JP2016162790A - High frequency semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、高周波半導体モジュールに関する。 Embodiments described herein relate generally to a high-frequency semiconductor module.
例えば無線通信に使用される受信装置等には、受信した高周波信号を増幅する低雑音増幅素子が使用される。低雑音増幅素子のNF(Noise Figure)特性は、動作させる温度を下げるほど向上することが一般に知られている。 For example, a low-noise amplification element that amplifies a received high-frequency signal is used in a receiving device or the like used for wireless communication. It is generally known that the NF (Noise Figure) characteristics of a low noise amplifying element are improved as the operating temperature is lowered.
低温下において低雑音増幅素子を動作させるための一手段として、低温の冷却体上に低雑音増幅素子を配置するとともに、冷却体上配置された低雑音増幅素子を断熱容器で覆うことが挙げられる。冷却体によって低雑音増幅素子が冷却される。さらに、冷却体上に配置された低雑音増幅素子は断熱容器で覆われるため、外部からの熱の流入が抑制され、低温状態を効率的に維持することができる。 One means for operating the low noise amplifying element at a low temperature is to arrange the low noise amplifying element on a low temperature cooling body and to cover the low noise amplifying element arranged on the cooling body with a heat insulating container. . The low noise amplification element is cooled by the cooling body. Furthermore, since the low noise amplification element arranged on the cooling body is covered with the heat insulating container, the inflow of heat from the outside is suppressed, and the low temperature state can be efficiently maintained.
このような構造を有する高周波半導体モジュールとして、低雑音増幅素子に対する高周波信号の入出力に、電磁結合部を用いることが知られている。電磁結合部は、断熱容器の外部と内部との間における電気的な接続を維持しつつ、断熱容器の外部と内部とを非接触にすることができる。したがって、断熱容器の外部から内部への熱の流入が抑制され、冷却体による低雑音増幅素子の冷却効果を高めることができる。 As a high-frequency semiconductor module having such a structure, it is known to use an electromagnetic coupling unit for input / output of a high-frequency signal to / from a low-noise amplification element. The electromagnetic coupling part can make the outside and the inside of the heat insulating container non-contact while maintaining an electrical connection between the outside and the inside of the heat insulating container. Therefore, inflow of heat from the outside to the inside of the heat insulating container is suppressed, and the cooling effect of the low noise amplifying element by the cooling body can be enhanced.
近年、この種の高周波半導体モジュールにおいて、さらに断熱性を向上させることが望まれている。 In recent years, it has been desired to further improve the heat insulation in this type of high-frequency semiconductor module.
実施形態は、断熱性を向上させることが可能な高周波半導体モジュールを提供することを目的とする。 An object of the embodiment is to provide a high-frequency semiconductor module capable of improving heat insulation.
実施形態に係る高周波半導体モジュールは、冷却体と、前記冷却体上に配置された高周波半導体装置と、前記冷却体および前記高周波半導体装置を内部に収容し、一部に開口部を有する断熱容器と、を具備する。前記高周波半導体装置は、前記冷却体上に配置されたベース板と、前記ベース板上に設けられ、高周波信号に対して所望の信号処理を行う信号処理回路と、前記ベース板上に、前記信号処理回路に電気的に接続されるように設けられた内部回路と、前記断熱容器の前記開口部を封止するように前記断熱容器の内面に固定され、電磁結合によって前記内部回路に電気的に接続される電磁結合回路と、前記断熱容器の前記開口部内の前記電磁結合回路上に、この回路と電気的に接続されるように配置された高さ調整回路と、前記断熱容器の外周面上に配置され、前記高さ調整回路と電気的に接続される外部回路と、を備える。 A high-frequency semiconductor module according to an embodiment includes a cooling body, a high-frequency semiconductor device disposed on the cooling body, a heat insulating container that accommodates the cooling body and the high-frequency semiconductor device inside, and has an opening in a part thereof. Are provided. The high-frequency semiconductor device includes a base plate disposed on the cooling body, a signal processing circuit that is provided on the base plate and performs desired signal processing on a high-frequency signal, and the signal on the base plate An internal circuit provided so as to be electrically connected to the processing circuit, and fixed to the inner surface of the heat insulating container so as to seal the opening of the heat insulating container, and electrically connected to the internal circuit by electromagnetic coupling On the electromagnetic coupling circuit to be connected, on the electromagnetic coupling circuit in the opening of the heat insulation container, on the height adjustment circuit arranged to be electrically connected to the circuit, on the outer peripheral surface of the heat insulation container And an external circuit electrically connected to the height adjustment circuit.
本実施形態に係る高周波半導体モジュールは、冷却体と、この冷却体上に配置された高周波半導体装置と、冷却体および高周波半導体装置を内部に収容する断熱容器と、を具備する。高周波半導体装置は冷却体によって低温にされる。そして、冷却体および高周波半導体装置が断熱容器で覆われているため、外部からの熱の流入が抑制され、低温状態を効率的に維持することができる。したがって、高周波半導体装置は低温で動作することができ、NF(Noise Figure)特性を向上させることができる。以下に、このような実施形態に係る高周波半導体モジュールについて、図面を参照して説明する。 The high-frequency semiconductor module according to the present embodiment includes a cooling body, a high-frequency semiconductor device disposed on the cooling body, and a heat insulating container that houses the cooling body and the high-frequency semiconductor device. The high frequency semiconductor device is cooled to a low temperature by a cooling body. And since the cooling body and the high frequency semiconductor device are covered with the heat insulation container, inflow of the heat from the outside is suppressed and the low temperature state can be efficiently maintained. Therefore, the high-frequency semiconductor device can operate at a low temperature and can improve NF (Noise Figure) characteristics. Hereinafter, a high-frequency semiconductor module according to such an embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体および高周波半導体装置を示す分解斜視図である。図1に示すように、高周波半導体装置10は、冷却体11上に配置されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a high-frequency semiconductor module cooling body and a high-frequency semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the high-
冷却体11上に配置される高周波半導体装置10において、例えばCuによって構成されるキャリアプレートであるベース板12の表面上には、高周波信号に対して信号処理を行う信号処理回路13が配置されている。信号処理回路13は、絶縁基板14と、この基板14の上面上に設けられた複数の高周波半導体素子15(以下、半導体素子と称する場合もある。)と、絶縁基板14の上面上に設けられ、複数の半導体素子15に接続される分岐・整合回路16および合成・整合回路17と、によって構成される。
In the high-
絶縁基板14は例えばアルミナ(Al2O3)によって構成される基板である。複数の半導体素子15の各々は、例えば低雑音増幅素子である。また、分岐・整合回路16および合成・整合回路17にはそれぞれ、ランゲカプラおよび整合線路等が含まれている。
The
なお、図示は省略しているが、信号処理回路13には、キャパシタ素子等も設けられている。
Although not shown, the
このような信号処理回路13に対して断熱容器18(図7等)の外部から高周波信号を入力する部分、および信号処理回路13から出力される高周波信号を断熱容器18の外部に出力する部分、はそれぞれ、電磁結合部19、20によって構成されている。電磁結合部19、20は、信号処理回路13に電気的に接続されている。そして、電磁結合部19、20は、断熱容器18の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続すると同時に、断熱容器18の内部と外部とを非接触にする。以下に、電磁結合部19、20について詳述する。
A portion for inputting a high frequency signal from the outside of the heat insulating container 18 (FIG. 7 and the like) to the
信号処理回路13に対して断熱容器18(図7等)の外部から高周波信号を入力する入力側の電磁結合部19である第1の電磁結合部19は、信号処理回路13に電気的に接続される内部回路である内部入力回路21、および内部入力回路21の上方に配置された第1の電磁結合回路22、によって構成されている。
A first
内部入力回路21は、例えば超伝導回路であって、超伝導基板23(酸化マグネシウム(MgO)基板等の基板上に、YBCO薄膜(不図示)と保護層となる金(Au)薄膜(不図示)が設けられた基板)上のYBCO薄膜及び金薄膜をドライエッチングすることにより、超伝導基板23にW字状の配線24を設けることによって構成されている。この内部入力回路21は、ベース板12の上面上に配置され、ベース板12に設けられた板バネ等の固定具25によって、ベース板12に対して押し付けられている。そして、信号処理回路13の分岐・整合回路16に、ワイヤー等の接続導体26によって電気的に接続されている。
The
第1の電磁結合回路22は、電磁結合によって内部入力回路21に電気的に接続される回路であり、内部入力回路21の配線24に対して電磁結合によって高周波信号を供給する回路である。第1の電磁結合回路22は、内部入力回路21の上方に、内部入力回路21から離間するように配置されている。第1の電磁結合回路22は、例えば内部入力回路21から1mm程度上方に離間した位置に配置されている。なお、第1の電磁結合回路22は、後述する断熱容器18によって所定位置に支持される(図7および図10)。第1の電磁結合回路22の支持構造については後に詳述する。
The first
図2は、第1の電磁結合回路22を拡大して示す斜視図である。図2に示すように、第1の電磁結合回路22において、例えば厚さ1mm程度のアルミナ等によって構成される絶縁基板27の上面上には、I字状の配線28aが設けられている。また、絶縁基板27の上面上には、I字状の配線28aに接続される引き出し配線28b、および引き出し配線28bに接続されるパッド電極28c、が設けられている。さらに、絶縁基板27の上面上には、I字状の配線28a、引き出し配線28b、およびパッド電極28c、の周囲を囲うように接地金属29が設けられている。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the first
他方、図2に点線で示すように、絶縁基板27の下面上の全面には接地金属30が設けられており、接地金属30の一部は、U字状に除去されている。絶縁基板27の周辺部には、この基板27を貫通するスルーホール31が設けられており、絶縁基板27の上面上の接地金属29と下面上の接地金属30とは、スルーホール31内に設けられる導体によって電気的に接続されている。
On the other hand, as shown by a dotted line in FIG. 2, a
このような第1の電磁結合回路22は、絶縁基板27の上面上に設けられたI字状の配線28aに高周波信号が入力されると、その高周波信号は、電磁結合によって、この回路22の下方に配置される内部入力回路21のW字状の配線24に伝達される。
In the first
次に、信号処理回路13から出力される高周波信号を断熱容器18(図7等)の外部に出力する出力側の電磁結合部である第2の電磁結合部20は、信号処理回路13に電気的に接続される内部回路である内部出力回路32、および内部出力回路32の上方に配置された第2の電磁結合回路33、によって構成されている。
Next, the second electromagnetic coupling unit 20, which is an output side electromagnetic coupling unit that outputs a high-frequency signal output from the
内部出力回路32は、例えば信号処理回路13から延在するアルミナ等の絶縁基板14の表面上に、金(Au)によって、信号処理回路13の合成・整合回路17から延在するように、W字状に配線34を設けることによって構成されている。この内部出力回路32は信号処理回路13とともにベース板12の上面上に配置され、ベース板12に設けられた板バネ等の固定具25によって、信号処理回路13とともにベース板12に対して押し付けられている。
For example, the
第2の電磁結合回路33は、電磁結合によって内部出力回路32に電気的に接続される回路であり、内部出力回路32の配線34から電磁結合によって高周波信号が供給される回路である。第2の電磁結合回路33は、内部出力回路32の上方に、内部出力回路32から離間するように配置されている。第2の電磁結合回路33は、例えば内部出力回路32から1mm程度上方に離間した位置に配置されている。なお、第2の電磁結合回路33の具体的な構成は、図2に示す第1の電磁結合回路22と同様に構成されており、絶縁基板の上面上に、I字状の配線35a、引き出し配線35b、およびパッド電極35cが設けられており、また、これらの周囲を囲うように接地金属36が設けられている。このような第2の電磁結合回路33は、第1の電磁結合回路22と同様に、後述する断熱容器18によって所定位置に支持される(図7および図10)。第2の電磁結合回路33の支持構造については後に詳述する。
The second
このような第2の電磁結合回路33の下方に配置される内部出力回路32のW字状の配線34に高周波信号が入力されると、その高周波信号は、電磁結合によって、第2の電磁結合回路33の表面のI字状の配線35aに伝達される。
When a high-frequency signal is input to the W-shaped wiring 34 of the
以上に説明したように、第1、第2の電磁結合部19、20は、断熱容器18の内部と外部とを電磁結合によって電気的に接続する。第1、第2の電磁結合部19、20は、上述したように断熱容器18の内部と外部とを非接触にするが、これについては後述する。
As described above, the first and second
第1の電磁結合部19の第1の電磁結合回路22は、モジュールの外部から高周波信号を受け取る第1の外部信号線37を有する外部回路である外部入力回路38に電気的に接続される。また、第2の電磁結合部20の第2の電磁結合回路33は、モジュールの外部に高周波信号を送出する第2の外部信号線39を有する外部回路である外部出力回路40に電気的に接続される。外部入力回路38および外部出力回路40はそれぞれプリント基板であって、絶縁基板41の上面上に第1の外部信号線37または第2の外部信号線39を設けることによって構成されている。外部入力回路38および外部出力回路40はそれぞれ、後述する断熱容器18の外周面上に配置される(図7)。なお、外部入力回路38および外部出力回路40にはそれぞれ、接地される接地用線路42も設けられている。
The first
なお、第1の電磁結合回路22と、外部入力回路38と、の高さ方向における位置は異なっている。この理由については後述するが、このように高さ方向における位置が互いに異なるため、これらの回路22、38間を、例えばワイヤー等の第1の接続導体で接続することを考えると、第1の接続導体の長さが長くなる。この結果、第1の接続導体でのインダクタンス(または抵抗、放射損)が大きくなる。
Note that the positions of the first
また、一般に、第1の電磁結合回路22の各配線28a、28bおよびパッド電極28cは50Ωのインピーダンスを有するように設計されており、外部入力回路38の第1の外部信号線37も同様に50Ωのインピーダンスを有するように設計されている。一方、パッド電極28cと第1の外部信号線37とを接続する第1の接続導体をワイヤーとすると、そのインピーダンスが50Ωから乖離し、その結果、パッド電極28cと第1の外部信号線37との間にインピーダンスの不整合が発生する。第1の接続導体の長さが短いときには、インピーダンスの不整合は小さいが、上記のように第1の接続導体の長さが長くなると、第1の接続導体によるインピーダンスの不整合が大きくなり、反射損が大きくなる。
In general, the
このように、第1の電磁結合回路22と、外部入力回路38と、の高さ方向における位置が異なっていると、上記問題が生じ、入力損失が増大する。
As described above, if the positions of the first
そこで、第1の電磁結合回路22の上面上には、第1の電磁結合回路22と外部入力回路38とを電気的に接続する第1の接続配線43を有する第1の高さ調整回路44が、例えば銀ナノ粒子によって固定されている。第1の電磁結合回路22上に、この回路22に電気的に接続されるように第1の高さ調整回路44を設けることによって、第1の接続配線43が、第1の電磁結合回路22のパッド電極28cを、外部入力回路38が配置される高さ位置まで電気的に引き出す。第1の接続配線43のインピーダンスを、第1の電磁結合回路22のパッド電極28cおよび外部入力回路38の第1の外部信号線37に整合するように、例えば50Ωに設計することにより、第1の接続配線43を、パッド電極28cおよび第1の外部信号線37、と整合させることができる。そして、第1の接続配線43と外部入力回路38の第1の外部信号線37とは同じ高さ位置に存在するため、これらを電気的に接続する後述の第1の接続導体45の長さを短くでき、第1の接続導体45のインダクタンス(または抵抗、放射損)を小さくできるとともに、第1の接続配線43と第1の外部信号線37とのインピーダンスの不整合を小さくすることができる。その結果、第1の電磁結合回路22と外部入力回路38との間の配線(第1の接続配線43および第1の接続導体45によって構成される高周波信号の線路)においてインピーダンスが不連続になることを抑制することができる。
Therefore, on the upper surface of the first
図3Aは、実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される第1の高さ調整回路を、斜め上方から見た場合の斜視図である。また、図3Bは、実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される第1の高さ調整回路を、斜め下方から見た場合の斜視図である。図3Aおよび図3Bに示すように、第1の高さ調整回路44は、筒状の側壁および天板によって構成される箱状の第1の誘電体60に、第1の接続配線43および接地金属51を設けることによって構成されている。第1の誘電体60は例えばセラミック、アルミナ等によって構成され、第1の接続配線43および接地金属51はそれぞれ、例えば金等の金属薄膜によって構成される。
FIG. 3A is a perspective view of a first height adjustment circuit applied to the high-frequency semiconductor module according to the embodiment as viewed obliquely from above. FIG. 3B is a perspective view of the first height adjustment circuit applied to the high-frequency semiconductor module according to the embodiment as viewed obliquely from below. As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, the first
第1の誘電体60の側壁には、側壁および天板を貫通する貫通孔61が設けられている。そして、この貫通孔61の内壁はメタライズされており、これが配線43aとして機能する。そして、貫通孔61の上端を含む第1の誘電体60の天板の上面の一部には、貫通孔61の内部の配線43aに接続される帯状の配線43bが設けられており、貫通孔61の下端を含む第1の誘電体60の側壁の下面の一部には、貫通孔61の内部の配線43aに接続される島状の配線43cが設けられている。第1の接続配線43は、貫通孔61の内部の配線43a、第1の誘電体60の天板の上面の帯状の配線43b、および第1の誘電体60の側壁の下面の島状の配線43c、によって構成されている。
A through
他方、接地金属51は、第1の誘電体60の表面全面に、第1の接続配線43に接しないように設けられている。
On the other hand, the
図4は、第1の高さ調整回路および第1の電磁結合回路を示す分解斜視図である。また、図5は、図4の一点鎖線X−X´に沿った、第1の高さ調整回路および第1の電磁結合回路の部分断面図である。図4および図5に示すように、第1の高さ調整回路44は、第1の誘電体60の側壁の下面の島状の配線43cが、第1の電磁結合回路22の上面のパッド電極28cに、例えば銀ナノ粒子(不図示)を介して接続され、第1の誘電体60の下面の接地金属51が、第1の電磁結合回路22の上面の接地金属29に、例えば銀ナノ粒子(不図示)を介して接続されるように、第1の電磁結合回路22上に設けられる。このようにして、第1の高さ調整回路44の第1の接続配線43は、第1の電磁結合回路22の上面のパッド電極28cに電気的に接続される。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the first height adjustment circuit and the first electromagnetic coupling circuit. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the first height adjustment circuit and the first electromagnetic coupling circuit along the one-dot chain line XX ′ in FIG. 4. As shown in FIGS. 4 and 5, the first
なお、第1の誘電体60の天板の上面の帯状の配線43bには、後述する第1の接続用基板49上に設けられた第1の信号用リード線45(図1)が接続され、第1の誘電体60の天板の上面の接地金属51には、後述する接地用リード線50(図1)が接続される。このように、第1の高さ調整回路44の第1の接続配線43は、第1の接続用基板上49の第1の信号用リード線45を介して、外部入力回路38の第1の外部信号線37に電気的に接続される。
The first signal lead wire 45 (FIG. 1) provided on the
以上に説明した第1の高さ調整回路44を、第1の電磁結合回路22に整合するように第1の電磁結合回路22上に設けることによって、第1の電磁結合回路22のI字状の配線28aは、外部入力回路38が配置される高さ位置まで引き出されている。そして、第1の高さ調整回路44と外部入力回路38とを第1の接続導体45で接続することにより、第1の接続導体45でのインダクタンス(または抵抗、放射損)を小さくできるとともに、第1の高さ調整回路44と外部入力回路38との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。この結果、第1の電磁結合回路22と外部入力回路38との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。
By providing the first
このように設けられる第1の高さ調整回路44は、第1の電磁結合回路22の上面の引き出し配線28bおよびI字状の配線28aのバックショートとなるように構成されている。すなわち、図5に示すように、第1の誘電体60の側壁の高さH(側壁下端から天板下面までの長さH)は、第1の電磁結合回路22の引き出し配線28bおよびI字状の配線28aを伝送される高周波信号の、第1の誘電体60の内面の接地金属51で囲われる空間Sへの放射を抑制するようになっている。従って、高周波信号の引き出し配線28bおよびI字状の配線28aでの損失を抑制することができる。
The first
ここで、高周波信号の波長をλとしたとき、上記高さHをλ/4にすると、引き出し配線28bおよびI字状の配線28aを伝送される高周波信号の空間S内への放射が最も抑制される。したがって、第1の誘電体60は、上記高さHが実質的にλ/4となるように構成されている。ここで、高さHが実質的にλ/4であるとは、製造誤差等によってλ/4からαだけずれた場合も含まれる。すなわち、高さHが実質的にλ/4であるとは、H=(λ/4)±αであることを意味する。
Here, when the wavelength of the high-frequency signal is λ and the height H is λ / 4, the radiation of the high-frequency signal transmitted through the lead-out
このような構造は、出力側においても同様になっている。すなわち、第2の電磁結合回路33の上面上には、第2の電磁結合回路33と外部出力回路40とを電気的に接続する第2の接続配線46を有する第2の高さ調整回路47が、例えば銀ナノ粒子によって固定されている。第2の電磁結合回路33上に、この回路33に整合した状態で電気的に接続されるように第2の高さ調整回路47を設けることによって、第2の電磁結合回路33のI字状の配線35aは、外部出力回路40が配置される高さ位置まで引き出されている。そして、第2の高さ調整回路47と外部出力回路40とを第2の接続導体48で接続することにより、第2の接続導体48の長さを短くでき、インダクタンス(または抵抗、放射損)を小さくできるとともに、第2の高さ調整回路47と外部出力回路40との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。この結果、第2の電磁結合回路33と外部出力回路40との間のインピーダンスの不整合を小さくすることができる。さらに、第2の高さ調整回路47は、第2の電磁結合回路33の上面の引き出し配線35bおよびI字状の配線35aのバックショートとなるように構成されている。従って、高周波信号の引き出し配線35bおよびI字状の配線35aでの損失も抑制される。
Such a structure is the same on the output side. That is, on the upper surface of the second
図1を参照する。第1の高さ調整回路44と外部入力回路38とは同じ高さに設けられているため、これらを接続する第1の接続導体45として、ワイヤーが適用されてもよい。しかしながら、本実施形態において、第1の接続導体45として、後述する断熱容器18の外周面上に配置される第1の接続用基板49上に設けられた第1の信号用リード線45が適用されている。第1の信号用リード線45は、第1の高さ調整回路44の第1の接続配線43と外部入力回路38の第1の外部信号線37とを接続する。なお、第1の接続用基板49上において、第1の信号用リード線45の両側には、接地用リード線50も設けられており、これらの接地用リード線50は、第1の高さ調整回路44の接地金属51と、外部入力回路38の接地用線路42と、を接続する。
Please refer to FIG. Since the first
同様に、第2の高さ調整回路47と外部出力回路40とは同じ高さに設けられているため、これらを接続する第2の接続導体48として、ワイヤーが適用されてもよい。しかしながら、本実施形態において、第2の接続導体48として、後述する断熱容器18の外周面上に配置される第2の接続用基板52上に設けられた第2の信号用リード線48が適用されている。第2の信号用リード線48は、第2の高さ調整回路47の第2の接続配線46と外部出力回路40の第2の外部信号線39とを接続する。なお、第2の接続用基板52上において、第2の信号用リード線48の両側には、接地用リード線53も設けられており、これらの接地用リード線53は、第2の高さ調整回路47の接地金属54と、外部出力回路40の接地用線路42と、を接続する。
Similarly, since the second
図6は、実施形態に係る高周波半導体モジュールの冷却体11および高周波半導体装置10を示す斜視図である。以上説明した高周波半導体装置10(以下、半導体装置10と称する場合もある。)は、実際には、図6に示すように組み立てられて構成される。このような半導体装置10は、冷却体11上に配置されている。したがって、半導体装置10は、低温下において動作することができ、NF特性を向上させることができる。
FIG. 6 is a perspective view showing the cooling
図7は、実施形態に係る高周波半導体モジュールの一断面図である。図7に示すように、実施形態に係る高周波半導体モジュール100において、冷却体11上に配置された半導体装置10は、その一部を除いて、内部が実質的に真空状態となっている断熱容器18に覆われている。断熱容器18は、例えばステンレス鋼(SUS)によって構成される金属容器である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the high-frequency semiconductor module according to the embodiment. As shown in FIG. 7, in the high-
冷却体11内には、冷却用の媒体(例えば液体窒素)の流路となるパイプ55が設けられており、このパイプ55は、冷却体11の側面から外部方向に延在している。断熱容器18は、冷却体11から延在するパイプ55に、断熱材56を介して固定されている。すなわち、冷却体11を含む半導体装置10は、パイプ55によって、断熱容器18内の所定位置に固定されている。なお、冷却体11は、熱を能動的に外部に放熱する、いわゆる冷凍機であってもよい。
A
図8は、実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される断熱容器の一部を示す斜視図であり、図9は、半導体装置に断熱容器を設けることによって構成される実施形態に係る高周波半導体モジュールの要部を示す斜視図である。なお、図8に示す断熱容器の一部は、半導体装置上に配置される断熱容器である。上述の図7、および図8、図9にそれぞれ示すように、断熱容器18の2箇所には開口部57が設けられている。そして、断熱容器18は、第1、第2の高さ調整回路44、47の各々が開口部57内に、開口部57の側壁から離間するように配置されるようにして、半導体装置10上に配置されている。なお、図7に示すように、上述の第1、第2の電磁結合回路22、33は、断熱容器18の開口部57を封止するように配置され、例えば銀ナノ粒子によって固定される。第1、第2の電磁結合回路22、33がこのように固定されることによって、第1、第2の電磁結合回路22、33は、内部入力回路21、内部出力回路32の上方に、これらの回路21、32から離間するように配置される。さらに、第1、第2の電磁結合回路22、33をこのように固定することによって、断熱容器18の内部は密閉される。
FIG. 8 is a perspective view showing a part of a heat insulating container applied to the high frequency semiconductor module according to the embodiment, and FIG. 9 is a high frequency semiconductor module according to the embodiment configured by providing a heat insulating container in the semiconductor device. It is a perspective view which shows the principal part. Note that a part of the heat insulating container illustrated in FIG. 8 is a heat insulating container disposed on the semiconductor device. As shown in FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 described above,
また、図7および図9にそれぞれ示すように、第1、第2の接続用基板49、52および外部入出力回路38、40は、開口部57近傍の断熱容器18の外周面上に配置されている。
Further, as shown in FIGS. 7 and 9, the first and
ここで、第1、第2の電磁結合回路22、33の上面と、断熱容器18の外周面上に配置される外部入出力回路38、40の上面と、が同程度の高さとなる程度に断熱容器18の厚さが薄ければ、前述した第1、第2の高さ調整回路44、47は不要となる。しかし、このように断熱容器18を薄くすると、十分な断熱効果が補償されないばかりか、断熱容器18の機械的強度も極めて弱くなり、高周波半導体モジュール100の信頼性を損なう恐れがある。したがって、断熱容器18は、十分に厚い金属によって構成される必要がある。この結果、第1、第2の電磁結合回路22、33の上面と、断熱容器18の外周面上に配置される外部入出力回路38、40の上面と、の高さ位置は異なってしまう。したがって、上述したように、第1、第2の高さ調整回路44、47が必要となる。
Here, the upper surfaces of the first and second
なお、図7および図8に示すように、断熱容器18の内面には、断熱容器18の内部方向に延在する複数の遮蔽板58が設けられている。他方、図1、図6、および図7に示すように、ベース板12のうち、内部入力回路21を挟む複数個所と、信号処理回路13および内部出力回路32を略囲う複数個所と、にはそれぞれ、溝59が設けられている。そして、断熱容器18は、図7に示すように、各遮蔽板58がベース板12の各溝59内に、溝59に接触しないように挿入されるようにして配置される。このように遮蔽板58を有する断熱容器18を配置することによって、断熱容器18と半導体装置10とを接触させずに、半導体装置10と断熱容器18との間の空間を電磁空間的に細かく分離することができる。この結果、断熱容器18から半導体装置10への熱の流入を抑制し、かつ半導体装置10と断熱容器18との間の空間の共振周波数を、使用周波数帯において無視できる程度に高くすることができる。
As shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of shielding
なお、本実施形態において、遮蔽板58および溝59は、半導体装置10の内部入力回路21上の空間と、信号処理回路13および内部出力回路32上の空間と、を電磁空間的に分離しているが、さらに、信号処理回路13上の空間と内部出力回路32上の空間とを電磁空間的に分離するように、遮蔽板58および溝59が設けられていてもよい。
In the present embodiment, the shielding
図10は、実施形態に係る高周波半導体モジュールに適用される第1の電磁結合回路およびその周囲を拡大して示す部分断面図である。図10に示すように、第1の電磁結合回路22は、断熱容器18の内面側から開口部57を封止するように配置されている。そして、第1の電磁結合回路22は、例えば銀ナノ粒子によって、断熱容器18の内面に固定されている。このように第1の電磁結合回路22は、断熱容器18の内面に固定されることによって断熱容器18に支持された状態で、内部入力回路21の上方に配置される。したがって、断熱容器18の内面とベース板12に配置された信号処理回路13との距離Lを長くすることができる。
FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view showing a first electromagnetic coupling circuit applied to the high-frequency semiconductor module according to the embodiment and its periphery. As shown in FIG. 10, the first
なお、図7に示すように、第2の電磁結合回路33についても第1の電磁結合回路22と同様に、断熱容器18の内面側から開口部57を封止するように配置されており、例えば銀ナノ粒子によって、断熱容器18の内面に固定されている。このように第2の電磁結合回路33は、断熱容器18の内面に固定されることによって断熱容器18に支持された状態で、内部出力回路32の上方に配置される。
As shown in FIG. 7, the second
図11は、比較例に係る高周波半導体モジュールに適用される第1の電磁結合回路およびその周囲を拡大して示す、図10に対応する部分断面図である。図11に示すように、断熱容器18´の開口部57´の下端に、第1の電磁結合回路22を支持するための支持部1000を設け、第1の電磁結合回路22を、開口部57´内の支持部1000によって支持する場合、断熱容器18´の内面とベース板12上に配置された信号処理回路13との距離L´は、図10に示す距離Lより短くなる。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 10 showing the first electromagnetic coupling circuit applied to the high-frequency semiconductor module according to the comparative example and the periphery thereof in an enlarged manner. As shown in FIG. 11, a
以上に説明した実施形態に係る高周波半導体モジュール100によれば、第1、第2の電磁結合回路22、33を、断熱容器18の内面側から開口部57を封止するように配置し、断熱容器18の内面に固定している。したがって、比較例に係る高周波半導体モジュールと比較して、断熱容器18と信号処理回路13(高周波半導体装置10)との距離を長くすることができる。この結果、断熱容器18から高周波半導体装置10に熱が流入することを抑制することができ、高周波半導体モジュール100の断熱性を向上させることができる。
According to the high-
さらに、実施形態に係る高周波半導体モジュール100によれば、断熱容器18と信号処理回路13(高周波半導体装置10)との距離を長くすることができるため、信号処理回路13にキャパシタ素子等を、断熱容器18に接触しないように配置することができる。したがって、信号処理回路13を容易に設計することができる。
Furthermore, according to the high
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、第1の高さ調整回路の接地金属51は、第1の誘電体60の内面には設けられなくてもよい。また、第1の誘電体60の内部には、さらに誘電体が設けられていてもよい。また、第1の誘電体の形状についても箱状に限定されず、筒状であってもよいし、板状であってもよい。さらに、第1の接続配線43は、第1の誘電体60を貫通するように設けられなくてもよく、例えば第1の誘電体の表面に設けられてもよい。このように、第1の高さ調整回路の構造は、上述の構造に限定されない。第2の高さ調整回路の構造についても同様である。
For example, the
また、第1、第2の高さ調整回路の構造によっては、第1、第2の電磁結合回路22、33に対して電磁シールドの効果を有さない場合があり、この場合には、第1、第2の電磁結合回路22、33に電磁シールドを設けてもよい。
Depending on the structure of the first and second height adjustment circuits, the first and second
また、内部入力回路21に超伝導回路を用い、内部出力回路32は信号処理回路13と一体的に設けられているが、内部入力回路21とともに内部出力回路32にも超伝導回路を用いてもよいし、内部入力回路21を信号処理回路13と一体的に設け、内部出力回路32にのみ超伝導回路を用いてもよい。
Further, although a superconducting circuit is used for the
また、内部入力回路21、信号処理回路13、および内部出力回路32はそれぞれベース板12上に配置されており、固定具25によって上方から押さえつけられることによってベース板12に固定されているが、上記各回路21、13、32は、ベース板12に対して接着剤等によって固定されてもよい。
The
また、断熱容器18に設けられる遮蔽板58は、高周波信号が通り抜けないように設けられた金属製のばね等であってもよい。
Further, the shielding
10・・・高周波半導体装置(半導体装置)
11・・・冷却体
12・・・ベース板
13・・・信号処理回路
14・・・絶縁基板
15・・・高周波半導体素子(半導体素子)
16・・・分岐・整合回路
17・・・合成・整合回路
18、18´・・・断熱容器
19・・・(第1の)電磁結合部
20・・・(第2の)電磁結合部
21・・・内部入力回路
22・・・第1の電磁結合回路
23・・・超伝導基板
24・・・配線
25・・・固定具
26・・・接続導体
27・・・絶縁基板
28a・・・I字状の配線
28b・・・引き出し配線
28c・・・パッド電極
29・・・接地金属
30・・・接地金属
31・・・スルーホール
32・・・内部出力回路
33・・・第2の電磁結合回路
34・・・配線
35a・・・I字状の配線
35b・・・引き出し配線
35c・・・パッド電極
36・・・接地金属
37・・・第1の外部信号線
38・・・外部入力回路
39・・・第2の外部信号線
40・・・外部出力回路
41・・・絶縁基板
42・・・接地用線路
43・・・第1の接続配線
43a、43b、43c・・・配線
44・・・第1の高さ調整回路
45・・・第1の接続導体(第1の信号用リード線)
46・・・第2の接続配線
47・・・第2の高さ調整回路
48・・・第2の接続導体(第2の信号用リード線)
49・・・第1の接続用基板
50・・・接地用リード線
51・・・接地金属
52・・・第2の接続用基板
53・・・接地用リード線
54・・・接地金属
55・・・パイプ
56・・・断熱材
57、57´・・・開口部
58・・・遮蔽板
59・・・溝
60・・・第1の誘電体
100・・・高周波半導体モジュール
1000・・・支持部
10 ... High-frequency semiconductor device (semiconductor device)
DESCRIPTION OF
16 ... branch / matching circuit 17 ... synthesis /
46 ...
49...
Claims (2)
前記冷却体上に配置された高周波半導体装置と、
前記冷却体および前記高周波半導体装置を内部に収容し、一部に開口部を有する断熱容器と、
を具備する高周波半導体モジュールであって、
前記高周波半導体装置は、
前記冷却体上に配置されたベース板と、
前記ベース板上に設けられ、高周波信号に対して所望の信号処理を行う信号処理回路と、
前記ベース板上に、前記信号処理回路に電気的に接続されるように設けられた内部回路と、
前記断熱容器の前記開口部を封止するように前記断熱容器の内面に固定され、電磁結合によって前記内部回路に電気的に接続される電磁結合回路と、
前記断熱容器の前記開口部内の前記電磁結合回路上に、この回路と電気的に接続されるように配置された高さ調整回路と、
前記断熱容器の外周面上に配置され、前記高さ調整回路と電気的に接続される外部回路と、
を備えることを特徴とする高周波半導体モジュール。 A cooling body;
A high-frequency semiconductor device disposed on the cooling body;
A heat insulating container containing the cooling body and the high-frequency semiconductor device therein, and having an opening in a part thereof;
A high frequency semiconductor module comprising:
The high-frequency semiconductor device includes:
A base plate disposed on the cooling body;
A signal processing circuit that is provided on the base plate and performs desired signal processing on a high-frequency signal;
An internal circuit provided on the base plate so as to be electrically connected to the signal processing circuit;
An electromagnetic coupling circuit fixed to the inner surface of the heat insulating container so as to seal the opening of the heat insulating container and electrically connected to the internal circuit by electromagnetic coupling;
A height adjusting circuit disposed on the electromagnetic coupling circuit in the opening of the heat insulating container so as to be electrically connected to the circuit;
An external circuit disposed on the outer peripheral surface of the heat insulating container and electrically connected to the height adjustment circuit;
A high frequency semiconductor module comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015037582A JP2016162790A (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | High frequency semiconductor module |
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