JPWO2006048932A1 - 電子装置 - Google Patents
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Abstract
RFパワーモジュールの全体回路内のチップ部品の組み込み箇所の中には、0402型のチップ部品を用いると高周波特性の効率に悪影響を及ぼす等、0402型のチップ部品を使用することが不適格な箇所があるので、RFパワーモジュールの全体回路のチップ部品の組み込み箇所に応じて寸法の異なるチップ部品を使用するようにした。RFパワーモジュール回路において、寸法の小さな0402型のチップ部品は、寸法の大きな1005型および0603型のチップ部品に印加される電圧よりも小さな電圧が印加される箇所に電気的に接続した。
Description
本発明は、電子装置技術に関し、特に、RF(Radio Frequency)パワーモジュールに適用して有効な技術に関するものである。
本発明者が検討したRFパワーモジュールは、例えば携帯電話機等のような携帯型通信機器の信号増幅用の電子部品であり、信号増幅用のトランジスタを有する複数の半導体チップと、その他に受動素子を有する複数のチップ部品とをモジュール基板上に実装し、これらを互いに電気的に接続することで形成されている。チップ部品はその電極がモジュール基板の実装面上の絶縁層に形成された開口部から露出された一対の電極と半田等を介して接続された状態でモジュール基板に実装されている。
なお、チップ部品については、例えば特開平5−326632号公報に記載があり、チップ部品の一対の電極は、基板の実装面上に形成された絶縁層に開口された開口部から露出される一対の電極と接続されており、その基板の一対の電極の隣接間の絶縁層も除去され、基板面が露出されている構成が開示されている(特許文献1参照)。
特開平5−326632号公報
ところで、近年は、携帯型通信機器の小型・高機能化要求に伴い、携帯型通信機器用のRFパワーモジュールの小型・高機能化も急速に進められている。特にGSM(Global System for Mobile Communication)方式を使用するRFパワーモジュールでは、現状、例えば10×8mmサイズのものが、次世代では、例えば6×5mmサイズが主流となる。また、CDMA(Code Division Multiple Access)方式を使用するRFパワーモジュールでも、例えば6×6mmから5×5mmに、さらには4×4mmへとサイズの縮小が要求されてきている。このようなRFパワーモジュールの小型化の要求に伴い、これを構成する上記チップ部品として現在主流の1005型や0603型のチップ部品からそれらよりもさらにサイズの小さい0402型のチップ部品を使用することによって、更なる高密度実装を実現させることが検討されている。
しかし、本発明者の検討によれば、RFパワーモジュールの全体回路内のチップ部品の組み込み箇所の中には、0402型のチップ部品を用いると高周波特性の効率に悪影響を及ぼす等、0402型のチップ部品を使用することが不適格な箇所があり、0402型のチップ部品をただ単純に用いると問題が生じることを見出した。また、0402型のチップ部品の場合はチップ部品の電極間が狭いので、チップ部品の電極が接続されるモジュール基板上の一対の電極間も狭い。このため、モジュール基板上の絶縁層に形成される開口部は、隣接する一対の電極の各々を露出させるように形成されずに、隣接する一対の電極とその間のモジュール基板表面とが露出されるように繋がって形成されるような構成とされる。しかし、モジュール基板上の一対の電極間が露出されていると、半田フラッシュ(チップ部品の電極に付けた半田がRFパワーモジュールの実装時に溶け膨張し封止樹脂を割って出てくる現象)によりチップ部品の電極間を短絡させる問題が生じ易い。この半田フラッシュの問題は、モジュール基板の裏面の半田バンプが鉛フリー半田で形成されており、その半田バンプの融点がチップ部品の電極に付けた半田の融点よりも高い場合に特に生じ易い。また、モジュール基板側の一対の電極に所望の金属をめっき法等により被着する際に一対の電極間のモジュール基板の露出面に上記所望の金属が残り易くなる結果、その金属残りによりチップ部品の一対の電極間を短絡させる問題がある。
本発明の目的は、電子装置を小型にすることのできる技術を提供することにある。
また、本発明の目的は、電子装置を構成する電子部品の一対の電極間の短絡不良を抑制または防止することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、本発明は、高周波電力増幅回路における電子部品の組み込み箇所に応じて寸法の異なる電子部品を使用するものである。
また、本発明は、高周波電力増幅回路における電子部品の一対の電極間における配線基板上に絶縁層が残るようにするものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
すなわち、高周波電力増幅回路の組み込み箇所に応じて寸法の異なる電子部品を使用することにより、電子装置の小型化を実現することができる。
また、高周波電力増幅回路における電子部品の一対の電極間における配線基板上に絶縁層が残るようにすることにより、半田フラッシュや一対の電極間に金属残りが生じるのを抑制または防止できるので、電子装置の電子部品の一対の電極間の短絡不良を抑制または防止することができる。
本願発明の実施の形態を詳細に説明する前に、本実施の形態における用語の意味を説明すると次の通りである。
1.GSM(Global System for Mobile Communication)は、デジタル携帯電話に使用されている無線通信方式の1つまたは規格をいう。GSMには、使用する電波の周波数帯が3つあり、900MHz帯をGSM900または単にGSM、1800MHz帯をGSM1800またはDCS(Digital Cellular System)1800若しくはPCN、1900MHz帯をGSM1900またはDCS1900若しくはPCS(Personal Communication Services)という。なお、GSM1900は主に北米で使用されている。北米ではその他に850MHz帯のGSM850を使用する場合もある。
2.GMSK変調方式は、音声信号の通信に用いる方式で搬送波の位相を送信データに応じて位相シフトする方式である。
3.EDGE変調方式は、データ通信に用いる方式でGMSK変調の位相シフトにさらに振幅シフトを加えた方式である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、例えばGSM方式のネットワークを利用して情報を伝送するデジタル携帯電話システムDPSの一例を示している。このデジタル携帯電話システムDPSは、マザーボードMB上に搭載されたモジュール、回路および素子等によって構築されている。符号PMは本実施の形態1の電子装置であるRF(Radio Frequency)パワーモジュール(以下、単にパワーモジュールという)、符号ANTは信号電波の送受信用のアンテナ、符号FEMはフロントエンド・モジュール、符号BBCは音声信号をベースバンド信号に変換したり、受信信号を音声信号に変換したり、変調方式切換信号やバンド切換信号を生成したりする前記ベースバンド回路、符号FMCは受信信号をダウンコンバートして復調しベースバンド信号を生成したり送信信号を変調したりする変復調用回路、FLT1,FLT2は受信信号からノイズや妨害波を除去するフィルタである。フィルタFLT1はGSM用、フィルタFLT2はDCS用である。ベースバンド回路BBCは、DSP(Digital Signal Processor)やマイクロプロセッサ、半導体メモリ等の複数の半導体集積回路で構成されている。フロントエンド・モジュールFEMは、ロウパスフィルタLPF1,LPF2、スイッチ回路SW1,SW2、コンデンサC1,C2および分波器WDCを有している。ロウパスフィルタLPF1,LPF2は高調波を減衰させる回路、スイッチ回路SW1,SW2は送受信信号切り換え用のスイッチ回路、コンデンサC1,C2は受信信号から直流成分をカットする素子、分波器WDCは、GSM900帯の信号と、DCS1800帯の信号とを分波する回路であり、これら回路および素子は1つの配線基板上に搭載されてモジュールとされている。なお、スイッチ回路SW1,SW2の切換信号CNT1,CNT2は上記ベースバンド回路BBCから供給される。
図1は、例えばGSM方式のネットワークを利用して情報を伝送するデジタル携帯電話システムDPSの一例を示している。このデジタル携帯電話システムDPSは、マザーボードMB上に搭載されたモジュール、回路および素子等によって構築されている。符号PMは本実施の形態1の電子装置であるRF(Radio Frequency)パワーモジュール(以下、単にパワーモジュールという)、符号ANTは信号電波の送受信用のアンテナ、符号FEMはフロントエンド・モジュール、符号BBCは音声信号をベースバンド信号に変換したり、受信信号を音声信号に変換したり、変調方式切換信号やバンド切換信号を生成したりする前記ベースバンド回路、符号FMCは受信信号をダウンコンバートして復調しベースバンド信号を生成したり送信信号を変調したりする変復調用回路、FLT1,FLT2は受信信号からノイズや妨害波を除去するフィルタである。フィルタFLT1はGSM用、フィルタFLT2はDCS用である。ベースバンド回路BBCは、DSP(Digital Signal Processor)やマイクロプロセッサ、半導体メモリ等の複数の半導体集積回路で構成されている。フロントエンド・モジュールFEMは、ロウパスフィルタLPF1,LPF2、スイッチ回路SW1,SW2、コンデンサC1,C2および分波器WDCを有している。ロウパスフィルタLPF1,LPF2は高調波を減衰させる回路、スイッチ回路SW1,SW2は送受信信号切り換え用のスイッチ回路、コンデンサC1,C2は受信信号から直流成分をカットする素子、分波器WDCは、GSM900帯の信号と、DCS1800帯の信号とを分波する回路であり、これら回路および素子は1つの配線基板上に搭載されてモジュールとされている。なお、スイッチ回路SW1,SW2の切換信号CNT1,CNT2は上記ベースバンド回路BBCから供給される。
次に、図2は、上記パワーモジュールPMの回路ブロック図の一例を示している。パワーモジュールPMは、例えばGSM850、GSM900、DCS1800およびDCS1900の4つの周波数帯を使用可能(フォーバンド方式)で、それぞれの周波数帯でGMSK(Gaussian filtered Minimum Shift Keying)変調方式とEDGE(Enhanced Data GSM Environment)変調方式との2つの通信方式を使用可能な構成とされている。
このパワーモジュールPMは、GSM850およびGSM900用の増幅回路部2Aと、DCS1800およびDCS1900用の増幅回路部2Bと、それら増幅回路部2A,2Bの増幅動作の制御や補正等を行う周辺回路3とを有している。各増幅回路部2A,2Bは、それぞれ直列に接続された3つの増幅回路部2A1〜2A3,2B1〜2B3と、4つのインピーダンス整合回路2AM1〜2AM4,2BM1〜2BM4とを有している。すなわち、パワーモジュールPMの入力端子Ta1,Tb1は、入力段のインピーダンス整合回路2AM1,2BM1を介して1段目の増幅回路部2A1,2B1の入力に電気的に接続され、1段目の増幅回路部2A1,2B1の出力は段間用のインピーダンス整合回路2AM2,2BM2を介して2段目の増幅回路部2A2,2B2の入力に電気的に接続され、2段目の増幅回路部2A2,2B2の出力は段間用のインピーダンス整合回路2AM3,2BM3を介して最終段の増幅回路部2A3,2B3の入力に電気的に接続され、最終段の増幅回路部2A3,2B3の出力は出力段のインピーダンス整合回路2AM4,2BM4を介して出力端子Ta2,Tb2と電気的に接続されている。
上記周辺回路3は、制御回路3Aと、上記増幅回路部2A1〜2A3,2B1〜2B3にバイアス電圧を印加するバイアス回路3B等を有している。制御回路3Aは、上記増幅回路部2A,2Bに印加する所望の電圧を発生する回路であり、電源制御回路3A1およびバイアス電圧生成回路3A2を有している。電源制御回路3A1は、上記増幅回路部2A1〜2A3,2B1〜2B3の各々の出力用のパワーMOS・FETのドレイン端子に印加される第1電源電圧を生成する回路である。また、上記バイアス電圧生成回路3A2は、上記バイアス回路3Bを制御するための第1制御電圧を生成する回路である。本実施の形態1では、電源制御回路3A1が、パワーモジュールPMの外部の上記ベースバンド回路BBCから供給される出力レベル指定信号に基づいて上記第1電源電圧を生成すると、バイアス電圧生成回路3A2が電源制御回路3A1で生成された上記第1電源電圧に基づいて上記第1制御電圧を生成するようになっている。上記ベースバンド回路BBCは、上記出力レベル指定信号を生成する回路である。この出力レベル指定信号は、増幅回路部2A,2Bの出力レベルを指定する信号で、携帯電話と、基地局との間の距離、すなわち、電波の強弱に応じた出力レベルに基づいて生成されているようになっている。
次に、図3は、上記図1のデジタル携帯電話機システムDPSの上記パワーモジュールPMの実装例を示している。マザーボードMBは、例えば多層配線構造を有するプリント配線基板等からなり、その主面上には、パワーモジュールPMと複数のチップ部品5とが実装されている。パワーモジュールPMは、モジュール基板(配線基板)MCBの裏面(モジュール実装面)の複数の電極(外部接続用電極)の各々に接続されたバンプ電極(外部端子、突起電極)6を介してマザーボードMBの主面上に実装されている。すなわち、パワーモジュールPMは、モジュール実装面に複数の突起状のバンプ電極6をアレイ状に配置した、いわゆるBGA(Ball Grid Array)パッケージ構成とされている。また、チップ部品5は、接合材7を介してマザーボードMBの主面上に実装されている。バンプ電極6および接合材7の材料には、例えば錫−銀(Ag)−銅(Cu)合金や錫−銀−ビスマス(Bi)−銅合金等のような錫−銀系の鉛フリー(無鉛)半田(融点:約221度)、錫−銅−ニッケル(Ni)合金等のような錫−銅系の鉛フリー半田(融点:約227度)、錫−亜鉛(Zn)合金等のような錫−亜鉛系の鉛フリー半田(融点:約198度)、錫−ビスマス−銀合金等のような錫−ビスマス系の鉛フリー半田(融点:約148度)または錫−アンチモン(Sb)合金の鉛フリー半田等が使用されている。パワーモジュールPMとチップ部品5とはマザーボードMBの配線を通じて互いに電気的に接続されて上記デジタル携帯電話機システムDPSが形成されている。モジュール基板MCBの主面(被部品実装面)は、例えばシリコーンゴム(シリコーン樹脂)やエポキシ樹脂等からなる封止部材8により覆われ、これによりモジュール基板MCBの主面に実装された後述の半導体チップやチップ部品等のような電子部品が封止されている。
上記パワーモジュールPMのバンプ電極6の材料は、鉛フリー半田の他に、金(Au)を用いても良い。また、上記パワーモジュールPMのパッケージ構成は、BGAパッケージ構成の他に、モジュール実装面に複数の平らな電極パッドをアレイ状に配置した、いわゆるLGA(Land Grid Array)パッケージ構成としても良い。
次に、図4は上記パワーモジュールPMのモジュール基板MCBの主面(被部品実装面)の一例の平面図、図5は図4のモジュール基板MCBの裏面(モジュール実装面)の一例の平面図、図6は図4のX1−X1線の断面図の一例をそれぞれ示している。なお、図4および図6では、モジュール基板MCBの主面(被部品実装面)が見えるように図3で示した封止部材9を取り除いている。また、図4および図5のXは第1方向、Yは第1方向Xに直交する第2方向を示している。
モジュール基板MCBは、絶縁層11と配線12とを交互に積層して一体化した多層配線構造を有している。この絶縁層11は、例えばミリ波域まで誘電損失の少ないアルミナ(酸化アルミニウム、Al2O3、比誘電率=9〜9.7)等のようなセラミックにより形成されている。ただし、絶縁層11の材料は、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばガラスエポキシ樹脂等を用いても良い。モジュール基板MCBの内層には、配線12およびビア12Vが形成されている。モジュール基板MCBの各層の配線12はビア12Vを通じて電気的に接続されている。この内層の配線12およびビア12Vは、例えば銅(Cu)とタングステン(W)との合金からなる。また、最上の絶縁層11の被部品実装面(主面、第1面)および最下の絶縁層11のモジュール実装面(裏面、第2面)には、配線12および電極(ランド、端子、導体パターン)12Eが形成されている。この配線12および電極12Eは、例えば銅(Cu)とタングステン(W)との合金からなり、その表面には、ニッケル(Ni)メッキおよび金(Au)メッキが下層から順に施されている。さらに最上の絶縁層11の被部品実装面および最下の絶縁層11のモジュール実装面には、例えばオーバーコートガラス(珪素)のような半田(鉛(Pb)−錫(Sn))にぬれない性質を持つ絶縁層13が配線12の表面を覆うように形成されている。絶縁層13の一部は、開口されており、そこから電極12Eが露出されている。モジュール基板MCBの裏面の電極12Eのうち、モジュール基板MCBの裏面中央の幅広の電極12E1は、基準電位(接地電位GNDで、例えば0V)用の電極である。また、モジュール基板MCBの裏面外周角部の電極12E2は、RF信号用の電極である。また、モジュール基板MCBの裏面外周の電極12E3は、バイアス電圧供給用の電極である。また、モジュール基板MCBの裏面外周の電極12E4は、制御信号用の電極である。
モジュール基板MCBの被部品実装面には、例えば1つの半導体チップ(電子部品)15が実装されている他、例えば大きさの異なる3種類のチップ部品(電子部品、受動部品)16(16a〜16c)が実装されている。
半導体チップ15は、その主面(デバイス形成面)を上に向けた状態で、モジュール基板MCBの主面中央のキャビティと称する平面略矩形状の窪み17内に収まり良く実装されている。半導体チップ15には、上記GSM850およびGSM900用の3段の増幅回路部2A1〜2A3と、DCS1800およびDCS1900用の3段の増幅回路部2B1〜2B3とが形成されている。この半導体チップ15の主面の外周近傍には、その外周に沿って複数のボンディングパッド(外部端子:以下、単にパッドという)Pが形成されている。パッドPは、半導体チップ15に形成された回路の引き出し電極である。また、この半導体チップ15の外周のモジュール基板MCBの被部品実装面には、複数の電極12Eが、半導体チップ15の外周を取り囲むように配置されている。各電極12Eは、モジュール基板MCBの主面の上記配線12と一体的に形成されている。この各電極12Eと、半導体チップ15のパッドPとは、その各々に接した状態で接続されたボンディングワイヤ(以下、単にワイヤという)BWを通じて互いに電気的に接続されている。ワイヤBWは、例えば金(Au)により形成されている。また、半導体チップ15の裏面は、モジュール基板MCBの窪み17の底面の電極12Eに接続され、さらにビア12Vを通じてモジュール基板MCBの裏面の電極12E1と電気的に接続されている。
図7は、上記増幅回路部2A1〜2A3,2B1〜2B3を構成する半導体増幅素子をLDMOSFET(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor、横方向拡散MOSFET)により形成した場合の半導体チップ15の要部断面図の一例を示している。
p+型単結晶シリコンからなる半導体基板201の主面には、p−型単結晶シリコンからなるエピタキシャル層202が形成され、エピタキシャル層202の主面の一部には、LDMOSFETのドレインからソースへの空乏層の延びを抑えるパンチスルーストッパとしての機能するp型ウエル203が形成されている。p型ウエル203の表面には、酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜204を介してLDMOSFETのゲート電極205が形成されている。ゲート電極205は、例えばn型の多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜の積層膜などからなり、ゲート電極205の側壁には、酸化シリコンなどからなるサイドウォールスペーサ206が形成されている。
エピタキシャル層202の内部のチャネル形成領域を挟んで互いに離間する領域には、LDMOSFETのソース、ドレインが形成されている。ドレインは、チャネル形成領域に接するn−型オフセットドレイン領域207と、n−型オフセットドレイン領域207に接し、チャネル形成領域から離間して形成されたn型オフセットドレイン領域208と、n型オフセットドレイン領域208に接し、チャネル形成領域からさらに離間して形成されたn+型ドレイン領域209とからなる。これらn−型オフセットドレイン領域207、n型オフセットドレイン領域208およびn+型ドレイン領域209のうち、ゲート電極205に最も近いn−型オフセットドレイン領域207は不純物濃度が最も低く、ゲート電極205から最も離間したn+型ドレイン領域209は不純物濃度が最も高い。
LDMOSFETのソースは、チャネル形成領域に接するn−型ソース領域210と、n−型ソース領域210に接し、チャネル形成領域から離間して形成され、n−型ソース領域210よりも不純物濃度が高いn+型ソース領域211とからなる。n−型ソース領域210の下部には、p型ハロー領域212が形成されている。
n+型ソース領域211の端部(n−型ソース領域210と接する側と反対側の端部)には、n+型ソース領域211と接するp型打抜き層214が形成されている。p型打抜き層214の表面近傍には、p+型半導体領域215が形成されている。p型打抜き層214は、LDMOSFETのソースと半導体基板201とを電気的に接続するための導電層であり、例えばエピタキシャル層202に形成した溝213の内部に埋め込んだp型多結晶シリコン膜によって形成される。
LDMOSFETのp型打抜き層214(p+型半導体領域215)、ソース(n+型ソース領域211)およびドレイン(n+型ドレイン領域209)のそれぞれの上部には、窒化シリコン膜221と酸化シリコン膜222とに形成されたコンタクトホール223内のプラグ224が接続されている。p型打抜き層214(p+型半導体領域215)およびソース(n+型ソース領域211)には、プラグ224を介してソース電極225が接続され、ドレイン(n+型ドレイン領域209)には、プラグ224を介してドレイン電極226が接続されている。
ドレイン電極226およびソース電極225のそれぞれには、ドレイン電極226およびソース電極225を覆う酸化シリコン膜227に形成されたスルーホール228を介して配線229が接続されている。配線229の上部には、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜からなる表面保護膜230が形成されている。また、半導体基板201の裏面にはソース裏面電極231が形成されている。
図8は、上記増幅回路部2A1〜2A3,2B1〜2B3を構成する半導体増幅素子をヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)により形成した場合の半導体チップ15a〜15cの要部断面図の一例を示している。
半絶縁性のGaAs基板(半導体基板)251上にn+型GaAs層よりなるサブコレクタ層252が形成され、サブコレクタ層252上にHBT253が形成されている。
各HBT253は、サブコレクタ層252上に形成された金などからなるコレクタ電極254と、このコレクタ電極254とは所定間隔だけ離間して形成されたコレクタメサ255を有している。コレクタメサ255は、例えばn型GaAs層より形成され、コレクタメサ255とコレクタ電極254はサブコレクタ層252を介して電気的に接続されている。
コレクタメサ255上には、例えばp型GaAs層よりなるベースメサ256が形成されている。ベースメサ256上の周辺領域には金等よりなるベース電極257が形成されている。ベースメサ256の略中央部上にエミッタ層258が形成され、エミッタ層258上にエミッタ電極259が形成されている。エミッタ層258は、例えばn型InGaP層、GaAs層およびInGaAs層を積層した層より形成され、エミッタ電極259は、例えばタングステンシリサイドから形成されている。このように、ベースメサ(p型GaAs層)256とエミッタ層(n型InGaP層)258との間には異種半導体接合(ヘテロ接合)が形成されている。
コレクタ電極254には、絶縁膜261に形成されたコンタクトホール262を介してコレクタ配線263が接続されている。エミッタ電極259には、絶縁膜264,261に形成されたスルーホール265を介してエミッタ配線266が接続されている。エミッタ配線266よりも上層の構造については、ここでは図示およびその説明を省略する。
一方、図4に示した上記チップ部品16a〜16cは、その電極がモジュール基板MCBの被部品実装面の電極12Eに接続された状態でモジュール基板MCBの被部品実装面上に実装されている。チップ部品16には、例えばコンデンサCG1〜CG6,CA1〜CA3、フェライトビーズFB1、インダクタLG1および抵抗R1,R3,R5等のような受動素子が形成されている。
チップ部品16の中でサイズが最も小さいチップ部品(第1受動部品)16a(図面を見易くするためチップ部品16aに梨地のハッチングを付す)は、0402型のチップ部品である。このチップ部品16aの採用によりパワーモジュールPMの小型化がなされている。ここでは、抵抗R1,R3,R5およびコンデンサCG1等が形成されたチップ部品16aが例示されている。このチップ部品16aよりも大きなチップ部品(第2受動部品)16bは、0603型のチップ部品である。ここでは、コンデンサCG2〜CG6,CA1〜CA3およびフェライトビーズFB1等が形成されたチップ部品16bが例示されている。さらに、このチップ部品16bよりも大きなチップ部品(第2受動部品)16cは、1005型のチップ部品である。ここでは、インダクタLG1が形成されたチップ部品16cが例示されている。
ここで、図9はモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a〜16c)の実装領域の拡大平面図、図10は図9にチップ部品16(16a〜16c)を実装した状態を示す拡大平面図、図11は図10のX2−X2線の断面図をそれぞれ示している。なお、チップ部品16a〜16cは、各々の寸法や電気的規定値は異なるものの、チップ部品16の構成やモジュール基板MCBのチップ部品16の実装領域の構成は同じである。
モジュール基板MCBの被部品実装面上の絶縁層13には開口部20,20が形成されており、その開口部20,20の各々から一対の電極12E,12Eの各々が露出されている。一対の電極12E,12Eの各々の外周部は、絶縁層13の端部(すなわち、開口部20の端部)から離れている。チップ部品16(16a〜16c)の一対の電極16E,16Eの各々は、モジュール基板MCBの開口部20,20の各々から露出された一対の電極12Eの各々と接着材21により接続されている。接着材21は、例えば鉛(Pb)−錫(Sn)の半田からなる。このPb−Snの融点は、PbとSnとの割合によって異なるが、一例としてPb−Snの割合が37/63(共晶半田)の場合、例えば約183度である。チップ部品16a〜16cの実装領域においてモジュール基板MCBの一対の電極12Eの隣接間の絶縁層11上には絶縁層13が残されている。
チップ部品16のうち、最も小さい0402型のチップ部品16aの長さ(チップ部品16の長手方向の全長)D1は、例えば0.4±0.02mm、電極長さ(チップ部品16の長手方向の電極16Eの長さ)D2は、例えば0.07〜0.12mm、電極間長さ(チップ部品16の長手方向の隣接する電極16E間の長さ)D3は、例えば0.15mm以上、幅(チップ部品16の短方向の長さ)D4は、例えば0.2±0.02mm、高さD5は、チップコンデンサの場合で、例えば0.2±0.02mm、チップ抵抗の場合で、例えば0.12±0.02mmである。また、チップ部品16aの実装領域の一対の電極12Eの各々の長さ(一対の電極12Eが並ぶ方向の長さ)D6は、例えば0.15mm、一対の電極12Eの各々の幅(一対の電極12Eが並ぶ方向に直交する方向の長さ)D7は、例えば0.25mm、電極12Eの外周から開口部20の端部までの間隔D8は、例えば0.0375mm、一対の電極12Eの隣接間隔D9は、例えば0.175mm以上であり、例えば0.205mm、一対の電極12Eの隣接間に残された絶縁層13の幅(一対の電極12Eが並ぶ方向の長さ)D10は、例えば0.13mmである。
中間の大きさの0603型のチップ部品16bの長さD1は、例えば0.6±0.03mm、電極長さD2は、例えば0.1〜0.2mm、電極間長さD3は、例えば0.2mm以上、幅D4は、例えば0.3±0.03mm、高さD5は、チップコンデンサの場合で、例えば0.3±0.03mm、チップ抵抗の場合で、例えば0.25±0.03mmである。また、チップ部品16bの実装領域の一対の電極12Eの各々の長さD6は、例えば0.3mm、一対の電極12Eの各々の幅D7は、例えば0.35mm、電極12Eの外周から開口部20の端部までの間隔D8は、例えば0.05mm、一対の電極12Eの隣接間隔D9は、例えば0.3mm、一対の電極12Eの隣接間に残された絶縁層13の幅D10は、例えば0.2mmである。
最も大きい1005型のチップ部品16cの長さD1は、例えば1.0±0.05mm、電極長さD2は、例えば0.15〜0.3mm、電極間長さD3は、例えば0.4mm以上、幅D4は、例えば0.5±0.05mm、高さD5は、チップコンデンサの場合で、例えば0.5±0.05mm、チップ抵抗の場合で、例えば0.35±0.05mmである。また、チップ部品16cの実装領域の一対の電極12Eの各々の長さD6は、例えば0.4mm、一対の電極12Eの各々の幅D7は、例えば0.55mm、電極12Eの外周から開口部20の端部までの間隔D8は、例えば0.6mm、一対の電極12Eの隣接間隔D9は、例えば0.05mm、一対の電極12Eの隣接間に残された絶縁層13の幅D10は、例えば0.05mmである。
ところで、パワーモジュールPMの小型化を推進させるために0402型のチップ部品16を用いたという主旨からすると、0402型のチップ部品16aの実装領域では、一対の電極12E毎に開口部20を形成せずに一対の電極12Eの両方を包括するような大きな開口部20を形成する方が開口部20と電極12Eとの位置合わせ余裕を小さくでき、一対の電極12Eの隣接間隔を狭めることができるので好ましい。また、0402型のチップ部品16aの場合、一対の電極16Eの隣接間が0603型や1005型に比べて大幅に狭いので一対の電極12E毎に開口部20を形成するよりも、開口部20の形成のし易さの観点からも一対の電極12E間に絶縁層13を残さずに一対の電極12Eの両方を包括するような大きな開口部20を形成する方が好ましい。しかし、チップ部品16aの実装領域の一対の電極12Eの隣接間に絶縁層13が残されておらずモジュール基板MCBの絶縁層11が露出されていると、半田フラッシュ(チップ部品16a〜16cの電極16Eに付けた半田(接着材21)がパワーモジュールPMをマザーボードMB上に実装する時に溶け膨張し封止樹脂を割って出てくる現象)によりチップ部品16aの各々の一対の電極16E間を短絡させる問題が生じ易い。この半田フラッシュの問題は、モジュール基板MCBの裏面のバンプ電極6がチップ部品16a〜16cの電極16Eに付けた接着材21よりも融点の高い鉛フリー半田で形成されている場合に特に生じ易い。これは、マザーボードへの実装の際の半田リフロー温度を高温(約260度)にしなければならず、マザーボードへの実装の際に、パワーモジュールPM内のチップ部品実装用の半田(Pb−Sn)が再溶融する為である。また、一対の電極12Eの隣接間の絶縁層11が露出されているとモジュール基板MCBの一対の電極12Eに所望の金属をめっき法等により被着する際に一対の電極12E間の絶縁層11の露出面に上記所望の金属が残り易くなる結果、その金属残りによりチップ部品16aの一対の電極16E間を短絡させる問題が生じ易い。特に0402型のチップ部品16aの場合、一対の電極16E間の距離が短いので、上記した半田フラッシュや金属残りに起因する一対の電極16E間の短絡不良の問題が生じ易い。
そこで、本実施の形態1においては、0402型のチップ部品16aの実装領域においてモジュール基板MCBの一対の電極12Eの隣接間に敢えて絶縁層13を残している。この場合、チップ部品16aの実装領域におけるモジュール基板MCBの一対の電極12Eの隣接間に絶縁層13を残すには、一対の電極12Eの隣接間隔D9として、例えば0.175mm以上、その一対の電極12Eの隣接間に残される絶縁層13の幅(一対の電極12Eが並ぶ方向の寸法)D10として、例えば0.1mm以上は加工上必要である。この程度の寸法が残されていないと、絶縁層13のパターンを印刷する際に、絶縁層13の印刷状態がかすれてしまう等の問題が生じるからである。寸法D10の上限は、チップ部品16aの長手方向(一対の電極12Eが並ぶ方向)の長さを上限とすると、特に限定されないが、例えば0.4mm程度である。
このように本実施の形態1においては、0402型のチップ部品16aの実装領域においてモジュール基板MCBの一対の電極12Eの隣接間に、半田にぬれない性質を持つ絶縁層13が残されていることにより、その残された絶縁層13が溶融した半田の流れを止めるように作用するので、半田フラッシュに起因するチップ部品16aの一対の電極16E間の短絡不良を抑制または防止できる。また、一対の電極12Eの表面に所望の金属のめっきを施す際には、一対の電極12E間に絶縁層13が残されているので、所望の金属は絶縁層11には直接接触せず、絶縁層13上に残される。この絶縁層13上に残された所望の金属の残りは洗浄処理等によりきれいに除去できるので、本実施の形態1の場合は、上記のような金属残りに起因するチップ部品16aの一対の電極16E間の短絡不良の問題を抑制または防止できる。
また、0402型のチップ部品16aの配置領域において、絶縁層13は一対の電極12Eの外周一部に重なっても良い。この場合の絶縁層13が電極12Eに重なっても良い寸法(オーバーラップ量)は、例えば0.2mm程度までが好ましい。そして、この場合の一対の電極12E(この場合の電極12Eは、絶縁層13から露出される領域を言う)の上記長さD6は、例えば0.1mm程度とされる。
また、本実施の形態1においては、上記と同様の理由から0603型および1005型のチップ部品16b,16cのモジュール基板MCBの実装領域においても、一対の電極12E間に絶縁層13が残されている。これにより、チップ部品16b,16cにおいても、上記チップ部品16aと同様の作用により、半田フラッシュに起因するチップ部品16b,16cの一対の電極16E間の短絡不良や上記金属残りに起因するチップ部品16b,16cの一対の電極16E間の短絡不良を抑制または防止できる。また、0603型および1005型のチップ部品16b,16cについても一対の電極12Eの外周一部に絶縁層13の一部が重なっても良い。
次に、図12はコンデンサを有するチップ部品(チップコンデンサ)16(16a〜16c)の図10のX2−X2線の断面図の一例を示している。コンデンサを有するチップ部品16は、一対の電極16Eと、これに電気的に接続され互いに対向するように配置された複数の内部電極16IEと、複数の内部電極16IEの対向面間に形成された誘電体16Dとを有している。一対の電極16Eは、例えば銀からなる下地電極の表面に、例えばニッケルからなるめっき層と、例えば錫からなるめっき層とを順に施した構成を有している。内部電極16IEは、例えばパラジウム(Pd)、銅またはニッケルからなる。また、誘電体16Dは、例えば酸化チタン、ジルコン酸カルシウムまたはチタン酸バリウムからなる。コンデンサを有するチップ部品16のうち、0402型のチップ部品16aの定格電圧は、例えば16V程度、容量値範囲は、例えば2〜6pF、0603型のチップ部品16bの定格電圧は、例えば25V、容量値範囲は、例えば0.5〜100pF、1005型のチップ部品16cの定格電圧は、例えば50V、容量値範囲は、例えば0.5〜1000pFである。
次に、図13は抵抗を有するチップ部品(チップ抵抗)16(16a〜16c)の図10のX2−X2線の断面図の一例を示している。抵抗を有するチップ部品16は、基板16Bと、その長手方向両端に形成された一対の電極16Eと、その一対の電極16Eの各々に電気的に接続された内部電極16IEと、各々の内部電極16IEの間に電気的に接続された抵抗体16Rと、抵抗体16Rおよび内部電極16IEを保護する保護膜16Pとを有している。基板16Bは、例えばアルミナ等からなる。電極16Eの構成は、上記図12で説明したのとほぼ同じである。内部電極16IEは、特殊なメタルフィルムで形成されている。抵抗体16Rは、酸化ルテニウム(RuO)系材料からなる。保護膜16Pは、例えば樹脂からなる。抵抗を有するチップ部品16のうち、0402型のチップ部品16aの定格電力は、例えば0.03W程度、0603型のチップ部品16bの定格電力は、例えば0.05W、1005型のチップ部品16cの定格電力は、例えば0.063Wである。
次に、図14はインダクタを有するチップ部品16(16a〜16c)の図10のX2−X2線の部分破断断面図の一例を示している。インダクタを有するチップ部品16は、素体16Aと、その長手方向両端に形成された一対の電極16Eと、その一対の電極16Eの各々に電気的に接続され素体16Aの外周に巻き付かれたコイル用導体16Lと、コイル用導体16Lを被覆する外装樹脂16Dとを有している。
ところで、パワーモジュールPMの小型化だけを考慮すれば、全て0402型のチップ部品16aを使用することが好ましい。しかし、本発明者の検討によれば、パワーモジュールPMの全体回路内のチップ部品16の組み込み箇所の中には、0402型のチップ部品16aを用いると高周波特性の効率に悪影響を及ぼす等、0402型のチップ部品16aを使用することが不適格な箇所があり、全て0402型にすることはできないし、また、ただ単純に0402型のチップ部品16aを用いると問題が生じることを見出した。そこで、本実施の形態1では、パワーモジュールPMの回路のチップ部品16の組み込み箇所に応じて型(寸法)の異なるチップ部品16を使用するようにした。これにより、パワーモジュールPMの高周波特性の効率に悪影響を及ぼすことなく、パワーモジュールPMの小型化を実現することができる。この具体例を図15および図16に示す。
図15は上記パワーモジュールPMの高周波電力増幅回路の回路図の一例を示し、図16は図15の回路図中のチップ部品16を素子レベルの図記号で示した回路図の一例を示している。実線はRF信号配線、破線は電源配線、二点鎖線は制御信号配線を示している。電源配線には、高電位側の電源配線と、低電位側の電源配線(基準電位または接地電位供給用の配線)と、その他にバイアス配線も含む。制御信号配線には、バンド/モード切換スイッチ信号配線等の種々の制御信号配線がある。
符号Ta3〜Ta7,Tb3〜Tb7はパワーモジュールPMの端子を示している。端子Ta1〜Ta7は、GSM850およびGSM900用の増幅系の端子を示し、端子Tb1〜Tb7は、DCS1800およびDCS1900用の増幅系の端子を示している。また、符号Pa1〜Pa7,Pb1〜Pb7,Pc1〜Pc3は半導体チップ15の上記パッドPを示している。
図15では図面を見易くするために0402型のチップ部品16aに梨地のハッチングを付した。また、図16では図面を見易くするために0402型のチップ部品16aの素子記号を四角で取り囲むように示した。0402型のチップ部品16aは、主に印加される電圧(あるいは流れる電流)が0603型や1005型のチップ部品16b,16cに印加される電圧(あるいは流れる電流)よりも小さい箇所に使用されている。ここでは、コンデンサCG1,R1,R3,R5等が0402型のチップ部品16aに形成されている場合が例示されている。また、フェライトビーズFB1,FB2、コンデンサCA1〜CA3,CB2,CB3、コンデンサCG2〜CG5,CP2〜CP5、コンデンサCG6等は0603型のチップ部品16bに形成され、インダクタLG1,LP1等は1005型のチップ部品16cに形成されている場合が例示されている。
コンデンサCG1は、微弱なRF信号の入力部と1段目の増幅回路部2A1のトランジスタとのインピーダンス整合を行うRF入力部の整合回路用のコンデンサであり、パワーモジュールPMの入力端子Ta1と、初段の増幅回路部2A1の入力に電気的に接続されるパッドPa1とを電気的に接続するRF信号配線と、接地電位との間に電気的に接続されている。この整合が合わないと入力信号に反射が起こり効率を低下させる。このコンデンサCG1に流れる電流は、例えば20〜30mAで、印加される電圧は、例えば0V(ほとんど印加されない)である。
抵抗R1は、RF出力の変動量を決めるバイアス抵抗であり、パッドPc1と接地電位との間に電気的に接続されている。この抵抗R1に流れる電流は、例えば0.3mAで、印加される電圧は、例えば1.55Vである。抵抗R3は、RF出力を出力し始めるポイントを決めるバイアス抵抗であり、パッドPc2と接地電位との間に電気的に接続されている。この抵抗R3に流れる電流は、例えば0.27mAで、印加される電圧は、例えば1.39Vである。抵抗R5は、コンデンサCG6とともに検波回路を構成するチップ部品16であり、コンデンサCG6でピックアップしたRF信号の反射波を相殺し、必要な進行波のみをピックアップする機能を有しており、パッドPc3とコンデンサCG6とを電気的に接続する配線と接地電位との間に電気的に接続されている。この抵抗R5に流れる電流は、例えば20〜30mAで、印加される電圧は、例えば0V(ほとんど印加されない)である。また、コンデンサCG6に流れる電流は、例えば1.1Aで、印加される電圧は、例えば3.5Vである。
フェライトビーズFB1,FB2、コンデンサCA1は、1段目の電源回路であり、RFフィルタとして発振防止の役割を持つ他、RF回路からのRF信号の漏れによって電源(直流(DC))が誤動作しないようにする役割を持っている。このフェライトビーズFB1,FB2、コンデンサCA1に流れる電流は、例えば0.11Aで、印加される電圧は、例えば3.5Vである。
コンデンサCA2,CB2は、2段目の電源回路であり、役割は初段の電源回路と同じである。コンデンサCA2,CB2とモジュール基板MCB上のライン(配線12)とによってRFフィルタを形成している。このコンデンサCA2に流れる電流は、例えば0.3Aで、印加される電圧は、例えば3.5Vである。
コンデンサCA3,CB3、インダクタLG1,LP1は、3段目の電源回路であり、RFフィルタとして発振防止の役割を持っている。このコンデンサCA3,CB3、インダクタLG1,LP1に流れる電流は、例えば1.1Aで、印加される電圧は、例えば3.5Vである。
コンデンサCG2〜CG5,CP2〜CP5は、出力部と3段目の増幅回路部2A3,2B3のトランジスタとのインピーダンス整合を行うRF出力部の整合回路用のコンデンサである。RF信号出力が大きく、インピーダンスの差が大きいため部品を多用している。このコンデンサCG2〜CG5,CP2〜CP5に流れる電流は、例えば1.1Aで、印加される電圧は、例えば3.5Vである。
(実施の形態2)
図17は本実施の形態2のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図18は図17のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図19は図18のX3−X3線の断面図、図20は図19の一対の電極12E間のモジュール基板MCBの要部拡大断面図をそれぞれ示している。
図17は本実施の形態2のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図18は図17のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図19は図18のX3−X3線の断面図、図20は図19の一対の電極12E間のモジュール基板MCBの要部拡大断面図をそれぞれ示している。
前記実施の形態1では、一対の電極12E間に絶縁層13を残さなければならない分、一対の電極12Eの間隔の縮小を阻害することになる。特に0402型よりもさらに小さなチップ部品16を実装する場合は問題になる。そこで、本実施の形態2では、0402型のチップ部品16aまたはそれよりも小さいチップ部品16の実装領域の一対の電極12Eの間に絶縁層13を残さず、絶縁層13に一対の電極12Eと一対の電極12Eの隣接間とを含むような大きな開口部20を形成した。この場合、一対の電極12Eの間に絶縁層13を残さなくて済むので、一対の電極12Eの隣接間を狭くすることができる。したがって、0402型よりもさらに小さいチップ部品16の実装も可能となる。しかし、前記したように一対の電極12E間に絶縁層13を残さないと半田フラッシュや金属残りに起因して一対の電極12E間で短絡不良が発生する。そこで、本実施の形態2では、0402型のチップ部品16aまたはそれよりも小さいチップ部品16の実装領域の開口部20から露出する一対の電極12Eの間の絶縁層11に、平面で見ると一対の電極12Eが並ぶ方向に対して直交する方向に延び、断面で見るとモジュール基板MCの厚さ方向に窪む複数列の溝25を形成した。これにより、溝25を設けない場合に比べて一対の電極12E間の距離を長くすることができるので、上記半田フラッシュや金属残りに起因する一対の電極12E,16E間の短絡不良を抑制または防止できる。
(実施の形態3)
図21は本実施の形態3のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図22は図21のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図23は図22のX4−X4線の断面図、図24は図23の一対の電極12E間のモジュール基板MCBの要部拡大断面図をそれぞれ示している。
図21は本実施の形態3のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図22は図21のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図23は図22のX4−X4線の断面図、図24は図23の一対の電極12E間のモジュール基板MCBの要部拡大断面図をそれぞれ示している。
本実施の形態3では、0402型のチップ部品16aまたはそれよりも小さいチップ部品16の実装領域の開口部20から露出する一対の電極12Eの間の絶縁層11に形成された溝25に、上記絶縁層13が埋め込まれている。これにより、一対の電極12E間に、半田にぬれない性質を持つ絶縁層13が残されるので半田フラッシュに起因する一対の電極12E,16E間の短絡不良を抑制または防止できる。また、上記のように一対の電極12Eの表面に所望の金属をめっき法等により被着する際に、一対の電極12Eの間の溝25に絶縁層13が埋め込まれているので、上記金属めっきが溝25の形成箇所の絶縁層11に直接接しないようにできる。この結果、前記実施の形態1で説明したのと同様に、金属残りに起因する一対の電極12E間の短絡不良を抑制または防止できる。
(実施の形態4)
図25は本実施の形態4のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図26は図25のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図27は図26のX5−X5線の断面図、図28は図26のX6−X6線の断面図をそれぞれ示している。なお、図26では図面を見易くするためにチップ部品16を透かして示している。
図25は本実施の形態4のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図26は図25のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図27は図26のX5−X5線の断面図、図28は図26のX6−X6線の断面図をそれぞれ示している。なお、図26では図面を見易くするためにチップ部品16を透かして示している。
本実施の形態4では、0402型のチップ部品16aまたはそれよりも小さいチップ部品16の実装領域の一対の電極12Eの露出形状が、一対の電極12Eの各々が露出される開口部20a,20bの開口形状により規定されている。モジュール基板MCBの一対の電極12Eは、開口部20a,20bから露出される部分を通じてチップ部品16の一対の電極16Eと電気的に接続されるようになっている。一方の電極12Eを露出させる開口部20aは、例えば平面凹状とされており、その開口部20aから露出される電極12Eの露出形状も平面凹状とされている。他方の電極12Eを露出させる開口部20bは、例えば平面凸状とされており、その開口部20bから露出される電極12Eの露出形状も平面凸状とされている。一対の電極12Eのいずれにおいても一部に絶縁層13の一部が被さっている。
本実施の形態4によれば、一対の電極12Eの隣接間隔D9が、前記実施の形態1と同じかそれよりも小さい場合であっても、一対の電極12Eの隣接間に残される絶縁層13の幅D20を隣接間隔D9よりも大きくとることができる。すなわち、一対の電極12Eの隣接間隔D9が前記実施の形態1と同じかそれよりも小さい場合であっても、一対の電極12E間に絶縁層13を容易に形成することができる。したがって、0402型またはそれよりも小さいチップ部品16を実装する場合でも、前記実施の形態1で説明したのと同様の理由から、上記半田フラッシュや金属残りに起因するチップ部品16の一対の電極16E間の短絡不良を抑制または防止できる。
(実施の形態5)
図29は本実施の形態5のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図30は図29のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図31は図30のX7−X7線の断面図、図32は図30のX8−X8線の断面図をそれぞれ示している。なお、図30では図面を見易くするためにチップ部品16を透かして示している。
図29は本実施の形態5のパワーモジュールPMのモジュール基板MCBの被部品実装面であってチップ部品16(16a)の実装領域の拡大平面図、図30は図29のモジュール基板MCBにチップ部品16(16a)を実装した状態を示す拡大平面図、図31は図30のX7−X7線の断面図、図32は図30のX8−X8線の断面図をそれぞれ示している。なお、図30では図面を見易くするためにチップ部品16を透かして示している。
本実施の形態5では、0402型のチップ部品16aよりも小さいチップ部品16の実装領域の一対の電極12Eの隣接間隔D21がそのチップ部品16の長手方向長さD22と等しくなっている。ただし、一対の電極12E間には、絶縁層13が前記実施の携帯1で説明した幅D10を確保した状態で残されている。一対の電極12Eの各々の対向辺の中央には、一対の電極12Eの隣接中央に向かって延びる凸状部12E1が形成されている。この凸状部12E1は、チップ部品16を実装した場合に、チップ部品16の電極16Eへの半田の被着を促進させるための機能を有している。これにより、0402型よりも小さいチップ部品16と一対の電極12Eとの電気的な接続性を損なうことなく、一対の電極12E間に絶縁層13を残すことができる。したがって、0402型よりも小さいチップ部品16を実装する場合でも、前記実施の形態1で説明したのと同様の理由から、上記半田フラッシュや金属残りに起因するチップ部品16の一対の電極16E間の短絡不良を抑制または防止できる。
(実施の形態6)
本実施の形態6では、前記実施の形態1〜5の電子装置の製造工程および実装工程の一例を図33のフロー図に沿って説明する。
本実施の形態6では、前記実施の形態1〜5の電子装置の製造工程および実装工程の一例を図33のフロー図に沿って説明する。
最初に、図33のステップ1に示すように、多層セラミック基板を準備する。この多層セラミック基板には、複数のモジュール基板MCBの形成領域が配置されている。この多層セラミック基板の表層の電極12Eおよび絶縁層13は、次のように形成する。
まず、図34に示すように、多層セラミック基板MCBmの主面(第1面)に上記電極12Eを印刷法により形成する。図34は製造工程中の多層セラミック基板MCBmの要部拡大断面図である。続いて、図35に示すように、上記絶縁層13の形成用の印刷マスク30を用意する。図35は印刷マスク30の要部断面図である。印刷マスク30は、例えば金属薄板からなり、その所望の箇所には主裏面を貫通する開口部30aが形成されている。続いて、図36に示すように、印刷マスク30を多層セラミック基板MCBmの主面に位置合わせした状態で重ねる。図36は多層セラミック基板MCBmと印刷マスク30とを重ね合わせた状態の要部断面図である。
その後、図37に示すように、印刷マスク30上の絶縁材13Aをスキージ31により引き伸ばし、開口部30aを通じて多層セラミック基板MCBmの主面に印刷する。これにより、絶縁層13を形成する。図37は印刷工程時の多層セラミック基板MCBmと印刷マスク30との要部断面図である。続いて、図38に示すように、印刷マスク30を取り外す。図38は多層セラミック基板MCBmの要部断面図である。また、図39および図40は上記一対の電極12E間の絶縁層13部分の拡大断面図の一例を示している。図39では、絶縁層13の側面は多層セラミック基板MCBmの主面に対してほぼ垂直になっている。これに対して、図40に示すように、絶縁層13の側面が多層セラミック基板MCBの主面に対して傾斜する場合もある。すなわち、絶縁層13の側面にテーパが形成される場合もある。この場合の幅D10は、相対的に広い下底側の幅であり、それが前記実施の形態1で説明したように、0.1mm以上とされている。
次いで、図33のステップS2に示すように、多層セラミック基板MCBmの主面に、例えばPb−Sn(Pb/Snの割合が37/63(共晶半田))からなる半田ペースト材を上記と同様の印刷マスクを用いた方法で印刷する。続いて、半導体チップ15およびチップ部品16(16a〜16c)を搭載した後、図33のステップS4に示すように、加熱(リフロー)処理を施すことにより、図41に示すように、上記チップ部品16の一対の電極16Eと多層セラミック基板MCBmの主面の一対の電極12Eとを上記半田ペースト(接着材21)を介して接続する。図41はチップ部品実装工程後の多層セラミック基板MCBmの要部断面図である。この際の加熱温度(リフロー温度)は、上記半田ペーストが溶融する程度の温度とする。Pb/Snの割合が37/63(共晶半田)の場合は、例えば183度程度である。その後、図33のステップS5に示すように、洗浄処理を施した後、ステップS6に示すように、半導体チップ15のパッドPと多層セラミック基板MCBmの所望の電極12EとをワイヤBWによって電気的に接続する。
次いで、図33のステップS7に示すように、多層セラミック基板MCBmの主面の複数のモジュール基板MCBの形成領域を一括して覆うように、例えばシリコーン樹脂または低弾性エポキシ樹脂等からなる封止部材8を上記と同様の印刷方式により形成する。続いて、図33のステップS8に示すように、ベーク(加熱)処理を行って封止部材8を硬化させる。その後、図33のステップS9に示すように、多層セラミック基板MCBmを個々のモジュールPM毎に切断し、複数のモジュールPMを切り出す(個片化工程)。その後、図33のステップS10,S11に示すように、各モジュールPMに対して電気的特性テストを行ってモジュールPMが完成する。ステップS8とステップS9との間またはステップS10とステップS11との間に、モジュール基板MCBの裏面の複数の電極(外部接続用電極)の各々に、上記鉛フリー半田からなるバンプ電極6を接続する。多層セラミックス基板MCBmの切断前のステップS8とステップS9との間にバンプ電極6を接続する場合は、多層セラミック基板MCBmの複数のモジュール基板に一括してバンプ電極6を接続できるので、工程の簡略化および製造時間の短縮が可能である。バンプ電極6は鉛フリー半田バンプに代えて金(Au)バンプとしても良い。さらに、ここでは、バンプ電極6を接続する場合について説明したが、バンプ電極6を接続しないまま出荷しても良い(LGAパッケージ構成の製品)。
次いで、図33のステップS21に示すように、上記マザーボードMBを準備した後、ステップS22に示すように、そのマザーボードMBの主面の電極に、上記鉛フリー半田ペーストを上記と同様の印刷マスクを用いた方法で印刷する。続いて、図33のステップS23に示すように、パワーモジュールPMをマザーボードMBの主面上に搭載する。すなわち、図42に示すように、パワーモジュールPMのバンプ電極6と、マザーボードMBの主面の電極35とを位置合わせする。図42はパワーモジュール実装工程時のマザーボードMBの要部断面図である。マザーボードMBの電極35上には、上記鉛フリー半田からなる半田ペースト(半田層、迎え半田層)36が形成されている。この状態で、図33のステップS24に示すように、加熱(リフロー)処理を施すことにより、図43に示すように、パワーモジュールPMの裏面電極とマザーボードMBの電極35とをバンプ電極6を介して接続する。図43はパワーモジュールPMの実装工程後のマザーボードMBの要部断面図である。この際の加熱温度(リフロー温度)は、上記鉛フリーからなる半田ペーストが溶融する程度の温度とする。上記のようにバンプ電極6が鉛フリー半田とされている場合、その融点がPb−Sn半田の融点よりも高いので、このマザーボードMBへの実装の際の半田リフロー温度は、上記ステップS4での温度よりも高温(例えば約260度)にしなければならない。このため、マザーボードへの実装の際に、パワーモジュールPM内のチップ部品実装用の半田(Pb−Sn)が再溶融し、一対の電極16E間(または一対の電極12E間)を短絡させる場合がある(半田フラッシュ)。これに対して、本実施の形態6では、上記のように、一対の電極12Eの間に絶縁層13が残されていることにより、これが溶融半田に対する障壁として作用するので、半田フラッシュに起因するチップ部品16の一対の電極16E間の短絡不良を抑制または防止できる。なお、図43の段階のバンプ電極6には、バンプ電極6を形成していた鉛フリー半田または金と、上記半田ペースト36とが混合されている。上記のようにパワーモジュールPMの裏面の電極(外部接続用電極)にバンプ電極6を接続しない製品(LGAパッケージ)の場合は、パワーモジュールPMの裏面の電極とマザーボードMBの電極35とを半田ペースト36により接続する。その後、図33のステップS25,S26に示すように、電気的特性テストを行って2次実装が完成する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば前記実施の形態では、GSM850、GSM900、GSM1800およびGSM1900の4つの周波数帯の電波を取り扱うことが可能なフォーバンド方式の携帯電話に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばGSM900およびGSM1800の2つの周波数帯の電波を取り扱うことが可能なデュアルバンド方式またはGSM900、GSM1800およびGSM1900の3つの周波数帯の電波を取り扱うことが可能なトリプルバンド方式の携帯電話に適用することもできる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である携帯電話用のパワーモジュールに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えば通信機能を有するPDA(Personal Digital Assistants)等のような移動体情報処理装置や通信機能を有するパーソナルコンピュータ等のような情報処理装置にも適用できる。
本発明の電子装置は、例えば携帯電話のような携帯型電子装置の他、通信機能を有するPDA等のような移動体情報処理装置や通信機能を有するパーソナルコンピュータ等のような情報処理装置に利用できる。
Claims (24)
- 高周波電力増幅回路を有する電子装置であって、
第1主面およびその反対側の第2主面を有する第1配線基板と、
前記第1配線基板の第1主面上に実装された、前記高周波電力増幅回路の増幅回路部を構成する能動素子を含む半導体チップと、
前記第1配線基板の第1主面上に半田を介し実装された、前記高周波電力増幅回路を構成する0402型の第1受動部品と、
前記第1配線基板の第1主面上に半田を介し実装された、前記高周波電力増幅回路を構成する、前記0402型よりも寸法の大きな第2受動部品と、
前記第1配線基板の第2主面に形成された複数の外部接続用電極とを備え、
前記0402型の第1受動部品は、前記高周波電力増幅回路において、前記第2受動部品に印加される電圧よりも小さい電圧が印加される箇所に電気的に接続されていることを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において、前記第2受動部品は、1005型、0603型またはその両方であることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記0402型の第1受動部品は、前記高周波電力増幅回路の入力のインピーダンス整合回路用のコンデンサであることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記0402型の第1受動部品は、前記高周波電力増幅回路の検波回路用の抵抗であることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記0402型の第1受動部品は、前記高周波電力増幅回路の高周波電力を出力し始めるポイントを決める抵抗であることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記0402型の第1受動部品は、前記高周波電力増幅回路の高周波出力の変動量を決める抵抗であることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記第1配線基板の最表層に絶縁層が形成され、
前記第1受動部品および前記第2受動部品はそれぞれ一対の電極を有し、
前記第1受動部品および前記第2受動部品の各々の一対の電極は、前記第1配線基板の最表層に形成された絶縁層に開口された開口部から露出される一対の電極と接続されており、前記第1配線基板の前記開口部から露出される一対の電極の隣接間には前記絶縁層が残されていることを特徴とする電子装置。 - 請求項7記載の電子装置において、前記第1配線基板の最表層に形成された前記絶縁層はガラスからなることを特徴とする電子装置。
- 請求項7記載の電子装置において、前記第1配線基板の前記開口部から露出される一対の電極の隣接間に残されている前記絶縁層の幅は0.1mm以上であることを特徴とする電子装置。
- 請求項9記載の電子装置において、前記第1配線基板の前記開口部から露出される一対の電極の隣接間に残されている前記絶縁層の幅は0.4mm以下であることを特徴とする電子装置。
- 請求項7記載の電子装置において、前記複数の外部接続用電極には、鉛を含まない半田バンプが接続されていることを特徴とする電子装置。
- 請求項11記載の電子装置において,前記電子装置は主面に配線パターンを有する第2配線基板に搭載され、
前記電子装置の外部接続用電極と前記第2配線基板の配線パターンは、前記半田バンプを介して電気的に接続されることを特徴とする電子装置。 - 請求項1記載の電子装置において,前記電子装置は主面に配線パターンを有する第2配線基板に搭載され、
前記電子装置の外部接続用電極と前記第2配線基板の配線パターンは、前記配線パターン上に形成された鉛を含まない半田層を介して電気的に接続されることを特徴とする前記電子装置。 - 請求項11記載の電子装置において、前記鉛を含まない半田バンプは、錫−銅系合金、錫−銀系合金、錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金または錫−アンチモン合金からなることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記高周波電力増幅回路は、複数の周波数帯の高周波信号に対応可能なマルチバンド方式を採用していることを特徴とする電子装置。
- 請求項1記載の電子装置において、前記高周波電力増幅回路は、850MHz帯、900MHz帯、1800MHz帯または1900MHz帯で動作することを特徴とする電子装置。
- 高周波電力増幅回路を有する電子装置であって、
(a)第1主面およびその反対側の第2主面を有する配線基板と、
(b)前記高周波電力増幅回路の増幅回路部を構成する電子部品であって、前記配線基板の第1主面上に実装された半導体チップと、
(c)前記高周波電力増幅回路を構成する電子部品であって、前記配線基板の第1主面上に実装された0402型の第1受動部品とを備え、
前記第1受動部品一対の電極は、前記配線基板の最表層に形成された絶縁層に開口された開口部から露出される一対の電極と接続されており、前記配線基板の前記開口部から露出される一対の電極の隣接間には前記絶縁層が残されており、前記配線基板の前記開口部から露出される一対の電極の隣接間に残されている前記絶縁層の幅は0.1mm以上であることを特徴とする電子装置。 - 請求項17記載の電子装置において、前記配線基板の第2主面の電極には、鉛を含まない半田バンプが接続されていることを特徴とする電子装置。
- 請求項18記載の電子装置において、前記鉛を含まない半田バンプは、錫−銅系合金、錫−銀系合金、錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金または錫−アンチモン合金からなることを特徴とする電子装置。
- 請求項17記載の電子装置において、前記高周波電力増幅回路は、850MHz帯、900MHz帯、1800MHz帯または1900MHz帯で動作することを特徴とする電子装置。
- 高周波電力増幅回路を有する電子装置の製造方法であって、
(a)第1主面およびその反対側の第2主面を有する第1配線基板を準備する工程と
(b)前記第1配線基板の第1主面上に前記高周波電力増幅回路の増幅回路部を構成する能動素子を含む半導体チップを実装する工程と
(c)前記第1配線基板の第1主面上に、前記高周波電力増幅回路を構成する0402型の第1受動部品を半田を用いて実装する工程と
(d)前記第1配線基板の第1主面上に、前記高周波電力増幅回路を構成する、前記0402型よりも寸法の大きな第2受動部品を半田を用いて実装する工程とを含み、
前記第1配線基板の前記第2主面には複数の外部接続用電極が形成され、
前記複数の外部接続用電極には鉛を含まない半田バンプが接続され、
前記高周波電力増幅回路において、前記第2受動部品に印加される電圧よりも小さい電圧が印加される箇所に電気的に接続されていることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項21記載の電子装置の製造方法であって、前記電子装置は主面に配線パターンを有する第2配線基板に搭載され、
前記電子装置の外部接続用電極と前記第2配線基板の配線パターンは、前記半田バンプによって接続されることを特徴とする電子装置の製造方法。 - 請求項22記載の電子装置の製造方法であって、前記電子装置を前記第2配線基板に搭載する際に、前記半田バンプが溶融する温度まで加熱する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
- 請求項21記載の電子装置の製造方法であって、
前記第1配線基板の最表層にガラスからなる絶縁層が印刷法によって形成され、
前記第1受動部品および前記第2受動部品はそれぞれ一対の電極を有し、
前記第1受動部品および前記第2受動部品の一対の電極は、前記ガラスからなる絶縁層に開口された開口部から露出される一対の電極と接続されており、
前記第1配線基板の前記開口部から露出される一対の電極間には前記絶縁層が残され、
前記第1配線基板の前記開口部から露出される一対の電極間に残されている前記絶縁層の幅は0.1mm以上であることを特徴とする電子装置の製造方法。
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