(57)【要約】【課題】所定の機能回路を有するパッケージ基板を有し、パッケージ基板はモジュール基板から着脱可能とされ、また、各パッケージ基板は組み立て前に容易に性能の評価をすることができる高周波モジュールを得る。【解決手段】シリコン材料を用いて作製され、半導体加工プロセスによって形成された高周波機能回路３，９を搭載し、一側端部に信号入出力端子５，６，１１，１２が設けられたパッケージ基板３０，４０と、パッケージ基板３０，４０の一側端部が着脱可能に挿入される凹部１６が主面に形成され、凹部１６の内周部にパッケージ基板３０，４０の信号入出力端子と電気的に接続する接続端子が設けられたモジュール基板５０とを備えている。【選択図】　　　　図４
2004031746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリコン材料を用いて作製され、半導体加工プロセスによって形成された高周波機能回路を搭載し、一側端部に信号入出力端子が設けられたパッケージ基板と、
上記パッケージ基板の上記一側端部が着脱可能に挿入される凹部が主面に形成され、該凹部の内周部に上記パッケージ基板の上記信号入出力端子と電気的に接続する接続端子が設けられたモジュール基板と
を備えたことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
上記パッケージ基板は、複数枚の基板を張り合わせて作製されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
上記パッケージ基板は、マイクロ加工技術によって主面に窪みが形成された第１の基板と、該第１の基板に該窪みを密閉するように張り合わされた第２の基板を有し、
上記高周波機能回路は、上記窪みによって形成された基板内部空間に収納されている
ことを特徴とする請求項２に記載の基板接続体。
【請求項４】
上記複数枚の基板は、シリコン基板とガラス基板を含む
ことを特徴とする請求項２または３に記載の高周波モジュール。
【請求項５】
上記信号入出力端子は、信号用端子とグランド用端子が交互に配列されており、該端子間の間隔は測定プローブの間隔と同じである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項６】
上記モジュール基板は、信号入出力端子の外部と接続される側の端部に形成された半田ボールを有している
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波機能回路を搭載する複数のシリコン基板が実装された高周波モジュールに関し、特に半導体加工技術及びマイクロ加工技術を利用して非常に小型に作製された高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は例えば“　ＭＥＭＳ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｓ，　”Ｋａｔｅｈｉ，Ｌ．Ｐ．Ｂ．，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ＭＴＴ　の８５８ページに記載された従来の高周波モジュールを示す分解斜視図である。
高周波モジュール１００は、概略２ｍｍの厚さでなり、マイクロマシン技術を用いて作製されている。高周波モジュール１００は、４枚の微小基板９１，９２，９３，９４が積層された多層パッケージ構造とされている。
【０００３】
第１層を構成する微小基板９１には、高周波増幅回路９１ａが形成されている。第２層を構成する微小基板９２には、フィルタ９２ａやスイッチ９２ｂが形成されている。第３層を構成する微小基板９３には、分配回路９３ａが形成されている。第４層を構成する微小基板９４には、全体にわたって放射口９４ａが穿孔されている。
【０００４】
次に動作について説明する。微小基板９１上に構成された高周波増幅回路９１ａで増幅された高周波信号は、微小基板９２，９３に構成されたフィルタ９２ａやスイッチ９２ｂ、分配回路９３ａなどでなる高周波機能回路を経て最上部の微小基板９４から空間に放射される。
このような構成の高周波モジュール１００は、各微小基板９１，９２，９３，９４が形成された後、これらが積層されて作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来の高周波モジュール１００に関しては、積層されて完成した後に分解することは困難であり、最終的にパッケージに組み上げるまで各層の性能を評価することができない。また、組み上げた後に各層の性能を個別に評価することも難しい。そのため、歩留まりが悪く問題であった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、所定の機能回路を実装する複数のパッケージ基板を有し、各パッケージ基板は組み立てた後にモジュール基板から着脱することが可能とされ、また、各パッケージ基板は組み立て前に容易に性能の評価をすることができる高周波モジュールを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波モジュールは、少なくともシリコン材料を用いて作製され、半導体加工プロセスによって形成された高周波機能回路を搭載し、一側端部に信号入出力端子が設けられたパッケージ基板と、パッケージ基板の一側端部が着脱可能に挿入される凹部が主面に形成され、凹部の内周部にパッケージ基板の信号入出力端子と電気的に接続する接続端子が設けられたモジュール基板とを備えている。
【０００８】
また、パッケージ基板は、複数枚の基板を張り合わせて作製されている。
【０００９】
また、パッケージ基板は、マイクロ加工技術によって主面に窪みが形成された第１の基板と、第１の基板に窪みを密閉するように張り合わされた第２の基板を有し、高周波機能回路は、窪みによって形成された基板内部空間に収納されている。
【００１０】
また、複数枚の基板は、シリコン基板とガラス基板を含む。
【００１１】
また、信号入出力端子は、信号用端子とグランド用端子が交互に配列されており、端子間の間隔は測定プローブの間隔と同じである。
【００１２】
さらに、モジュール基板は、信号入出力端子の外部と接続される側の端部に形成された半田ボールを有している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態の高周波モジュールに搭載されるパッケージ基板の断面図である。図１において、パッケージ基板３０は、１辺が数ｍｍの矩形で厚さが１ｍｍ程の非常に小さな形状をなし、重ね合わされた２枚の基板１，２から構成されている。詳細にはパッケージ基板３０は、第１の基板であるガラスで作製されたガラス基板１と、これに重なる第２の基板であるシリコンで作製されたシリコン基板２から構成されている。
【００１４】
ガラスで作製されたガラス基板１は、矩形平板状をなし、片側の第１の主面１ａは概略平面とされ、反対側の第２の主面１ｂは所定の幅の周辺部を残して中央部を含む残り全部に窪み１ｃが形成されている。窪み１ｃは、後で述べるようにマイクロ加工技術を利用して形成されている。
【００１５】
一方、シリコンで作製されたシリコン基板２は、ガラス基板１と同じ大きさの矩形平板状をなし、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂは共に概略平面とされ、第２の主面２ｂにはフィルタなどの高周波機能回路路３が形成されている。高周波機能回路路３は、後で述べるように半導体加工プロセス（半導体加工技術）を利用して形成されている。
【００１６】
ガラス基板１とシリコン基板２は、互いの第２の主面１ｂ，２ｂを向かい合わせて重ねられて貼り合わされ、第２の主面１ｂに形成された窪み１ｃにより２枚の基板１，２の間には空間（基板内部空間）が形成されている。そして、高周波機能回路３はこの空間内に位置するように配置されている。
【００１７】
また、第１のパッケージ基板３０は、上述の空間が形成されていない所定の周辺部に、ガラス基板１とシリコン基板２を積層方向に貫通する複数の貫通導体４を有している。複数の貫通導体４は、シリコン基板２の第２の主面２ｂに形成された図示しないパターンにより各々高周波機能回路３と電気的に接続されている。
【００１８】
ガラス基板１の第１の主面１ａには複数の貫通導体４の端部に各々形成されて設けられた信号入出力端子としての接続パッド５が配設されている。複数の接続パッド５は、第１の主面１ａの一側に、辺に沿って一列に整列して配設されている。また、シリコン基板２の第１の主面２ａには複数の貫通導体４の他端部に各々形成されて設けられた信号入出力端子としての接続パッド６が配設されている。複数の接続パッド６もまた、第１の主面２ａの一側に、辺に沿って一列に整列して配設されている。
【００１９】
また、図２は高周波モジュールに搭載される他のパッケージ基板の断面図である。図２において、パッケージ基板４０は、図１のパッケージ基板３０と概略同じ形状をなし、重ね合わされた２枚の基板７，８から構成されている。詳細にはパッケージ基板４０は、第１の基板であるシリコンで作製されたシリコン基板７と、これに重なる第２の基板である同じくシリコンで作製されたシリコン基板８から構成されている。
【００２０】
シリコン基板７，８は、各々矩形平板状をなし、片側の第１の主面７ａ，８ａは概略平面とされ、反対側の第２の主面７ｂ、８ｂは所定の幅の周辺部を残して中央部を含む残り全部に窪み７ｃ，８ｃが形成されている。窪み７ｃ，８ｃは、後で述べるようにマイクロ加工技術を利用して形成されている。
【００２１】
第２の基板であるシリコン基板８の窪み８ｃには、高周波機能回路路としてのフリップチップ９が実装されている。２枚のシリコン基板７，８は、互いの第２の主面７ｂ，８ｂを向かい合わせて重ねられて貼り合わされ、第２の主面７ｂ，８ｂに形成された窪み７ｃ、８ｃにより２枚の基板７，８の間には空間（基板内部空間）が形成されている。フリップチップ９はこの空間内に位置するように実装されている。
【００２２】
また、第２のパッケージ基板４０は、上述の空間が形成されていない所定の周辺部に、２枚のシリコン基板７，８を積層方向に貫通する複数の貫通導体１０を有している。複数の貫通導体１０は、シリコン基板８の第２の主面８ｂに形成された図示しないパターンにより各々フリップチップ９と電気的に接続されている。
【００２３】
ガラス基板７の第１の主面７ａには複数の貫通導体１０の端部に各々形成されて設けられた信号入出力端子としての接続パッド１１が配設されている。複数の接続パッド１１は、第１の主面７ａの一側に、辺に沿って一列に整列して配設されている。また、シリコン基板８の第１の主面８ａには複数の貫通導体１０の他端部に各々形成されて設けられた信号入出力端子としての接続パッド１２が配設されている。複数の接続パッド１２もまた、第１の主面８ａの一側に、辺に沿って一列に整列して配設されている。
【００２４】
図３はモジュール基板にパッケージ基板が挿入接続される様子を示す斜視図である。図３において、モジュール基板５０は、第１，第２，第３の３枚のシリコン基板１３，１４，１５が積層されて構成されている。モジュール基板５０の主面には、４個の凹部１６が形成されている。凹部１６は、パッケージ基板３０及びパッケージ基板４０の端部を所定の押圧力をもって挟持する形状とされている。モジュール基板５０は、各々の凹部１６にパッケージ基板３０或いはパッケージ基板４０を挿入してこれらを実装する。また、各々のパッケージ基板３０或いはパッケージ基板４０は、モジュール基板５０に実装された後もこのモジュール基板５０から着脱可能とされている。
【００２５】
図４はモジュール基板にパッケージ基板が挿入接続されて組み立てられた高周波モジュールの断面図である。図４において、モジュール基板５０の４個の凹部１６に、２個のパッケージ基板３０と２個のパッケージ基板４０が実装されている。モジュール基板５０の主面に形成された凹部１６は、詳細には図４に示されるように、第１の基板１３に形成された開口部が広く奥に行くにしたがい狭くなるテーパ状の斜面を持った貫通穴１３ａと、第２の基板１４に形成された同じく開口部が広く奥に行くにしたがい狭くなるテーパ状の斜面を持った貫通穴１４ａとが連通して形成されている。第３の基板１５には穴が形成されておらず、凹部１６の底を形成している。
【００２６】
第１の基板１３と第２の基板１４との間には、配線１７，１８，１９が設けられている。配線１７，１８，１９は、それぞれ図４の紙面に垂直な方向に複数本が設けられている。それぞれの配線１７，１８，１９の端部は、凹部１６の内週部の露出し、パッケージ基板３０及びパッケージ基板４０の接続パッド５，６，１１，１２と接触して電気的に接続する接続端子を構成している。この接続端子は、テーパ状の斜面の下端部の断面くさび状の先端に露出しているので、作製が容易でさらに電気的接続が確実となるので装置の信頼性が向上する。
【００２７】
配線１７は、具体的にはパッケージ基板３０とパッケージ基板４０を電気的に接続する５０Ωの特性インピーダンスを持つ配線である。配線１８，１９もまた、隣り合う２つのパッケージ基板を電気的に接続する５０Ωの特性インピーダンスを持つ配線である。
【００２８】
モジュール基板５０は、周辺部に基板１４と基板１５を積層方向に貫通する複数の接続ビア２０を有している。接続ビア２０の一端はパッケージ基板に延びる配線に接続され、一方、接続ビア２０の他端は基板１５の裏面に露出して高周波モジュールの信号入出力端子を構成している。この信号入出力端子にはそれぞれ接続バンプ２１が設けられている。高周波モジュールは、この接続バンプ２１を介して外部の基板６０に接続されている。
【００２９】
基板６０は、高周波モジュールに接続する多層基板であり、セラミックで作製された３枚の基板２２，２３，２４が積層されて作製されている。各基板の間には、グランド導体２５，２６が形成されている。
【００３０】
次に、第１のパッケージ基板３０の作製方法を説明する。パッケージ基板３０は、上述のように２枚の基板１，２を重ね合わせて構成されている。基板２上には半導体加工プロセスを用いて、高周波線路、高周波切り替えスイッチ、及び高周波フィルタ等の高周波機能回路３が形成されている。
【００３１】
高周波機能回路３は、半導体加工プロセスを利用して形成されている。具体的には、例えば、レジスト剤でマスクをしたシリコン基板をエッチングすることで、シリコン基板２上に凹部を作成し、表面のレジスト剤を除去した後に、上記凹部にレジスト剤を充填する。レジスト剤の表面を平坦化した後、誘電体膜として窒化シリコンを表面に蒸着したうえに金属のパターンを形成する。窒化シリコン或いは金属のパターンの上面から先のレジスト剤に達する小穴を設け、エッチングすることで、窒化シリコンの下の凹部のレジスト剤を除去すると、窒化シリコンおよび、金属パターンは空中に浮いた状態となり、非常に低損失な線路となる。また、上記窒化シリコンと上記凹部の表面に対向するように電極を設け、電圧を加えることで、上記シリコン膜を上記凹部に引き寄せ、先の金属パターンを例えば凹部にあるグランド端子とショートさせることにより、短絡型のスイッチを得ることができる。
【００３２】
こうして形成された高周波機能回路３は、基板２上の図示しないパターンを介して貫通導体４に接続されている。貫通導体４の端部は基板２の主面２ａに設けられた接続パッド５に電気的に接続されている。また、基板１の主面１ｂには、マイクロ加工技術により窪み１ｃが設けられており、この窪み１ｃが基板２の高周波機能回路３を密封するように基板２に重ねられている。このとき、基板１と基板２の間に別の材料を挟んで接着強度を高めることもできる。また、基板１にも貫通導体４が設けられており、窪み１ｃと反対側の面に、この貫通導体４と電気的に接続された接続パッド５が設けられている。これらの接続パッド５は、例えば１５０μｍというような検査装置の測定プローブの標準的な間隔で配置されている。そのため、パッケージ基板３０の性能を検査装置で容易に検査することができる。
【００３３】
次に、第２のパッケージ基板４０の作製方法を説明する。パッケージ基板４０は、２つの基板７、８を重ね合わせて構成されている。基板８上には半導体加工プロセスを用いて形成された図示しない高周波線路と実装されたフリップチップ９でなる高周波増幅器が構成されている。フリップチップ９の端子は基板８上の図示しないパターンを介して貫通導体１０に接続されている。貫通導体１０のもう一端は基板８の主面８ａに設けられた接続パッド１１に電気的に接続されている。基板７の主面７ｂには、マイクロ加工技術により窪み７ｃが設けられており、この窪み７ｃが基板８のフリップチップ９を密封するように基板８に重ねられている。このとき、基板７と基板８の間に別の材料を挟んで接着強度を高めることは有効である。また、基板７にも貫通導体１０が設けられており、窪み７ｃと反対側の面に、この貫通導体１０と電気的に接続された接続パッド１１が設けられている。これらの接続パッド１１は、例えば１５０μｍというような検査装置の測定プローブの標準的な間隔で配置されている。そのため、パッケージ基板３０の性能を検査装置で容易に検査することができる。
【００３４】
モジュール基板５０は、上述のように３枚の基板１３，１４，１５を重ね合わせることにより構成されている。第１の基板１３には、マイクロ加工技術を用いて加工された貫通穴１３ａが開いており、この貫通穴１３ａの開口部の形状は、パッケージ基板３０，４０の断面形状と概略等しくなっている。第２の基板１４にも第１の基板１３と同様にマイクロ加工技術を用いて加工された貫通穴１４ａが開いており、この貫通穴１４ａの開口部の形状は、パッケージ基板３０，４０の断面形状と概略等しくなっている。
【００３５】
さらに、第２の基板１４上には半導体加工技術で用いられる技術により、５０Ωの高周波線路１７，１８，１９が構成され、この高周波線路１７，１８，１９の両端部は、貫通穴１４ａの内周部においてパッケージ基板３０，４０の接続パッド５，６，１１，１２に接触する位置に配設されている。
【００３６】
第２の基板１４と第３の基板１５には、貫通導体としての接続ビア２０が積層方向に設けられている。第３の基板１５の裏面には、外部の基板６０と接続するための接続バンプ２１が形成されている。第１の基板１３と第２の基板１４は、貫通穴１３ａ，１４ａの位置が重なるように、また、第２の基板１４と第３の基板１５は、接続ビア２０の貫通穴が重なるように重ね合わされている。ここで、パッケージ基板３０，４０内部の高周波機能回路のために電源供給或いは制御用の配線が必要となる場合には、貫通穴１３ａ，１４ａを重ね合わされること形成される凹部１６の底面となる第３の基板１５の主面に配線を設け、また、これに接続可能なように、パッケージ基板３０，４０側にも端面に露出する配線を設けることで実現することができる。
【００３７】
このような構成の高周波モジュールにおいては、パッケージ基板３０，４０の外形寸法が標準化されており、一方で、各パッケージ基板の機能回路の開発はそれぞれ独自に進めることが可能であるので開発効率が向上する。
【００３８】
また、所定の機能を有するそれぞれのパッケージ基板３０，４０は、外面に１５０μｍ間隔の接続パッド５，６，１１，１２が形成されているので、基板の性能を検査装置で容易に評価することができ、不具合のある基板を予め除去することができる。
【００３９】
さらに、パッケージ基板３０，４０は、モジュール基板５０に対して着脱可能とされているので、歩留まり向上と、容易な修復が可能となる。
【００４０】
パッケージ基板３０，４０を凹部１６に挿入する際、あらかじめ信号入出力端子２０に微小な半田ボールを付加しておき、組み立ての最後に熱を加えてこの半田を溶かし、モジュール基板５０内の高周波線路１７，１８，１９との電気的接続を半永久的なものとすることも可能である。
【００４１】
尚、本実施の形態のパッケージ基板３０，４０の主面に整列して設けられた接続パッド５，６，１１，１２の間隔は１５０μｍとされているが、１５０μｍに限らず２５０μｍ或いは３５０μｍとされても良い。
【００４２】
【発明の効果】
この発明に係る高周波モジュールは、少なくともシリコン材料を用いて作製され、半導体加工プロセスによって形成された高周波機能回路を搭載し、一側端部に信号入出力端子が設けられたパッケージ基板と、パッケージ基板の一側端部が着脱可能に挿入される凹部が主面に形成され、凹部の内周部にパッケージ基板の信号入出力端子と電気的に接続する接続端子が設けられたモジュール基板とを備えている。そのため、パッケージ基板は、組み立てた後にモジュール基板から着脱することが可能とされ、また、各パッケージ基板は組み立て前に容易に性能の評価をすることができる。その結果、歩留まりを良くすることができる。
【００４３】
また、パッケージ基板は、複数枚の基板を張り合わせて作製されている。そのため、高周波機能回路を挟み込んで形成することができ高周波機能回路が外面に露出しないので信頼性の高い基板とすることができ、また強度を向上させることができる。
【００４４】
また、パッケージ基板は、マイクロ加工技術によって主面に窪みが形成された第１の基板と、第１の基板に窪みを密閉するように張り合わされた第２の基板を有し、高周波機能回路は、窪みによって形成された基板内部空間に収納されている。そのため、高周波機能回路を基板内部空間に形成することができ高周波機能回路が外面に露出しないのでさらに信頼性の高い基板とすることができ。
【００４５】
また、複数枚の基板は、シリコン基板とガラス基板を含む。そのため、基板の表面に半導体加工プロセスを用いて高周波機能回路を容易に形成することができる。
【００４６】
また、信号入出力端子は、信号用端子とグランド用端子が交互に配列されており、端子間の間隔は測定プローブの間隔と同じである。そのため、検査装置の測定プローブを容易に接触させることができ検査の作業性が向上する。
【００４７】
さらに、モジュール基板は、信号入出力端子の外部と接続される側の端部に形成された半田ボールを有している。そのため、モジュール基板と外部装置（外部基板）との接続が容易にでき、また接続が確実となり信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の高周波モジュールに搭載されるパッケージ基板の断面図である。
【図２】高周波モジュールに搭載される他のパッケージ基板の断面図である。
【図３】モジュール基板にパッケージ基板が挿入接続される様子を示す斜視図である。
【図４】モジュール基板にパッケージ基板が挿入接続されて組み立てられた高周波モジュールの断面図である。
【図５】従来の高周波モジュールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
３０，４０　パッケージ基板、５０　モジュール基板、２，７，８　シリコン基板、１　ガラス基板、３　高周波機能回路、９　フリップチップ（高周波機能回路）、５，６，１１，１２　接続パッド（信号入出力端子）、１６　凹部、２０　接続ビア、２１　接続バンプ。
【図１】
2004031746.tif 000003
【図２】
2004031746.tif 000004
【図３】
2004031746.tif 000005
【図４】
2004031746.tif 000006
【図５】
2004031746.tif 000007