(57)【要約】【課題】良好な伝搬特性を得ること。【解決手段】接地されるベース金属１２とベース金属１２上に設けられた複数の絶縁層１４及び複数の配線層１６とを有し、ベース金属１２上に複数の絶縁層１４及び複数の配線層１６で囲まれた凹部１８を有する多層基板１０と、上面３２から下面３４に貫通する貫通孔３６を有し、下面３４に設けられた金属膜４２がグランド配線層１６ａに接合して多層基板１０の凹部１８に実装された上側基板３０と、上側基板３０の上面３２に搭載され、金属膜４２に電気的に接続された半導体チップ４８と、多層基板１０の凹部１８でベース金属１２の上面に設けられ、ベース金属１２と上側基板３０との間隔よりも高さが低い金属柱２４と、上側基板３０の貫通孔３６に埋め込まれ、金属柱２４の上面と金属膜４２とに接合した半田５６と、を備える高周波モジュール。【選択図】図１
2018186204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、
上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、
前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された第１半導体チップと、
前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、
前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を備える高周波モジュール。
【請求項２】
前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に搭載され、前記第１半導体チップに電気的に接続された第２半導体チップを備える、請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記貫通孔の直径を前記金属柱と前記金属膜との間隔で割った値は２よりも大きい、請求項１または２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記金属柱の上面の外周部に設けられた付加膜を備える、請求項１から３のいずれか一項記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記多層基板の前記凹部に複数の前記金属柱が設けられ、
前記複数の金属柱の間隔は、前記ベース金属と前記上側基板との間の空間内を伝搬する電波の波長の半分以下である、請求項１から４のいずれか一項記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記多層基板に設けられ、高周波信号が入力及び出力される入力電極及び出力電極を備え、
前記金属柱は前記入力電極と前記出力電極とを結ぶ直線上に位置する、請求項１から５のいずれか一項記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記金属柱は、前記直線上で且つ前記入力電極と前記出力電極の中間点に位置する、請求項６記載の高周波モジュール。
【請求項８】
アンテナと、
前記アンテナに接続された高周波モジュールと、を備え、
前記高周波モジュールは、接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された半導体チップと、前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を有する、無線装置。
【請求項９】
接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有するとともに前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板の前記凹部における前記ベース金属の上面に、前記ベース金属と前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層との間隔よりも高さが低い金属柱を接合する工程と、
上面から下面に貫通する貫通孔を有し且つ前記下面に金属膜が設けられた上側基板を、前記金属膜を前記グランド配線層に接合することで前記多層基板の前記凹部に実装する工程と、
前記上側基板の上面に搭載される半導体チップが電気的に接続する前記金属膜を、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれた半田で前記金属柱の上面に接合する工程と、を備える高周波モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記金属膜を前記金属柱の上面に接合する工程は、前記上側基板の上面側から前記貫通孔に前記半田を供給することで、前記金属膜を前記半田で前記金属柱の上面に接合する、請求項９記載の高周波モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記上側基板を前記多層基板の前記凹部に実装する工程の前に、前記金属柱の上面に前記半田を形成する工程を備え、
前記金属膜を前記金属柱の上面に接合する工程は、前記金属膜を前記グランド配線層に接合させて前記上側基板を前記多層基板の前記凹部に実装するときに、前記金属柱の上面に形成された前記半田を前記貫通孔に浸透させつつ前記金属膜を前記半田で前記金属柱の上面に接合する、請求項９記載の高周波モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波モジュール、無線装置、及び高周波モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波モジュールの小型化の要求に対して、複数の半導体チップを３次元に積層した高周波モジュールが提案されている。例えば、接地されるベース金属を含む多層基板の凹部に、半導体チップが搭載された上側基板を実装した高周波モジュールが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、基板上に設けられた回路や素子を接地させる様々な方法が知られている。例えば、基板を貫通する貫通孔に基板の下側に位置するグランド金属の突部を挿入することで、基板の上面に設けられた回路のグランドパターンをグランド金属に接続させることが知られている（例えば、特許文献２）。例えば、基板を貫通する貫通孔に埋め込まれた半田によって、基板の上面に搭載された半導体素子のグランド端子を基板の下面に設けられたグランド金属に接続させることが知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８３１２６号公報
【特許文献２】実開昭６３−９１１７３号公報
【特許文献３】実開平５−３１２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、良好な伝搬特性を得るために、ベース金属と上側基板の下面に設けられた金属膜とを金属柱で接続している。すなわち、金属柱の一端はベース金属の上面に接し、他端は金属膜に接している。しかしながら、物の製造には製造公差が生じることから、金属柱の高さにも製造公差が生じる。このため、ベース金属と金属膜とが金属柱で接続されない場合などが生じ、金属膜のグランド電位が不安定になって信号の伝搬特性が劣化することがある。
【０００６】
１つの側面では、良好な伝搬特性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された第１半導体チップと、前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を備える高周波モジュールである。
【０００８】
１つの態様では、アンテナと、前記アンテナに接続された高周波モジュールと、を備え、前記高周波モジュールは、接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された半導体チップと、前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を有する、無線装置である。
【０００９】
１つの態様では、接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有するとともに前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板の前記凹部における前記ベース金属の上面に、前記ベース金属と前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層との間隔よりも高さが低い金属柱を接合する工程と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し且つ前記下面に金属膜が設けられた上側基板を、前記金属膜を前記グランド配線層に接合することで前記多層基板の前記凹部に実装する工程と、前記上側基板の上面に搭載された半導体チップが電気的に接続する前記金属膜を、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれた半田で前記金属柱の上面に接合する工程と、を備える高周波モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面として、良好な伝搬特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係る高周波モジュールの断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の領域Ａの拡大図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の上面図である。
【図２】図２は多層基板の斜視図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｄ）は高周波モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は比較例１に係る高周波モジュールの断面図、図４（ｂ）は比較例２に係る高周波モジュールの断面図である。
【図５】図５は貫通孔の直径を金属柱と金属膜との間隔で割った値を２よりも大きくすることの効果を説明する図である。
【図６】図６は実施例１の変形例１における金属柱近傍の断面図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｄ）は高周波モジュールの他の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は実施例３に係る高周波モジュールの断面図である。
【図９】図９は実施例４に係る高周波モジュールの上面図である。
【図１０】図１０（ａ）は実施例５に係る無線装置を示す図、図１０（ｂ）は実施例５の変形例１に係る無線装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１（ａ）は、実施例１に係る高周波モジュール１００の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の領域Ａの拡大図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の上面図である。なお、図１（ｃ）では金属膜４４の図示は省略している。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、実施例１の高周波モジュール１００は、多層基板１０と、上側基板３０と、金属蓋６０と、を備える。
【００１４】
多層基板１０は、グランドに接続されて接地されるベース金属１２と、ベース金属１２上に設けられた複数の絶縁層１４及び複数の配線層１６と、を有する。ベース金属１２上には、複数の絶縁層１４及び複数の配線層１６で囲まれた凹部１８が形成されている。凹部１８の一部ではベース金属１２の上面が露出している。複数の配線層１６は、絶縁層１４を貫通する貫通配線２０によってベース金属１２に電気的に接続されたグランド配線層１６ａを含む。
【００１５】
多層基板１０の凹部１８で露出したベース金属１２の上面に半導体チップ２２が搭載されている。半導体チップ２２は、例えばＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）などの集積回路チップである。半導体チップ２２の高周波信号の入出力端子は、ボンディングワイヤ５４によって、多層基板１０の複数の配線層１６のうちの高周波信号が伝搬する信号配線層１６ｂに接続されている。半導体チップ２２がベース金属１２の上面に搭載されていることで、半導体チップ２２のグランド端子はグランドに接続されている。また、半導体チップ２２がベース金属１２の上面に搭載されているため、半導体チップ２２で発生した熱は良好に放熱される。なお、ベース金属１２の上面にはその他の機能素子が搭載されていてもよい。
【００１６】
図２は、多層基板１０の斜視図である。図２のように、多層基板１０は、ベース金属１２上に絶縁層１４及び配線層１６で周りを完全に囲まれた凹部１８が形成されている。凹部１８で露出したベース金属１２の上面に半導体チップ２２などが搭載されている。
【００１７】
ベース金属１２は、例えば銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）を含む合金（例えば銅タングステン（ＣｕＷ））などの金属材料で形成されていて、１ｍｍ以上の厚みを有する。絶縁層１４は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックで形成されていて、０．２５ｍｍの厚みを有する。配線層１６及び貫通配線２０は、例えばタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）などの金属材料で形成されている。多層基板１０がＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）やＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）である場合は、多層基板１０はセラミックを焼結させることで形成されるため、配線層１６及び貫通配線２０はタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属で形成されることが好ましい。
【００１８】
図１（ａ）から図１（ｃ）のように、多層基板１０の凹部１８に上側基板３０が実装されている。上側基板３０には、上面３２から下面３４にかけて貫通した貫通孔３６が設けられている。上側基板３０の上面３２には配線層３８及び電極４０が設けられ、下面３４には金属膜４２が設けられている。貫通孔３６の側面には、金属膜４２に接続した金属膜４４が設けられている。金属膜４４は、貫通孔３６の側面から上側基板３０の上面３２に延在していてもよい。
【００１９】
電極４０は、上側基板３０を上面３２から下面３４にかけて貫通した貫通配線４６によって、金属膜４２に電気的に接続されている。金属膜４２は、例えば上側基板３０の下面３４の全面に設けられている。上側基板３０は、下面３４に設けられた金属膜４２が多層基板１０のグランド配線層１６ａに半田接合することで、多層基板１０の凹部１８に実装されている。これにより、金属膜４２は、グランド配線層１６ａ及び貫通配線２０を介して、接地されるベース金属１２に接続している。
【００２０】
上側基板３０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックで形成されている。配線層３８、電極４０、金属膜４２、及び金属膜４４は、例えば銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）を含む合金（例えば銅タングステン（ＣｕＷ））などの金属材料で形成されている。
【００２１】
多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に金属柱２４が設けられている。金属柱２４の高さは、ベース金属１２と上側基板３０との間隔（すなわち、ベース金属１２の上面とグランド配線層１６ａの上面との間隔）よりも低くなっていて、例えば０．５ｍｍである。したがって、金属柱２４の上面は、金属膜４２との間に隙間を有し、金属膜４２に接していない。金属柱２４は、例えば銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）を含む合金（例えば真鍮（ＣｕＺｎ））などの導電率の高い金属材料で形成されている。なお、金属柱２４の表面に金（Ａｕ）などのめっきが施されていてもよい。
【００２２】
上側基板３０に設けられた貫通孔３６に埋め込まれて、金属柱２４の上面と金属膜４２とに接合した半田５６が設けられている。半田５６は、例えば金錫（ＡｕＳｎ）半田又は錫銀（ＳｎＡｇ）半田である。これにより、金属膜４２は、半田５６及び金属柱２４を介して、接地されるベース金属１２に接続している。
【００２３】
貫通孔３６及び金属柱２４は、上面視において円形形状をしているが、矩形形状であってもよい。貫通孔３６の直径Ｗ１は、例えば０．１ｍｍ程度である。金属柱２４の直径Ｗ２は、貫通孔３６の直径Ｗ１よりも大きく、例えば０．３ｍｍ程度である。貫通孔３６の直径Ｗ１を金属柱２４と金属膜４２との間隔Ｇで割った値（Ｗ１／Ｇ）は２よりも大きくなっている（（Ｗ１／Ｇ）＞２）。このことの詳細については後述する。
【００２４】
上側基板３０の上面３２に半導体チップ４８が搭載されている。半導体チップ４８は、例えばＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）などの集積回路チップである。半導体チップ４８の高周波信号の入出力端子は、ボンディングワイヤ５０によって、上側基板３０の上面３２に設けられた配線層３８に接続されている。したがって、配線層３８は、半導体チップ４８に入出力される高周波信号が伝搬する。配線層３８は、ボンディングワイヤ５２によって、高周波信号が伝搬する信号配線層１６ｂに接続されている。また、半導体チップ４８は、金属膜４２に電気的に接続された電極４０上に搭載されている。これにより、半導体チップ４８のグランド端子はグランドに接続されている。半導体チップ４８は配線層１６などを介して半導体チップ２２に電気的に接続されていて、半導体チップ４８と半導体チップ２２との間で高周波信号が伝搬する。
【００２５】
多層基板１０の複数の絶縁層１４のうちの最上層の絶縁層１４ａ上に、多層基板１０の凹部１８を囲んでフレーム２６が設けられている。フレーム２６は、例えば銅などの金属材料で形成されている。フレーム２６の上面に、例えばコバールなどの金属材料で形成された金属蓋６０が接合されている。金属蓋６０の厚さは例えば０．３ｍｍ程度である。フレーム２６の上面に金属蓋６０が接合されることで、上側基板３０は多層基板１０、フレーム２６、及び金属蓋６０によって封止され保護されている。
【００２６】
図３（ａ）から図３（ｄ）は、高周波モジュール１００の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）のように、まず、ベース金属１２とベース金属１２上に設けられた複数の絶縁層１４及び複数の配線層１６とを有するとともに、ベース金属１２上に絶縁層１４及び配線層１６で囲まれた凹部１８を有する多層基板１０を準備する。そして、多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に、金属柱２４を半田接合するとともに、半導体チップ２２を搭載する。金属柱２４としては、ベース金属１２の上面と多層基板１０のグランド配線層１６ａの上面との間隔Ｉよりも低い高さの金属柱を用いる。半導体チップ２２の入出力端子を多層基板１０の信号配線層１６ｂにボンディングワイヤ５４で接続する。
【００２７】
図３（ｂ）のように、上面３２から下面３４に貫通した貫通孔３６を有し、下面３４に金属膜４２が設けられ、上面３２に配線層３８と電極４０とが設けられ、貫通孔３６の側面に金属膜４４が設けられた上側基板３０を準備する。そして、金属膜４２を多層基板１０のグランド配線層１６ａに半田接合することで、上側基板３０を金属柱２４との間に空隙６２を有して多層基板１０の凹部１８に実装する。なお、上側基板３０の上面には、上側基板３０を多層基板１０の凹部１８に実装する前に半導体チップ４８が搭載されていてもよいし、上側基板３０を多層基板１０の凹部１８に実装した後に半導体チップ４８を搭載してもよい。
【００２８】
図３（ｃ）のように、上側基板３０の上面３２側から貫通孔３６に半田５６を供給する。上面３２側から貫通孔３６に供給された半田５６は毛細管現象により貫通孔３６を下面３４側に向かって浸透していく。これにより、金属膜４２と金属柱２４の上面とが半田５６によって接合される。
【００２９】
図３（ｄ）のように、半導体チップ４８の入出力端子と配線層３８との間をボンディングワイヤ５０で接続し、配線層３８と信号配線層１６ｂとの間をボンディングワイヤ５２で接続する。その後、最上層の絶縁層１４ａ上にフレーム２６を形成し、フレーム２６の上面に金属蓋６０を半田接合する。
【００３０】
ここで、実施例１の高周波モジュール１００の効果を説明するにあたり、比較例の高周波モジュールについて説明する。図４（ａ）は、比較例１に係る高周波モジュール１０００の断面図、図４（ｂ）は、比較例２に係る高周波モジュール２０００の断面図である。図４（ａ）のように、比較例１の高周波モジュール１０００では、上側基板３０に貫通孔３６が設けられてなく、また、金属柱２４の高さがベース金属１２と上側基板３０との間隔より低くなっている。このため、金属柱２４は金属膜４２に接していない。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。このように、比較例１の高周波モジュール１０００では、金属柱２４が金属膜４２に接していないため、金属膜４２のグランド電位が不安定になってしまう。
【００３１】
図４（ｂ）のように、比較例２の高周波モジュール２０００では、上側基板３０に貫通孔３６が設けられてなく、また、金属柱２４の高さがベース金属１２の上面とグランド配線層１６ａの上面との間隔よりも高くなっている。このため、金属膜４２はグランド配線層１６ａに接していない。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。このように、比較例２の高周波モジュール２０００では、金属膜４２がグランド配線層１６ａに接していないため、金属膜４２のグランド電位が不安定になってしまう。
【００３２】
比較例１及び比較例２のように、半導体チップ４８が接続する金属膜４２のグランド電位が不安定になると、金属膜４２から不要な電波が放射されてしまう。この不要電波が多層基板１０の凹部１８内を伝搬するようになるため、例えば半導体チップ２２で不要な発振などが起こり、信号の伝搬特性の劣化が生じてしまう。また、金属の加工精度は一般的に５０μｍ程度の製造公差を有することから、金属柱２４の高さがベース金属１２の上面とグランド配線層１６ａの上面との間隔よりも低くなることや高くなることは起こり得る。
【００３３】
これに対して、実施例１の高周波モジュール１００では、図１（ａ）から図１（ｃ）のように、ベース金属１２の上面にベース金属１２と上側基板３０との間隔よりも高さの低い金属柱２４を設ける。そして、上側基板３０の貫通孔３６に埋め込まれた半田５６によって金属柱２４の上面と金属膜４２とを接合させる。これにより、金属柱２４に製造公差がある場合でも、金属膜４２をグランド配線層１６ａに接合させ且つ金属柱２４に半田５６で接合させることができる。したがって、金属膜４２はグランド配線層１６ａ及び貫通配線２０を介してベース金属１２に接続されるとともに半田５６及び金属柱２４を介してベース金属１２に接続されるため、金属膜４２のグランド電位が不安定になることを抑制できる。金属膜４２のグランド電位が安定することで、金属膜４２からの不要電波の放射が抑制され、多層基板１０の凹部１８内を不要電波が伝搬することが抑制される。よって、信号の良好な伝搬特性を得ることができる。
【００３４】
また、実施例１によれば、図３（ａ）のように、多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に、ベース金属１２とグランド配線層１６ａとの間隔Ｉよりも高さが低い金属柱２４を接合する。図３（ｂ）のように、金属膜４２をグランド配線層１６ａに接合することで、上側基板３０を多層基板１０の凹部１８に実装する。図３（ｃ）のように、上側基板３０の上面３２側から貫通孔３６に半田５６を供給することで、貫通孔３６に埋め込まれた半田５６によって金属膜４２を金属柱２４の上面に接合する。これにより、金属柱２４に製造公差がある場合でも、金属膜４２をグランド配線層１６ａに接合させ且つ金属柱２４に半田５６で接合させることができる。よって、金属膜４２のグランド電位が不安定になることを抑制でき、金属膜４２から不要電波が放射されることを抑制できる。よって、信号の良好な伝搬特性を得ることができる。また、上側基板３０の上面３２側から貫通孔３６に半田５６を供給するため、金属柱２４の上面への半田５６の供給具合を視認しながら、半田５６の供給量を調整することができる。
【００３５】
また、実施例１によれば、図１（ａ）のように、多層基板１０の凹部１８でベース金属１２の上面に搭載され、半導体チップ４８に電気的に接続された半導体チップ２２を備える。多層基板１０の凹部１８に半導体チップ２２が搭載されている場合、多層基板１０の凹部１８内を不要電波が伝搬すると、半導体チップ２２で不要な発振などが起こって信号の伝搬特性が劣化し易い。しかしながら、実施例１では、多層基板１０の凹部１８内を不要電波が伝搬することを抑制できるため、半導体チップ２２が搭載されている場合でも信号の伝搬特性の劣化を抑制できる。
【００３６】
また、実施例１によれば、上述したように、貫通孔３６の直径Ｗ１を金属柱２４と金属膜４２との間隔Ｇで割った値（Ｗ１／Ｇ）は２よりも大きくなっている（（Ｗ１／Ｇ）＞２）。これによる効果を、図５を用いて説明する。図５は、貫通孔３６の直径Ｗ１を金属柱２４と金属膜４２との間隔Ｇで割った値を２よりも大きくすることの効果を説明する図である。図５のように、上側基板３０の上面３２側から貫通孔３６に半田５６を充填させた場合、半田５６は表面張力によって貫通孔３６から球状に膨らんで突出する。このときに、金属柱２４と金属膜４２との間隔Ｇが、貫通孔３６から突出した球状の半田５６の半径よりも小さければ、半田５６が金属柱２４に接して、金属膜４２と金属柱２４が半田５６で接合され易くなる。貫通孔３６の直径Ｗ１は半田５６の直径にほぼ等しいことから、（Ｗ１／２）＞Ｇを満たせば金属膜４２は半田５６によって金属柱２４に接合され易くなる。すなわち、（Ｗ１／Ｇ）＞２を満たすことで、金属膜４２は半田５６によって金属柱２４に接合され易くなる。
【００３７】
金属柱２４は、銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）を含む合金などのように銅（Ｃｕ）を含む材料で形成されることが好ましい。これにより、導電率の高い金属柱２４を得ることができ、金属膜４２のグランド電位を効果的に安定させることができる。
【００３８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、上側基板３０の貫通孔３６の側面に、上側基板３０の下面３４に設けられた金属膜４２に接続した金属膜４４が設けられることが好ましい。これにより、貫通孔３６に充填された半田５６によって金属膜４２と金属柱２４とをより確実に電気的に接続させることができる。
【００３９】
図６は、実施例１の変形例１における金属柱２４近傍の断面図である。図６のように、実施例１の変形例１では、金属柱２４の上面の外周部に付加膜２８が設けられている。付加膜２８は、例えば金属柱２４の上面の外周部の全周にわたって設けられているが、一部で途切れていてもよい。付加膜２８は、例えばポリイミドなどの樹脂膜（有機膜）や酸化シリコンなどの無機膜などの絶縁膜で形成されているが、金属膜で形成されていてもよい。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００４０】
実施例１の変形例１によれば、金属柱２４の上面の外周部に付加膜２８が設けられている。これにより、半田５６が、金属柱２４から漏れ出て、半導体チップ２２や回路パターンなどに接合することを抑制できる。
【００４１】
付加膜２８は絶縁膜である場合が好ましい。付加膜２８を絶縁膜とすることで、半田５６が付加膜２８の表面を濡れ広がることを抑制でき、半田５６が金属柱２４から漏れ出ることを効果的に抑制できる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２では、図１（ａ）から図１（ｃ）に示した高周波モジュール１００の他の製造方法の例を説明する。図７（ａ）から図７（ｄ）は、高周波モジュール１００の他の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）のように、多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に、金属柱２４を半田接合するとともに、半導体チップ２２を搭載する。金属柱２４には、実施例１と同様に、ベース金属１２の上面とグランド配線層１６ａの上面との間隔Ｉよりも低い高さの金属柱を用いる。半導体チップ２２の入出力端子を多層基板１０の信号配線層１６ｂにボンディングワイヤ５４で接続する。
【００４３】
図７（ｂ）のように、金属柱２４の上面に半田５６を形成する。
【００４４】
図７（ｃ）のように、金属膜４２を多層基板１０のグランド配線層１６ａに半田接合して上側基板３０を多層基板１０の凹部１８に実装するときに、金属柱２４の上面に形成した半田５６を用いて金属柱２４の上面を金属膜４２に半田接合する。このときに、上側基板３０の貫通孔３６を半田５６に接触させるようにする。これにより、半田５６は毛細管現象により貫通孔３６を上面３２側に向かって浸透していく。
【００４５】
図７（ｄ）のように、半導体チップ４８と配線層３８との間をボンディングワイヤ５０で接続し、配線層３８と信号配線層１６ｂとの間をボンディングワイヤ５２で接続する。その後、最上層の絶縁層１４ａ上にフレーム２６を形成し、フレーム２６の上面に金属蓋６０を半田接合する。
【００４６】
実施例２によれば、図７（ａ）のように、多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に、ベース金属１２とグランド配線層１６ａとの間隔よりも高さが低い金属柱２４を接合する。図７（ｂ）のように、金属柱２４の上面に半田５６を形成する。図７（ｃ）のように、金属膜４２をグランド配線層１６ａに接合させて上側基板３０を多層基板１０の凹部１８に実装するときに、半田５６を貫通孔３６に浸透させつつ金属膜４２を半田５６によって金属柱２４の上面に接合する。これにより、金属柱２４に製造公差がある場合でも、金属膜４２をグランド配線層１６ａに接合させ且つ金属柱２４に半田５６で接合させることができる。よって、金属膜４２のグランド電位が不安定になることを抑制でき、金属膜４２から不要電波が放射されることを抑制できる。よって、信号の良好な伝搬特性を得ることができる。また、半田５６を上側基板３０の貫通孔３６に浸透させることで、半田５６が金属柱２４の上面から漏れ出ることを抑制できる。
【実施例３】
【００４７】
図８は、実施例３に係る高周波モジュール３００の断面図である。図８のように、実施例３の高周波モジュール３００では、多層基板１０の凹部１８におけるベース金属１２の上面に複数の金属柱２４が接合されている。複数の金属柱２４の間隔Ｘは、ベース金属１２と上側基板３０との間の空間６４内を伝搬する不要電波の波長λの半分以下となっている（Ｘ≦λ／２）。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００４８】
実施例３によれば、多層基板１０の凹部１８に複数の金属柱２４が設けられ、複数の金属柱２４の間隔Ｘがベース金属１２と上側基板３０との間の空間６４内を伝搬する電波の波長λの半分以下となっている。このように金属柱２４の間隔を空間６４内を伝搬する電波の波長の半分以下とすることで電磁波の伝送するモードを遮断することができるため、空間６４内を伝搬する不要電波を効果的に抑制でき、良好な伝搬特性を得ることができる。
【実施例４】
【００４９】
図９は、実施例４に係る高周波モジュール４００の平面図である。なお、図９では、上側基板３０を透視して金属柱２４を図示している。図９のように、実施例４の高周波モジュール４００では、チャネル１からチャネル４に対応した入力電極ＩＮ１からＩＮ４及び出力電極ＯＵＴ１からＯＵＴ４が多層基板１０の絶縁層１４上に設けられている。すなわち、入力電極ＩＮ１及び出力電極ＯＵＴ１は、第１周波数帯域であるチャネル１の高周波信号を外部との間で入出力する電極である。入力電極ＩＮ２及び出力電極ＯＵＴ２は、第２周波数帯域であるチャネル２の高周波信号を外部との間で入出力する電極である。入力電極ＩＮ３及び出力電極ＯＵＴ３は、第３周波数帯域であるチャネル３の高周波信号を外部との間で入出力する電極である。入力電極ＩＮ４及び出力電極ＯＵＴ４は、第４周波数帯域であるチャネル４の高周波信号を外部との間で入出力する電極である。
【００５０】
金属柱２４は、１つのチャネルの入力電極と出力電極を結ぶ直線上に位置して設けられている。すなわち、金属柱２４は、チャネル１の入力電極ＩＮ１と出力電極ＯＵＴ１を結ぶ直線上、チャネル２の入力電極ＩＮ２と出力電極ＯＵＴ２を結ぶ直線上、に位置して設けられている。また、金属柱２４は、チャネル３の入力電極ＩＮ３と出力電極ＯＵＴ３を結ぶ直線上、チャネル４の入力電極ＩＮ４と出力電極ＯＵＴ４を結ぶ直線上、に位置して設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００５１】
実施例４によれば、金属柱２４は入力電極と出力電極とを結ぶ直線上に位置して設けられている。これにより、入力電極と出力電極の間における金属膜４２のグランド電位が不安定になることを抑制でき、入力電極と出力電極の間で金属膜４２から不要電波が放射されることを抑制できる。よって、例えば出力電極から入力電極に戻るような不要電波を抑制できるため、信号の伝搬特性を良好にすることができる。なお、入力電極と出力電極の間で金属膜４２から不要電波が放射されることを効果的に抑制する点から、図９のように、金属柱２４は入力電極と出力電極とを結ぶ直線上で且つ入力電極と出力電極との中間点に位置することが好ましい。
【００５２】
また、実施例４においては、入力電極と出力電極とを結ぶ直線上に複数の金属柱２４が設けられていてもよく、これら複数の金属柱２４は等間隔に設けられていてもよい。
【実施例５】
【００５３】
図１０（ａ）は、実施例５に係る無線装置５００を示す図、図１０（ｂ）は、実施例５の変形例１に係る無線装置５１０を示す図である。実施例５の無線装置５００は送信機の場合の例であり、実施例５の変形例１の無線装置５１０は受信機の場合の例である。
【００５４】
図１０（ａ）のように、送信機である実施例５の無線装置５００は、高周波モジュール７０と高周波モジュール７０が接続するアンテナ８０とを備える。高周波モジュール７０は、ミキサ７２とローカル信号源７４と可変移相器７６と増幅器７８とを備える。ミキサ７２はベースバンド信号とローカル信号源７４が出力したローカル信号とをミキシングして高周波の送信信号とし、可変移相器７６に出力する。可変移相器７６は送信信号の位相をシフトさせ、増幅器７８に出力する。増幅器７８は送信信号を増幅し、アンテナ８０に出力する。アンテナ８０は送信信号を放射する。
【００５５】
図１０（ｂ）のように、受信機である実施例５の変形例１の無線装置５１０は、実施例１の無線装置５００と同様に、高周波モジュール７０と高周波モジュール７０が接続するアンテナ８０とを備える。高周波モジュール７０は、ミキサ７２とローカル信号源７４と可変移相器７６と増幅器７８とを備える。アンテナ８０は受信信号を受信する。増幅器７８は受信信号を増幅し、可変移相器７６に出力する。可変移相器７６は受信信号の位相をシフトさせ、ミキサ７２に出力する。ミキサ７２は、受信信号とローカル信号源７４が出力したローカル信号とをミキシングしてベースバンド信号とする。
【００５６】
実施例５の無線装置５００及び実施例５の変形例１の無線装置５１０に備わる高周波モジュール７０として、実施例１から実施例４で説明した高周波モジュールを用いることができる。なお、無線装置は、送信機及び受信機以外の場合であってもよい。
【００５７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５８】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された第１半導体チップと、前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を備える高周波モジュール。
（付記２）前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に搭載され、前記第１半導体チップに電気的に接続された第２半導体チップを備える、付記１記載の高周波モジュール。
（付記３）前記貫通孔の直径を前記金属柱と前記金属膜との間隔で割った値は２よりも大きい、付記１または２記載の高周波モジュール。
（付記４）前記金属柱の上面の外周部に設けられた付加膜を備える、付記１から３のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記５）前記付加膜は絶縁膜である、付記４記載の高周波モジュール。
（付記６）前記多層基板の前記凹部に複数の前記金属柱が設けられ、前記複数の金属柱の間隔は、前記ベース金属と前記上側基板との間の空間内を伝搬する電波の波長の半分以下である、付記１から５のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記７）前記多層基板に設けられ、高周波信号が入力及び出力される入力電極及び出力電極を備え、前記金属柱は前記入力電極と前記出力電極とを結ぶ直線上に位置する、付記１から６のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記８）前記金属柱は、前記直線上で且つ前記入力電極と前記出力電極の中間点に位置する、付記７記載の高周波モジュール。
（付記９）前記貫通孔の側面に設けられ、前記金属膜に接続した他の金属膜を備える、付記１から８のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記１０）前記金属柱は銅を含む材料で形成されている、付記１から９のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記１１）前記多層基板の前記複数の絶縁層のうちの最上層の絶縁層にフレームを介して接合される金属蓋を備え、前記上側基板は前記多層基板、前記フレーム、及び前記金属蓋により封止されている、付記１から１０のいずれか一項記載の高周波モジュール。
（付記１２）アンテナと、前記アンテナに接続された高周波モジュールと、を備え、前記高周波モジュールは、接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有し、前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し、前記下面に設けられた金属膜が前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層に接合して前記多層基板の前記凹部に実装された上側基板と、前記上側基板の上面に搭載され、前記金属膜に電気的に接続された半導体チップと、前記多層基板の前記凹部で前記ベース金属の上面に設けられ、前記ベース金属と前記上側基板との間隔よりも高さが低い金属柱と、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれ、前記金属柱の上面と前記金属膜とに接合した半田と、を有する、無線装置。
（付記１３）接地されるベース金属と前記ベース金属上に設けられた複数の絶縁層及び複数の配線層とを有するとともに前記ベース金属上に前記複数の絶縁層及び前記複数の配線層で囲まれた凹部を有する多層基板の前記凹部における前記ベース金属の上面に、前記ベース金属と前記複数の配線層のうちの前記ベース金属に電気的に接続されたグランド配線層との間隔よりも高さが低い金属柱を接合する工程と、上面から下面に貫通する貫通孔を有し且つ前記下面に金属膜が設けられた上側基板を、前記金属膜を前記グランド配線層に接合することで前記多層基板の前記凹部に実装する工程と、前記上側基板の上面に搭載される半導体チップが電気的に接続する前記金属膜を、前記上側基板の前記貫通孔に埋め込まれた半田で前記金属柱の上面に接合する工程と、を備える高周波モジュールの製造方法。
（付記１４）前記金属膜を前記金属柱の上面に接合する工程は、前記上側基板の上面側から前記貫通孔に前記半田を供給することで、前記金属膜を前記半田で前記金属柱の上面に接合する、付記１３記載の高周波モジュールの製造方法。
（付記１５）前記上側基板を前記多層基板の前記凹部に実装する工程の前に、前記金属柱の上面に前記半田を形成する工程を備え、前記金属膜を前記金属柱の上面に接合する工程は、前記金属膜を前記グランド配線層に接合させて前記上側基板を前記多層基板の前記凹部に実装するときに、前記金属柱の上面に形成された前記半田を前記貫通孔に浸透させつつ前記金属膜を前記半田で前記金属柱の上面に接合する、付記１３記載の高周波モジュールの製造方法。
【符号の説明】
【００５９】
１０  多層基板
１２  ベース金属
１４、１４ａ  絶縁層
１６  配線層
１６ａ  グランド配線層
１６ｂ  信号配線層
１８  凹部
２０  貫通配線
２２  半導体チップ
２４  金属柱
２６  フレーム
２８  付加膜
３０  上側基板
３２  上面
３４  下面
３６  貫通孔
３８  配線層
４０  電極
４２  金属膜
４４  金属膜
４６  貫通配線
５０〜５４  ボンディングワイヤ
５６  半田
６０  金属蓋
６２  空隙
６４  空間
７０  高周波モジュール
７２  ミキサ
７４  ローカル信号源
７６  可変移相器
７８  増幅器
８０  アンテナ
１００〜４００  高周波モジュール
５００、５１０  無線装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018186204.tif 000009
【図８】
2018186204.tif 000010
【図９】
2018186204.tif 000011
【図１０】
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