高頻模塊及通信設備的製作方法
2023-05-21 13:54:51
專利名稱：高頻模塊及通信設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一體構成高頻功率放大電路、帶通濾波器、高頻分波電路等的高頻模塊及搭載該高頻模塊的行動電話機等的通信設備。
背景技術：
近年來，行動電話機的普及正在有進展。試圖提高行動電話機的功能、服務。
這種行動電話機中，在基板上搭載各發送接收系統的構成中必要的高頻信號處理電路。
以往的高頻信號處理電路的一般構成中，設置用於切換從天線輸入的接收信號和饋送給天線的發送信號的發送用濾波器和接收用濾波器。
從天線進來的無線信號，通過在接收用濾波器前級上設置的整合電路輸入到接收用濾波器中，在此接收信號選擇性地通過。接收信號由低噪放大器放大，供給信號處理電路。
另一方面，發送信號通過使規定發送通過頻帶的發送信號通過的帶通濾波器降低噪聲，傳輸到高頻功率放大電路。高頻功率放大電路功率放大該發送信號，供給上述發送用濾波器。
以往，上述發送用濾波器和接收用濾波器、整合電路、高頻功率放大電路、帶通濾波器等分別作為獨立零件製造，離散地搭載在基板的上面。
但是，使用各個專用零件來分別搭載在基板上時，導致設備的大型化、高成本化。
因此，要求將整個高頻模塊小型化，以便可小型化的電路部分儘可能地小型化、集成化。
因此，本發明的目的是提供一種通過在多層基板內部層上形成作為整合電路的構成零件的分布常數線路、電感、電容器，以將整體小型化的高頻模塊和搭載該高頻模塊的通信設備。
發明內容
本發明的高頻模塊，在多層基板上安裝直接或通過分波電路連接天線端子、切換發送系統和接收系統的發送用濾波器和接收用濾波器；插入在上述接收用濾波器的輸入側上的整合電路；和連接於上述發送用濾波器、放大規定發送通過頻帶的發送信號的高頻功率放電路，其中，在上述多層基板內部的電介體層上形成著構成上述整合電路的一部分的無源元件。
根據上述構成，在天線端子或分波電路的輸出端子與接收用濾波器的輸入端子之間插入整合電路，實現相位的最佳化，即電阻匹配，但構成該整合電路的一部分的無源元件形成在上述多層基板內部的電介體層上。由此，可確保在多層基板的表面上安裝發送用濾波器和接收用濾波器、高頻功率放大電路的面積，可以將整個高頻模塊小型化。
上述整合電路插入於上述接收用濾波器的輸入端子與上述發送用濾波器的輸出端子之間。
上述整合電路，通常是包括在多層基板內部的電介體層上形成的分布常數線路。
另外，上述整合電路，還可以包括在多層基板內部的電介體層上形成的感應元件和/或電容元件，也可以還包括在多層基板表面上配置的感應元件和/或電容元件的晶片零件。
上述發送用濾波器和/或接收用濾波器優選由SAW濾波器構成。
如果上述SAW濾波器由裸晶片形成，則與由封裝件構成的高頻模塊相比，可在多層基板的表面上經凸塊(bump)進行倒片安裝。由此，安裝工序少也可以，可整體形成緊湊的高頻模塊。
倒片安裝的具體形式如下。在上述裸晶片的主面上形成IDT電極、該IDT電極的輸入輸出電極和包圍該IDT電極的接地電極，在上述接地電極和輸入輸出電極與所述多層基板表面上形成的電極對置的狀態下進行接合，上述IDT電極的SAW傳輸部分中形成著密閉空間。通過如上結構，可將SAW濾波器的SAW傳輸部分保持在氣密密封狀態。
或者，在上述多層基板上形成凹部，在該凹部內倒片安裝SAW濾波器的裸晶片，則可縱向排列安裝多個裸晶片，從而使安裝面積小，可實現高頻模塊的進一步小型化。在上述多層基板的背面上安裝上述裸晶片，同樣實現高頻模塊的進一步小型化。
上述發送用SAW濾波器和接收用SAW濾波器可在同一壓電基板上形成，構成一個裸晶片。並且，將上述裸晶片安裝在基板(參考圖14的54)表面上，作成SAW組件。
根據上述構成，通過將以往內置在SAW組件中的匹配線路形成在多層基板內，可將SAW組件自身減薄，從而可降低整個高頻模塊的高度。另外，在同一壓電基板上由一個晶片構成發送用濾波器和接收用濾波器，可降低2個濾波器特性偏差。
另外，發送用SAW濾波器和接收用SAW濾波器在同一壓電基板上形成的情況下，在同一壓電基板上形成T×濾波器和R×濾波器，因此在小型化方面是有利的，但T×濾波器和R×濾波器之間的隔離特性變得不利。還有，從高頻功率放大電路向T×濾波器輸入大功率，T×濾波器自身發熱，該熱也直接傳輸到R×濾波器，由其溫度上升R×濾波器的頻率特性也變化。
因此，上述發送用SAW濾波器中，構成在壓電基板上形成的一個裸晶片，在上述接收用SAW濾波器中，可以構成在另一壓電基板上形成的一個裸晶片。
並且，可以將包含上述發送用SAW濾波器的裸晶片安裝在基板表面，作為發送用SAW組件，將包含上述接收用SAW濾波器的裸晶片安裝在基板表面上，作為發送用SAW組件。
通過將SAW濾波器分割為T×濾波器和R×濾波器的2個，可以實現隔離特性的提高。另外，T×濾波器的發熱難以傳遞到R×濾波器，可以得到更穩定的R×濾波器的特性。
另外，本發明的高頻模塊在構成SAW濾波器的裸晶片的主面上形成的接地電極和輸入輸出電極與上述多層基板表面上形成的電極對置的狀態下進行接合，在上述IDT電極的SAW傳輸部分中形成密閉空間的狀態下，用模壓樹脂氣密密封在上述多層基板上安裝的零件。
根據本發明的高頻模塊，在多層基板上面朝下焊接SAW濾波器晶片時，用具有規定特性的模壓樹脂進行氣密密封。將該高頻模塊二次安裝在母板上或SAW濾波器晶片安裝後焊錫安裝其他電子零件時，在焊錫安裝時溫度條件下模壓樹脂的剛性低，因此輸入輸出電極的連接部、接地電極的連接部的焊錫再熔融的情況下，熔融膨脹壓力不僅擴散到氣密空間側，還擴散到模壓樹脂側。因此，可以防止焊錫流入氣密空間側，提高氣密密封性的同時，可以防止短路、斷線等的產生。
希望上述模壓樹脂是具有彎曲彈性常數在常溫下為4～8GPa、在220℃下為0.2～0.5GPa，並且玻璃轉變溫度在100～150℃的特性的熱固化性樹脂。
另外，希望上述模塊基板的線膨脹係數在25～400℃下為8～18×10-6/℃，還希望上述熱固化性樹脂的玻璃轉變溫度以下的線膨脹係數為25～80×10-6/℃。
另外，本發明的高頻模塊，其特徵在於，在電介體基板上安裝發送用功率放大元件和SAW濾波器，對應於隨著發送用功率放大元件的發熱預想的SAW濾波器的溫度上升，將SAW濾波器的頻率特性設置得比要求的設計值高。
高頻模塊中，要求保證在特定溫度範圍下的動作，因此對於SAW濾波器，必須保證在相同溫度環境下的動作。
置於上述溫度範圍的上限溫度T的環境中的高頻放大電路動作時，SAW濾波器的實際溫度由於從功率放大元件產生的熱進一步上升。將該上升大小設為ΔT。因此，SAW濾波器需要根據該溫度進行頻率特性設計。
SAW濾波器的溫度係數為k(ppm/℃)時，溫度變化ΔT(℃)產生的頻率變化率Δf/f(ppm)由下式(1)求出/Δf/f＝k·ΔT (1)一般地，SAW濾波器的溫度係數k為負值。
因此，預先將SAW濾波器的頻率特性設計得比要求的設計值高出上述Δf/f的大小。從而，高頻放大電路可確實進行在特定溫度範圍的動作。
這樣，通過根據預想的溫度上升調整SAW濾波器的頻率特性，不用特別變更SAW濾波器的配置，可在要求的溫度範圍內確保包含發送用功率放大元件的高頻放大電路動作時的性能。
上述彈性表面波濾波器是帶通濾波器的情況下，將該通過頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。由於通過頻帶的低頻端在溫度上升時移動到低頻側(安全側)，因此不需要特別地改變設計。
上述彈性表面波濾波器是頻帶截止濾波器的情況下，將該截止頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。由於截止頻帶的低頻端在溫度上升時移動到低頻側(安全側)，因此不需要特別地改變設計。
可以對應於離開發送用功率放大元件的距離，容易地預想伴隨發送用功率放大元件發熱的彈性表面波濾波器的溫度上升。
另外，將多個彈性表面波濾波器安裝在電介體基板上時，對應於從發送用功率放大元件到彈性表面波濾波器的各距離，預想伴隨該發熱的各彈性表面波濾波器的溫度上升。
另外，本發明涉及搭載上面說明的高頻模塊的行動電話機等的通信設備。通過搭載上述高頻模塊容易維持其頻率性能，同時可進行裝置的小型化。
圖1是包含CDMA雙帶方式的高頻模塊100的高頻信號處理電路的框圖。
圖2是表示在多層基板23上安裝的高頻模塊100的整體的平面圖。
圖3(a)是在多層基板23上安裝的高頻模塊100的截面圖。
圖3(b)是表示方向性耦合器5，6的耦合線路的多層基板23內部的透視立體圖。
圖4(a)是包含在接收用SAW濾波器4b，3b的前級插入的分布常數線路31的整合電路的電路圖。
圖4(b)是將整合電路的結構按每個電介體層分解表示的分解立體圖；圖5(a)是表示串聯插入電容器35，36、與接地之間並聯插入作為電感的分布常數線路37的T型整合電路的電路圖。
圖5(b)是表示按每個電介體層分解表示上述電容器35，36和分布常數線路37的結構的分解立體圖。
圖6(a)是表示僅由與地並聯連接的電感38進行整合的整合電路的電路圖。
圖6(b)是表示按每個電介體層分解表示分布常數線路38的結構的分解立體圖。
圖7是表示在多層基板23上直接倒片安裝SAW濾波器晶片41的狀態的立體圖。
圖8(a)是表示本發明的SAW濾波器晶片的安裝形式的示意截面圖；圖8(b)是表示SAW濾波器晶片的表面圖案的平面圖；圖8(c)是模塊基板的表面圖案。
圖9是倒片安裝功率放大用半導體元件24，25的狀態的立體圖。
圖10是在多層基板23中內置構成LC雙工器2的低通濾波器、高通濾波器的狀態的截面圖。
圖11是表示在多層基板23表面上設置凹部47、存放SAW濾波器晶片41a、其上再倒片安裝另一SAW濾波器晶片41b的狀態的截面圖。
圖12是表示在多層基板23背面側設置凹部48、存放SAW濾波器晶片41a、再倒片安裝另一SAW濾波器晶片41b的狀態的截面圖。
圖13是表示整合電路的結構的高頻模塊101的示意平面圖。
圖14是其截面圖。
圖15是表示該電路構成的框圖。
圖16是表示包含對應於2個波帶的SAW濾波器組件40，40』的高頻模塊103的示意平面圖。
圖17是表示該高頻模塊103的截面圖。
圖18是表示該高頻模塊103的電路構成的框圖。
圖19是表示在多層基板上與SAW濾波器組件一起安裝高頻功率放大電路7和帶通濾波器9的例子的截面圖。
圖20是表示在多層基板23上部使用模壓樹脂M覆蓋安裝零件的狀態的截面圖。
圖21是表示分割T×濾波器和R×濾波器構成的另一實施例的高頻模塊105的示意平面圖。
圖22是表示該高頻模塊105的截面圖。
圖23是表示該高頻模塊105的電路構成的框圖。
圖24是表示在基板上直接安裝SAW濾波器晶片的高頻模塊106的示意平面圖。
圖25是表示該高頻模塊106的截面圖。
圖26是表示在多層基板23中內置LC雙工器2的高頻模塊107的示意平面圖。
圖27是表示該高頻模塊107的電路構成的框圖。
圖28是表示與2個波帶對應於的高頻模塊108的電路構成的框圖。
圖29是表示高頻模塊108的電路構成的框圖。
圖30是表示在多層基板中內置LC雙工器2的高頻模塊109的電路構成的框圖。
圖31是表示在圖22的結構的高頻模塊上安裝頻帶通過用SAW濾波器9的例子的截面圖。
圖32是表示在多層基板上部使用模壓樹脂覆蓋安裝零件的狀態的截面圖。
圖33(a)是表示安裝高頻放大電路和SAW濾波器的高頻模塊的平面圖。
圖33(b)是沿著X-X線的截面圖。
圖34是表示將高頻模塊搭載在母板上時電介體基板上的溫度分布模型的截面圖。
圖35是表示將高頻模塊搭載在母板上、將母板存放在便攜無線終端的殼體上的狀態下驅動高頻模塊、測定電介體基板的上面的溫度的溫度與離開功率放大元件的距離之間的關係的曲線。
圖36是用於說明SAW濾波器的通過頻帶的設計例子的頻率特性圖。
圖37是用於說明SAW濾波器的截止頻帶的設計例子的頻率特性圖。
圖38是表示SAW濾波器的頻率—溫度特性的曲線。
圖39是表示發送用功率放大元件動作時(發熱時)和非動作時(非發熱時)的SAW濾波器的頻率特性的不同的曲線。
圖40是表示搭載SAW濾波器組件40的以往的高頻模塊的結構的示意截面圖。
圖41是表示搭載AW濾波器組件40a，40b的以往高頻模塊的結構的示意截面圖。
具體實施例方式
圖1表示移動通信設備中使用的雙帶方式的高頻信號處理電路的框圖。
該雙帶模式中，由具有蜂窩方式800MHz和PCS方式1.9GHz的頻帶的2個發送接收系統和利用GPS(全球定位系統)的測位功能的具有GPS的接收帶1.5GHz的1個接收系統構成。
圖1中，ANT是天線，2是包含分頻帶用的低通濾波器、高通濾波器的LC雙工器，3a是分離1.9GHz帶的發送系統的SAW濾波器，3b是分離該接收系統的SAW濾波器，4a是分離800MHz帶的發送系統的SAW濾波器，4b是分離該接收系統的SAW濾波器。
另外，12是使從上述LC雙工器2取入的GPS信號通過的SAW濾波器。3c，4c是旋轉接收信號的相位的整合電路。
從發送信號處理電路17輸出的蜂窩發送信號通過帶通濾波器9而降低噪聲，傳輸到高頻功率放大電路7。另一方面，從發送信號處理電路17輸出的PCS發送信號由帶通濾波器10降低噪聲，傳輸到高頻功率放大電路8。
高頻功率放大電路7，8分別按800MHz帶、1.9GHz帶的頻率驅動，放大發送功率。放大的發送信號通過方向性耦合器5，6輸入到上述SAW濾波器4a，3a。
方向性耦合器5，6具有監視來自高頻功率放大電路7，8的輸出信號的電平的功能，該監視信號輸入檢波用電路11中，根據該監視信號進行高頻功率放大電路的斷電控制。另外，可採用不包括方向性耦合器5，6，而是代之從後述的構成功率放大用整合電路的分布常數線路的一部分取出監視信號的方法。
另一方面，接收系統備有放大SAW濾波器4b，3b分離的接收信號的低噪放大器14，13和從接收信號去除噪聲的帶通濾波器16，15。通過帶通濾波器16，15的接收信號傳輸到接收信號處理電路18中進行信號處理。另外，上述GPS用SAW濾波器12分離的GPS信號由接收信號處理電路18進行信號處理。
上述SAW濾波器元件的結構不限定，優選是在由LiTaO3結晶、LiNbO3結晶、LiB4O7結晶等的壓電單晶構成的基板上形成鋸齒狀的IDT(Inter Digital Transducer)電極的結構。
上述高頻功率放大電路7，8的結構也不限定，但優選為實現小型化、高效率化，更好是用GaAsHBT(鎵砷異質結雙極電晶體)結構或P-HEMT結構的GaA電晶體、矽電晶體或鍺電晶體的功率放大用半導體元件形成。另外，在功率放大用半導體元件的輸出端設置變換功率放大用半導體元件的輸出電阻的功率放大用整合電路。功率放大用整合電路由分布常數線路等構成。
如以上結構的高頻信號處理電路，對其小型化、輕量化有很高要求，考慮這些要求，高頻信號處理電路按希望特性可不同的單位進行模塊化。
即，如圖1中粗實線22所示，包含LD雙工作器2、SAW濾波器3a，3b，4a，4b、高頻功率放大電路7，8、方向性耦合器5，6等分波系統的電路和發送系統的電路形成在1個基板上形成的1個高頻模塊100。
另外，也可進行將高頻模塊100分為800MHz帶的高頻模塊和1.9GHz帶的2個高頻模塊的安裝方法。另外，可一起製作低噪放大器13，14和接收用帶通濾波器15，16來形成模塊。
下面說明包含800MHz帶和1.9GHz帶的2個頻帶的1個高頻模塊100的元件配置。
圖2中，表示高頻模塊100的平面圖，圖3(a)中表示其截面圖。高頻模塊100具有層疊相同尺寸形狀的9層的電介體層的多層基板結構。49是最下層設置的接地層。電介體層的層數不限定於9，實際上可層疊更多的層。構成上述多層基板23的電介體層的厚度設定在每層50～300微米左右。
如圖2所示，在多層基板23的表面層上焊錫焊上晶片電容器、晶片電感等的表面安裝零件。另外，搭載頻帶通過用SAW濾波器9，10、GPS用SAW濾波器12、檢波用電路11、SAW濾波器3a，4a，3b，4b和構成高頻功率放大電路7，8的一部分的功率放大用半導體元件24，25等，這些通過焊錫接合於電介體層上的導體圖案。
功率放大用半導體元件24，25通過線焊接和多層基板23上的導體圖案連接。功率放大用半導體元件24，25周圍通過晶片零件、導體圖案形成同樣構成高頻功率放大電路7，8的一部分的功率放大用整合電路26，27。
另外，功率放大用半導體元件24，25、功率放大用整合電路26，27等可搭載在多層基板的背面和內部。這些多層基板的背面和內部搭載的結構在後面使用圖11和圖12進行說明。
如圖3(a)所示，多層基板23的內部的電介體層上形成整合電路3c，4c和方向性耦合器5，6，進而，形成連接功率放大用半導體元件24，25和頻帶通過用濾波器SAW濾波器9，10之間的DC截止用耦合電容器28、連接頻帶通過用SAW濾波器9，10和接地之間的電容器29。
這些多層基板23內部的電介體層上形成的元件(也叫內部元件)由在電介體層中分別形成的分布常數線路、耦合線路、分布型電容器、電阻等構成。例如圖3(b)是表示示出方向性耦合器5，6的耦合電路的多層基板23內部的立體圖，耦合線路分別形成在2塊重疊的電介體層23a，23b上。
各電介體層中跨過多個層，在縱向上形成有縱向連接電路的通路孔導體。特別是，圖3(a)的50是為了將功率放大用半導體元件24，25產生的熱逃逸到地層39中而設計的上下貫通電介體層的熱通路。
各個電介體層可使用例如通過銅箔等的導體對玻璃環氧樹脂等的有機系電介體基板形成導體圖案並層疊熱固化的，或在陶瓷材料等的無機系電介體層上形成種種導體圖案、將其層疊後同時進行燒制的。
特別是，使用陶瓷材料，則陶瓷電介體的相對介電常數通常為7到25時，與樹脂基板相比較高，因此可減薄電介體層，將電介體層內置的電路的元件大小減小，可將元件間的距離變窄。
也就是，使用玻璃陶瓷等的低溫下可燒制的陶瓷材料時，希望通過低電阻的銅、銀等(這些是低熔點金屬)形成導體圖案。通路孔導體通過對在電介體層上形成的貫通孔背面實施電鍍處理或填充導體膏而形成。
並且，在這些多層基板23表面形成的元件、零件由密封用樹脂密封，完成高頻模塊。高頻模塊以該結構組裝到行動電話機等的小型便攜用電子儀器等中。
接著說明整合電路3c，4c的具體電路例子和該多層基板內的結構。
圖4(a)表示整合電路4c，3c的一個電路例子。整合電路4c，3c由接收用SAW濾波器4b，3b的前級上插入的分布常數線路31構成。這種分布常數線路31將接收信號的相位旋轉規定角度。
圖4(b)是按電介體層分解表示形成分布常數線路31的電介體層的分解立體圖。連接LC雙工器2的天線端子P1和連接低噪放大器13或14的端子P2設置在最下的電介體層上，這些端子通過通路孔(圖中用黑圓點表示)連接上面的電介體層。中間的電介體層33上配置有一端連接天線端子P1的彎曲狀導體圖案。該導體圖案形成分布常數線路31。該導體圖案的另一端通過通路孔上升一層並彎曲，連接最上層的SAW濾波器4b，3b的輸入端子。上述端子P2貫通電介體層而連接SAW濾波器4b，3b的輸出端子。39a是接地線。
圖5(a)表示整合電路4c，3c的另一個電路例子。整合電路4c，3c為串聯插入在電容器35，36之間，將作為電感的分布常數線路37並聯插入與接地之間的T型LC電路。這種LC電路可將相位角最佳化。
圖5(b)是按電介體層分解表示形成電容器35，36和分布常數線路37的電介體層的分解立體圖。連接LC雙工器2的天線端子P1和連接低噪放大器13或14的端子P2設置在最下的電介體層上，這些端子通過通路孔(圖中用黑圓點表示)連接上面的電介體層。中間的電介體層33上配置一端接地的彎曲狀導體圖案(形成分布常數線路37)。該導體圖案的另一端通過通路孔上升到上面一層的電介體層33，連接形成電容器35的一方導體。另外，上一層的電介體層34上形成形成電容器35的另一方導體。這些一方導體和另一方導體經電介體層34形成電容。該另一方導體從下層通過通路孔導體連接上述天線端子P1的同時，還連接SAW濾波器3a，4a的端子。
另外，電介體層33上形成形成電容器36的一方導體。該一方導體36連接上述一方導體35。一方導體36上經電介體層層34形成形成電容器36的另一方導體。這些一方導體和另一方導體經電介體層34形成電容器36的電容。電容器35的另一方導體通過通路孔導體連接SAW濾波器4b，3b的端子。另外，SAW濾波器4b，3b的另一端子連接上述端子P2。
圖6(a)表示整合電路4c，3c的另一個電路例子。整合電路4c，3c為僅通過與地並聯連接的電感38進行整合的電路。
圖6(b)是按電介體層分解表示形成分布常數線路38的電介體層的分解立體圖。連接LC雙工器2的天線端子P1和連接低噪放大器13或14的端子P2設置在最下的電介體層上，這些端子通過通路孔(圖中用黑圓點表示)連接上面的電介體層。中間的電介體層33上配置一端接地的螺旋狀導體圖案。該導體圖案形成分布常數線路38。該導體圖案螺旋狀彎曲，通過通路孔上升到上面的電介體層層34，再彎曲連接到天線端子P1和最上面的電介體層層的SAW濾波器4a，3a。另一方面，上述端子P2貫通電介體層，連接到SAW濾波器4b，3b的另一端子。
下面詳細說明SAW濾波器晶片的密封結構和向電介體層基板的安裝結構以及高頻模塊的形式。
圖7是表示在多層基板23的上層直接倒片安裝SAW濾波器3a，4a，3b，4b的晶片的過程的立體圖。下面將SAW濾波器3a，4a，3b，4b的裸晶片叫作SAW濾波器晶片41。
圖8(a)是在電介體基板23表面上面朝下焊接SAW濾波器晶片41的安裝結構的示意截面圖。圖8(b)是表示SAW濾波器晶片41的表面的導體圖案的平面圖。另外，圖8(c)是表示安裝圖8(b)的SAW濾波器晶片41的電介體基板23側的導體圖案的平面圖SAW濾波器晶片41在壓電性單晶構成的基板61的表面上形成多個IDT電極42。該IDT電極42的一端設置有輸入輸出電極43，這些IDT電極42和輸入輸出電極43的周圍形成有接地電極44。
另外，這些電極表面根據需要形成矽或氧化物矽等的半導電性或絕緣性的保護膜。
另一方面，電介體基板23表面上，在SAW濾波器晶片41的與輸入輸出電極43相對的部分中覆蓋形成銀、銅、金等導體構成的輸入輸出電極45、而與接地電極44相對向的部分中覆蓋形成接地電極46。
焊錫層65可以通過在多層基板23上印刷焊錫、安裝必要晶片並回流形成。此時，多層基板23的電極上由於為焊錫浸潤性較好，因此可實施例如以Ni為基底的鍍金。另外，替代焊錫層65，可使用導電性樹脂層。
多層基板23的這些圖案上熱壓密封SAW濾波器晶片41。根據該連接結構，形成IDT電極42的部分被密封在由SAW濾波器晶片41、電介體基板23、焊錫層65形成的空間64內。因此，不需採用大體積也可以密封SAW濾波器晶片41，可變得低矮(薄)。並且，IDT電極42中不會附著水分、塵埃等的異物，而且以中空狀態進行密封，使得不會妨礙SAW的傳輸。
另外，再在多層基板23上安裝功率放大用半導體元件24，25並通過線焊接連接，用環氧樹脂等整個進行密封，可得到高頻模塊。
另外，可不用線焊接，而將功率放大用半導體元件24，25做成倒裝晶片結構。圖9是表示在基板23上安裝倒裝晶片結構的功率放大用半導體元件24，25的情況的立體圖。
圖9中，49是功率放大用半導體元件24，25的凸塊電極。50a是在多層基板23的表面設置的接合電極。該50a連接上述的熱通路50。
以上說明高頻模塊100的結構，但本發明的實施不限定於上述形式。例如圖3中，以在多層基板23中內置整合電路3c，4c、方向性耦合器5，6和電容器28，29為例子進行了說明，但可以內裝構成LC雙工器2的元件。
即，如圖10所示，構成LC雙工器2的低通濾波器、高通濾波器內裝於多層基板23中。由此，可實現模塊整體小型化。
另外，通過在多層基板23內部縱向配置SAW濾波器晶片41也可以實現進一步小型化。
圖11中，在多層基板23的表面設置凹部47，存放SAW濾波器晶片41a，其上按上述的倒裝晶片安裝有另一SAW濾波器晶片41b。由此，模塊的面積可大幅度降低。尤其，SAW濾波器在發送側的濾波器3a，4a為承受大功率結構，因此比接收側的濾波器b，4b更大型。這樣，通過如此配置安裝，可有效利用模塊面積。
圖12是小型化在多層基板23背面側設置凹部48、存儲SAW濾波器41a的模塊的結構。
這樣，表面或背面形成凹部47，48、存儲SAW濾波器的大約一半，可實現高頻模塊的小型化。另外，在本發明的範圍內可實施種種變形。
接著說明連接接收側的SAW濾波器的整合電路3c，4c的結構。下面的例子中，SAW濾波器晶片41搭載在基板54上。並且，將SAW濾波器晶片41和基板54組件化。將該組件叫作SAW組件40。
圖13是表示高頻模塊101的主要部分具體結構的示意平面圖，圖14是其截面圖，圖15是表示高頻模塊101的電路構成的框圖。
這些圖中，多層基板23上安裝有SAW組件40。SAW組件40備有連接LC雙工器2的端子P1、接收側端子P2和發送側端子P3的3個端子。並且，這些端子P1、發送側端子P3和接收側端子P2分別連接於連接多層基板23上的LD雙工器的線路51、連接高頻功率放大電路7，8的線路52、連接低噪放大器14，13的線路53上。另外，圖13中，未示出LC雙工器2。對應於單帶的高頻模塊的情況下，也可以是不使用LC雙工器2，而將端子P1直接連接天線的構成。
SAW組件40，在由樹脂、陶瓷構成的基板54上搭載在同一壓電基板上形成了T×濾波器和R×濾波器的1個晶片的SAW濾波器晶片41。
另外，多層基板23上內置有由分布常數線路56形成的整合電路。如圖14所示，分布常數線路56經在多層基板23上垂直設置的通路孔導體57a，57b，電連接到多層基板23的表面的連接墊58a，58b。
另外，圖15中2a表示的是在多層基板23中內置的構成LC雙工器2的感應元件或電容元件。這樣，通過在多層基板23中內置LC雙工器2可緊湊地形成對應於多帶的更高功能的高頻模塊。
另一方面，SAW濾波器晶片41的T×濾波器的輸出端子貫通基板54而延伸到設置在基板54下面的端子墊片59a。R×濾波器的匹配端子60貫通基板54而延伸到設置在基板54下面的端子墊片59b。
並且，在多層基板23上搭載SAW組件40的狀態下，通過焊錫等將端子墊片59a連接於多層基板23的表面的連接墊片58a、將端子墊片59b連接於多層基板23的表面的連接墊片58b。
使用圖15說明以上的高頻模塊101的信號中的傳輸路徑。從多層基板23的T×側線路52輸入的發送信號，經由SAW組件40的發送側端子P3輸入到SAW濾波器晶片41的T×濾波器中。從T×濾波器輸出的信號經由SAW組件40的端子P1輸出到LC雙工器2中。
另外，從連接於多層基板23的LC雙工器2的線路51輸入的接收信號，經由SAW組件40的端子P1，從端子墊片59a藉助於通過多層基板23內部的通路孔57a，輸入在多層基板23中內置的由分布常數線路56形成的整合電路中。傳輸過整合電路的信號，藉助於通路孔57b、端子墊片59b供給位於SAW組件40內部的SAW濾波器晶片41的位於R×濾波器側的匹配端子60中。來自R×濾波器的輸出信號經由SAW組件40的接收側端子P2輸出到多層基板的R×線路53。
如圖15所示，LC雙工器2為了分波GPS信號而將LC雙工器2的再一個輸出端子連接於GPS電路。
另外，上述圖13和圖14是說明高頻模塊的結構的示意圖，連接於圖13和圖14的LC雙工器2的端子P1、發送側端子P3、接收側端子P2、匹配端子60等的端子位置、通路孔57a，57b、分布常數線路56等的布局不限定於圖中所示，能夠任意配置。
上述SAW組件40的基板54的材料或製法，與上述多層基板23的材料或製法相同，因此這裡省略說明。
分布常數線路56通過圖案印刷、塗布法等在電介體基板上形成。其形狀除直線外，還可以採用螺旋狀、彎曲等任意彎曲的結構。由此，可整個小型化。想要與接地之間電容時，可附加利用插入在布線導體層之間的電介體的介電常數的電容器等。
以往，如圖40所示，SAW組件40在多層基板23上分別獨立搭載發送用的T×濾波器晶片和接收用的R×濾波器晶片。並且，晶片內的基板54中內置有進行天線端子與R×濾波器晶片相匹配的匹配線路55。
而且以往，如圖41所示，在多層基板23表面上搭載發送用的SAW組件40a和接收用的SAW組件40b，在該多層基板23表面上形成進行天線端子與R×輸入端子相匹配的匹配線路55。
但是上述的以往方法中作成高頻模塊的情況下在圖40的結構中，在基板54中埋入匹配線路55，因此高頻模塊的高度增高，出現非常難以對應於該高度以上的薄型化的問題另外，圖41的結構中，由於分別獨立形成發送用的SAW組件40a和接收用的SAW組件40b，二者特性難以一致，特性偏差增大，另外，由於組件面積增大，就存在小面積化變得困難的問題。
但是，根據本發明的結構的高頻模塊101，如圖14所示，在多層基板23內部形成有分布常數線路56，因此可減薄基板54。
如圖13所示，T×濾波器和R×濾波器在同一壓電基板上由1個晶片形成，因此能夠小面積化。
另外，如圖13所示，高頻模塊101由T×濾波器和R×濾波器構成組件塊，分布常數線路56配置在端子P1和R×濾波器之間。由此，調整R×濾波器的電阻，作為SAW濾波器，可得到最佳特性。
以上說明中，高頻模塊101具備LD雙工器2，但也可以是沒有LD雙工器2，將端子P1直接連接於天線的單帶對應於型的高頻模塊。該情況下，SAW組件40的結構，與以上說明的沒有變化。
圖16是表示再一結構的高頻模塊103的示意平面圖，圖17是其截面圖，圖18是表示高頻模塊103的電路構成的框圖。
與圖13到圖15的高頻模塊101不同的是在同一多層基板23上安裝有頻帶不同的再一個SAW組件40』。例如，SAW組件40處理800MHz的頻帶，追加的SAW組件40』處理1.9GHz的頻帶。
SAW組件40』與SAW組件40同樣，具備連接LC雙工器2的端子P1』、發送側端子P3』、接收側端子P2』的3個端子，這些端子分別連接於連接多層基板23上的LC雙工器2的線路51』、T×側線路52』、R×側線路53』。SAW組件40』在基板54』上搭載在同一壓電基板上形成了T×濾波器和R×濾波器的1個晶片的SAW濾波器晶片41』，在多層基板23』上與上述實施例同樣內置由分布常數線路56』形成的整合電路。分布常數線路56』的連接形式、其功能與使用圖13到15說明的一樣。
另外，在圖16，17中，面對稱地鏡面配置2個頻帶的SAW組件40，41』，但具體布置不限定於此。
圖16到圖18中，LC雙工器2對應於3個頻帶、LC雙工器2的再一輸出端子連接於GPS電路的高頻模塊也可作為實施例舉出。由此，可實現能夠對應於多個信道，而且可兼有GPS功能的緊湊的高頻模塊。
構成如上所述的高頻模塊的情況下，如果在同一多層基板上安裝高頻功率放大電路、低噪放大電路等必要的其他零件，則可使用同一多層基板製作緊湊的高頻信號處理電路。
圖19表示在同一多層基板1上安裝SAW組件40、高頻功率放大電路7和頻帶通過用SAW濾波器9的高頻模塊的例子。該例子中，追加高頻功率放大電路和帶通濾波器，但可對高頻模塊追加其他零件來構成。
多層基板上安裝各模塊後，優選整體進行樹脂模壓。圖20是表示在多層基板23上部使用模壓樹脂M覆蓋安裝部的狀態的截面圖。
圖21是表示分割T×濾波器和R×濾波器構成的其他實施例的高頻模塊105的示意平面圖，圖22是其截面圖，圖23是表示高頻模塊105的電路構成的框圖。
這些圖中，在多層基板23上安裝有發送用SAW濾波器組件40a、接收用SAW濾波器組件40b和高頻功率放大電路7。
發送用SAW濾波器組件40a的T×輸入端子73a連接上述多層基板23上的T×線路52、T×輸出端子74a連接於連接天線的線路51。T×線路52連接於高頻功率放大電路7。而接收用SAW濾波器組件40b的R×輸出端子74b連接多層基板23上的R×線路53。R×線路53連接接收放大器。
連接於天線的線路51如後面使用圖26，27說明的那樣，也連接於LC雙工器2。
如圖22所示，發送用SAW濾波器組件40a在樹脂、陶瓷構成的基板54a上裝載在壓電基板上形成了濾波器電極的SAW濾波器晶片41a。同樣，接收用SAW濾波器組件40b在樹脂、陶瓷構成的基板54b上裝載在壓電基板上形成了濾波器電極的SAW濾波器晶片41b。
另外，多層基板23上內置有由分布常數線路56形成的整合電路。如圖22所示，整合電路藉助於在多層基板23上垂直設置的通路孔導體57a，57b電連接到多層基板23的表面的連接墊片58a，58b。
另一方面，SAW濾波器晶片41a的濾波器輸入輸出端子，貫通基板54a延伸到在基板54a的下面設置的輸入端子73a和輸出端子74a。同樣，SAW濾波器晶片41b的濾波器輸入輸出端子，貫通基板54b延伸到在基板54b的下面設置的輸入端子73b和輸出端子74b。並且，在多層基板23上搭載SAW濾波器組件40a，40b的狀態下，通過焊錫等將T×輸入端子73a連接於多層基板23表面的T×線路52、將T×輸出端子74a連接於多層基板23表面的連接墊片58a、將R×輸入端子73b連接於多層基板23表面的連接墊片58b、將R×輸出端子74b連接於多層基板23表面的R×線路53。
使用圖22，23說明上面的高頻模塊105的信號傳輸路徑。發送信號由高頻功率放大電路7放大，經由T×線路52輸入SAW濾波器晶片41a中。從SAW濾波器晶片41a輸出的信號經由T×輸出端子74a輸出到多層基板23的線路52中。
從多層基板23的線路52輸入的接收信號，藉助於通過多層基板23內部的通路孔57a輸入到在多層基板23中內置的由分布常數線路56形成的整合電路中。傳輸過整合電路的信號藉助於通路孔57b、R×輸入端子73b等輸入到SAW濾波器晶片41b。來自SAW濾波器晶片41b的輸出信號經由R×輸出端子74b輸出到多層基板23的R×線路53。
上述圖21和22是說明高頻模塊的示意圖，圖21和圖22的T×輸入端子73a、T×輸出端子74a、R×輸入端子73b、R×輸出端子74b等的端子位置、通路孔57a，57b、整合電路和高頻功率放大電路7等的布置不限定於圖中所示，可任意配置。
上述多層基板23和基板54a，54b是層疊多層電介體層構成的電介體基板，和在其表面和內部形成由導體構成的布線導體層而構成。
該電介體基板和布線導體層的結構、製造方法相對迄今的實施形式所說明的原則上沒有變化，因此重複說明省略。
這次以分布常數線路56構成整合電路為例說明實施例，但作為其它種類的整合電路，有使用在多層基板23表面安裝的感應元件、電容元件等的晶片零件的整合電路，和使用在多層基板23內部形成的感應元件、電容元件等的整合電路等等，可使用這些整合電路。整合電路的電路構成、常數、圖案形狀等全部是任意的。
在本實施例中，如圖21到圖23所示，分割構成T×濾波器和R×濾波器，相對於與圖13到圖20的結構中SAW組件40內的T×濾波器和R×濾波器在同一壓電基板上由1個晶片形成，可提高它們的隔離特性。T×濾波器的發熱難以傳遞到R×濾波器，因此可得到更穩定的R×濾波器的特性。
圖24是表示又一結構的高頻模塊106的示意平面圖，圖25是其截面圖。
這裡，相對於上述圖21和圖22的高頻模塊，不將單個SAW濾波器晶片存放在組件中，而是直接在基板上安裝有裸晶片。即，如圖24，25所示，在多層基板23表面上直接安裝有SAW濾波器晶片41a和41b。SAW濾波器晶片41a和41b、多層基板23表面的T×輸入端子73a、T×輸出端子74a、R×輸入端子73b、R×輸出端子74b分別由焊接線45a，45b，46a，46b電連接著。
本次使用圖24和圖25說明由焊接線構成裸晶片安裝形式的例子，但也可以使用倒片安裝等的其他裸晶片安裝形式。
圖26是表示另一結構的高頻模塊107的截面圖，圖27是表示高頻模塊107的電路構成的框圖。
該實施例相對上述圖21，22的高頻模塊105，僅在多層基板23中內置有LC雙工器2這一點上不同。該LC雙工器2與圖15所示的LC雙工器2同樣，分波為用於數據、聲音發送接收用的頻帶(例如800MHz)的信號和利用衛星檢測出位置的GPS(全球定位系統)接收用的1500MHz帶的信號。為分波該GPS信號，將LC雙工器2的輸入端子連接天線，將再一輸出端子通過線路輸出到GPS電路。
在本結構中，通過多層基板23中內置LC雙工器2可緊湊地形成對應於GPS的更高性能的高頻模塊。
另外，圖28是表示本發明的另一結構的高頻模塊108的示意平面圖，圖29是表示高頻模塊108的電路構成的框圖。
與圖21到23的高頻模塊105不同的是處理的頻帶不同的再一個SAW濾波器組件40a』，40b』，以及高頻功率放大電路7』安裝在同一多層基板23上。SAW濾波器組件40a，40b以及高頻功率放大電路7對應於800MHz帶，追加的SAW濾波器組件40a』，40b』以及高頻功率放大電路7』對應於1.9GHz的頻帶。
該追加的頻帶的電路構成和安裝結構與使用圖21到23所說明的同樣，說明省略。
而且圖28中，2個頻帶的元件、零件和布線導體等面對稱地鏡面配置，但布局不限定於此。
圖30是表示本發明的再一結構的高頻模塊109的電路構成的框圖。
該高頻模塊109在同一多層基板上，搭載2個頻帶的SAW分波電路和高頻功率放大電路這一點上與圖28，29的高頻模塊108相同，但在多層基板上內置2個頻帶分割用的LC雙工器2這一點是不同的。如圖30所示，LC雙工器2一方面連接天線，另一方面連接SAW分波電路的線路51和51』。通過在多層基板內置LC雙工器2可緊湊地形成更高性能的高頻模塊。
將LC雙工器2作為三工器，可以實現將再一輸出端子連接GPS電路的高頻模塊。由此，可以實現對應於2個信道，而且兼有GPS功能的緊湊的高頻模塊。
使用上述的本發明的實施例的高頻模塊105～109構成高頻信號處理電路，則可以製作在同一多層基板上集成的緊湊的高頻信號處理電路。
圖31是在多層基板23上對上述圖22的高頻模塊105的結構追加安裝使輸入高頻功率放大電路7的信號通過的頻帶通過用SAW濾波器9的高頻模塊111的例子。該例子中，對圖22的高頻模塊105追加頻帶通過用SAW濾波器9，但可對圖24到圖29的任一高頻模塊106～109進行追加也無妨。
多層基板23上安裝各零件後優選整體樹脂模壓。圖32是表示在多層基板23上部使用模壓樹脂M覆蓋安裝零件的狀態的高頻模塊112的截面圖。
說明上述模壓樹脂M的物性。
如圖8(a)、圖20、圖32所示，在電介體基板23表面上與SAW濾波器晶片41一起安裝電容器等的電子零件、半導體元件等的其他零件的情況下，通過焊錫等將該高頻模塊2次安裝到母板MB上時，接合SAW濾波器晶片41和電介體基板23的輸入輸出電極43的連接部、接地電極44的連接部的焊錫65再熔融。熔融的焊錫65移動到氣密空間64側，擔心SAW濾波器晶片41的氣密空間64的氣密破壞、輸入輸出電極43和接地電極44的連接部之間由於焊錫65而短路。
該現象在輸入輸出電極43的連接部、接地電極44的連接部的焊錫65再熔融時，其熔融膨脹壓力作用於SAW濾波器晶片41的氣密空間64內側，因此焊錫65流入內側，導致短路。
作為其對策，考慮在輸入輸出電極43的連接部和接地電極44的連接部之間設置橡膠材料，使得其為不再熔融焊錫的熔點高的材質，或者即便熔融也不流入氣密空間64側，但僅變更安裝該SAW濾波器晶片41的焊錫65，或附加橡膠等的不同材料，導致製造工序增加和成本上升問題等。
因此，本實施例中，將模壓樹脂M的彎曲彈性常數設定在最佳值。
即，模壓樹脂M的彎曲彈性常數在常溫下為4～8GPa、在220℃下為0.2～0.5GPa的範圍。通過使模壓樹脂的彎曲彈性常數為上述範圍內，在通過回流焊錫將高頻模塊連接於母板MB等的情況下，即便焊錫連接部再熔融並熱膨脹，從焊錫連接部向其周圍產生應力，覆蓋焊錫大部分的模壓樹脂M可緩衝該應力。因此，防止焊錫肆意浸入SAW濾波器晶片41和電介體基板23之間的空間中。從而，高頻模塊的SAW濾波器晶片41的焊錫連接部即便再熔融也繼續存在於初始位置處，不會向不需要的場所移動，不會最終產生短路，或破壞氣密性。
與此不同，模壓樹脂M在室溫下的彎曲彈性常數小於4GPa時，不能得到模壓樹脂的高的機械強度，模壓樹脂M在室溫下的彎曲彈性常數大於8GPa時，對線焊接的負荷增大，成為斷線原因。
模壓樹脂M在220℃下的彎曲彈性常數小於0.2GPa時，容易導致線焊接的連接不良，大於0.5GPa時，不能吸收焊錫熱膨脹產生的應力，當反覆回流加熱時，熔融的焊錫肆意浸入半導體晶片、SAW濾波器晶片41、晶片零件和基板之間的間隙中，或浸入半導體晶片和模壓樹脂的界面並擴展開來，產生短路、氣密性破壞。
尤其是希望彎曲彈性常數常溫下為5～8GPa、在220℃下為0.3～0.5GPa。
另外，希望模壓樹脂的玻璃轉變溫度在100～150℃。這是由於玻璃轉變溫度如果是在常溫下處於玻璃狀區域，則可充分確保整個高頻模塊的機械強度。
模壓樹脂的玻璃轉變溫度小於100℃時，樹脂自身在常溫下成為橡膠狀、凝膠狀，在高頻模塊中恐怕不能產生充分的機械強度。相反，玻璃轉變溫度大於150℃時，模壓樹脂的硬度提高了，但不能得到充分的韌性，因此製造過程中通過切割加工等按製品單位分割高頻模塊的多個基板的工序中，在模壓樹脂中產生裂紋，容易產生製品破損的問題。
上述模壓樹脂的玻璃轉變點、彎曲彈性常數由熱固化樹脂的種類、分子量等控制，而且，對於熱固化樹脂，可以通過添加來使之包含無機填料進行控制。通過添加無機填料還可以提高模壓樹脂的熱傳導率。由此，可釋放從半導體元件等產生的熱，降低熱阻。
另外，玻璃轉變溫度以下的溫度的模壓樹脂的線膨脹係數為25～80×10-6/℃，因此優選基板的熱膨脹係數為8～15×10-6/℃。其原因是通過增加無機填料的比率可使模壓樹脂的線膨脹係數小於25×10-6/℃，但該情況下，模壓樹脂的彎曲彈性常數容易增高。相反，線膨脹係數超出80×10-6/℃時，由於模塊基板、半導體晶片和模壓樹脂之間的膨脹係數差增大，因此模壓樹脂容易剝離，會產生氣密性破壞和由於焊錫誘發的短路。另外，模塊基板的熱膨脹係數小於8×10-6/℃或超出18×10-6/℃時，SAW濾波器晶片41和模塊基板的熱膨脹係數差最大，包圍IDT電極的接地電極和輸入輸出電極的連接部中容易引起裂紋，因此帶來可靠性降低。
根據本發明，可由上述模壓樹脂M至少密封SAW濾波器晶片41，但優選由該模壓樹脂M統一密封電介體基板23的表面上形成的表面安裝零件(電容器、電阻零件、半導體元件24，25、FBR(薄膜體聲波諧振器)、MEMS的開關、光半導體元件等)，可大幅度提高各零件的與電介體基板23的連接部、SAW濾波器晶片41的氣密密封的可靠性。
接著說明在1個組件內置高頻功率放大電路7的功率放大用半導體元件、頻帶通過用SAW濾波器、接收用SAW濾波器、發送用SAW濾波器的高頻模塊110的溫度特性。
由於高密度安裝，擔心發送用功率放大元件的發熱造成的其他零件的溫度上升對零件的電特性產生影響，並且，引起便攜無線終端的通話品質惡化。
SAW濾波器具有隨著發送用功率放大元件的發熱溫度升高時頻率降低的溫度特性。
說明發送用功率放大元件動作時(發熱時)和非動作時(非發熱時)的SAW濾波器的頻率特性的不同，則發熱時，SAW濾波器的頻率特性與非發熱時相比，向著頻率變低方向推移。
因此，本發明目的是根據預想的溫度上升，以調整SAW濾波器的頻率特性，從而，確保包含發送用功率放大元件的高頻放大電路動作時的性能。
另外，目的是確保搭載該高頻放大電路的無線通信裝置的溫度性能。
下面說明在1個組件中內置構成蜂窩系統(800MHz帶)的功率放大用半導體元件24、頻帶通過用SAW濾波器9、接收用SAW濾波器4b、發送用SAW濾波器4a的高頻模塊110的結構，但對於將構成PCS方式(1.9GHz帶)的功率放大用半導體元件25、頻帶通過用SAW濾波器10、接收用SAW濾波器3b、發送用SAW濾波器3a做成一個的高頻模塊110，可採用相同結構。
也可以在1個組件中內置構成蜂窩系統(800MHz帶)、PCS方式(1.9GHz帶)的功率放大用半導體元件、頻帶通過用SAW濾波器、接收用SAW濾波器、發送用SAW濾波器。此時，高頻模塊上安裝2個功率放大元件，因此發熱源有2個。此時，SAW濾波器需要根據來自2個發熱源的溫度上升進行頻帶設計。
圖33(a)是本發明的高頻模塊110的平面圖，圖33(b)是X-X線截面圖。
該高頻模塊110是在電介體基板23的表面或背面配置功率放大用半導體元件24、頻帶通過用SAW濾波器9、接收用SAW濾波器4b、發送用SAW濾波器4a的結構。並且，該電介體基板23上，內裝方向性耦合器5、整合電路4c等。另外，電介體基板23上部由樹脂模壓M被保護。
上述頻帶通過用SAW濾波器9、接收用SAW濾波器4b、發送用SAW濾波器4a可在電介體基板23的表面上安裝封裝了的結構，也可以裸晶片的形式直接安裝在電介體基板23的表面上。
上述功率放大用半導體元件24、頻帶通過用SAW濾波器9、接收用SAW濾波器4b、發送用SAW濾波器4a的位置關係在圖33中是功率放大用半導體元件24和發送用SAW濾波器4a對角配置，但該配置根據信號傳送路徑決定，本發明不限定於這種配置，按其他模式配置也可以。
高頻模塊110整個安裝在便攜無線終端等無線通信裝置的母板MB上。
如上所述，電介體基板23具有重疊多個電介體層的結構。
如圖33所示，在電介體基板23上，在搭載功率放大用半導體元件24的部分下面配置有用於使從功率放大用半導體元件24產生的熱逃逸的熱通路50。熱通路50是從上到下貫通電介體基板23的通路孔導體，為了熱傳導功能，使截面積形成得非常大。
母板MB上也貫通形成用於使發熱逃逸到外殼(未示出)中的熱通路50b。
這裡，舉出尺寸的例子，電介體基板23縱向橫向為5mm×8mm，其厚度包含樹脂模壓M為1.5mm。母板MB厚度為2mm。但是，該尺寸僅僅是一個例子，本發明當然不限定於此。
用D1表示功率放大用半導體元件24和頻帶通過用SAW濾波器9的距離，用D2表示功率放大用半導體元件24和接收用SAW濾波器4b的距離。
圖34是表示母板MB的其上搭載的高頻模塊110的電介體基板23上的模擬溫度分布模型的截面圖。
電介體基板23的材料假定為熱傳導率優於玻璃環氧樹脂的玻璃陶瓷。圖34的箭頭表示熱傳導方向，表示功率放大用半導體元件24發熱時，熱在高頻模塊110內部和母板內部放射狀傳導。
功率放大用半導體元件24產生的熱，一部分經熱通路50傳導到母板MB，但未傳導到母板MB的熱在玻璃陶瓷電介體基板23上傳導，到達頻帶通過用SAW濾波器9、接收用SAW濾波器4b、發送用SAW濾波器4a。因此，SAW濾波器的溫度與周圍相比升高。
將高頻模塊110搭載在母板MB上、將母板MB存放在便攜無線終端的殼體上的狀態下，驅動高頻放大電路，測定電介體基板的上面的溫度，如圖35所示。
圖35的橫軸表示離開功率放大用半導體元件24的距離，縱軸表示電介體基板23上的溫度。空白四角形是使用玻璃陶瓷電介體基板時的溫度分布，黑圓圈是使用玻璃環氧樹脂電介體基板時的溫度分布。室溫是25℃。這樣，發現雖然基板材料不同，但溫度與距離的關係有很少差別。
功率放大用半導體元件24的上面的溫度在玻璃陶瓷電介體基板的情況下為98℃、玻璃環氧樹脂電介體基板在情況下為107℃。功率放大用半導體元件24和SAW濾波器的距離D1為2mm時，SAW濾波器表面溫度約為55℃；與SAW濾波器的距離D2為4mm時，SAW濾波器表面溫度約為50℃。因此，距離D1＝2mm時，對室溫(25℃)的溫度上升ΔT為+30℃，而距離D2＝4mm時，對室溫的溫度上升ΔT為+25℃。
從這些曲線，通過決定SAW濾波器的安裝位置，可算出實際動作時的溫度上升ΔT(℃)是多少。如果擔心溫度上升ΔT不夠劇烈，則判斷為離開功率放大元件的距離D1，D2需要最低為1mm，優選是2mm以上。
接著說明SAW濾波器的通過頻帶的設計例子。
便攜無線終端要求的動作環境溫度為-20℃～60℃。
以在玻璃環氧樹脂基板上安裝功率放大元件和SAW濾波器為前提，設離開功率放大元件的距離D為4mm時，如上所述，SAW濾波器的溫度變為50℃，從室溫(25℃)的溫度上升ΔT＝25℃。
接著，設SAW濾波器的頻率變化率的溫度係數為k(ppm/℃)時，溫度變化引起的頻率變化率Δf/f(ppm)，從圖38的曲線的斜率按下式求出Δf/f＝k·ΔT具體而言，SAW濾波器的頻率變化率對溫度的特性，從圖38的曲線看為k＝-36ppm/℃。由此，對應於ΔT＝25℃的頻率變化率Δf/f＝-36×25＝-900ppm。
該SAW濾波器是CDMA方式的便攜終端使用的天線分波接收用SAW濾波器4b的情況下，其要求的通過頻帶如圖36所示為869～894MHz。
因此，如果考慮溫度上升ΔT，則SAW濾波器的通過頻帶設計值在高頻端僅上升900ppm(0.8MHz)，為869.0～894.8MHz。由於SAW濾波器的溫度係數k為負數，因此僅高頻端的頻帶加寬，低頻端的頻帶無變化。因此，通過頻率中心頻率比881.5MHz高出0.4MHz，為881.9MHz。
SAW濾波器安裝到離功率放大元件2.0mm位置處時，ΔT＝30℃，頻率變化率Δf/f＝-1080ppm，因此天線分波接收用濾波器的通過頻帶的設計值為869.0～895.0MHz(894×1.00108＝895.0)。
圖37表示SAW濾波器的截止頻帶的設計例子。該SAW濾波器是CDMA方式的便攜終端使用的天線分波接收用SAW濾波器4b的情況下，其要求的截止頻帶為824～849MHz。因此，與上述同樣，將截止帶的上端僅上升900ppm，截止帶的設計值可為824.0～849.8。
本發明的實施不限定於上述實施例。例如，如上說明的高頻模塊假定為由美國的蜂窩帶和PCS帶構成的CDMA終端，但可以是IMT-2000的W-CDMA、歐洲的GSM、DSC終端、2.4GHz的藍牙、W-LAN等的前端也無妨。上述SAW濾波器可按FBAR(膜體聲學共振器)濾波器構成。
實施例接著說明本發明的高頻模塊的製作例子。
使用對於100重量份以0.95摩爾MgTiO3-0.05摩爾CaTiO3表示的主成分，添加按B2O3換算的10重量份B、按LiCO3換算的5重量份Li而成的陶瓷粉末組合物，調製漿料，通過刮漿刀法形成厚100微米的生片。
然後，在該生片表面使用Ag膏通過絲網印刷法形成厚20微米的導體圖案。根據需要，形成直徑200微米的通孔，填充上述Ag膏，形成了通孔導體。之後，層疊該生片後，在大氣中在300℃下進行4小時的脫粘結劑處理，在90℃下在大氣中進行6小時燒成，製作熱膨脹係數為12×10-6/℃的模塊基板。
接著在壓電基板(鈦酸鋰單晶的42°Ycut、熱膨脹係數為14～16×10-6/℃)上成膜Al-Cu(2重量％)合金構成的電極。之後，反覆進行抗蝕劑塗布、圖案形成、剝離，形成激勵電極、輸入輸出電極、接地電極和保護膜，製作SAW濾波器晶片41。
完成的SAW濾波器晶片41根據圖7，8面朝下安裝在模塊基板上。該安裝中，在接地電極和輸入輸出電極上通過絲網印刷法塗布高溫焊錫並回流進行安裝。根據上述SAW濾波器晶片41的安裝結構，用接地電極包圍IDT電極的周圍，在樹脂密封前的階段確保氣密性。
之後，通過噴灑器在各安裝圖案上塗布焊錫後，進行電容器等的晶片零件的安裝，通過回流固定焊錫。最後用銀膏粘結半導體晶片後，使用金線進行線焊接。
通過上述方法，得到搭載各種表面安裝零件、半導體晶片、SAW濾波器晶片41的高頻模塊。
接著準備對環氧樹脂添加作為填料的熔融矽的特性不同的模壓樹脂A，B，C，D，E，F。模壓樹脂的彎曲彈性常數根據JIS-K-6911、玻璃轉變溫度和線膨脹係數根據膨脹計法測定。
形成80個高頻模塊區域的玻璃陶瓷基板上使用金屬掩模和橡皮滾，由上述模壓樹脂以塗布方式進行塗布，以便統一覆蓋多個高頻模塊區域，進行統一密封。另外，通過印刷方式形成的模壓樹脂進行烘烤處理而固化。之後，使用切割裝置分為80個高頻模塊區域，將高頻模塊單片化。
同樣，作為熱膨脹係數不同的模塊基板，可使用熱膨脹係數為6、8.5×10-6/℃的市售玻璃陶瓷基板、20、2588×10-6/℃的玻璃陶瓷基板、和熱膨脹係數為19、20、23×10-6/℃的玻璃纖維—環氧樹脂複合材料的模塊基板。
之後，將該密封的高頻模塊在溫度85℃、溼度60％的氣氛下進行168小時的吸溼處理後，反覆3次回流加熱(加熱溫度260℃)。之後，通過外觀檢查評價有無裂紋，通過電導通檢查評價有無短路，或在水中投下後評價模塊的電特性，確認濾波器的氣密性和功率放大器的氣密性。沒有看到短路、裂紋、氣密性不良等的不良模式時判定為「○」、觀察到時則判定為「×」。各個不良模式的發生率(％)表示在表1的吸溼處理後的回流評價欄中。
表1
*標記在本發明範圍之外從表1可知，各實施例的任一個短路和裂紋的發生率為0％，確認看不到不良模式。
與此不同，彎曲彈性常數和熱膨脹係數脫離本發明的範圍的試樣不能充分吸收焊錫的熱膨脹引起的應力，觀察到了界面剝離、氣密性降低。
權利要求
1.一種高頻模塊，在多層基板上安裝直接或通過分波電路連接天線端子、切換發送系統和接收系統的發送用濾波器和接收用濾波器；插入在上述接收用濾波器的輸入側上的整合電路；和連接於上述發送用濾波器、放大規定發送通過頻帶的發送信號的高頻功率放電路，其中，在上述多層基板內部的電介體層上形成有構成上述整合電路的一部分的無源元件。
2.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述整合電路插入於上述接收用濾波器的輸入端子與上述發送用濾波器的輸出端子之間。
3.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述整合電路包括在多層基板內部的電介體層上形成的分布常數線路。
4.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述整合電路還包括在多層基板內部的電介體層上形成的感應元件和/或電容元件。
5.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述整合電路還包括在多層基板表面上配置的感應元件和/或電容元件的晶片零件。
6.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述發送用濾波器和/或接收用濾波器是彈性表面波(下面叫SAW)濾波器。
7.根據權利要求6所述的高頻模塊，上述SAW濾波器由裸晶片形成的。
8.根據權利要求7所述的高頻模塊，在上述裸晶片的主面上形成IDT電極、該IDT電極的輸入輸出電極和包圍該IDT電極的接地電極，在上述接地電極、和輸入輸出電極與所述多層基板表面上形成的電極對置的狀態下進行接合，上述IDT電極的SAW傳輸部分中形成有密閉空間。
9.根據權利要求8所述的高頻模塊，上述裸晶片的接地電極和輸入輸出電極、與上述多層基板表面上形成的電極的接合由焊錫進行。
10.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述多層基板上形成凹部，在該凹部內安裝上述裸晶片。
11.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述多層基板的背面安裝上述裸晶片。
12.根據權利要求6所述的高頻模塊，上述發送用SAW濾波器和接收用SAW濾波器構成在同一壓電基板上形成的一個裸晶片。
13.根據權利要求12所述的高頻模塊，將上述裸晶片安裝在(與上述多層基板不同的)基板的表面上，作為SAW組件。
14.根據權利要求6所述的高頻模塊，上述發送用SAW濾波器構成在壓電基板上形成的一個裸晶片，上述接收用SAW濾波器構成在另一壓電基板上形成的一個裸晶片。
15.根據權利要求14所述的高頻模塊，將包含上述發送用SAW濾波器的裸晶片安裝在基板表面上，作為發送用SAW組件，將包含上述接收用SAW濾波器的裸晶片安裝在基板表面上，作為發送用SAW組件。
16.根據權利要求8所述的高頻模塊，用模壓樹脂氣密密封在上述多層基板上安裝的零件。
17.根據權利要求16所述的高頻模塊，上述模壓樹脂是具有彎曲彈性常數在常溫下為4～8GPa、在220℃下為0.2～0.5GPa，並且玻璃轉變溫度在100～150℃的特性的熱固化樹脂。
18.根據權利要求16所述的高頻模塊，上述電介體基板的線膨脹係數在25～400℃下為8～18×10-6/℃。
19.根據權利要求16所述的高頻模塊，上述熱固化樹脂的上述玻璃轉變溫度以下的線膨脹係數為25～80×10-6/℃。
20.根據權利要求6所述的高頻模塊，對應於隨著構成上述高頻功率放大電路的一部分的發送用功率放大元件的發熱而預想的SAW濾波器溫度的上升，將SAW濾波器的頻率特性設置得比要求的設計值高。
21.根據權利要求20所述的高頻模塊，上述SAW濾波器的頻率特性是SAW濾波器的通過頻帶特性，該通過頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。
22.根據權利要求20所述的高頻模塊，上述SAW濾波器的頻率特性SAW濾波器的截止頻帶特性，該截止頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。
23.根據權利要求20所述的高頻模塊，對應於離開上述發送用功率放大元件的距離，預想伴隨該發熱的SAW濾波器的溫度上升。
24.根據權利要求20所述的高頻模塊，將多個上述SAW濾波器安裝在電介體基板上，對應於離開發送用功率放大元件的各距離，預想伴隨該發熱的SAW濾波器的溫度上升。
25.根據權利要求1所述的高頻模塊，構成上述分波電路的一部分的無源元件形成在上述多層基板內部的電介體層上。
26.根據權利要求1所述的高頻模塊，上述多層基板是包含陶瓷電介體層的多層陶瓷基板。
27.一種便攜終端等的通信設備，搭載上述權利要求1所述的高頻模塊。
28.一種高頻模塊，在多層基板上安裝直接或通過分波電路連接天線端子、切換發送系統和接收系統的發送用濾波器和接收用濾波器；插入在上述接收用濾波器的輸入側上的整合電路；和連接於上述發送用濾波器、放大規定發送通過頻帶的發送信號的高頻功率放電路，其中，上述SAW濾波器由裸晶片形成，上述裸晶片的主面上形成IDT電極、該IDT電極的輸入輸出電極和包圍該IDT電極的接地電極，在上述接地電極和輸入輸出電極，與所述多層基板表面上形成的電極對置的狀態下進行接合，上述IDT電極的SAW傳輸部分中形成密閉空間，同時，用模壓樹脂氣密密封在上述多層基板上安裝的零件，上述模壓樹脂是具有彎曲彈性常數在常溫下為4～8GPa、在220℃下為0.2～0.5GPa，並且玻璃轉變溫度在100～150℃的特性的熱固化樹脂。
29.根據權利要求28所述的高頻模塊，上述電介體基板的線膨脹係數在25～400℃下為8～18×10-6/℃。
30.根據權利要求28所述的高頻模塊，上述熱固化樹脂的上述玻璃轉變溫度以下的線膨脹係數為25～80×10-6/℃。
31.一種便攜終端等的通信設備，搭載上述權利要求28所述的高頻模塊。
32.一種高頻模塊，在電介體基板上安裝發送用功率放大元件和SAW濾波器，其中，對應於隨著發送用功率放大元件的發熱預想的SAW濾波器溫度的上升，將SAW濾波器的頻率特性設置得比要求的設計值高。
33.根據權利要求32所述的高頻模塊，上述SAW濾波器的頻率特性是SAW濾波器的通過頻帶特性，該通過頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。
34.根據權利要求32所述的高頻模塊，上述SAW濾波器的頻率特性是SAW濾波器的截止頻帶特性，該截止頻帶的高頻端設定得比要求的設計值高。
35.根據權利要求32所述的高頻模塊，對應於離開上述發送用功率放大元件的距離，預想伴隨該發熱的SAW濾波器的溫度上升。
36.根據權利要求32所述的高頻模塊，將多個上述SAW濾波器安裝在電介體基板上，對應於離開發送用功率放大元件的各距離，預想伴隨該發熱的SAW濾波器的溫度上升。
37.一種便攜終端等的通信設備，搭載上述權利要求32所述的高頻模塊。
全文摘要
一種高頻模塊，在多層基板(23)的表面上搭載發送用濾波器(3a，4a)、接收用濾波器(3b，4b)、高頻功率放電路(7，8)等，在上述接收用濾波器的輸入端子與上述發送用濾波器的輸出端子之間插入整合電路(3c，4c)。在多層基板(23)內部形成有作為上述整合電路(3c，4c)的構成零件的分布常數線路等。可將整個高頻模塊小型化。
文檔編號H01P1/20GK1606234SQ20041008498
公開日2005年4月13日 申請日期2004年10月8日 優先權日2003年10月8日
發明者黑木博, 森博之, 北澤謙治, 宮脅義宏 申請人:京瓷株式會社