JPS62224951A - 高周波電力増幅モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
Ｖ）（Ｆ−ＵＨＦ−１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、携帯無線は小形、
軽量が強く要求されている。このため、通信機の中の重
層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、セラミツクサブアセンブリ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（Ｂｅｄ）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６
ａ〜６ｅが形成されている。

これら回路導体６８〜６ｅ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、９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１１Φが半田層１Φ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とトランジスタ皐が
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
〜２６０℃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やへりリア板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。

［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。

（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。

（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（
ＡＩＮ）を主成分とする焼結体からなる基板（以下、Ａ
ｊ２Ｎ基板と称する）である。このＡλＮ基板１１の内
部（例えば表面から深さ約０．６１ｍ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／ＩＮ
基板１１の表面には回路導体１３８〜１３ｅが形成され
ている。これら回路導体１３ａ〜１３ｅ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１３ａ〜１３ｅうちの回路導体１３ｃ、
１３ｅは、前記地導体層１２上部のＡβＮ基板１１部分
の上下方向に形成されたスルホール１４ａ１１４ｂを通
して該地導体層１２に結線されている。前記ＡρＮ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
．５３ｎ／１．５ＡＱ）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１７
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１ｉｉ１２に結線するためのスルホール１４ａ、１
４ｂを有する／ＩＮ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ツトリウム（Ｙ
２０３　）を３重量％含む厚さ２Ｍ及び０．６Ｍの２種
の窒化アルミニウム（ＡｆｌＮ）グリーンシートを用意
した。つづいて、厚さ２ＭのＡｆｉＮ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２
５０メツシユ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摂、１２０℃、１５分間乾
燥した。また、厚さ０．６ａｍのＡｆｉＮグリーンシー
トに０．２５ｓφ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、１
２０℃、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、８
０℃の温度下にて１５０に９ｆ／ｃｉ、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７００℃、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１３８〜１３ｅ等を有するＡλＮ基板１１
を作製した。このＡｆｆｉＮ基板１１は、熱伝導率が１
７０Ｗ／ｍ−にであった。また、ＡρＮ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Ａｆｉ
Ｎ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ＡＲ
Ｎ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ＡβＮ基板１
１裏面に東し■製のトーレシリコーンコンバンド５Ｈ−
３４０を塗布し、無限大放熱板（八２）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−〇− ・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に起因するものである。

更に、ＶＨＦｔ−ランジスタ　２ＳＣ２５８８を実装し
た以外、実施例と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１４４〜１４
８ＭＨｚにおいて、出力的７Ｗが得られた。これは、第
３図図示の従来のＢｅＯ／Ａρ２０３　／ＣＬＩ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１８を介して接続し、ＡｆｉＮ基板１１内部の接地
としての地導体層１２をスルホール１４ｂ１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（Ａｈ　　（
Ｂ）に示すようにＡβＮ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秦するものである。

■、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ＡβＮ）自体をピー１ヘシンクとして用い
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。

■１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。

■１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、ＣＬＩ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。

【図面の簡単な説明】

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・・・ＡｆｉＮ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、１９ａ、１９
ｂ・・・切欠部、２０ａ、２０ｂ・・・締結ボルトの挿
入穴。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。