可能な多層基板が広く用いられている。例えば、特許文献１に記載の高周波モジュール１００は、図７に示すように、複数の絶縁層が積層されて成る多層基板１０１と、この多層基板１０１の上面に実装された半導体素子１０２とを備えている。また、多層基板１０１の内部における半導体素子１０２の下方には、接地用のグランド電極１０３が設けられている。

ところで、高周波モジュール１００の小型化の要請から多層基板１０１の主面の面積が制約されている中で、半導体素子１０２の各端子に繋がる配線経路を多層基板１０１内に形成しようとすると、所定の信号端子に繋がる配線経路の一部を、グランド電極１０３の下方を通って形成せざるを得ない場合がある。そこで、この高周波モジュール１００では、グランド電極１０３の半導体素子１０２の所定の信号端子の直下に相当する部分に開口が設けられるとともに、多層基板１０１に該開口を通るスルーホール１０４が設けられている。そして、所定の信号端子を、スルーホール１０４を介してグランド電極１０３の下方に形成された配線電極１０５，１０６に接続することにより、所定の信号端子に繋がる配線経路が、グランド電極１０３の下方を通って半導体素子１０２の外側に引き出されている。

特開２００８−２４４１７９号公報（段落００２２、図１等参照）

しかしながら、従来の高周波モジュール１００では、半導体素子１０２の所定の信号端子に繋がる配線経路の一部をグランド電極１０３の下方に設けるのに、グランド電極１０３に開口を設け、その開口にスルーホール１０４を形成する構成であるため、高周波モジュール１００の製造コストが増加する。ここで、より安価に高周波モジュール１００を製造するのに、グランド電極１０３の下方の配線電極１０５，１０６をグランド電極１０３の上層側に設け、所定の信号端子とビア導体等で接続することも考えられる。しかし、配線電極１０５，１０６が半導体素子の直下を通る場合は、半導体素子１０２と配線電極１０５，１０６との間で電磁結合が生じて、高周波特性が劣化するおそれがあるため採用し難い。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、多層基板の内部に形成される面内導体と部品との電磁結合を防止しつつ、高周波モジュールの小型化を図るとともに、この高周波モジュールを安価に製造することができる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の高周波モジュールは、上面に部品が実装された多層基板を備える高周波モジュールにおいて、前記多層基板の上面に形成され、前記部品のグランド端子と接続される接地用実装電極と、前記多層基板の内部であって前記部品の下方に設けられ、前記接地用実装電極に第１接地用層間接続導体により接続された平板状の第１グランド面内導体と、前記多層基板の上面に形成され、前記部品の複数の信号端子のうちのいずれかである特定信号端子に接続される特定信号用実装電極と、前記多層基板の内部であって前記第１グランド面内導体の下方に設けられ、前記特定信号用実装電極に特定信号用層間接続導体により接続されたライン状の特定信号用面内導体と、前記多層基板における前記特定信号用面内導体よりも下層側に設けられ、複数の第２接地用層間接続導体により前記第１グランド面内導体に接続された平板状の第２グランド面内導体とを備え、前記第１グランド面内導体は、前記部品と前記特定信号用面内導体との間に配置され、前記特定信号用層間接続導体が、平面視において前記第１グランド面内導体の外側に配置されており、前記第１接地用層間接続導体が複数あり、前記第１接地用層間接続導体の総数よりも、前記第２接地用層間接続導体の総数が少なく設定されており、前記特定信号用面内導体は、前記第１グランド面内導体と前記第２グランド面内導体との間の前記第２接地用層間接続導体の非形成領域に配置されており、平面視において、前記第２グランド面内導体の面積は、前記第１グランド面内導体の面積よりも大きいことを特徴としている。

この場合、部品と、該部品の下方を通る特定信号用面内導体との間に第１グランド面内導体が配置されるため、部品と特定信号用面内導体との電磁結合を防止することができる。また、この電磁結合を防止することにより、例えば、特定信号用面内導体が部品直下を通らないように迂回して配線する必要がなくなるため、特定信号用面内導体の配線長を短くして高周波モジュールの小型化を図ることができる。

また、第１グランド面内導体の下方に設けられたライン状の特定信号用面内導体と、多層基板の上面に形成された特定信号用実装電極とを接続する特定信号用層間接続導体が、平面視で第１グランド面内導体の外側に配置される。そのため、従来の高周波モジュールのように、特定信号用実装電極と特定信号用面内導体とを接続するのに、第１グランド面内導体に開口を設けて、該開口にスルーホールを通す必要がなく、高周波モジュールの製造コストが低減する。また、特定信号用面内導体よりも下層側に第２グランド面内導体が設けられるため、例えば、多層基板の下面でマザー基板等と接続した場合に、マザー基板と特定信号用面内導体との電磁結合を防止することができる。また、第１グランド面内導体と第２グランド面内導体とを接続する第２接地用層間接続導体の総数が、第１接地用層間接続導体の総数よりも少なく設定されおり、特定信号用面内導体が、第１グランド面内導体と第２グランド面内導体との間の第２接地用層間接続導体の非形成領域に配置される。このようにすると、第１グランド面内導体の面積を大きくすることなく、該第１グランド面内導体の下方に配置する特定信号用面内導体の形成スペースを確保することができる。また、特定信号用面内導体よりも下層側に、第１グランド面内導体の面積よりも大きい面積を有する第２グランド面内導体が設けられているため、高周波モジュールを外部のマザー基板等に実装したときに、マザー基板と、特定信号用面内導体や部品との電磁結合を防止することができる。

また、前記部品は、平面視において矩形状を成し、前記特定信号端子は、前記部品の一辺側に形成され、前記特定信号用面内導体が、前記部品の前記一辺側から該一辺の対向辺に向けて配線されていてもよい。この場合、例えば、部品の特定信号端子（特定信号用実装電極）と、部品の前記対向辺側に配置された他の部品等とを接続する場合に、その配線経路を短くすることができるため、当該配線経路の電気的特性が向上する。

また、前記第１グランド面内導体は、平面視で長矩形状を成し、前記特定信号用面内導体は、平面視で、前記第１グランド面内導体の対向する両短辺それぞれと交わるように前記第１グランド面内導体の長手方向に沿って配線されていてもよい。このようにすると、特定信号用面内導体が、第１グランド面内導体の長辺と交わるように配線される場合と比較して、特定信号用面内導体が、第１グランド面内導体により部品との電磁結合を防止される領域が広くなるため、前記電磁結合の防止効果が向上する。

また、前記第１グランド面内導体が、平面視で前記部品と重なる領域内に収まるように形成されていてもよい。この場合、第１グランド面内導体を小さくすることができるため、多層基板の内部に形成する面内導体等の設計自由度が向上する。

本発明によれば、部品と、該部品の下方を通る特定信号用面内導体との間に第１グランド面内導体が配置されるため、部品と特定信号用面内導体との電磁結合を防止することができる。また、この電磁結合を防止することにより、例えば、特定信号用面内導体が部品の直下を通らないように迂回して配線する必要がなくなるため、特定信号用面内導体の配線長を短くして高周波モジュールの小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかる高周波モジュールの断面図である。図１の多層基板の上面図である。図１の第１グランド面内導体が形成された絶縁層の平面図である。図１の特定信号用面内導体が形成された絶縁層の平面図である。図１の第２グランド面内導体が形成された絶縁層の平面図である。特定信号用面内導体の変形例を示す図である。従来の高周波モジュールの断面図である。

本発明の一実施形態にかかる高周波モジュール１について、図１〜図５を参照して説明する。なお、図１は本発明の一実施形態に係る高周波モジュール１の断面図、図２は、図１の多層基板２の上面図、図３は図１の第１グランド面内導体が形成された絶縁層２ｂの平面図、図４は図１の特定信号用面内導体５ａが形成された絶縁層２ｃの平面図、図５は図１の第２グランド面内導体５ｄが形成された絶縁層２ｄの平面図である。ここで、図２〜図５それぞれでは、本発明に関係する要部を示し、他の部分を図示省略している。

この実施形態にかかる高周波モジュール１は、図１に示すように、多層基板２と、該多層基板２の上面に実装された部品３とを備え、例えば、携帯電話機等の通信機器のマザー基板に実装されるものである。なお、多層基板２の上面には、上記した部品３に加えて、図示省略の他の部品（例えば、チップコンデンサ、チップインダクタ等）が実装されている。

部品３は、例えば、ＲＦ−ＩＣ、スイッチＩＣ、チップＳＡＷフィルタ等であり、この実施形態では、多層基板２の上面にフリップチップ実装される。このとき、部品３は平面視において長矩形状を成し、部品３の多層基板２の上面との対向面には、複数の信号端子３ａ，３ｂ、および、複数のグランド端子３ｃが形成されている。また、各グランド端子３ｃは、部品３の前記対向面の略中央にまとまって配置されるとともに、各信号端子３ａ，３ｂが、部品３の前記対向面の周縁部に並んで配置される。なお、部品３の平面視形状は長矩形状に限らず、例えば、正方形状であってもかまわない。

多層基板２は、複数の絶縁層２ａ〜２ｄが積層されて成り、これらの絶縁層２ａ〜２ｄは、それぞれ、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材料で形成されている。また、多層基板２の上面には、部品３実装用の複数の実装電極４ａ〜４ｃが形成されるとともに、下面には、外部のマザー基板等との接続用の複数の外部電極９が形成される。

このとき、多層基板２の最上層の絶縁層２ａの上面には、図２に示すように、部品３の各信号端子３ａ，３ｂおよび各グランド端子３ｃに対応する位置に、上記した部品３を実装するための複数の実装電極４ａ〜４ｃがそれぞれ形成される。

また、絶縁層２ａよりも下層に配置された所定の絶縁層２ｂの主面には、図３に示すように、各実装電極４ａ，４ｂのうちの一部の実装電極４ｂからの引き出し配線となるライン状の面内導体５ｂが形成される。このとき、実装電極４ｂと面内導体５ｂとは、図示省略のビア導体により接続されている。

また、図３に示すように、部品３の下方、具体的には、絶縁層２ｂの主面における平面視で部品３と重なる領域に収まる範囲内であって、部品３の各グランド端子３ｃに接続される各実装電極４ｃ（本発明の「接地用実装電極」に相当し、以下、接地用実装電極４ｃと称する。）と平面視で重なる領域には、平面視で略長矩形を成す平板状の第１グランド面内導体５ｃが形成されている。そして、各接地用実装電極４ｃが、これらの接地用実装電極４ｃに対して個別に設けられたビア導体６（図１参照）により第１グランド面内導体５ｃにそれぞれ接続される。このようなビア導体６が、本発明の「第１接地用層間接続導体」に相当し、以下、各ビア導体６を第１接地用層間接続導体６と称する。

また、第１グランド面内導体５ｃは、絶縁層２ｂの主面における平面視で部品３と重なる領域の略中央に配置され、上記した一部の実装電極４ｂからの引き出し配線となる面内導体５ｂが、平面視で第１グランド面内導体５ｃの周囲から部品３の外側に向けて配線されている。つまり、第１グランド面内導体５ｃを、絶縁層２ｂの平面視で部品３と重なる領域の略中央のみに配置することで、絶縁層２ｂの主面における各面内導体５ｂの配線自由度の向上が図られている。

また、部品３の各信号端子３ａ，３ｂのうち、平面視で長矩形状の部品３の一方の短辺側（図１における紙面左端）に配置された所定の信号端子３ａに接続される実装電極４ａは、図４に示すように、平面視で第１グランド面内導体５ｃの外側に配置されたビア導体７により、絶縁層２ｂのさらに下層の絶縁層２ｃの主面に形成されたライン状の面内導体５ａ（図４参照）に接続される。このような所定の信号端子３ａが本発明の「特定信号端子」に相当し、実装電極４ａが本発明の「特定信号用実装電極」に相当し、ビア導体７が本発明の「特定信号用層間接続導体」に相当し、面内導体５ａが本発明の「特定信号用面内導体」に相当する。また、以下、所定の信号端子３ａを特定信号端子３ａと称し、実装電極４ａを特定信号用実装電極４ａと称し、ビア導体７を特定信号用層間接続導体７と称し、面内導体５ａを特定信号用面内導体５ａと称する。

なお、上記した第１グランド面内導体５ｃは、必ずしも、絶縁層２ｂの主面における平面視で部品３に重なる領域の範囲内に収まるように形成する必要はなく、特定信号用層間接続導体７の形成に邪魔にならない範囲において、その形状および形成領域を、適宜、変更することができる。

特定信号用面内導体５ａは、図１に示すように、部品３との間に第１グランド面内導体５ｃが配置されるように、該第１グランド面内導体５ｃの下方に設けられる。また、図４に示すように、特定信号用面内導体５ａは、平面視長矩形状の部品３の一方の短辺側（紙面左側）から、この辺に対向する他方の短辺側に向けて配線されている。さらに、特定信号用面内導体５ａの平面視で第１グランド面内導体５ｃに重なる部分は、第１グランド面内導体５ｃの長辺に沿うように配線されており、特定信号用面内導体５ａの平面視で部品３と重なる領域の大部分で、部品３との間に第１グランド面内導体５ｃが介在するように構成されている。

また、絶縁層２ｃよりも下層の絶縁層２ｄの主面には、図５に示すように、第１グランド面内導体５ｃよりも面積が大きい平板状の第２グランド面内導体５ｄが形成される。この第２グランド面内導体５ｄは、複数のビア導体８（図３および図４参照）により、第１グランド面内導体５ｃに接続されている。なお、各ビア導体８それぞれが、本発明の「第２接地用層間接続導体」に相当し、以下、各ビア導体８それぞれを、第２接地用層間接続導体８と称する。

ところで、この実施形態では、多層基板２の上面に形成された接地用実装電極４ｃの総数が８つ（図１参照）であり、各接地用実装電極４ｃと第１グランド面内導体５ｃとを接続する第１接地用層間接続導体６の総数も８つである。一方、第１グランド面内導体５ｃと第２グランド面内導体５ｄとを接続する第２接地用層間接続導体８の総数は、図３および図４に示すように５つである。すなわち、第２接地用層間接続導体８の総数が、第１接地用層間接続導体６の総数よりも少なく設定されている。

そして、特定信号用面内導体５ａが、第１グランド面内導体５ｃと第２グランド面内導体５ｄとの間の第２接地用層間接続導体８の非形成領域に配置されている。つまり、第１グランド面内導体５ｃの直下の第２接地用層間導体８の数を少なくすることにより、第１グランド面内導体５ｃの下方に空きスペースを確保し、特定信号用面内導体５ａの形成自由度を高めている。なお、第２接地用層間導体８の総数を第１接地用層間接続導体６よりも少なく設定せずに、例えば、隣接する第２接地用層間接続導体８間を通して、特定信号用面内導体５ａを形成する構成であってもかまわない。

したがって、上記した実施形態によれば、多層基板２の上面に実装された部品３と、この部品３の下方を通る特定信号用面内導体５ａとの間に第１グランド面内導体５ｃが配置されるため、部品３と特定信号用面内導体５ａとの電磁結合を防止することができる。また、この電磁結合を防止することにより、例えば、特定信号用面内導体５ａを、部品３直下を通らないように迂回して配線する必要がなくなるため、特定信号用面内導体５ａの配線長を短くして高周波モジュール１の小型化を図ることができる。

また、第１グランド面内導体５ｃの下方に設けられた特定信号用面内導体５ａと、多層基板２の上面に形成された特定信号用実装電極４ａとを接続する特定信号用層間接続導体７が、平面視で第１グランド面内導体５ｃの外側に配置される。そのため、従来の高周波モジュールのように、特定信号用実装電極４ａと特定信号用面内導体５ａとを接続するのに、第１グランド面内導体５ｃに開口を設けて、該開口にスルーホールを通す必要がなく、高周波モジュール１の製造コストが低減する。

また、特定信号用面内導体５ａが、平面視長矩形状の部品３の一方の短辺側から、この辺に対向する他方の短辺側に向けて配線されているため、例えば、部品３の特定信号端子３ａと、部品３の前記他方の短辺側に配置された他の部品等とを接続する場合に、その配線経路を短くすることができ、当該配線経路の電気的特性が向上する。

また、特定信号用面内導体５ａよりも下層側に、第１グランド面内導体５ｃの面積よりも大きい面積を有する第２グランド面内導体５ｄが設けられているため、高周波モジュール１を外部のマザー基板等に実装したときに、マザー基板と、特定信号用面内導体５ａや部品３との電磁結合を防止することができる。

また、第１グランド面内導体５ｃと第２グランド面内導体５ｄとを接続する第２接地用層間接続導体８の総数が、各接地用実装電極４ｃと第１グランド面内導体５ｃとを接続する第１接地用層間接続導体６の総数よりも少なく設定されおり、特定信号用面内導体５ａが、第１グランド面内導体５ｃと第２グランド面内導体５ｄとの間の第２接地用層間接続導体８の非形成領域に配置される。このようにすると、第１グランド面内導体５ｃの面積を大きくすることなく、該第１グランド面内導体５ｃの下方に配置する特定信号用面内導体５ａの形成スペースを確保することができる。

また、部品３と特定信号用面内導体５ａとの電磁結合を防止する第１グランド面内導体５ｃが、平面視で部品３と重なる領域内に収まるように小さく形成されているため、多層基板２の内部に形成する面内導体等の設計自由度が向上する。

（特定面内導体５ａの変形例）
第１グランド面内導体５ｃの下方に設けられた特定信号用面内導体５ａの変形例について、図６を参照して説明する。なお、図６は本例に係る特定信号用面内導体５ａ１を示す図であり、絶縁層２ｃの部分平面図である。

この特定信号用面内導体５ａ１は、図６に示すように、第１グランド面内導体５ｃの対向する両短辺それぞれと交わるように、該第１グランド面内導体５ｃの長手方向に沿って配線されている。このようにすると、特定面内導体５ａ１が、第１グランド面内導体５ｃの長辺と交わるように配線される場合と比較して、特定信号用面内導体５ａ１が、第１グランド面内導体５ｃにより部品３との電磁結合を防止される領域が広くなるため、前記電磁結合の防止効果が向上する。

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。例えば、上記した各実施形態では、特定信号用層間接続導体７、各第１接地用層間接続導体６、各第２接地用層間接続導体８をビア導体で形成した場合について説明したが、これらをポスト電極や、ピン状の導体で形成してもかまわない。

また、第１グランド面内導体５ｃの下方に設ける面内導体は、上記した特定信号用面内導体５ａに限らず、部品３との電磁結合を防止する必要がある他の面内導体であってもかまわない。

また、上記した実施形態では、第１グランド面内導体５ｃを内層の絶縁層２ｂに形成した場合について説明したが、多層基板２の上面に配置する構成であってもかまわない。この場合、接地用実装電極４ｃの代わりに第１グランド面内導体５ｃを使用する。具体的には、第１グランド面内導体５ｃ上に絶縁被覆膜（所謂、フレーミング）を施し、この絶縁被覆膜の各接地用実装電極４ｃに対応する部分（実装面）に開口部を設けるようにすればよい。

また、本発明は、多層基板の上面に部品が実装された種々の高周波モジュールに適用することができる。

１高周波モジュール
２多層基板
３部品
３ａ特定信号端子
３ｃグランド端子
４ａ特定信号用実装電極
４ｃ接地用実装電極
５ａ，５ａ１特定信号用面内導体
５ｃ第１グランド面内導体
５ｄ第２グランド面内導体
６第１接地用層間接続導体
７特定信号用層間接続導体
８第２接地用層間接続導体

Claims

上面に部品が実装された多層基板を備える高周波モジュールにおいて、
前記多層基板の上面に形成され、前記部品のグランド端子と接続される接地用実装電極と、
前記多層基板の内部であって前記部品の下方に設けられ、前記接地用実装電極に第１接地用層間接続導体により接続された平板状の第１グランド面内導体と、
前記多層基板の上面に形成され、前記部品の複数の信号端子のうちのいずれかである特定信号端子に接続される特定信号用実装電極と、
前記多層基板の内部であって前記第１グランド面内導体の下方に設けられ、前記特定信号用実装電極に特定信号用層間接続導体により接続されたライン状の特定信号用面内導体と、
前記多層基板における前記特定信号用面内導体よりも下層側に設けられ、複数の第２接地用層間接続導体により前記第１グランド面内導体に接続された平板状の第２グランド面内導体とを備え、
前記第１グランド面内導体は、前記部品と前記特定信号用面内導体との間に配置され、
前記特定信号用層間接続導体が、平面視において前記第１グランド面内導体の外側に配置されており、
前記第１接地用層間接続導体が複数あり、
前記第１接地用層間接続導体の総数よりも、前記第２接地用層間接続導体の総数が少なく設定されており、
前記特定信号用面内導体は、前記第１グランド面内導体と前記第２グランド面内導体との間の前記第２接地用層間接続導体の非形成領域に配置されており、
平面視において、前記第２グランド面内導体の面積は、前記第１グランド面内導体の面積よりも大きい
ことを特徴とする高周波モジュール。
前記部品は、平面視において矩形状を成し、
前記特定信号端子は、前記部品の一辺側に形成され、
前記特定信号用面内導体が、前記部品の前記一辺側から該一辺の対向辺に向けて配線されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
前記第１グランド面内導体は、平面視で長矩形状を成し、
前記特定信号用面内導体は、平面視で、前記第１グランド面内導体の対向する両短辺それぞれと交わるように前記第１グランド面内導体の長手方向に沿って配線されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール。
前記第１グランド面内導体が、平面視で前記部品と重なる領域内に収まるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール。