(57)【要約】【課題】キャリア基板と主基板の接続部で発生し得る高周波の反射を低減させ、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールを得る。【解決手段】主基板１０３と、主基板上に搭載されたキャリア基板１０２と、キャリア基板上に接合された半導体素子１０１と、主基板上の第１の信号線１０５とキャリア基板上の第２の信号線１０６とを接続する接続部１０８とを備え、キャリア基板の表面高さは、主基板の表面高さと一致するように構成され、接続部でのインピーダンスの不連続部をなくすとともに、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を形状変化なく連続的に接続する。【選択図】        図１
2004363276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主基板と、
前記主基板上に搭載されたキャリア基板と、
前記キャリア基板上に接合された半導体素子と、
前記主基板上の第１の信号線と前記キャリア基板上の第２の信号線とを接続する接続部と
を備えた高周波回路モジュールであって、
前記キャリア基板の表面高さは、前記主基板の表面高さと一致するように構成されたことを特徴とする高周波回路モジュール。
【請求項２】
前記キャリア基板の側面に形成された凹部接続電極と、
前記主基板に配設された低周波信号のパターンとを備え、
前記半導体素子は、ＭＭＩＣからなり、
前記パターンは、前記凹部接続電極に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路モジュール。
【請求項３】
前記主基板は、
前記キャリア基板が挿入される貫通穴を有する第１層と、
前記第１層が上面に積層された第２層とにより構成され、
前記第２層の上面には、分布定数線路からなるアースが配設され、
前記アースは、前記キャリア基板に接続され、前記キャリア基板上の分布定数線路のアースを兼ねていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路モジュール。
【請求項４】
前記主基板は、
前記キャリア基板が挿入される凹部形状の穴を上面に有するとともに、
前記穴の形成面とは反対側に位置する下面に、分布定数線路からなるアースが配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路モジュール。
【請求項５】
前記主基板および前記キャリア基板は、同一材質により構成され、
前記接続部において、前記第１および第２の信号線は、同一幅に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の高周波回路モジュール。
【請求項６】
前記主基板および前記キャリア基板は、互いに異なる材質により構成され、
前記接続部において、前記第１および第２の信号線は、互いに異なる幅に形成され、
前記接続部は、テーパ部により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の高周波回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、信号周波数が数ＧＨｚを越えるような高周波半導体素子は、機器の小型化や高周波特性の向上などの理由から、ベアチップで基板に実装するケースが多く、従来から、実装の歩留まりおよび不良発生時のリペア性が問題になっていた。
従来の高周波回路モジュールは、半導体素子が接合されたキャリア基板を、主基板上にハンダで実装することにより構成されている。また、不良発生時には、ハンダ付けされたキャリア基板を交換することで、半導体素子のリペアを可能としている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５８５０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波回路モジュールは以上のように、高周波線路およびアースを、接続電極を介してハンダなどで接続しているので、接続部に段差などのインピーダンスの不連続部分が存在することから、周波数が高くなるにつれて反射量が増大し、通過特性が劣化するというという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、信号線（およびアース）について、ハンダ付けなどによる接続部でのインピーダンスの不連続部をなくすことにより、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を形状変化なく連続的に接続し、キャリア基板と主基板の接続部で発生し得る高周波の反射を低減させ、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波回路モジュールは、主基板と、主基板上に搭載されたキャリア基板と、キャリア基板上に接合された半導体素子と、主基板上の第１の信号線とキャリア基板上の第２の信号線とを接続する接続部とを備えた高周波回路モジュールであって、キャリア基板の表面高さは、主基板の表面高さと一致するように構成されたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を一部詳細に示す平面図および側断面図である。
図１において、高周波回路モジュールは、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ＩＣ）などの半導体素子１０１と、半導体素子１０１が接合されたキャリア基板１０２と、キャリア基板１０２を搭載する主基板１０３とにより構成されている。
【０００８】
主基板１０３の上面において、キャリア基板１０２が搭載される箇所には、キャリア基板１０２の厚さと同一深さのざぐり穴１０４が形成されており、ざぐり穴１０４内にキャリア基板１０２を位置決めして挿入することにより、キャリア基板１０２の表面高さは、主基板１０３の表面高さと一致するように構成されている。
主基板１０３の上面にはマイクロストリップラインからなる第１の信号線１０５が設けられ、キャリア基板１０２の上面には、同様のマイクロストリップラインからなる第２の信号線１０６が設けられており、各信号線１０５および１０６は、接続部１０８を介して電気的に接続されている。
【０００９】
また、主基板１０３内には、ざぐり穴１０４の底面に露出するように、分布定数線路からなる高周波信号線用のアース１０７が配設されており、アース１０７は、キャリア基板１０２の底面に接触することにより、キャリア基板１０２のアースに接続され、キャリア基板１０２上の分布定数線路のアースを兼ねている。
さらに、キャリア基板１０２の側面には、図１内の２点鎖線枠内で詳細に示すように、高周波信号および低周波信号を接続するための凹部接続電極１１０が形成されている。
【００１０】
次に、図１とともに、図２を参照しながら、主基板１０３を多層基板で構成した場合の実装手順について説明する。
図２は図１内の主基板１０３を多層（２層）の基板、すなわち、上方の第１層２０１と、下方の第２層２０２とにより構成した場合の実装構造を示す側面図である。
図２において、第１層２０１の中央部には、ざぐり穴１０４に対応する貫通穴２０４が形成され、第２層２０２の上面には、アース１０７が配設される。
【００１１】
図１において、キャリア基板１０２上に半導体素子１０１を接合して実装し、キャリア基板１０２を主基板１０３のざぐり穴１０４内に実装する。
主基板１０３上の第１の信号線１０５と、キャリア基板１０２上の第２の信号線１０６とは、接続部１０８を介して接続される。各信号線１０５、１０６の高周波用のアース１０７は、主基板１０３上のみに設けられる。
【００１２】
キャリア基板１０２および主基板１０３の材質としては、ガラエポ、セラミック、テフロン（登録商標）などの基板材料の全てにより製作可能である。
ここでは、キャリア基板１０２および主基板１０３が同じ材質の場合において、高周波の信号ラインとなる各信号線１０５、１０６として、最も代表的なマイクロストリップラインを用いた場合を例にとって説明する。
キャリア基板１０２および主基板１０３上の両方のマイクロストリップラインを同じ形状で製作することにより、同等の性能（特性インピーダンス、波長短縮率）が得られ、接続部１０８に示すように、各信号線１０５、１０６の幅や段差に変化が発生することがなく、最も連続的にキャリア基板１０２と主基板１０３とを接続することができる。
【００１３】
一方、主基板１０３に凹部形状のざぐり穴１０４を製作するため、図２のように、主基板１０３を構成する第１層２０１に貫通穴２０４を形成し、第２層２０２の上面にマイクロストリップラインからなるアース１０７を配設する。
ここで、第１層２０１の厚みが０．３ｍｍ、比誘電率が３．７６、主基板１０３の第１層２０１の導体厚みＬ１が０．０５ｍｍであれば、第２の信号線１０６の幅を０．５５ｍｍに設定することにより、特性インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップラインを形成することができる。
【００１４】
また、前述のように、キャリア基板１０２上には、ＭＭＩＣなどの高周波半導体素子１０１が、フリップチップまたはワイヤーボンディングにより実装されているが、キャリア基板１０２に実装される半導体素子（ＭＭＩＣ）１０１には、高周波信号のみならず、電源やアースおよび低周波信号を接続する必要がある。
このためには、高周波信号のラインと同様に、主基板１０３の第１層２０１の導体と、キャリア基板１０２のＭＭＩＣ１０１を実装した面とを、各信号線１０５、１０６などで接続することも可能である。
【００１５】
しかし、この場合は、主基板１０３の第２層２０２に、電源やアースおよび低周波信号のパターンを設け、このパターンを、キャリア基板１０２の側面に設けられた凹部接続電極１１０（図１内の２点鎖線枠参照）にハンダ付けすることにより、高周波信号および低周波信号を半導体素子（ＭＭＩＣ）１０１に供給している。
図３は凹部接続電極１１０を用いた実装構造を示す平面図である。
図３において、凹部接続電極１１０には接続部１０８が形成されており、主基板３０３上のアース１０７および高周波信号線３０６のパターンは、接続部１０８を介してキャリア基板３０２上のＭＭＩＣ３０１に接続されている。
【００１６】
このように、半導体素子１０１が接合されたキャリア基板１０２の表面と、キャリア基板１０２を搭載する主基板１０３の表面との高さが一致させることにより、各信号線１０５、１０６を段差なく接続することができ、キャリア基板１０２と主基板１０３との接続部１０８での反射による高周波特性の劣化を極力低減させることができる。
また、各信号線１０５、１０６のみならず、アース１０７に関しても、ハンダ付けなどによる接続部インピーダンスの不連続部の発生をできるだけ回避することにより、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を、形状の変化なく連続的に接続することができ、キャリア基板１０２と主基板１０３との接続部１０８で発生し得る高周波の反射をさらに低減させることができ、接続部１０８による高周波特性の劣化を防止することができる。
【００１７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、主基板１０３側のアース１０７をキャリア基板１０２に接続したが、主基板１０３のみに関連してアース１０７を設けてもよい。
図４は主基板のみにアース１０７を設けたこの発明の実施の形態２による主基板４０３を示す側断面図である。
ここでは、主基板４０３が単層基板の場合のマイクロストリップラインについて説明する。
【００１８】
図４において、単層基板からなる主基板４０３の上面には、ざぐり穴１０４が設けられている。
また、ざぐり穴１０４の形成面とは反対側の主基板４０３の下面には、アース１０７が配設されている。
なお、主基板４０３の断面形状が異なる点を除けば、他の構成は、前述（図１参照）と同様である。
【００１９】
この場合も、ざぐり穴１０４内にキャリア基板１０２（図１参照）を設置することにより、接続部１０８での段差を無くすことができる。
ただし、キャリア基板１０２がアース１０７と接触することはなく、キャリア基板１０２には、高周波信号線用のアースは設けられていない。
なお、キャリア基板１０２および主基板４０３の誘電率が同一（できれば、同じ材質であることが望ましい）であれば、各信号線１０５、１０６を同じ幅で形成することにより、各信号線１０５、１０６の特性インピーダンスも一致するので、各信号線１０５、１０６の形状変化を生じることなく、接続部１０８で接続することができる。
このように、主基板４０３のみに、分布定数線路からなるアース１０７を設けることにより、主基板４０３とキャリア基板１０２との間のアース１０７の接続部を無くすことができ、キャリア基板１０２および主基板４０３の分布定数線路などの高周波信号線路の接続部１０８での反射を極力低下させることができる。
【００２０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、キャリア基板および主基板が同一材質で構成された場合を例にとって説明したが、キャリア基板および主基板がそれぞれ異なる材質で構成されてもよい。
図５はキャリア基板５０２および主基板５０３を互いに異なる材質で構成したこの発明の実施の形態３を示す平面図である。
【００２１】
図５において、主基板５０３上の第１の信号線５０５と、キャリア基板５０２上の第２の信号線５０６とは、互いに異なる幅に形成されており、各信号線５０５、５０６の接続部は、テーパ部５０８により構成されている。
また、主基板５０３は、比誘電率が３．７６の有機基板により構成され、キャリア基板５０２は、比誘電率が２．００のテフロン（登録商標）基板により構成されている。
【００２２】
この場合、主基板５０３およびキャリア基板５０２の比誘電率が互いに異なることから、基板厚みおよび線路幅などの形状が同一となるようにマイクロストリップラインを製作すると、特性インピーダンスが異なってしまうので、高周波反射特性が悪くなる。
したがって、主基板５０３とキャリア基板５０２のマイクロストリップラインの特性インピーダンスを同一にするためには、図５のように、基板の厚みを変えるか、各信号線５０５、５０６の幅を変える必要がある。
このとき、マイクロストリップラインの特性インピーダンスＺを求める式は、以下のように表される。
【００２３】
Ｚ＝６０／√（０．４７５εｒ＋０．６７）×ｌｎ｛４ｈ／０．６７（０．８ｗ＋ｔ）｝
【００２４】
ただし、上記式において、εｒは誘電体基板の材料比誘電率、ｈは誘電体の厚み、ｔは高周波信号導体の厚み、ｗは高周波信号線の幅である。
ここで、主基板５０３およびキャリア基板５０２の基板厚みを変えると、主基板５０３とキャリア基板５０２との間に段差が発生するので、各信号線５０５、５０６の幅を変えることによって対応せざるを得ないことが分かる。
【００２５】
このように、キャリア基板５０２と主基板５０３との材質が互いに異なり、各信号線５０５、５０６の幅が互いに異なる場合に、図５のように、接続部のパターンをテ―パ部５０８で形成することにより、キャリア基板５０２の厚さとざぐり穴１０４の深さを同一に形成した状態で、分布定数線路の特性インピーダンスを同一にするとともに、接続部での反射を極力低下させることができる。
また、図４に示すように、接続部のパターンをコプレナ構造にすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、主基板と、主基板上に搭載されたキャリア基板と、キャリア基板上に接合された半導体素子と、主基板上の第１の信号線とキャリア基板上の第２の信号線とを接続する接続部とを備えた高周波回路モジュールであって、キャリア基板の表面高さは、主基板の表面高さと一致するように構成され、接続部でのインピーダンスの不連続部をなくすとともに、高周波信号を伝送するマイクロストリップラインなどの分布定数線路を形状変化なく連続的に接続するようにしたので、キャリア基板と主基板の接続部で発生し得る高周波の反射を低減させ、キャリア基板と主基板との接続部による高周波特性の劣化を防止した高周波回路モジュールが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す平面図および側断面図および要部詳細図である。
【図２】この発明の実施の形態１による主基板の構成例を示す側断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による接続部の実装例を示す平面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による主基板の構成例を示す側断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３を示す平面図である。
【符号の説明】
１０１  半導体素子、１０２、３０２、５０２  キャリア基板、１０３、３０３、４０３、５０３  主基板、１０４  ざぐり穴、１０５、５０５  第１の信号線、１０６、５０６  第２の信号線、１０７  アース、１０８  接続部、１１０凹部接続電極、３０１  ＭＭＩＣ、５０８  テーパ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004363276.tif 000005
【図４】
2004363276.tif 000006
【図５】
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