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JP2005086603A - 電子部品モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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恵理子 味岡
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秀昭 下田
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Abstract

【課題】 アンテナ一体型の電子部品モジュールにおいて、小型化および広帯域化を図る。
【解決手段】 第１の伝送線路１１ａが形成された第１の誘電体基板１１、および当該第１の誘電体基板１１に実装されて第１の伝送線路１１ａと接続された高周波デバイス１３を備えたデバイス側モジュールＡと第１の誘電体基板１１に対して積層方向に配置されるとともに第１の伝送線路１１ａと電気的に接続された第２の伝送線路１２ａが形成された第２の誘電体基板１２、および当該第２の誘電体基板１２に設けられて第２の伝送線路１２ａおよび第１の伝送線路１１ａを介して高周波デバイス１３との間で信号の送信または受信を行うアンテナ素子１４を備えたアンテナ側モジュールＢとを有する電子部品モジュールとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子部品モジュールおよびその製造方法に関し、特に電子部品モジュールの広帯域化に適用して有効な技術に関するものである。
近年の電子機器の小型化、高機能化の流れの中で、高周波デバイスなどの電子部品を搭載したモジュールとアンテナ素子とが一体形成された電子部品モジュールの要求がある。このアンテナ一体型の電子部品モジュールでは、その特性を向上させるために、アンテナ素子が設けられる基板は誘電率の低い材料で形成されることが望ましい。
ここで、従来においては、たとえば特開平９−２３７８６７号公報に記載されているように、電磁結合を利用することによりスロットを介してアンテナへ給電するアンテナ一体型の電子部品モジュールが提案されている。
特開平９−２３７８６７号公報
しかしながら、スロットは使用周波数λの１／２（λ／２）で構成されるために、当該スロットやモジュールの物理的な寸法が必然的に使用周波数に支配されることになる。そのため、電子部品モジュールの小型化に対する自由度が制限されてしまう。
また、λ／２のスロットを用いているため、信号の通過可能な周波数帯域がスロットの寸法に制限され、電子部品モジュールの広帯域化への妨げになる。
そこで、本発明は、小型化および広帯域化が可能なアンテナ一体型の電子部品モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品モジュールは、第１の伝送線路が形成された第１の誘電体基板、および当該第１の誘電体基板に実装されて前記第１の伝送線路と接続された高周波デバイスを備えたデバイス側モジュールと、前記第１の誘電体基板に対して積層方向に配置されるとともに前記第１の伝送線路と電気的に接続された第２の伝送線路が形成された第２の誘電体基板、および当該第２の誘電体基板に設けられて前記第２の伝送線路および前記第１の伝送線路を介して前記高周波デバイスとの間で信号の送信または受信を行うアンテナ素子を備えたアンテナ側モジュールとを有することを特徴とする。
本発明の好ましい形態において、前記第１の誘電体基板が挿入される貫通孔が形成されるとともに低周波機能部品が実装され、前記第２の誘電体基板に固定されるとともに前記第１の誘電体基板と電気的に接続された第３の誘電体基板を備えていることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の誘電体基板はセラミック製であることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の誘電体基板はＬＴＣＣであることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第２の誘電体基板は樹脂製であることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の誘電体基板にはキャビティが形成され、前記高周波デバイスは当該キャビティ内に実装されていることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の誘電体基板には、前記高周波デバイスを包囲してこれを電磁遮蔽するシールド手段が設けられていることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記シールド手段は、複数の前記高周波デバイスを個別に電磁遮蔽していることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記シールド手段は、前記第１の誘電体基板に形成されたシールド層および前記高周波デバイスを封止する蓋部材であることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とは互いに積層されていることを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品モジュールの製造方法は、高周波デバイスを第１の伝送線路と接続して第１の誘電体基板に実装してデバイス側モジュールを形成し、アンテナ素子を第２の伝送線路と接続して第２の誘電体基板に設けてアンテナ側モジュールを形成し、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とを積層方向に接合して前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路とを電気的に接続することを特徴とする。
本発明の好ましい形態において、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との接合においては、前記第１の誘電体基板における前記第２の誘電体基板との接合面に露出した前記第１の伝送線路と前記第２の誘電体基板における前記第１の誘電体基板との接合面に露出した前記第２の伝送線路の少なくとも何れか一方に導電性の接着用部材を塗布し、前記第１の伝送線路１２ａと前記第２の伝送線路とを位置合わせして前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とを重なり合わせ、前記導電性の接着用部材を固化させて前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路とを導通固着することを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記導電性の接着部材ははんだであることを特徴とする。
本発明のさらに好ましい形態において、前記導電性の接着部材は導電性金属配合樹脂ペーストであることを特徴とする。この導電性金属配合樹脂材は、一般的に熱により硬化する。
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
すなわち、本発明によれば、高周波デバイスの実装された第１の誘電体基板に形成された第１の伝送線路とアンテナ素子が設けられた第２の誘電体基板に形成された第２の伝送線路とを直接電気的に接続しているので、モジュールの物理的な寸法が使用周波数に支配されたり、信号の通過可能な周波数帯域がスロットの寸法に制限されることがなくなり、アンテナ一体型の電子部品モジュールにおける小型化および広帯域化を図ることが可能になる。
第１の誘電体基板が挿入される貫通孔が形成されて低周波機能部品が実装された第３の誘電体基板を備えれば、第１の誘電体基板は第３の誘電体基板に形成された貫通孔により第２の誘電体基板に位置決めすることができる。
また、第１の誘電体基板をＬＴＣＣなどのセラミック製にすれば、熱圧着により高周波デバイスを第１の誘電体基板に実装することが可能になる。
また、第２の誘電体基板を樹脂製にすれば、アンテナ効率を向上させることが可能になる。
さらに、高周波デバイスを第１の誘電体基板に形成されたキャビティ内に実装すれば、電子部品モジュールの低背化と低損失化を図ることが可能になる。
第１の誘電体基板に、高周波デバイスを包囲してこれを電磁遮蔽するシールド手段を設ければ、外部電子機器からの電磁的な影響が排除され、動作の安定化を図ることが可能になる。
シールド手段が複数の前記高周波デバイスを個別に電磁遮蔽するようにすれば、デバイス相互間のアイソレーション特性が向上して一層安定した動作特性が得られる。
デバイス側モジュールとアンテナ側モジュールとを別々に形成して相互に接合する電子部品モジュールの製造方法によれば、第１の誘電体基板をセラミック製、第２の誘電体基板を樹脂製とした場合のように両者を同時焼成できない組み合わせでアンテナ一体型の電子部品モジュールを構成することができる。
第１の誘電体基板に形成された第１の伝送線路の露出部分と第２の誘電体基板に形成された第２の伝送線路の露出部分とをはんだなどの導電性の接着用部材で固着するようにすれば、例えば伝送路の露出部に塗布可能なはんだペーストを用いた場合、溶融したはんだ部材は第１の伝送線路および第２の伝送線路にのみ広がることにより第１の誘電体基板と第２の誘電体基板とが正確に位置決めされるので、微細な位置合わせが必要になる第１の伝送線路と第２の伝送線路との接合を正確に行うことが可能になる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
図１は本発明の一形態である電子部品モジュールを示す断面図、図２は図１の電子部品モジュールを構成要素に分解して示す断面図、図３は本発明の他の形態である電子部品モジュールを示す断面図、図４は本発明のさらに他の形態である電子部品モジュールを示す断面図、図５は本発明のさらに他の形態である電子部品モジュールを示す分解斜視図である。
図１に示すように、本実施の形態の電子部品モジュール１０には、たとえばＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ：低温焼成セラミックス）などセラミック製の誘電体からなる積層構造の第１の誘電体基板１１、およびたとえばフッ素樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＥ（Ｏ）樹脂、グラフト重合樹脂など樹脂製の誘電体からなり第１の誘電体基板１１に対して積層方向に配置された第２の誘電体基板１２を備えている。そして、第１の誘電体基板１１がデバイス側モジュールＡを、第２の誘電体基板１２がアンテナ側モジュールＢを構成している。
第１の誘電体基板１１には第１の伝送線路１１ａが積層形成され、第２の誘電体基板１２には第２の伝送線路１２ａが形成されている。第１の伝送線路１１ａおよび第２の伝送線路１２ａは導波路と導通体（スルーホール）からなり、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗなどで形成されている。図示するように、第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとは相互に電気的に接続されている。また、第１の誘電体基板１１には高周波デバイス１３が実装されて第１の伝送線路と接続されており、第２の誘電体基板１２にはたとえばパッチアンテナなどのアンテナ素子１４が設けられて第２の伝送線路１２ａとは相互と接続されている。したがって、アンテナ素子１４は互いに直接接続された第２の伝送線路１２ａおよび第１の伝送線路１１ａを介して高周波デバイス１３との間で信号の送信または受信を行う。
高周波デバイス１３は、たとえば準ミリ波帯である例えば２５ＧＨｚの周波数帯域やマイクロ波帯である例えば５ＧＨｚの周波数帯域で使用される電子部品であり、ハンダやろう材による表面実装、またはＡｕ、Ａｕ−Ｓｎ合金などによるフリップチップ実装などにより第１の誘電体基板１１に搭載されている。高周波デバイス１３には、たとえば電力増幅器、ミキサ、逓倍器、周波数変換器、高周波発振器、低雑音電力増幅器などがある。但し、ここに列挙した電子部品に限定されるものではない。また、アンテナ素子１４はアレイ状に複数形成され、良好な指向性が得られるよう配慮されている。
なお、第１の誘電体基板１１に形成されたグランド層１１ｄおよびこのグランド層１１ｄと繋がって積層方向に延びる導通層１１ｂが後述するシールド層として兼用されている。
第１の誘電体基板１１および第２の誘電体基板１２はセラミック製や樹脂製に限定されるものではなく、他の誘電体を用いることができる。但し、第１の誘電体基板１１をセラミック製にすれば、Ａｕ接続のように４００℃程度の熱圧着により高周波デバイス１３を実装することができる。また、第１の誘電体基板１１は積層構造ではなくてもよいが、本形態のような積層構造にすれば、フィルタ機能部品などを基板内に作り込むことが容易にできる。また、第２の誘電体基板１２を誘電率の低い樹脂製にすれば、アンテナ効率を向上させることができる。なお、第１の誘電体基板１１の比誘電率は６〜４５程度、第２の誘電体基板１２の比誘電率は２〜５程度が望ましい。
また、アンテナ素子１４としてはアレイ化しない単一のアンテナであってもよく、１つのアンテナで複数の周波数の電波を送受信できるマルチバンドアンテナを用いてもよい。さらに、アンテナ素子１４は本形態に示すパッチアンテナに限定されるものではなく、例えば逆Ｆアンテナやスロットアンテナなど他の形態のアンテナを用いることもできる。
第１の誘電体基板１１には、高周波デバイス１３を包囲してこれを電磁遮蔽するシールド手段が設けられている。すなわち、このシールド手段は、前述したシールド層（第１の誘電体基板１１に形成された導通体１１ｂおよびグランド層１１ｄ）と、高周波デバイス１３を封止する蓋部材１５からなる。蓋部材１５には、たとえば樹脂などに金属メッキが施されてシールド機能が付与されており、前述したシールド層と相俟って高周波デバイス１３が電磁遮蔽される。なお、蓋部材１５そのものを金属製としてシールド機能を付与するようにしてもよい。また、図示する場合には、蓋部材１５には区画壁１５ａが形成され、第１の誘電体基板１１に形成された導通体１１ｂと相俟って高周波デバイス１３が個別に電磁遮蔽されて相互間の電磁的な干渉までもが排除され、アイソレーション特性の向上による安定した動作特性を得ている。但し、区画壁１５ａを形成することなく、外部との間での電磁遮蔽のみを行うようにしてもよい。
以上説明したように、本形態の電子部品モジュール１０によれば、高周波デバイス１３の実装された第１の誘電体基板１１に形成された第１の伝送線路１１ａとアンテナ素子１４が設けられた第２の誘電体基板１２に形成された第２の伝送線路１２ａとを直接電気的に接続していることから、両者をスロットを介して電磁的に接続した場合のようにモジュールの物理的な寸法が使用周波数に支配されたり、信号の通過可能な周波数帯域がスロットの寸法に制限されることがなくなるので、アンテナ一体型の電子部品モジュールにおける小型化および広帯域化を図ることが可能になる。
また、シールド手段により高周波デバイス１３を電磁遮蔽しているので、外部電子機器からの電磁的な影響が排除され、動作の安定化を図ることができる。さらに、高周波デバイス１３が個別に電磁遮蔽されているので、電子部品モジュール内部の不要な電磁的結合が遮断されてデバイス相互間のアイソレーション特性が向上し、一層安定した動作特性が得られる。
次に、以上の構成を有する電子部品モジュールの製造方法について説明する。
先ず、第１の誘電体基板１１の実装面に、高周波デバイス１３を第１の伝送線路１１ａと接続して実装し、デバイス側モジュールＡを形成する。また、第２の誘電体基板１２に、第２の伝送線路１２ａと接続したアンテナ素子１４を設けてアンテナ側モジュールを形成する（図２参照）。次に、第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２とを積層方向に接合して第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとを電気的に接続する。
これにより、高周波デバイス１３とアンテナ素子１４とが相互に直接接続された第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとを介して接続されるので、前述のように、アンテナ一体型の電子部品モジュールにおける小型化および広帯域化を図ることが可能になる。
そして、前述のように第１の誘電体基板１１をセラミック製、第２の誘電体基板１２を樹脂製とした本形態の電子部品モジュールのように両者を同時焼成できない組み合わせでアンテナ一体型の電子部品モジュールを構成することができる。
ここで、第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２との接合においては、先ず、第１の誘電体基板１１における第２の誘電体基板１２との接合面に露出した第１の伝送線路１１ａと第２の誘電体基板１２における第１の誘電体基板１１との接合面に露出した第２の伝送線路１２ａの何れか一方あるいは両方導電性の接着用部材であるはんだ層を設ける。このはんだはペースト状、シート状、ボール状、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）のものであってもよい。
なお、導電性の接着用部材にははんだ以外を用いてもよい。一例を挙げれば、一般的に熱、光、電子線あるいは湿気により硬化する、例えばペースト状やシート状の導電性金属配合樹脂材を用いることができる。
はんだを塗布したならば、第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとを位置合わせして第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２とを重なり合わせて加熱する。これにより、はんだが溶融されて第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとが接合する。
このとき、溶融したはんだは、接触角が小さい第１の伝送線路１１ａの露出部分および第２の伝送線路１２ａの露出部分には広がるが、接触角が大きいこれら以外の領域には広がらない。したがって、第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとがそれぞれ正確に相対するように第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２とがはんだの表面張力により位置決めされる。
最後に、このように位置決めされた後に常温下におくことではんだが固化し、第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２とは相互に正確に位置決め固定される。これにより、両者を正確な位置に固定することができ、微細な位置合わせが必要になる第１の伝送線路１１ａと第２の伝送線路１２ａとの接合を正確に行うことができる。
なお、第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２の接合がなされたならば、第１の誘電体基板１１に蓋部材１５を取り付けて高周波デバイス１３を電磁遮蔽し（図２）、電子部品モジュール１０が完成する。
さて、本発明は以上に説明した形態に限定されるものではなく、たとえば蓋部材１５については、図３に示すように、板状の蓋１５ｂと側壁を構成するスペーサ１５ｃとで構成してもよい。
また、図４に示すように、第１の誘電体基板１１にキャビティ１１ｂを形成し、高周波デバイス１３をこのキャビティ１１ｂ内に実装するようにしてもよい。このようにすれば、電子部品モジュール１０の低背化と低損失化を図ることができる。
さらに、図５に示すように、高周波デバイス１３の実装された第１の誘電体基板１１がはまり込むような貫通孔１６ａを設けるとともに低周波機能部品１７が実装された第３の誘電体基板１６を用い、第３の誘電体基板１６と第２の誘電体基板１２とをネジ止めなどで固定することで第１の誘電体基板１１と第２の誘電体基板１２との位置合わせを行うとともに、例えばワイヤーボンディングや金リボン、あるいはコネクタを介してケーブル等で第１の誘電体基板１１と第３の誘電体基板１６を電気的に接続することで、電子部品モジュールを構成してもよい。
低周波機能部品は、例えば制御回路、演算回路、信号処理回路などがある。但し、低周波機能部品としては、ここに列挙した電子部品に限定されるものではない。
なお、第３の誘電体基板１６を、一般的な樹脂基板であるガラスエポキシ樹脂基板等で構成すると、安価な電子部品モジュールを構成することができる。
本発明の一形態である電子部品モジュールを示す断面図である。 図１の電子部品モジュールを構成要素に分解して示す断面図である。 本発明の他の形態である電子部品モジュールを示す断面図である。 本発明のさらに他の形態である電子部品モジュールを示す断面図である。 本発明のさらに他の形態である電子部品モジュールを示す分解斜視図である。
符号の説明
１０ 電子部品モジュール
１１ 誘電体基板
１１ａ 伝送線路
１１ｂ 導通体
１１ｃ キャビティ
１１ｄ グランド層
１２ 誘電体基板
１２ａ 伝送線路
１３ 高周波デバイス
１４ アンテナ素子
１５ 蓋部材
１５ａ 区画壁
１５ｂ 蓋
１５ｃ スペーサ
１６ 第３の誘電体基板
１６ａ 貫通孔
１７ 低周波機能部品
Ａ デバイス側モジュール
Ｂ アンテナ側モジュール

Claims (14)

  1. 第１の伝送線路が形成された第１の誘電体基板、および当該第１の誘電体基板に実装されて前記第１の伝送線路と接続された高周波デバイスを備えたデバイス側モジュールと、
    前記第１の誘電体基板に対して積層方向に配置されるとともに前記第１の伝送線路と電気的に接続された第２の伝送線路が形成された第２の誘電体基板、および当該第２の誘電体基板に設けられて前記第２の伝送線路および前記第１の伝送線路を介して前記高周波デバイスとの間で信号の送信または受信を行うアンテナ素子を備えたアンテナ側モジュールと、
    を有することを特徴とする電子部品モジュール。
  2. 前記第１の誘電体基板が挿入される貫通孔が形成されるとともに低周波機能部品が実装され、前記第２の誘電体基板に固定されるとともに前記第１の誘電体基板と電気的に接続された第３の誘電体基板を備えていることを特徴とする請求項１記載の電子部品モジュール。
  3. 前記第１の誘電体基板はセラミック製であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品モジュール。
  4. 前記第１の誘電体基板はＬＴＣＣであることを特徴とする請求項３記載の電子部品モジュール。
  5. 前記第２の誘電体基板は樹脂製であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
  6. 前記第１の誘電体基板にはキャビティが形成され、前記高周波デバイスは当該キャビティ内に実装されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
  7. 前記第１の誘電体基板には、前記高周波デバイスを包囲してこれを電磁遮蔽するシールド手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
  8. 前記シールド手段は、複数の前記高周波デバイスを個別に電磁遮蔽していることを特徴とする請求項７記載の電子部品モジュール。
  9. 前記シールド手段は、前記第１の誘電体基板に形成されたシールド層および前記高周波デバイスを封止する蓋部材であることを特徴とする請求項８記載の電子部品モジュール。
  10. 前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とは互いに積層されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電子部品モジュール。
  11. 高周波デバイスを第１の伝送線路と接続して第１の誘電体基板に実装してデバイス側モジュールを形成し、
    アンテナ素子を第２の伝送線路と接続して第２の誘電体基板に設けてアンテナ側モジュールを形成し、
    前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とを積層方向に接合して前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路とを電気的に接続することを特徴とする電子部品モジュールの製造方法。
  12. 前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との接合においては、
    前記第１の誘電体基板における前記第２の誘電体基板との接合面に露出した前記第１の伝送線路と前記第２の誘電体基板における前記第１の誘電体基板との接合面に露出した前記第２の伝送線路の少なくとも何れか一方に導電性の接着用部材を塗布し、
    前記第１の伝送線路１２ａと前記第２の伝送線路とを位置合わせして前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板とを重なり合わせ、
    前記導電性の接着用部材を固化させて前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路とを導通固着することを特徴とする請求項１１記載の電子部品モジュールの製造方法。
  13. 前記導電性の接着用部材はんだであることを特徴とする請求項１２記載の電子部品モジュールの製造方法。
  14. 前記導電性の接着用部材は導電性金属配合樹脂材であることを特徴とする請求項１２記載の電子部品モジュールの製造方法。
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