(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミック誘電体基板上に、半田バンプを介してベアＳＡＷチップをフリップチップ実装してなる配線基板において、誘電体基板の表面の平坦性に優れ、ベアＳＡＷチップの実装信頼性や気密信頼性を得ることができる、歩留まりのより高周波配線基板を提供する。【解決手段】セラミックスからなる誘電体基板の表面に、半田によってベアＳＡＷチップがフリップチップ実装されてなるとともに、前記誘電体基板の裏面に、外部回路と接続するための端子電極３８およびグランド電極３９とを具備してなる配線基板であって、前記グランド電極が、前記誘電体基板の裏面の全体面積の２０％以下の面積の個別グランド電極４０ａ〜４０ｉに分割形成されている。【選択図】図５
2006066731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる誘電体基板の表面に、半田によってベアＳＡＷチップがフリップチップ実装されてなるとともに、前記誘電体基板の裏面に、外部回路と接続するための端子電極およびグランド電極とを具備してなる配線基板であって、前記グランド電極が、前記誘電体基板の裏面の全体面積の２０％以下の面積の個別グランド電極に分割形成されてなることを特徴とする高周波配線基板。
【請求項２】
前記誘電体基板が、電力増幅用半導体と整合回路で構成された電力増幅器と、該電力増幅器への入力信号のノイズを除去するフィルタと、前記電力増幅器の出力信号を検出するための方向性結合器及び検波回路と、送受信の信号を分けるデュプレクサを具備し、前記デュプレクサおよび前記フィルタが、前記ベアＳＡＷチップによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記誘電体基板の裏面の個別グランド電極および端子電極を、誘電体基板の中心を通る線分に対して対称的に配置してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波配線基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波配線基板を搭載してなることを特徴とする通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などの移動体通信機器に用いられる高周波電力増幅装置、高周波フィルタ装置および高周波分波器装置を一体構成した小型・高性能かつ低価格な高周波モジュールなどに適した高周波配線基板およびそれを用いた通信機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機の普及が進みつつあり、携帯電話機の機能、サービスの向上が図られている。このような携帯電話機では各送受信系の構成に必要な高周波信号処理回路を基板に搭載している。
【０００３】
従来の、高周波信号処理回路の一般的構成では、アンテナから入力された受信信号とアンテナに給電する送信信号とを切り替えるための送信用及び受信用デュプレクサが設けられている。
【０００４】
アンテナから入ってきた無線信号は、受信用デュプレクサの前段に設けられた整合回路を通って受信用デュプレクサに入力され、ここで受信信号が選択的に通過される。受信信号は、低雑音増幅器で増幅され、信号処理回路に供給される。
【０００５】
一方、送信信号は、所定の送信通過帯域内の送信信号を通過させる高周波フィルタを通ってノイズを落とされ、高周波電力増幅回路に伝えられる。高周波電力増幅回路は、この送信信号を電力増幅し、前記送信用デュプレクサに供給する。
【０００６】
従来、前記送信用及び受信用デュプレクサ、整合回路、高周波電力増幅回路、高周波フィルタなどがそれぞれ個別部品として製造され、基板の上面にディスクリートに搭載されている。また、最近では、前記送信用及び受信用デュプレクサとして、所定の基板の表面に半田を用いて直接、フリップチップ実装するベアＳＡＷチップを用いたものが提案されている。
【０００７】
図６は、高周波モジュールの一例を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は、誘電体基板の裏面のパターン図、（ｃ）は、裏面の要部断面図である。図４に示す高周波モジュールは、セラミックスからなる誘電体基板５１の表面に、電力増幅用半導体素子５２が実装されており、ワイヤーボンディングで誘電体基板５１表面の電極と接続されている。また、送信用及び受信用デュプレクサとして、ベアＳＡＷチップ５３ａ、５３ｂが誘電体基板５１の表面に直接、フリップチップ実装される。また、誘電体基板５１の表面には、フィルタ５４が実装されたり、誘電体基板５１の内部には、配線パターンによって、カプラ５５や分波回路５６、整合回路５７などが形成される。
【０００８】
また、誘電体基板５１の裏面には、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、入出力および電源ラインの端子５８と、その他グランド端子５９が形成されている。グランド端子５９は、基板５１の裏面で全て接続された１つの共通電極６０上に形成されており、その表面に半田レジスト６１が被着形成され、破線で示す部分のみが露出され、グランド端子５９を形成している。
【０００９】
また、この高周波モジュールは、強度などの信頼性の点から、誘電体基板としてセラミックスが用いられ、セラミックスのグリーンシートに導体ペーストを用いて所定の導体パターンに印刷塗布した後に積層し、焼成して誘電体基板を作成した後、その誘電体基板５１の表面に電力増幅用半導体素子５２、ベアＳＡＷチップ５３ａ、５３ｂやその他の電子部品を半田などによって実装して組み立てられている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−４３９７７号
【特許文献２】特許第３１０８１０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記構成においては、ベアＳＡＷチップ５３ａ、５３ｂを誘電体基板５１に半田によってフリップチップ実装する場合、その誘電体基板５１の表面の平坦性が非常に重要であり、平坦性が低いと、実装信頼性が大きく損なわれるという問題があった。とりわけ、ベアＳＡＷチップのように、半田バンプを介して実装する場合には、バンプの高さにばらつきが発生すると実装不良となり、量産歩留りに大きく影響していた。また、バンプによる実装によって気密空間を形成する場合に、気密封止の信頼性が劣化するという問題があった。
【００１１】
したがって、本願発明は、誘電体基板の表面に、半田バンプを介してベアＳＡＷチップをフリップチップ実装してなる配線基板において、誘電体基板の表面の平坦性に優れ、ベアＳＡＷチップの実装信頼性や気密信頼性を得ることができる、歩留まりのより高周波配線基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の高周波配線基板は、セラミックスからなる誘電体基板の表面に、半田によってベアＳＡＷチップがフリップチップ実装されてなるとともに、前記誘電体基板の裏面に、外部回路と接続するための端子電極およびグランド電極とを具備してなる配線基板であって、前記グランド電極が、前記誘電体基板の裏面の全体面積の２０％以下の面積の個別グランド電極に分割形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、電力増幅用半導体と整合回路で構成された電力増幅器と、該電力増幅器への入力信号のノイズを除去するフィルタと、前記電力増幅器の出力信号を検出するための方向性結合器及び検波回路と、送受信の信号を分けるデュプレクサを具備し、前記デュプレクサおよび前記フィルタを、前記ベアＳＡＷチップによって構成してなる高周波モジュールを構成する場合に好適である。
【００１４】
また、前記誘電体基板の裏面の個別グランド電極および端子電極を、誘電体基板の中心を通る線分に対して対称的に配置してなることによって、さらに平坦性を高めることができる。
【００１５】
また、本発明は、上記の高周波モジュールを搭載することによって、信頼性の高い通信機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ベアＳＡＷチップ実装面の高い平坦度を有する配線基板を得ることができる結果、ベアＳＡＷチップのフリップチップ実装時においても、接続信頼性および気密封止信頼性の高い高周波モジュールに適した配線基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、携帯電話装置等の移動体通信機器に用いられる、ＣＤＭＡデュアルバンド方式の高周波信号処理回路のブロック構成図を示す。
【００１９】
このＣＤＭＡデュアルバンド方式では、セルラー方式８００ＭＨｚ帯及びＰＣＳ方式１．９ＧＨｚ帯の周波数バンドを持った２つの送受信系と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）による測位機能を利用するためＧＰＳの受信バンド１．５ＧＨｚ帯を持った１つの受信系とから構成される。
【００２０】
図１において、１はアンテナ、２は周波数帯を分けるためのＬＰＦ，ＨＰＦを含む分波器、３ａは１．９ＧＨｚ帯の送信系を分離するＳＡＷデュプレクサ、３ｂは同受信系を分離するＳＡＷデュプレクサ、４ａは８００ＭＨｚ帯の送信系を分離するＳＡＷデュプレクサ、４ｂは同受信系を分離するＳＡＷデュプレクサである。また、１２は前記分波器２から取り込まれるＧＰＳ信号を通過させるためのＳＡＷフィルタである。３ｃ，４ｃは、受信信号の位相を回転させる整合回路である。
【００２１】
送信系では、送信信号処理回路ＲＦＩＣ１７から出力されるセルラー送信信号は、ＳＡＷフィルタを有するＢＰＦ９でノイズが落とされ、高周波電力増幅回路７に伝えられる。送信信号処理回路ＲＦＩＣ１７から出力されるＰＣＳ送信信号は、ＳＡＷフィルタを有するＢＰＦ１０でノイズが落とされ、高周波電力増幅回路８に伝えられる。
【００２２】
高周波電力増幅回路７，８は、それぞれ８００ＭＨｚ帯，１．９ＧＨｚ帯の周波数で駆動され、送信電力を増幅する。増幅された送信信号は、方向性結合器５，６を通り、前記ＳＡＷデュプレクサ４ａ，３ａに入力される。
【００２３】
方向性結合器５，６は、高周波電力増幅回路７，８からの出力信号のレベルをモニタして、そのモニタ信号に基づいて高周波電力増幅回路のオートパワーコントロールする機能があり、そのモニタ出力は、検波用回路１１に入力される。
【００２４】
一方受信系は、ＳＡＷデュプレクサ４ｂ，３ｂで分離された受信信号を増幅する低雑音増幅器ＬＮＡ１４，１３と、受信信号からノイズを除去する高周波フィルタ１６，１５とを備えている。高周波フィルタ１６，１５を通った受信信号は、受信信号処理回路ＲＦＩＣ１８に伝えられ信号処理される。また、前記ＧＰＳ用ＳＡＷフィルタ１２で分離されたＧＰＳ信号は、受信信号処理回路ＲＦＩＣ１８で信号処理される。
【００２５】
前記デュプレクサの構成は限定されないが、好ましくは、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ４Ｏ７結晶などからなる基板上に、櫛歯状のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が形成されたものである。
【００２６】
前記高周波電力増幅回路の構成も限定されないが、好ましくは、高周波信号を増幅する機能を持ち、小型化、高効率化を図るためにＧａＡｓＨＢＴ（ガリウム砒素ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造、又はＰ−ＨＥＭＴ構造のＧａＡｓトランジスタやシリコン若しくはゲルマニウムトランジスタを含む半導体素子で形成されている。
【００２７】
以上のような構成の高周波信号処理回路を含む移動体通信機器においては、各部に対する小型化、軽量化の要求が大きく、これらの要求を考慮して、高周波信号処理回路は、所望の特性が達成できる単位でモジュール化されている。
【００２８】
すなわち、図１で太い点線２２で示したように、分波器２、ＳＡＷデュプレクサ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ、高周波電力増幅回路７，８、方向性結合器５，６などを含む分波系回路及び送信系回路が、１つの基板に形成された１つの高周波モジュール２２を形成している。
【００２９】
なお、高周波モジュール２２を、８００ＭＨｚ帯の高周波モジュールと、１．９ＧＨｚ帯の２つの高周波モジュールに分けるという実装方法も可能である。さらに低雑音増幅器ＬＮＡ１３，１４と受信用高周波フィルタ１５，１６を含んだモジュールを追加して形成してもよい。
【００３０】
以下、８００ＭＨｚ帯と、１．９ＧＨｚ帯の２つの周波数帯を含む１つの高周波モジュール２２に基づいて説明する。
【００３１】
図２に、高周波モジュール２２の平面図を示し、図３にその断面図を示す。高周波モジュール２２は、同一寸法形状の９層の誘電体層が積層された多層基板構造を有している。
【００３２】
多層基板２３の表層には、各種のパターン、各種チップ部品のほか、ＢＰＦ９，１０、ＧＰＳ用のＳＡＷフィルタ１２、検波用回路１１、ＳＡＷデュプレクサとしてベアＳＡＷチップ３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂ、及び高周波電力増幅回路７，８の一部を構成する電力増幅用半導体素子２４，２５などが搭載され、これらは半田などで誘電体層上の導体パターンに接合されている。
【００３３】
電力増幅用半導体素子２４，２５は、多層基板２３上の導体パターンとワイヤーボンディングで接続されている。電力増幅用半導体素子２４、２５の周囲には、同じく高周波電力増幅回路７、８の一部を構成する電力増幅用整合回路２６、２７がチップ部品や導体パターンで形成されている。
【００３４】
なお、電力増幅用半導体素子２４、２５、電力増幅用整合回路２６、２７などは、多層基板の裏面に搭載するようにしてもよい。
【００３５】
多層基板２３の内部には、整合回路３ｃ，４ｃと、方向性結合器５，６とが内装され、さらに電力増幅用半導体素子２４，２５とＢＰＦ９，１０との間にＤＣカット用結合コンデンサ２８、ＢＰＦ９，１０と接地との間にコンデンサ２９が内装されている。
【００３６】
構造的にいえば、これらの内部素子を構成する、分布定数線路、結合線路、分布型コンデンサ、抵抗などの導体パターンが誘電体層中にそれぞれ形成されている。例えば、方向性結合器５、６を構成する結合線路は２枚の相重なる誘電体層上にそれぞれ形成されている。
【００３７】
そして、各誘電体層には複数の層にわたって、回路を縦に接続するため必要なビアホール導体が縦方向に形成されている。特に、図３における５０は、電力増幅用半導体素子２４、２５で発生する熱を逃がすため設けられた、誘電体層を上下に貫通するサーマルビアである。
【００３８】
一方、誘電体基板２３の表面に実装されるベアＳＡＷチップの実装構造について説明する。図４（ａ）は、ベアＳＡＷチップの実装面側の表面パターンおよび高周波モジュール側の実装部のパターン図、（ｂ）はベアＳＡＷチップをフリップチップ実装したときの概略断面図である。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、ベアＳＡＷチップは、例えばタンタル酸リチウム単結晶、ランガサイト型結晶構造を有する例えばランタン−ガリウム−ニオブ系単結晶、四ホウ酸リチウム単結晶等の圧電性の単結晶から成る圧電基板３０の表面に、一対の入出力端子３１ａ、３１ｂと、励振電極である櫛歯状の共振子電極３２、およびこれらを囲むように、接地用端子３３が被着形成されている。図４（ａ）に示すように、高周波配線基板２３側には、上記端子と対向する位置に、一対の入出力用電極３４ａ、３４ｂ、接地用電極３５がリング状に形成されている。そして、上記ベアＳＡＷチップが上記配線基板２３の表面に半田実装される。具体的には、図２（ｂ）に示すように、前記ベアＳＡＷチップの入出力端子３１ａ、３１ｂと、入出力用電極３４ａ、３４ｂ、接地用端子３３と接地用電極３５とが半田３６によって接着されフリップチップ実装される。かかる構成によって、接地用端子３３および接地用電極３５によって囲まれた領域は、気密な空間３７を形成し、励振電極である櫛歯状の共振子電極３２は、この気密空間３７内に封止されている。
【００４０】
次に、高周波モジュールの裏面のパターンについて説明する。図５に、（ａ）高周波モジュールの裏面の導体パターン図と、（ｂ）概略断面図を示す。誘電体基板２３の裏面には、外部回路に接続するためのモジュールの入出力端子や電源端子３８と、グランド端子３９が設けられている。このグランド端子３９を形成するにあたり、誘電体基板２３の裏面には、大面積のグランド電極４０が形成されており、このグランド電極４０の表面に半田レジスト４１が被着形成され、破線で示す部分のみが露出されることで、この露出部分がグランド端子３９を形成している。
【００４１】
かかる高周波モジュールを構成する配線基板は、セラミック誘電体基板２３と、その表面や内部に配設された導体パターンや、ビア導体によって構成されるものであって、セラミックスからなるシート成形体の表面に、導体ペーストを印刷塗布するとともに、垂直導体として、シート状成形体に貫通穴を形成して導体ペーストを充填してビア導体を形成した後、それらシート状成形体を積層し、シート状成形体と導体ペーストとを焼成することによって作製され、各セラミック誘電体層と導体パターンとが交互に配置した多層の配線構造を有するものである。
【００４２】
本発明によれば、上記高周波モジュールにおける裏面に形成されたグランド電極４０を、個別グランド電極４０ａ〜４０ｉに分割形成するとともに、その個々の個別電極の面積を、誘電体基板２３の裏面の全体面積の２０％以下とすることが重要である。従来のように、グランド電極４０を１つの大きな共通電極として形成すると、セラミックスからなるシート状成形体と導体ペーストを印刷塗布して形成された導体パターンとを同時焼成したときに、導体パターンとシート状成形体との焼成、収縮挙動の相異から、焼成後の誘電体基板２３においてそりや変形が発生しやすくなる。その結果、この誘電体基板２３の表面にベアＳＡＷチップを半田によってフリップチップ実装した場合に、実装不良や気密封止不良などを来たしてしまう。これに対して、本発明に基づき、グランド電極４０を裏面の全体面積の２０％以下の個別グランド電極４０ａ〜４０ｉで形成することによって、誘電体基板２３の変形や反りの発生を有効的に防止することができる結果、ベアＳＡＷチップをフリップチップ実装した場合の実装不良や気密不良などの発生を防止することができるのである。この個別グランド電極の大きさは、特に１５％以下であることが望ましい。
【００４３】
また、この個別グランド電極は、究極的には各グランド端子ごとに分割することができるが、その場合には、インダクタンスが発生するという問題が発生しやすいことから、１つの個別グランド電極が２つ以上のグランド端子の共通電極として機能していることが望ましい。
【００４４】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、個別グランド電極４０ａ〜４０ｉ、入出力端子や電源端子３８とは、誘電体基板２３の裏面のパターンの配置において、図５（ｂ）の平面図における基板の中心を通る線分ＡまたはＢに対して、線対称に配置されていることが望ましい。このように対称的に配置することによって、焼成時における誘電体基板２３の反りの発生を効果的に抑制することができる結果、電子部品の実装面の平坦度を高めることができる。なお、このような対照的にするために、実際は信号入力などに関わらない。また、線対称にするために、実際には、信号の入出力や電源端子として機能しないダミーの端子を設けることも可能である。
【００４５】
本発明の高周波配線基板における誘電体基板は、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスの群から選ばれる少なくとも１種で構成することができる。とりわけ、導体パターンやビア導体を形成する導体としてＣｕ、Ａｇなどの低抵抗導体を使用することができ、しかもこれら低抵抗導体と同時焼成して形成することができる利便性から、１０００℃以下で焼成可能なガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが最も望ましい。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明に係るセラミック配線基板を作製した実施例について説明する。
【００４７】
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス６０質量％、セラミックフィラーとして平均粒径が１μｍのアルミナ粉末を４０質量％との混合物に、有機バインダーとして、アクリル樹脂、溶剤としてトルエンを加え、混合してスラリーを作製した後、ドクターブレード法によりキャリアフイルム上にシート状に成形して厚さ５０〜１５０μｍの複数のグリーンシートを作成した。
【００４８】
次に、これら複数のグリーンシートの所定箇所にパンチングにより直径が１００μｍの種々の貫通孔を形成し、その内部にＣｕ導体ペーストを充填した。導体ペースト中には、Ｃｕ粉末に、アクリル樹脂、トルエンを加え、均質混合して調製したものである。そして、このグリーンシートの表面に上記銅ペーストをスクリーン印刷法によって、適宜、印刷して、高周波モジュールを形成すべく、ベアＳＡＷチップを実装するためのパターン、内部回路パターン、裏面のグランド電極や、入出力端子や電源端子となる導体パターンを印刷形成し後、９００℃の窒素雰囲気中で１時間焼成した。
【００４９】
そして、表面のベアＳＡＷチップ実装部に、ＳＡＷチップを載置し、２５０℃で半田リフロー処理して、ベアＳＡＷチップをフリップチップ実装した。
【００５０】
なお、上記評価用サンプルに対して、ベアＳＡＷチップ実装部における平坦度を測定した。また、ベアＳＡＷチップ実装後における気密封止性をヘリウムガスを用いてチエックした。サンプルを５気圧のヘリウム中に１時間保持した後、真空中に保持し、ヘリウムの検出の有無を確認し、ヘリウムが検出されたものを不良品とし、各試料につき、５０個づつ測定し、その不良品数を表１に示した。
【００５１】
かかる実施例においては、基板の裏面のグランド電極を個別グランド電極に分割形成し、その個別グランド電極の基板裏面全体の面積に対する比率を種々変更した。また、パターンの配置において、対照性による効果も確認した。
【表１】
2006066731.tif 000003
【００５２】
表１の結果からも明らかなように、個別グランド電極の面積が、裏面全体の面積の２０％よりも大きいと、平坦度が１０μｍよりも大きくなり、気密封止不良も多量に発生した。これに対して、個別グランド電極の面積が、裏面全体の面積の２０％以下とすることによって、平坦度が１０μｍ以下となり、これによって気密封止性も飛躍的に向上した。また、電極を左右対称に形成することで、さらに平坦度が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ＣＤＭＡデュアルバンド方式の高周波信号処理回路の代表的なブロック構成図を示す。
【図２】図１の回路を具備する高周波モジュールの概略平面図を示す。
【図３】図２の高周波モジュールの概略断面図を示す。
【図４】（ａ）は、ベアＳＡＷチップの実装面側の表面パターンおよび高周波モジュール側の実装部のパターン図、（ｂ）はベアＳＡＷチップをフリップチップ実装したときの概略断面図を示す。
【図５】（ａ）高周波モジュールの裏面の導体パターン図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ要部断面図を示す。
【図６】従来の高周波モジュールの一例を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は、誘電体基板の裏面のパターン図、（ｃ）は、裏面のＺ−Ｚ要部断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  アンテナ
２  分波器
３ａ、４ａ  ＳＡＷデュプレクサ
３ｃ、４ｃ  整合回路
５，６  方向性結合器
７，８  高周波電力増幅回路
２２・・・・・・高周波モジュール
２３・・・・・・誘電体基板
２４、２５・・・電力増幅用半導体素子
２６、２７・・・電力増幅整合回路
３４ａ，３４ｂ・入出力電極
３１ａ，３１ｂ・入出力端子・電源端子
３３・・・・・・グランド端子
３５・・・・・・グランド電極
３８    入出力端子・電源端子
３９・・・・・・グランド端子
４０ａ〜４０ｉ・個別グランド電極
【図１】
2006066731.tif 000004
【図２】
2006066731.tif 000005
【図３】
2006066731.tif 000006
【図４】
2006066731.tif 000007
【図５】
2006066731.tif 000008
【図６】
2006066731.tif 000009