JP3941634B2

JP3941634B2 - 高周波モジュール及びそれを用いた通信装置

Info

Publication number: JP3941634B2
Application number: JP2002257236A
Authority: JP
Inventors: 憲雄吉田; 剛末定; 充彦池田; 治文萬代
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004095973A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子部品を搭載した基板に高周波遮蔽のための金属ケースを装着した高周波モジュールに関し、特に例えば携帯電話等のように高密度実装される通信装置に使用する高周波モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高周波モジュールとして、特開平４−３２８９０３号公報や特開平９−３０７２６１号公報に示すものがあった。図４は特開平４−３２８９０３号公報に開示された従来の高周波モジュールの斜視図を示し、図５はその分解斜視図を示す。図において、１は高周波モジュールであり、電子部品４を搭載した基板２と、基板２および電子部品４を覆うように基板２に固定される高周波遮蔽用の金属ケース３とから構成される。金属ケース３は、下面開口型をなし、側面には突起部３ａ、３ｂが設けられている。一方、基板２は、側面には金属ケースの突起部３ａ、３ｂに対応して凹部２ａ、２ｂが設けられ、凹部２ａ、２ｂと端面２ｃ、２ｄには金属ケースを接合するためのメタライズ処理が施されている。これにより、金属ケース３は、その突起部３ａ、３ｂを基板の凹部２ａ、２ｂに嵌合して半田接合するとともに、その端面３ｃ、３ｄを基板の端面２ｃ、２ｄに半田接合することにより基板２に固定され、高周波モジュール１が形成される。
【０００３】
また、図６は特開平９−３０７２６１号公報に開示された従来の高周波モジュールの分解斜視図を示す。この高周波モジュールでは、金属ケースの端面を基板の端面に固定するのではなく、基板の電子部品搭載面における基板端面に隣接した箇所に接地電極２ｅ、２ｆを設け、これに金属ケースの端面３ｅ、３ｆを半田接合している。これにより、金属ケースを固定するための基板のメタライズ処理が、多数の基板を量産するための元基板の分割前に一括処理できるため、製造コストが低減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の高周波モジュールは、基板の端面に金属ケースの端面を半田接合したり、基板の側面に凹部を設け、これに金属ケースの突起部を嵌合して固定するので、薄い基板ではかかる側面や端面での固定が困難となり、また基板の側面や端面にメタライズ処理したり、凹部を設ける等の工程が必要となるため、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００５】
それゆえに、本願発明の主たる目的は、側面や端面での金属ケースの固定が困難な薄い基板にでも適用でき、基板の側面や端面にメタライズ処理したり、凹部を設けることなく金属ケースを接合できる、製造容易で高密度実装が可能な高周波モジュール及びそれを用いた通信装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの４隅を含む一部に半田付け端子を備え、基板の電子部品搭載面に金属ケースの半田付け端子に対応したランドを設け、基板に金属ケースを半田接合したものである。
基板の電子部品搭載面にランドを設けて金属ケースを半田接合するようにしたので、薄い基板にでも金属ケースを装着できる。また、基板の側面や端面にメタライズ処理をする必要もなく、元基板段階で金属ケースが実装できるので、生産効率が向上し、製造コストを低減することができる。
また、半田付け端子を全周ではなく一部に設けて金属ケースを部分的に固定するようにしたので、基板に対して発生する応力がケースのそりや基板のそりによって緩和される。また、金属ケースの縦横の長さが均等でない場合に、全面半田付けでは、長辺側のセルフアライメントが強く働くため、短辺方向のズレに対しては適当な位置に戻るが、長辺方向のズレに対しては適当な位置に戻らないと考えられるのに対し、部分的に半田付けすることにより、長辺方向も短辺方向も均等なセルフアライメントが働くことが期待される。
【０００７】
また、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの半田付け端子を折り曲げ加工したものが好ましい。
これにより、面接合となるので固着力が向上し、セルフアライメント効果によって金属ケースの位置精度が向上するので、より信頼性の高い製品が得られる。
【０００８】
また、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの４隅の中間部にも半田付け端子を備え、基板の電子部品搭載面に当該半田付け端子に対応したランドを設け、当該ランドに当該半田付け端子を半田接合したものがより好ましい。
これにより、接合強度がさらに向上するとともに、高周波遮蔽効果も向上する。
【０００９】
また、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの半田付け端子のうち、少なくとも１つ以上の折り曲げ方向を変えたものが更に好ましい。
これにより、一方向に曲げを揃えている場合に比して、高周波モジュールの上方向からの荷重に対して金属ケースが拉げにくくなり、金属ケースの耐荷重強度が向上する。
【００１０】
また、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの熱膨張係数を基板の熱膨張係数より小さくしたものが更に好ましい。
これにより、高温で組立後に常温に戻したときに基板の中央部が金属ケース側（上に凸）に反るので、基板の中央部が金属ケースの反対側（下に凸）に反る場合に比して基板の端子部にかかる応力が緩和され、端子部等に発生するマイクロクラックを防止し、より信頼性の高い製品が得られる。また、基板の裏面の周辺部に電極がある基板では、基板の中央部が基板の周辺部に対して下に凸となるように反ることがないので、電極のコンタクト性が確保される。
【００１１】
また、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースと基板の熱膨張係数の差を５ｐｐｍ以下としたものが更に好ましい。
これにより、基板の平面度が向上し、携帯電話等の高密度実装の要求に適合する高周波モジュールを得ることができる。
【００１２】
本願発明の通信装置は、本願発明の高周波モジュールに少なくとも高周波回路部分を形成したものである。
【００１３】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の一実施の形態にかかる高周波モジュールの斜視図を示し、図２はその分解斜視図を示す。図において、１０は高周波モジュールであり、電子部品１６を搭載した基板１２と、基板１２および電子部品１６を覆うように基板１２に固定される高周波遮蔽用の金属ケース１４とから構成される。金属ケース１４の４隅には半田付け端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが設けられている。また、基板１２の電子部品搭載面の４隅には各半田付け端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに対応して、半田ランド１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設けられている。金属ケース１４の各半田付け端子１４ａ〜１４ｄを基板１２の各半田ランド１２ａ〜１２ｄに半田付けすることにより、金属ケース１４は基板１２に装着される。
【００１５】
このように、基板の部品搭載面に半田ランドを設けて金属ケースを固定することで、薄い基板にでも金属ケースを装着できる。また、基板の側面や端面にメタライズ処理をする必要もなく、元基板段階で金属ケースが実装できるので、生産効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【００１６】
本実施の形態では、金属ケース１４の半田付け端子１４ａ〜１４ｄを折り曲げ加工し、対応する基板１２の半田ランド１２ａ〜１２ｄと面接合させている。このように、面接合とすることで固着力が上がるとともに、セルフアライメントの効果によって金属ケースの位置精度が向上するので、より信頼性の高い製品が得られる。
【００１７】
本実施の形態では、金属ケースの４隅の半田付け端子１４ａ〜１４ｄの他に、その中間にも折り曲げた半田付け端子１４ｅ、１４ｆを設け、対応する基板の半田ランド１２ｅ、１２ｆに半田接合している。これにより、接合強度がさらに向上するとともに、高周波遮蔽効果も向上する。
【００１８】
本実施の形態では、金属ケース１４の半田付け端子１４ａ〜１４ｆの折り曲げ方向を４隅の半田付け端子１４ａ〜１４ｄと中間部の半田付け端子１４ｅ、１４ｆとで９０度異なるようにしている。これにより、一方向に曲げを揃えている場合に比して、高周波モジュールの上方向からの荷重に対して金属ケースが拉げにくくなり、金属ケースの耐荷重強度が向上する。
【００１９】
また、本実施の形態においては、基板１２と金属ケース１４の熱膨張係数の差が５ｐｐｍ以下の材料を使用している。具体的には、基板１２の材質は酸化バリウムと酸化シリカの混合物を主成分とする誘電体であるセラミック基板で、熱膨張係数は１１．６ｐｐｍである。一方、金属ケース１４の材質はＮｉＦｅ５０アロイで、熱膨張係数は１０．５ｐｐｍである。
【００２０】
このように、熱膨張係数の差の小さい材質を使用することで、金属ケース１４の半田付け部の応力集中を低減するとともに、高温で組立後に常温に戻したときの基板１２の平面度を高く保つことができ、より信頼性の高い製品を得ることができる。特に、両者の熱膨張係数の差を５ｐｐｍ以下とすることで、長さ２０ｍｍの基板を高温半田（融点２２０℃以上２５０℃以下）を使用して組立後に常温に戻したときの平面度を、半田面の高さである０．１ｍｍ以下にすることができる。これにより、携帯電話等の高密度実装の要求に適合する高周波モジュールを得ることができる。
【００２１】
また、本実施の形態においては、金属ケースの熱膨張係数を基板の熱膨張係数より小さくしている。これは、金属ケースの熱膨張係数を基板の熱膨張係数より小さくすることにより、高温で組立後に常温に戻したときに基板の中央部が金属ケース側に反るので、基板の端子部の応力集中が緩和され、端子部等に発生するマイクロクラックを防止し、より信頼性の高い製品が得られる。更に、基板裏面の電極が基板の周辺部にある場合には、電極のコンタクト性が確保される。
【００２２】
ここで、金属ケースの熱膨張係数を変えた場合の基板の半田付け端子部にかかる最大主応力の差異を測定した結果を下記する。尚、接合の対象となる基板は、寸法が１４ｍｍ×９．７ｍｍ、厚さが０．６ｍｍ、材質は前述のように酸化バリウムと酸化シリカの混合物を主成分とするセラミック基板であり、熱膨張係数は１１．６ｐｐｍである。
１．金属ケース１
（材質：リン青銅、熱膨張係数：１７．８ｐｐｍ）
最大主応力：１２０Ｎ／ｍ²
２．金属ケース２
（材質：ＮｉＦｅ５０アロイ、熱膨張係数：１０．５ｐｐｍ）
最大主応力：１０Ｎ／ｍ²
【００２３】
このように、基板と金属ケースの熱膨張係数の差を小さくすることにより当然に基板の半田付け端子部にかかる応力集中を大幅に緩和できることが判るが、熱膨張係数の絶対値の差異から考えて、金属ケースの熱膨張係数を基板の熱膨張係数に対して小さくすることにより、基板の半田付け端子部にかかる応力集中を更に緩和できると考えられる。これにより、端子部等に発生するマイクロクラックを防止し、より信頼性の高い製品が得られる。
【００２４】
上記実施の形態では、基板と金属ケースの熱膨張係数の差が５ｐｐｍ以下のものを使用しているが、これに限定されるものではなく、熱膨張係数の如何に拘らず、本願発明の目的は達成される。
【００２５】
上記実施の形態では、金属ケースの半田付け端子のうち、中間部の半田付け端子の折り曲げ方向を９０度異なるようにしているが、これに限定されるものではなく、４隅の半田付け端子の一部の折り曲げ方向を変えるようにしてもよい。また、方向の変化は必ずしも９０度である必要は無く、任意の方向に折り曲げるようにしてもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態では、金属ケースの半田付け端子の折り曲げ方向を９０度異なるようにしているが、これに限定されるものではなく、折り曲げ方向が９０度異なる半田付け端子を設けなくても、本願発明の目的が達成される。
【００２７】
上記実施の形態では、金属ケースの側面中央付近の２箇所に半田付け端子を設けているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて各辺の適当な部位に、適当な長さで、適当数設けるようにしてもよい。これにより、基板に搭載された部品との抵触を避けつつ、必要な高周波遮蔽効果を得るようにできる。
【００２８】
また、上記実施の形態では、金属ケースの４隅の中間部に半田付け端子を設け、基板の部品搭載面に対応するランドを設けて半田付けするようにしているが、これに限定されるものではなく、かかる中間部の固定をしなくても、本願発明の目的が達成される。
【００２９】
上記実施の形態では、金属ケースの半田付け端子を外側に折り曲げるようにしているが、内側に折り曲げるようにしてもよい。このようにすれば、基板スペースをより有効に活用することが可能になる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、金属ケースの半田付け端子を折り曲げるようにしているが、これに限定されるものではなく、半田付け端子を折り曲げなくても、本願発明の目的が達成される。
【００３１】
上記実施の形態では、金属ケースの側面の両端に半田付け端子を設けたが、４隅にＬ字型に設けても同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００３２】
図３は本願発明の一実施の形態にかかる通信装置のブロック構成図である。これは、本願発明の高周波モジュールを携帯電話の高周波回路部分に使用したものである。図において、２０が本願発明の高周波モジュールであり、このなかにはデュプレクサＤＰＸと、増幅器ＡＭＰａ、ＡＭＰｂ、ＡＭＰｃと、バンドパスフィルタＢＰＦａ、ＢＰＦｂと、ミキサーＭＩＸａ，ＭＩＸｂと、中間周波フィルタＩＦと、ＰＬＬシンセサイザと、変調器と、復調器からなる高周波回路部分が形成されている。
【００３３】
次に、動作について説明する。アンテナから受信された信号は、デュプレクサＤＰＸを介して増幅器ＡＭＰｂで増幅された後、バンドパスフィルタＢＰＦｂで必要帯域の信号のみが取り出され、ミキサーＭＩＸｂでＰＬＬシンセサイザからの信号と混合される。混合された信号は中間周波フィルタＩＦで中間周波帯域が取り出され、増幅器ＡＭＰｃで増幅の後、復調器で受信信号が復調されて、高周波モジュール外の多重化制御回路に出力される。一方、多重化制御回路からで入力された送信信号は、変調器で変調され、ミキサーＭＩＸａでＰＬＬシンセサイザからの信号と混合される。混合された信号はバンドパスフィルタＢＰＦａで高周波帯域の信号のみが取り出され、増幅器ＡＭＰａで増幅されて、デュプレクサＤＰＸを介してアンテナに送られる。
【００３４】
通信装置には、高周波モジュール外に、多重化制御回路、音声コーデック、ＣＰＵ、マイク、スピーカ、ディスプレイ、キースイッチ、バイブレータが搭載されている。音声コーデックはマイクからの信号を符号化し、多重化制御回路に送るとともに、多重化制御回路からの復調信号を音声信号に変換して、スピーカに与える。ＣＰＵは多重化制御回路の制御を行うとともに、キースイッチの状態を読み取り、ディスプレイに対し表示信号を出力し、バイブレータに駆動信号を与える。
【００３５】
以上のように、通信装置の高周波回路部分を本願発明の高周波モジュールに形成したので、高密度実装が可能となり、小型軽量の通信装置が得られる。
【００３６】
上記実施の形態では、本願発明の高周波モジュールに形成する部分を、通信装置の高周波回路部分のみとしたが、これに限定されるものではなく、それ以外の部分を含めてもよく、例えば回路全体を本願発明の高周波モジュールに一体形成し、金属遮蔽の必要な部分のみに金属ケースを装着するようにしてもよい。これにより、更に高密度実装が可能となり、小型軽量化や低コスト化にも寄与する。
【００３７】
尚、上記実施の形態では、高周波モジュールを携帯電話に使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、高周波回路部分を有するすべての通信装置について適用できるものであることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本願発明の高周波モジュールは、金属ケースの４隅を含む一部に半田付け端子を設け、基板の電子部品搭載面に対応する半田ランドを設けて、基板に金属ケースを半田付けするようにしたので、薄い基板でも金属ケースを固定でき、基板の側面や端面にメタライズ処理したり、凹部を設けることなく金属ケースを接合できるので、生産効率が向上し、製造コストを低減できるという効果がある。
【００３９】
また、本願発明の通信装置は少なくとも高周波回路部分を本願発明の高周波モジュールに形成したので、高密度実装が可能となり、小型軽量の通信装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施の形態にかかる高周波モジュールの斜視図である。
【図２】本願発明の一実施の形態にかかる高周波モジュールの分解斜視図である。
【図３】本願発明の一実施の形態にかかる通信装置のブロック構成図である。
【図４】従来の高周波モジュールの一例を示す斜視図である。
【図５】従来の高周波モジュールの一例を示す分解斜視図である。
【図６】従来の高周波モジュールの他の例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０高周波モジュール
１２基板
１４金属ケース
１６電子部品
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ半田ランド
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ半田付け端子
２０通信装置に実装された高周波モジュール

Claims

電子部品が搭載された基板と、前記電子部品を覆うように前記基板に取り付けられた金属ケースとを備えた高周波モジュールにおいて、前記金属ケースの４隅を含む一部に切り込みを設けてケースの内側に折り曲げ加工し、Ｌ字状に形成した半田付け端子を備え、前記基板の電子部品搭載面に前記半田付け端子に対応したランドを設け、前記ランドに前記半田付け端子を半田接合したことを特徴とする、高周波モジュール。
前記金属ケースの４隅の中間部にも半田付け端子を備え、前記基板の電子部品搭載面に当該半田付け端子に対応したランドを設け、当該ランドに当該半田付け端子を半田接合したことを特徴とする、請求項１に記載の高周波モジュール。
前記金属ケースの半田付け端子のうち、少なくとも１つ以上の折り曲げ方向を変えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高周波モジュール。
前記金属ケースの熱膨張係数が、前記基板の熱膨張係数より小さいことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高周波モジュール。
前記金属ケースと前記基板の熱膨張係数の差が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の高周波モジュール。
高周波回路部分を有する通信装置であって、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の高周波モジュールに、少なくとも前記高周波回路部分を形成したことを特徴とする、通信装置。