-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzmodul, das für elektronische
Vorrichtungen und elektronische Bauteile verwendet wird, einschließlich von
portablen Informationsterminals, drahtlosen LANs und drahtlosen
lokalen Schleifen (WLLs, "Wireless
Local Loop"). Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein kostengünstiges Hochfrequenzmodul kleiner
Größe und hoher
Leistungsfähigkeit,
und zwar mit einer einheitlichen Struktur, die ein Hochfrequenzverstärkungsbauteil
zusammen mit einem Hochfrequenzfilter oder einem Hochfrequenzteiler
beinhaltet.
-
BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
-
Ein
Hochfrequenzmodul beinhaltet generell im Inneren ein Hochfrequenz-Leistungsverstärkerbauteil und
ein Hochfrequenzfilter oder einen Hochfrequenzteiler ("high frequency splitter"), der in der Nachbarschaft des
Leistungsverstärkerbauteils
angeordnet ist.
-
Mit
der in jüngerer
Vergangenheit erfolgten Zunahme der Übertragungskapazität und Übertragungsgeschwindigkeit
in mobilen Kommunikationssystemen sind die von den Hochfrequenz-Leistungsverstärkerbauteilen
abgestrahlten Wärmemengen
angestiegen, die mit dem hohen Maß an Hochfrequenzenergie einhergehen.
-
Derartige
Hochfrequenzfilter und Hochfrequenzteiler sind jedoch gegenüber Wärme empfindlich.
Genauer gesagt ist ein akustisches Oberflächenwellenfilter, das für das Hochfrequenzfilter
oder den Hochfrequenzteiler verwendet wird, ein Bauteil, das generell
ein piezoelektrisches Substrat aufweist, das aus Lithiumtantalit
oder dergleichen hergestellt ist, und zwar ausgebildet mit einer
kammartigen Elektrode zum Abstrahlen von akustischen Oberflächenwellen.
Da die elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Substrates selbst
in starkem Maße
von Temperaturveränderungen
beeinflusst werden, muss es von dem erwärmenden Element wie dem Hochfrequenz-Leistungsverstärkerbauteil,
das im Inneren des Moduls vorgesehen ist, entfernt angeordnet werden.
Zusätzlich
besteht dieses Problem nicht nur bei akustischen Oberflächenwellen-(SAW, "Surface Acoustic
Wave") Bauteilen,
sondern auch bei akustischen Filmvolumenwellenresonatoren (FBARs, "Film Bulk Acoustic
Resonator") und
bei akustischen Volumenwellenfiltern (BAWs, "Bulk Acoustic Wave Filter"). Diese thermisch
instabilen Bauteile werden nachstehend kollektiv als "Filterkomponente" bezeichnet.
-
Aus
diesem Grund sind herkömmliche
Hochfrequenzmodule mit einer einheitlichen Struktur, die das Hochfrequenz-Leistungsverstärkerbauteil,
das Hochfrequenzfilter oder dergleichen beinhaltet, nicht dazu in der
Lage, die in jüngster
Zeit auftretenden Anforderungen nach Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung,
hochdichter Verpackung und Kostenreduktion von mobilen Kommunikationsterminals
und dergleichen hinreichend zu erfüllen.
-
Aus
US 6,057,600 A ist
eine Konstruktion zur Montage eines Hochfrequenzbauteils auf einer
isolierenden Platte bekannt, die eine Schaltung auf einer oberen
Oberfläche
aufweist und die Signale an das Hochfrequenzbauteil überträgt. Das
Hochfrequenzbauteil ist innerhalb einer Kavität auf einer oberen Oberfläche einer dielektrischen
Platte hermetisch verschlossen. Die dielektrische Platte weist eine
erste Signalübertragungsleitung
auf seiner oberen Oberfläche
und eine zweite Signalübertragungsleitung
auf seiner unteren Oberfläche auf,
die erste und zweite Signalübertragungsleitung überlappen
einander über
einem Abschnitt, an dem das Signal übertragen wird durch Kopplung
der ersten und zweiten Signalübertragungsleitung.
Eine Unterbrechung ist an der oberen Oberfläche der isolierenden Platte
gebildet unter dem überlappenden
Abschnitt der ersten und zweiten Signalübertragungsleitung, um Übertragungsverluste
des Hochfrequenzsignals zwischen der ersten und zweiten Signalübertragungsleitung
zu unterdrücken.
Die Unterbrechung kann mit Luft oder einem Material gefüllt sein,
das eine Dielektrizitätskonstante
geringer als die der isolierenden Platte aufweist.
-
Aus
JP 2000-31331A ist
ein Leistungsverstärker
bekannt, bei dem zwei TRS-Module auf dem Boden zweier Kavitäten montiert
sind, die auf einer Hauptoberfläche
einer Leiterplatte gegenüber
der Aufbauverkabelungsseite, auf der passive Elemente, wie z.B.
ein Kondensator, ein Widerstand, etc. montiert sind. Da der Bereich
der passiven Elementeseite der Leiterplatte durch die Flächen der
beiden TRS reduziert werden kann, die auf der gegenüberliegenden
Hauptoberfläche
montiert sind, kann die belegte Fläche des Verstärkers als Ganzes
reduziert werden. Wenn die TRS auf Stege gelötet werden, die auf der Leiterplatte
gebildet sind, kann die Wärme,
die von den beiden TRS erzeugt wird, direkt auf die Platte mittels
der gelöteten
Abschnitte und Stege abgestrahlt werden. Wenn Masseanschlüsse, die
um die Kavitäten
herum gebildet sind, an den Stegen als Masseanschluss der Platte
angelötet
werden, kann die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Verstärkers verbessert
werden, wenn der Verstärker
auf der Oberfläche
der Platte montiert ist, da der TRS durch den gelöteten Abschnitt
luftdicht verschlossen werden kann.
-
Aus
JP 2000-58741A ist
ein Hybridmodul bekannt, bei dem eine interne Hitzestrahlungselektrode,
die mit einem Masseanschluss eines Schaltungsteils verbunden ist,
die eine Wärmeakkumulationscharakteristik aufweist,
die in einer Vertiefung eingebaut ist, die an einer Leiterplatte
gebildet ist, wobei ein Teil außerhalb
der Oberfläche
der Leiterplatte offenliegend ausgebildet ist, und die interne Elektrode
mit einer externen Wärmestrahlungselektrode
etc. durch ein thermisches Kontaktloch verbunden ist. Die Wärme, die
an dem Schaltungsteil erzeugt wird, wird auf die interne Wärmestrahlungselektrode
mittels eines isolierenden Harzes übertragen und dann an die Außenseite
von dem offenliegenden Teil der internen Elektrode und der externen
Elektrode abgestrahlt.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
-
Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges
Hochfrequenzmodul kleiner Größe und hoher
Leistungsfähigkeit
anzugeben, das dazu in der Lage ist, die Filterkomponente von dem
Einfluss von Wärme
zu befreien, die von dem Leistungsverstärkerbauteil mit hoher Leistung
abgestrahlt wird, das in deren Nähe
angeordnet ist, und die Hochfrequenz-Filtercharakteristika der Filterkomponente
aufrechtzuerhalten.
- (1) In einem Hochfrequenzmodul
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Ausnehmung zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
an einer ersten Oberfläche
eines dielektrischen Substrates ausgebildet, das eine Vielzahl von
dielektrischen Schichten aufweist, die zusammenlaminiert sind, und
eine Ausnehmung zum Montieren der Filterkomponente ist an der ersten
Oberfläche
oder einer zweiten Oberfläche
des dielektrischen Substrates ausgebildet, und ein Leistungsverstärkerbauteil
und eine Filterkomponente sind an bzw. in den jeweiligen Ausnehmungen
montiert. Zumindest an der Ausnehmung zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
ist eine Dichtungskomponente zur Wärmeübertragung in Kontakt mit dem
Leistungsverstärkerbauteil
angebracht. Ein Durchgangslochleiter, dessen eines Ende an der ersten
Oberfläche des
dielektrischen Substrates freiliegt, ist zwischen der Ausnehmung
zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und der Ausnehmung zum Montieren der Filterkomponente vorgesehen.
Die Dichtungskomponente zur Wärmeübertragung
bzw. Thermotransfer-Dichtungskomponente und der Durchgangslochleiter sind
an einem Wärmeableitungsleiter
an einer oberen Oberfläche
einer externen elektrischen Leiterplatte angebracht, und zwar mittels
eines Lötmaterials.
-
Bei
der oben beschriebenen Struktur der vorliegenden Erfindung kann
von dem Leistungsverstärkerbauteil
abgestrahlte Wärme
effizient über
die Thermotransfer-Dichtungskomponente, die direkt mit dem Leistungsverstärkerbauteil
verbunden ist, und das Löt-
bzw. Lotmaterial effizient abgeführt
werden, und zwar an den Wärmeabführungsleiter
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte. Zusätzlich hierzu wird die Wärmeausbreitung
von dem Leistungsverstärkerbauteil
auf die Filterkomponente, die in dessen Nachbarschaft angeordnet
ist, mittels des Durchgangslochleiters abgeschirmt, und die Wärme wird über den
Durchgangslochleiter und das Lötmaterial
hin zu dem Wärmeabführungsleiter
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte ausgebreitet bzw. breitet
sich dort hin aus. Demzufolge kann die Wärmeausbreitung hin zu der Filterkomponente
signifikant reduziert werden. Im Ergebnis kann ein Hochfrequenzmodul
kleiner Größe und hoher
Leistungsfähig keit
bereitgestellt werden, ohne die elektrischen Eigenschaften wie die Hochfrequenzfiltereigenschaften
der Filterkomponente zu verschlechtern. Da zusätzlich hierzu weitere Wärmeabführungselemente
wie Wärmeabführungsfinnen
bzw. -rippen nicht erforderlich sind, kann es sich bei dem Hochfrequenzmodul
um ein kostengünstiges
Hochfrequenzmodul handeln, das für
elektronische Vorrichtungen und elektronische Bauteile einschließlich von
portablen Informationsterminals geeignet ist.
-
Während das
Leistungsverstärkerbauteil
an der Ausnehmung montiert ist, die an der Seite jener Oberfläche ausgebildet
ist, an der das dielektrische Substrat montiert ist, kann zusätzlich hierzu
die Filterkomponente an einer beliebigen Oberfläche des dielektrischen Substrates
vorgesehen sein. Wenn das Leistungsverstärkerbauteil und die Filterkomponente
an derselben Oberfläche
montiert sind, ist die Anzahl der Prozesse bzw. Prozessschritte
reduziert, so dass das Hochfrequenzmodul kostengünstiger ausgeführt werden
kann.
-
Um
weiterhin den Einfluss von Wärme
zu reduzieren, die von dem Leistungsverstärkerbauteil auf die Filterkomponente
in dem oben beschriebenen Hochfrequenzmodul abgestrahlt wird, beträgt die thermische Leitfähigkeit
der dielektrischen Schichten vorzugsweise 20 W/m·K oder weniger. Zusätzlich hierzu
ist es bevorzugt, wenn ein Abschnitt der dielektrischen Schichten,
der um die Ausnehmung zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
herum angeordnet ist, eine dielektrische Schicht aufweist, die eine
kleinere Wärmeleitfähigkeit
besitzt als die Wärmeleitfähigkeit
eines Abschnittes der dielektrischen Schichten, der um die Ausnehmung zum
Montieren der Filterkomponente herum angeordnet ist. Ferner ist
es bevorzugt, wenn die Ausnehmung zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und die Ausnehmung zum Montieren der Filterkomponente voneinander
um eine Entfernung von 0,3 mm oder mehr beabstandet sind, wenn eine
Vielzahl der Durchgangslochleiter vorliegen, die zwischen der Ausnehmung
zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und der Ausnehmung zum Montieren der Filterkomponente ausgebildet
sind, und wenn eine Leiterschicht, die mit dem Leistungsverstärkerbauteil
verbunden ist, und eine Leiterschicht, die mit der Filterkomponente
verbunden ist, jeweils an einer unterschiedlichen dielektrischen
Schicht ausgebildet sind.
-
Durch
die oben genannten Verbesserungen ist es möglich, ein Hochfrequenzmodul
kleiner Größe und hoher
Leistungsfähigkeit
bereitzustellen, ohne die elektrischen Eigenschaften wie die Hochfrequenzfiltereigenschaften
der Filterkomponente und die Hochfrequenzteilungscharakteristika
des Hochfrequenzteilers zu verschlechtern.
-
Zudem
kann die Ausnehmung zum Montieren der Filterkomponente mit einer
Abdeckkomponente abgedichtet oder mit einem isolierenden Kunstharz
gefüllt
werden.
- (2) Bei einem weiteren Hochfrequenzmodul
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein Leistungsverstärkerbauteil und eine Filterkomponente
an einem Leistungsverstärkerbauteil-Montageabschnitt
bzw. einem Filterkomponenten-Montageabschnitt montiert, und zwar
an einer ersten Oberfläche
eines dielektrischen Substrates, das eine Vielzahl von dielektrischen
Schichten aufweist, die zusammenlaminiert sind, wobei ein erster
Durchgangslochleiter, der das dielektrische Substrat hin zu einer
zweiten Oberfläche
desselben durchdringt, unter dem Leis tungsverstärkerbauteil-Montageabschnitt
ausgebildet ist, und wobei ein zweiter Durchgangslochleiter, dessen
eines Ende an der zweiten Oberfläche
frei liegt, zwischen dem Leistungsverstärkerbauteil-Montageabschnitt
und dem Filterkomponenten-Montageabschnitt
ausgebildet ist. Ein unteres Ende des ersten Durchgangslochleiters
und des zweiten Durchgangslochleiters sind jeweils an einem Wärmeableitungsleiter
an einer oberen Oberfläche
einer externen elektrischen Leiterplatte angebracht, und zwar mittels
eines Lötmaterials.
-
Bei
der oben beschriebenen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
kann von dem Leistungsverstärkerbauteil
abgestrahlte Wärme
effizient über
den ersten Durchgangslochleiter, der unter dem Leistungsverstärkerbauteil-Montageabschnitt
ausgebildet ist, und das Lötmaterial
abgeführt
werden, und zwar an den Wärmeableitungsleiter
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte. Zusätzlich hierzu wird eine Wärmeausbreitung
ausgehend von dem Leistungsverstärkerbauteil
hin zu der Filterkomponente, die in dessen Nachbarschaft angeordnet
ist, mittels des zweiten Durchgangslochleiters abgeschirmt. Demzufolge kann
die Wärmeausbreitung
hin zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter
signifikant reduziert werden. Im Ergebnis kann ein Hochfrequenzmodul
kleiner Größe und hoher
Leistungsfähigkeit
bereitgestellt werden, ohne die elektrischen Eigenschaften wie die
Hochfrequenzfiltereigenschaften der Filterkomponente und die Charakteristika
des Hochfrequenzteilers zu verschlechtern. Da zusätzlich hierzu
weitere Wärmeabführungselemente wie
Wärmeabführungsrippen
in einem derartigen Hochfrequenzmodul nicht erforderlich sind, kann
eine Miniaturisierung erzielt werden. Demgemäß kann ein kostengünstiges
Hochfrequenzmodul, das für
elektronische Vorrichtungen und elektronische Bauteile einschließlich von
portablen Informationsterminals geeignet ist, bereitgestellt werden.
-
Zudem
ist im Hinblick auf das Verbessern der Verlässlichkeit bevorzugt, wenn
die Ausnehmung zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils und/oder die Ausnehmung
zum Montieren der Filterkomponente an der ersten Oberfläche des
dielektrischen Substrates ausgebildet sind, das eine Vielzahl von
dielektrischen Schichten aufweist, die zusammenlaminiert sind, und
wenn das Leistungsverstärkerbauteil
und/oder die Filterkomponente innerhalb der jeweiligen Ausnehmung
mittels einer Abdeckkomponente oder eines isolierenden Kunstharzes
abgedichtet sind.
-
Zusätzlich kann
durch Bereitstellen eines dritten Durchgangslochleiters, der das
dielektrische Substrat hin zu der zweiten Oberfläche durchdringt, und zwar unterhalb
des Filterkomponenten-Montageabschnittes, der an der ersten Oberfläche des
dielektrischen Substrates ausgebildet ist, das eine Vielzahl von
dielektrischen Schichten aufweist, die zusammenlaminiert sind, der
Einfluss von Wärme
auf die Filterkomponente weiter reduziert werden.
-
Ferner
ist es durch die folgenden Merkmale möglich, ein noch weiter miniaturisiertes
Hochfrequenzmodul höherer
Leistungsfähigkeit
bereitzustellen, ohne die elektrischen Eigenschaften wie die Hochfrequenzfiltercharakteristika
der Filterkomponente und die Charakteristika des Hochfrequenzteilers
zu verschlechtern: die thermische Leitfähigkeit der dielektrischen
Schichten beträgt
20 W/m·K
oder weniger; ein Abschnitt der dielektrischen Schichten, der um
den Leistungsverstärkerbauteil- Montageabschnitt
herum angeordnet ist, weist eine dielektrische Schicht mit einer
thermischen Leitfähigkeit
auf, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit eines Abschnittes der
dielektrischen Schichten, der um den Filterkomponenten-Montageabschnitt
herum angeordnet ist; der Leistungsverstärkerbauteil-Montageabschnitt und der Filterkomponenten-Montageabschnitt sind
voneinander um eine Entfernung von 0,8 mm oder mehr beabstandet;
und eine Leiterschicht, die mit der Filterkomponente verbunden ist,
und eine Leiterschicht, die mit dem Leistungsverstärkerbauteil
verbunden ist, sind auf unterschiedlichen dielektrischen Schichten
ausgebildet.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Hochfrequenzmoduls gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine schematische Draufsicht entlang der Linie A-A' in 1 und
stellt ein Beispiel der Anordnung von Durchgangslochleitern in einem
Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
-
3 ist
eine schematische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung
von Durchgangslochleitern in einem Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
4 ist
eine schematische Draufsicht eines weiteren Beispiels der Anordnung
von Durchgangslochleitern in einem Hochfrequenzmodul gemäß der Erfindung;
-
5 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmodul
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
7 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Hochfrequenzmoduls gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
9 ist
eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von
Durchgangslochleitern in einem Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
10 ist
eine schematische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung
von Durchgangslochleitern in einem Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
11 ist
eine schematische Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung
von Durchgangslochleitern in einem Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
12 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
13 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Das
Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
-
<Erste
Ausführungsform>
-
1 ist
eine Querschnittsansicht eines Hochfrequenzmoduls gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung, wobei ein Hochfrequenzmodul 1 an einer externen
elektrischen Leiterplatte 7 wie einem Motherboard montiert
ist.
-
Das
Hochfrequenzmodul 1 weist ein dielektrisches Substrat 2 auf,
das eine Vielzahl von dielektrischen Schichten aufweist, die zusammenlaminiert
sind. Für
die dielektrischen Schichten können
bei niedriger Temperatur brennbare Keramiken verwendet werden, wie
Aluminiumoxidkeramiken, Mullit-Keramiken und Glas-Keramiken, oder Mischungen
aus organischem Kunstharzmaterial und Keramikmaterial. Insbesondere
in solchen Fällen,
bei denen Cu oder Ag für
die Leiter verwendet wird und zur Herstellung ein gemeinsames Brennen
("cofiring") durchgeführt wird,
wird vorzugsweise eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik wie eine
Glas-Keramik oder eine Mischung aus einem organischen Kunstharzmaterial
und Keramikmaterial verwendet. Keramiken, die bei niedriger Temperatur
brennbar sind, ("low
temperature fireable ceramics")
wie Glas-Keramiken, sind für
diesen Zweck am bevorzugtesten, und zwar aufgrund ihrer überlegenen
thermischen Stabilität.
-
Die
thermische Leitfähigkeit
der dielektrischen Schichten, die das dielektrische Substrat 2 bilden,
lässt sich
steuern durch die Auswahl der keramischen Materialien und durch
Steuern des Mischungsverhältnisses, und
beträgt
vorzugsweise 20 W/m·K
oder weniger, noch bevorzugter 10 W/m·K oder weniger, noch bevorzugter
5 W/m·K
oder weniger und am bevorzugtesten 3 W/m·K oder weniger.
-
Bei
dem in 1 gezeigten Hochfrequenzmodul 1 sind
eine Ausnehmung 2a zum Montieren eines Leistungsverstärkerbauteils 4 und
eine Ausnehmung 2b zum Montieren eines akustischen Oberflächenwellenfilters 8 an
der unteren Oberfläche
des dielektrischen Substrates 2 ausgebildet, und zwar um
einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet.
-
An
der Bodenfläche
der Ausnehmung 2a (obgleich es sich bei dieser um die obere
Fläche
der Ausnehmung in der Zeichnung handelt, wird diese nachstehend
als die "Bodenfläche" bezeichnet) zum
Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
ist eine Leiterschicht 2a1 ausgebildet, und eine Elektrode
des Leistungsverstärkerbauteils
ist elektrisch hiermit verbunden über leitende Höcker ("bumps") 3a. Für die leitenden
Höcker 3a kann
Gold, Lot, wärmeaushärtende ("thermosetting") Ag-Paste oder dergleichen
verwendet werden. Wenn beispielsweise Gold verwendet wird, lässt sich
die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode des Leistungsverstärkerbauteils 4 und
der Leiterschicht 2a1 durch Ultraschall-Thermokompressionsbonden
erzielen. Die Verwendung von Gold ermöglicht, dass der Verbindungswiderstand
und die Leiterverluste kleiner sind als in Fällen, bei denen Lot oder aushärtende Ag-Paste
verwendet wird.
-
Für das Leistungsverstärkerbauteil 4 wird
ein Transistor wie ein Gate-Feldeffekttransistor mit PN-Übergang,
ein Gate-Feldeffekttransistor
mit Schottky-Barriere, ein Heterojunction-Feldeffekttransistor, ein Gate-Heterojunction-Feldeffekttransistor
mit PN-Übergang
oder dergleichen verwendet.
-
Ein
so genanntes Hinterfüllungsharz 5 wird
zwischen das Leistungsverstärkerbauteil 4 und
die Leiterschicht 2a1 eingespritzt, und zwar zum Zwecke
des Schützens
der Verbindungsbereiche und der Bauteiloberflächen. Für das Hinterfüllungsharz 5 kann
ein Harz verwendet werden, das durch das Aufbringen von Wärme aushärtet, wie
Epoxyharz, Siliconharz oder dergleichen. Bei dem Hochfrequenzmodul 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
die thermische Leitfähigkeit
des Hinterfüllungsharzes 5 vorzugsweise
20 W/m·K
oder weniger, noch bevorzugter ist es, ein Epoxy-Hinterfüllungsharz
zu verwenden, dessen thermische Leitfähigkeit etwa 10 W/m·K oder
weniger beträgt.
Es ist demzufolge möglich,
zu verhindern, dass von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme sich
zu dem dielektrischen Substrat 2 selbst hin ausbreitet.
-
An
der unteren Öffnung
der Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
ist eine Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 angebracht,
und zwar direkt an der Bodenfläche
des Leistungsverstärkerbauteils 4,
oder ist hiermit in Kontakt gebracht durch eine Wärmetransferverbindung
wie Wärmesenken-Fett. Die Thermotransfer-Dichtungskomponente
bzw. Dichtungskomponente 6 zur Wärmeübertragung ist bereitgestellt,
um von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme effizient
hin zu der externen elektrischen Leiterplatte 7 abzustrahlen
und ist insbesondere aus einem Metall hergestellt, bei dem es sich
vorzugsweise um ein Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit
handelt, wie Kupfer.
-
Diese
Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 ist an einem Leiter 15 zur
Wärmeableitung
bzw. thermischen Dissipation angebracht, der auf der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist, und
zwar über
ein Löt-
bzw. Hartlötmaterial 13.
Demzufolge wird von den Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme effizient
durch die Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 und das
Lötmaterial 13 hindurch
zu dem Leiter 15 zur Wärmeabfuhr übertragen
bzw. ausgebreitet, der sich auf der oberen Fläche der externen elektrischen
Leiterplatte 7 befindet, so dass verhindert wird, dass
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme das
akustische Oberflächenwellenfilter 8 im
Inneren des Moduls erreicht.
-
Nebenbei
bemerkt, um eine gute Lötbarkeit
zwischen der Thermotransfer-Dichtungskomponente 6, die
an der Bodenfläche
des Leistungsverstärkerbauteils 4 angebracht
ist, und dem Leiter 15 zur Wärmeabfuhr an der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 und einer (nicht gezeigten)
Masseelektrode zu erzielen, ist eine Oberfläche der Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 vorzugsweise
mit Ni, Si, Lot oder dergleichen plattiert.
-
Weiterhin
ist an der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen
Oberflächenwellenbauteils
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 montiert
und elektrisch verbunden mit einem Elektrodenabschnitt, der eine
Leiterschicht 2b1 aufweist, die an der Bodenfläche der
Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
ausgebildet ist, und zwar über
leitende Höcker 3b.
Für die
leitenden Höcker 3b wird, wie
für die
leitenden Höcker 3a,
Gold, Lot, aushärtende
Ag-Paste oder dergleichen verwendet. Wenn beispielsweise Gold verwendet
wird, lässt
sich die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode des akustischen Oberflächenwellenfilters 8 und
der Leiterschicht 2b1 durch Ultraschall-Thermokompressionsbonden
erzielen.
-
Für das akustische
Oberflächenwellenfilter 8 wird
ein Filter vom Resonatortyp, ein gekoppeltes Resonatorfilter vom
Leitertyp oder Gittertyp, ein Multi-IDT-Filter ("Inter Digital Transducer-Filter") oder dergleichen verwendet.
Wenn es sich bei dem akustischen Oberflächenfilter 8 um ein
Resonatorfilter handelt, wird vorzugsweise für das piezoelektrische Substrat
ein LiTaO3-Kristall mit um 36 Grad gedrehtem
Y-Schnitt ("Y-cut") und X-Ausbreitungsrichtung
("X-propagation"), ein LiNbO3-Kristall
mit um 64 Grad gedrehtem Y-Schnitt und X-Ausbreitungsrichtung oder
ein LiB4O7-Kristall
mit um 45 Grad gedrehtem X-Schnitt
und Z-Ausbreitungsrichtung verwendet, und zwar aufgrund von deren
hohen elektromechanischen Koppelkoeffizienten und geringen thermischen
Koeffizienten für
die Gruppenverzögerungszeit.
Zusätzlich
wird zum Anregen, Ausbreiten und zum In-Schwingung-Versetzen von akustischen
Oberflächenwellen
an der Oberfläche
des piezoelektrischen Substrates eine IDT-Elektrode ("Inter Digital Transducer-Elektrode") (nicht gezeigt)
an der Oberfläche
des piezoelektrischen Substrates vorgesehen, die wenigstens einige
kammartige Elektroden aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie
aneinander angreifen bzw. einander berühren. Die IDT-Elektrode wird
gebildet durch Verbinden mehrerer Paare von kammartigen Elektroden
in Reihe oder parallel zueinander, um gewünschte Filtercharakteristika
zu erzielen. Eine solche IDT-Elektrode kann auf dem piezoelektrischen
Substrat in einer gewünschten Konfiguration
mit einer gewünschten
Größe gebildet
werden durch ein Dünnfilm-Herstellungsverfahren
wie Dampfabscheidung, Sputtern oder das CVD-Verfahren.
-
In
dem Hochfrequenzmodul in 1 ist eine Abdeckkomponente 9 an
der unteren Öffnung
der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
angebracht, und zwar beabstandet von der Oberfläche des akustischen Oberflächenwellenfilters 8.
Zum Zwecke des mechanischen Schutzes des akustischen Oberflächenwellenfilters 8 und
des Unterdrückens
von Beschädigungen
bzw. Degenerierung der IDT-Elektrode aufgrund von Oxidation ist
Luft mit geringer Luftfeuchtigkeit oder dergleichen in dem inneren Raum
der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
eingekapselt, wobei es sich bei dem inneren Raum um den Vibrationsraum
handelt. Die Abdeckkomponente 9 ist angebracht mittels eines
Epoxyharzes, Lötmaterials
oder dergleichen, um die Abdichtung 2b zum Montieren des
akustischen Oberflächenwellenfilters
abzudichten.
-
Alternativ
hierzu kann im Inneren der Ausnehmung ein inertes Gas wie Stickstoffgas
oder Argongas oder ein inertes Gas mit geringerer thermischer Leitfähigkeit
als Luft eingekapselt sein, so dass die Beschädigung der IDT-Elektrode aufgrund
von Oxidation ebenfalls verhindert werden kann.
-
Das
für die
Abdeckkomponente 9 verwendete Material kann ein Metall
sein, wie SUS, Kupfer, Nickelsilber oder dergleichen, oder ein Harz
wie Glasepoxyharz. Da die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme sich
hin zu der externen elektrischen Leiterplatte 7 ausbreitet,
und zwar durch die Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 hindurch,
wird insbesondere ein Glasepoxyharz mit geringer thermischer Leitfähigkeit
vorzugsweise für
die Abdeckkomponente 9 verwendet, so dass die zu der externen
elektrischen Leiterplatte 7 hin ausgebreitete Wärme sich
nicht durch die Abdeckkomponente hindurch zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 hin
ausbreitet.
-
Die
Abdeckkomponente 9 ist an der Ausnehmung 2b zum
Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
beabstandet von dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 montiert.
Zusätzlich
hierzu ist zwischen der Abdeckkomponente 9 und der externen
elektrischen Leiterplatte 7 ein Leerraumabschnitt 10 vorgesehen, durch
den ferner gewährleistet
wird, dass die Wärmeausbreitung
von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 hin
zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 unterdrückt werden
kann.
-
Obgleich
die Öffnung
der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters bei
der Ausführungsform
der 1 mit der Abdeckkomponente 9 abgedichtet
ist, ist es auch möglich,
die Öffnung
durch Einspritzen eines Harzdichtungsmittels wie Siliconharz, eines
Epoxyharz oder dergleichen in die Ausnehmung 2b hinein
abzudichten.
-
Die
Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und die Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
sind vorzugsweise um einen Abstand von 0,3 mm oder mehr voneinander
beabstandet, wobei es noch bevorzugter ist, wenn sie voneinander
um einen Abstand von 0,5 mm oder mehr beabstandet sind. Dies ermöglicht es,
die Wärmeausbreitung
von dem Leistungsverstärkerbauteil
hin zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 durch
die dielektrischen Schichten zwischen den Ausnehmungen 2a und 2b hindurch
effizient zu reduzieren.
-
Zusätzlich hierzu
ist zwischen der Ausnehmung 2a zum Montieren des Verstärkerbauteils
und der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
ein Durchgangslochleiter 11 ausgebildet, wobei ein Ende
des Durchgangslochleiters 11 an der unteren Oberfläche freiliegt.
Dieser Durchgangslochleiter 11 ist, ähnlich wie die Thermotransfer-Dichtungskomponente 6,
ebenfalls mit dem Leiter 15 zur Wärmeabfuhr an der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 verbunden, und zwar
durch Lötmaterial 13.
-
Akkumulativ
zu der Anordnung, bei der der Durchgangslochleiter 11 mit
einem Verlängerungsabschnitt der
Leiterschicht 2a1 verbunden ist, kann der Durchgangslochleiter 11 auch
mit einem Verlängerungsabschnitt einer
Leiterschicht (die in 1 mit 2a2, 2a3 bezeichnet
ist) verbunden sein, die in einer dielektrischen Schicht oberhalb
der Leiterschicht 2a1 angeordnet und mit der Elektrode
des Leistungsverstärkerbauteils 4 verbunden ist.
-
Durch
die Ausbildung eines derartigen Durchgangslochleiters 11 werden
ein Teil der Wärme,
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlt
wird und sich zu der Leiterschicht 2a1 an der Bodenfläche der Ausnehmung 2a hin
ausbrei tet, oder zu den Leiterschichten 2a2 oder 2a3,
und ein Teil der Wärme,
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlt
wird und sich hin zu den dielektrischen Schichten zwischen den beiden
Ausnehmungen 2a und 2b ausbreitet, durch den Durchgangslochleiter 11 absorbiert,
so dass sie effizient ausgebreitet bzw. übertragen werden zu dem Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr,
der auf der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist, und
zwar über
das Lötmaterial 13.
-
Der
zuvor genannte Effekt lässt
sich weiter verstärken,
indem anstelle von lediglich einem Durchgangslochleiter 11 zwei
oder mehr derartiger Durchgangslochleiter 11 zwischen der
Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
vorgesehen werden.
-
Besondere
Beispiele der Anordnung der Ausnehmung 2a zum Montieren
des Leistungsverstärkerbauteils,
der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
und des Durchgangslochleiters 11 sind in den 2 bis 4 gezeigt. 2 zeigt
eine Draufsicht auf das Hochfrequenzmodul der 1,
und zwar entlang der Linie A-A' der 1.
Die 3 und 4 sind Draufsichten auf weitere
Beispiele jener Anordnung.
-
In 2 sind
zwei Durchgangslochleiter 11 etwa im mittleren Bereich
zwischen der Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
ausgebildet, und zwar so, dass sie in zweidimensionaler Betrachtungsweise
diagonal angeordnet sind. In 3 ist die
Anordnung so, dass eine Vielzahl von Durchgangslochleitern 11 linear
angeordnet sind, so dass sie die Ausnehmung 2a zum Montieren
des Leistungsverstärkerbauteils
teilweise umschließen
bzw. umranden, und zwar etwa in einem mittleren Bereich zwischen
der Ausnehmung 2a und der Ausnehmung 2b zum Montieren
des akustischen Oberflächenwellenfilters,
und zwar in lateraler Juxtaposition bzw. Nebeneinanderanordnung
zueinander. 4 zeigt eine Anordnung, bei
der eine Vielzahl von Durchgangslochleitern 11 in so genannter
Zickzack-Anordnung etwa in einem mittleren Bereich zwischen der
Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
und der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
angeordnet ist, und zwar in lateraler Juxtaposition zueinander.
-
Um
diese Funktion zu erzielen, sind die Durchgangslochleiter 11 vorzugsweise
gebildet aus einem Metall mit überlegener
thermischer Leitfähigkeit
und weisen insbesondere gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung einen Leiter auf, der hauptsächlich aus
Metall besteht, das wenigstens ein Material aufweist, das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Cu, CuO, Ag, Ag-Pd, Ag-Pt und Au besteht. Um es für die Wärme, die
von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlt
wird, schwerer zu machen, sich hin zu dem dielektrischen Substrat 2 und
weiter zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 auszubreiten,
ist die thermische Leitfähigkeit
des Durchgangslochleiters 11 vorzugsweise mehr als fünf mal so
groß wie
die thermische Leitfähigkeit
des dielektrischen Substrates 2 und beträgt in noch
bevorzugterer Ausgestaltung 100 W/m·K oder mehr. Ferner kann
der Durchgangslochleiter 11 anorganisches Material wie
Metalloxid und Glas enthalten, um das Schrumpfverhalten beim Brennen
des dielektrischen Substrates steuern zu können.
-
Eine
derart hohe thermische Leitfähigkeit
des Durchgangslochleiters 11 lässt sich realisieren, beispielsweise
mit einer thermischen Leitfähigkeit
von 150 W/m·K,
indem 85 Massen-% Ag-Pulver,
3 Massen-% Blei-Borsilicatglas und 12 Massen-% SiO2 zusammengemischt
werden.
-
Obgleich
der Durchmesser des Durchgangslochleiters 11 nicht gleichförmig ist,
ist es bevorzugt, dass der Durchmesser des engsten Teils des Durchgangslochleiters 11 im
Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt. Wenn eine Vielzahl der Durchgangslochleiter 11 ausgebildet
wird, können
die Durchgangslochleiter 11 so angeordnet werden, dass
ihre jeweiligen lateralen Flächen
in Intervallen von 0,2 bis 1,0 mm voneinander beabstandet sind. Zusätzlich hierzu
ist das Querschnittsprofil des Durchgangslochleiters 11 nicht
notwendigerweise kreisförmig, sondern
kann elliptisch oder schlitzartig (rechteckförmig) sein.
-
Bei
dem Hochfrequenzmodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie es in 1 gezeigt ist, sind die Ausnehmungen 2a, 2b jeweils
mit unterschiedlicher Tiefe ausgebildet, so dass die Leiterschichten 2a1 und 2b1,
die an der Bodenfläche
der Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
bzw. an der Bodenfläche
der Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
in dem dielektrischen Substrat 2 ausgebildet sind, jeweils
an einer unterschiedlichen dielektrischen Schicht ausgebildet sind. Demzufolge
lässt sich
die Wärmemenge,
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 zu
dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 durch
die dielektrischen Schichten und Leiterschichten hindurch abgestrahlt
wird, effizienter reduzieren im Vergleich zu Fällen, bei denen die Leiterschichten 2a1 und 2b1 auf
derselben dielektrischen Schicht ausgebildet sind. Es ist demzufolge
möglich,
weiter zu gewährleisten,
dass verhindert wird, dass sich die elektrischen Eigenschaften aufgrund
des thermischen Einflusses auf das akustische Oberflächenwellenfilter
verschlechtern.
-
Bei
dem Hochfrequenzmodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie es in 1 gezeigt ist, sind das Leistungsverstärkerbauteil 4 und
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 mit
elektronischen Komponenten 12 verbunden, einschließlich Widerstand,
Kondensator, Induktor, Halbleiterbauteil und dergleichen, die auf der
oberen Oberfläche
des dielektrischen Substrates 2 montiert sind, und zwar über eine
interne Leiterverdrahtung 16, eine Oberflächenleiterverdrahtung 17 und
eine Durchkontaktierung 18. Durch diese Anordnung sind das
Leistungsverstärkerbauteil 4 und
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 dazu
ausgelegt, ihre jeweiligen Funktionen zu erfüllen, wodurch eine gewünschte elektronische
Schaltung erzielt wird. Ferner kann nach Notwendigkeit ein Hochfrequenzfilter
(nicht gezeigt) oder dergleichen mit Kondenstor, Induktor und dergleichen innerhalb
des dielektrischen Substrates 2 aufgenommen sein, und zwar
durch Verwendung einer Leiterverdrahtung, wodurch die Größe des Hochfrequenzmoduls 1 mit
weiter verbesserten Funktionen verkleinert werden kann.
-
Zusätzlich hierzu
ist es durch Montieren eines metallischen Abschirmgehäuses 14 zum
Zwecke des Schützens
der elektronischen Komponenten 12 und der auf der Oberfläche des
Hochfrequenzmoduls 1 montierten Schaltungen möglich, mechanische
Belastungen bzw. Spannungen von außen, atmosphärische Einflüsse und
elektromagnetisches Rauschen abzuschirmen oder zu unterdrücken.
-
Ferner
sind bei diesem Hochfrequenzmodul 1 Elektrodenpads 20 zur
Signalübertragung,
die in dem Hochfrequenzmodul 1 ausgebildet sind, mit einer
Signalverdrahtungsschicht 21 verbunden, die an der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist, und
zwar über
das Lötmaterial 13.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des Hochfrequenzmoduls
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Während
bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
die Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
auf derselben Oberfläche
ausgebildet ist wie die Ausnehmung 2a zum Montieren des
Leistungsverstärkerbauteils,
ist die Ausnehmung 2b bei 5 an der
entgegengesetzten Seite ausgebildet, d.h. an der oberen Oberfläche. Das
akustische Oberflächenwellenfilter 8 ist
mit einer Leiterschicht 2b1 verbunden, die innerhalb der
Ausnehmung 2b ausgebildet ist, wie bei 1.
Bei diesem Beispiel ist ein isolierendes organisches Harz 19 in
die Ausnehmung 2b eingespritzt, wodurch das akustische Oberflächenwellenfilter 8 innerhalb
des Harzes abgedichtet ist.
-
Ferner
ist bei diesem Beispiel ein Durchgangslochleiter 11 etwa
in einem mittleren Bereich zwischen der Ausnehmung 2b zum
Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
und der Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
angeordnet, und zwar wie in 1. Hier
ist ein Ende des Durchgangslochleiters 11 an der unteren
Oberfläche
des Moduls 1 freigelegt und auf einen Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr
gelötet,
und zwar über
ein Lötmaterial 13,
und das andere Ende des Durchgangslochleiters 11 ist mit
einem Verlängerungsabschnitt
einer Leiterschicht 2a1 verbunden, wie in 1.
Der Durchgangslochleiter 11 kann mit einem Verlängerungsabschnitt
der Leiter schichten 2a2 oder 2a3 verbunden sein,
die oberhalb der Schicht 2a1 angeordnet sind.
-
6 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Während
bei den Ausführungsformen
der 1 und 5 das dielektrische Substrat 2 einheitlich
aus demselben Material gebildet ist, ist bei dem Beispiel der 6 ein Abschnitt
des dielektrischen Substrates, der um die Ausnehmung 2a zum
Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
herum angeordnet ist, aus einem dielektrischen Material 2' gebildet, das
eine niedrigere thermische Leitfähigkeit
besitzt als das Material für
den restlichen Abschnitt. Durch dieses Merkmal wirkt das dielektrische Material 2' als ein Wärmeisolator,
und hierdurch kann verhindert werden, dass von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme um
das Bauteil herum abgeführt
oder ausgebreitet wird.
-
7 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Bei der Ausführungsform
der 6 sind innerhalb derselben dielektrischen Schichten
zwei unterschiedliche dielektrische Materialien getrennt voneinander
vorhanden. Bei der Ausführungsform
der 7 ist die Ausnehmung 2a zum Montieren
des Leistungsverstärkerbauteils
an der Seite der unteren Oberfläche
des Substrates ausgebildet, und die Ausnehmung 2b zum Montieren
des akustischen Oberflächenwellenfilters
ist an der Seite der oberen Oberfläche hiervon ausgebildet, wie
in 5, wobei der Abschnitt an der unteren Seite insgesamt
aus dem Material 2' mit
der niedrigeren thermischen Leitfähigkeit gebildet ist.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Hochfrequenzmoduls
gemäß der Erfindung
beschrieben. Nachstehend wird als eine bevorzugte Ausführungsform
ein Beispiel erörtert,
bei dem das dielektrische Substrat eine Glas-Keramikzusammensetzung
aufweist.
-
Zunächst werden
zur Bildung von dielektrischen Lagen, die das dielektrische Substrat 2 bilden,
keramische Rohlagen ("green
sheets") hergestellt,
die aus einer Glas-Keramikzusammensetzung zusammengesetzt sind.
Die keramischen Rohlagen für
die dielektrischen Schichten werden wie folgt hergestellt: 30 bis
90 Massen-% eines allgemein bekannten Glasmaterials wie Borsilicatglas,
Zinkborsilicat-basiertes Glas oder erdalkalisches SiO2-Al2O3-Oxidglas werden
mit 10 bis 70 Massen-% eines anorganischen Füllstoffes wie Aluminiumoxid,
Quarz, Mullit, AlN oder Forsterit gemischt. Anschließend werden
der Mischung ein organisches Bindemittel wie Alkylmethacrylat, ein
Weichmacher wie DBP (Dibutylphthalat) und ein organisches Lösungsmittel wie
Toluol hinzugegeben. Die gesamte Mischung wird in einer Kugelmühle für 4 bis
8 h geknetet, um einen Brei zu erzeugen. Unter Verwendung des Breis
wird das Gießen
des Bandes durchgeführt,
und zwar durch das Rakel-Verfahren bzw. Doktor-Verfahren oder dergleichen,
um ein Band ("tape") herzustellen, und
das Band wird in Lagen einer gewünschten
Größe geschnitten,
wodurch keramische Rohlagen hergestellt werden.
-
Nachfolgend
werden die vorgeschriebenen keramischen Rohlagen mit Durchgangslöchern für die Durchgangslochleiter 11,
einem Durchgangsloch für
die Durchkontaktierung 18 zum Verbinden der inneren Leiterverdrahtung 16 und
der Oberflächenleiter
verdrahtung 17, einer Ausnehmung 2a zum Montieren
des Leis tungsverstärkerbauteils
und einer Ausnehmung 2b zum Montieren des akustischen Oberflächenwellenfilters
ausgebildet. Beim Ausführen
dieses Prozesses werden die Löcher
durch Mikrobohren und/oder Stanzen ausgebildet, und die Ausnehmungen
werden gebildet, indem Rohlagen, die ein lichtempfindliches Harz
enthalten, einem Belichtungs- und Entwicklungsprozess unterzogen
werden. Es ist auch möglich,
Durchgangslöcher mit
verschiedenen Formen einschließlich
einer Kreisform, einer elliptischen Form und länglichen Form durch eine derartige
Belichtungs- und Entwicklungsprozedur auszubilden.
-
Zusätzlich hierzu
werden die Durchgangslöcher
für die
Durchgangslochleiter 11 und das Durchgangsloch für die Durchkontaktierung 18 mit
einer Cu- oder Ag-basierten leitenden Paste gefüllt. Gleichzeitig werden die
Rohlagen jeweils mit Mustern ausgebildet, die als die innere Leiterverdrahtung 16,
die Oberflächenleiterverdrahtung 17,
die Leiterschicht 2a1 und die Leiterschicht 2b1 dienen,
und zwar unter Verwendung einer Cu- oder Ag-basierten leitenden
Paste mittels Siebdruck, Tiefdruck oder dergleichen.
-
Für die Cu-
oder Ag-basierte leitende Paste können zusätzlich zu Pulvern wie Cu-Pulver,
CuO-Pulver und Ag-Pulver auch Ag-Legierungspulver wie Ag-Pd-Pulver
und Ag-Pt-Pulver verwendet werden. Nach Notwendigkeit werden vorbestimmte
Mengen eines Borsilicat-basierten Glases mit niedrigem Schmelzpunkt, SiO2, Al2O3,
ein erdalkalisches Metalloxid wie MgO oder CaO und ein Metalloxid
wie Bi2O3 sowie
ein organisches Bindemittel wie Ethylcellulose und ein organisches
Lösungsmittel
wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat mit dem Metallpulver
zu sammengemischt und homogen miteinander verknetet, um als das Material
verwendet zu werden.
-
In
Fällen,
bei denen nach Notwendigkeit vorbestimmte Mengen eines Borsilicat-basierten
Glases mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zinkborsilicatglas oder Bleiborsilicatglas,
ein anorganisches Material wie ein Metalloxid, z.B. Al2O3, MgO, CaO oder Bi2O3, ein organisches Bindemittel wie Ethylcellulose
und ein organisches Lösungsmittel
wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentanediol-monoisobutyrat mit dem Metallpulver
zusammengemischt und homogen miteinander verknetet werden, um als
das Material verwendet zu werden, lässt sich die thermische Leitfähigkeit
steuern durch Einstellen des Verhältnisses des Glases mit niedrigem
Schmelzpunkt und des Metalloxides zu dem Metallpulver.
-
Die
auf die oben beschriebene Art und Weise erhaltenen keramischen Rohlagen
werden beispielsweise positioniert, indem die Durchkontaktierung 18 als
eine Referenz verwendet wird, werden gemäß einer Laminierungsfolge gestapelt
und unter Wärme
und Druck zusammenlaminiert, wodurch ein ungebrannter mehrschichtiger
Körper
erzeugt wird.
-
Nachfolgend
wird dieser ungebrannte mehrschichtige Körper gebrannt, beispielsweise
in einer oxidierenden Atmosphäre,
so dass er zusammengesintert wird ("sinter-bonded together"). Genauer gesagt
lässt sich ein
derartig gesintertes Substrat erhalten, indem der mehrschichtige
Körper
in einer Sauerstoffatmosphäre oder
in atmosphärischer
Luft bei einer Temperatur von 800 bis 1.000°C gebrannt wird.
-
Hiernach
werden das Leistungsverstärkerbauteil 4,
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 und
dergleichen an den Ausnehmungen 2a, 2b montiert
und dann abgedichtet, indem die Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 und/oder
die Abdeckkomponente 9 an den Montageabschnitten angebracht
werden, und zwar durch Löten
oder durch Einspritzen des organischen Harzdichtungsmittels 19.
-
Wenn
ein derartiges Modul an der externen elektrischen Leiterplatte 7 montiert
wird, so wird es an der externen Leiterplatte angebracht durch Löten der
Elektrodenpads 20 zur Signalübertragung des Moduls an die externe
elektrische Leiterplatte 7, und gleichzeitig durch Löten der
Thermotransfer-Dichtungskomponente 6 und
der Durchgangslochleiter 11 auf den Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr,
der auf der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte ausgebildet ist.
-
Wenn
der Abschnitt um die Ausnehmung 2a zum Montieren des Leistungsverstärkerbauteils
herum gebildet wird, indem das wärmeisolierende
dielektrische Material 2' verwendet
wird, wie es in 6 gezeigt ist, kann der Prozess
so aussehen, dass ein lichtempfindliches Harz mit dem Material für das dielektrische Substrat 2 gemischt
wird, und dass, nachdem eine vorgeschriebene Ausnehmung durch Belichtung
und Entwicklung gebildet ist, das wärmeisolierende dielektrische
Material 2' in
die Ausnehmung eingespritzt bzw. injiziert wird, und dass hiernach
die Ausnehmungen 2a, 2b gebildet werden durch
Stanzen oder dergleichen, wodurch ein ungebrannter mehrschichtiger
Körper
hergestellt wird, der anschließend
gebrannt wird.
-
Alternativ,
wenn das Modul gebildet wird unter Verwendung von dielektrischen
Materialien mit unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeiten
zur Bildung des oberen Abschnittes und des unteren Abschnittes des dielektrischen
Substrates 2, wie es in 7 gezeigt
ist, kann der Prozess so aussehen, dass Rohlagen hergestellt werden
unter Verwendung von dielektrischen Materialien, die für die jeweiligen
Abschnitte geeignet sind, und nachdem diese jeweils verarbeitet
sind, werden diese in einen ungebrannten mehrschichtigen Körper zusammenlaminiert
und dann gebrannt.
-
BEISPIEL
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail auf der Grundlage
des folgenden Beispiels und Vergleichsbeispiels beschrieben.
-
Ein
dielektrisches Glas-Keramikmaterial, das ein Borsilicatglas und
Aluminiumoxid aufweist und eine thermische Leitfähigkeit von 3 bis 5 W/m·K besitzt,
wurde als das dielektrische Material verwendet. Für die Durchgangslochleiter
wurde ein Ag-basiertes leitendes Material mit einer thermischen
Leitfähigkeit
von 150 W/m·K
verwendet. Für
die Thermotransfer-Dichtungskomponente
wurde Kupfer verwendet. Unter Verwendung der obenstehenden Materialien
wurde ein Hochfrequenzmodul hergestellt, wie zuvor beschrieben.
Dieses Hochfrequenzmodul wurde unter Verwendung eines Cu-Ag-basierten
Lötmaterials
auf die Oberfläche
eines Motherboards montiert, das ein isolierendes Substrat aufweist,
das aus einem gewebten Glasfaser-Epoxidharz-Verbundmaterial bestand und einen Leiter
zur Wärmeabfuhr
und eine Verdrahtungsschicht zur Signalübertragung darauf ausgebildet
hatte, und zwar hergestellt aus Kupfer. [Tabelle 1]
Proben-Nr. | Modulstruktur | Thermische
Leitfähigkeit des
dielektrischen Substrates (W/m·K) | Abstand zwischen Ausnehmungen (mm) | Löten mit Thermotransfer-Dichtungskomponente | Anzahl von
Durchgangslochleitern | Temperatur
der Ausnehmung für Leistungsverstärkerbauteil (°C) | Temperatur
der Ausnehmung für Oberflächenwellenbauteil (°C) |
*1 | – | 5 | 0,5 | Nein | 0 | 110 | 75 |
*2 | – | 5 | 0,5 | Ja | 0 | 80 | 58 |
3 | Fig.
1 | 5 | 0,5 | Ja | 2 | 78 | 50 |
4 | Fig.
1 | 3 | 0,5 | Ja | 2 | 80 | 45 |
5 | Fig.
1 | 3 | 0,5 | Ja | 5 | 80 | 40 |
6 | Fig.
3 | 3 | 0,5 | Ja | 8 | 79 | 32 |
7 | Fig.
5 | 5 | 0,5 | Ja | 2 | 80 | 43 |
8 | Fig.
6 | 5
(3 um Leistungsverstärker herum) | 0,5 | Ja | 2 | 78 | 44 |
9 | Fig.
7 | 5
(3 auf Leitungsverstärkerseite) | 0,5 | Ja | 2 | 79 | 38 |
- *Nicht im Rahmen der Erfindung
-
Die
Bedingungen wurden so eingestellt, dass bei einem EIN/AUS-Verhältnis (Tastverhältnis) der
Source des Leistungsverstärkerbauteils
(PA) von 1/8 ein Ausgang von 33,5 dBm aus einem Eingangssignal von
0 dB erhalten wurde, und die eingeschwungenen Temperaturen im Inneren
der Ausnehmung für
das Leistungsverstärkerbauteil
und der Ausnehmung für
das akustische Oberflächenwellenfilter
wurden gemessen.
-
Zusätzlich wurden
durch Verwendung eines Simulationsprogramms zur Wärmeleitungsanalyse
Temperaturen an den Ausnehmungen für Fälle berechnet, bei denen die
thermische Leitfähigkeit
bzw. Wärmeleitfähigkeit
von dielektrischen Schichten, die um das Leistungsverstärkerbauteil
herum angeordnet sind, sich von jener des anderen Abschnittes unterschied
(Probennummern 8, 9).
-
Wie
es aus den Ergebnissen in Tabelle 1 ersichtlich ist, sind die Temperaturen
im Inneren der Ausnehmung für
das Leistungsverstärkerbauteil
und der Ausnehmung für
das akustische Oberflächenwellenfilter
in den Fällen
der Probennummern 1, 2, bei denen keine Thermotransfer-Dichtungskomponenten
oder Durchgangslochleiter vorhanden waren, höher als in Fällen der
Probennummern 3, 9, bei denen die Thermotransfer-Dichtungskomponenten
und Durchgangslochleiter vorhanden waren.
-
Es
ist herausgefunden worden, dass die Struktur gemäß der Erfindung, die die Thermotransfer-Dichtungskomponente
und Durchgangslochleiter aufweist, ermöglicht, dass Wärme des
Leistungsverstärkerbauteils
effektiv abgeführt
("dissipated") wird, wodurch der
thermische Einfluss auf das akustische Oberflächenwellenfilter reduziert
wird.
-
Es
ist ferner erkannt worden, dass in einer derartigen Struktur diese
Wirkung umso bemerkenswerter ist, je höher die Anzahl der Durchgangslochleiter
ist und je mehr die thermische Leitfähigkeit des dielektrischen Substrates
abnimmt. Ferner wurde im Vergleich zu jenen Fällen, bei denen die Anzahl
der Durchgangslochleiter erhöht
war, ähnliche
Ergebnisse für
die Probennummern 8, 9 erhalten, bei denen das dielektrische Sub strat unter
Verwendung von zwei Arten von dielektrischen Materialien gebildet
wurde.
-
<Zweite
Ausführungsform>
-
8 ist
eine Querschnittsansicht eines Hochfrequenzmoduls gemäß der zweiten
Ausführungsform der
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist das Hochfrequenzmodul 1 an einer externen elektrischen
Leiterplatte 7 wie einem Motherboard montiert und damit
implementiert.
-
Ein
dielektrisches Substrat 2 in dem Hochfrequenzmodul 1 weist
eine Vielzahl von dielektrischen Schichten auf, die zusammenlaminiert
sind, und für
dieses Substrat können
die gleichen Materialien verwendet werden, wie sie zu der ersten
Ausführungsform
beschrieben worden sind.
-
Das
Gleiche, was in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden
ist, kann auch auf die thermische Leitfähigkeit der dielektrischen
Schichten angewendet werden, die das dielektrische Substrat 2 bilden.
-
Bei
dem in 8 gezeigten Hochfrequenzmodul 1 sind
ein eine Ausnehmung aufweisender Montageabschnitt 2a für ein Leistungsverstärkerbauteil
und ein eine ebene Oberfläche
aufweisender Montageabschnitt 2b für ein akustisches Oberflächenwellenfilter
in einem vorbestimmten Abstand voneinander an der oberen Oberfläche des
dielektrischen Substrates 2 ausgebildet.
-
Eine
Leiterplatte 2a1 ist an einer Bodenfläche des Montageabschnittes 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
ausgebil det, und ein Leistungsverstärkerbauteil 4 ist
daran montiert. Das Leistungsverstärkerbauteil 4 ist
elektrisch mit einer internen Leiterverdrahtung 16 verbunden,
und zwar über
eine Drahtbondierung 3a.
-
Das
Transistorbauteil oder dergleichen, das das Leistungsverstärkerbauteil 4 bildet,
ist von derselben Art, wie sie in Bezug auf die erste Ausführungsform
beschrieben worden ist.
-
Ein
Hinterfüllungsharz 5 ist über das
Leistungsverstärkerbauteil 4 und
zwischen das Leistungsverstärkerbauteil 4 und
die Leiterschicht 2a1 eingespritzt, und zwar zum Zwecke
des Schützens
der Verbindungsteile und der Bauteiloberflächen. Das Material für das Hinterfüllungsharz 5 ist
das gleiche, wie es in Bezug auf 1 beschrieben
worden ist, was es ermöglicht,
die Ausbreitung von Wärme
von dem Leistungsverstärkerbauteil 5 hin
zu dem dielektrischen Substrat 2 selbst zu unterdrücken.
-
Unter
dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
sind erste Durchgangslochleiter 6a ausgebildet, die das
dielektrische Substrat 2 hin zu dessen unterer Oberfläche durchdringen.
Die ersten Durchgangslochleiter 6a sind vorgesehen, um
die Wärmeausbreitung
hin zu der externen elektrischen Leiterplatte 7 zu erleichtern.
Die thermische Leistungsfähigkeit
der ersten Durchgangslochleiter 6a ist vorzugsweise fünf mal so
groß wie
die thermische Leitfähigkeit
des dielektrischen Substrates 2, und es ist noch bevorzugter,
wenn die ersten Durchgangslochleiter 6a eine thermische
Leitfähigkeit
von 100 W/m·K
oder mehr besitzen. Zusätzlich
hierzu beträgt
der Durchmesser des schmalsten Teils der ersten Durchgangslochleiter 6a vorzugsweise 0,1
bis 0,5 mm. Ferner sind die Quer schnittsprofile jener Durchgangslochleiter 6a nicht
notwendigerweise kreisförmig,
sondern können
eine elliptische oder eine schlitzartige (rechteckförmige) Form
besitzen.
-
Die
ersten Durchgangslochleiter 6a werden auf einen Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 gelötet, und
zwar mittels eines Lötmaterials 13.
Durch diese Anordnung wird von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme effizient
durch die ersten Durchgangslochleiter 6a und das Lötmaterial 13 hindurch
zu dem Leiter 15 zur Wärmeabfuhr
ausgebreitet bzw. übertragen,
der auf der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist,
und es ist demzufolge möglich
zu verhindern, dass das akustische Oberflächenwellenfilter 8 in
dem Modul von der Wärme thermisch
beeinflusst wird, die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlt
wird.
-
Ferner
ist das akustische Oberflächenwellenfilter 8 an
dem Montageabschnitt 2b hierfür montiert, der elektrisch
mit dem Elektrodenteil einer Leiterschicht 2b1 verbunden
ist, die an der Bodenoberfläche
des Montageabschnittes 2b des akustischen Oberflächenwellenfilters
ausgebildet ist, und zwar über
leitende Höcker 3b.
Für die
leitenden Höcker 3b kann
Gold, Lot, aushärtende
bzw. wärmeaushärtende Ag-Paste
oder dergleichen verwendet werden.
-
Da
die Struktur des Filterbauteils, das das akustische Oberflächenwellenfilter 8 bildet,
die gleiche ist, wie sie in Bezug auf die erste Ausführungsform
beschrieben worden ist, wird sie nachstehend nicht weiter erläutert.
-
Obgleich
der Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
der Ausführungsform der 8 abgedichtet
wird durch das Aufbringen von Hinterfüllungsharz 5, wie
Siliconharz oder Epoxyharz, kann das akustische Oberflächenwellenfilter
auch an einer Ausnehmung montiert sein und mit dem Hinterfüllungsharz 5 abgedichtet
sein.
-
Zusätzlich hierzu
ist bei der vorliegenden Erfindung bzw. Ausführungsform ein zweiter Durchgangslochleiter 11,
der sich von der oberen Oberfläche
des dielektrischen Substrates 2 hin zu dessen Bodenfläche erstreckt,
zwischen dem zuvor genannten Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und dem Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
ausgebildet. Auf die gleiche Weise wie die ersten Durchgangslochleiter 6a ist
dieser zweite Durchgangslochleiter 11 an dem Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 montiert, und
zwar über
Lötmaterial 13.
-
Durch
Ausbilden eines derartigen zweiten Durchgangslochleiters 11 können ein
Teil der Wärme,
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlt
wird und sich von dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
zu dem Hinterfüllungsharz 5 hin
ausbreitet, und ein Teil der Wärme,
die sich zwischen den Montageabschnitten 2a, 2b zu
den dielektrischen Schichten 2 hin ausbreitet, mittels
des zweiten Durchgangslochleiters 11 absorbiert und effizient
auf den Leiter 15 zur Wärmeabfuhr
ausgebreitet bzw. übertragen werden,
der an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist.
-
Ferner
ist bei der vorliegenden Erfindung bzw. Ausführungsform eine Leiterschicht 2a1 an
der Bodenfläche
des Montageabschnittes 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
ausgebildet und erstreckt sich in horizontaler Richtung, und ein
Verlängerungsabschnitt
hiervon ist mit dem zweiten Durchgangslochleiter 11 verbunden.
Durch diese Struktur ist die Leiterschicht 2a1 dazu in
der Lage, Umgebungswärme
zu absorbieren und die Wärme
auf den zweiten Durchgangslochleiter 11 zu übertragen,
wodurch es möglich
wird, dass die Wärme effizient
an den Leiter 15 zur Wärmeabfuhr
abgeführt
wird, der sich auf der oberen Oberfläche der externen elektrischen
Leiterplatte 7 befindet.
-
Zusätzlich hierzu
ist es gemäß der Erfindung
bevorzugt, wenn ein dritter Durchgangslochleiter 23 unterhalb
des Montageabschnittes 2b für das Filterbauteil angeordnet
ist. Dieser dritte Durchgangslochleiter 23 ist ebenfalls
so ausgebildet, dass er sich hin zu der unteren Oberfläche des
dielektrischen Substrates 2 erstreckt und an dem Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr
an der oberen Oberfläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 angebracht ist,
und zwar über
das Lötmaterial 13 auf
dieselbe Art und Weise wie die ersten Durchgangslochleiter 6a und
der zweite Durchgangslochleiter 11. Durch Bereitstellen
dieses dritten Durchgangslochleiters 23 kann ein Temperaturanstieg
in dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 selbst
unterdrückt
werden.
-
Der
zuvor genannte Effekt kann weiter verstärkt werden, indem anstelle
von nur einem Durchgangslochleiter 11 zwei oder mehr derartiger
Durchgangslochleiter 11 zwischen dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und dem Monta geabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
bereitgestellt werden.
-
Besondere
Beispiele, bei denen eine Vielzahl derartiger zweiter Durchgangslochleiter 11 vorgesehen sind,
sind in den 9 bis 11 gezeigt. 9 ist
eine Draufsicht, die das Hochfrequenzmodul der 8 von
oben zeigt, wobei das akustische Oberflächenwellenfilter und das Leistungsverstärkerbauteil
nicht dargestellt sind. 10 und 11 sind
Draufsichten auf weitere Beispiele.
-
Bei
dem Beispiel der 9 sind etwa in einem mittleren
Bereich zwischen dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und den Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter zwei
zweite Durchgangslochleiter 11 angeordnet, und zwar so,
dass sie in zweidimensionaler Betrachtungsweise diagonal angeordnet
sind. In 10 ist eine Vielzahl von zweiten
Durchgangslochleitern 11 etwa in einem mittleren Bereich
zwischen dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und dem Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
angeordnet, und zwar in einer L-Form,
die den Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
teilweise umgibt. 11 stellt ein Beispiel dar,
bei dem eine Vielzahl von zweiten Durchgangslochleitern 11 etwa
in einem mittleren Bereich angeordnet ist, und zwar in einer Zickzack-Anordnung,
die den Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
teilweise umgibt.
-
Es
ist bevorzugt, wenn der Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und der Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
in einem Abstand von 0,8 mm oder mehr voneinander beabstandet sind,
besonders bevorzugt 1,0 mm oder mehr. Dies ermöglicht es, die Wärmeausbreitung
von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 hin
zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 durch
die dielektrischen Schichten 2 zwischen den Montageabschnitten 2a, 2b hindurch
hinreichend zu reduzieren. Nebenbei gesagt bezieht sich der "Abstand zwischen
dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und dem Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter" auf den kürzesten
Abstand zwischen dem montierten Leistungsverstärkerbauteil und dem akustischen
Oberflächenwellenfilter 8,
und zwar in zweidimensionaler Betrachtungsweise bzw. von oben gesehen.
Dieser Abstand ist beispielsweise in 9 durch "L" angegeben.
-
Damit
die ersten, zweiten und dritten Durchgangslochleiter 6a, 11, 23 gemäß der vorliegenden
Erfindung bzw. Ausführungsform
ihre Funktionen erfüllen
können,
sind sie vorzugsweise aus einem Metall mit überlegener thermischer Leitfähigkeit
ausgebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Durchgangslochleiter jeweils
einen Leiter aufweisen, der hauptsächlich aus Metall besteht,
mit wenigstens einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Cu, CuO, Ag, Ag-Pd, Ag-Pt und Au besteht. Um es für die von
dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme schwieriger
zu machen, sich durch das dielektrische Substrat 2 hindurch
zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 hin
auszubreiten, ist vorzugsweise wenigstens die thermische Leitfähigkeit
des zweiten Durchgangslochleiters 11 mehr als fünf mal so
groß wie
die thermische Leitfähigkeit
des dielektrischen Substrates 2, und noch bevorzugter 100
W/m·K
oder mehr. Zusätzlich
hierzu sind diese Durchgangslochleiter 6a, 11, 23 vorzugsweise
durch gemeinsames Brennen mit dem di elektrischen Substrat 2 ausgebildet.
Zu diesem Zweck können
sie anorganische Materialien wie Metalloxid und Glas enthalten, um
das Schrumpfverhalten und dergleichen beim Brennen des dielektrischen
Substrates steuern zu können.
-
Eine
derart hohe thermische Leitfähigkeit
des Durchgangslochleiters, beispielsweise eine thermische Leitfähigkeit
von etwa 130 W/m·K
oder mehr, lässt
sich beispielsweise realisieren, indem 80 bis 90 Massen-% Ag-Pulver,
1 bis 4 Massen-% Bleiborsilicatglas und 5 bis 15 Massen-% SiO2 zusammengemischt werden.
-
Es
ist bevorzugt, wenn der Durchmesser des schmalsten Teils von jedem
der Durchgangslochleiter 6a, 11 und 23 im
Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt. Wenn eine Vielzahl von Durchgangslochleitern
ausgebildet wird, sind die Durchgangslochleiter so angeordnet, dass
die lateralen Flächen
der benachbarten Durchgangslochleiter in Intervallen bzw. Abständen von
0,2 bis 1,0 mm voneinander beabstandet sind, durch welche Maßnahme der
Wirkungsgrad der Wärmeleitung,
der durch die Vielzahl von Durchgangslochleitern erreicht werden kann,
gesteigert werden kann, während
verhindert wird, dass in den dielektrischen Schichten zwischen den Durchgangslochleitern
Brüche
auftreten. Zusätzlich
hierzu sind die Querschnittsprofile der Durchgangslochleiter 6a, 11, 23 nicht
notwendigerweise kreisförmig,
sondern können
eine elliptische oder schlitzartige (rechteckförmige) Form besitzen.
-
Bei
dem Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung bzw. Ausführungsform,
wie sie in 8 gezeigt ist, sind der Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und der Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
jeweils gebildet durch Bereitstellen einer Ausnehmung und dergleichen
in unterschiedlicher Tiefe, so dass die Leiterschichten 2a1 und 2b1,
die in dem dielektrischen Substrat 2 ausgebildet sind,
und zwar angeordnet an der Bodenfläche des Montageabschnittes 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
bzw. an der Bodenfläche
des Montageabschnittes 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter,
jeweils auf einer unterschiedlichen dielektrischen Schicht ausgebildet.
Demzufolge kann die Wärmemenge,
die von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 hin
zu dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 durch
die dielektrischen Schichten und Leiterschichten hindurch ausgebreitet
wird, effizienter reduziert werden im Vergleich zu Fällen, bei
denen derartige Leiterschichten 2a1 und 2b1 auf
derselben dielektrischen Schicht ausgebildet sind. Demzufolge ist
es möglich
zu gewährleisten,
dass verhindert wird, dass die elektrischen Eigenschaften sich verschlechtern
als Ergebnis eines thermischen Einflusses auf das akustische Oberflächenwellenfilter.
-
Bei
dem Hochfrequenzmodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
bzw. Ausführungsform
sind elektronische Komponenten 12, einschließlich Widerstand,
Kondensator, Induktor, Halbleiterbauteil, MEMS (Micro Electro Mechanical
Systems), auf der oberen Oberfläche
des dielektrischen Substrates 2 montiert. Eine innere Leiterverdrahtung 16,
eine Oberflächenleiterverdrahtung 17 und
eine Durchkontaktierung 18 sind an der Oberfläche oder
im Inneren des dielektrischen Substrates 2 ausgebildet,
um die elektronischen Komponenten 12 mit dem Leistungsverstärkerbauteil 4 und
dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8 elektrisch
zu verbinden, wodurch eine gewünschte
elektronische Schaltung aufgebaut wird. Wenn nach Notwendigkeit
ein Hochfrequenzfilter (nicht gezeigt) oder dergleichen mit Kondensator,
Induktor oder dergleichen im Inneren des dielektrischen Substrates 2 aufgenommen
ist, kann durch Verwenden der Leiterverdrahtung ein größenmäßig weiter verkleinertes
Hochfrequenzmodul 1 mit weiter verbesserten Funktionen
realisiert werden.
-
Zusätzlich hierzu
ist es durch Montieren eines metallischen Abschirmgehäuses 14 über dem
Modul zum Zwecke des Schützens
der elektronischen Komponenten 12 und elektronischen Schaltungen,
die an der Oberfläche
des Hochfrequenzmoduls 1 montiert sind, möglich, mechanische
Spannungen bzw. Belastungen von außen, atmosphärische Einflüsse und
elektromagnetisches Rauschen bzw. elektromagnetische Strahlung abzuschirmen
oder zu unterdrücken.
-
Ferner
lässt sich
durch Aufnehmen von Komponenten wie einem Varistor und einem Chip-Induktor
in den elektronischen Komponenten 12 an der Oberfläche des
Hochfrequenzmoduls 1, oder durch Aufnehmen eines Induktors
im Inneren des dielektrischen Substrates 2, ein Hochfrequenzmodul 1 realisieren,
das gegenüber
statischer Elektrizität
geschützt
ist.
-
Bei
diesem Hochfrequenzmodul 1 sind Elektrodenpads 20 zur
Signalübertragung,
die in dem Hochfrequenzmodul ausgebildet sind, mit der Signalverdrahtungsschicht 21 verbunden,
die an der oberen Oberfläche der
externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist, und
zwar über
das Lötmaterial 13.
-
12 ist
eine Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls gemäß der Erfindung.
Während
bei der Ausführungsform
der 8 der Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter an
der oberen Oberfläche
des dielektrischen Substrates 2 vorgesehen ist, ist bei
dieser Ausführungsform
der 12 ein Montageabschnitt 2b für ein akustisches
Oberflächenwellenfilter
an einer Leiterschicht 2b1 angeordnet, die an der Bodenfläche einer
Ausnehmung in einem dielektrischen Substrat 2 ausgebildet
ist. Es ist ferner möglich,
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 mit
einer Signalschiene ("signal
rail") durch eine Drahtbondierung
zu verbinden.
-
Bei
dem Hochfrequenzmodul der 12 ist
eine Abdeckkomponente 9 an dem Montageabschnitt 2b für das akustische
Oberflächenwellenfilter
in der Form einer Ausnehmung angebracht, und zwar beabstandet von
dem akustischen Oberflächenwellenfilter 8.
Zum Zwecke des mechanischen Schützens
des akustischen Oberflächenwellenfilters 8 und
zum Unterdrücken
von Beschädigungen
der IDT-Elektrode aufgrund von Oxidierung ist Luft mit geringer
Luftfeuchtigkeit oder dergleichen im Inneren des Innenraumes des
Montageabschnittes 2b für
das akustische Oberflächenwellenfilter
eingekapselt, wobei es sich bei dem inneren Raum um den Vibrationsraum
handelt. Die Abdeckkomponente 9 ist eine Komponente zum
luftdichten Abdichten des akustischen Oberflächenwellenfilters 8 und
ist an dem dielektrischen Substrat 2 mittels eines Epoxyharzes, Lötmaterial
oder dergleichen angebracht. Nebenbei gesagt kann anstelle der Luft
ein inertes Gas wie Stickstoffgas oder Argongas oder ein inertes
Gas mit geringerer thermischer Leitfähigkeit als Luft eingekapselt
werden, wodurch die Beschädigung
der IDT-Elektrode aufgrund von Oxidierung gleichfalls verhindert
werden kann.
-
Das
für die
Abdeckkomponente 9 verwendete Material kann ein Metall
sein wie SUS, Kupfer, Nickelsilber oder dergleichen, oder ein Harz
wie Glasepoxyharz oder dergleichen.
-
Ferner
ist bei der Ausführungsform
der 12 ein Durchgangslochleiter 11 etwa in
einem mittleren Bereich zwischen dem Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
und dem Montageabschnitt 2b für das akustische Oberflächenwellenfilter
angeordnet, und zwar wie in 8. Hierbei
ist ein Ende des Durchgangslochleiters 11 an der unteren
Oberfläche
des Moduls 1 freigelegt und auf einem Leiter 15 zur
Wärmeabfuhr
gelötet,
und zwar über
ein Lötmaterial 13,
wohingegen das andere Ende des Durchgangslochleiters 11 mit einem
Verlängerungsabschnitt
einer Leiterschicht 2a1 verbunden ist. Dieses Ende kann
sich weiter nach oben erstrecken.
-
13 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Hochfrequenzmoduls
gemäß der Erfindung.
Während
das dielektrische Substrat 2 bei den Ausführungsformen
der 8 und 12 einheitlich aus dem gleichen
Material ausgebildet ist, ist bei der Ausführungsform der 13 ein
Abschnitt, der um den Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
herum angeordnet ist, aus einem dielektrischen Material 2' gebildet, das
eine niedrigere thermische Leitfähigkeit
hat als der andere bzw. restliche Abschnitt des dielektrischen Substrates 2.
Durch dieses Merkmal funktioniert das dielektrische Material 2' als ein Wärmeisolator,
und hierdurch kann verhindert werden, dass von dem Leistungsverstärkerbauteil 4 abgestrahlte
Wärme um
das Bauteil herum abgestrahlt bzw. abgeführt oder ausgebreitet wird.
-
Das
oben genannte Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden Erfindung
lässt sich
durch den nachstehend beschriebenen Prozess herstellen. Ein Beispiel,
bei dem das dielektrische Substrat aus einer bei niedriger Temperatur
gemeinsam brennbarer Zusammensetzung ("low-temperature-fireable composition") aufgebaut ist,
wie eine Glas-Keramikzusammensetzung, ist nachstehend als eine bevorzugte
Ausführungsform
erläutert.
-
Zunächst werden
zur Bildung von dielektrischen Schichten, die das dielektrische
Substrat 2 bilden, keramische Rohlagen, die aus einer Glas-Keramikzusammensetzung
zusammengesetzt sind, wie folgt hergestellt: 30 bis 90 Massen-%
eines Glases wie Borsilicatglas, Zinkborsilicat-basiertes Glas oder
erdalkalisches SiO2-Al2O3-Oxidglas werden mit 10 bis 70 Massen-%
eines anorganischen Füllmittels
wie Aluminiumoxid, Quarz, Mullit, AlN oder Forsterit gemischt. Dann
werden ein organisches Bindemittel wie Alkylmethacrylat, ein Weichmacher
wie DBP (Dibutylphthalat) und ein organisches Lösungsmittel wie Toluol der
Mischung hinzugegeben. Die gesamte Mischung wird in einer Kugelmühle für 4 bis
8 h zusammengeknetet, um einen Brei zu erzeugen. Unter Verwendung
des Breis wird durch das Rakel- bzw. Doktor-Verfahren oder dergleichen
ein Bandgießen
bzw. eine Bandherstellung zur Erzeugung eines Bandes durchgeführt, und
das Band wird in Lagen einer gewünschten
Größe geschnitten,
wodurch keramische Rohlagen hergestellt werden.
-
Hiernach
werden die keramischen Rohlagen mit den Durchgangslochleitern ausgebildet,
einschließlich
den Durchgangslochleitern 11 und der Durchkontaktierung 18 zum
Verbinden der inneren Leiterverdrahtung 16 mit der Oberflächenleiterverdrahtung 17,
mit Ausnehmungen zum Montieren des Leistungsverstär kerbauteils
und des akustischen Oberflächenwellenfilters
und mit Durchgangslöchern
für die
Durchgangslochleiter. Beim Ausführen
dieses Prozesses werden Ausnehmungen und Durchgangslöcher mit
verschiedenen Formen wie kreisförmige,
elliptische und längliche
Formen gebildet durch Mikrobohren und/oder Stanzen, und zusätzlich werden
Rohlagen, die ein lichtempfindliches Harz beinhalten, einem Belichtungs-
und Entwicklungsprozess ausgesetzt.
-
Die
Durchgangslöcher
für die
Durchgangslochleiter 11 und das Durchgangsloch für die Durchkontaktierung 18 werden
mit einer Cu- oder Ag-basierten leitenden Paste gefüllt, und
gleichzeitig werden die Rohlagen jeweils mit Mustern ausgebildet,
die als die innere Leiterverdrahtung, die Oberflächenleiterverdrahtung 17, die
Leiterschicht 2a1 und die Leiterschicht 2b1 dienen,
und zwar unter Verwendung einer Cu- oder Ag-basierten Paste durch
Siebdruck oder Tiefdruck.
-
Für die Cu-
oder Ag-basierte Paste können
zusätzlich
zu Pulvern wie Cu-Pulver, CuO-Pulver und Ag-Pulver auch Ag-Legierungspulver
wie Ag-Pd-Pulver und Ag-Pt-Pulver verwendet werden. Nach Notwendigkeit
werden vorbestimmte Mengen eines Borsilicat-basierten Glases mit niedrigem Schmelzpunkt ("loW/melting-point"), SiO2,
Al2O3, ein erdalkalisches
Metalloxid wie MgO oder CaO, ein Metalloxid wie Bi2O3 mit dem metallischen Pulver gemischt, und
weiter wird hiermit ein organisches Bindemittel wie Ethylcellulose und
ein organisches Lösungsmittel
wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat
gemischt und gleichförmig
miteinander verknetet, um als das Material verwendet zu werden.
-
Wenn
nach Notwendigkeit vorbestimmte Mengen eines Borsilicat-basierten
Glases mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zinkborsilicat-Glas oder Bleiborsilicat-Glas,
anorganische Materialien wie Metalloxid, beispielsweise Al2O3, MgO, CaO oder
Bi2O3, ein organisches
Bindemittel wie Ethylcellulose und ein organisches Lösungsmittel
wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol-monoisobutyrat mit dem metallischen
Pulver zusammengemischt und zusammen verknetet werden, um als das
Material verwendet zu werden, lässt
sich die thermische Leitfähigkeit
durch das Verhältnis
von Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und Metalloxid zu dem Metallpulver steuern
bzw. einstellen.
-
Die
auf die oben beschriebene Art und Weise erhaltenen keramischen Rohlagen
werden positioniert, beispielsweise unter Verwendung der Durchkontaktierung 18 als
Referenz, übereinander
in einer Laminierungsfolge gestapelt und unter Wärme und Druck zusammenlaminiert,
so dass ein ungebrannter mehrschichtiger Körper erzeugt wird.
-
Hiernach
wird dieser ungebrannte mehrschichtige Körper gebrannt, beispielsweise
in einer oxidierenden Atmosphäre,
so dass er zusammengesintert wird. Insbesondere lässt sich
ein derartiges gesintertes Substrat erhalten durch Brennen des mehrschichtigen
Körpers
in einer oxidierenden Atmosphäre
oder in atmosphärischer
Luft bei einer Temperatur von 800 bis 1.000°C.
-
Hiernach
werden das Leistungsverstärkerbauteil 4,
das akustische Oberflächenwellenfilter 8 oder
dergleichen an den Montageabschnitten 2a, 2b montiert
und dann abgedichtet durch Anbringen der Abdeckkomponente 9 an
die Montageabschnitte, und zwar durch Löten oder durch Einspritzen
des organischen Harzdichtungsmittels 19.
-
Wenn
ein derartiges Modul an der externen elektrischen Leiterplatte 7 montiert
wird, so wird es daran angebracht durch Anlöten der Elektrodenpads 20 zur
Signalübertragung
in dem Modul und gleichzeitig durch Löten der ersten Durchgangslochleiter 6a,
des zweiten Durchgangslochleiters 11 und des dritten Durchgangslochleiters 23 auf
den Leiter 15 zur Wärmeableitung,
der auf der oberen Fläche
der externen elektrischen Leiterplatte 7 ausgebildet ist.
-
Wenn
der Abschnitt, der um den Montageabschnitt 2a für das Leistungsverstärkerbauteil
herum angeordnet ist, gebildet wird, indem das wärmeisolierende dielektrische
Material 2' verwendet
wird, wie in 13 gezeigt, kann der Prozess
derart erfolgen, dass ein lichtempfindliches Harz mit einem gewöhnlichen
Material für
das dielektrische Substrat gemischt wird, und nachdem eine vorgeschriebene
Ausnehmung durch Belichtung und Entwicklung gebildet ist, wird das
wärmeisolierende
dielektrische Material 2' in
die Ausnehmung eingespritzt, und ferner wird ein Stanzvorgang oder
dergleichen durchgeführt,
um die Ausnehmung zu bilden, wodurch ein ungebrannter mehrschichtiger
Körper
hergestellt wird, der dann gebrannt wird.
-
Beispiel
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend im Detail auf der Grundlage
des nachstehenden Beispiels und eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
-
Ein
Glas-Keramik-basiertes dielektrisches Material mit Borsilicatglas
und Aluminiumoxid und einer thermischen Leitfähigkeit von 3 bis 5 W/m·K wurde
als das dielektrische Material verwendet. Für die Durchgangslochleiter
wurde ein Ag-basiertes
leitendes Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von 150 W/m·K verwendet.
Ein Hochfrequenzmodul wurde hergestellt, wie zuvor beschrieben.
Dieses Hochfrequenzmodul wurde unter Verwendung eines Cu-Ag-basierten
Lötmaterials
auf der Oberfläche
eines Motherboards montiert, das ein isolierendes Substrat aufwies,
das aus einem Glasfaser-Epoxyharz-Verbundmaterial aufgebaut war und
an dem ein Leiter zur Wärmeabfuhr
und eine Signalverdrahtungsschicht aus Kupfer ausgebildet waren.
-
Die
Bedingungen wurden so eingestellt, dass bei einem EIN/AUS-Verhältnis (Tastverhältnis) für die Source
des Leistungsverstärkerbauteils
(PA) von 1/8 ein Ausgang von 33,5 dBm aus einem Eingangssignal von
0 dB erhalten wurde, und die eingeschwungenen Temperaturen im Inneren
des Montageabschnittes für das
Leistungsverstärkerbauteil
und des Montageabschnittes für
das akustische Oberflächenwellenfilter
wurden gemessen.
-
Zusätzlich wurden
durch Verwendung eines Simulationsprogramms für die Wärmeleitungsanalyse Temperaturen
an den Ausnehmungen für
einen Fall berechnet, bei dem die thermische Leitfähigkeit
der dielektrischen Schichten, die um das Leistungsverstärkerbauteil
herum angeordnet waren, sich von jener des anderen bzw. verbleibenden
Abschnittes unterschied (Probennummer 9). [Tabelle 2]
Proben-Nr. | Modulstruktur | Thermische Leitfähigkeit des
dielektrischen Substrates (W/m·K) | Abstand
zwischen Montageabschnitten (mm) | Anzahl
von zweiten Durchgangslochleitern | Temperatur am
Montageabschnitt für
Leistungsverstärkerbauteil
(°C) | Temperatur am
Montageabschnitt für
Oberflächenwellenbauteil
(°C) |
*1 | – | 5 | 0,5 | 0 | 95 | 80 |
*2 | – | 5 | 0,8 | 0 | 90 | 75 |
3 | Fig.
8 | 5 | 0,8 | 2 | 87 | 59 |
4 | Fig.
8 | 3 | 1,2 | 2 | 81 | 47 |
5 | Fig.
12 | 3 | 0,8 | 5 | 84 | 55 |
6 | Fig.
12 | 3 | 0,8 | 9 | 81 | 49 |
7 | Fig.
12 | 3 | 0,8 | 2 | 83 | 45 |
8 | Fig.
12 | 5 | 0,8 | 2 | 87 | 57 |
9 | Fig.
13 | 5
(3 um Leistungsverstärker
herum) | 0,8 | 2 | 80 | 55 |
- *Nicht im Bereich der Erfindung
-
Wie
es aus den Ergebnissen in Tabelle 2 ersichtlich ist, kann bei den
Proben (Nummern 3 bis 9) mit der Struktur der vorliegenden Erfindung,
bei der der erste Durchgangslochleiter und der zweite Leiter vorgesehen
sind, von dem Leistungsverstärkerbauteil
abgestrahlte Wärme
effektiv abgeführt
werden, und der thermische Einfluss auf das akustische Oberflächenwellenfilter
lässt sich
reduzieren.
-
Es
versteht sich, dass diese Wirkung bei der Struktur der vorliegenden
Erfindung umso bemerkenswerter ist, je größer die Anzahl der zweiten
Durchgangslochleiter ist und je kleiner die thermische Leitfähigkeit des
dielektrischen Substrates ist.
-
Ferner
ist herausgefunden worden, dass sich in jenem Fall, bei dem das
dielektrische Substrat unter Verwendung von zwei Arten von dielektrischen
Materialien gebildet wurde, ähnliche
Ergebnisse erzielen ließen.