(57)【要約】【課題】信頼性を向上させることができる高周波半導体モジュールを提供する。【解決手段】実施形態に係る高周波半導体モジュールは、冷却体と、前記冷却体上に配置された高周波半導体装置と、前記冷却体および前記高周波半導体装置を内部に収容する断熱容器と、を具備する。前記高周波半導体装置は、前記冷却体上に配置されたベース板と、前記ベース板上に設けられ、高周波信号に対して所望の信号処理を行う信号処理回路と、前記信号処理回路に電気的に接続され、前記断熱容器の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続する電磁結合部と、前記電磁結合部と前記断熱容器の外部に配置された外部回路とを電気的に接続する接続配線、を有する高さ調整回路と、を備える。前記電磁結合部は、電磁結合する配線を上面に有し、一部領域を除く下面の全面に第１の接地金属を有する第１の絶縁基板と、前記配線の電磁シールドを上面に有する第２の絶縁基板と、を積層することによって構成された電磁結合回路を備える。【選択図】図２Ａ
2016163082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却体と、
前記冷却体上に配置された高周波半導体装置と、
前記冷却体および前記高周波半導体装置を内部に収容する断熱容器と、
を具備する高周波半導体モジュールであって、
前記高周波半導体装置は、
前記冷却体上に配置されたベース板と、
前記ベース板上に設けられ、高周波信号に対して所望の信号処理を行う信号処理回路と、
前記信号処理回路に電気的に接続され、前記断熱容器の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続する電磁結合部と、
前記電磁結合部と前記断熱容器の外部に配置された外部回路とを電気的に接続する接続配線、を有する高さ調整回路と、
を備え、
前記電磁結合部は、電磁結合する配線を上面に有し、一部領域を除く下面の全面に第１の接地金属を有する第１の絶縁基板と、
前記配線の電磁シールドとなる第２の接地金属を上面に有する第２の絶縁基板と、
を積層することによって構成された電磁結合回路を備えることを特徴とする高周波半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１の絶縁基板の上面には、前記配線に接続される第１のパッド電極がさらに設けられており、
前記第２の絶縁基板の上面には、前記第２の接地金属から離間するように、前記高さ調整回路の前記接続配線が接続される第２のパッド電極が設けられており、
前記第２の絶縁基板の下面には、前記第２のパッド電極に電気的に接続される第３のパッド電極が設けられており、
前記第２の絶縁基板には、前記第２のパッド電極と第３のパッド電極とを電気的に接続する貫通電極が設けられており、
前記電磁結合回路は、前記第１のパッド電極が前記第３のパッド電極に接触するように、前記第１の絶縁基板上に前記第２の絶縁基板を積層することによって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば無線通信に使用される受信装置等には、受信した高周波信号を増幅する低雑音増幅素子が使用される。低雑音増幅素子のＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）特性は、動作させる温度を下げるほど向上することが一般に知られている。
【０００３】
低温下において低雑音増幅素子を動作させるための一手段として、低温の冷却体上に低雑音増幅素子を配置するとともに、冷却体上配置された低雑音増幅素子を断熱容器で覆うことが挙げられる。冷却体によって低雑音増幅素子が冷却される。さらに、冷却体上に配置された低雑音増幅素子は断熱容器で覆われるため、外部からの熱の流入が抑制され、低温状態を効率的に維持することができる。
【０００４】
このような構造を有する高周波半導体モジュールとして、低雑音増幅素子に対する高周波信号の入出力に、電磁結合を用いることが知られている。電磁結合を用いて高周波信号の入出力する構造においては、断熱容器の外部と内部との間における電気的な接続を維持しつつ、断熱容器の外部と内部とを非接触にすることができる。したがって、断熱容器の外部から内部への熱の流入が抑制され、冷却体による低雑音増幅素子の冷却効果を高めることができる。
【０００５】
近年、この種の高周波半導体モジュールの信頼性の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１７５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態は、電磁結合部が周辺構造の影響を受け、結合特性が変化することを抑制し、これによって信頼性を向上させることができる高周波半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る高周波半導体モジュールは、冷却体と、前記冷却体上に配置された高周波半導体装置と、前記冷却体および前記高周波半導体装置を内部に収容する断熱容器と、を具備する。前記高周波半導体装置は、前記冷却体上に配置されたベース板と、前記ベース板上に設けられ、高周波信号に対して所望の信号処理を行う信号処理回路と、前記信号処理回路に電気的に接続され、前記断熱容器の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続する電磁結合部と、前記電磁結合部と前記断熱容器の外部に配置された外部回路とを電気的に接続する接続配線、を有する高さ調整回路と、を備える。前記電磁結合部は、電磁結合する配線を上面に有し、一部領域を除く下面の全面に第１の接地金属を有する第１の絶縁基板と、前記配線の電磁シールドを上面に有する第２の絶縁基板と、を積層することによって構成された電磁結合回路を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体および高周波半導体装置を示す分解斜視図である。
【図２Ａ】実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される高周波半導体装置の第１の電磁結合回路を上方から見た場合の分解斜視図である。
【図２Ｂ】実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される高周波半導体装置の第１の電磁結合回路を下方から見た場合の分解斜視図である。
【図３Ａ】実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される高周波半導体装置の第１の高さ調整回路を、斜め上方から見た場合の斜視図である。
【図３Ｂ】実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される高周波半導体装置の第１の高さ調整回路を、斜め下方から見た場合の斜視図である。
【図４】図３Ａおよび図３Ｂに示す第１の高さ調整回路、および第１の電磁結合回路、を示す分解斜視図である。
【図５】図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った、第１の高さ調整回路および第１の電磁結合回路の部分断面図である。
【図６】実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体および高周波半導体装置を示す斜視図である。
【図７】実施形態に係る高周波半導体モジュールの一断面図である。
【図８】実施形態に係る高周波半導体モジュールの断熱容器の一部を示す斜視図である。
【図９】実施形態に係る高周波半導体モジュールの要部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態に係る高周波半導体モジュールは、冷却体と、この冷却体上に配置された高周波半導体装置と、冷却体および高周波半導体装置を内部に収容する断熱容器と、を具備する。高周波半導体装置は冷却体によって低温にされる。そして、冷却体および高周波半導体装置が断熱容器で覆われているため、外部からの熱の流入が抑制され、低温状態を効率的に維持することができる。したがって、高周波半導体装置は低温で動作することができ、ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）特性を向上させることができる。以下に、このような実施形態に係る高周波半導体モジュールについて、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体および高周波半導体装置を示す分解斜視図である。図1に示すように、高周波半導体装置１０は、冷却体１１上に配置されている。
【００１２】
冷却体１１上に配置される高周波半導体装置１０において、例えばＣｕによって構成されるキャリアプレートであるベース板１２の表面上には、高周波信号に対して信号処理を行う信号処理回路１３が配置されている。信号処理回路１３は、絶縁基板１４と、この基板１４の上面上に設けられた複数の高周波半導体素子１５（以下、半導体素子と称する場合もある。）と、絶縁基板１４の上面上に設けられ、複数の半導体素子１５に接続される分岐・整合回路１６および合成・整合回路１７と、によって構成される。
【００１３】
絶縁基板１４は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）によって構成される基板である。複数の半導体素子１５の各々は、例えば低雑音増幅素子である。また、分岐・整合回路１６および合成・整合回路１７にはそれぞれ、ランゲカプラおよび整合線路等が含まれている。
【００１４】
なお、図示は省略しているが、信号処理回路１３には、キャパシタ素子等も設けられている。
【００１５】
このような信号処理回路１３に対して断熱容器１８（図７等）の外部から高周波信号を入力する部分、および信号処理回路１３から出力される高周波信号を断熱容器１８の外部に出力する部分、はそれぞれ、電磁結合部１９、２０によって構成されている。電磁結合部１９、２０は、信号処理回路１３に電気的に接続されている。そして、電磁結合部１９、２０は、断熱容器１８の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続すると同時に、断熱容器１８の内部と外部とを非接触にする。以下に、電磁結合部１９、２０について詳述する。
【００１６】
信号処理回路１３に対して断熱容器１８（図７等）の外部から高周波信号を入力する入力側の電磁結合部１９である第１の電磁結合部１９は、信号処理回路１３に電気的に接続される内部入力回路２１、および内部入力回路２１の上方に配置された第１の電磁結合回路２２、によって構成されている。
【００１７】
内部入力回路２１は、例えば超伝導回路であって、超伝導基板２３（酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板等の基板上に、ＹＢＣＯ薄膜（不図示）と保護層となる金（Ａｕ）薄膜（不図示）が設けられた基板）上のＹＢＣＯ薄膜及び金薄膜をドライエッチングすることにより、超伝導基板２３にＷ字状の配線２４を設けることによって構成されている。この内部入力回路２１は、ベース板１２の上面上に配置され、ベース板１２に設けられた板バネ等の固定具２５によって、ベース板１２に対して押し付けられている。そして、信号処理回路１３の分岐・整合回路１６に、ワイヤー等の接続導体２６によって電気的に接続されている。
【００１８】
第１の電磁結合回路２２は、内部入力回路２１の配線２４に対して電磁結合によって高周波信号を供給する回路であって、内部入力回路２１の上方に、内部入力回路２１から離間するように配置されている。第１の電磁結合回路２２は、例えば内部入力回路２１から１ｍｍ程度上方に離間した位置に配置されている。なお、第１の電磁結合回路２２は、後述する断熱容器１８によって所定位置に支持される（図７）。
【００１９】
図２Ａは、第１の電磁結合回路２２を上方から見た場合の分解斜視図であり、図２Ｂは、第１の電磁結合回路２２を下方から見た場合の分解斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１の電磁結合回路２２は、例えば厚さ１ｍｍ程度のアルミナ等によって構成される２枚の絶縁基板２７ａ、２７ｂを積層することによって構成されている。
【００２０】
図２Ａに示すように、下層の絶縁基板である第１の絶縁基板２７ａの上面上には、Ｉ字状の配線２８ａが設けられている。また、第１の絶縁基板２７ａの上面上には、Ｉ字状の配線２８ａに接続される引き出し配線２８ｂ、および引き出し配線２８ｂに接続される第１のパッド電極２８ｃ、が設けられている。
【００２１】
他方、図２Ｂに示すように、第１の絶縁基板２７ａの下面上の全面には第１の接地金属２９が設けられており、第１の接地金属２９の一部は、Ｕ字状に除去されている。すなわち、第１の接地金属２９は、Ｕ字状の一部領域を除く下面全面に設けられている。
【００２２】
次に、図２Ａに示すように、上層の絶縁基板である第２の絶縁基板２７ｂの上面上には、第２のパッド電極６２が設けられている。また、この上面上のうち、第２のパッド電極６２が設けられた領域およびこの周辺領域を除く全面には、第２の接地金属３０が設けられている。なお、上記周辺領域とは、第２の接地金属３０が第２のパッド電極６２から絶縁されるのに必要な領域である。
【００２３】
他方、図２Ｂに示すように、第２の絶縁基板２７ｂの下面上には、第３のパッド電極６３が設けられている。この第３のパッド電極６３は、第２のパッド電極６２と、第２の絶縁基板２７ｂに設けられた貫通電極６４を介して電気的に接続されている。
【００２４】
以上に説明した第２の絶縁基板２７ｂは、第１のパッド電極２８ｃと第３のパッド電極６３とが接触するように、第１の絶縁基板２７ａ上に積層されている。これによって、第２の絶縁基板２７ｂの上面の第２のパッド電極６２は、第１の絶縁基板２７ａの上面のＩ字状の配線２８ａに電気的に接続される。なお、第１の絶縁基板２７ａと第２の絶縁基板２７ｂとは、例えば絶縁性の接着剤６５（図５）によって互いに固定される。
【００２５】
なお、第１の絶縁基板２７ａの周辺部には、この基板２７ａを貫通する第１のスルーホール３１ａが設けられており、第２の絶縁基板２７ｂの周辺部には、この基板２７ｂを貫通する第２のスルーホール３１ｂが設けられている。第１の絶縁基板２７ａの下面の第１の接地金属２９と、第２の絶縁基板２７ｂの上面の第２の接地金属３０と、は、第１、第２のスルーホール３１ａ、３１ｂ内に設けられる導体によって電気的に接続されている。
【００２６】
以上に説明した第１の電磁結合回路２２において、第２の絶縁基板２７ｂの上面に設けられた第２のパッド電極６２に高周波信号が入力されると、その信号は、第３のパッド電極６３、第１のパッド電極２８ｃ、を介してＩ字状の配線２８ａに入力され、電磁結合によって、この回路２２の下方に配置される内部入力回路２１のＷ字状の配線２４に伝達される。
【００２７】
図１を参照する。次に、信号処理回路１３から出力される高周波信号を断熱容器１８（図４等）の外部に出力する出力側の電磁結合部である第２の電磁結合部２０は、信号処理回路１３に電気的に接続される内部出力回路３２、および内部出力回路３２の上方に配置された第２の電磁結合回路３３、によって構成されている。
【００２８】
内部出力回路３２は、例えば信号処理回路１３から延在するアルミナ等の絶縁基板１４の表面上に、金（Ａｕ）によって、信号処理回路１３の合成・整合回路１７から延在するように、Ｗ字状に配線３４を設けることによって構成されている。この内部出力回路３２は信号処理回路１３とともにベース板１２の上面上に配置され、ベース板１２に設けられた板バネ等の固定具２５によって、信号処理回路１３とともにベース板１２に対して押し付けられている。
【００２９】
第２の電磁結合回路３３は、内部出力回路３２の配線３４から電磁結合によって高周波信号が供給される回路であって、内部出力回路３２の上方に、内部出力回路３２から離間するように配置されている。第２の電磁結合回路３３は、例えば内部出力回路３２から１ｍｍ程度上方に離間した位置に配置されている。なお、第２の電磁結合回路３３は、図２Ａおよび図２Ｂに示す第１の電磁結合回路２２と同様に、第２の電極パッド３５および第２の接地金属３６を上面に有し、第３の電極パッドを下面に有する第１の絶縁基板と、第１の電極パッドおよびＩ字状の配線を上面に有する第２の絶縁基板と、を積層することによって構成されている。そして、第１の電磁結合回路２２と同様に、後述する断熱容器１８によって所定位置に支持される（図７）。
【００３０】
このような第２の電磁結合回路３３の下方に配置される内部出力回路３２のＷ字状の配線３４に高周波信号が入力されると、その高周波信号は、電磁結合によって、第２の電磁結合回路３３の第１の絶縁基板の上面に設けられたＩ字状の配線に伝達され、第１の絶縁基板の上面の第１のパッド電極および第２の絶縁基板の下面の第３のパッド電極、を介して、第２の絶縁基板の上面の第２のパッド電極３５に出力される。
【００３１】
以上に説明したように、第１、第２の電磁結合部１９、２０は、断熱容器１８の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続する。第１、第２の電磁結合部１９、２０は、上述したように断熱容器１８の内部と外部とを非接触にするが、これについては後述する。
【００３２】
第１の電磁結合部１９の第１の電磁結合回路２２は、モジュールの外部から高周波信号を受け取る第１の外部信号線３７を有する外部回路である外部入力回路３８に電気的に接続される。また、第２の電磁結合部２０の第２の電磁結合回路３３は、モジュールの外部に高周波信号を送出する第２の外部信号線３９を有する外部回路である外部出力回路４０に電気的に接続される。外部入力回路３８および外部出力回路４０はそれぞれプリント基板であって、絶縁基板４１の上面上に第１の外部信号線３７または第２の外部信号線３９を設けることによって構成されている。外部入力回路３８および外部出力回路４０はそれぞれ、後述する断熱容器１８の外周面上に配置される（図７）。なお、外部入力回路３８および外部出力回路４０にはそれぞれ、接地される接地用線路４２も設けられている。
【００３３】
なお、第１の電磁結合回路２２と、外部入力回路３８と、の高さ方向における位置は異なっている。この理由については後述するが、このように高さ方向における位置が互いに異なるため、これらの回路２２、３８間を、例えばワイヤー等の第１の接続導体で接続することを考えると、第１の接続導体の長さが長くなる。この結果、第１の接続導体でのインダクタンス（または抵抗、放射損）が大きくなる。
【００３４】
また、一般に、第１の電磁結合回路２２の各配線２８ａ、２８ｂおよび第１乃至第３のパッド電極２８ｃ、６２、６３は５０Ωのインピーダンスを有するように設計されており、外部入力回路３８の第１の外部信号線３７も同様に５０Ωのインピーダンスを有するように設計されている。一方、第２のパッド電極６２と第１の外部信号線３７とを接続する第１の接続導体をワイヤーとすると、そのインピーダンスが５０Ωから乖離し、その結果、第２のパッド電極６２と第１の外部信号線３７との間にインピーダンスの不整合が発生する。第１の接続導体の長さが短いときには、インピーダンスの不整合は小さいが、上記のように第１の接続導体の長さが長くなると、第１の接続導体によるインピーダンスの不整合が大きくなり、反射損が大きくなる。
【００３５】
このように、第１の電磁結合回路２２と、外部入力回路３８と、の高さ方向における位置が異なっていると、上記問題が生じ、入力損失が増大する。
【００３６】
そこで、第１の電磁結合回路２２の上面上には、第１の電磁結合回路２２と外部入力回路３８とを電気的に接続する第１の接続配線４３を有する第１の高さ調整回路４４が、例えば銀ナノ粒子によって固定されている。第１の電磁結合回路２２上に、この回路２２に電気的に接続されるように第１の高さ調整回路４４を設けることによって、第１の接続配線４３が、第１の電磁結合回路２２の第２のパッド電極６２を、外部入力回路３８が配置される高さ位置まで電気的に引き出す。第１の接続配線４３のインピーダンスを、第１の電磁結合回路２２の第２のパッド電極６２および外部入力回路３８の第１の外部信号線３７に整合するように、例えば５０Ωに設計することにより、第１の接続配線４３を、第２のパッド電極６２および第１の外部信号線３７、と整合させることができる。そして、第１の接続配線４３と外部入力回路３８の第１の外部信号線３７とは同じ高さ位置に存在するため、これらを電気的に接続する後述の第１の接続導体４５の長さを短くでき、第１の接続導体４５のインダクタンス（または抵抗、放射損）を小さくできるとともに、第１の接続配線４３と第１の外部信号線３７とのインピーダンスの不整合を小さくすることができる。その結果、第１の電磁結合回路２２と外部入力回路３８との間の配線（第１の接続配線４３および第１の接続導体４５によって構成される高周波信号の線路）においてインピーダンスが不連続になることを抑制することができる。
【００３７】
図３Ａは、第１の高さ調整回路を斜め上方から見た場合の斜視図である。また、図３Ｂは、第１の高さ調整回路を、斜め下方から見た場合の斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の高さ調整回路４４は、筒状の第１の誘電体６０に、第１の接続配線４３および接地金属５１を設けることによって構成されている。第１の誘電体６０は例えばセラミック、アルミナ等によって構成され、第１の接続配線４３および接地金属５１はそれぞれ、例えば金等の金属薄膜によって構成される。
【００３８】
第１の誘電体６０には、上面から下面に向かって第１の誘電体６０を貫通する貫通孔６１が設けられている。そして、この貫通孔６１の内壁はメタライズされており、これが配線４３ａとして機能する。そして、貫通孔６１の上端を含む第１の誘電体６０上面の一部には、貫通孔６１の内部の配線４３ａに接続される島状の配線４３ｂが設けられており、貫通孔６１の下端を含む第１の誘電体６０の下面の一部には、貫通孔６１の内部の配線４３ａに接続される島状の配線４３ｃが設けられている。第１の接続配線４３は、貫通孔６１の内部の配線４３ａ、第１の誘電体６０の上面の島状の配線４３ｂ、および第１の誘電体６０の側壁の下面の島状の配線４３ｃ、によって構成されている。
【００３９】
他方、接地金属５１は、第１の誘電体６０の上面、下面、および外側面の略全面に、第１の接続配線４３に接しないように設けられている。なお、接地金属５１は、さらに、第１の誘電体６０の内側面に、第１の接続配線４３に接しないように設けられてもよいが、製造コストが高くなるため、第１の誘電体６０の内側面には設けないことが好ましい。
【００４０】
図４は、第１の高さ調整回路および第１の電磁結合回路を示す分解斜視図である。また、図５は、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った、第１の高さ調整回路および第１の電磁結合回路の部分断面図である。図４および図５に示すように、第１の高さ調整回路４４は、第１の誘電体６０の側壁の下面の島状の配線４３ｃが、第１の電磁結合回路２２の第２パッド電極６２に、例えば銀ナノ粒子（不図示）を介して接続され、第１の誘電体６０の下面の接地金属５１が、第１の電磁結合回路２２の第２の接地金属３０に、例えば銀ナノ粒子（不図示）を介して接続されるように、第１の電磁結合回路２２上に設けられる。このようにして、第１の高さ調整回路４４の第１の接続配線４３は、第１の電磁結合回路２２の第２のパッド電極６２に電気的に接続される。
【００４１】
なお、第１の誘電体６０の上面の島状の配線４３ｂには、図１等に示す第１の接続用基板４９上に設けられた第１の信号用リード線４５が接続され、第１の誘電体６０の上面の接地金属５１には、図１等に示す接地用リード線５０が接続される。このように、第１の高さ調整回路４４の第１の接続配線４３は、第１の接続用基板上４９の第１の信号用リード線４５を介して、外部入力回路３８の第１の外部信号線３７に電気的に接続される。
【００４２】
以上に説明した第１の高さ調整回路４４を、第１の電磁結合回路２２に整合するように第１の電磁結合回路２２上に設けることによって、第１の電磁結合回路２２のＩ字状の配線２８ａは、外部入力回路３８が配置される高さ位置まで引き出されている。そして、第１の高さ調整回路４４と外部入力回路３８とを第１の接続導体４５で接続することにより、第１の接続導体４５でのインダクタンス（または抵抗、放射損）を小さくできるとともに、第１の高さ調整回路４４と外部入力回路３８との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。この結果、第１の電磁結合回路２２と外部入力回路３８との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。
【００４３】
このような構造は、出力側においても同様になっている。すなわち、第２の電磁結合回路３３の上面上には、第２の電磁結合回路３３と外部出力回路４０とを電気的に接続する第２の接続配線４６を有する第２の高さ調整回路４７が、例えば銀ナノ粒子によって固定されている。第２の電磁結合回路３３上に、この回路３３に整合した状態で電気的に接続されるように第２の高さ調整回路４７を設けることによって、第２の電磁結合回路３３のＩ字状の配線３５ａは、外部出力回路４０が配置される高さ位置まで引き出されている。そして、第２の高さ調整回路４７と外部出力回路４０とを第２の接続導体４８で接続することにより、第２の接続導体４８の長さを短くでき、インダクタンス（または抵抗、放射損）を小さくできるとともに、第２の高さ調整回路４７と外部出力回路４０との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。この結果、第２の電磁結合回路３３と外部出力回路４０との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。
【００４４】
第１の高さ調整回路４４と外部入力回路３８とは同じ高さに設けられているため、これらを接続する第１の接続導体４５として、ワイヤーが適用されてもよい。しかしながら、本実施形態において、第１の接続導体４５は、後述する断熱容器１８の外周面上に配置される第１の接続用基板４９上に設けられた第１の信号用リード線４５が適用されている（図１および図６）。第１の信号用リード線４５は、第１の高さ調整回路４４の第１の接続配線４３と外部入力回路３８の第１の外部信号線３７とを接続する。なお、第１の接続用基板４９上において、第１の信号用リード線４５の両側には、接地用リード線５０も設けられており、これらの接地用リード線５０は、第１の高さ調整回路４４の接地金属５１と、外部入力回路３８の接地用線路４２と、を接続する。
【００４５】
同様に、第２の高さ調整回路４７と外部出力回路４０とは同じ高さに設けられているため、これらを接続する第２の接続導体４８として、ワイヤーが適用されてもよい。しかしながら、本実施形態において、第２の接続導体４８は、後述する断熱容器１８の外周面上に配置される第２の接続用基板５２上に設けられた第２の信号用リード線４８が適用されている（図１および図６）。第２の信号用リード線４８は、第２の高さ調整回路４７の第２の接続配線４６と外部出力回路４０の第２の外部信号線３９とを接続する。なお、第２の接続用基板５２上において、第２の信号用リード線４８の両側には、接地用リード線５３も設けられており、これらの接地用リード線５３は、第２の高さ調整回路４７の接地金属５４と、外部出力回路４０の接地用線路４２と、を接続する。
【００４６】
図６は、実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体１１および高周波半導体装置１０を示す斜視図である。以上説明した高周波半導体装置１０（以下、半導体装置１０と称する場合もある。）は、実際には、図６に示すように組み立てられて構成される。このような半導体装置１０は、冷却体１１上に配置されている。したがって、半導体装置１０は、低温下において動作することができ、ＮＦ特性を向上させることができる。
【００４７】
図７は、実施形態に係る高周波半導体モジュールの一断面図である。図７に示すように、実施形態に係る高周波半導体モジュール１００において、冷却体１１上に配置された半導体装置１０は、その一部を除いて、内部が実質的に真空状態となっている断熱容器１８に覆われている。断熱容器１８は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって構成される金属容器である。
【００４８】
冷却体１１内には、冷却用の媒体（例えば液体窒素）の流路となるパイプ５５が設けられており、このパイプ５５は、冷却体１１の側面から外部方向に延在している。断熱容器１８は、冷却体１１から延在するパイプ５５に、断熱材５６を介して固定されている。すなわち、冷却体１１を含む半導体装置１０は、パイプ５５によって、断熱容器１８内の所定位置に固定されている。なお、冷却体１１は、熱を能動的に外部に放熱する、いわゆる冷凍機であってもよい。
【００４９】
図８は、実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される断熱容器の一部を示す斜視図であり、図９は、半導体装置に断熱容器を設けることによって構成される実施形態に係る高周波半導体モジュールの要部を示す斜視図である。なお、図８に示す断熱容器の一部は、半導体装置上に配置される断熱容器である。上述の図７、および図８、図９にそれぞれ示すように、断熱容器１８の２箇所には開口部５７が設けられている。そして、断熱容器１８は、第１、第２の高さ調整回路４４、４７の各々が開口部５７内に配置されるようにして、半導体装置１０上に配置されている。なお、図７に示すように、上述の第１、第２の電磁結合回路２２、３３は、断熱容器１８の開口部５７を封止するように配置され、例えば銀ナノ粒子によって固定される。第１、第２の電磁結合回路２２、３３がこのように固定されることによって、第１、第２の電磁結合回路２２、３３は、内部入力回路２１、内部出力回路３２の上方に、これらの回路２１、３２から離間するように配置される。さらに、第１、第２の電磁結合回路２２、３３をこのように固定することによって、断熱容器１８の内部は密閉される。
【００５０】
また、図７および図９にそれぞれ示すように、第１、第２の接続用基板４９、５２および外部入出力回路３８、４０は、開口部５７近傍の断熱容器１８の外周面上に配置されている。
【００５１】
ここで、第１、第２の電磁結合回路２２、３３の上面と、断熱容器１８の外周面上に配置される外部入出力回路３８、４０の上面と、が同程度の高さとなる程度に断熱容器１８の厚さが薄ければ、前述した第１、第２の高さ調整回路４４、４７は不要となる。しかし、このように断熱容器１８を薄くすると、十分な断熱効果が補償されないばかりか、断熱容器１８の機械的強度も極めて弱くなり、高周波半導体モジュール１００の信頼性を損なう恐れがある。したがって、断熱容器１８は、十分に厚い金属によって構成される必要がある。この結果、第１、第２の電磁結合回路２２、３３の上面と、断熱容器１８の外周面上に配置される外部入出力回路３８、４０の上面と、の高さ位置は異なってしまう。したがって、上述したように、第１、第２の高さ調整回路４４、４７が必要となる。
【００５２】
なお、図７および図８に示すように、断熱容器１８の内面には、断熱容器１８の内部方向に延在する複数の遮蔽板５８が設けられている。他方、図１、図６、および図７に示すように、ベース板１２のうち、内部入力回路２１を挟む複数個所と、信号処理回路１３および内部出力回路３２を略囲う複数個所と、にはそれぞれ、溝５９が設けられている。そして、断熱容器１８は、図７に示すように、各遮蔽板５８がベース板１２の各溝５９内に、溝５９に接触しないように挿入されるようにして配置される。このように遮蔽板５８を有する断熱容器１８を配置することによって、断熱容器１８と半導体装置１０とを接触させずに、半導体装置１０と断熱容器１８との間の空間を電磁空間的に細かく分離することができる。この結果、断熱容器１８から半導体装置１０への熱の流入を抑制し、かつ半導体装置１０と断熱容器１８との間の空間の共振周波数を、使用周波数帯において無視できる程度に高くすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態において、遮蔽板５８および溝５９は、半導体装置１０の内部入力回路２１上の空間と、信号処理回路１３および内部出力回路３２上の空間と、を電磁空間的に分離しているが、さらに、信号処理回路１３上の空間と内部出力回路３２上の空間とを電磁空間的に分離するように、遮蔽板５８および溝５９が設けられていてもよい。
【００５４】
以上に説明した実施形態に係る高周波半導体モジュール１００によれば、第１の電磁結合回路２２において、高周波信号が伝送されるＩ字状の配線２８ａおよび引き出し配線２８ｂ上には、これらの配線の電磁シールドとなる第２の接地金属３０が設けられている。同様に、第２の電磁結合回路３３において、高周波信号が伝送されるＩ字状の配線および引き出し配線上には、これらの配線の電磁シールドとなる第２の接地金属３６が設けられている。したがって、第１、第２の電磁結合回路２２、３３のＩ字状の配線２８ａおよび引き出し配線２８ｂの外乱によるインピーダンス変化が抑制される。この結果、第１の電磁結合回路２２と内部入力回路２１との電磁結合特性の変化が抑制され、第２の電磁結合回路３３と内部出力回路３２との電磁結合特性の変化が抑制される。したがって、高周波半導体モジュール１００の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
なお、本実施形態に係る高周波半導体モジュール１００においては、第１の電磁結合回路２２に電磁シールドとなる第２の接地金属３０を設け、第２の電磁結合回路３３に電磁シールドとなる第２の接地金属３６を設けている。これによって、高周波半導体モジュール１００の信頼性を向上させている。しかしながら、第１の電磁結合回路２２に電磁シールドとなる第２の接地金属３０を設け、第２の電磁結合回路３３に電磁シールドとなる第２の接地金属３６を設けなくてもよい。反対に、第２の電磁結合回路３３に電磁シールドとなる第２の接地金属３６を設け、第１の電磁結合回路２２に電磁シールドとなる第２の接地金属３０を設けなくてもよい。このような場合、前者においては第１の電磁結合回路２２と内部入力回路２１との電磁結合特性の変化が抑制され、後者においては第２の電磁結合回路３３と内部出力回路３２との電磁結合特性の変化が抑制される。これらの場合であっても、高周波半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。
【００５６】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５７】
例えば、上述の実施形態において、第１の高さ調整回路４４は、筒状の誘電体６０、およびこの誘電体６０を貫通するように設けられた第１の接続配線４３、によって構成された。第２の高さ調整回路４７も同様に構成されている。しかしながら、第１、第２の高さ調整回路において、誘電体の形状は、例えば板状であってもよい。また、接続配線は、誘電体を貫通するように設けずに、誘電体の表面に沿って設けられてもよい。
【００５８】
また、内部入力回路２１に超伝導回路を用い、内部出力回路３２は信号処理回路１３と一体的に設けられているが、内部入力回路２１とともに内部出力回路３２にも超伝導回路を用いてもよいし、内部入力回路２１を信号処理回路１３と一体的に設け、内部出力回路３２にのみ超伝導回路を用いてもよい。
【００５９】
また、内部入力回路２１、信号処理回路１３、および内部出力回路３２はそれぞれベース板１２上に配置されており、固定具２５によって上方から押さえつけられることによってベース板１２に固定されているが、上記各回路２１、１３、３２は、ベース板１２に対して接着剤等によって固定されてもよい。
【００６０】
また、断熱容器１８に設けられる遮蔽板５８は、高周波信号が通り抜けないように設けられた金属製のばね等であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・高周波半導体装置（半導体装置）
１１・・・冷却体
１２・・・ベース板
１３・・・信号処理回路
１４・・・絶縁基板
１５・・・高周波半導体素子（半導体素子）
１６・・・分岐・整合回路
１７・・・合成・整合回路
１８・・・断熱容器
１９・・・（第１の）電磁結合部
２０・・・（第２の）電磁結合部
２１・・・内部入力回路
２２・・・第１の電磁結合回路
２３・・・超伝導基板
２４・・・配線
２５・・・固定具
２６・・・接続導体
２７ａ・・・第１の絶縁基板
２７ｂ・・・第２の絶縁基板
２８ａ・・・Ｉ字状の配線
２８ｂ・・・引き出し配線
２８ｃ・・・第１のパッド電極
２９・・・第１の接地金属
３０・・・第２の接地金属
３１ａ・・・第１のスルーホール
３１ｂ・・・第２のスルーホール
３２・・・内部出力回路
３３・・・第２の電磁結合回路
３４・・・配線
３５・・・第２の電極パッド
３６・・・接地金属
３７・・・第１の外部信号線
３８・・・外部入力回路
３９・・・第２の外部信号線
４０・・・外部出力回路
４１・・・絶縁基板
４２・・・接地用線路
４３・・・第１の接続配線
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ・・・配線
４４・・・第１の高さ調整回路
４５・・・第１の接続導体（第１の信号用リード線）
４６・・・第２の接続配線
４７・・・第２の高さ調整回路
４８・・・第２の接続導体（第２の信号用リード線）
４９・・・第１の接続用基板
５０・・・接地用リード線
５１・・・接地金属
５２・・・第２の接続用基板
５３・・・接地用リード線
５４・・・接地金属
５５・・・パイプ
５６・・・断熱材
５７・・・開口部
５８・・・遮蔽板
５９・・・溝
６０・・・第１の誘電体
６１・・・貫通孔
６２・・・第２のパッド電極
６３・・・第３のパッド電極
６４・・・貫通電極
６５・・・接着剤
１００・・・高周波半導体モジュール
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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