JP6119845B2 - 高周波部品およびこれを備える高周波モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、フィルタ回路部品を備える高周波部品およびこれを備える高周波モジュールに関する。
従来、セラミック多層基板501に、スイッチIC502と、弾性表面波(SAW)フィルタやSAWフィルタにより形成されるデュプレクサなどのフィルタ回路部品503とが搭載された図5に示す高周波部品500が提供されている。また、多層基板501には、チップキャパシタやチップインダクタなどの整合用の実装部品504が必要に応じて実装されている。また、接地用電極を含む複数の面内電極505と、各面内電極505を層間接続する複数のビア導体506とを含む配線電極が多層基板501に設けられており、多層基板501に搭載された各部品502〜504と外部接続用の実装用電極507とが配線電極を介して電気的に接続されている。
ところで、フィルタ回路部品503が多層基板501に搭載されたときに、フィルタ回路部品503に接続される多層基板501の配線電極の寄生インダクタンスや寄生容量により、フィルタ回路基板503の周波数特性が設計時の所望の特性から変動するおそれがある。したがって、図5に示す高周波部品500に搭載されたフィルタ回路部品503は、その周波数特性が多層基板501に搭載されたときに変動することが予め想定されて設計されている。すなわち、フィルタ回路部品503は、多層基板501に搭載されたときに接続される配線電極の寄生インダクタンスや寄生容量によりその周波数特性が所望の特性に変動するように、単体での周波数特性を所望の特性からずらした状態で設計されている。
特開2007−129459号公報(段落0012〜0022、図1、要約書など)
ところで、上記した高周波部品500では、フィルタ回路部品503が多層基板501に搭載されたときに所望の周波数特性が得られるように、多層基板501の配線電極も所望の寄生インダクタンスや寄生容量を有するように形成される必要がある。したがって、高周波部品500の設計に制限が生じるので、高周波部品500の部品集積度の向上を図るのが難しいという問題があった。
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、寄生インダクタンスや寄生容量による影響が無い状態で所望の周波数特性が得られるようにフィルタ回路部品を搭載することができると共に、部品集積度の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の高周波部品は、枠形状を有する支持枠体と、前記支持枠体の外形形状とほぼ同一の形状を有し、前記支持枠体の一方面に積層された基板と、
前記支持枠体の他方面に形成された接地用電極と、前記接地用電極と平面視で少なくともその一部が重なるように前記基板の一方主面に形成された実装用電極と、前記接地用電極および前記実装用電極が重なる位置に前記支持枠体および前記基板を積層方向に貫通して設けられ、前記接地用電極と前記実装用電極とを接続する層間接続導体と、前記基板の一方主面に実装されたフィルタ回路部品とを備え、前記実装用電極に前記フィルタ回路部品の接地端子が接続されており、前記支持枠体の内周面に囲まれる空間に部品およびシールド部材が配置されており、前記部品はフリップチップ実装される発熱部品であり、
前記部品が前記シールド部材の一方面に接触配置され、前記シールド部材は当該シールド部材の他方面が前記基板の他方主面に接触するように配置されていることを特徴としている。
このように構成された発明では、枠形状を有する支持枠体の一方面に基板が積層されており、支持枠体の他方面に接地用電極が形成され、接地用電極と平面視で少なくともその一部が重なるように基板の一方主面に実装用電極が形成され、接地用電極および実装用電極が重なる位置に支持枠体および基板を積層方向に貫通して層間接続導体が設けられている。また、接地用電極に層間接続導体により最短距離で接続されている実装用電極に、その接地端子が接続された状態でフィルタ回路部品が基板の一方主面に実装されている。そのため、フィルタ回路部品の直下に接地用電極が配置され、実装用電極に接続されたフィルタ回路部品の接地用端子が層間接続導体により最短距離で接地用電極に接続されている。
したがって、フィルタ回路部品の接地用端子に接続される実装用電極、層間接続導体および接地用電極に不要な寄生インダクタンスや寄生容量が生じるのを抑制することができるので、寄生インダクタンスや寄生容量による影響が無い状態で所望の周波数特性が得られるようにフィルタ回路部品を高周波部品に搭載することができる。また、支持枠体の内周面に囲まれる内側の空間に部品を配置することができるので、部品集積度の向上を図ることができる。また、支持枠体の内周面に囲まれる空間に部品が配置されているので、部品集積度の向上が図られた高周波部品を提供することができる。さらに、部品が基板にシールド部材を介して接触配置されているので、基板を介して部品の放熱性の向上を図ることができる。また、シールド部材により、支持枠体の内周面に囲まれる空間のシールド性を向上することができる。
また、前記部品は、パワーアンプ、RF−IC、スイッチICのいずれかであるとよい。
このようにすれば、接地状態に影響を受け易いフィルタ回路部品は、良好に接地された状態で基板の一方主面に実装され、接地状態に影響を受けにくいパワーアンプやRF−IC、スイッチIC等の部品は、支持枠体の内周面に囲まれる空間に配置されることにより、接地状態に起因する高周波部品の特性劣化が抑制された状態で部品集積度を向上することができる。
また、前記支持枠体および前記基板が同一部材で形成されているとよい。
このようにすると、支持枠体および基板が同一部材で形成されているので、リフロー等の加熱サイクルにおいて、熱膨張係数の差に起因する応力等が支持枠体および基板の接続部分に生じるのを抑制することができる。したがって、支持枠体と基板との接続部分が熱応力等により分離するのが防止されるので、高周波部品内での接続信頼性の向上を図ることができる。また、支持枠体および基板を同一部材で一体形成することもできる。この場合には、支持枠体および基板が一体形成されることにより、高周波部品内での接続信頼性をさらに向上することができる。
また、本発明の高周波モジュールは、上記の高周波部品が実装されるモジュール基板を備えることを特徴としている。
このように構成された発明では、モジュール基板に実装された各種の部品を覆うように高周波部品を実装することにより、高周波部品を備える高周波モジュールの部品集積度を向上することができる。また、高周波部品が備える支持枠体と基板とで部品を覆うことにより当該部品から発生するノイズを抑制することができる。また、当該部品を高周波部品が備える支持枠体と基板とで覆うことにより外部から発生したノイズをシールドし、当該部品への影響を抑制することができる。
本発明によれば、フィルタ回路部品の直下に接地用電極が配置され、実装用電極に接続されたフィルタ回路部品の接地用端子が層間接続導体により最短距離で接地用電極に接続されているので、フィルタ回路部品の接地用端子に接続される実装用電極、層間接続導体および接地用電極に不要な寄生インダクタンスや寄生容量が生じるのを抑制することができる。したがって、寄生インダクタンスや寄生容量による影響が無い状態で所望の周波数特性が得られるようにフィルタ回路部品を高周波部品に搭載することができる。また、支持枠体の内周面に囲まれる内側の空間に部品を配置することができるので、部品集積度の向上を図ることができる。
本発明の第1実施形態にかかる高周波モジュールを示す断面図である。 高周波部品を示す図であって、(a)は平面図、(b)は裏面図である。 本発明の第2実施形態にかかる高周波モジュールに搭載される高周波部品を示す図である。 本発明の第3実施形態にかかる高周波モジュールに搭載される高周波部品を示す図である。 従来の高周波部品を示す図である。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について図1および図2を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかる高周波モジュールを示す断面図、図2は高周波部品を示す図であって、(a)は平面図、(b)は裏面図である。
図1に示すように、高周波モジュール1は、モジュール基板2と、モジュール基板2に実装されたパワーアンプやRFIC,スイッチIC等の部品3および高周波部品100とを備え、携帯電話や携帯情報端末などの通信携帯端末が備える実装基板に搭載されて、フロントエンドモジュール、Bluetooth(登録商標)モジュールおよび無線LANモジュールなどの各種の通信モジュール、アンテナスイッチモジュールなどとして形成される。
モジュール基板2は、面内電極および層間接続用のビア導体などを含む配線電極(図示省略)がその内部に設けられており、配線電極は、モジュール基板2の実装面2aに形成された接地用ランド電極4および信号用ランド電極5に接続されている。また、モジュール基板2は、ガラスエポキシ樹脂や液晶ポリマー等の樹脂材料や、セラミック材料などの一般的な基板形成用の材料により形成される。また、配線電極は、AgやCu、Au等を含む導電材料により形成されており、配線電極により各種の電気回路がモジュール基板2内に形成されていてもよい。
部品3は、モジュール基板2の実装面2aの所定位置に形成された各ランド電極4,5に、はんだや導電性接着剤等の接合材、超音波振動接合、表面活性化技術を用いた接合(以下「はんだ等」と称する)により実装されて、高周波部品100の下方に設けられたキャビティC内に配置される。なお、この実施形態では、高周波モジュール1の使用目的に応じて、パワーアンプ、RF−IC、スイッチICのいずれかが部品3として高周波部品100のキャビティC内に配置されるが、適宜、その他の部品がキャビティC内に配置されてもよい。
高周波部品100は、枠形状を有する支持枠体101と、支持枠体101の矩形の外形形状とほぼ同一の形状を有し、支持枠体101の一方面101aに形成された基板102とを備え、モジュール基板2の所定位置に形成された各ランド電極4,5にはんだ等により実装されている。支持枠体101は、エポキシ樹脂等の一般的な基板形成用の熱硬化樹脂により形成され、その枠形状の外周と基板102の外形とが揃えて配置されて、その一方面101aが基板102の他方主面102bに接合されている。
また、支持枠体101の他方面101bには、接地用電極103および信号用電極104が形成されており、接地用電極103および信号用電極104それぞれが、モジュール基板2の実装面2aの所定位置に形成された各ランド電極4,5にはんだ等により接続されている。また、支持枠体101内には、枠形状の周方向に沿って、Cu、Al、Au、Ag等の棒状の金属部材から成る柱状のビア導体105a,105bが複数設けられている。また、各ビア導体105a,105bは、それぞれ、その一端が支持枠体101の一方面101aに露出し、その他端が支持枠体101の他方面101bに形成された接地用電極103または信号用電極104に接続されている。
基板102は、この実施形態では、複数のセラミックグリーンシートが積層されて焼成されて成る多層セラミック基板により形成されている。セラミックグリーンシートは、アルミナおよびガラスなどの混合粉末が有機バインダおよび溶剤などと一緒に混合されたスラリーがシート化されたものであり、セラミックグリーンシートの所定位置に、レーザー加工などによりビアホールが形成され、形成されたビアホールにAgやCuなどを含む導体ペーストが充填されて層間接続用のビア導体106a,106bが形成され、導体ペーストによる印刷により種々の面内電極107が形成される。その後、各セラミックグリーンシートが積層、圧着されることによりセラミック積層体が形成されて、約1000℃前後の低い温度で、所謂、低温焼成されることにより基板102が形成される。
また、基板102の一方主面102aには、各種の部品を実装するための実装用電極108a,108bが形成されている。実装用電極108aは、支持枠体101の他方面101bに形成された接地用電極103と平面視で少なくともその一部が重なるように基板102の一方主面102aに形成されている。また、接地用電極103および実装用電極108aが重なる位置にビア導体105a,106aが設けられており、実装用電極108aにビア導体106aの一端が接続され、ビア導体106aの他端がビア導体105aの一端に接続されることにより、接地用電極103と実装用電極108aとが接続されている。このように、ビア導体105a,106aにより、支持枠体101および基板102を積層方向に貫通する本発明の「層間接続導体」が構成されている。
また、支持枠体101に設けられたビア導体105bの一端が、基板102のビア導体106bの他端に接続され、ビア導体106bの一端が面内電極107に接続されることにより、支持枠体101の他方面101bの信号用電極104と、基板102の一方主面102aの実装用電極108bとが面内電極107を介して接続されている。
また、接地用電極103に接続された実装用電極108aにその接地端子109aが接続された状態で、基板102の一方主面102aの周縁部の実装用電極108a,108bにはんだ等によりフィルタ回路部品109が実装されている。なお、フィルタ回路部品109は、SAWフィルタや複数のSAWフィルタが組み合わされて形成されるデュプレクサ、LCフィルタを構成するセラミックデバイスなど、どのようなものであってもよい。また、基板102の一方主面102aには、絶縁樹脂による樹脂封止がされていても良い。
また、その他の実装用電極108a,108bに、高周波モジュール1(高周波部品100)の使用目的に応じて、その他のフィルタ回路部品や各種ICを含む部品110、抵抗やインダクタ、キャパシタ等の各種のチップ部品111が実装されている。なお、基板102の中央寄りの領域には、接地状態によって発生する寄生インダクタンス、寄生容量などの寄生成分に影響されにくい部品110,111が実装されるとよい。そして、上記したように、モジュール基板2の実装面2aに部品3が実装されて配置された後に高周波部品100がモジュール基板2の実装面2aに実装されることにより、支持枠体101の内周面に囲まれるキャビティC内の空間に、モジュール基板2の実装面2aに実装された部品3が配置される。
なお、基板102は、樹脂やポリマー材料などを用いたプリント基板、アルミナ等のセラミック基板、ガラス基板、複合材料基板、単層基板、多層基板などで形成してもよく、高周波部品100の使用目的に応じて、適宜最適な材質を選択して基板102を形成すればよい。
高周波部品100の製造方法の一例について説明する。
まず、上記した構成を有する基板102が準備されて、基板102の他方主面102bに露出するビア導体106a,106bの他端面に、ビア導体105a,105bを形成するCu等の棒状の金属導体の一端面がはんだ等により接続されて実装される。次に、基板102の他方主面102bの周縁部のみに樹脂が充填されるように型枠が基板102の他方主面102bに配置される。
続いて、棒状の金属導体が被覆されるようにエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂が型枠内に充填される。そして、基板102の他方主面102bの周縁部に枠状に形成された樹脂の表面が研削等されることにより樹脂の表面に露出した棒状の金属導体の他端面に接地用電極103および信号用電極104が形成されて、枠形状を有する支持枠体101が基板102の他方主面102bに形成される。
次に、基板102の一方主面102aの各実装用電極108a,108bに各部品109〜111が実装されて高周波部品100が完成する。
なお、支持枠体101のビア導体105a,105bは、基板102の他方主面102bの周縁部に形成された枠形状を有する樹脂層に、各ビア導体106a,106bに接続されるように形成された貫通孔に導体ペーストが充填されることにより形成されてもよい。また、基板102の他方主面102bに露出するビア導体106a,106bの他端面に、めっき成長により棒状のビア導体105a,105bが形成された後に、基板102の他方主面102bの周縁部のみに樹脂が充填されるように型枠が基板102の他方主面102bに配置されて、棒状の金属導体が被覆されるようにエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂が型枠内に充填されてもよい。また、基板102の一方主面102aおよび各部品109〜111が被覆されるように樹脂層が設けられていてもよい。
以上のように、この実施形態では、枠形状を有する支持枠体101の一方面101aに基板102が積層されている。また、支持枠体101の他方面101bに接地用電極103が形成されている。また、接地用電極103と平面視で少なくともその一部が重なるように基板102の一方主面102aに実装用電極108aが形成されている。また、接地用電極103および実装用電極108aが重なる位置に支持枠体101および基板102を積層方向に貫通してビア導体105a,106aから成る層間接続導体が設けられている。
また、接地用電極103にビア導体105a,106aにより最短距離で接続されている実装用電極108aに、その接地端子109aが接続された状態でフィルタ回路部品109が基板102の一方主面102aに実装されている。すなわち、フィルタ回路部品109の接地端子109aと接地用電極103とを接続する経路が、不要な配線パターンを使用せずに形成されて、フィルタ回路部品109の接地端子109aと接地用電極103とが、実装用電極108aとビア導体105a、106aとを介して直接接続される。そのため、フィルタ回路部品109の直下に接地用電極103が配置され、実装用電極108aに接続されたフィルタ回路部品109の接地用端子109aがビア導体105a,106aにより最短距離で接地用電極103に接続されている。
したがって、フィルタ回路部品109の接地用端子109aに接続される実装用電極108a、ビア導体105a,106aおよび接地用電極103に不要な寄生インダクタンスや寄生容量が生じるのを最小限に抑えることができ、フィルタ回路部品109への影響を小さくできるので、寄生インダクタンスや寄生容量による影響が無い状態で所望の周波数特性が得られるようにフィルタ回路部品109を高周波部品100に搭載することができる。その結果、フィルタ回路部品109に影響を与える寄生成分が抑制されるので、高周波モジュール1の特性を向上することができる。また、支持枠体101の内周面に囲まれるキャビティC内の空間に部品3を配置することができるので、高周波モジュール1の部品集積度の向上を図ることができる。すなわち、支持枠体101の内周面に囲まれるキャビティC内の空間に部品が配置されているので、部品集積度の向上が図られた高周波モジュール1を提供することができる。
また、接地状態により発生する寄生インダクタンスおよび寄生容量による寄生成分に影響を受け易いフィルタ回路部品109は、良好に接地された状態で基板102の一方主面102aに実装され、接地状態により発生する寄生インダクタンスおよび寄生容量による寄生成分の影響を受けにくいパワーアンプやRF−IC、スイッチIC等の部品3は、支持枠体101の内周面に囲まれる空間に配置されることにより、接地状態に起因する高周波部品100の特性劣化が抑制された状態で高周波モジュール1の部品集積度を向上することができる。
また、モジュール基板2に実装された部品3を覆うように高周波部品100が実装されることにより、部品3から発生するノイズが高周波部品100によりシールドされ、外部に漏れるノイズを抑制することができる。
また、図2(b)に示すように、枠形状を有する支持枠体の他方面101bの全周に渡って接地用電極103および信号用電極104が形成されている。したがって、高周波部品100は、平面視における周縁部分の全周に渡る位置においてモジュール基板2の接地用ランド4および信号用ランド5に接続されるので、高周波部品100のモジュール基板2に対する実装強度の向上を図ることができる。
なお、支持枠体101は、セラミック基板や樹脂基板により基板102と別体で形成さてもよい。この場合、支持枠体101の一方面101aに基板102の他方主面102bが接合されるように支持枠体101および基板102が積み重ねられていればよい。
また、支持枠体101および基板102が同一部材で形成されることにより次のような効果を奏することができる。すなわち、支持枠体101および基板102が同一部材で形成されているので、リフロー等の加熱サイクルにおいて、熱膨張係数の差に起因する応力等が支持枠体101および基板102の接続部分に生じるのを抑制することができる。したがって、支持枠体101と基板102との接続部分が熱応力等により分離するのが防止されるので、高周波部品100内での接続信頼性の向上を図ることができる。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について図3を参照して説明する。図3は本発明の第2実施形態にかかる高周波モジュールに搭載される高周波部品を示す図である。
この実施形態における高周波部品100aが上記した第1実施形態の高周波部品100と異なるのは、図3に示すように、キャビティC内に部品3が配置されると共に、キャビティC内にエポキシ樹脂等の一般的なモールド用の樹脂112が充填されている点である。また、部品3は、はんだや導体ペースト等の導電性に優れた金属材料により形成されたシールド部材113を介して基板102に接触配置されている。その他の構成は上記した第1実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図3に示すように、キャビティC内にシールド部材113を介して部品3が基板102に接触配置された後、部品3の接続端子3aが樹脂112の表面に露出するように樹脂112がキャビティC内に充填されることにより、高周波部品100aが形成される。また、樹脂112の表面に露出する接続端子3aは、接地用電極103および信号用電極104と共にモジュール基板2の実装面2aの接地用ランド電極4および信号用ランド電極5にはんだ等により接続される。
この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、キャビティC内に部品3が配置されることにより、部品集積度の向上が図られた高周波部品100aを提供することができる。また、部品3が基板102にシールド部材113を介して接触配置されているので、部品3が発熱部品である場合に、基板102を介して部品3の放熱性の向上を図ることができる。また、シールド部材113により、キャビティC内のシールド性を向上することができる。
なお、シールド部材113が、図示省略された放熱ビア等を介して接地されることにより、上記した効果をさらに向上することができる。また、シールド部材113は必ずしも必要ではなく、部品3が基板102の他方主面102bに接触配置されることにより、部品3の放熱性の向上を図ることができる。また、部品3が基板102の他方主面102bに実装された状態で、キャビティC内に樹脂112が充填されていてもよい。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態について図4を参照して説明する。図4は本発明の第3実施形態にかかる高周波モジュールに搭載される高周波部品を示す図である。
この実施形態における高周波部品100bが上記した第1実施形態の高周波部品100と異なるのは、図4に示すように、セラミック材料や樹脂材料など、同一部材により支持枠体101および基板102が一体的に形成されて積層配置されている点である。その他の構成は上記した第1実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成の説明は省略する。
図4に示すように、この実施形態では、高周波部品100bに、接地用電極103と実装用電極108aとを支持枠体101および基板102を貫通して直接接続するビア導体114a(本発明の「層間接続導体」に相当)と、信号用電極104と面内電極107とを接続するビア導体114bとが設けられている。なお、高周波部品100bは、例えば次のようにして形成される。すなわち、基板102を構成する複数のセラミックグリーンシートの積層体に、支持枠体101を構成する複数のセラミックグリーンシートであって、キャビティCを形成する開口を有する複数のセラミックグリーンシートが積層されたものが焼成されることで、支持枠体101および基板102が一体形成された高周波部品100bが形成される。
この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果を奏することができると共に、次のような効果を奏することができる。すなわち、支持枠体101および基板102が同一部材で一体形成されることにより、リフロー等の加熱サイクルにおいて、熱膨張係数の差に起因する応力等が支持枠体101および基板102の接続部分に生じるのを確実に抑制することができので、高周波部品100b内での接続信頼性をさらに向上することができる。
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り、例えば、上記した実施形態では、支持枠体101の内周の平面視形状は、外形形状と相似形に形成されているが、楕円状や円形状、多角形状等、適宜変更してもよい。
フィルタ回路部品を備える高周波部品およびこれを備える高周波モジュールに本発明を広く適用することができる。
1 高周波モジュール
2 モジュール基板
3 部品
100,100a,100b 高周波部品
101 支持枠体
101a 一方面
101b 他方面
102 基板
103 接地用電極
105a,106a,114a ビア導体(層間接続導体)
108a 実装用電極
109 フィルタ回路部品

Claims (4)

  1. 枠形状を有する支持枠体と、
    前記支持枠体の外形形状とほぼ同一の形状を有し、前記支持枠体の一方面に積層された基板と、
    前記支持枠体の他方面に形成された接地用電極と、
    前記接地用電極と平面視で少なくともその一部が重なるように前記基板の一方主面に形成された実装用電極と、
    前記接地用電極および前記実装用電極が重なる位置に前記支持枠体および前記基板を積層方向に貫通して設けられ、前記接地用電極と前記実装用電極とを接続する層間接続導体と、
    前記基板の一方主面に実装されたフィルタ回路部品とを備え、
    前記実装用電極に前記フィルタ回路部品の接地端子が接続されており、
    前記支持枠体の内周面に囲まれる空間に部品およびシールド部材が配置されており、
    前記部品はフリップチップ実装される発熱部品であり、
    前記部品が前記シールド部材の一方面に接触配置され、前記シールド部材は当該シールド部材の他方面が前記基板の他方主面に接触するように配置されている
    ことを特徴とする高周波部品。
  2. 前記部品は、パワーアンプ、RF−IC、スイッチICのいずれかであることを特徴とする請求項に記載の高周波部品。
  3. 前記支持枠体および前記基板が同一部材で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高周波部品。
  4. 請求項1ないしのいずれかに記載の高周波部品が実装されるモジュール基板
    を備えることを特徴とする高周波モジュール。
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