JPH0744235B2 - 高周波電力増幅モジユ−ル - Google Patents
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- JPH0744235B2 JPH0744235B2 JP61069224A JP6922486A JPH0744235B2 JP H0744235 B2 JPH0744235 B2 JP H0744235B2 JP 61069224 A JP61069224 A JP 61069224A JP 6922486 A JP6922486 A JP 6922486A JP H0744235 B2 JPH0744235 B2 JP H0744235B2
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- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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- H01L2924/156—Material
- H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
- H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高周波電力増幅モジュールに関する。
（従来野技術） 最近、用途の多用化等により移動時または移動中での通
信が重要になっている。移動通信の手段としては、無線
方式が優れており、特にアンテナ寸法の縮小化が可能な
VHF−UHF−Ｌバンドは使用し易いという特長を有する。
このような移動通信の中で、携帯無線は小型、軽量が強
く要求されている。このため、通信機の中の重量増大に
関与する駆動段や最終段の電力増幅器は極めて重要な位
置を占めている。
信が重要になっている。移動通信の手段としては、無線
方式が優れており、特にアンテナ寸法の縮小化が可能な
VHF−UHF−Ｌバンドは使用し易いという特長を有する。
このような移動通信の中で、携帯無線は小型、軽量が強
く要求されている。このため、通信機の中の重量増大に
関与する駆動段や最終段の電力増幅器は極めて重要な位
置を占めている。
ところで、従来の代表的な高周波電力増幅モジュールと
しては第３図に示す構造のものが知られている。即ち、
図中の１は銅からなるヒートシンクであり、このヒート
シンク１には地導体層２が形成されている。この地導体
層２上には、セラミックサブアセンブリ３が半田を介し
て接合されている。このセラミックサブアセンブリ３
は、前記地導体層２に半田を介して接合される例えばア
ルミナ板４及び半導体チップの実装箇所に位置する熱伝
導性の良好なベリリア（BeO）板４を備えている。これ
らアルミナ板４及びベリリア板５の表面には回路導体6a
〜6bが形成されている。これら回路導体6a〜6eのうちの
回路導体6c、6eは、前記アルミナ板４の上下方向に形成
されたスルホール7a、7bを通して前記地導体層２に結線
されている。前記ベリリア板５の回路導体6b上には、半
導体チップ例えば高出力トランジスタ８が半田層を介し
てダイボンディングされている。このトランジスタ８の
電極（図示せず）と前記回路導体（例えば6a,6b）と
は、ワイヤ８のボンディングにより接続されている。ま
た、前記回路導体6eにはモジュールを外部回路と接続す
るためのリード10が半田層10を介して接続されている。
しては第３図に示す構造のものが知られている。即ち、
図中の１は銅からなるヒートシンクであり、このヒート
シンク１には地導体層２が形成されている。この地導体
層２上には、セラミックサブアセンブリ３が半田を介し
て接合されている。このセラミックサブアセンブリ３
は、前記地導体層２に半田を介して接合される例えばア
ルミナ板４及び半導体チップの実装箇所に位置する熱伝
導性の良好なベリリア（BeO）板４を備えている。これ
らアルミナ板４及びベリリア板５の表面には回路導体6a
〜6bが形成されている。これら回路導体6a〜6eのうちの
回路導体6c、6eは、前記アルミナ板４の上下方向に形成
されたスルホール7a、7bを通して前記地導体層２に結線
されている。前記ベリリア板５の回路導体6b上には、半
導体チップ例えば高出力トランジスタ８が半田層を介し
てダイボンディングされている。このトランジスタ８の
電極（図示せず）と前記回路導体（例えば6a,6b）と
は、ワイヤ８のボンディングにより接続されている。ま
た、前記回路導体6eにはモジュールを外部回路と接続す
るためのリード10が半田層10を介して接続されている。
しかしながら、上述した第３図図示の従来の高周波電力
増幅モジュールではヒートシンク１とトランジスタ８が
実装されたアルミナ板４及びベリリア板５等を備えるセ
ラミックサブアセンブリ３とを半田付けする際、230〜2
60℃の高温に、曝されるため、それら金属とセラミック
との熱膨張差によって半田付けの終了後の冷却時にモジ
ュール全体に反りが発生したり、アルミナ板４及びベリ
リア板５が割れたりする問題があった。モジュール全体
に反りが発生すると、モジュールの搭載時、熱抵抗が増
大して性能及び信頼性の低下を招く。また、上記反りや
割れ発生はヒートサイクル、パワーサイクル等の信頼性
の上でも問題となる。更に、ヒートシンク１へのアルミ
ナ板４やベリリア板５の半田付けの作業は繁雑で、かつ
構造の複雑化、部品点数の増加の要因となりるため、コ
ストの上昇を招く問題がある。
増幅モジュールではヒートシンク１とトランジスタ８が
実装されたアルミナ板４及びベリリア板５等を備えるセ
ラミックサブアセンブリ３とを半田付けする際、230〜2
60℃の高温に、曝されるため、それら金属とセラミック
との熱膨張差によって半田付けの終了後の冷却時にモジ
ュール全体に反りが発生したり、アルミナ板４及びベリ
リア板５が割れたりする問題があった。モジュール全体
に反りが発生すると、モジュールの搭載時、熱抵抗が増
大して性能及び信頼性の低下を招く。また、上記反りや
割れ発生はヒートサイクル、パワーサイクル等の信頼性
の上でも問題となる。更に、ヒートシンク１へのアルミ
ナ板４やベリリア板５の半田付けの作業は繁雑で、かつ
構造の複雑化、部品点数の増加の要因となりるため、コ
ストの上昇を招く問題がある。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、全体の反りやセラミックの割れ発生がなく、構造が
極めて簡単な高性能、高信頼性で安価な高周波電力増幅
モジュールを提供しようとするものである。
で、全体の反りやセラミックの割れ発生がなく、構造が
極めて簡単な高性能、高信頼性で安価な高周波電力増幅
モジュールを提供しようとするものである。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、セラミック基板と、このセラミック基板の内
部に設けられた地導体層と、前記基板表面に設けられ、
一部が前記地導体層と結線される複数の回路導体と、こ
れら回路導体のうちの所望の回路導体上に実装された半
導体チップとを具備したことを特徴とする高周波電力増
幅モジュールである。
部に設けられた地導体層と、前記基板表面に設けられ、
一部が前記地導体層と結線される複数の回路導体と、こ
れら回路導体のうちの所望の回路導体上に実装された半
導体チップとを具備したことを特徴とする高周波電力増
幅モジュールである。
（作用） 本発明の高周波電力増幅モジュールは、セラミック基板
の内部に地導体層を設けた構造になっているため、従来
のようにヒートシンクとセラミックとを半田により接合
する必要がない。その結果、全体に反りが発生したり、
割れが発生する等の問題を解消できる。また、セラミッ
クとは別のヒートシンクを使用する必要がなく、部品点
数を少なくでき、コストの低減化を達成できる。
の内部に地導体層を設けた構造になっているため、従来
のようにヒートシンクとセラミックとを半田により接合
する必要がない。その結果、全体に反りが発生したり、
割れが発生する等の問題を解消できる。また、セラミッ
クとは別のヒートシンクを使用する必要がなく、部品点
数を少なくでき、コストの低減化を達成できる。
（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を第１図を参照して説明する。
図中の11は、セラミック、例えば窒化アルミニウム（Al
N）を主成分とする焼結体からなる基板（以下、AlN基板
と称する）である。このAlN基板11の内部（例えば表面
から深さ約0.6mmの箇所）には、例えばタングステンか
らなる地導体層12が該基板１表面と平行となるように設
けられている。また、前記AlN基板11の表面には回路導
体13a〜13eが形成されている。これら回路導体13a〜1e
は、タングステン層上にニッケルメッキ膜を被覆した構
造になっている。前記回路導体1a〜13eうちの回路導体1
3c、13eは、前記地導体層12上部のAlN基板11部分の上下
方向に形成されたスルホール14a、14bを通して該地導体
層12に結線されている。前記AlN基板11の回路導体13b上
には、半導体チップ例えば高出力トランジスタ15が高温
半田層（例えば95Pb/3.5Sn/1.5Ag）を介してダイボンデ
ィングされている。このトランジスタ15の電極（図示せ
ず）と前記回路導体（例えば13a、13b）とは、ワイヤ16
のボンディングにより接続されている。また、前記回路
導体13eには、モジュールを外部回路と接続するための
リード17が半田層18を介して接続されている。
N）を主成分とする焼結体からなる基板（以下、AlN基板
と称する）である。このAlN基板11の内部（例えば表面
から深さ約0.6mmの箇所）には、例えばタングステンか
らなる地導体層12が該基板１表面と平行となるように設
けられている。また、前記AlN基板11の表面には回路導
体13a〜13eが形成されている。これら回路導体13a〜1e
は、タングステン層上にニッケルメッキ膜を被覆した構
造になっている。前記回路導体1a〜13eうちの回路導体1
3c、13eは、前記地導体層12上部のAlN基板11部分の上下
方向に形成されたスルホール14a、14bを通して該地導体
層12に結線されている。前記AlN基板11の回路導体13b上
には、半導体チップ例えば高出力トランジスタ15が高温
半田層（例えば95Pb/3.5Sn/1.5Ag）を介してダイボンデ
ィングされている。このトランジスタ15の電極（図示せ
ず）と前記回路導体（例えば13a、13b）とは、ワイヤ16
のボンディングにより接続されている。また、前記回路
導体13eには、モジュールを外部回路と接続するための
リード17が半田層18を介して接続されている。
前述した内部に地導体層12、表面に回路導体13a〜13eが
形成され、かつ回路導体13c、13eを該地導体層12に結線
するためのスルホール14a、14bを有するAlN基板11は次
のような方法により作製した。
形成され、かつ回路導体13c、13eを該地導体層12に結線
するためのスルホール14a、14bを有するAlN基板11は次
のような方法により作製した。
まず、常圧焼結用添加剤としての酸化イットリウム（Y2
O3）を３重量％含む厚さ2mm及び0.6mmの２種の窒化アル
ミニウム（AlN）グリーンシートを用意した。つづい
て、厚さ2mmのAlNグリーンシート上に実質的にタングス
テンで構成された導体ペーストを250メッシュのスクリ
ーンマスクを使用して地導体層を形成するための印刷を
施した後、120℃、15分間乾燥した。また、厚さ0.6mmの
AlNグリーンシートに0.25mmφの貫通孔を形成し、この
貫通孔内にタングステンの導体ペーストを充填した後、
表面に回路導体を形成するための同導体ペーストの印刷
を行ない、120℃、15分間乾燥した。ひきつづき、前記
２枚のグリーンシートを厚いグリーンシートの導体ペー
スト印刷面に薄いグリーンシートの導体ペースト印刷面
と反対の面が当接するように重ねると共に、位置合せし
た後、80℃の温度下にて150Kgf/cm2、１時間の圧接を行
なって積層した。次いで、この積層体をN2雰囲気中で70
0℃、４時間の脱脂処理を施した後、N2雰囲気中で1700
℃、３時間の焼結を行ない、更に表面のタングステンに
厚さ２μｍの無電解ニッケルメッキ膜を形成することに
よって、前述した内部に地導体層12、表面に回路導体13
a〜13e等を有するAlN基板11を作製した。このAlN基板11
は、熱伝導率が170W/m・ｋであった。また、AlN基板11
の反りは200μm/インチであったが、前記焼結時と同条
件にて反りの矯正を実施したところ、50μm/インチまで
平坦化された。
O3）を３重量％含む厚さ2mm及び0.6mmの２種の窒化アル
ミニウム（AlN）グリーンシートを用意した。つづい
て、厚さ2mmのAlNグリーンシート上に実質的にタングス
テンで構成された導体ペーストを250メッシュのスクリ
ーンマスクを使用して地導体層を形成するための印刷を
施した後、120℃、15分間乾燥した。また、厚さ0.6mmの
AlNグリーンシートに0.25mmφの貫通孔を形成し、この
貫通孔内にタングステンの導体ペーストを充填した後、
表面に回路導体を形成するための同導体ペーストの印刷
を行ない、120℃、15分間乾燥した。ひきつづき、前記
２枚のグリーンシートを厚いグリーンシートの導体ペー
スト印刷面に薄いグリーンシートの導体ペースト印刷面
と反対の面が当接するように重ねると共に、位置合せし
た後、80℃の温度下にて150Kgf/cm2、１時間の圧接を行
なって積層した。次いで、この積層体をN2雰囲気中で70
0℃、４時間の脱脂処理を施した後、N2雰囲気中で1700
℃、３時間の焼結を行ない、更に表面のタングステンに
厚さ２μｍの無電解ニッケルメッキ膜を形成することに
よって、前述した内部に地導体層12、表面に回路導体13
a〜13e等を有するAlN基板11を作製した。このAlN基板11
は、熱伝導率が170W/m・ｋであった。また、AlN基板11
の反りは200μm/インチであったが、前記焼結時と同条
件にて反りの矯正を実施したところ、50μm/インチまで
平坦化された。
しかして、本発明の高周波電力増幅モジュールはAlN基
板11の内部に地導体層12を設けた構造になっているた
め、従来のようにヒートシンクとセラミックとを半田に
より接合する必要がない。その結果、全体に反りが発生
したり、割れが発生する等の問題を解消できる。特に、
反り発生が小さく、かつ熱伝導性が良好なAlN基板11を
用いることにより熱抵抗の低減化を達成できる。事実、
本実施例に示す構成のモジュールのAlN基板11裏面に東
レ（株）製のトーレシリコーンコンパンドSH−340を塗
布し、無限大放熱板（Al）に搭載してpn接合−放熱板間
の熱抵抗（平行状態）を実測したところ、8.2℃/Wであ
った。これは、前述した第３図図示のトランジスタの実
装部をベリリア板とした従来構造のモジュール（ヒート
シンクの厚さは1.5mm）の持つ7.4℃/Wと殆ど同じであ
る。このように従来構造のモジュールが高い熱伝導率
（240W/m・ｋ）を持つベリリア板を用いたにもかかわら
ず、熱抵抗が増大するのは半田により該ベリリア板等を
ヒートシンクに接合したことを起因するものである。
板11の内部に地導体層12を設けた構造になっているた
め、従来のようにヒートシンクとセラミックとを半田に
より接合する必要がない。その結果、全体に反りが発生
したり、割れが発生する等の問題を解消できる。特に、
反り発生が小さく、かつ熱伝導性が良好なAlN基板11を
用いることにより熱抵抗の低減化を達成できる。事実、
本実施例に示す構成のモジュールのAlN基板11裏面に東
レ（株）製のトーレシリコーンコンパンドSH−340を塗
布し、無限大放熱板（Al）に搭載してpn接合−放熱板間
の熱抵抗（平行状態）を実測したところ、8.2℃/Wであ
った。これは、前述した第３図図示のトランジスタの実
装部をベリリア板とした従来構造のモジュール（ヒート
シンクの厚さは1.5mm）の持つ7.4℃/Wと殆ど同じであ
る。このように従来構造のモジュールが高い熱伝導率
（240W/m・ｋ）を持つベリリア板を用いたにもかかわら
ず、熱抵抗が増大するのは半田により該ベリリア板等を
ヒートシンクに接合したことを起因するものである。
更に、VHFトランジスタ2SC2588を実装した以外、実施例
の同構成の一段の電力増幅モジュールを試作したとこ
ろ、コレクタ電圧13.2V、ベースリード電圧5V、入力電
力150mW、周波数144〜148MHzにおいて、出力約7Wが得ら
れた。これは、第３図図示の従来のBeO/Al2O3/Cuヒート
シンク複合構造と殆ど同特性であった。
の同構成の一段の電力増幅モジュールを試作したとこ
ろ、コレクタ電圧13.2V、ベースリード電圧5V、入力電
力150mW、周波数144〜148MHzにおいて、出力約7Wが得ら
れた。これは、第３図図示の従来のBeO/Al2O3/Cuヒート
シンク複合構造と殆ど同特性であった。
なお、上記実施例では回路導体13eにリード17を半田層1
8を介して接続し、AlN基板11内部の接地としての地導体
層12をスルホール14b、該回路導体13e及びリード17を通
して外部に接続する構造したが、これに限定されない。
例えば、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにAlN基板に
切欠部19a、19bを設け、この切欠部19a、19b底部に基板
11裏面に達する締結ボルトの挿入穴20a、20bを設けると
共に、該切欠部19a、19b底部上まで基板11内部の地導体
層12を延出させる構造とし、該挿入穴20a、20bに図示し
ないモジュールの締結ボルトを挿入し、このボルトを前
記地導体層12の接地として利用してもよい。
8を介して接続し、AlN基板11内部の接地としての地導体
層12をスルホール14b、該回路導体13e及びリード17を通
して外部に接続する構造したが、これに限定されない。
例えば、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにAlN基板に
切欠部19a、19bを設け、この切欠部19a、19b底部に基板
11裏面に達する締結ボルトの挿入穴20a、20bを設けると
共に、該切欠部19a、19b底部上まで基板11内部の地導体
層12を延出させる構造とし、該挿入穴20a、20bに図示し
ないモジュールの締結ボルトを挿入し、このボルトを前
記地導体層12の接地として利用してもよい。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明の高周波電力増幅モジュール
によれば次に列挙する種々の効果を奏するものである。
によれば次に列挙する種々の効果を奏するものである。
．セラミック基板の内部に地導体層を設け、かつセラ
ミック（特にAlN）自体をヒートシンクとして用いるた
め、従来のようにCuヒートシンクを別個に用いる必要が
ない。このため、基板の反り発生を防止でき、熱抵抗の
低減化を効果的に達成できる。
ミック（特にAlN）自体をヒートシンクとして用いるた
め、従来のようにCuヒートシンクを別個に用いる必要が
ない。このため、基板の反り発生を防止でき、熱抵抗の
低減化を効果的に達成できる。
．組立て時や実使用時でのヒートサイクル、ヒートシ
ョックに対して高信頼性のモジュールを得ることができ
る。
ョックに対して高信頼性のモジュールを得ることができ
る。
．組立ての簡素化及び部品点数の減少化によりモジュ
ールの低コスト化が可能となる。また、Cuヒートシンク
を使用せずに主にセラミックでモジュールを構成できる
ために軽量化を達成できる。
ールの低コスト化が可能となる。また、Cuヒートシンク
を使用せずに主にセラミックでモジュールを構成できる
ために軽量化を達成できる。
第１図は本発明の一実施例を示す高周波電力増幅モジュ
ールの断面図、第２図（Ａ）は本発明の他の実施例を示
す平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断
面図、第３図は従来の高周波電力増幅モジュールの断面
図である。 11……AlN基板、12……地導体層、13a〜13e……回路導
体、14a、14b……スルホール、15……半導体チップ（高
出力トランジスタ）、16……ワイヤ、17……リード、19
a、19b……切欠部、20a、20b……締結ボルトの挿入穴。
ールの断面図、第２図（Ａ）は本発明の他の実施例を示
す平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断
面図、第３図は従来の高周波電力増幅モジュールの断面
図である。 11……AlN基板、12……地導体層、13a〜13e……回路導
体、14a、14b……スルホール、15……半導体チップ（高
出力トランジスタ）、16……ワイヤ、17……リード、19
a、19b……切欠部、20a、20b……締結ボルトの挿入穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｚ
Claims (4)
- 【請求項１】セラミック基板と、このセラミック基板の
内部に設けられた地導体層と、前記基板表面に設けら
れ、一部が前記地導体層と結線される複数の回路導体
と、これら回路導体のうちの所望の回路導体上に実装さ
れた半導体チップとを具備したことを特徴とする高周波
電力増幅モジュール。 - 【請求項２】地導体層及び回路導体はセラミック基板と
同時焼成により形成されたものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の高周波電力増幅モジュー
ル。 - 【請求項３】セラミック基板が窒化アルミニウム質材料
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
高周波電力増幅モジュール。 - 【請求項４】地導体層及び回路導体がタングステン又は
モリブデンからなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の高周波電力増幅モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61069224A JPH0744235B2 (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 高周波電力増幅モジユ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61069224A JPH0744235B2 (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 高周波電力増幅モジユ−ル |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35197497A Division JP3083281B2 (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 高周波電力増幅モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62224951A JPS62224951A (ja) | 1987-10-02 |
| JPH0744235B2 true JPH0744235B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=13396543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61069224A Expired - Lifetime JPH0744235B2 (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 高周波電力増幅モジユ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744235B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821645B2 (ja) * | 1989-02-10 | 1996-03-04 | 株式会社日立製作所 | 高周波ビデオ増幅装置 |
| JPH0638248U (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-20 | 株式会社富士通ゼネラル | パワーモジュール |
| JPH0638246U (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-20 | 株式会社富士通ゼネラル | パワーモジュール |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59229841A (ja) * | 1983-05-30 | 1984-12-24 | Hitachi Chem Co Ltd | セラミツク基板およびセラミツク基板の製造法 |
| JPS60253295A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | 日本電気株式会社 | 多層セラミツク基板の製造方法 |
-
1986
- 1986-03-27 JP JP61069224A patent/JPH0744235B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62224951A (ja) | 1987-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |