高頻電路模塊和無線通信設備的製作方法
2023-11-01 11:13:17 3
專利名稱：高頻電路模塊和無線通信設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高頻電路模塊和無線通信設備，特別涉及在小型化方面有效的高頻電路模塊和無線通信設備。
背景技術：
以往，為了謀求無線通信設備的小型化，人們研究出將無線通信電路的RF前端部和基帶部模塊化的高頻電路模塊。這樣的高頻電路模塊，根據藍牙、無線LAN等的通信標準進行設計，在組裝到便攜電話、PC等的應用設備之後，作為給這些應用設備帶來無線通信功能的模塊發揮作用。
這裡，在這種高頻電路模塊中，已知一種將高頻電路和作為該高頻電路的基準振蕩器而發揮作用的晶體振蕩電路一體化的技術。例如，已經研究出下述文獻中所公開的結構[專利文獻1] 日本特開平10-135756號公報；[專利文獻2] 日本特開2002-9225號公報。
另外，作為晶體振蕩電路的例子，已知在下述文獻中所公開的電路[專利文獻3] 日本特開平7-99411號公報。
在專利文獻1中，如該文獻的圖1所述，公開了以下的結構在多層基板的表面和背面設置空腔(cavity)，在表面側的空腔內配置晶體振子和IC，在背面側的空腔內配置無源部件。但是，由於在該結構中，晶體振子和IC安放在同一空腔內，所以，需要安裝面積，難以構成與IC的晶片尺寸相近的模塊。
在專利文獻2中，如該文獻的圖1所示，公開了以下的結構在多層基板的表面側，配置晶體振子、基帶IC和存儲器IC；在背面側的空腔內，配置高頻IC。但是，因為在該結構中，晶體振子和其他IC也配置在同一面上，所以，與專利文獻1一樣，需要安裝面積。
近年來，研究出集成了高頻電路塊和基帶電路塊的單晶片IC；另外，當考慮追求與IC的晶片尺寸相當的模塊等各種因素之後，專利文獻1和專利文獻2的結構在小型化方面是有限的。另一方面，如專利文獻3所述，晶體振蕩電路由晶體振子、反相放大器和反饋電路構成。晶體振子必需有機械性的密封結構，並且要求以最短布線來配置反相放大器和反饋電路，因此，要求既滿足晶體振蕩電路的特性，又對小型化有效的模塊結構。
發明內容
本發明提供一種對具有高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊的小型化有效的技術。
為了達到上述目的，方案1的發明，提供一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，在上述多層基板的表面側，配置了構成上述高頻電路的一部分的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子。
這裡，高頻電路，是指構成無線通信電路的RF前端部和基帶處理部；集成了該高頻電路的一部分的RFIC安裝在多層基板上。作為集成在RFIC內的電路塊可以只是RF前端部或只是基帶部，但是，優選採用在1個晶片內集成了這兩個塊的RFIC。在以不同的晶片構成RF前端部和基帶部的情況下，可以將集成了RF前端部的RFIC和集成了基帶部的BBIC這2個晶片，共同布置在多層基板的表面側。
另外，作為高頻電路，在構成用於藍牙的電路的情況下，可以利用專利文獻2的圖2所示的電路結構；在構成用於無線LAN的電路的情況下，可以利用眾所周知的電路結構。此外，構成高頻電路的濾波器、電感、電容等無源元件，可以集成在RFIC內，也可以內置在多層基板內，還可以作為部件安裝在多層基板的表面。
晶體振蕩電路，是用作高頻電路的基準振蕩器的電路，由下述元件構成具備C-MOS轉換器的振蕩用半導體、晶體振子、確定振蕩頻率的電容。這裡，晶體振蕩電路，通過晶體振子的諧振作用，生成預定頻率的時鐘信號，輸入到高頻電路。晶體振蕩電路的結構，可以採用專利文獻3所述的結構。
多層基板是在基板上實現高頻電路內的布線的一部分、晶體振蕩電路內的布線的一部分、或高頻電路與晶體振蕩電路間的連線的要素；可以由陶瓷製的基板構成，也可以由樹脂制的基板構成。在由陶瓷製的基板構成的情況下，例如，能夠在利用低溫燒制材料形成的基板上，塗敷銀、銅等導電材料，形成布線圖形，在層疊了多個這樣形成的基板之後，以900℃～1000℃進行燒制，從而形成多層基板。
在該多層基板的背面，形成預定形狀的空腔，在該空腔內安放晶體振子。這樣，因為空腔的壁面成為安放晶體振子的結構，所以，不需要晶體振子密封用的封裝，並且，因為能夠將晶體振子與RFIC重疊配置，所以，即使在RFIC的面積大時，也可以提供與晶片尺寸相當的模塊。
另外，方案2的發明，提供一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述高頻電路的信號處理部和上述晶體振蕩電路的調整部的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子。
這樣，通過將晶體振蕩電路的調整部集成在配置於多層基板的表面側的RFIC內，並且，將晶體振子安放在設置於多層基板的背面的空腔內，就可以進行採用了IC的晶體振蕩電路的調整，並且能夠謀求安裝面積的減少。
這裡，高頻電路的信號處理部，是指利用由晶體振蕩電路所生成的時鐘信號進行信號處理的電路塊，這樣，由於通過集成高頻電路的信號處理部與晶體振蕩電路的一部分，高頻電路和晶體振蕩電路的布線變短，所以，能夠構成在振蕩特性、尺寸等方面優良的電路模塊。優選晶體振蕩電路的反相放大器也集成在同一IC內。
另外，方案3的發明，提供一種在多層基板上構成了高頻電路、晶體振蕩電路和存儲電路的高頻電路模塊，在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述高頻電路的信號處理部和上述晶體振蕩電路的調整部的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的第1空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子；在上述多層基板的背面側所設置的第2空腔內，配置了構成上述存儲電路的存儲元件。
這裡，存儲電路，構成存儲用於信號處理的軟體及各種設定數據的存儲區域，也可以像專利文獻3的圖2所描述的那樣，用EEPROM構成。
這樣，因為通過分別設置安放晶體振子的空腔和安放存儲元件的空腔，能夠容易地進行晶體振子的密封，並且能夠有效地利用多層基板的背面區域，所以，能夠期待與可能是最大元件的RFIC相當的小型化。因為集成了RF前端部和基帶部二者的RFIC，大於密封晶體振子所需要的面積和安放EEPROM所需要的面積，所以，下述結構是有效的在多層基板的表面側配置RFIC，在多層基板的背面側配置晶體振子和存儲元件。
另外，方案4的發明，提供一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，上述晶體振蕩電路包括晶體振子、反相放大器、構成反饋電路的可變電容及固定電容；在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述反相放大器和上述可變電容的電路元件；在上述多層基板內，內置了上述固定電容；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了上述晶體振子。
這樣，使晶體振蕩電路的結構要素分散在多層基板的表面、內層和背面，從而，可以實現進一步小型化的電路模塊。即，可以集成為IC的反相放大器、調整用的可變電容由表面側的集成電路來實現，將必需大電容的固定電容內置在多層基板上，將需要機械振動空間和密封的晶體振子，配置在背面側所設置的空腔內，從而，能夠以最短布線在多層基板上實現晶體振蕩電路。
此時，優選在多層基板的厚度方向上線性地配置被配置在多層基板的表面側的反相放大器和可變電容、內置在多層基板中的固定電容、以及配置在多層基板的背面側的晶體振子，以最短的布線構成晶體振蕩電路。
另外，方案5的發明，提供一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，包括RFIC，配置在上述多層基板的表面側，構成上述高頻電路的一部分；空腔，設置在上述多層基板的背面側；晶體振子，設置在上述空腔內，構成上述晶體振蕩電路的一部分；導電性的密封蓋，在從上述多層基板的背面露出來的狀態下，密封上述空腔；以及外部端子，在與上述密封蓋的露出面相同的面上露出。
這樣，通過預先用導電性的材料形成密封晶體振子的密封蓋，並從多層基板的背面露出，可以將該密封蓋用作加固端子或用作接地圖形，並謀求晶體裝載區域的更有效的利用。作為密封蓋的材料，優選使用AuSn合金。
另外，方案6的發明，提供一種無線通信設備，該無線通信設備在主板上安裝了在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，包括RFIC，配置在上述多層基板的表面側，構成上述高頻電路的一部分；空腔，設置在上述多層基板的背面側；晶體振子，設置在上述空腔內，構成上述晶體振蕩電路的一部分；導電性的密封蓋，在從上述多層基板的背面露出來的狀態下，密封上述空腔；以及外部端子，在與上述密封蓋的露出面相同的面上露出，上述高頻電路模塊，通過上述密封蓋和上述外部端子，安裝在上述主板上，並且，至少通過上述外部端子與上述主板內部進行電連接。
這樣，通過密封蓋來連接電路模塊和主板，從而增加電路模塊的安裝強度，另外，如果將密封蓋用作接地圖形，則能夠期待接地圖形的強化。
像以上說明的那樣，通過本發明，能夠在使之滿足晶體振蕩電路的特性的同時，謀求高頻電路模塊的小型化。
圖1是表示本發明的高頻電路模塊的結構的剖面圖。
圖2是表示圖1所示的晶體振子的平面結構的放大仰視圖。
圖3是表示由圖1所示的電路模塊所實現的無線通信電路的結構的電路框圖。
圖4是表示由圖1所示的電路模塊所實現的晶體振蕩電路的結構的電路框圖。
圖5是表示本發明的高頻電路模塊的第2實施方式的剖面圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的高頻電路模塊進行詳細地說明。
本發明不限於以下說明的實施方式，還可以進行適當地變更。
圖1是表示本發明的高頻電路模塊的結構的剖面圖。如該圖所示，本電路模塊，在多層基板20的表面側安裝集成電路元件12和無源部件14-1～14-5，在多層基板20的內層內置有內置電容30，在多層基板20的背面側設置空腔22，在該空腔內設置由導電性粘接劑26固定的晶體片24。由該固定了的晶體片24構成晶體振子23。
集成電路元件12是集成了高頻電路的RF前端部、基帶部和晶體振蕩電路的調整部的倒裝片(flip chip)式IC，通過多個突起，被連接在設置於多層基板的表面的未圖示的電極焊盤上。另外，無源部件14-1～14-5是天線、濾波器、電容、電感等無源部件，這些無源部件，通過在該各部件的壁面形成的外部電極，被連接在設置於多層基板表面的電極焊盤上。
多層基板20，通過層疊多個陶瓷布線基板而形成，在其內部內置有內置電容30、GND電極40，以及電源線和各種布線圖形。這裡，內置電容30，由中間隔著一個陶瓷基板上下配置的電容上部電極32和電容下部電極34組成，作為晶體振蕩電路內的電容元件而發揮作用。電容下部電極34，通過通孔連接在GND電極40上，這樣，內置電容30成為接地電容。
連接集成電路元件12和晶體振子23的通孔，以貫穿電容器上部電極32的方式，直線地從晶體片24形成到集成電路元件12。其結果是，晶體振蕩電路以最短布線構成。這樣，因為通過直線地形成從晶體振子到集成電路的布線，能夠縮短與其他布線的平行距離，所以，寄生電容和電路損耗降低，振蕩電路特性穩定。
密封蓋28，以與多層基板20的背面處於相同的面內的形式，密封空腔22的開口部；與配置在多層基板20的外圍的外部端子50一起，通過焊錫52，連接在設置於主板100上的電極焊盤上。該密封蓋28由AuSn合金形成。
圖2是表示圖1所示的晶體振子的平面結構的放大仰視圖。如該圖所示，晶體片24配置在與電容下部電極34平面地重疊的位置上。其一端是開放端，另一端通過導電性粘接劑26，連接在連接圖形25上。連接圖形25，由從空腔22的壁面突出來的內置圖形形成，通過將晶體片24固定在該連接圖形25上，構成一端支撐結構的晶體振子。
圖1所示的用於與集成電路元件12相連接的通孔，被連接在該連接圖形25上。另外，晶體片24與空腔22的壁面隔開一定間隔地設置，在可振動的狀態下固定。
圖3是表示由圖1所示的電路模塊所實現的無線通信電路的結構的電路框圖。如該圖所示，在本電路模塊中，無線通信電路被具體化，該無線通信電路由下述部分構成進行電波的發送接收的天線ANT、使預定的通信頻帶通過的帶通濾波器BPF、切換發送路徑TX和接收路徑RX的高頻開關RF-SW、配置在發送路徑上的功率放大器PA、集成了RF前端部的RF-IC、集成了基帶部的BB-IC、生成BB-IC的時鐘信號的晶體振子XTAL、作為存儲元件而發揮作用的EEPROM。
圖4是表示由圖1所示的電路模塊所實現的晶體振蕩電路的結構的電路框圖。如該圖所示，晶體振蕩電路由下述部分構成由反相放大器60和電阻R組成的放大電路、由可變電容C和固定電容C1及固定電容C2組成的反饋電路、配置在該反饋電路內的晶體振子XTAL。
這裡，當給晶體振蕩電路接通電源，向反相放大器60輸入信號時，生成晶體振子XTAL與該信號所包含的預定的頻率諧振的諧振信號。通過反饋電路，該諧振信號被再次輸入到反相放大器60，通過反覆進行反饋和諧振，生成預定頻率的振蕩信號。
晶體振蕩電路的振蕩頻率，由構成反饋電路的可變電容C和固定電容C1及固定電容C2的合成電容所確定，通過調整可變電容的電容值，能夠控制振蕩頻率。關於晶體振蕩電路的結構和動作，在專利文獻3中有詳細的說明，因此，在本申請說明書中省略。
本發明的晶體振蕩電路，如圖4的符號A所示的區域，即反向放大器60、可變電容C和電阻R，集成在圖1的集成電路元件12內；符號B所示的區域，即固定電容C1及固定電容C2，內置於圖1的多層基板20內；符號C所示的區域，即晶體振子XTAL，形成於圖1的空腔22內。
圖5是表示本發明的高頻電路模塊的第2實施方式的剖面圖。該圖所示的電路模塊，除了圖1所示的集成電路元件12和晶體振子23以外，還有在多層基板20的背面安裝了EEPROM的結構。
在該電路模塊中，在多層基板20的表面側，安裝天線ANT和集成電路元件12；在集成電路元件12內集成有圖1中作為部件安裝的濾波器、電感等無源元件，圖4所示的晶體振蕩電路的反向放大器60、可變電容C及電阻R。
在多層基板20的內部，圖4所示的晶體振蕩電路的固定電容C1及固定電容C2分別連接在各自獨立的通孔上，利用內置接地電極GND，構成接地電容。連接在固定電容C1和固定電容C2上的各通孔，作為集成電路元件12和晶體振子XTAL的連接線而發揮作用。
在內置接地電極GND的下層，配置內置電源電極PWR，並以平行的形式配置電源線和GND線。在該內置接地電極GND和內置電源電極PWR中，在形成連接集成電路元件12和晶體振子XTAL的各通孔的部分，設置預定形狀的狹縫，防止與各通孔接觸。
在多層基板20的背面側，形成安放EEPROM的第1空腔22-1和安放晶體振子XTAL的第2空腔22-2；在第2空腔上，設置密封晶體振子XTAL的密封蓋28。晶體振子XTAL與圖1所示的結構相同，用晶體片24構成。
根據本發明，能夠謀求具備晶體振蕩電路的高頻電路模塊的小型化，所以，可以期待應用到要求更加小型化的便攜電話、可行動裝置等移動通信設備。
權利要求
1.一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，其特徵在於在上述多層基板的表面側，配置了構成上述高頻電路的一部分的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子。
2.一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，其特徵在於在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述高頻電路的信號處理部和上述晶體振蕩電路的調整部的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子。
3.一種在多層基板上構成了高頻電路、晶體振蕩電路和存儲電路的高頻電路模塊，其特徵在於在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述高頻電路的信號處理部和上述晶體振蕩電路的調整部的RFIC；在上述多層基板的背面側所設置的第1空腔內，配置了構成上述晶體振蕩電路的一部分的晶體振子；在上述多層基板的背面側所設置的第2空腔內，配置了構成上述存儲電路的存儲元件。
4.一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，其特徵在於上述晶體振蕩電路包括晶體振子、反相放大器、構成反饋電路的可變電容及固定電容；在上述多層基板的表面側，配置了集成了上述反相放大器和上述可變電容的電路元件；在上述多層基板內，內置了上述固定電容；在上述多層基板的背面側所設置的空腔內，配置了上述晶體振子。
5.一種在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，其特徵在於，包括RFIC，配置在上述多層基板的表面側，構成上述高頻電路的一部分；空腔，設置在上述多層基板的背面側；晶體振子，設置在上述空腔內，構成上述晶體振蕩電路的一部分；導電性的密封蓋，在從上述多層基板的背面露出來的狀態下，密封上述空腔；以及外部端子，在與上述密封蓋的露出面相同的面上露出。
6.一種無線通信設備，在主板上安裝了在多層基板上構成了高頻電路和晶體振蕩電路的高頻電路模塊，其特徵在於，包括RFIC，配置在上述多層基板的表面側，構成上述高頻電路的一部分；空腔，設置在上述多層基板的背面側；晶體振子，配置在上述空腔內，構成上述晶體振蕩電路的一部分；導電性的密封蓋，在從上述多層基板的背面露出來的狀態下，密封上述空腔；以及外部端子，在與上述密封蓋的露出面相同的面上露出，上述高頻電路模塊，通過上述密封蓋和上述外部端子安裝在上述主板上，並且，至少通過上述外部端子與上述主板內部進行電連接。
全文摘要
本發明提供一種在保持晶體振蕩電路的振蕩特性的同時，對小型化有效的高頻電路模塊。在多層基板(20)的表面側安裝集成電路元件(12)和無源部件(14－1)～(14－5)，在多層基板(20)的內部內置作為晶體振蕩電路的構成要素的電容(30)，在多層基板(20)的背面側設置空腔(22)，安放作為晶體振蕩電路的構成要素的晶體振子(23)，用密封蓋(28)將空腔(22)內部密封起來；該密封蓋(28)由導電性材料形成，通過焊錫(52)固定在主板(100)上所形成的電極焊盤上。
文檔編號H05K1/02GK1694250SQ20051006903
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月29日 優先權日2004年4月30日
發明者村田龍司 申請人:太陽誘電株式會社