(57)【要約】【課題】複数の周波数帯に対応した半導体モジュールを含む通信モジュールのサイズの増大を抑制する。【解決手段】半導体モジュールは、回路基板と、回路基板上に実装された、第１の周波数帯の入力信号を処理する第１の半導体素子基板と、回路基板上に実装された、第２の周波数帯の入力信号を処理する第２の半導体素子基板と、第１及び第２の半導体素子基板の間に配置され、回路基板上に実装された、第１及び第２の半導体素子基板の制御を行う制御素子基板と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板上に実装された、第１の周波数帯の入力信号を処理する第１の半導体素子基板と、
前記回路基板上に実装された、第２の周波数帯の入力信号を処理する第２の半導体素子基板と、
前記第１及び第２の半導体素子基板の間に配置され、前記回路基板上に実装された、前記第１及び第２の半導体素子基板の制御を行う制御素子基板と、
を備える半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュールであって、
前記回路基板上に実装された、前記第１の半導体素子基板と前記半導体モジュールの外部との間の第１の整合回路と、
前記回路基板上に実装された、前記第１の半導体素子基板と前記半導体モジュールの外部との間の第２の整合回路と、
をさらに備え、
前記第１及び第２の整合回路は、前記回路基板上の同一の側に配置されている、
半導体モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体モジュールであって、
前記第１及び第２の半導体素子基板は、それぞれ、入力端子及び出力端子を備え、
前記第１の整合回路は、前記第１の半導体素子基板の出力端子と前記半導体モジュールの外部とを接続する端子とを接続するように配置され、
前記第２の整合回路は、前記第２の半導体素子基板の出力端子と前記半導体モジュールの外部とを接続する端子とを接続するように配置されている、
半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体モジュールであって、
前記第１の半導体素子基板に接続される第１の配線により発生する磁界と、前記第２の半導体素子基板に接続される第２の配線により発生する磁界とが直交するように、前記第１及び第２の配線が形成されている、
半導体モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体モジュールであって、
前記回路基板は多層基板であり、
前記第１の配線は、前記多層基板の複数層にわたって形成された螺旋状の配線を含み、
前記第２の配線は、前記多層基板の表面に形成されたコイルを含む、
半導体モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体モジュールであって、
前記コイルは、表面を絶縁膜で被覆された線材を用いて構成され、前記線材が各端部の複数巻において前記絶縁膜から露出し、該露出する部分が各端部において電気的に接続され、前記線材は前記回路基板の主面に略平行な軸を中心にして巻回されている、
半導体モジュール。
【請求項７】
請求項２に記載の半導体モジュールであって、
前記第１の整合回路を構成するコンデンサと、前記第２の整合回路を構成するコンデンサとの間に接地電位が供給されるように構成されている、
半導体モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の半導体モジュールであって、
前記第１の半導体素子基板の回路レイアウトは、前記第２の半導体素子基板の回路レイアウトを前記制御素子基板を基準に略反転したものである、
半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の携帯端末で用いられる無線通信規格においては、複数の周波数帯が用いられることがある。例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（登録商標）では、低周波帯（例えば８５０ＭＨｚ帯）と高周波帯（例えば１９００ＭＨｚ帯）が用いられることがある。このように複数の周波数帯に対応した通信モジュールを構成するために、各周波数帯に適応した電力増幅モジュールやスイッチが必要となる。そこで、周波数帯に応じた複数の半導体素子基板を有する半導体モジュールが用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている電力増幅モジュールは、周波数帯が異なる２つの電力増幅回路を備えているが、各電力増幅回路のバイアスを制御するための制御信号は、電力増幅モジュールの外部から供給される構成となっている。つまり、通信モジュール内における、電力増幅を行うための構成として、電力増幅モジュールに加えて制御装置を別途設ける必要があり、モジュールサイズの大型化を招いていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数の周波数帯に対応した半導体モジュールを含む通信モジュールのサイズの増大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体モジュールは、回路基板と、回路基板上に実装された、第１の周波数帯の入力信号を処理する第１の半導体素子基板と、回路基板上に実装された、第２の周波数帯の入力信号を処理する第２の半導体素子基板と、第１及び第２の半導体素子基板の間に配置され、回路基板上に実装された、第１及び第２の半導体素子基板の制御を行う制御素子基板と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の周波数帯に対応した半導体モジュールを含む通信モジュールのサイズの増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。
【図２】電力増幅モジュールの構成の一例を示す図である。
【図３】電力増幅モジュールの端子配置の一例を示す図である。
【図４】シングルバンドの電力増幅モジュールの端子配置の一例を示す図である。
【図５】回路基板における配線の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電力増幅モジュールを含む送信ユニットの構成例を示す図である。送信ユニット１０は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、音声やデータなどの各種信号を基地局へ送信するために用いられる。なお、移動体通信機は基地局から信号を受信するための受信ユニットも備えるが、ここでは説明を省略する。
【００１０】
図１に示すように、送信ユニット１０は、ベースバンド部２０、ＲＦ処理部２５、制御部２７、電力増幅モジュール３０、フロントエンド部３５、及びアンテナ４０を含んで構成される。
【００１１】
ベースバンド部２０は、入力信号をＩＱ信号に変換して出力する。ＲＦ処理部２５は、ＨＳＵＰＡやＬＴＥ等の変調方式に基づいて入力信号を変調し、無線送信を行うための高周波（ＲＦ）信号を生成する。ＲＦ信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。
【００１２】
本実施形態では、ＲＦ処理部２５は、デュアルバンドに対応しており、低周波帯（例えば８５０ＭＨｚ帯）及び高周波帯（例えば１９００ＭＨｚ帯）での変調が可能である。つまり、ＲＦ処理部２５は、制御部２７の制御に応じて、低周波帯のＲＦ信号（ＲＦIL）及び高周波帯のＲＦ信号（ＲＦIH）を出力することができる。
【００１３】
電力増幅モジュール３０は、制御部２７の制御に応じて、ＲＦ信号（ＲＦIL／ＲＦIH）の電力を、基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、増幅信号（ＲＦOL／ＲＦOH）を出力する。
【００１４】
フロントエンド部３５は、増幅信号に対するフィルタリングや、基地局から受信する受信信号とのスイッチングなどを行う。フロントエンド部３５から出力される増幅信号は、アンテナ４０を介して基地局に送信される。
【００１５】
図２は、電力増幅モジュール３０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力増幅モジュール３０は、低周波帯用の電力増幅回路１００、高周波帯用の電力増幅回路１１０、バイアス制御集積回路（ＩＣ）１２０、整合回路１３０，１４０、及びコイル１５０を含む部品が回路基板２００に実装されて構成されている。本実施形態では、回路基板２００は多層基板となっている。なお、回路基板２００の種類は任意であり、例えば、樹脂基板であってもよいし、セラミック基板であってもよい。
【００１６】
電力増幅回路１００は、低周波帯（例えば８５０ＭＨｚ帯）のＲＦ信号（ＲＦIL）を増幅可能に構成された半導体素子基板である。電力増幅回路１００は、ワイヤボンディングやフリップチップ実装により、回路基板２００に実装されている。
【００１７】
電力増幅回路１００は、例えば、パワーアンプ３００，３１０及び整合回路３２０，３３０を含んで構成される。パワーアンプ３００，３１０は、バイアス制御ＩＣ１２０から供給されるバイアス電圧を用いて入力信号の電力を増幅する、二段の増幅回路を構成している。整合回路３２０，３３０は、それぞれ、パワーアンプ３００，３１０とその入力端子側である前段とのインピーダンス整合を行うために設けられている。なお、図２に示す構成では、電力増幅回路１００におけるパワーアンプの段数を二段としたが、段数はこれに限られず、一段であってもよいし、三段以上であってもよい。
【００１８】
電力増幅回路１１０は、高周波帯（例えば１９００ＭＨｚ帯）のＲＦ信号（ＲＦIH）を増幅可能に構成された半導体素子基板である。電力増幅回路１１０は、ワイヤボンディングやフリップチップ実装により、回路基板２００に実装されている。
【００１９】
電力増幅回路１１０は、例えば、パワーアンプ３４０，３５０及び整合回路３６０，３７０を含んで構成される。パワーアンプ３４０，３５０は、バイアス制御ＩＣ１２０から供給されるバイアス電圧を用いて入力信号の電力を増幅する、二段の増幅回路を構成している。整合回路３６０，３７０は、それぞれ、パワーアンプ３４０，３５０とその入力端子側である前段とのインピーダンス整合を行うために設けられている。なお、図２に示す構成では、電力増幅回路１１０におけるパワーアンプの段数を二段としたが、段数はこれに限られず、一段であってもよいし、三段以上であってもよい。また、電力増幅回路１１０は、バイアス制御ＩＣ１２０やパワーアンプ１００を含んでもよい。
【００２０】
バイアス制御ＩＣ１２０は、バッテリ電圧ＶBATを用いて、電力増幅回路１００，１１０にバイアス電圧を供給する。具体的には、バイアス制御ＩＣ１２０は、電圧ＶENLが一方のレベル（例えばハイレベル）の場合には、電力増幅回路１００にバイアス電圧を供給し、電圧ＶENLが他方のレベル（例えばローレベル）の場合には、電力増幅回路１００にバイアス電圧を供給しない。また、バイアス制御ＩＣ１２０は、電圧ＶENHが一方のレベル（例えばハイレベル）の場合には、電力増幅回路１１０にバイアス電圧を供給し、電圧ＶENHが他方のレベル（例えばローレベル）の場合には、電力増幅回路１１０にバイアス電圧を供給しない。
【００２１】
また、バイアス制御ＩＣ１２０は、電圧ＶMODEに基づいて、電力増幅回路１００，１１０の出力レベルを切り替えることができる。具体的には、バイアス制御ＩＣ１２０は、電圧ＶMODEが一方のレベル（例えばハイレベル）の場合には、電力増幅回路１００，１１０の出力レベルを高くし、電圧ＶMODEが他方のレベル（例えばローレベル）の場合には、電力増幅回路１００，１１０の出力レベルを低くするように、バイアス電圧のレベルを制御することができる。
【００２２】
整合回路１３０は、電力増幅回路１００の出力端子に接続され、電力増幅回路１００の出力と、端子ＲＦOLに接続される後段の回路とのインピーダンス整合を行うものであり、例えば、コイルやコンデンサを用いて構成されている。同様に、整合回路１４０は、電力増幅回路１１０の出力端子に接続され、電力増幅回路１１０の出力と、端子ＲＦOHに接続される後段の回路とのインピーダンス整合を行うものであり、例えば、コイルやコンデンサを用いて構成されている。
【００２３】
コイル１５０は、電圧ＶCCを供給する電源に対するインピーダンスを高くするために設けられている。コイル１５０は、例えば、空芯コイルを回路基板２００の表面に実装することにより形成することができる。
【００２４】
詳細は後述するが、電力増幅回路１００に接続される配線の一部分４００，４１０は、回路基板２００において、多層基板の複数層にわたって形成された螺旋状の配線を含んでいる。これは、電力増幅回路１１０に接続される配線の一部分４２０を構成するコイル１５０により発生する磁界の影響を抑制するためである。
【００２５】
図３は、電力増幅モジュール３０の端子配置の一例を示す図である。図３の破線によって囲まれた範囲の端子は、電力増幅モジュール３０に含まれる電力増幅回路１１０の動作に用いられる端子である。つまり、電力増幅モジュール３０では、電力増幅回路１１０の動作に用いられる端子は、連続して設けられており、図３における左右の端子数は同一となっている。さらに、これらの端子の配置を、例えば、図４に示すような、電力増幅回路１１０と同等の高周波帯の電力増幅を行う電力増幅モジュール５００、すなわちシングルバンドの電力増幅モジュール５００の端子配置と同一とすることができる。
【００２６】
このように、端子配置を同一とすることにより、電力増幅モジュール５００が用いられている送信ユニットにおける配線レイアウトを流用して、電力増幅モジュール３０を用いることが可能となる。これにより、レイアウト調整や特性調整の時間を削減し、コスト上昇を抑制することができる。
【００２７】
また、電力増幅モジュール３０では、電力増幅回路１００の回路レイアウトは、電力増幅回路１１０の回路レイアウトを、バイアス制御ＩＣ１２０を基準として略反転（ミラー反転）したものとすることができる。これにより、例えば、電力増幅モジュール５００において用いられていた電力増幅回路１１０と同等の回路レイアウトを、電力増幅モジュール３０の電力増幅回路１００にも適用することが可能となる。すなわち、電力増幅モジュール５００において保証されていた性能を、電力増幅回路１１０だけでなく、電力増幅回路１００においても適用することが可能となる。
【００２８】
図５は、回路基板２００における配線の構成の一例を示す図である。なお、図５に示す配線は、回路基板２００における配線の一部のレイアウトを模式的に示したものであり、配線のレイアウトを正確に表したものではない。
【００２９】
図５に示す例では、回路基板２００は、四層の基板５１０，５２０，５３０，５４０を含む多層基板により構成されている。なお、図５において、アルファベットで示された点は、層間での接続関係を示している。例えば、第１層５１０のＡ点と、第２層５２０のＡ点とは、第１層５１０と第２層５２０との間で接続されている。
【００３０】
図５において、配線６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃは、電力増幅回路１００の出力信号が送信される配線の一部である。例えば、配線６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃは、図２に示した配線部分４００を構成するものである。図５に示すように、配線６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃは、第１層５１０、第２層５２０、第３層５３０にわたって形成されており、その形状は螺旋状となっている。つまり、配線部分４００の一部は、回路基板２００の積層方向に略平行な軸に巻回するように深さ方向に形成された螺旋状となっている。
【００３１】
一方、図５に示すように、コイル１５０は、第１層５１０の表面に実装されている。例えば、コイル１５０は、図２に示した配線部分４２０を構成するものである。つまり、配線部分４２０の一部は、コイル１５０を構成する線材を回路基板２００の主面に略平行な軸に巻回して形成された螺旋状となっている。
【００３２】
このように、回路基板２００においては、コイル１５０により発生する磁界と直交する磁界を発生するように、配線６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃが形成されている。これにより、高周波帯と低周波帯との間で、信号の漏れ込みを抑制することができる。
【００３３】
なお、図５には示していないが、電力増幅回路１００に電源を供給するための配線の一部である配線部分４１０についても、配線部分４００と同様に、回路基板２００の深さ方向に形成された螺旋状の配線を含むことができる。
【００３４】
また、電力増幅回路１１０の出力端子に接続される整合回路１４０を構成するコイルの発生する磁界と、電力増幅回路１００の出力端子に接続される配線部分４００や整合回路１３０を構成するコイルの発生する磁界とが直交するように各コイルおよび配線電極を構成することにより、電力増幅回路１１０を含む高周波数帯側回路と電力増幅回路１００を含む低周波数帯側回路との間の干渉を低減することができ、電力増幅モジュールの特性を向上することができる。
【００３５】
また、本実施形態において、コイル１５０は、表面を絶縁膜（例えばポリエチレン膜）で被覆された線材を螺旋状に巻いた空芯コイルである。コイル１５０は、両端部６１０，６２０の複数巻において、線材が絶縁膜から露出されている。そして、該露出した部分が、例えば、はんだめっき等によって電気的に接続され、コイル１５０の電極となっている。コイルの両端部６１０，６２０の露出した部分は、例えば、コイル１５０の端から２〜３巻程度とすることができる。このように、コイル１５０の両端部６１０，６２０をはんだめっき等によって電気的に接続することにより、コイル１５０によって発生する磁界を小さくすることができる。
【００３６】
また、回路基板２００においては、第１層５１０に、低周波帯の整合回路１３０を構成するチップコンデンサ６３０，６４０や、高周波帯の整合回路１４０を構成するチップコンデンサ６５０が設けられている。ここで、図５に示すように、低周波帯のチップコンデンサ６４０と、高周波帯のチップコンデンサ６５０とは、チップコンデンサ６４０，６０５０の間に接地電位（ＧＮＤ）が供給されるように、回路基板２００の第１層５１０に実装されている。このように、チップコンデンサ６４０の一方の端子と、チップコンデンサ６５０の一方の端子との間に、両端子が接続される共通の電極を配置し、その電極に接地電位（ＧＮＤ）が供給される構成とすることにより、低周波帯と高周波帯のどちらか一方側の信号が他方側へ漏れ伝わる際に、その信号が接地電極へ導かれるため、低周波帯の回路と高周波帯の回路との間の干渉を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、接地電位を共通の電極に供給しているが、接地電位が供給される電極を、チップコンデンサごとに分けて配置しても構わない。さらに、各チップコンデンサの端子に接続されない第３の電極を用意し、その電極に接地電位を供給しても構わない。
【００３８】
以上、本実施形態の電力増幅モジュール３０を含む送信ユニット１０について説明した。本実施形態によれば、電力増幅モジュール３０内にバイアス制御ＩＣ１２０が含まれているため、電力増幅モジュールの外部にバイアス制御ＩＣを設ける場合と比較して、送信ユニット１０のサイズの増大や、ノイズの侵入を抑制することができる。また、電力増幅モジュール３０では、電力増幅回路１００，１１０の間にバイアス制御ＩＣ１２０が配置されているため、バイアス制御ＩＣ１２０から電力増幅回路１００，１１０への配線距離を短くすることができ、該配線を介したノイズの侵入を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、低周波帯の整合回路１３０と、高周波帯の整合回路１４０とが、回路基板２００上の同一の側（図２における右側）に配置されている。これにより、回路基板２００上において、整合回路１３０，１４０を効率的に設計することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、低周波帯の配線の一部により発生する磁界と、高周波帯の配線の一部により発生する磁界とが直交するように、配線が形成されている。具体的には、低周波帯の配線部分４００，４１０を回路基板２００の深さ方向の螺旋状とし、コイル１５０を回路基板２００の平面方向の螺旋状とすることにより、低周波帯と高周波帯との間で、信号の漏れ込みを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、コイル１５０を構成する空芯コイルの両端部６１０，６２０において、線材が絶縁膜から露出し、該露出する部分がはんだめっき等によって電気的に接続されている。これにより、コイル１５０により発生する磁界を小さくすることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、低周波帯の整合回路１３０を構成するチップコンデンサ６４０の一方の端子と、高周波帯の整合回路１４０を構成するチップコンデンサ６５０の一方の端子との間に、両端子が接続される共通の電極を配置し、その電極に接地電位（ＧＮＤ）が供給される構成となっている。これにより、低周波帯と高周波帯のどちらか一方側の信号が他方側へ漏れ伝わる際に、その信号が接地電極へと導かれるため、低周波帯と高周波帯との間での干渉を抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、電力増幅モジュール３０における、高周波帯用の端子の配置が、シングルバンドの電力増幅モジュール５００の端子配置と同一となっている。これにより、シングルバンドの電力増幅モジュール５００が用いられている送信ユニットにおける配線レイアウトを流用して、電力増幅モジュール３０を用いることが可能となる。したがって、電力増幅モジュール３０を用いる際のレイアウト調整や特性調整の時間を削減し、コスト上昇を抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、電力増幅回路１００の回路レイアウトは、電力増幅回路１１０の回路レイアウトを、バイアス制御ＩＣ１２０を基準として略反転したものとすることができる。これにより、例えば、電力増幅モジュール５００において保証されていた電力増幅回路の性能を、電力増幅回路１００においても適用することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００４６】
例えば、本実施形態では、複数の周波数帯に対応した半導体モジュールとして電力増幅モジュールを示したが、半導体モジュールはこれに限られない。例えば、第１の周波数帯に対応した第１のスイッチ素子と、第２の周波数帯に対応した第２のスイッチ素子と、第１及び第２のスイッチ素子を制御する制御素子を含むスイッチモジュールであってもよい。
【００４７】
また例えば、本実施形態では、電力増幅回路１００，１１０のバイアス制御を行う制御素子が１つだけ設けられていることとしたが、電力増幅回路１００，１１０のそれぞれに対して、個別に、バイアス制御を行う制御素子が設けられていてもよい。この場合、例えば、図２においてバイアス制御ＩＣ１２０が配置されている位置に、２つの制御素子を上下に並べて配置することができる。
【００４８】
また例えば、本実施形態では、回路基板を多層基板としたが、回路基板は単層基板であってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  送信ユニット
２０  ベースバンド部
２５  ＲＦ処理部
２７  制御部
３０  電力増幅モジュール
３５  フロントエンド部
４０  アンテナ
１００，１１０  電力増幅回路
１２０  バイアス制御ＩＣ
１３０，１４０  整合回路
１５０  コイル
２００  回路基板
３００，３１０  パワーアンプ
３２０，３３０  整合回路
３４０，３５０  パワーアンプ
３６０，３７０  整合回路
５００  電力増幅モジュール
【図１】
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【図２】
2014116844.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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