KR100947943B1 - 고주파 파워앰프 모듈 - Google Patents

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KR100947943B1
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power amplifier
frequency power
module substrate
terminal
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신지 모리야마
토미오 야마다
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

실장의 신뢰성이 높은 고주파 파워앰프 모듈이다. 세라믹 배선판으로 이루어지는 모듈 기판과, 상기 모듈 기판의 주면에 조립되는 복수의 전자부품과, 상기 모듈 기판의 이면에 설치된 복수의 전극단자와, 상기 모듈 기판의 주면을 덮도록 상기 모듈 기판에 고정되는 캡을 가지는 고주파 파워앰프 모듈로서, 상기 전극단자는 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 복수의 전극단자와, 이들 전극단자보다도 내측에 배치되는 전원전위 공급용 단자로 이루어지고, 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 전극단자의 적어도 상기 모듈 기판 테두리 근처 부분은 보호막으로 덮여져 있다. 접속강도 향상용 단자는 상호 독립한 복수의 분할단자로 구성되어 있다. 접속강도 향상용 단자는 그라운드 단자이다.
집적회로, 전극, 단자, 기판, 고주파, 전력, 증폭

Description

고주파 파워앰프 모듈{High frequency power amplifier module}
본 발명은 고주파 파워앰프 모듈에 관한 것으로서, 특히 셀룰러 전화기 등 무선 통신장치의 송신부에 이용하는 고주파 전력 증폭장치(고주파 파워앰프 모듈) 및 그 고주파 전력 증폭장치를 조립한 무선 통신장치(휴대전화기)에 적용하는 유효한 기술에 관한 것이다.
혼성 집적회로장치의 하나로서, 자동차 전화, 휴대전화 등의 이동 통신기기 무선부에 사용되는 고주파 전력 증폭장치가 알려져 있다. 혼성 집적회로장치에 대해서는, 예를 들면, 일본공개특허 평8-148597호 공보, 일본공개특허 평9-18145호 공보에 기재되어 있다.
일본공개특허 평8-148597호 공보에는, LGA(Land Grid Array)형의 반도체 모듈에 대해서 기재되어 있다.
일본공개특허 평9-18145호 공보에는, 세라믹 다층 기판의 전극단자의 외주 단부 부근에서 그 내부에 걸쳐 크랙이 일어나지 않도록 하기 위해, 소성(燒成) 전의 상태에 있어서, 그린 시트(green sheet) 적층체의 표면에 전극단자를 형성한 후, 이 그린 시트 적층체상에 전극단자의 지름이 작은 부분을 남겨 피복하는 패턴 의 그린 시트(전극단자에 대향하는 위치에 전극단자에 비해 지름이 작은 관통 홀을 형성한 그린 시트)를 적층하는 기술이 기재되어 있다.
휴대전화기용 고주파 파워앰프 모듈에 있어서는, 급속한 소형, 고기능화가 진행되어 오고 있다. 고주파 파워앰프 모듈을 실장 기판(회로기판)에 실장하는 경우, 고주파 파워앰프 모듈의 모듈기판의 단면에서 이면(裏面)에 걸쳐 설치되는 전극단자(접속단자)를, 실장 기판의 랜드에 납땜하고 있다. 이 실장에서는, 실장 기판상에 고주파 파워앰프 모듈을 위치 결정하여 얹어 놓은 후, 미리 실장 기판에 설치한 땜납을 일시적으로 가열(리플로우)하여 고주파 파워앰프 모듈을 실장 기판에 고정하고 있다.
고주파 파워앰프 모듈의 소형, 고기능화 또는 고주파 파워앰프 모듈의 다핀화 대응 및 실장 기판상에서의 실장 면적 축소를 행하기 위해, 근래, LGA 구조의 모듈이 증대하고 있다.
본 발명자 등에 의하면, 휴대전화기용의 고주파 파워앰프 모듈에 있어서는, LGA 구조의 경우, 이하에 나타내는 것과 같은 문제가 있는 것을 확인하였다.
도 24는 본 발명자에 의한 본 발명에 앞선 검토에 따라 판명한 고주파 전력 증폭장치의 실장 불량을 설명하는 모식도이다. 고주파 파워앰프 모듈의 모듈 기판(1)은, 다층 구조의 세라믹 배선판으로 형성되고, 이면에 전극단자(2)가 설치되는 구조로 되어 있다. 전극단자(2)는 모듈 기판의 테두리에 따라서 나열되어 배치되어 있다.
고주파 파워앰프 모듈을 실장 기판(3)에 실장(고정)하는 경우, 실장 기판(3) 의 상면에 설치된 랜드(foot print)(4)상에 전극단자(2)를 중첩시켜, 랜드(4)와 전극단자(2)의 표면에 미리 형성한 땜납 등으로 이루어지는 솔더(5)를 재용융(reflow)하여, 전극단자(2)를 랜드(4)에 솔더(5)로 고정한다. 도면에서는, 단일의 전극단자(2)의 접속상태만이 나타나 있지만, 모듈 기판(1)의 전체 주위에 걸쳐 설치된 전극단자(2)의 접속이 행해져 실장을 완료한다.
그러나, 이와 같은 고주파 파워앰프 모듈에서는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 모듈 기판(1)에 크랙(6)이 생기고, 고주파 파워앰프 모듈의 신뢰성이 저하하는 일이 있는 것을 알았다.
전극단자(2)와 솔더(5)는 어느 것이라도 금속이므로 그 접속강도는 강하고, 세라믹으로 이루어지는 모듈 기판(1)과 전극단자(2)와의 접속강도보다도 크게 된다. 또한, 모듈 기판(1)은 세라믹이고, 열팽차계수는 7×10-6/℃ 정도이며, 실장 기판(3)은 유리 에폭시 기판(유리 섬유와 에폭시 수지로 형성된 배선 기판) 등의 수지 배선 기판으로 이루어지는 것이기 때문에 열팽창계수는 16×10-6/℃ 정도로 되어, 그 차이는 크다.
이 결과, 실장 기판(3)과 전극단자(2)의 열수축의 차이로 발생하는 응력에 의해 비교적 취약한 모듈 기판(1)에는 크랙(6)이 발생하기 쉽다. 크랙(6)은, 응력이 최대로 되는 개소(점)에서 발생하여, 도 24에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(1)의 내부로 퍼진다. 도 24에서 나타내는 점선 화살표는 크랙을 발생시키는 응력의 작용 방향을 나타낸다. 이와 같은 크랙(6)의 발생은 고주파 파워앰프 모듈의 신뢰 성 저하를 일으키는 원인이 된다.
한편, 일본공개특허 평9-18145호 공보에는, 상술한 바와 같이, 세라믹 다층 기판의 전극단자의 외부 단부 부근에서 그 내부에 걸쳐 크랙이 생지기 않도록 하기 위해, 소성 전의 상태에 있어서, 그린 시트 적층체의 표면에 전극단자를 형성한 후, 이 그린 시트 적층체 상에 전극단자의 지름이 작은 부분을 남겨 피복하는 패턴의 그린 시트(전극단자에 대향하는 위치에 전극단자에 비해 지름이 작은 관통 홀을 형성한 그린 시트)를 적층하는 기술이 기재되어 있지만, 크랙 발생의 메커니즘에 대해서는 상세히 기재되어 있지 않다.
본 발명자 등에 의하면, 크랙은 모듈 기판의 양단 또는 양측의 테두리에 근접하는 전극단자의 테두리측에서 발생하기 쉬운 것을 보고 알았다. 즉, 크랙은 모듈 기판(1)의 테두리에 근접한 전극단자(2)의 모듈 기판의 테두리 근처의 부분에서 발생하기 쉬우므로, 이 부분을 적어도 보호막으로 덮는 것에 의해 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상기 종래의 기술, 즉 전극단자에 대향하는 위치에 전극단자에 비해 지름이 작은 관통 홀을 형성한 그린 시트를 포개고, 그 후 소성하는 기술에서는 상기 지름이 작은 관통 홀을 형성하기 위한 또한 그 관통 홀의 가장 좁게 되는 테두리 부분의 파손을 방지하기 위해서는, 관통 홀의 가장 좁게 되는 테두리 부분을 넓힐 필요가 있고, 그만큼 그린 시트가 크게 된다. 다시 말하면, 고주파 전력 증폭장치가 크게 된다.
또한, 그린 시트에 관통 홀을 가지는 그린 시트를 중첩시키는 경우, 관통 홀 을 갖는 그린 시트가 확실하게 전극단자의 테두리를 덮도록 하기 위해서는, 여유도를 예상하지 않으면 안되고, 이것도 그린 시트의 대형화로 된다.
따라서, 종래 그린 시트의 중첩에 의한 기술에서는, 그린 시트의 외형 치수가 크게 되어, 모듈 기판의 소형화, 즉 고주파 파워앰프 모듈의 소형화가 방해되게 된다.
또한, 관통 홀을 갖는 그린 시트는, 그 취급에 있어서 지나치게 얇게 되어서는 깨지는 등 파손하기 쉽기 때문에, 어느 정도의 두께가 필요하게 되며, 그만큼 그린 시트의 사용량이 많게 되어, 제조 비용이 높게 된다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 실장의 신뢰성이 높은 고주파 파워앰프 모듈 및 그 고주파 파워앰프 모듈을 조립한 무선 통신장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실장의 신뢰성이 높고, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 고주파 파워앰프 모듈 및 그 고주파 파워앰프 모듈을 조립한 무선 통신장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 고주파 파워앰프 모듈은,
전력증폭회로를 포함하는 고주파 파워앰프(power amplifier) 모듈로서,
주면 및 상기 주면과 반대측의 이면을 갖는 모듈 기판과,
상기 모듈 기판의 주면상에 설치된 탑재부와 상기 탑재부상에 탑재된, 상기 전력증폭회로를 구성하는 반도체 증폭소자를 포함하는 반도체칩과,
상기 모듈 기판 이면의 4개의 변에 따라 각각 배열된 복수의 전극단자와,
상기 모듈 기판 이면의 상기 복수의 전극단자의 내측에 배열된 복수의 전원전위 공급용 단자와,
상기 탑재부의 하부의 상기 모듈 기판 내에 형성된 복수의 관통공 및 상기 관통공 내에 충전된 도체를 포함하며,
상기 전극단자의 면적은 상기 전원전위 공급용 단자의 면적보다도 작고,
상기 복수의 전극단자는 상기 전력증폭회로의 입력단자 및 출력단자를 포함하며,
상기 복수의 전원전위 공급용 단자와 상기 탑재부는 상기 도체를 통하여 전기적으로 접속되고,
상기 전원전위 공급용 단자는 상기 반도체칩의 그라운드(ground) 전위를 공급하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 전원전위 공급용 단자 및 전극단자는 LGA(Land Grid Array) 구조를 갖는다.
그리고, 상기 고주파 파워앰프 모듈은 GSM(Global System for Mobile Communication)용의 증폭계와 DCS(Digital Cellular System)용의 증폭계를 갖는다.
또한, 상기 복수의 전극단자는, 상기 GSM용 및 DCS용의 증폭계의 각각의 입 력단자, 출력단자 및 바이어스 단자를 포함한다.
또한, 상기 복수의 전극단자는, 복수의 비접촉단자(non-contact)를 포함한다.
또한, 상기 복수의 전극단자는, 상기 GSM용 및 DCS용의 증폭계의 각각의 VDD 단자를 포함한다.
또한, 상기 모듈 기판은 세라믹 배선기판으로 되어 있다.
또한, 상기 모듈 기판의 주면상에는, 칩저항, 칩콘덴서가 탑재되어 있다.
또한, 상기 모듈 기판의 이면에는, 상기 전원전위 공급용 단자가 4개 이상 배치되어 있다.
또한, 상기 반도체칩은 절연성 수지에 의해서 덮여 있다.
또한, 상기 고주파 파워앰프 모듈은, 상기 복수의 전극단자 및 전원전위 공급용 단자에 땜납이 형성되어 실장기판에 실장 가능하게 되어 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모듈 기판의 이면의 4변을 따라 복수의 전극단자가 각각 배열되고, 그 복수의 전극단자의 내측에 반도체 칩의 그라운드 전위의 공급에 사용되는 복수의 전원전위 공급용 단자가 배열되어 있다. 그와 같이, 전극단자와 전원전위 공급용 단자를 복수로 배열하는 것으로써 고주파 파워앰프 모듈을 실장기판에 실장할 때 실장강도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전원전위 공급용 단자를 복수로 배열하고 있다. 이것은 1개의 대면적의 전원전위 공급용 단자를 소면적의 복수의 단자로 분할하여 구성한 것으로 바꾸어 말할 수 있다. 대면적의 단자의 경우는, 땜납을 단자의 전면에 걸쳐 균일하게 형성하는 것이 곤란하기 때문에, 고주파 파워앰프 모듈을 땜납을 이용하여 실장기판에 실장할 시, 고주파 파워앰프 모듈이 실장기판에 대하여 경사지는 사태가 발생한다. 이에 대하여, 본 발명과 같이 소면적의 단자를 복수로 배열함으로써, 각각의 단자에 균일하게 땜납이 형성되어, 실장기판에 대하여 수평하게 실장하는 것이 가능해진다.
본원에 있어서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 하기와 같다.
(1) 혼성 집적회로장치는 이하와 같은 구성이다. 즉, 사각형상의 세라믹 배선판으로 이루어지는 모듈 기판과, 상기 모듈 기판의 주면에 조립되는 복수의 전자부품과, 상기 모듈 기판의 이면에 설치된 복수의 전극단자와, 상기 모듈 기판의 주면을 덮도록 상기 모듈 기판에 고정되는 금속제의 캡(cap)을 가지는 혼성 집적회로장치로서, 상기 전극단자는 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 복수의 전극단자와, 이들 전극단자보다도 내측에 배치되는 전원전위 공급용 단자로 이루어지고, 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 전극단자의 적어도 상기 모듈 기판 테두리 근처 부분은 보호막으로 덮여져 있다. 상기 모듈 기판에는 복수의 반도체 증폭소자가 직렬로 접속되어 고주파 전력 증폭장치가 형성되어 있다. 보호막은 인쇄에 의해 형성되고, 유리층이나 솔더 레지스트층으로 형성되어 있다.
또한, 상기 모듈 기판에 상기 캡을 고정하는 고정부는, 상기 캡의 일부에서 형성되는 탄력적으로 작용하는 훅(hook)과, 상기 모듈 기판에 설치되는 상기 훅 스톱퍼(hook stopper)가 걸리는 훅 스톱퍼로 형성되고, 상기 훅 및 상기 훅 스톱퍼는 상기 캡 및 상기 모듈 기판의 4 귀퉁이에 설치되어 있다.
모듈 기판의 4 귀퉁이는 내측으로 오목해지고, 이 오목(凹) 부분에 도체로 이루어지는 훅 스톱퍼가 설치되며, 상기 훅 스톱퍼에 상기 캡에 설치되는 훅이 걸려지도록 구성되어 있다. 이 상태에서도 상기 캡의 외형은 사각 형상으로 되어 있다. 또한, 모듈 기판의 4 귀퉁이에는 그라운드 단자가 설치되어 있고, 이 그라운드 단자는 도체로 이루어지는 상기 훅 스톱퍼에 전기적으로 접속되어 있다. 훅의 하단은 상기 모듈 기판의 저면에 까지 연장되어 있다.
상기 접속강도 향상용 단자는 상호 독립한 복수의 분할단자로 구성되어 있다. 예를 들면, 상기 전원전위 공급용 단자는 상기 모듈 기판의 한 변에 따라서 복수 설치됨과 동시에, 상기 한 변에 직교하는 방향에 따라서 복수 설치되어 있다. 이 접속강도 향상용 단자는 그라운드(ground) 전극이다.
(2) 혼성 집적회로장치는 이하의 방법에 의해 제조된다. 즉, 세라믹 배선판으로 이루어지는 모듈 기판과, 상기 모듈 기판의 주면에 조립되는 복수의 전자부품과, 상기 모듈 기판의 이면에 설치되는 복수의 전극단자와, 상기 모듈 기판의 주면을 덮도록 상기 모듈 기판에 고정되는 캡을 가지는 혼성 집적회로장치의 제조방법으로서, 배선 패턴이 형성된 복수의 그린 시트를 중첩시킴과 동시에 프레스 하여 이면에 전극단자부를 가지는 1매의 적층 그린 시트를 형성하는 공정과, 상기 적층 그린 시트의 테두리에 따라서 설치되는 전극 단자부의 적어도 상기 적층 그린 시트 테두리 근처 부분을 덮도록 페이스트를 인쇄하여 보호부를 형성하는 공정과, 상기 적층 그린 시트 및 상기 전극단자부와 상기 보호부를 소성하여 보호막으로 일부가 덮여진 전극단자를 가지는 상기 모듈 기판을 형성하는 공정을 가진다.
(3) 전자장치는 이하와 같은 구성이다. 즉, 주면에 혼성 집적회로장치를 고정하기 위한 랜드를 가지는 실장 기판과, 고주파 전력 증폭장치를 가지고, 상기 고주파 전력 증폭장치의 전극단자를 상기 랜드상에 솔더를 통해서 전기적으로 접속되는 전자장치로서, 상기 혼성 집적회로장치는 사각 형상의 세라믹 배선판으로 이루어지는 모듈 기판과, 상기 모듈 기판의 주면에 조립되는 복수의 전자부품과, 상기 모듈 기판의 이면에 설치된 복수의 전극단자와, 상기 모듈 기판의 주면을 덮도록 상기 모듈 기판에 고정되는 사각 형상의 금속제의 캡을 가지는 혼성 집적회로장치이고, 사각 형상의 상기 모듈 기판의 4 귀퉁이에는 그라운드 단자가 설치되며, 상기 모듈 기판에 상기 캡을 고정하는 고정부는, 상기 캡의 일부에서 형성되는 탄력적으로 작용하는 훅과 상기 모듈 기판에 설치되어 상기 훅이 걸려지는 훅 스톱퍼로 형성되고, 상기 훅은 상기 실장 기판의 주면에 설치된 랜드에 솔더를 통해서 고정되어 있다. 상기 모듈 기판의 4 귀퉁이는 내측으로 오목해지고 이 오목 부분에 훅 스톱퍼가 설치되고, 상기 캡의 외형은 사각 형상으로 되어 있다. 상기 전극단자는 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 복수의 전극단자와, 이들 전극단자보다도 내측에 배치되는 복수의 전원전위 공급용 단자로 이루어지고, 상기 전원전위 공급용 단자는 상기 실장 기판의 주면에 설치된 랜드에 솔더를 통해서 고정되어 있다. 상기 모듈 기판의 테두리에 따라서 나열되는 전극단자의 적어도 상기 모듈 기 판 테두리 근처 부분은 보호막으로 덮여져 있다. 상기 혼성 집적회로장치는 고주파 전력 증폭장치이고, 무선 통신장치를 구성한다.
상기 (1)의 구성에 의한 고주파 전력 증폭장치(혼성 집적회로장치)에 의하면, (a) 고주파 전력 증폭장치(혼성 집적회로장치)에 있어서는, 모듈 기판의 테두리에 따라서 배열되는 LGA 구조의 전극단자는, 모듈 기판의 테두리 근처의 부분이 보호막으로 덮여져 있으므로, 휴대전화기의 실장 기판에 탑재한 경우, 전극단자와 모듈 기판과의 사이에서 열응력이 작용하여도, 전극단자의 모듈 기판의 테두리 근처 부분의 경계 부분에서 모듈 기판에 크랙이 발생하지 않게 되고, 패키지내에 크랙을 통한 수분의 침입 등을 방지할 수 있으며, 고주파 전력 증폭장치 및 휴대전화기의 신뢰성을 높일 수 있음과 동시에 수명도 길게 할 수 있다.
(b) 보호막은 페이스트를 인쇄하여 형성하는 것이므로, 그 두께도 얇게 할 수 있기 때문에, 모듈 기판의 박형화를 달성할 수 있음과 동시에, 페이스트의 사용량 저감으로 제조 비용의 저감을 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 제조 비용 저감도 달성할 수 있다.
(c) 보호막은 페이스트를 인쇄하여 형성하고, 관통 홀을 가지는 그린 시트와 비교하여 얇은 것이므로, 모듈 기판의 치수도 작게 할 수 있는 결과, 고주파 전력 증폭장치의 소형화를 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 소형화도 달성할 수 있다.
(d) 고주파 전력 증폭장치를 실장 기판에 고정하는 경우, 전극단자 이외에 전원전위 공급용 단자도 접속용 단자로서 사용할 수 있으므로, 고주파 전력 증폭장 치의 실장 강도가 높게 된다. 또한, 이 전원전위 공급용 단자는 그라운드 단자도 되는 것이므로, 고주파 전력 증폭장치의 그라운드 전위가 각 회로부분에 있어서 안정하고, 안정한 동작을 기대할 수 있다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(e) 전원전위 공급용 단자는 모듈 기판의 장변 및 단변에 따라서 각각 복수 설치되어 있다. 이것에 의해, 고주파 전력 증폭장치의 실장에서의 리플로우시, 복수 부분의 용해한 솔더상에 고주파 전력 증폭장치가 놓이는 것으로 되어, 고주파 전력 증폭장치를 실장 기판에 대해서 경사지게 하기 어렵게 되어, 모듈 기판 전체를 실장 기판에서 일정 간격을 두고 실장되도록 되어, 파워, 효율 등의 성능이 안정하다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(f) 모듈 기판의 장변의 양단 부분에 오목 부분을 설치하고, 이 오목 부분에서 캡의 훅을 모듈 기판의 훅 스톱퍼에 걸어 패키지를 형성하는 구조로 되어 있는 것과, 이 훅을 지지하는 훅 지지암에 부착하는 땜납 필릿(fillet)의 돌출 길이를 0.3㎛ 정도로 짧게 하고 있으므로, 실장 면적은 거의 캡의 외주 테두리에 의해 규정되는 면적 이내로 거의 되는 결과, 실장 면적의 축소를 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 소형화도 달성할 수 있다.
(g) 훅 지지암의 하부 테두리는, 모듈 기판의 하면에까지 연장되고 있으므로, 고주파 전력 증폭장치를 실장 기판에 솔더를 통해서 탑재한 경우, 그라운드용 랜드에 솔더를 통해서 전기적으로 접속되고, 고주파 전력 증폭장치의 고정강도 향상, 그라운드 접지가 확실하게 된다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(h) 그라운드 단자를 사각 형상의 모듈 기판의 4 귀퉁이에 설치함으로써, 신호단자와 전원단자 등을 포함하는 외부단자의 레이아웃의 설계가, 고주파 전력 증폭장치에 있어서도 용이하게 됨과 동시에, 이 고주파 전력 증폭장치를 실장하는 실장 기판의 배선 레이아웃이 용이하게 되는 실익(實益)이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 또, 발명의 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 가지는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
(실시형태 1)
도 1 내지 도 17은 본 발명의 일 실시형태(실시형태 1)인 고주파 전력 증폭장치 및 그 고주파 전력 증폭장치를 조립한 휴대전화기에 관한 도면이다. 도 1 내지 도 11은 고주파 전력 증폭장치에 관한 도면이고, 도 12 내지 도 15는 휴대전화기에 관한 도면이다.
본 실시형태 1에서는, 혼성 집적회로장치로서, GSM(Global System for Mobile Communication)용의 증폭시스템과 DCS(Digital Cellular System)용의 증폭시스템을 가지는 고주파 전력 증폭장치(고주파 파워앰프 모듈)와, 상기 고주파 전력 증폭장치를 조립한 무선 통신기에 본 발명을 적용한 예에 대해서 설명한다.
고주파 전력 증폭장치(고주파 파워앰프 모듈)(10)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 외관적으로는 편평한 사각형체 구조로 되어 있다.
고주파 전력 증폭장치(10)는, 세라믹 배선판으로 이루어지는 모듈 기판(11) 과, 이 모듈 기판(11)의 일면측(주면측)에 포개서 부착된 캡(12)에 의해 편평한 사각형체 구조의 패키지(13)가 구성된 구조로 되어 있다.
캡(12)은, 전자 실드 효과의 역할을 달성하는 금속제이고, 프레스에 의한 성형품으로 되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 캡(12)은 금속판을 사각형 박스 형태로 접어 구부려 성형해서, 하면 주위 테두리에 따라서 돌출한 주벽(周壁)(30)을 가지는 구조로 되어 있다. 또한, 캡(12)의 장변의 양단 부분에서는 더 하방으로 돌출하는 훅 지지암(31)이 설치되어 있다. 이 훅 지지암(31)의 선단측의 내측에는, 이것도 성형에 의해 형성된 돌출하는 훅(32)이 설치되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 훅 지지암(31)은 탄력적으로 작용하여 모듈 기판(11)에 설치된 단차(段差)부분에서 형성되는 훅 스톱퍼(33)에 걸린다. 모듈 기판(11)의 4 귀퉁이는 도 3에 나타내는 바와 같이, 훅 지지암(31)이 들어가도록 일단 오목해지며, 이 오목 부분(34)은 도 4에 나타내는 바와 같이 두께 방향으로 계단 형태로 되어, 이 계단 부분의 돌출 부분의 하면이 훅 스톱퍼(33)로 되고, 이 훅 스톱퍼(33)에 훅(32)이 걸린다.
훅 스톱퍼(33)에서 모듈 기판(11)의 하면에 걸쳐 도체층(35)이 설치되어 있다. 이 도체층(35)의 모듈 기판(11)의 이면으로 연장되는 부분은 단자(35a)로 되고, 고주파 전력 증폭장치(10)를 실장 기판에 고정할 때의 접속단자로서 또한 그라운드 단자로서 사용할 수 있다. 다시 말하면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 실장 기판(36)의 표면(주면)에 상기 단자(35a)에 대응하여 그라운드용 랜드(37)를 설치해 두면, 전자 실드체로서 사용되는 캡(12)은 훅(32), 도체층(35)을 통해서, 실장 기판의 그라운드에 접속할 수 있다. 또한, 훅 지지암(31)의 하부 테두리는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 모듈 기판(11)의 하면에까지 연장되고 있으므로, 고주파 전력 증폭장치(10)를 실장 기판(36)에 솔더(38)를 통해서 탑재할 때, 도 13에 나타내는 바와 같이, 그라운드용 랜드(37)에 솔더(38)를 통해서 전기적으로 접속되고, 고주파 전력 증폭장치(10)의 고정강도 향상, 그라운드 접지가 확실하게 된다.
또한, 그라운드 단자를 사각 형상의 모듈 기판(11)의 4 귀퉁이에 설치함으로써, 신호 단자와 전원단자 등을 포함하는 외부단자의 레이아웃의 설계가, 고주파 전력 증폭장치(10)에 있어서도 용이하게 됨과 동시에, 이 고주파 전력 증폭장치 (10)를 실장하는 실장 기판의 배선 레이아웃이 용이하게 되는 실익이 있다.
모듈 기판(11)은, 예를 들면, 유리 세라믹스를 적층한 저온 소성의 세라믹 배선판으로 이루어지고 있다. 모듈 기판(11)의 주면에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 칩 저항(15), 칩 콘덴서(16) 등이 탑재되어 있다. 또한, 모듈 기판(11)의 주면에 설치된 홈의 바닥에는 반도체 증폭소자가 조립된 반도체 칩(17)이 탑재되어 있다. 이 반도체 칩(17)의 도시하지 않은 전극과, 모듈 기판(11)의 주면에 설치된 도시하지 않은 배선은 도전성의 와이어(18)로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 반도체 칩(17)과 와이어(18) 등은 절연성수지(19)로 덮여져 내습성(耐濕性)의 향상이 도모되고 있다.
모듈 기판(11)의 이면(저면)에는, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 전극단자(20)가 모듈 기판(11)의 테두리에 따라서 복수 설치됨과 동시에, 그 내측의 영역에는 전원전위 공급용 단자(21)가 복수 설치되어 있다. 전극단자(20) 및 전원 전위 공급용 단자(21)는, LGA 구조의 표면 실장형으로 되고, 모듈 기판(11)의 이면에 형성된 도체층으로 형성되어 있다. 이 도체층의 표면에는 솔더가 설치되어 있다.
고주파 전력 증폭장치(10)를 실장 기판에 고정하는 경우, 전극단자(20) 이외에 전원전위 공급용 단자(21)도 접속용 단자로서 사용할 수 있으므로, 고주파 전력 증폭장치(10)의 실장강도가 높게 된다. 또한, 이 전원전위 공급용 단자(21)는 그라운드 단자도 되므로, 고주파 전력 증폭장치(10)의 그라운드 전위가 각 회로 부분에 있어서 안정하고, 안정한 동작을 기대할 수 있다.
칩 저항(15), 칩 콘덴서(16), 반도체 칩(17)은 모듈 기판(11)의 주면에 설치된 전극패드(22)와 탑재패드(23)에 접속되어 고정되어 있다. 전극패드(22) 및 탑재패드(23)도 도전성의 메탈라이즈(metalize)층으로 형성되어 있다. 반도체 칩(17)을 탑재하는 모듈 기판 부분에는 복수의 관통한 홀(비아 홀)이 설치됨과 동시에, 이 홀에는 도체(24)가 충전되어 있다. 이 도체(24)는 탑재패드(23)와 전원전위 공급용 단자(21)를 전기적으로 접속하고 있다. 경우에 따라서는 이 전원전위 공급용 단자(21)는 상기 반도체 칩(17)의 그라운드에 전기적으로 접속되는 그라운드 단자가 된다. 즉, 전원전위 공급용 단자(21)는 모두 그라운드 단자가 되는 경우, 또는 일부가 그라운드 단자로 되고, 일부가 실장시의 접속강도 향상을 위한 단자가 된다.
전원전위 공급용 단자(21)는 모듈 기판(11)의 장변에 따라서 복수 설치되고, 단변에 따라서 복수 설치되어 있다. 이것은, 리플로우 실장시, 용해한 솔더상에 모듈 기판(11), 즉 고주파 전력 증폭장치(10)를 실은 때, 전원전위 공급용 단자(21) 가 하나인 경우에서는, 고주파 전력 증폭장치(10)가 실장 기판에 대해서 경사질 염려가 있다. 그래서, 본 실시형태 1에서는 전원전위 공급용 단자(21)를 모듈 기판(11)의 장변 및 단변에 따라서 각각 복수 설치함으로써, 실장 기판(36)을 수평으로 한 상태에서 솔더(38)를 용해한 때, 각 전원전위 공급용 단자(21) 부분에서 모듈 기판(11)(고주파 전력 증폭장치(10))을 수평으로 지지시켜, 도 12에 나타내는 바와 같이, 이것에 의해 실장 기판에 대해서 고주파 전력 증폭장치(10)가 경사져 고정되지 않도록 하는 것이다.
모듈 기판(11)의 테두리에 따라서 설치되는 전극단자(20)는 이하의 기능을 가지는 단자로 되어 있다. 도 3에서는 설명의 편의상 전극단자(20)의 외측에 각각 번호를 붙이고 있다. 1, 8, 9, 12, 13, 18, 19, 20 및 24는 넌콘택트 단자(NC)이고, 2, 10 및 22는 GND용 단자이며, 3, 4, 5는 Vdd-GSM용 단자이고, 6은 Vapc-GSM용 단자이며, 7은 Pout-DCS용 단자이고, 11은 Pout-GSM용 단자이며, 14는 Vapc-DCS용 단자이고, 15, 16 및 17은 Vdd-DCS용 단자이며, 21은 Pin-GSM용 단자이고, 23은 Pin-DCS용 단자이다.
한편, 이것이 본 발명의 특징의 하나이지만, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전극단자(20)의 모듈 기판 테두리 근처 부분은 보호막(40)으로 덮여져 있다(도 3, 도 5, 도 14 참조). 도 3에 있어서는, 전극단자(20), 전원전위 공급용 단자(21), 도체층(35)은 어느 것이라도 도체이므로 몇 개의 점으로 해서 나타내고 있다.
상기 보호막(40)은 이하의 수순으로 형성된다. 우선, 최초에, 배선 패턴이 형성된 복수의 그린 시트를 중첩함과 동시에 프레스 하여 이면에 전극단자를 가지 는 1매의 적층 그린 시트를 형성한다. 그 후, 적어도 상기 전극단자의 주연 부분을 덮도록 유리나 솔더 레지스트 등으로 이루어지는 페이스트를 인쇄해서 보호부를 형성한다. 이어서, 상기 그린 시트 및 상기 전극단자부와 상기 보호부를 소성 처리한다.
상기 소성에 의해, 적층 그린 시트는 소성된 모듈 기판으로 되고, 표면의 전극단자부는 전극단자가 되며, 전극단자부의 일부를 덮는 보호부는 보호막이 된다. 인쇄에서는 얇게 페이스트를 인쇄한다. 이것에 의해, 페이스트의 사용량이 적게 되어, 모듈 기판의 제조 비용을 내릴 수 있음과 동시에, 모듈 기판(1)의 박형화를 달성할 수 있다.
또한, 인쇄는 인쇄위치가 스크린의 패턴에 따라 정해지기 때문에, 인쇄위치는 상기 패턴의 변경으로 자유롭게 선택할 수 있다. 따라서, 미세한 패턴도 정확 하고 또 확실하게 인쇄할 수 있다. 이 결과, 관통 홀을 설치한 그린 시트를 포개서 보호막을 형성하는 경우에 비교해서, 모듈 기판의 치수를, 전극단자를 기판의 테두리에 가깝게 되는 부분만큼 작게 할 수 있다. 이것은 모듈 기판의 소형화, 다시 말하면 고주파 전력 증폭장치의 소형화가 가능해진다.
도 9는 전극단자부(47)가 이면에 형성된 적층 그린 시트(43)에 스크린 인쇄에 의해 보호부(48)를 형성하는 상태를 나타내는 모식도이다. 스크린 인쇄에 있어서, 프레임(41)에 펼쳐진 스크린(42)을 적층 그린 시트(43)의 이면에 위치 결정해서 포개지도록 근접시키고, 그 후 스퀴지(squeegee)(44)를 이동시켜 스크린(42)상의 페이스트(45)를 선택적으로 적층 그린 시트(43)의 이면에 인쇄하여 보호부(48) 를 형성한다.
그 후, 전극단자부(47) 및 보호부(48)를 포함하는 적층 그린 시트(43)를 소성 처리한다. 이 소성 처리에 의해, 전극단자부(47)는 전극단자(20)로 되고, 보호부(48)는 보호막(40)으로 되며, 적층 그린 시트(43)는 모듈 기판(11)으로 되어, 도 5에 나타내는 바와 같이 된다.
도 15는 고주파 전력 증폭장치(10)가 탑재되는 실장 기판(36)의 일부 평면도이다. 랜드는, 상기 단자(35a)에 대응하는 4 귀퉁이의 그라운드용 랜드(37)와, 이 그라운드용 랜드(37) 사이에 배열되는 전극단자(20)가 고정되는 전극단자용 랜드(49a)와, 전원전위 공급용 단자(21)가 고정되는 랜드(49b)로 이루어져 있다. 이들 랜드의 표면에는 솔더가 형성되어 있다.
다음에, 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치(10)의 제조방법에 대해서, 도 6의 플로우 차트 등을 참조하면서 간단히 설명한다. 고주파 전력 증폭장치(10)는, 도 6의 플로우 차트에 나타내는 바와 같이, 적층 그린 시트 준비((스텝 101:S101), 보호부 인쇄(S102), 소성(S103), 모듈 기판으로의 땜납 도포(S104), 부품 탑재(S105), 리플로우(S106), 세정(S107), 와이어본딩(S108), 레진 코팅(S109), 베이크(S110), 캡(CAP) 부착(S111), 모듈 기판 분할(S112), 선별(S113) 및 포장(S114)의 각 공정을 거쳐 출하된다. 모듈 기판은 단일 제품마다 제조하여도 되지만, 상술한 바와 같이 캡을 부착한 후에 분할하도록 하는 방법도 있다.
적층 그린 시트(43)는, 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 복수의 유전체판(그린 시트)를 포개서 프레스 한 것이다. 도 7에서는 그린 시트는 5매 포갠 구 조로 되어 있다. 이 도면은 도 1에 대응한다.
적층 그린 시트(43)의 이면에는 전극단자(20)와 전원전위 공급용 단자(21)로 되는 도체층(70)이 형성되고, 주면에는 각 전자부품을 탑재하는 전극패드(22)와 탑재패드(23)로 되는 도체층(70)이 형성되어 있다. 또, 이들 도체층(70)중, 전극단자(20)로 되는 도체층을 상술한 바와 같이 전극단자부(47)라 호칭하고 있다. 또한, 반도체 칩을 탑재하는 부분에서는 위에서 1번째와 2번째의 그린 시트가 펀칭되고, 이 결과 적층 그린 시트(43)의 상태에서는 오목하게 되어 있다. 이 오목 바닥에도 도체층(70)이 형성되어 있다(S101).
다음에, 적층 그린 시트(43)를 뒤집은 후, 전극단자(20)의 적층 그린 시트(43)의 테두리 근처의 테두리 부분을 상술한 바와 같이 인쇄하여 보호부(48)를 형성함(S102)과 동시에, 소성(S103)하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 전극단자(20)와 전원전위 공급용 단자(21) 등을 가지는 모듈 기판(11)을 형성한다. 전극단자(20)의 모듈 기판(11)의 테두리에 접근하는 테두리 부분은 보호막(40)으로 덮여진다. 또한, 전극패드(22), 탑재패드(23), 도체(24) 등도 형성된다. 또한, 이 모듈 기판(11)에 있어서는, 배선은 스트립 라인 구조와 마이크로 스트립 라인 구조로 된다.
그 후, 각 도체층의 표면에 땜납을 도포(S104)한 후, 반도체 칩(17), 칩 저항(15), 칩 콘덴서(16) 등의 전자부품을 탑재(S105)함과 동시에, 땜납(솔더)을 리플로우(S106)하여 전자부품을 고정한다.
일 예를 든다면, 모듈 기판(1)의 두께는 0.8㎜ 정도이고, 폭 15㎜, 길이 8㎜ 로 되어 있다. 또한, 전극단자의 전극의 두께는 10㎛ 정도이다. 또한, 전극단자의 일부를 보호막으로 덮는다.
그 후, 세정(S107)하여 플럭스(flux)를 씻어내고, 이어서 도 11에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(17)의 도시하지 않은 전극과 배선부분을 도전성의 와이어(18)로 접속(S108)하고, 절연성수지(19)로 반도체 칩(17)과 와이어(18) 등을 덮는다(S109).
다음에, 베이크를 행하고, 절연성수지(19)를 경화시킨다(S110).
다음에, 캡(12)을 부착(S111)한 후, 모듈 기판(11)을 분할(S112)하여 도 2에 나타내는 바와 같은 고주파 전력 증폭장치(10)를 제조하고, 이어서, 특성 선별(S113)하여 양품만을 포장(S113)하여 출하한다.
여기서, 본 발명의 고주파 전력 증폭장치(10)를 조립한 전자장치, 즉, 휴대전화기(무선 통신장치)에 대해서 설명한다. 고주파 전력 증폭장치(10)는 휴대전화기(무선 통신장치)의 실장 기판(36)에 탑재된다. 도 12는 실장 기판(36)에 탑재된 고주파 전력 증폭장치(10)를 나타낸다. 실장에 있어서는, 도 15에서 나타내는 랜드 패턴을 가지는 실장 기판(36)을 준비한 후, 이 실장 기판(36)상에 고주파 전력 증폭장치(10)를 위치 결정하여 얹어 놓는다. 그 후, 랜드(37, 49a, 49b)와 단자(20, 21, 35a)의 표면에 미리 설치한 솔더를 리플로우하여 접속하고, 도 12에 나타내는 것과 같은 휴대전화기(고주파 전력 증폭장치(10)의 실장구조 부분만을 나타낸다)를 제조한다.
도 13은 훅(32) 부분의 실장 상태를 나타내는 단면도이다. 그라운드용 랜 드(37)에 솔더(38)를 통해서 도체층(35)과 훅(32) 및 훅 지지암(31)의 하단이 접속되어 있다. 훅 지지암(31)의 외면에 형성되는 땜납 필릿(fillet)의 돌출 길이는, 예를 들면, 0.3㎛ 정도로 작다. 모듈 기판(11)의 장변의 양단 부분에 오목 부분 (34)을 설치하고, 이 오목 부분에서 캡(12)의 훅(32)을 모듈 기판(11)의 훅 스톱퍼 (33)에 걸어 패키지를 형성하는 구조로 되어 있는 것과, 상술의 땜납 필릿의 돌출 길이가 0.3㎛로 짧으므로, 그라운드용 랜드(37)를 기판 측부를 연장하여 가능한 한 사각형의 내부에 배치하는 것이 가능하다. 따라서, 휴대전화기에서의 실장 기판 (36)의 치수를 작게 할 수 있고, 휴대전화기의 소형화도 달성할 수 있다.
또한, 이 실장에 있어서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 모듈 기판(11)의 테두리에 따라서 배열되는 LGA 구조의 전극단자(20)는, 모듈 기판(11)의 테두리 근처의 부분이 보호막(40)으로 덮여져 있으므로, 전극단자(20)와 모듈 기판(11)과의 사이에서 열응력이 작용하여도, 도 24에 나타내는 것과 같은 전극단자(24)의 모듈 기판(1)의 테두리 근처 부분의 경계 부분에서 모듈 기판(1)에 크랙(6)이 발생하지 않게 된다.
이 결과, 패키지(13)내에 크랙을 통한 수분의 침입 등을 방지할 수 있고, 고주파 전력 증폭장치(10)의 신뢰성이 높아지게 됨과 동시에, 수명도 길게 된다.
본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치(10)는, 모듈 기판(11)의 배선 패턴과 모듈 기판(11)에 탑재되는 반도체 증폭소자를 포함하는 전자부품에 의해, 도 16에 나타내는 것과 같은 회로를 구성하도록 되어 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력 증폭장치, GSM용의 증폭시스템(e) 과 DCS용의 증폭 시스템(f)를 가진다. 증폭 시스템(e) 및 증폭 시스템(f)는, 각각 사용하는 전자부품의 성능은 다른 것이지만, 회로 구성은 동일하게 되어 있다. 따라서, 증폭시스템(e)의 설명에 있어서, 증폭시스템(e)에 대응하는 증폭시스템(f)의 부품의 기호를 괄호 내에 표시하고, 증폭시스템(f)의 설명으로 한다.
증폭시스템(e)의 외부 전극단자는, 입력단자로서의 Pin-GSM(증폭시스템(f)에서는 Pin-DCS), 출력단자로서의 Pout-GSM(증폭시스템(f)에서는 Pout-DCS), 제1 기준전위(전원전위)로서의 Vdd-GSM(증폭시스템(f)에서는 Vdd-DCS), 바이어스 단자로서의 Vapc-GSM(증폭시스템(f)에서는 Vapc-DCS)이다. 또한, 제2 기준전위로서의 GND용 단자가 설치되어 있다.
Pin-GSM(Pin-DCS)와 Pout-GSM(Pin-DCS)와의 사이에는 3단의 증폭단이 직렬로 접속되어 있다. 초단 증폭단, 제2단 증폭단 및 제3단 증폭단(최종단 증폭)은, 어느 것이라도 트랜지스터(Q1, Q2, Q3(Q4, Q5, Q6))으로 구성되어 있다.
각 증폭단을 구성하는 트랜지스터의 각각은, 그 단으로의 입력신호 및 바이어스 전위를 받는 제어단자(게이트 전극)와, 그 단의 출력신호를 송출하는 제1 단자(드레인 전극)와, 그 단을 위한 기준전위(GND 전위)를 받기 위한 제2 단자(소스 전극)으로 되어 있다.
Pin-GSM(Pin-DCS)는 정합회로(L1(L8))를 통해서 트랜지스터(Q1(Q4))의 게이트 전극에 접속되어 있다. 증폭시스템은 3단 구성이므로 제2단의 트랜지스터 및 제3단의 트랜지스터의 게이트 전극은 모두 전단의 트랜지스터의 드레인 전극에 정합회로(L3(L10), L5(L12))를 통해서 접속되어 있다. 최종단 증폭단인 출력단이 되는 트랜지스터(Q3(Q6))의 드레인 전극은 정합회로(L7(L14))를 통해서 Pout-GSM(Pout-DCS)에 접속되어 있다.
각 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 드레인 전극은 정합회로(L2, L4, L6(L9, L11, L13))을 통해서 Vdd-GSM(Vdd-DCS)에 접속되어 있다.
각 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 게이트 전극은 Vapc-GSM(Vapc-DCS)에 접속되어 있다. 이들 게이트 전극과 Vapc-GSM(Vapc-DCS)와의 사이에는, 각각의 게이트 전극에 인가하는 바이어스 전위를 제어하기 위한 바이어스 회로가 설치되어 있다. 바이어스 회로는, 분압 저항을 형성하는 바이어스 저항(R1~R5(R6~R10))에 의해 형성되어 있다.
도 16에 있어서 파선 프레임으로 나타내는 부분이 반도체 칩(FET 칩)(17)이다. 이 반도체 칩(17)에는, GSM용의 증폭시스템(e)의 트랜지스터(Q1, Q2)와, 이들 트랜지스터(Q1, Q2)의 바이어스 저항비를 정하는 바이어스 저항(R1, R2, R3, R4, R5)과, DCS용 증폭시스템(f)의 트랜지스터(Q4, Q5)와, 이들 트랜지스터(Q4, Q5)의 바이어스 저항비를 정하는 바이어스 저항(R6, R7, R8, R9, R10)이 모놀리딕 (monolithic)에 조립되어 있다. 이것에 의해, 부품 갯수의 저감을 도모할 수 있고, 고주파 전력 증폭장치의 소형화 및 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
이와 같은, 고주파 전력 증폭장치는, 도 17에 나타내는 바와 같이 휴대전화기에 조립되어 사용된다. 도 17은 듀얼밴드 무선통신기의 일부를 나타내는 블록도이고, 고주파 신호처리 IC(RF linear)(50)에서 안테나(Antenna)(51)까지의 부분을 나타낸다. 또, 도 17에서는, 고주파 전력 증폭장치의 증폭시스템은 GSM용의 증폭시 스템과, DCS용의 증폭시스템 2개를 구별해서 나타내고 있고, 그 증폭기를 PA(Power Amplifier)(58a, 58b)로서 나타내고 있다.
안테나(51)는 안테나 송수신 절환기(52)의 안테나 단자에 접속되어 있다. 안테나 송수신 절환기(52)는, PA(58a, 58b)의 출력을 입력하는 단자(Pout1, Pout2)와, 수신단자(RX1, RX2)와, 제어단자(control1, control2)를 가지고 있다.
고주파 신호처리 IC(50)에서의 GSM용의 신호는 PA(58a)로 보내지고, Pout1로 출력된다. PA(58a)의 출력은 커플러(coupler)(54a)에 의해 검출되고, 이 검출신호는 자동출력 제어회로(APC 회로)(53)로 피드백된다. APC 회로(53)는 상기 검출신호를 기초로 동작하여 PA(58a)를 제어한다.
또한, 마찬가지로 고주파 신호처리 IC(50)에서의 DCS용의 신호는 PA(58b)로 보내지고, Pout2로 출력된다. PA(58b)의 출력은 커플러(coupler)(54b)에 의해 검출되고, 이 검출신호는 자동 출력 제어회로(APC 회로)(53)로 피드백된다. APC 회로(53)는 상기 검출신호를 기초로 동작하여 PA(58b)를 제어한다.
안테나 송수신 절환기(52)는 듀플렉서(55)를 가지고 있다. 이 듀플렉서(55)는 단자를 가지고 있고, 1 단자는 상기 안테나 단자(Antena)에 접속되고, 다른 2 단자내의 한쪽은 GSM용의 송수신 절환스위치(56a)에 접속되고, 다른쪽은 DCS용의 송수신 절환스위치(56b)에 접속되어 있다.
송수신 절환스위치(56a)의 a 접점은 필터(57a)를 통해서 Pout1에 접속되어 있다. 송수신 절환스위치(56a)의 b 접점은 용량(C1)을 통해서 수신단자(RX1)에 접속되어 있다. 송수신 절환스위치(56a)는 제어단자(control1)로 입력되는 제어신호 에 의해 a 접점 또는 b 접점과의 전기적 접속의 절환이 행해진다.
또한, 송수신 절환스위치(56b)의 a 접점은 필터(57b)를 통해서 Pout2에 접속되어 있다. 송수신 절환스위치(56b)의 b 접점은 용량(C2)을 통해서 수신단자(RX2)에 접속되어 있다. 송수신 절환스위치(56b)는 제어단자(control2)로 입력되는 제어신호에 의해 a 접점 또는 b 접점과의 전기적 접속의 절환이 행해진다.
수신단자(RX1)와 고주파 신호처리 IC(50)와의 사이에는, 필터(60a)와 저잡음 앰프(LNA)(61a)가 순차 접속되어 있다. 또한, 수신단자(RX2)와 고주파 신호처리 IC(50)와의 사이에는, 필터(60b)와 저잡음 앰프(LNA)(61b)가 순차 접속되어 있다.이 무선통신기에 의해 GSM 통신 및 DCS 통신이 가능해진다.
본 실시형태 1에 의하면 이하의 효과를 가진다.
(1) 고주파 전력 증폭장치(혼성 집적회로장치)에 있어서는, 모듈 기판(11)의 테두리에 따라서 배열되는 LGA 구조의 전극단자(20)는, 모듈 기판(11)의 테두리 근처의 부분이 보호막(40)으로 덮여져 있으므로, 휴대전화기의 실장 기판(36)에 탑재한 경우, 전극단자(20)와 모듈 기판(11)과의 사이에서 열응력이 작용하여도, 전극단자(20)의 모듈 기판(11)의 테두리 근처 부분의 경계 부분에서 모듈 기판(11)에 크랙이 발생하지 않게 되고, 패키지(13)내에 크랙을 통한 수분의 침입 등을 방지할 수 있고, 고주파 전력 증폭장치(10) 및 휴대전화기의 신뢰성을 높일 수 있음과 동시에 수명도 길게 할 수 있다.
(2) 보호막(40)은 페이스트를 인쇄하여 형성하는 것이므로, 그 두께도 얇게 할 수 있기 때문에, 모듈 기판(11)의 박형화를 달성할 수 있음과 동시에, 페이스트 의 사용량 저감으로 제조 비용의 저감을 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 제조 비용 저감도 달성할 수 있다.
(3) 보호막(40)은 페이스트를 인쇄하여 형성하고, 관통 홀을 가지는 그린 시트를 이용하지 않으므로, 모듈 기판(11)의 치수도 작게 할 수 있는 결과, 고주파 전력 증폭장치(10)의 소형화를 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 소형화도 달성할 수 있다.
(4) 고주파 전력 증폭장치(10)를 실장 기판(36)에 고정하는 경우, 전극단자(20) 이외에 전원전위 공급용 단자(21)도 접속용 단자로서 사용할 수 있으므로, 고주파 전력 증폭장치(10)의 실장 강도가 높게 된다. 또한, 이 전원전위 공급용 단자(21)는 그라운드 단자로도 되므로, 고주파 전력 증폭장치(10)의 그라운드 전위가 각 회로 부분에서 안정하고, 안정한 동작을 기대할 수 있다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(5) 전원전위 공급용 단자(21)는 모듈 기판(11)의 장변 및 단변에 따라서 각각 복수 설치되어 있다. 이것에 의해, 고주파 전력 증폭장치(10)의 실장에서의 리플로우시, 복수 부분의 용해한 솔더상에 고주파 전력 증폭장치(10)를 싣는 것으로 되어, 고주파 전력 증폭장치(10)가 실장 기판에 대해서 경사지제 하기 어렵게 되고, 모듈 기판(11) 전체가 실장 기판(36)에서 일정한 간격을 두고 실장되게 되어, 파워, 효율 등의 특성이 안정하다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(6) 모듈 기판(11)의 장변의 양단 부분에 오목 부분(34)을 설치하고, 이 오 목 부분(34)에 캡(12)의 훅(32)을 모듈 기판(11)의 훅 스톱퍼(33)에 걸어 패키지를 형성하는 구조로 되어 있는 것과, 이 훅(32)을 지지하는 훅 지지암(31)에 부착하는 땜납 필릿의 돌출 길이를 0.3㎛ 정도로 짧게 하고 있으므로, 실장 면적은 거의 캡(12)의 외주 테두리에 의해 규정되는 면적 이내로 거의 되는 결과, 실장 면적의 축소를 달성할 수 있다. 따라서, 휴대전화기의 소형화도 달성할 수 있다.
(7) 훅 지지암(31)의 하부 테두리는, 모듈 기판(11)의 하면에까지 연장되고 있으므로, 고주파 전력 증폭장치(10)를 실장 기판(36)에 솔더(38)를 통해서 탑재한 경우, 그라운드용 랜드(37)에 솔더(38)를 통해서 전기적으로 접속되고, 고주파 전력 증폭장치(10)의 고정강도 향상, 그라운드 접지가 확실해진다. 따라서, 휴대전화기도 안정 동작하여 쾌적한 통화가 가능하다.
(8) 그라운드 단자를 사각 형상의 모듈 기판(11)의 4 귀퉁이에 설치함으로써, 신호 단자와 전원단자 등을 포함하는 외부 단자의 레이아웃의 설계가 고주파 전력 증폭장치(10)에 있어서도 용이하게 됨과 동시에, 이 고주파 전력 증폭장치(10)를 실장하는 실장 기판의 배선 레이아웃이 용이하게 되는 실익이 있다.
(실시형태 2)
도 18은 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 2)인 고주파 전력 증폭장치의 모식적 단면도이다. 도 19는 고주파 전력 증폭장치의 모듈 기판의 저면도이다. 도 20은 고주파 전력 증폭장치에서의 전극단자의 실장 기판으로의 접속상태를 나타내는 일부 단면도이다.
본 실시형태 2의 예에서는, 도 18 내지 도 20에 나타내는 바와 같이, 전극단 자(20) 및 전원전위 공급용 단자(21)의 테두리 전체 둘레를 보호막(40)으로 덮는 예이다. 본 실시형태 2의 경우도 실시형태 1과 같은 효과를 갖게 된다.
(실시형태 3)
도 21은 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 3)인 고주파 전력 증폭장치의 저면도이다. 본 실시형태 3의 예에서는, 모듈 기판(11)의 훅 스톱퍼(33)를 변(邊)의 중앙에 설치한 것이다. 따라서, 도시하지 않지만 캡(12)에 설치하는 훅 지지암(31)의 위치도 캡(12)의 변의 중앙에 위치하여, 상기 훅 스톱퍼(33)에 대응한다. 본 실시형태 3에서는, 단자측의 풋 프린트가 모듈 기판에서 돌출하지 않게 접속할 수 있으므로, 고객 보드에서의 실장 면적을 향상하는 효과가 있다.
(실시형태 4)
도 22는 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 4)인 고주파 전력 증폭장치의 사시도이고, 도 23은 캡(12)과 모듈 기판(11)과의 훅 스톱퍼의 단면도이다. 본 실시형태 4에서는, 모듈 기판(11)의 대항하는 2변에 각각 홈(80)을 설치함과 동시에, 이 홈(80)에 맞물리는 러그(lug)(81)를 캡(12)에 형성하고, 캡 밀봉시에는, 캡(12)의 러그(81)를 모듈 기판(11)의 홈(80)에 맞물리게 하여, 양자를 솔더(82)로 고정하는 것이다.
본 실시형태 4에 의하면, 기판 분할 전에 캡의 납땜을 행해도, 인접 캡끼리 납땜되는 것에 의한 분할 불량이 발생하기 어렵게 된다.
이상 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 의거해서 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하 지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다, 예를 들면, 실시형태에서는 혼성 집적회로장치로서 고주파 전력 증폭장치에 본 발명을 적용한 예에 대해서 설명하였지만, 다른 혼성 집적회로장치와 그 혼성 집적회로장치를 조립한 전자장치에 적용할 수 있다. 예를 들면, 휴대전화기 관계에서 말하면, 전압제어 발진기(VCO)와 안테나 스위치 등에도 적용할 수 있고, 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시형태 1에서는, 증폭단을 구성하는 반도체 증폭소자(트랜지스터)로서 MOS(Metal Oxide Semiconductor)FET를 이용한 예에 대해서 설명하였지만, 실리콘 바이폴라 트랜지스터, GaAs-MES(Metal-Semiconductor)FET, HBT(Hetero Junction Bipolar Transistor), HEMT(High Electron Mobility Transistor), Si-GeFET 등 다른 트랜지스터라도 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전력증폭기 모듈은, 셀룰러 전화기 등 무선 통신장치의 송신부에 이용하는 고주파 파워앰프 모듈에 조립되어, 무선 통신장치로서 이용된다. 특히, 본 발명의 전력증폭기 모듈은, 모듈 기판의 테두리 근처의 부분이 보호막으로 덮여져 보호되고 있기 때문에, 전력증폭기 모듈의 실장시 모듈 기판에 크랙이 발생하기 어렵게 되어, 실장의 신뢰성 향상에 적합한 기술이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태(실시형태 1)인 고주파 전력 증폭장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 모듈 기판의 저면도이다.
도 4는 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 상기 모듈 기판의 일부를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 제조에 있어서, 배선과 전극단자 등이 형성된 적층 상태의 그린 시트를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 8은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 제조에 있어서, 전극단자의 바깥 테두리 부분을 보호막으로 덮은 모듈 기판의 모식적 단면도이다.
도 9는 상기 보호막의 형성 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 제조에 있어서, 전자부품을 탑재한 모듈 기판을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 11은 본 실시형태 1의 고주파 전력 증폭장치의 제조에 있어서, 반도체 칩과 와이어를 수지로 덮은 상태의 모듈 기판을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 12는 본 실시형태 1인 휴대전화기에서의 고주파 전력 증폭장치의 실장 기판으로의 실장 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 13은 상기 고주파 전력 증폭장치의 실장 상태를 나타내는 일부 단면도이다.
도 14는 상기 고주파 전력 증폭장치에서의 전극단자 부분의 실장상태를 나타내는 일부의 단면도이다.
도 15는 상기 실장 기판에서의 랜드의 레이아웃을 나타내는 일부 평면도이다.
도 16은 상기 고주파 전력 증폭장치의 등가 회로도이다.
도 17은 상기 휴대전화기의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 2)인 고주파 전력 증폭장치의 모식적 단면도이다.
도 19는 본 실시형태 2의 고주파 전력 증폭장치의 모듈 기판의 저면도이다.
도 20은 본 실시형태 2의 고주파 전력 증폭장치의 전극단자의 실장 기판으로의 접속상태를 나타내는 일부 단면도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 3)인 고주파 전력 증폭장치의 저면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시형태(실시형태 4)인 고주파 전력 증폭장치의 사시도이다.
도 23은 본 실시형태 4의 고주파 전력 증폭장치의 일부 단면도이다.
도 24는 본 발명자에 의한 본 발명에 앞선 검토에 의해 판명한 고주파 전력 증폭장치의 실장 불량을 설명하는 모식도이다.

Claims (11)

  1. 실장기판에 실장가능한, 전력증폭회로를 포함하는 고주파 파워앰프(power amplifier) 모듈로서,
    주면 및 상기 주면과 반대측의 이면을 갖는 모듈 기판과,
    상기 모듈 기판의 주면상에 설치된 탑재부와 상기 탑재부상에 탑재된, 상기 전력증폭회로를 구성하는 반도체 증폭소자를 포함하는 반도체칩과,
    상기 반도체칩을 덮는 절연성 수지와,
    상기 모듈 기판 이면의 4개의 변에 따라 각각 배열된 복수의 전극단자와,
    상기 모듈 기판 이면의 상기 복수의 전극단자의 내측에 배열된 복수의 전원전위 공급용 단자와,
    상기 탑재부의 하부의 상기 모듈 기판 내에 형성된 복수의 관통공 및 상기 관통공 내에 충전된 도체를 포함하며,
    상기 복수의 전극단자는 상기 전력증폭회로의 입력단자 및 출력단자를 포함하며,
    상기 복수의 전원전위 공급용 단자와 상기 탑재부는 상기 도체를 통하여 전기적으로 접속되고,
    상기 전원전위 공급용 단자는 상기 반도체칩의 그라운드(ground) 전위를 공급하기 위하여 사용되며,
    상기 복수의 전극단자 및 전원전위 공급용 단자 상에 땜납을 형성하여, 상기 실장기판과 접속가능한 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전원전위 공급용 단자 및 전극단자는 LGA(Land Grid Array) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 파워앰프 모듈은 GSM(Global System for Mobile Communication)용의 증폭계와 DCS(Digital Cellular System)용의 증폭계를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 전극단자는, 상기 GSM용 및 DCS용의 증폭계의 각각의 입력단자, 출력단자 및 바이어스 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전극단자는, 복수의 비접촉단자(non-contact)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전극단자는, 상기 GSM용 및 DCS용의 증폭계의 각각의 VDD 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 기판은 세라믹 배선기판으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 기판의 주면상에는, 칩저항, 칩콘덴서가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 기판의 이면에는, 상기 전원전위 공급용 단자가 4개 이상 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 파워앰프 모듈.
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