JP3554310B2 - 電子回路モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）等の電子機器・電子装置等に用いられる、高周波電力増幅装置、高周波フィルタ装置および高周波分波器装置を一体構成した小型・高性能かつ低価格な電子回路モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
電子回路モジュールにおいて高周波電力増幅装置を構成する高周波電力増幅素子は、現在の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱うため、高周波電力増幅素子自身の発熱量が増加している。その放熱対策として、放熱フィンを取り付ける方法や、高周波電力増幅素子が搭載される誘電体基板に熱伝導率が大きな高熱伝導セラミックスである窒化アルミニウム等を用いる方法があり、良好な放熱性を得ることが出来る。さらに特開２０００−３１３３１号公報では、高周波電力増幅素子を配線基板の背面に配置し外部電気回路基板に半田付けすることで放熱性を向上する技術が提案されている。
【０００３】
また、電子回路モジュールにおいて高周波電力増幅装置の近傍に構成される高周波フィルタ装置等に用いられる弾性表面波素子は、一般的にリチウムタンタレート等の圧電体基板に弾性表面波を伝播させるための櫛形電極が形成されたものであるが、圧電体基板自身の電気的特性が温度変化による影響を大きく受けるため、モジュール内で高周波電力増幅素子等の発熱体から離れた位置に配置することが必要不可欠となっている。このため、従来の高周波電力増幅装置と高周波フィルタ装置等とを一体に形成した電子回路モジュールは、近年の移動体通信用情報端末機等の小型化・軽量化・高密度化・低価格化のための要求に十分に応えることができないという問題点があった。
【０００４】
これに対し、例えば特開平７−５８５８６号公報には、高周波電力増幅素子である能動回路素子を、弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載することにより、小型で低価格な高周波回路装置を構成することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−５８５８６号公報に開示された高周波回路装置では、近年の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱う必要がある場合に、高周波電力増幅素子である能動回路素子を弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載すると、高周波電力増幅素子自身が大きく発熱することから、圧電体基板に形成された高周波フィルタにおけるその熱によるフィルタ特性の劣化が問題となり、大きな高周波電力を取り扱う移動体通信システムで使用される小型の情報端末機器には使用できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大電力の高周波用等の電力増幅素子による発熱に影響されることなく、その近傍に配置された弾性表面波素子の高周波フィルタ特性等の電気的特性を維持することができ、かつ小型で高性能であり、しかも低価格な、携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ等の電子機器・電子装置等に好適な電子回路モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子回路モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部および弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びた貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の他の電子回路モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部が、他方の主面に弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びる貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、電力増幅素子から発生した熱は、電力増幅素子に直接に接合された伝熱性蓋体およびろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に効率良く熱放散させることが可能となる。また、電力増幅素子からその近傍に配置された弾性表面波素子への熱伝達は、貫通導体によって遮断され、弾性表面波素子への熱伝達を極めて低減させることができる。その結果、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。
【００１０】
しかも、かかる構成によれば、放熱フィン等の放熱用部材を別途設ける必要がない。また、電力増幅素子は、誘電体基板の実装面側に形成された凹部内に搭載されるが、弾性表面波素子は、誘電体基板のどちらでもよいが、同一面に電力増幅素子および弾性表面波素子を搭載することによって、工程数の低減も可能となるので、低価格な電子回路モジュールとなる。
【００１１】
また、上記の電子回路モジュールにおいては、電力増幅素子から発生した熱の弾性表面波素子への影響をさらに低減する上で、前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であること、特に、前記電力増幅素子搭載用凹部の周囲の誘電体層を前記弾性表面波素子搭載用凹部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成すること、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部とが０．３ｍｍ以上離間していること、前記貫通導体の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること、前記貫通導体が前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に複数本形成されていること、前記電力増幅素子搭載用凹部の底面の導体層と、前記弾性表面波素子搭載用凹部の底面の導体層とが、異なる誘電体層に形成されていること等が挙げられる。
【００１２】
これらの改善によって、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。
【００１３】
なお、前記弾性表面波素子搭載用凹部が、蓋体によって封止されているか、または該凹部内に絶縁性樹脂が充填するか、いずれでもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の電子回路モジュールを詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の電子回路モジュールの実施の形態を示す断面図であり、この例において、電子回路モジュール１はマザーボード等の外部電気回路基板７に搭載され実装されている。
【００１６】
電子回路モジュール１における誘電体基板２は、複数の誘電体層を積層して成るものであり、誘電体層には、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスや、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料を用いることができる。とりわけ、導体としてＣｕ、Ａｇを使用し同時焼成にて形成する上では、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックス、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料が挙げられ、熱的安定性に優れる点で、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが最も望ましい。
【００１７】
誘電体基板２を構成する誘電体層の熱伝導率は、用いるセラミック材料とその混合比とにより、熱伝導率を制御することが可能であり、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに望ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするのがよい。
【００１８】
図１の電子回路モジュールにおいては、誘電体基板２の底面に、電力増幅素子搭載用凹部２ａと、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとが所定の間隔をおいて形成されている。
【００１９】
電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面には、導体層２ａ１が形成されており、電力増幅素子４が導体バンプ３ａを介して電気的に接続し搭載されている。ここで、導体バンプ３ａには金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができ、例えば金を用いる場合には、超音波熱圧着法により電力増幅素子４の電極と電極部とを電気的に接続させることが可能となり、また半田や熱硬化型Ａｇペーストに比べ接続抵抗を低くすることができ導体損を小さくすることが可能である。
【００２０】
電力増幅素子４としては、例えばｐｎ接合ゲート型電界効果型トランジスタやショットキー障壁ゲート型電界効果型トランジスタ、ヘテロ接合型電界効果型トランジスタ、ｐｎ接合ゲート型へテロ接合型電界効果型トランジスタ等が用いられる
また、電力増幅素子４と導体層２ａ１との間には、その接続部や素子面を保護する目的で、いわゆるアンダーフィル５が注入される。アンダーフィル５はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱を加えることにより硬化するものを用いることができる。また、アンダーフィル５は、本発明の電子回路モジュール１においては熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることが望ましく、約１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。これにより、電力増幅素子４による発熱の誘電体基板２自身への伝達を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、電力増幅素子搭載用凹部２ａの開口には、電力増幅素子４の開口側の面に直接あるいは放熱用グリース等の伝熱性化合物を介して接触させて、伝熱性蓋体６が取着される。この伝熱性蓋体６は、電力増幅素子４による発熱を効率良く外部電気回路基板７へ伝えるためのものであり、具体的には金属から成り、例えば銅等の熱伝導率の高いものから成るものを用いるのが好ましい。
【００２２】
そして、この伝熱性蓋体６は、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。これによって、電力増幅素子４から発生した熱は、伝熱性蓋体６およびろう材１３を介して、外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達され、電力増幅素子４から発生した熱が、モジュール内の弾性表面波素子８に熱的影響が及ぶのを防止することができる。
【００２３】
なお、電力増幅素子４の裏面電極ならびに外部電気回路基板７上面の放熱用導体１５および接地用電極（図示せず）との良好なろう付け性が得られるように、伝熱性蓋体６の表面にＮｉ、Ｓｎ、半田等のめっき処理を施すこおとが望ましい。
【００２４】
一方、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂには、弾性表面波素子８が、導体バンプ３ｂを介して弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの底面に形成された導体層２ｂ１から成る電極部に電気的に接続して搭載されている。導体バンプ３ｂには、導体バンプ３ａと同様に金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができ、例えば金を用いる場合には、超音波熱圧着法により弾性表面波素子８の電極と電極部とを電気的に接続させることが可能となる。
【００２５】
弾性表面波素子８としては、例えば共振器型フィルタ・共振子ラダー型および格子型接続フィルタ・マルチＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型フィルタ等が用いられる。弾性表面波素子８が例えば共振器型フィルタの場合には、圧電体基板として、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ４Ｏ７結晶等が、電気機械結合係数が大きくかつ群遅延時間温度係数が小さいことから、好適に使用される。また、弾性表面波素子８には、圧電体基板表面上を弾性表面波を励起させ、伝播・共振させるため、その表面に、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極（図示せず）を設ける。このＩＤＴ電極は、所望のフィルタ特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を直列接続や並列接続等の方式で接続して構成される。このようなＩＤＴ電極は、圧電体基板上に蒸着法・スパッタリング法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により所望の形状・寸法に形成することができる。
【００２６】
図１のモジュールにおいては、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの開口に、弾性表面波素子８と離間させて蓋体９が取着されている。蓋体９は、弾性表面波素子８の機械的保護およびＩＤＴ電極の酸化による劣化を抑制する目的で、振動空間である弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの内部空間内に低湿度の空気等を封入し、エポキシ樹脂やろう材等を用いて取着され、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂを密閉する。なお、空気の代わりに窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスや空気よりも低熱伝導の不活性ガス等を封入して密閉しても、ＩＤＴ電極の酸化による劣化を防止することができる。
【００２７】
蓋体９に用いられる材質としては、ＳＵＳ、銅、洋白等の金属や、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。中でも、電力増幅素子４による発熱は伝熱性蓋体６を介して外部電気回路基板７へと伝達されるため、外部電気回路基板７に伝達された熱が再び蓋体９を介して弾性表面波素子８に伝達されないよう、熱伝導率の低いガラスエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。
【００２８】
この蓋体９は弾性表面波素子８と離間させて弾性表面波素子搭載用凹部２ｂに取着されており、さらに蓋体９と外部電気回路基板７の間にも空隙部１０を設けることにより、電力増幅素子４による発熱の伝達をさらに確実に抑制することが可能となる。
【００２９】
また、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの開口は、図１の例では、蓋体９によって封止したが、この凹部２ｂ内に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの封止樹脂を充填することによって封止することもできる。
【００３０】
上記の電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間には０．３ｍｍ以上の間隔を設けることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上の間隔を設けることにより、電力増幅素子４による発熱が凹部２ａ・２ｂ間の誘電体層を介して弾性表面波素子８に伝達されることを十分に低減させることが可能となる。
【００３１】
本発明によれば、電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面に形成された導体層２ａ１が水平方向に延設されており、上記の電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間に、上記の延設部から前記誘電体基板の電力増幅素子搭載用凹部２ａを形成した面まで延びた貫通導体１１が形成されている。そして、この貫通導体１１も伝熱性蓋体６と同様に、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。
【００３２】
このような貫通導体１１を形成することによって、電力増幅素子４による発熱のうち凹部２ａ底面の導体層２ａ１に伝わった熱および両凹部２ａ、２ｂ間の誘電体層に伝わってきた熱を貫通導体１１で吸収し、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達することができる。
【００３３】
この貫通導体１１は、電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間において、１本のみならず、２本以上設けることにより、さらに上記効果を高めることができる。
【００３４】
その具体例を図２〜図４に示す。図２は、図１の電子回路モジュールをＡ−Ａ’線で切断したときの平面図で示す。図３、図４はさらに他の例を示す平面図である。
【００３５】
図２の例によれば、貫通導体１１は、平面的にみて斜めに配置された電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの略中間部に２本形成したものである。図３は、貫通導体１１が横並びに配置された凹部２ａと凹部２ｂとの略中間部に凹部２ａ側を囲うように直線的に複数本配置したものである。さらに図４は貫通導体１１を横並びに配置された凹部２ａと凹部２ｂとの略中間部にいわゆる千鳥状に複数本配置させた例である。
【００３６】
貫通導体１１は、その機能から、熱伝導性の優れた金属によって形成することが望ましく、特に、Ｃｕ、ＣｕＯ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属を主成分とする導体によって形成することが望ましい。とりわけ、貫通導体１１は、電力増幅素子４による発熱が誘電体基板２へ伝達され、さらに弾性表面波素子８へと伝達されにくくする上では、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。また、この貫通導体１１中には、誘電体基板との焼成焼成時の焼成収縮などを整合させるために、金属酸化物やガラスなどの無機物が含まれていてもよい。
【００３７】
このような高熱伝導の貫通導体１１は、例えばＡｇ粉末を約８５質量％、ホウケイ酸鉛ガラスを３質量％、ＳｉＯ２を１２質量％の配合比とすることで熱伝導率を約１５０Ｗ／ｍ・Ｋとすることができる。
【００３８】
貫通導体１１は、直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましく、複数本形成する場合には、貫通導体１１の側面間の間隔が０．２〜１．０ｍｍの間隔で配置すればよい。また、この貫通導体１１は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００３９】
また、本発明のモジュールにおいては、図１に示すように、凹部２ａ、２ｂをそれぞれ異なる深さで形成し、誘電体基板２に形成された電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面と弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの底面とに形成された導体層２ａ１、２ｂ１とを、それぞれ異なる誘電体層に形成することによって、それらが同一の誘電体層上に形成される場合に比べて、電力増幅素子４から誘電体層や導体層を介して弾性表面波素子８に伝わる伝熱量をより効果的に低減させることが可能となり、弾性表面波素子８の熱的な影響による電気的特性の劣化をより確実に防止しすることができる。
【００４０】
本発明の電子回路モジュール１においては、電力増幅素子４および弾性表面波素子８を電気的に機能させるため、内部導体配線１６および表層導体配線１７ならびにビアホール導体１８を形成して、誘電体基板２の上面に電子回路を構成するのに抵抗、コンデンサ、インダクタ、半導体素子等の電子部品１２を搭載し、所望の電子回路を構成する。また、必要に応じて、誘電体基板２の内部には、導体配線を利用した、コンデンサ、インダクタ等による高周波フィルタ（図示せず）等を内蔵させることにより、さらに高機能で小型の電子回路モジュール１を構成することができる。
【００４１】
また、電子回路モジュール１表面に実装された電子部品１２や回路を保護する目的で、金属シールドケース１４を取着することにより、外部からの機械的応力や雰囲気の影響や電磁ノイズを遮断または抑制させることも可能である。
【００４２】
さらに、この電子回路モジュール１は、外部電気回路基板７に対して、信号伝達用として、電子回路モジュール１に形成された電極パッド２０をロウ材１３を介して外部電気回路基板７表面に形成された信号用配線層２１と接続される。
【００４３】
図５は、本発明の電子回路モジュールの他の例を示す断面図である。図１の例では、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂは、電力増幅素子搭載用凹部２ａが形成された面と同じ面に形成されていたが、この図５では、電力増幅素子搭載用凹部２ａが形成された面とは反対側の面、即ち表面側に形成されており、図１と同様に、凹部２ｂ内に形成された導体層２ｂ１に実装されている。また、この例では、凹部２ｂには、絶縁性の有機樹脂１９が充填されて樹脂封止されている。
【００４４】
かかる実施例においても、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂと電力増幅素子搭載用凹部２ａとの中間に位置する部分には、図１と同様に貫通導体１１が形成されている。このとき、貫通導体１１の一端は、図１と同様に、モジュール１の下面に露出し、ロウ材１３を介して放熱用導体１５にロウ付けされているが、他方は、導体層２ａ１の延設部と接続され、さらに上面側に延設されていてもよい。
【００４５】
図６は、本発明の電子回路モジュールのさらに他の例を示す概略断面図である。図１、図５の例では、誘電体基板２は、同一材質によって形成されたものであるが、図６においては、電力増幅素子搭載用凹部２ａの周囲を他の部分よりも低熱伝導性の誘電体材料によって形成することによって、この凹部２ａの周囲の誘電体材料が断熱材として機能し、電力増幅素子４から発生する熱が周囲に拡散、伝達されるのを防止することができる。
【００４６】
図７は、本発明の電子回路モジュールのさらに他の例を示す概略断面図である。図６の例では、同一誘電体層内に、熱伝導率が異なる２種の誘電体材料が存在するものであるが、図５のように、下面側に電力増幅素子搭載用凹部２ａを形成し、上面側に弾性表面波素子搭載用凹部２ｂを設けた場合には、図７のように、モジュール１の下側面をすべて低熱伝導性の材料によって形成すればよい。
【００４７】
本発明の上記電子回路モジュールは、従来の周知の方法で作製することができる。ここでは、好適な例として、誘電体基板がガラスセラミック組成物からなる場合について、以下に簡単に説明する。
【００４８】
まず、誘電体基板２における各誘電体層を形成するために各誘電体層となるガラスセラミック組成物からなるセラミックグリーンシートを作製する。誘電体層となるセラミックグリーンシートは、ホウ珪酸ガラス、ホウ珪酸亜鉛系ガラス、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ土類酸化物などの周知のガラス３０〜９０質量％に、アルミナ、クオーツ、ムライト、ＡｌＮ、フォルステライトなどの無機フィラーを１０〜７０質量％の割合で混合した混合物に、アルキルメタクリレート等の有機バインダ、ＤＢＰ（ジブチルフタレート）等の可塑剤とトルエン等の有機溶剤を混合し、ボールミルで４〜８時間混練してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりテープ成形を行ない、これを所定の寸法に切断して作製する。
【００４９】
そして、所定のセラミックグリーンシートに、貫通導体１１、内部導体配線１６と表層導体配線１７とを接続するためのビアホール導体１８、電力増幅素子搭載用凹部２ａおよび弾性表面波素子搭載用凹部２ｂ、貫通導体１１用の貫通穴を形成するために、マイクロドリル、パンチングで形成したり、さらには感光性樹脂を含むグリーンシートに露光、現像処理を施すなどの処理によって凹部やそれぞれの様々な円形、楕円形、長孔などの様々な形状の貫通穴を形成することができる。
【００５０】
そして、このうち、貫通導体１１やビアホール導体１８用の貫通穴にＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを充填する。また、同時に、各グリーンシートに内層導体配線１６、表層導体配線１７、導体層２ａ１、２ｂ１となるパターンをＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを用いてスクリーン印刷法や、グラビア印刷法などによって印刷形成する。
【００５１】
ここで、ＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストには、例えばＣｕ粉末、ＣｕＯ粉末、Ａｇ粉末の他、Ａｇ合金であるＡｇ−Ｐｄ粉末、Ａｇ−Ｐｔ粉末が使用可能であり、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系の低融点ガラスや、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｂｉ２Ｏ３等の金属酸化物を加え、さらにエチルセルロース等の有機バインダと、例えば２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられる。
【００５２】
これらの金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスなどのホウケイ酸系の低融点ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３等の金属酸化物などの無機物と、エチルセルロース等の有機バインダと、２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられ、金属粉末に対する低融点ガラスや金属酸化物の添加量の割合によって熱伝導率が制御可能である。
【００５３】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートを例えばビアホール導体１８を基準に位置合わせし、積層順序に応じて積層し、熱圧着することにより未焼成の積層体を形成する。
【００５４】
次に、この未焼成状態の積層体を例えば酸化雰囲気中で焼成し焼結一体化する。具体的には、酸素雰囲気または大気雰囲気中において８００〜１０００℃で焼成することにより、焼結基板を作製することができる。
【００５５】
その後、凹部２ａ、２ｂ内に、弾性表面波素子８、電力増幅素子４などを実装し、伝熱性蓋体６、蓋体９をロウ付けしたり、封止用有機樹脂１９を充填して封止する。
【００５６】
また、かかるモジュールを外部電気回路基板７に実装する場合には、通常のモジュールの信号伝達用の電極パッドをロウ付けすると同時に、伝熱性蓋体６や貫通導体１１を外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５にロウ付けする。
【００５７】
また、図６のように、電力増幅素子搭載用凹部２ａの周囲を断熱性を有する誘電体材料によって形成する場合には、通常の誘電体基板材料に感光性樹脂を配合し、現像露光して所定の凹部を形成した後、その凹部内に、断熱性誘電体材料を充填し、さらに、パンチング等によって凹部２ａ、２ｂを形成することによって未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５８】
また、図７のように、モジュールにおける誘電体基板２の上面側と下面側とを熱伝導率の異なる誘電体材料によって形成する場合には、それぞれの誘電体材料を用いてグリーンシートを作製し、それぞれ加工を施した後に、それらを積層一体化して未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５９】
【実施例】
誘電体材料として、ホウケイ酸ガラス７０質量％、アルミナ３０質量％からなれる熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋのガラスセラミック系誘電体材料を用い、貫通導体を１５０Ｗ／ｍ・ＫのＡｇ系導体材料を用い、伝熱性蓋体として銅を用い、電子回路モジュールを上記のようにして作製し、これをガラス織布−エポキシ樹脂複合材料からなる絶縁基板上に、銅からなる放熱用導体や信号用配線層を形成したマザーボード表面に、Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を用いて実装した（試料Ｎｏ．６）。
【００６０】
これに、電力増幅素子（ＰＡ）の電源ＯＮ／ＯＦＦ比（デュティ比）を１／８にした状態で、０ｄＢの入力信号を入れ、３３．５ｄＢｍの出力が得られるように条件設定し、電力増幅素子４搭載用凹部ならびに弾性表面波素子８搭載用凹部内の定常温度（表１中に凹部２ｂで示す）を測定した。
【００６１】
また熱伝導解析シミュレーションプログラムを用い、各構成材料の熱伝導率を変化させたときのそれらの温度を計算した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
表１の結果より、本発明の構造によれば、伝熱性蓋体および貫通導体を設けることによって、電力増幅素子の熱を効果的放熱し、弾性表面波素子への影響を低減できることがわかった。
【００６４】
また、かかる構成においては、貫通導体の本数が多いほど、誘電体基板の熱伝導率が小さいほどその効果に優れることがわかる。また、誘電体基板を２種の誘電体材料によって形成した場合においても同様の結果が得られることがわかった。
【００６５】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電力増幅素子による発熱は外部電気回路基板の放熱用導体へと効率良く熱放散させることが可能となり、電力増幅素子からその近傍に配置された弾性表面波素子への熱伝達を極めて低減させることができるため、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。しかも、放熱フィン等の放熱用部材を別途必要とせず、低価格な携帯型情報端末機等の電子機器・電子装置等に好適な電子回路モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置の例を示す、図１のＡ−Ａ’線における概略平面図である。
【図３】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置の他の例を示す概略平面図である。
【図４】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の電子回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の電子回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・電子回路モジュール
２・・・・・・・誘電体基板
２ａ・・・・・・電力増幅素子搭載用凹部
２ｂ・・・・・・弾性表面波素子搭載用凹部
３ａ、３ｂ・・・導体バンプ
４・・・・・・・電力増幅素子
６・・・・・・・伝熱性蓋体
７・・・・・・・外部電気回路基板
８・・・・・・・弾性表面波素子
９・・・・・・・蓋体
１１・・・・・・貫通導体
１３・・・・・・ろう材
１５・・・・・・放熱用導体
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ）等の電子機器・電子装置等に用いられる、高周波電力増幅装置、高周波フィルタ装置および高周波分波器装置を一体構成した小型・高性能かつ低価格な電子回路モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
電子回路モジュールにおいて高周波電力増幅装置を構成する高周波電力増幅素子は、現在の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱うため、高周波電力増幅素子自身の発熱量が増加している。その放熱対策として、放熱フィンを取り付ける方法や、高周波電力増幅素子が搭載される誘電体基板に熱伝導率が大きな高熱伝導セラミックスである窒化アルミニウム等を用いる方法があり、良好な放熱性を得ることが出来る。さらに特開２０００−３１３３１号公報では、高周波電力増幅素子を配線基板の背面に配置し外部電気回路基板に半田付けすることで放熱性を向上する技術が提案されている。
【０００３】
また、電子回路モジュールにおいて高周波電力増幅装置の近傍に構成される高周波フィルタ装置等に用いられる弾性表面波素子は、一般的にリチウムタンタレート等の圧電体基板に弾性表面波を伝播させるための櫛形電極が形成されたものであるが、圧電体基板自身の電気的特性が温度変化による影響を大きく受けるため、モジュール内で高周波電力増幅素子等の発熱体から離れた位置に配置することが必要不可欠となっている。このため、従来の高周波電力増幅装置と高周波フィルタ装置等とを一体に形成した電子回路モジュールは、近年の移動体通信用情報端末機等の小型化・軽量化・高密度化・低価格化のための要求に十分に応えることができないという問題点があった。
【０００４】
これに対し、例えば特開平７−５８５８６号公報には、高周波電力増幅素子である能動回路素子を、弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載することにより、小型で低価格な高周波回路装置を構成することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−５８５８６号公報に開示された高周波回路装置では、近年の移動体通信システムにおける伝送容量の増加や伝送スピードの高速化に伴い大きな高周波電力を取り扱う必要がある場合に、高周波電力増幅素子である能動回路素子を弾性表面波素子である受動回路素子を形成した一個の圧電体基板上に搭載すると、高周波電力増幅素子自身が大きく発熱することから、圧電体基板に形成された高周波フィルタにおけるその熱によるフィルタ特性の劣化が問題となり、大きな高周波電力を取り扱う移動体通信システムで使用される小型の情報端末機器には使用できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大電力の高周波用等の電力増幅素子による発熱に影響されることなく、その近傍に配置された弾性表面波素子の高周波フィルタ特性等の電気的特性を維持することができ、かつ小型で高性能であり、しかも低価格な、携帯型情報端末機、無線ＬＡＮ、ＷＬＬ等の電子機器・電子装置等に好適な電子回路モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子回路モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部および弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びた貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の他の電子回路モジュールは、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部が、他方の主面に弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びる貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、電力増幅素子から発生した熱は、電力増幅素子に直接に接合された伝熱性蓋体およびろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に効率良く熱放散させることが可能となる。また、電力増幅素子からその近傍に配置された弾性表面波素子への熱伝達は、貫通導体によって遮断され、弾性表面波素子への熱伝達を極めて低減させることができる。その結果、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。
【００１０】
しかも、かかる構成によれば、放熱フィン等の放熱用部材を別途設ける必要がない。また、電力増幅素子は、誘電体基板の実装面側に形成された凹部内に搭載されるが、弾性表面波素子は、誘電体基板のどちらでもよいが、同一面に電力増幅素子および弾性表面波素子を搭載することによって、工程数の低減も可能となるので、低価格な電子回路モジュールとなる。
【００１１】
また、上記の電子回路モジュールにおいては、電力増幅素子から発生した熱の弾性表面波素子への影響をさらに低減する上で、前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であること、特に、前記電力増幅素子搭載用凹部の周囲の誘電体層を前記弾性表面波素子搭載用凹部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成すること、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部とが０．３ｍｍ以上離間していること、前記貫通導体の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること、前記貫通導体が前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に複数本形成されていること、前記電力増幅素子搭載用凹部の底面の導体層と、前記弾性表面波素子搭載用凹部の底面の導体層とが、異なる誘電体層に形成されていること等が挙げられる。
【００１２】
これらの改善によって、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。
【００１３】
なお、前記弾性表面波素子搭載用凹部が、蓋体によって封止されているか、または該凹部内に絶縁性樹脂が充填するか、いずれでもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の電子回路モジュールを詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の電子回路モジュールの実施の形態を示す断面図であり、この例において、電子回路モジュール１はマザーボード等の外部電気回路基板７に搭載され実装されている。
【００１６】
電子回路モジュール１における誘電体基板２は、複数の誘電体層を積層して成るものであり、誘電体層には、例えばアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスや、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料を用いることができる。とりわけ、導体としてＣｕ、Ａｇを使用し同時焼成にて形成する上では、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックス、有機樹脂材料とセラミック材料との混合材料が挙げられ、熱的安定性に優れる点で、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが最も望ましい。
【００１７】
誘電体基板２を構成する誘電体層の熱伝導率は、用いるセラミック材料とその混合比とにより、熱伝導率を制御することが可能であり、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらには５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに望ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするのがよい。
【００１８】
図１の電子回路モジュールにおいては、誘電体基板２の底面に、電力増幅素子搭載用凹部２ａと、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとが所定の間隔をおいて形成されている。
【００１９】
電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面には、導体層２ａ１が形成されており、電力増幅素子４が導体バンプ３ａを介して電気的に接続し搭載されている。ここで、導体バンプ３ａには金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができ、例えば金を用いる場合には、超音波熱圧着法により電力増幅素子４の電極と電極部とを電気的に接続させることが可能となり、また半田や熱硬化型Ａｇペーストに比べ接続抵抗を低くすることができ導体損を小さくすることが可能である。
【００２０】
電力増幅素子４としては、例えばｐｎ接合ゲート型電界効果型トランジスタやショットキー障壁ゲート型電界効果型トランジスタ、ヘテロ接合型電界効果型トランジスタ、ｐｎ接合ゲート型へテロ接合型電界効果型トランジスタ等が用いられる
また、電力増幅素子４と導体層２ａ１との間には、その接続部や素子面を保護する目的で、いわゆるアンダーフィル５が注入される。アンダーフィル５はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱を加えることにより硬化するものを用いることができる。また、アンダーフィル５は、本発明の電子回路モジュール１においては熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いることが望ましく、約１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。これにより、電力増幅素子４による発熱の誘電体基板２自身への伝達を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、電力増幅素子搭載用凹部２ａの開口には、電力増幅素子４の開口側の面に直接あるいは放熱用グリース等の伝熱性化合物を介して接触させて、伝熱性蓋体６が取着される。この伝熱性蓋体６は、電力増幅素子４による発熱を効率良く外部電気回路基板７へ伝えるためのものであり、具体的には金属から成り、例えば銅等の熱伝導率の高いものから成るものを用いるのが好ましい。
【００２２】
そして、この伝熱性蓋体６は、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。これによって、電力増幅素子４から発生した熱は、伝熱性蓋体６およびろう材１３を介して、外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達され、電力増幅素子４から発生した熱が、モジュール内の弾性表面波素子８に熱的影響が及ぶのを防止することができる。
【００２３】
なお、電力増幅素子４の裏面電極ならびに外部電気回路基板７上面の放熱用導体１５および接地用電極（図示せず）との良好なろう付け性が得られるように、伝熱性蓋体６の表面にＮｉ、Ｓｎ、半田等のめっき処理を施すこおとが望ましい。
【００２４】
一方、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂには、弾性表面波素子８が、導体バンプ３ｂを介して弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの底面に形成された導体層２ｂ１から成る電極部に電気的に接続して搭載されている。導体バンプ３ｂには、導体バンプ３ａと同様に金や半田、熱硬化型Ａｇペースト等を用いることができ、例えば金を用いる場合には、超音波熱圧着法により弾性表面波素子８の電極と電極部とを電気的に接続させることが可能となる。
【００２５】
弾性表面波素子８としては、例えば共振器型フィルタ・共振子ラダー型および格子型接続フィルタ・マルチＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）型フィルタ等が用いられる。弾性表面波素子８が例えば共振器型フィルタの場合には、圧電体基板として、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ３結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ４Ｏ７結晶等が、電気機械結合係数が大きくかつ群遅延時間温度係数が小さいことから、好適に使用される。また、弾性表面波素子８には、圧電体基板表面上を弾性表面波を励起させ、伝播・共振させるため、その表面に、互いに噛み合うように形成された少なくとも一対の櫛歯状電極のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極（図示せず）を設ける。このＩＤＴ電極は、所望のフィルタ特性を得るために、複数対の櫛歯状電極を直列接続や並列接続等の方式で接続して構成される。このようなＩＤＴ電極は、圧電体基板上に蒸着法・スパッタリング法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法により所望の形状・寸法に形成することができる。
【００２６】
図１のモジュールにおいては、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの開口に、弾性表面波素子８と離間させて蓋体９が取着されている。蓋体９は、弾性表面波素子８の機械的保護およびＩＤＴ電極の酸化による劣化を抑制する目的で、振動空間である弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの内部空間内に低湿度の空気等を封入し、エポキシ樹脂やろう材等を用いて取着され、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂを密閉する。なお、空気の代わりに窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスや空気よりも低熱伝導の不活性ガス等を封入して密閉しても、ＩＤＴ電極の酸化による劣化を防止することができる。
【００２７】
蓋体９に用いられる材質としては、ＳＵＳ、銅、洋白等の金属や、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。中でも、電力増幅素子４による発熱は伝熱性蓋体６を介して外部電気回路基板７へと伝達されるため、外部電気回路基板７に伝達された熱が再び蓋体９を介して弾性表面波素子８に伝達されないよう、熱伝導率の低いガラスエポキシ樹脂製のものを用いることが好ましい。
【００２８】
この蓋体９は弾性表面波素子８と離間させて弾性表面波素子搭載用凹部２ｂに取着されており、さらに蓋体９と外部電気回路基板７の間にも空隙部１０を設けることにより、電力増幅素子４による発熱の伝達をさらに確実に抑制することが可能となる。
【００２９】
また、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの開口は、図１の例では、蓋体９によって封止したが、この凹部２ｂ内に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの封止樹脂を充填することによって封止することもできる。
【００３０】
上記の電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間には０．３ｍｍ以上の間隔を設けることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上の間隔を設けることにより、電力増幅素子４による発熱が凹部２ａ・２ｂ間の誘電体層を介して弾性表面波素子８に伝達されることを十分に低減させることが可能となる。
【００３１】
本発明によれば、電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面に形成された導体層２ａ１が水平方向に延設されており、上記の電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間に、上記の延設部から前記誘電体基板の電力増幅素子搭載用凹部２ａを形成した面まで延びた貫通導体１１が形成されている。そして、この貫通導体１１も伝熱性蓋体６と同様に、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の上面の放熱用導体１５に取着されている。
【００３２】
このような貫通導体１１を形成することによって、電力増幅素子４による発熱のうち凹部２ａ底面の導体層２ａ１に伝わった熱および両凹部２ａ、２ｂ間の誘電体層に伝わってきた熱を貫通導体１１で吸収し、ろう材１３を介して外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５に効率的に伝達することができる。
【００３３】
この貫通導体１１は、電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの間において、１本のみならず、２本以上設けることにより、さらに上記効果を高めることができる。
【００３４】
その具体例を図２〜図４に示す。図２は、図１の電子回路モジュールをＡ−Ａ’線で切断したときの平面図で示す。図３、図４はさらに他の例を示す平面図である。
【００３５】
図２の例によれば、貫通導体１１は、平面的にみて斜めに配置された電力増幅素子搭載用凹部２ａと弾性表面波素子搭載用凹部２ｂとの略中間部に２本形成したものである。図３は、貫通導体１１が横並びに配置された凹部２ａと凹部２ｂとの略中間部に凹部２ａ側を囲うように直線的に複数本配置したものである。さらに図４は貫通導体１１を横並びに配置された凹部２ａと凹部２ｂとの略中間部にいわゆる千鳥状に複数本配置させた例である。
【００３６】
貫通導体１１は、その機能から、熱伝導性の優れた金属によって形成することが望ましく、特に、Ｃｕ、ＣｕＯ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属を主成分とする導体によって形成することが望ましい。とりわけ、貫通導体１１は、電力増幅素子４による発熱が誘電体基板２へ伝達され、さらに弾性表面波素子８へと伝達されにくくする上では、誘電体基板２の熱伝導率よりも５倍以上大きくすることが望ましく、さらには熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを用いることが好ましい。また、この貫通導体１１中には、誘電体基板との焼成焼成時の焼成収縮などを整合させるために、金属酸化物やガラスなどの無機物が含まれていてもよい。
【００３７】
このような高熱伝導の貫通導体１１は、例えばＡｇ粉末を約８５質量％、ホウケイ酸鉛ガラスを３質量％、ＳｉＯ２を１２質量％の配合比とすることで熱伝導率を約１５０Ｗ／ｍ・Ｋとすることができる。
【００３８】
貫通導体１１は、直径（短径）が０．１〜０．５ｍｍであることが望ましく、複数本形成する場合には、貫通導体１１の側面間の間隔が０．２〜１．０ｍｍの間隔で配置すればよい。また、この貫通導体１１は、必ずしも円形である必要はなく、長円形状、スリット形状であってもよい。
【００３９】
また、本発明のモジュールにおいては、図１に示すように、凹部２ａ、２ｂをそれぞれ異なる深さで形成し、誘電体基板２に形成された電力増幅素子搭載用凹部２ａの底面と弾性表面波素子搭載用凹部２ｂの底面とに形成された導体層２ａ１、２ｂ１とを、それぞれ異なる誘電体層に形成することによって、それらが同一の誘電体層上に形成される場合に比べて、電力増幅素子４から誘電体層や導体層を介して弾性表面波素子８に伝わる伝熱量をより効果的に低減させることが可能となり、弾性表面波素子８の熱的な影響による電気的特性の劣化をより確実に防止しすることができる。
【００４０】
本発明の電子回路モジュール１においては、電力増幅素子４および弾性表面波素子８を電気的に機能させるため、内部導体配線１６および表層導体配線１７ならびにビアホール導体１８を形成して、誘電体基板２の上面に電子回路を構成するのに抵抗、コンデンサ、インダクタ、半導体素子等の電子部品１２を搭載し、所望の電子回路を構成する。また、必要に応じて、誘電体基板２の内部には、導体配線を利用した、コンデンサ、インダクタ等による高周波フィルタ（図示せず）等を内蔵させることにより、さらに高機能で小型の電子回路モジュール１を構成することができる。
【００４１】
また、電子回路モジュール１表面に実装された電子部品１２や回路を保護する目的で、金属シールドケース１４を取着することにより、外部からの機械的応力や雰囲気の影響や電磁ノイズを遮断または抑制させることも可能である。
【００４２】
さらに、この電子回路モジュール１は、外部電気回路基板７に対して、信号伝達用として、電子回路モジュール１に形成された電極パッド２０をロウ材１３を介して外部電気回路基板７表面に形成された信号用配線層２１と接続される。
【００４３】
図５は、本発明の電子回路モジュールの他の例を示す断面図である。図１の例では、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂは、電力増幅素子搭載用凹部２ａが形成された面と同じ面に形成されていたが、この図５では、電力増幅素子搭載用凹部２ａが形成された面とは反対側の面、即ち表面側に形成されており、図１と同様に、凹部２ｂ内に形成された導体層２ｂ１に実装されている。また、この例では、凹部２ｂには、絶縁性の有機樹脂１９が充填されて樹脂封止されている。
【００４４】
かかる実施例においても、弾性表面波素子搭載用凹部２ｂと電力増幅素子搭載用凹部２ａとの中間に位置する部分には、図１と同様に貫通導体１１が形成されている。このとき、貫通導体１１の一端は、図１と同様に、モジュール１の下面に露出し、ロウ材１３を介して放熱用導体１５にロウ付けされているが、他方は、導体層２ａ１の延設部と接続され、さらに上面側に延設されていてもよい。
【００４５】
図６は、本発明の電子回路モジュールのさらに他の例を示す概略断面図である。図１、図５の例では、誘電体基板２は、同一材質によって形成されたものであるが、図６においては、電力増幅素子搭載用凹部２ａの周囲を他の部分よりも低熱伝導性の誘電体材料によって形成することによって、この凹部２ａの周囲の誘電体材料が断熱材として機能し、電力増幅素子４から発生する熱が周囲に拡散、伝達されるのを防止することができる。
【００４６】
図７は、本発明の電子回路モジュールのさらに他の例を示す概略断面図である。図６の例では、同一誘電体層内に、熱伝導率が異なる２種の誘電体材料が存在するものであるが、図５のように、下面側に電力増幅素子搭載用凹部２ａを形成し、上面側に弾性表面波素子搭載用凹部２ｂを設けた場合には、図７のように、モジュール１の下側面をすべて低熱伝導性の材料によって形成すればよい。
【００４７】
本発明の上記電子回路モジュールは、従来の周知の方法で作製することができる。ここでは、好適な例として、誘電体基板がガラスセラミック組成物からなる場合について、以下に簡単に説明する。
【００４８】
まず、誘電体基板２における各誘電体層を形成するために各誘電体層となるガラスセラミック組成物からなるセラミックグリーンシートを作製する。誘電体層となるセラミックグリーンシートは、ホウ珪酸ガラス、ホウ珪酸亜鉛系ガラス、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ土類酸化物などの周知のガラス３０〜９０質量％に、アルミナ、クオーツ、ムライト、ＡｌＮ、フォルステライトなどの無機フィラーを１０〜７０質量％の割合で混合した混合物に、アルキルメタクリレート等の有機バインダ、ＤＢＰ（ジブチルフタレート）等の可塑剤とトルエン等の有機溶剤を混合し、ボールミルで４〜８時間混練してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりテープ成形を行ない、これを所定の寸法に切断して作製する。
【００４９】
そして、所定のセラミックグリーンシートに、貫通導体１１、内部導体配線１６と表層導体配線１７とを接続するためのビアホール導体１８、電力増幅素子搭載用凹部２ａおよび弾性表面波素子搭載用凹部２ｂ、貫通導体１１用の貫通穴を形成するために、マイクロドリル、パンチングで形成したり、さらには感光性樹脂を含むグリーンシートに露光、現像処理を施すなどの処理によって凹部やそれぞれの様々な円形、楕円形、長孔などの様々な形状の貫通穴を形成することができる。
【００５０】
そして、このうち、貫通導体１１やビアホール導体１８用の貫通穴にＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを充填する。また、同時に、各グリーンシートに内層導体配線１６、表層導体配線１７、導体層２ａ１、２ｂ１となるパターンをＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストを用いてスクリーン印刷法や、グラビア印刷法などによって印刷形成する。
【００５１】
ここで、ＣｕあるいはＡｇ系導体ペーストには、例えばＣｕ粉末、ＣｕＯ粉末、Ａｇ粉末の他、Ａｇ合金であるＡｇ−Ｐｄ粉末、Ａｇ−Ｐｔ粉末が使用可能であり、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系の低融点ガラスや、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｂｉ２Ｏ３等の金属酸化物を加え、さらにエチルセルロース等の有機バインダと、例えば２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられる。
【００５２】
これらの金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスなどのホウケイ酸系の低融点ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３等の金属酸化物などの無機物と、エチルセルロース等の有機バインダと、２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤とを混合して均質混練したものが用いられ、金属粉末に対する低融点ガラスや金属酸化物の添加量の割合によって熱伝導率が制御可能である。
【００５３】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートを例えばビアホール導体１８を基準に位置合わせし、積層順序に応じて積層し、熱圧着することにより未焼成の積層体を形成する。
【００５４】
次に、この未焼成状態の積層体を例えば酸化雰囲気中で焼成し焼結一体化する。具体的には、酸素雰囲気または大気雰囲気中において８００〜１０００℃で焼成することにより、焼結基板を作製することができる。
【００５５】
その後、凹部２ａ、２ｂ内に、弾性表面波素子８、電力増幅素子４などを実装し、伝熱性蓋体６、蓋体９をロウ付けしたり、封止用有機樹脂１９を充填して封止する。
【００５６】
また、かかるモジュールを外部電気回路基板７に実装する場合には、通常のモジュールの信号伝達用の電極パッドをロウ付けすると同時に、伝熱性蓋体６や貫通導体１１を外部電気回路基板７の表面に形成された放熱用導体１５にロウ付けする。
【００５７】
また、図６のように、電力増幅素子搭載用凹部２ａの周囲を断熱性を有する誘電体材料によって形成する場合には、通常の誘電体基板材料に感光性樹脂を配合し、現像露光して所定の凹部を形成した後、その凹部内に、断熱性誘電体材料を充填し、さらに、パンチング等によって凹部２ａ、２ｂを形成することによって未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５８】
また、図７のように、モジュールにおける誘電体基板２の上面側と下面側とを熱伝導率の異なる誘電体材料によって形成する場合には、それぞれの誘電体材料を用いてグリーンシートを作製し、それぞれ加工を施した後に、それらを積層一体化して未焼成状態の積層体を作製した後、焼成すればよい。
【００５９】
【実施例】
誘電体材料として、ホウケイ酸ガラス７０質量％、アルミナ３０質量％からなれる熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋのガラスセラミック系誘電体材料を用い、貫通導体を１５０Ｗ／ｍ・ＫのＡｇ系導体材料を用い、伝熱性蓋体として銅を用い、電子回路モジュールを上記のようにして作製し、これをガラス織布−エポキシ樹脂複合材料からなる絶縁基板上に、銅からなる放熱用導体や信号用配線層を形成したマザーボード表面に、Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を用いて実装した（試料Ｎｏ．６）。
【００６０】
これに、電力増幅素子（ＰＡ）の電源ＯＮ／ＯＦＦ比（デュティ比）を１／８にした状態で、０ｄＢの入力信号を入れ、３３．５ｄＢｍの出力が得られるように条件設定し、電力増幅素子４搭載用凹部ならびに弾性表面波素子８搭載用凹部内の定常温度（表１中に凹部２ｂで示す）を測定した。
【００６１】
また熱伝導解析シミュレーションプログラムを用い、各構成材料の熱伝導率を変化させたときのそれらの温度を計算した。
【００６２】
【表１】
表１の結果より、本発明の構造によれば、伝熱性蓋体および貫通導体を設けることによって、電力増幅素子の熱を効果的放熱し、弾性表面波素子への影響を低減できることがわかった。
【００６４】
また、かかる構成においては、貫通導体の本数が多いほど、誘電体基板の熱伝導率が小さいほどその効果に優れることがわかる。また、誘電体基板を２種の誘電体材料によって形成した場合においても同様の結果が得られることがわかった。
【００６５】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電力増幅素子による発熱は外部電気回路基板の放熱用導体へと効率良く熱放散させることが可能となり、電力増幅素子からその近傍に配置された弾性表面波素子への熱伝達を極めて低減させることができるため、弾性表面波素子の高周波フィルタ特性、高周波分波器特性等の電気的特性を劣化させることなく、小型で高性能な電子回路モジュールを提供することができる。しかも、放熱フィン等の放熱用部材を別途必要とせず、低価格な携帯型情報端末機等の電子機器・電子装置等に好適な電子回路モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置の例を示す、図１のＡ−Ａ’線における概略平面図である。
【図３】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置の他の例を示す概略平面図である。
【図４】本発明の電子回路モジュールにおける貫通導体の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の電子回路モジュールの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の電子回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の電子回路モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・電子回路モジュール
２・・・・・・・誘電体基板
２ａ・・・・・・電力増幅素子搭載用凹部
２ｂ・・・・・・弾性表面波素子搭載用凹部
３ａ、３ｂ・・・導体バンプ
４・・・・・・・電力増幅素子
６・・・・・・・伝熱性蓋体
７・・・・・・・外部電気回路基板
８・・・・・・・弾性表面波素子
９・・・・・・・蓋体
１１・・・・・・貫通導体
１３・・・・・・ろう材
１５・・・・・・放熱用導体
Claims (9)
- 複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部および弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びた貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とする電子回路モジュール。
- 複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板の一方の主面に電力増幅素子搭載用凹部が、他方の主面に弾性表面波素子搭載用凹部が形成され、電力増幅素子および弾性表面波素子が各凹部の底面に形成された導体層に実装されており、少なくとも前記電力増幅素子搭載用凹部には前記電力増幅素子に接触して伝熱性蓋体が取着されるとともに、前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に、前記電力増幅素子搭載用凹部の前記導体層の延設部から前記誘電体基板の前記一方の主面まで延びる貫通導体が形成されて成り、前記伝熱性蓋体および前記貫通導体をろう材を介して外部電気回路基板の上面の放熱用導体に取着させて実装されることを特徴とする電子回路モジュール。
- 前記誘電体層の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子回路モジュール。
- 前記電力増幅素子搭載用凹部の周囲の誘電体層が、前記弾性表面波素子搭載用凹部の周囲の誘電体層よりも熱伝導率の小さい誘電体層によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の電子回路モジュール。
- 前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部とが０．３ｍｍ以上離間していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子回路モジュール。
- 前記貫通導体の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の電子回路モジュール。
- 前記貫通導体が前記電力増幅素子搭載用凹部と前記弾性表面波素子搭載用凹部との間に複数本形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか記載の電子回路モジュール。
- 前記電力増幅素子搭載用凹部の底面の導体層と、前記弾性表面波素子搭載用凹部の底面の導体層とが、異なる誘電体層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか記載の電子回路モジュール。
- 前記前記弾性表面波素子搭載用凹部が、蓋体によって封止されているか、または該凹部内に絶縁性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の電子回路モジュール。
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