专利名称：高频模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合应用于以携带电话机为代表的无线携带终端等的无线通信装置的高频模块。
背景技术：
近年来，携带电话机的小型化和薄型化得到了飞速的进展，伴随于此，特别是天线开关、功率放大器(以下称为「PA」)、表面弹性波(以下称为「SAW」)滤波器等的高度高的电子部件的小型化和薄型化得到了飞速的进展。
另一方面，为了将多个电子部件组合起来以实现携带终端的高频部(以下称为「RF部」)，必须有水平高的高频设计、安装技术。因此，为了使开发变得容易，开发了将尽可能多的电子部件集成在一个模块中的综合型的高频模块。例如，在面向欧洲的GSM(全球移动电话系统)方式中集成了天线开关和SAW的高频模块或在PA中集成了天线开关的高频模块已实现了产品化。再者，也研究了在一个封装体中使天线开关、SAW、PA、无线电收发机RF-IC(RF-集成电路)实现了集成化的高频模块。
这些高频模块是在设置了高频线路的陶瓷或树脂制的高频基板上安装半导体元件(PA元件、RF-IC元件、开关元件)或片状部件(电容器、电阻、电感器)等而实现的。另一方面，因为SAW元件在工作原理上讲必须在表面弹性波传播的梳状电极上设置空间，为了防止因梳状电极的氧化引起的特性恶化，也必须进行气密封装，故将SAW元件安装在气密封装体中。因而，在集成了SAW的高频模块中，最一般的情况是将具有气密封装结构的SAW的封装体安装在上述高频基板上来构成高频模块。
作为SAW的气密封装体的形态，首先有迄今为止使用的、采用了金属帽的陶瓷封装体。这是在陶瓷封装体中安装SAW并用焊锡等固定了金属帽的封装体。为了使尺寸小型化，使用金属凸点的倒装芯片连接的类型代替用引线键合来连接SAW元件的类型正在成为主流。再者，在最近，为了实现进一步的小型、低成本化，开发了在平坦的陶瓷基板上以倒装芯片方式安装SAW元件、在SAW元件与陶瓷基板之间的一部分中注入树脂并进行硬化以在内部形成了中空气密结构的树脂封装型的小型封装体(例如参照专利文献1)。
作为在高频基板上安装上述那样的SAW封装体而作成的高频模块，例如在专利文献2中记载了在陶瓷多层基板上安装销钉状开关元件、片状部件、SAW封装体和金属帽而作成的天线开关模块。
此外，在非专利文献1中记载了在多层树脂基板上以裸芯片方式安装RF-IC元件、PA元件、HEMT(高电子迁移率晶体管)开关元件，再安装片状部件、SAW封装体并集成了在GSM/DCS(数字蜂窝系统)双频带的发送接收方面所必要的全部的RF部的部件的综合RF模块。
专利文献1特开2003-8395号公报专利文献2特开2002-94410号公报非专利文献1美国IEEE微波理论和技术协会[IEEEMicrowave Theory and Techniques Society(MTT-S)]发行的2003年国际微波讨论会论文集TH5B-4(International Microwave SymposiumDigest 2003，TH5B-4)第3卷，第1707页～第1710页。
但是，在集成了SAW滤波器的高频模块中，其进一步的薄型化成为大的课题。这是因为，即使在上述的使用了树脂封装的薄型的SAW封装体中，高度也大于等于0.6mm，比同时安装的其它的片状部件(0603尺寸、高度0.3mm)或半导体元件等高。
在上述的天线开关模块或综合RF模块中使用的多层高频基极至少具有0.4mm的厚度，再者，如果考虑在安装了SAW封装体、片状部件、半导体元件的基板上覆盖了金属帽或进行树脂模塑，则封装体的厚度最小也约1.2mm，与其它的一般的IC封装体的厚度为小于等于1.0mm相比，其高度较高。
作为降低安装了SAW封装体的模块的高度的方法，在上述的专利文献2中公开了在整个模块上覆盖的金属帽的安装了SAW封装体的部分上开孔的方法或在安装了SAW封装体的部分的高频基板的一部分上设置凹陷的方法。但是，前者存在下述问题由于在金属帽上开了大的孔，故其屏蔽效果变弱了，此外，在母板上安装时的固定变得困难。此外，后者存在下述问题在高频基板的材料为树脂的情况下，其成本显著地增加，在高频基板的材料为陶瓷的情况下，基板强度变差，在基板上容易发生裂纹。
此外，在高频模块中，为了提高模块的可靠性，大多用环氧树脂等对安装全部的部件的基板的整个上表面进行树脂模塑，但在使用采用了树脂封装的SAW封装体的情况下，在进行树脂模塑时对SAW封装体施加高的温度和压力，由此存在SAW封装体的树脂软化或熔解、中空结构破坏或SAW元件移动引起倒装芯片连接点电连接不良的问题。在采用了树脂封装的SAW封装体中，在进行树脂封装的SAW元件一侧没有起到电磁屏蔽作用的接地导体，也存在SAW的梳状电极容易受到电磁噪声的影响的课题。
发明内容
本发明的第1目的在于实现安装了SAW封装体的高频模块的薄型化。
本发明的第2目的在于，在实现了薄型化的模块中使用了树脂封装型的SAW封装体的情况下，在树脂模塑时避免SAW封装体的树脂软化或熔解的问题。
本发明的第3目的在于，在实现了薄型化的模块中使用了树脂封装型的SAW封装体的情况下，强化抗电磁场噪声的性能。
通过在高频模块的基板上设置贯通孔，在模块基板上安装相同的封装体，使得封装了SAW的封装体的至少一部分位于贯通孔的内部，即以在贯通孔中插入SAW封装体的至少一部分的方式进行安装，可有效地解决上述课题。由于减少了SAW封装体的从模块基板表面突出的高度，故实现了安装SAW封装体的高频模块的薄型化。
此外，作为SAW封装体，使用采用金属帽在至少1层的陶瓷基板上以倒装芯片方式安装了SAW元件的封装体。此时，由于使与模块基板的连接变得容易，故可这样来安装，使SAW封装体的上述陶瓷基板和在该基板上设置的电极的一部分配置在贯通孔的外部。例如，较为理想的是，将SAW封装体的陶瓷基板的宽度设定得比对应的贯通孔的宽度宽，由此，这样来安装，使陶瓷基板大致位于贯通孔的外部，在该陶瓷基板上安装的SAW元件大致位于贯通孔的内部。此外，较为理想的是，用焊锡将在SAW封装体的陶瓷基板上设置的电极连接到在模块基板的上表面上设置的线路上。可用与在模块基板上安装的其它的部件相同的工艺安装SAW封装体。
或者，较为理想的是，在以封装体的至少一部分位于贯通孔的内部的方式安装的SAW封装体中，使用粘接剂将SAW封装体固定在模块基板上。可这样来固定SAW封装体，使贯通孔与模块基板在空间上隔开，特别是安装了树脂封装型的SAW封装体之后对高频模块进行树脂模塑时，用高温熔解的模塑用树脂不到达SAW封装体的树脂，因而，可避免SAW封装体的树脂软化或熔解这样的问题。
再者，在以封装体的至少一部分位于贯通孔的内部的方式安装的SAW封装体中，较为理想的是，在模块基板上设置的贯通孔的周围的内层或背面上设置接地导体。通过接地导体包围SAW元件，接地导体对SAW元件进行电磁屏蔽。由此，特别是在使用了树脂封装型的SAW封装体的情况下，可强化抗电磁场噪声的性能。
按照本发明，由于通过在模块基板上设置的贯通孔中配置SAW封装体的一部分来降低SAW封装体的从模块基板突出的高度，故可实现安装了SAW封装体的高频模块的薄型化。
图1A是说明与本发明有关的高频模块的第1实施例的平面图。
图1B是说明第1实施例的图1A的A·A线的剖面图。
图2A是图1A中的SAW封装体附近的平面图。
图2B是图2A的B·B线的剖面图。
图3A是说明第1实施例的高频模块的安装状态的平面图。
图3B是说明第1实施例的高频模块的安装状态的剖面图。
图4A是说明本发明的第2实施例的平面图。
图4B是说明第2实施例的图4A的B·B线的剖面图。
图5A是说明本发明的第3实施例的平面图。
图5B是说明第3实施例的图5A的B·B线的剖面图。
图6A是说明本发明的第4实施例的平面图。
图6B是说明第4实施例的图6A的B·B线的剖面图。
具体实施例方式
以下，参照附图中示出的几个实施例进一步详细地说明与本发明有关的高频模块。再有，假定图1A、1B～图6A、6B中的同一符号表示同一物体或类似物体。
使用图1A、1B、图2A、2B和图3A、3B说明本发明的第1实施例。图1A是示意性地示出了本实施例的高频模块的平面图，图1B是图1A的A·A线的剖面图。如图1A中所示，在模块基板200的上表面上安装作为高频信号通过的电子部件的RF-IC201、PA202、SW203、SAW封装体204、匹配电路205和片状部件(电容器、电阻、电感器)208。再有，本来在高频模块的整个上表面上覆盖了金属帽或进行了树脂模塑，但在图1A中为了说明内部的结构，省略并未记载这些部分。此外，虽然有多条连接各电子部件或端子的布线，但在此只示意性地图示了电子部件间的高频线路。可在模块基板200的上表面(最上表面)上设置高频线路，也可在内层设置高频线路。此外，利用在该模块背面上设置的端子进行该模块的信号或电源的输入输出。
本实施例的高频模块是集成了与800MHz频带的GSM和1800MHz频带的DCS的两系统对应的双频带携带终端的RF部的RF部综合模块。利用RF-IC201将输入到该模块中的基带信号变换为GSM或DCS频带的RF信号，用PA202进行放大，接着，通过进行电子部件间的匹配的匹配电路205、衰减高次谐波用的低通滤波器207和SP4T型的HEMT开关的SW203从模块输出，最后从天线210发送。此外，来自天线210的接收信号通过SW203，用SAW封装体204除去干扰波，接着在通过了匹配电路205后，由RF-IC201变换为基带信号，从模块输出。再有，片状部件208是为了构成各电子部件的电源电路、控制电路等而使用的。
在该模块中，如图1B中所示，模块基板200是层叠了3个树脂基板的多层树脂基板，在其上表面上安装具有气密封装结构的SAW封装体204、由片状部件构成的匹配电路205、具有发送接收功能的RF-IC元件201和片状部件208。用裸芯片安装RF-IC元件201，用键合引线209等连接到基板200的布线上。此外，在后面将叙述，在贯通孔117的周围的内层或表面上设置接地导体119、120。
SAW封装体204内的SAW元件114对所希望的频率分量进行滤波，同时也具有将信号从单端(单相)变换为差动(双相)的平衡-不平衡变换的功能。SAW封装体204的一部分插入在基板200上开出的贯通孔117中进行安装。此时，与以往安装的方向上下反转地将SAW封装体204插入到贯通孔117中，因而，将SAW封装体204的SAW元件114一侧的面、即SAW封装体204的上表面置于比基板200的上表面低的位置上。
再有，在图1B的剖面图中未示出，但在基板200的上表面上也用裸芯片安装PA元件202和开关元件203，用键合引线等连接到基板200上的布线上。
在此，为了说明本实施例的高频模块中的SAW封装体204的细节和其安装的细节，在图2A中示出图1A的X部的平面放大图，在图2B中示出其B·B线的剖面图。再有，在平面图的图2A中，为了图示高频模块内部，未示出覆盖高频模块整个上表面的金属帽，但在图2B中图示了该金属帽。
在图2A中，在多层树脂基板200的高频线路101中传递的高频信号输入到SAW封装体204中，在对所希望的频率进行滤波的同时将上述的高频信号变换为差分信号，输出给基板200上的差分线路102、103。基板200上的其它电极104全部是接地端子，利用通路105连接到模块的接地端上。
在本实施例中使用的SAW封装体204是使用了树脂封装的中空气密封装体。在封装体204的两面和侧面上形成了电极111、接地导体112的陶瓷基板110上使用金属帽113以倒装芯片方式安装了SAW元件114，用树脂116进行了封装。在SAW元件114的梳状电极部上设置了空间，以使SAW滤波器正常地发挥其功能。预先另外制作以上的SAW封装体204。
在本实施例的高频模块中，如上所述，在树脂多层基板上设置贯通孔117，在该贯通孔中插入另外制作的SAW封装体204，采用在利用焊锡118固定SAW封装体204的同时进行电连接的安装。
通过用在贯通孔117的一部分中插入SAW封装体204的一部分来安装，与在以往的基板上安装SAW封装体204的方法相比，可按被插入的长度的部分降低高频模块的高度。在本实施例中，由于在贯通孔117中插入大致SAW元件的部分，故可按该部分(大体0.3mm)降低模块的高度。因而，按照本发明，可实现安装了SAW封装体的高频模块的薄型化。
此外，由于通过在基板制作工序的最后用刨挖机或钻头进行机械加工可容易地制作树脂基板200的贯通孔117，故与在基板上形成凹陷(即除去基板的厚度的一半左右)的方法相比，可实现相当低的成本。
此外，在本发明中，通过与以往安装的方向上下反转地将SAW封装体204插入到贯通孔117中，可在该贯通孔之外的基板上表面上形成电连接部，电连接变得容易。在本实施例中，在连接中使用了焊锡，可与其它的片状部件同样地用由焊锡膏印刷、部件安装、回流构成的工艺进行安装。再有，在此，之所以在封装体204的侧面上也设置了电极，是为了形成焊锡轮廓以增加连接强度和为了能进行肉眼的焊锡连接检查，这在发明的实施中不一定是必要的。
在本实施例中，通过将在SAW封装体204的陶瓷基板110上设置的接地导体112连接到高频模块的接地端上，可对于来自陶瓷基板110一侧的电磁噪声屏蔽SAW元件114的梳状电极。但是，在使用了树脂封装的SAW封装体204中，由于只用树脂封装SAW元件114一侧，故有时受到噪声的影响。在该情况下，在多层基板200的贯通孔117周围的内层或表面上设置接地导体119、120是有效的。接地导体119、120屏蔽SAW元件114的周边。
这样，按照本发明，即使使用树脂封装型的SAW封装体，也能得到高的抗电磁噪声的性能。即，利用与以往安装的方向上下反转地将SAW封装体204插入到贯通孔117中的本发明的安装，在将高频模块安装在无线通信装置的母板上时，可更有效地对SAW元件114进行屏蔽。
在图3A中示出安装了本实施例的高频模块310的母板300的俯视图。母板300是携带电话机的电路基板，在母板300上除了高频模块310外，还安装处理基带信号的基带IC320、存储数据或程序的存储器340和实现携带电话机或邮件发送接收等的功能的应用处理器330。
在图3B中示出高频模块310的SAW封装体204部分的剖面。即使在基板300的贯通孔117正下方的部分中也设置接地导体301，利用焊锡118连接接地导体301与多层基板200背面的接地导体120。通过设置接地导体301，在将本高频模块安装在携带电话机等的无线通信装置的电路基板上时，可屏蔽SAW元件204的周围前面，可提高抗电磁噪声的性能。
如上所述，本实施例的高频模块是集成了携带电话机的RF部的RF部综合模块，但本发明不限于这样的模块，当然可应用于集成了SAW滤波器和高频开关的天线开关模块或集成了SAW滤波器、接收匹配电路、将接收信号变换为基带信号的接收电路的接收模块等的安装SAW封装体的高频模块的全部。此外，应用本发明的无线通信装置不限于携带电话机，还有在2GHz～60GHz中具有使用频带区域的无线LAN(局域网)的发送接收机或使用26～27MHz的无线电收发机等，母板300是在这样的无线通信装置中使用的电路基板的例子。而且，与本发明有关的高频的范围为几十MHz～几十GHz。
使用图4A和图4B说明本发明的第2实施例。图4A是图示了安装本发明的高频模块的SAW封装体204的部分的平面图，图4B是图4A的B·B线的剖面图。再有，在图4A中，为了显示内部而未图示在高频模块的上表面上设置的金属帽100。本实施例的高频模块及其适用装置，除了以下的方面外，与第1实施例的情况是同样的，模块例如是如图1A、1B中示出那样的RF部综合模块。
本实施例与第1实施例的不同的方面是，以倒装芯片方式安装SAW114的基板400是陶瓷多层基板，在内部具有内层线路401或通路402。由此，陶瓷基板400内的布线的自由度提高了，例如可在陶瓷基板400内形成电感器或电容器等的匹配电路。由于其它的结构与第1实施例是同样的，故省略其说明。
使用图5A和图5B说明本发明的第3实施例。图5A是图示了安装本发明的高频模块的SAW封装体204的部分的平面图，图5B是图5A的A·A线的剖面图。在图5A中，为了示出内部结构，省略了在高频模块上表面的整个面上设置的封装树脂500的图示。本实施例的高频模块及其适用装置，除了以下的方面外，与第1实施例的情况是同样的，模块例如是如图1A、1B中示出那样的RF部综合模块。
在本实施例中，在SAW封装体204与模块基板200的连接中使用了键合引线501这一点与第1和第2实施例不同。对于本模块来说，将另外制作的SAW封装体204插入模块的多层树脂基板200的贯通孔117中用粘接剂502进行固定，其次，在利用键合引线501连接了连接到轴承402上的SAW封装体204的电极503与多层基板200的线路101～103以及接地导体504与多层基板200的电极104后，通过在基板200上表面上对环氧树脂500进行注入模塑来制作。
在本模块结构中，在注入模塑时不对封装了SAW元件114的树脂116施加高的温度或压力。因而，可防止树脂116软化、气密破坏或中空结构115压垮、SAW元件114偏离金属凸点这样的不良情况的发生，可防止对模块基板进行树脂模塑的工序中的不良情况。
使用图6A和图6B说明本发明的第4实施例。图6A是图示了安装本发明的高频模块的SAW封装体204的部分的平面图，图6B是图6A的A·A线的剖面图。在图6A中，为了示出内部结构，省略了在高频模块上表面的整个面上设置的封装树脂500的图示。本实施例的高频模块及其适用装置，除了以下的方面外，与第1实施例的情况是同样的，模块例如是如图1A、1B中示出那样的RF部综合模块。
在本实施例中使用的SAW封装体204是陶瓷气密封装体，在这一点上与其它的实施例不同。使用金属凸点113在具有腔体结构的多层陶瓷基板600上以倒装芯片方式安装SAW元件114，用AuSn焊锡固定了金属帽601。陶瓷气密封装体型的SAW封装体204与树脂封装型相比，成本较高，但在可靠性的方面是良好的。
本高频模块如以下那样来作成。将另外制作的SAW封装体204插入高频模块的树脂多层基板200的贯通孔117中，用粘接剂502固定。其次，用键合引线501连接SAW封装体204的背面的电极503与模块基板200的线路101～103以及接地导体504与模块基板200的电极104。其后，通过对环氧树脂500进行注入模塑来封装模块的整个上表面。由此，可提高模块整体的可靠性。
本实施例的SAW封装体204，如图6B中所示，在陶瓷基板600中，在上述贯通孔中配置的部分的剖面的外侧形状与在上述贯通孔的外部配置的部分的剖面的外侧形状大体相等。
在该情况下，虽然未图示，但可在被SAW封装体204的粘接剂502覆盖的侧面上设置凸起结构。在可认为因使用环境的缘故SAW封装体204存在因随时间的变化而从贯通孔117脱落的可能性的情况下，可防止这样的不良情况。
此外，在图6A中，在SAW封装体204的厚度(作为封装体204的背面的电极503与作为封装体204的表面的金属帽601间的距离)比多层基板200的厚度薄的情况下，可将封装体204封装成封装体204的背面所构成的面与模块基板200的上表面所构成的面一致。将大致整个SAW封装体204插入贯通孔117中，通过使SAW元件114从安装其它的电子部件的模块基板200的上表面进一步分离，可得到更高的抗电磁噪声的性能。
在上述的第1～第4实施例中，特别说明了模块基板为多层树脂基板的情况，但即使在模块基板为单层树脂基板的情况下，也可同样地实施。
权利要求
1.一种高频模块，其特征在于至少具备包含至少1层而构成的模块基板和对表面弹性波元件进行了封装的封装体，上述模块基板具有贯通孔，将上述封装体安装在上述模块基板上，使上述封装体的至少一部分配置在上述贯通孔中。
2.如权利要求1中所述的高频模块，其特征在于上述模块基板是树脂基板。
3.如权利要求1中所述的高频模块，其特征在于上述封装体具有在设置了连接上述表面弹性波元件的电极的至少1层陶瓷基板上以倒装芯片方式安装了上述表面弹性波元件的结构，并且安装成使上述陶瓷基板的一部分和在上述陶瓷基板上设置的上述电极的一部分配置在上述贯通孔的外部。
4.如权利要求3中所述的高频模块，其特征在于上述封装体的上述陶瓷基板的至少一边的宽度比上述贯通孔的宽度宽，上述封装体被安装成使上述陶瓷基板大致位于上述贯通孔的外部，上述表面弹性波元件大致位于上述贯通孔的内部。
5.如权利要求4中所述的高频模块，其特征在于用焊锡连接在上述封装体的上述陶瓷基板上设置的上述电极与在上述模块基板的上表面上设置的线路。
6.如权利要求3中所述的高频模块，其特征在于用键合引线连接在上述封装体的上述陶瓷基板上设置的上述电极与在上述模块基板的上表面上设置的电极。
7.如权利要求3中所述的高频模块，其特征在于利用粘接剂将上述封装体的上述陶瓷基板固定在上述模块基板上。
8.如权利要求7中所述的高频模块，其特征在于上述封装体的上述陶瓷基板在上述贯通孔中配置的部分的剖面的外侧形状与在上述贯通孔的外部配置的部分的剖面的外侧形状大体相等。
9.如权利要求8中所述的高频模块，其特征在于上述封装体的上述陶瓷基板在上述贯通孔中配置的部分中还设置有凸起。
10.如权利要求7中所述的高频模块，其特征在于除了上述封装体外，在上述模块基板的上表面上安装由开关元件、功率放大元件、高频发送接收IC构成的组中选择的至少1个电子部件。
11.如权利要求10中所述的高频模块，其特征在于施行了树脂模塑来覆盖在上述模块基板的上表面上安装的上述封装体和上述电子部件。
12.如权利要求1中所述的高频模块，其特征在于除了上述封装体外，在上述模块基板的上表面上安装由开关元件、功率放大元件、高频发送接收IC构成的组中选择的至少1个电子部件。
13.如权利要求12中所述的高频模块，其特征在于施行了树脂模塑来覆盖在上述模块基板的上表面上安装的上述封装体和上述电子部件。
14.如权利要求12中所述的高频模块，其特征在于利用金属帽覆盖在上述模块基板的上表面上安装的上述封装体和上述电子部件。
15.如权利要求1中所述的高频模块，其特征在于在上述贯通孔的周围的上述模块基板的内层或背面上设置了接地导体。
16.一种电路基板，该电路基板是至少安装权利要求1中所述的高频模块而构成的无线通信装置用的电路基板，其特征在于具备设置成在上述模块基板的上述贯通孔的附近覆盖上述贯通孔的接地导体。
17.一种高频模块，其特征在于至少具备将安装电部件的面定为上表面的至少1层的第1基板和将表面弹性波元件安装在至少1层的第2基板上并进行了封装的封装体，上述第1基板具有贯通孔，上述封装体的表面是安装上述表面弹性波元件的一侧，将上述封装体以下述方式安装在上述第1基板上，即，在上述贯通孔中将上述封装体的表面配置在比上述第1基板的上表面低的位置上。
全文摘要
本发明的课题是实现在基板上安装了SAW封装体的高频模块的薄型化。此外，在使用进行了树脂封装的SAW封装体的情况下，提供在抗电磁噪声的性能方面良好的结构。使用至少1层的树脂基板200作为高频模块的基板，在该基板上形成贯通孔117。以下述方式安装以倒装芯片方式安装在陶瓷基板上安装SAW元件114并进行了树脂封装的SAW封装体204，即，使陶瓷基板大致位于贯通孔的外部，SAW元件大致位于贯通孔的内部。在贯通孔的周围的树脂基板的内层或背面上形成接地导体119、120。
文档编号H03H9/72GK1638117SQ20041010027
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年1月8日
发明者井户立身, 冈部宽 申请人:株式会社日立制作所