(57)【要約】【課題】マルチバンド用移動無線端末に好適に用いられ、分波器（ダイプレクサ）、スイッチ、および低域通過フィルタを少なくとも備え、モジュール全体として小型化、低ロス化、高アイソレーション化を実現する。【解決手段】アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波器と、該分波器に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチと、該送信系の通過帯域での送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタと、を少なくとも備えた高周波モジュールであって、前記分波器、スイッチ、低域通過フィルタが、誘電体層１１〜１７と導体層２１が交互に積層されてなる多層基板Ａの上面に表面実装された部品や内蔵素子で構成された高周波モジュールにおいて、スイッチが高周波部品２４で形成し、多層基板Ａの上面に実装搭載する。【選択図】図１
2004235877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波器と、該分波器に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチと、該送信系の通過帯域での送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタとを、少なくとも備えてなる高周波モジュールにおいて、前記スイッチが、高周波部品として、誘電体層と導体層が積層されてなる多層基板の上面に表面実装されて構成され、前記分波器、低域通過フィルタが、前記多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成されていることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記スイッチが、ＧａＡｓ化合物を主成分とする基板上に回路パターンが形成された半導体集積回路素子であることを特徴とする、請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記多層基板の上面の導体層にダイパッドを備え、前記スイッチが該ダイパッドを介して前記多層基板に実装されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記ダイパッドの面積が、前記スイッチの実装面の面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記多層基板下面の端面部に、前記高周波モジュールと外部回路とを接続するための信号用端子パターン、接地用端子バターンおよびバイアス用端子パターンが形成され、前記多層基板下面の中央部に接地用端子パターンが形成されたことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記多層基板の下面の接地用端子パターンと前記ダイパッドとに挟まれた多層基板の一部分に、前記分波器および／または前記低域通過フィルタを構成する内蔵素子が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記多層基板の下面の接地用端子パターンと前記ダイパッドとに挟まれた多層基板の一部分に、前記分波器および／または前記低域通過フィルタのうち通過周波数帯域の最も低い送受信系を構成する内蔵素子のみが備えられていることを特徴とする、請求項１乃至請求項６に記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記ダイパッドが、前記多層基板の下面の接地用端子パターンに１個または複数のビアホール導体を介して接続されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項９】
前記ダイパッドと接地用端子パターンを接続するビアホール導体が、ダイパッドの外周付近に少なくとも３つ以上備えられ、多層基板の積層方向に透視した平面において該ビアホール導体を頂点とする多角形が前記スイッチを構成する素子の実装面を包含することを特徴とする、請求項８に記載の高周波モジュール。
【請求項１０】
前記送受信系が通過周波数帯域の異なる第１の送受信系と第２の送受信系より構成され、前記ダイパッドと接地用端子パターンを接続するビアホールが前記第１の送受信系を構成する内蔵素子パターンと前記第２の送受信系を構成する内蔵素子パターンとの境界に備えられていることを特徴とする、請求項８乃至９のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１１】
前記スイッチの信号端子、接地用端子、バイアス端子と前記多層基板に内蔵された素子とがボンディングワイヤで接続されており、前記スイッチの接地用端子が前記多層基板の上面に備えられたボンディングパッドにボンディングワイヤで接続され、該ボンディングパッドが前記多層基板の下面の接地用端子パターンを介することなく前記ダイパッドに直接に接続されていることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波モジュールに関し、特にマルチバンド用移動無線端末に好適に用いられ、分波器（ダイプレクサ）、スイッチ、および低域通過フィルタを少なくとも備えた送信用の高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を搭載するマルチバンド方式を採用した携帯電話機が提案されている。マルチバンド方式の携帯電話機は、地域性や使用目的等に合った送受信系を選択して送受信することができるようにした利便性の高い機器として期待されているものである。
【０００３】
通信帯域の異なる複数の送受信系としてＧＳＭ／ＤＣＳの２方式を搭載したデュアルバンド方式の携帯電話機が普及している。
【０００４】
デュアルバンド方式の携帯電話機では各送受信系の構成に必要な回路を搭載する必要があるが、それぞれ個別の専用部品を用いて回路を構成すれば、機器の大型化、高コスト化を招来することとなる。そこで、共通可能な回路部分は、可及的に共通化するようにして機器の小型化、低コスト化を有利に展開する事が要請されている。またさらに、携帯電話の大部分の電力を消費する送信用電力増幅器の電力付加効率を向上させることが要求されている。
【０００５】
このような要求に対して、例えば、特許文献１には小型化を図るデュアルバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１が開示されている。
【０００６】
図８は、このデュアルバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を示すもので、通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系に分けるノッチ回路からなる分波回路と、前記各送受信系を送信系と受信系に切りかえるスイッチ回路ＳＷと、各送信系に配置された低域通過フィルタＬＰＦとから構成される。
【０００７】
前記分波回路はＬＣ素子が並列接続されたノッチ回路を２つ用い、各ノッチ回路の一端同士は接続されて２系統の送受信系に共通の共通端子とされ、一方、各ノッチ回路の他端は各スイッチ回路ＳＷに接続されている。
【０００８】
各スイッチ回路ＳＷは、それぞれ、例えば、ダイオード２個、高周波チョーク用のインダクタ素子１個、バイアス電流制御用の抵抗１個、約４分の１波長のインダクタ素子１個より構成される。
【０００９】
各スイッチ回路の送信側には、低域通過フィルタＬＰＦがそれぞれ接続されている。低域通過フィルタＬＰＦは、送信信号の基本波を通過させて高調波成分を減衰する機能を持ち、インダクタ素子とコンデンサより構成されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２２５０８８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるように、分波器、スイッチ、低域通過フィルタを一体化してモジュール化する場合、以下に述べるような課題が存在する。
【００１２】
まず、従来のモジュールにおいては、送受信を切替えるスイッチにダイオードを用いており、各送受信系におけるスイッチ１つにつき、ダイオード２個、高周波チョーク用のインダクタ素子１個、バイアス電流制御用の抵抗１個、約４分の１波長のインダクタ素子１個が少なくとも必要である。そのため、多層基板の上面にダイオード等の表面実装部品が必要となり、高周波モジュールの小型化の要求に逆行することとなる。特に、マルチバンド化が進み、１つのモジュールで更に多くのバンドに対応する必要が生じた場合、バンド数に比例した表層のスペースが必要となり、ますます小型化の実現が困難な状況となる。
【００１３】
また、ダイオードを用いた高周波スイッチを備えた、従来の高周波モジュールでは、ダイオードを駆動するために数ミリアンペアのバイアス電流が必要であり、機器の低消費電力化の市場要求に対する課題の一つとなっている。
【００１４】
ただし、高周波モジュールを構成する素子として高周波半導体集積回路素子を用いるとしても、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路素子で行う回路構成を採用すると、以下の３点の課題が生ずる。
【００１５】
第１に、高周波半導体集積回路素子は、オンになる経路の両端が丁度５０オームで整合が取れるとは限らないため、アンテナ端子に高周波半導体回路を直接に接続すると、両者の間のインピーダンス整合手段がなくなってしまう。逆に、インピーダンス整合用の素子を新たに追加すると、高周波モジュールの小型化と低ロス化に逆行することとなる。
【００１６】
第２に、高周波半導体集積回路素子は、受動素子に比較して高電圧サージに対する耐性が弱いという欠点がある。このため、アンテナ端子に高周波半導体集積回路素子を直接に接続すると、携帯電話の外部よりアンテナ端子を介して入力した高電圧サージが、直接的に高周波半導体集積回路素子に入力することになるため、該高周波半導体集積回路素子の破壊確率が高まり、高周波モジュールの信頼性が減少するという課題が生ずる。
【００１７】
第３に、マルチバンド対応のモジュールにおいては、あるシステムの高調波成分の周波数帯域が、他のシステムの基本波の周波数帯域とオーバーラップしている場合があり、このような場合、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路素子で行う回路構成を採用すると、半導体集積回路素子の内部パターンの干渉により、あるシステムの高調波成分が、他のシステムの経路を介してアンテナ端子まで伝送され、高調波成分の減衰量が不足するという課題が生ずる。
【００１８】
従って、本発明は、かかる課題を解消するためになされたもので、送受信切替えスイッチを小型化し、消費電流を低減し、アンテナ端子とスイッチの間の整合を調整する手段を与え、かつ、スイッチの高電圧サージに対する耐性を向上し、モジュール全体として小型化、低ロス化、高アイソレーション化を実現することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュールは、アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波器と、該分波器に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチと、該送信系の通過帯域での送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタとを、少なくとも備えてなり、前記スイッチが、高周波部品として、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の上面に表面実装されて構成され、前記分波器、低域通過フィルタが、前記多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
このような高周波モジュールでは、分波器から電力増幅器までを構成する回路要素を一体化して小型化できるとともに、各部品を同時設計する事ができるため、モジュールとして最適な特性調整を行なうことができる。従って、各部品間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ携帯無線端末の設計工程を短縮できるためコスト削減を図ることができる。
【００２１】
また、スイッチが高周波部品で形成され、該スイッチが前記多層基板の上面に搭載されることで、従来のようにダイオード、インダクタ素子、キャパシタ素子のそれぞれを複数個、多層基板上面に搭載するかまたは多層基板に内蔵する場合に比べてスイッチを小型化できるとともに、多層基板の部分でスイッチが搭載された面の下側の部分にスイッチ以外の回路素子を内蔵することができ、モジュール全体としても小型化が可能となる。また、スイッチ部を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化を計ることができる。小型化と製造工程短縮化にともないコスト削減が可能となる。さらに、ダイオードのオン／オフには１０ｍＡオーダーのバイアス電流が必要であるのに対して高周波部品、特に高周波半導体集積回路素子を用いたスイッチのオン／オフには０．５ｍＡオーダーの電流しか必要としないため、消費電流の低減化を計ることが出来る。
【００２２】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける機能を高周波部品で形成されたスイッチに付与せず、アンテナ端子とスイッチの間に備えられ、多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成された分波器で行うことにより、スイッチのロスが最小となるためのインピーダンス調整機能を分波器を構成する素子で兼用することができ、整合のために新たな素子を設けることなくロスが最小となるような調整をすることができる。
【００２３】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける機能を高周波部品で形成されたスイッチに付与せず、アンテナ端子とスイッチの間に備えられ、多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成された分波器で行うことにより、アンテナ端子に入力した高電圧サージが高周波部品で形成されたスイッチに直接的に入力されることなく、分波器やその前後に備えられたフィルタの減衰機能に応じて減衰された後に間接的に該スイッチに入力することとなり、スイッチひいては高周波モジュールの耐高電圧に関する信頼性を向上することができる。
【００２４】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、前記多層基板下面の端面部に、前記高周波モジュールと外部とを接続するための信号用端子パターン、接地用端子バターン、バイアス用端子パターンが形成され、前記多層基板下面の中央部に接地用端子パターンが形成されていることが望ましい。
【００２５】
このような高周波モジュールでは、第一に、多層基板の積層方向への透視図において、多層基板内に素子を構成可能な面積に対する多層基板を外部基板に実装するために必要な面積の割合を最小限に留めることが可能となり、回路素子の密度を最大限に向上させることができる。第二に、多層基板下面の中央部に接地用端子パターンが形成されたことにより、多層基板に内蔵された素子のグランドが安定化されるとともに、高周波モジュールの放熱特性を向上させることができ、温度上昇によって電力増幅器の出力電力、電力付加効率等の特性が劣化する不具合を防止することができる。
【００２６】
また、本発明の高周波モジュールでは、前記スイッチがＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上に回路パターンが形成された高周波半導体集積回路素子によって形成することが望ましく、かかる構成によって、多層基板の上面に実装されるスイッチのサイズを小型化しかつ通過ロスを減少することが可能となる。また、多層基板としてアルミナやガラスセラミックスなどのセラミック材料を用いる場合、一般的なＳｉ化合物よりもＧａＡｓ化合物の方が体積膨張率としてセラミック材料に近い値となるため、スイッチを多層基板にベアチップ実装した場合に、実装信頼性の向上を図ることができる。
【００２７】
さらに、本発明の高周波モジュールは、前記多層基板の上面の導体層にダイパッドを備え、前記スイッチが該ダイパッドを介して前記多層基板に実装されていることが望ましく、かかる構成によって、前記スイッチの実装状態のバラツキが、多層基板に内蔵された素子の特性のバラツキに影響することを防止できる。
【００２８】
また、上記の場合、前記ダイパッドの面積が、前記スイッチの実装面の面積よりも大きいことが望ましく、かかる構成によって、前記スイッチを前記多層基板に実装する際に多層基板に対するスイッチの実装位置がバラツキを生じたとしても、十分な大きさのダイパッドを備えていることによってスイッチの影響を遮蔽し、多層基板に内蔵された素子の特性を安定化させることができる。
【００２９】
さらに、本発明の高周波モジュールでは、前記多層基板の下面の接地用端子パターンと前記ダイパッドとに挟まれた多層基板の一部分に、前記分波器、低域通過フィルタ、を構成する基板内蔵素子の一部または全てが形成されていることが望ましい。かかるモジュールにおいては、前記多層基板の下面の接地用端子パターンと前記ダイパッドとに挟まれた多層基板の一部分を有効に活用して多層基板内部の素子密度を増大させることができるとともにスイッチと内蔵素子との間のアイソレーション確保のためにダイパッドを活用させることも可能となり、高周波モジュールの小型化が実現できる。
【００３０】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、前記多層基板の下面の接地用端子パターンと前記ダイパッドとに挟まれた多層基板の一部分に、前記分波器および／または前記低域通過フィルタのうち、通過周波数帯域の最も低い送受信系を構成する基板内蔵素子のみを備えることが望ましい。
【００３１】
一般に、寄生容量が送受信系に及ぼす影響は、通過周波数帯域の周波数が高いほど増大する。したがって、上記のように通過周波数帯域の最も低い送受信系を構成する基板内蔵素子のみを備えることにより、寄生容量の影響を最小限に抑えながら、同時に、多層基板内部の素子密度を増大させることができる。
【００３２】
さら、本発明の高周波モジュールは、前記ダイパッドが、前記多層基板の下面の接地用端子パターンに１個または複数のビアホールを介して接続されていることが望ましい。
【００３３】
このような高周波モジュールでは、前記ダイパッドをグランドとして安定化することが可能となり、多層基板に内蔵された２つ以上の素子が前記ダイパッドを介して干渉するのを防止することができる。すなわち、素子間のアイソレーションを確保することが可能となる。そこで、第一に、送信系から耐電圧の低い表面波フィルタ等の属する受信系へのアイソレーションを減少することが可能となる。第二に、上記アイソレーション向上の別の効果として、送受信系のロスを低減することができる。
【００３４】
さらに、本発明の高周波モジュールによれば、前記ダイパッドと接地用端子パターンを接続するビアホールが、ダイパッドの外周付近に少なくとも３つ以上備えられ、多層基板の積層方向に透視した平面図において該ビアホールを頂点とする多角形が前記スイッチの実装面を包含することが望ましい。
【００３５】
このような高周波モジュールでは、最小限のビアホール個数で前記ダイパッドのグランドの安定化を計ることが可能であり、多層基板の部分でスイッチの下側で前記ビアホールがない部分の体積を最大限に確保しつつ、その部分に内蔵された素子間のアイソレーションを確保することができる。したがって、小型化と同時にアイソレーションとロスの向上を計ることが可能となる。
【００３６】
また、本発明の高周波モジュールは、前記送受信系が通過周波数帯域の異なる第１の送受信系と第２の送受信系より構成され、前記ダイパッドと接地用端子パターンを接続するビアホールが前記第１の送受信系を構成する内蔵素子パターンと前記第２の送受信系を構成する内蔵素子パターンとの境界に備えられていることが望ましい。
【００３７】
このような高周波モジュールでは、第１の送受信系を構成する部分と第２の送受信系を構成する部分の距離を離すことができるとともに境界部のダイパッドのグランドを安定化することができる。したがって、両者のアイソレーションを確保することができ、特に、第１の送受信系の高調波成分が第２の送受信系の通過周波数帯域と重なっている場合、第１の送受信系の高調波成分が第２の送受信系を介してアンテナ端子に漏れることを防止することができる。
【００３８】
さらに、本発明の高周波モジュールにおいては、前記スイッチの信号端子、接地用端子、バイアス端子と前記多層基板に内蔵された素子とがボンディングワイヤで接続され、前記スイッチの接地用端子が前記多層基板の上面に備えられたボンディングパッドにボンディングワイヤで接続され、該ボンディングパッドが前記多層基板の下面の接地用端子パターンを介することなく前記ダイパッドに直接に接続されていることが望ましい。。
【００３９】
このような高周波モジュールでは、スイッチの接地用端子が接続されたボンディングパッドをそれぞれ別々にビアホール導体を介して多層基板の下面まで接続する必要がなくなるため、多層基板内で素子を内蔵可能な領域を大きく取ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る高周波モジュールの一例を示すブロック図であり、本発明の高周波モジュールは１つの共通のアンテナ端子と、そのアンテナ端子に接続されるＧＳＭ８５０方式（８５０ＭＨｚ帯）、ＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。
【００４１】
高周波モジュールＲＦＭ１０は、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳに分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとにそれぞれ切替えるスイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０と、前記スイッチの状態を制御するデコーダＤＥＣ１０と、スイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０に接続するＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００、ＤＣＳ／ＰＣＳの各送信系に設けられて各送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０とで構成されている。
【００４２】
図１のブロック図における、スイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０は、前記送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００／ＤＣＳ／ＰＣＳの各送信系／受信系のうちアンテナ端子に接続する系を切替えて選択する機能をもつ。
【００４３】
図２は、図１に示す高周波モジュールの回路図で、本発明の高周波モジュールは１つの共通のアンテナ端子ＡＮＴと、そのアンテナ端子ＡＮＴに接続されるＧＳＭ８５０方式（８５０ＭＨｚ帯）、ＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。
【００４４】
アンテナ端子ＡＮＴは分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０に接続されている。すなわち、アンテナ端子ＡＮＴから受信されたＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１１０を経てＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の送受信系へ導かれ、ＤＣＳ／ＰＣＳ方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ／ＰＣＳ側の送受信系に導かれる。
【００４５】
スイッチＳＷ１１０は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送受信系において受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切替えるものである。送受信の切替えには、例えば時分割方式が採用されている。スイッチ回路ＳＷ１１０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００  ＴＸ端子を介して入力した送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタＬＰＦ３０が設けられている。
【００４６】
スイッチＳＷ１２０は、ＤＣＳ／ＰＣＳの送受信系において受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切替えるものである。送受信の切替えには、例えば時分割方式が採用されている。スイッチ回路ＳＷ１２０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＤＣＳ／ＰＣＳ  ＴＸ端子を介して入力した送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタＬＰＦ４０が設けられている。
【００４７】
つぎに、上記各回路の詳細を説明する。
【００４８】
まず、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路について説明すると、分波器ＤＩＰ１０は、分布定数線路ＳＬＡＧ１、コンデンサＣＡＧ１、低域通過フィルタＬＰＦ１０とから形成されている。低域通過フィルタＬＰＦ１０は、分布定数線路、分布定数線路に並列に配置されたコンデンサ、該分布定数線路とグランドとの間に形成されたコンデンサにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ１０は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００  ＴＸ端子を介して入力した送信信号の高調波成分を低減させるとともに、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能の一部を有する。また、高域通過フィルタＨＰＦ１０はＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどのサージからスイッチＳＷ１１０を保護する機能を有する。
【００４９】
スイッチＳＷ１１０は、分波器ＤＩＰ１０、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系、ＧＳＭ８５０の受信系、ＧＳＭ９００の受信系に、それぞれ、Ａｎ１端子、Ｔｘ１端子、Ｒｘ１端子、Ｒｘ２端子を介して接続される。機能としては、送受信の切替えを行う機能と、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能を併せ持つ。スイッチＳＷ１１０は、その状態をモジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｄｄ、Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３等とデコーダＤＥＣ１０を介して接続されている。デコーダＤＥＣ１０は、バイアス端子Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３に印加される電圧に応じてスイッチＳＷ１１０を制御する機能をもつ。
【００５０】
低域通過フィルタＬＰＦ３０は分布定数線路、該分布定数線路に並列に形成されたコンデンサ、前記分布定数線路の複数箇所とグランドとの間に備えられたコンデンサより構成される。この低域通過フィルタにより、本実施例に示すモジュールに対して、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００  ＴＸ端子を介して入力する高調波不要信号を低減することができる。
【００５１】
つぎに、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路について説明する。
分波器ＤＩＰ１０のＤＣＳ／ＰＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ２０で構成されている。高域通過フィルタＨＰＦ２０は、直列接続されたコンデンサ２個と、該コンデンサの間とグランドとの間に形成された分布定数線路により構成されている。この高域通過フィルタＨＰＦ２０は、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能の一部を有する。
【００５２】
スイッチＳＷ１２０は、分波器ＤＩＰ１０、ＤＣＳ／ＰＣＳの送信系、ＤＣＳの受信系、ＰＣＳの受信系に、それぞれ、Ａｎ２端子、Ｔｘ２端子、Ｒｘ３端子、Ｒｘ４端子を介して接続される。機能としては、送受信の切替えを行う機能と、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能を併せ持つ。スイッチＳＷ１２０は、その状態をモジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｄｄ、Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３等とデコーダＤＥＣ１０を介して接続されている。デコーダＤＥＣ１０は、バイアス端子Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３に印加される電圧に応じてスイッチＳＷ１２０を制御する機能をもつ。
【００５３】
低域通過フィルタＬＰＦ４０は分布定数線路、該分布定数線路に並列に形成されたコンデンサ、前記分布定数線路の複数箇所とグランドとの間に備えられたコンデンサより構成される。この低域通過フィルタにより、本実施例に示すモジュールに対して、ＤＣＳ／ＰＣＳ  ＴＸ端子を介して入力する高調波不要信号を低減することができる。
【００５４】
図３は、本発明に係る高周波モジュールの一部切欠斜視図、図４は、この高周波モジュールの概略断面図である。図３、４に示すように、本発明の高周波モジュールは、誘電体層と導体層が積層されてなる多層基板Ａに形成されている。図３の多層基板Ａによれば、セラミックなどからなる同一寸法形状の８層の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板が構成されており、各誘電体層１１〜１７間には、所定のパターンからなる導体層２１が形成されている。なお、図３では、多層基板Ａにおける誘電体層１１〜１７の一部、および、誘電体層１１〜１７の上面の導体層の一部は作図上省略されている。
【００５５】
誘電体層１１〜１７は、例えば、低温焼成用のセラミックスで形成され、導体層２１は、銅や銀などの低抵抗導体によって形成される。このような多層基板は、周知の多層セラミック技術によって形成されるもので、例えば、セラミックグリーンシートの表面に導電ペーストを塗布して上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し焼成して形成されている。
【００５６】
また、各誘電体層１１〜１７には複数の層にわたって回路を構成乃至は接続するために必要なビアホール導体２３が適宣形成されている。
【００５７】
この多層基板Ａの上面は、エポキシ樹脂などの封止樹脂５５で封止され、さらに多層基板の下面で該多層基板の側面に近い部分には信号用端子パターン２２がＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）方式の電極として形成されている。
【００５８】
本発明の高周波モジュールによれば、スイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０、デコーダＤＥＣ１０を具備するスイッチＳＷ１００は、高周波半導体集積回路素子２４として、多層基板Ａの上面に、ＡｇまたはＡｕＳｎに接着剤を混ぜた導電性接着剤、または有機樹脂系の非導電性の接着剤４７を介して表面実装されている。特に、図３、４に示すように、高周波半導体集積回路素子２４は、素子２４の実装面の面積よりも大きい面積のダイパッド２６を介して実装されている。この高周波半導体集積回路素子２４は、小型化、低ロス化を図るために、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上に回路パターンが形成された、ＧａＡｓ  Ｊ−ＦＥＴ構造を有した高周波モノリシック半導体集積回路素子で形成されている。
【００５９】
また、かかる高周波モジュールにおいては、前述した回路における分波器ＤＩＰ１０、低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部が、チップ部品（集中定数素子）として該多層基板の上面に設けられ、分波器ＤＩＰ１０、低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部が、多層基板Ａの上面または内層に導体パターンとして設けられている。
【００６０】
そして、スイッチＳＷ１００を構成する高周波半導体集積回路素子２４の信号用端子または接地用端子が、ボンディングワイヤ５６や、多層基板Ａ表面の導体層２１を経由して、分波器ＤＩＰ１０、低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０などを構成する基板内蔵素子と電気的に接続されている。
【００６１】
なお、スイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１２０、デコーダＤＥＣ１０は、すべてが１チップに集積されていることが望ましいが、デコーダＤＥＣ１０は高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成されていても良い。
【００６２】
図５、図６に本実施例の多層基板を積層方向の上面から見た模式図を記載する。図５が多層基板の内層部分に内蔵された素子の配置、図６が多層基板の上面に実装された素子の配置をそれぞれ示す。
【００６３】
図５に示すように、多層基板Ａにおける片側の領域には、低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０が形成され、他方の片側の領域には、分波器ＤＩＰ１０が形成されている。また、図６に示すように、分波器ＤＩＰ１０が形成された領域の上面の一部分にはスイッチＳＷ１００を実装するダイパッド２６が形成されている。
【００６４】
また、低域通過フィルタＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０の間には、多層基板Ａ上面および内層に、多層基板Ａ下面に形成された図７の接地用端子パターン３７とビアホール導体２５によって接続された干渉防止接地用パターン２７が形成されている。これによりＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側回路とＤＣＳ／ＰＣＳ側回路との電磁気的結合を低減することができ、高調波成分が電磁結合により他の回路へ漏れて適切なフィルタ回路を経由せずにアンテナ端子に放出されるのを防ぐことができる。
【００６５】
スイッチＳＷ１００を構成する高周波集積回路素子２４が実装されるダイパッド２６は、図５に示されるように、ビアホール導体２８、２９にて多層基板の下面の接地用端子パターン３７と接続されている。
【００６６】
このため、該ダイパッド２６が他のパターンと非接続の浮遊パターンとなってその下部に備えられた分波器を構成する素子間の不要な干渉を招く等の不具合を防止できる。また、該ビアホール導体２８、２９は、図６に示すように、長方形のダイパッド２６の外周付近に接続して備えられ、多層基板の積層方向に透視した平面において該ビアホール導体２８、２９を頂点とする多角形がスイッチを構成する高周波集積回路素子２４の実装面を包含するように配置されているため、ダイパッド２６外周の一部分のグランドが弱くなって不要な干渉が発生することを防止できる。
【００６７】
また図５によれば、分波器ＤＩＰ１０は、ＳＬＡＧ１、ＣＡＧ１、ＬＰＦ１０、ＨＰＦ１０で構成されるＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の部分３０とＨＰＦ２０、ＬＰＦ２０で構成されるＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分３１との２つの部分よりなる。本実施例では、前記２つの部分のうち、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の部分３０は前記スイッチのダイパッド２６の下側の領域（平面的にみて同一の領域）内に形成され、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分３１は、該ダイパッド２６の下側の領域外（平面的にみてダイパッド２６形成外の領域）に形成されている。
【００６８】
また、該ダイパッド２６を多層基板の下面の接地用端子パターン２７と接続しているビアホール導体２８、２９のうち、ピアホール導体２８は、配置的には、前記分波器のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の部分３０とＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分３１の間に形成されている。したがって、ビアホール導体２８は、前記ダイパッド２６を接地する役割と、分波器内部のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側とＤＣＳ／ＰＣＳ側との間の干渉を防止する役割との、二つの役割を兼ね備えている。そのため、多層基板の内部のパターン密度を向上することができ、高周波モジュールの小型化を図ることができる。
【００６９】
図７に、本実施例の高周波モジュールの多層基板Ａの下面、即ち誘電体層１７の裏面を示す。多層基板Ａの下面周辺部には、外部との接続のための信号用端子パターン、バイアス用端子パターン等の端子パターン３５や、接地用端子パターン３６が形成されている。
【００７０】
また、多層基板Ａの下面中央部には、少なくとも１つ以上のＬＧＡ構造の接地用パターン３７が形成されており、前記多層基板Ａの下面周辺部に形成された接地用端子パターン３６と接続されている。
【００７１】
なお、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用パターン３７は、下面周辺部に形成された外部との接続のための信号用端子パターン、およびバイアス用端子パターン３５と電気的に接しないような１つの大きなパターンとして形成しても良い。このように接地用パターン３７が大きい場合、この多層基板Ａを実装するプリント配線基板との接続のための接地用パターン３７への半田印刷が不均一となり、プリント配線基板との接続に不良が発生する場合があるために、下面中央部に形成された接地用パターン３７上には、少なくとも１つ以上の接地用パターン３７が露出するようにオーバーコートガラス４１が塗布して形成されている。図７の斜線を引いた部分がオーバーコートガラス４１塗布領域である。
【００７２】
また、高周波モジュールの小型化と高効率化のためには、本実施例では示していない回路または素子を前記多層基板の内蔵素子または表面実装部品としてモジュール化してもよい。例えば、送信系として電力増幅回路、その整合回路、方向性結合器、自動電力増幅器、ＶＣＯ等を取りこんでモジュール化してもよいし、受信系として表面波フィルタなどの帯域通過フィルタ、ローノイズアンプ等を取りこんでモジュール化してもよい。
【００７３】
なお、上記の実施例においては、スイッチＳＷ１００を構成する高周波半導体集積回路素子２４と、他の回路との接続にあたり、ワイヤボンディングに代えて、周知の金あるいはアルミニウムなどのバンプを用いたフリップチップボンディング法を用いて搭載しても良い。この場合には、フリップチップボンディング法を用いて搭載することにより小面積化、薄型化、低価格化を促進できる。
【００７４】
また、上記の例では、スイッチＳＷ１００は、高周波半導体集積回路素子２４として形成されるものであったが、このスイッチは、高周波部品として、高周波半導体集積回路素子２４以外に、ＭＥＭＳ等のプロセス技術を用いて形成された機械的スイッチを採用しても、多層基板の上面に実装する部品であることに関しては前記高周波モノリシック半導体集積回路素子と同等であるため、本発明の高周波モジュールの特徴は損なわれない。特に、送信系とアンテナ端子間または送信系と受信系間に大きなアイソレーションが要求される場合は、機械的スイッチを採用する方が望ましい。
【００７５】
また、上記実施例における多層基板Ａを８層の誘電体層からなる積層基板の例で説明したが、誘電体層の層数はこれに限定されない。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の高周波モジュールは、アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波器と、該分波器に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチと、該送信系の通過帯域での送信信号の高調波成分を減衰する低域通過フィルタと、を少なくとも備えた高周波モジュールであって、前記分波器、スイッチ、低域通過フィルタが、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成された高周波モジュールにおいて、前記スイッチが高周波半導体集積回路素子で形成され、該スイッチが前記多層基板の上面に搭載されてなることを特徴とする。
【００７７】
このような高周波モジュールでは、スイッチが高周波半導体集積回路素子で形成され、該スイッチが前記多層基板の上面に搭載されることで、従来のようにダイオード、インダクタ素子、キャパシタ素子のそれぞれを複数個、多層基板上面に搭載するかまたは多層基板に内蔵する場合に比べてスイッチを小型化できるとともに、多層基板の部分でスイッチが搭載された面の下側の部分にスイッチ以外の回路素子を内蔵することができ、モジュール全体としても小型化が可能となる。
【００７８】
また、スイッチ部を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化を計ることができる。小型化と製造工程短縮化にともないコスト削減が可能となる。さらに、ダイオードのオン／オフには１０ｍＡオーダーのバイアス電流が必要であるのに対して高周波半導体集積回路素子を用いたスイッチのオン／オフには０．５ｍＡオーダーの電流しか必要としないため、消費電流の低減を計ることができる。
【００７９】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける機能を、高周波半導体集積回路素子で形成されたスイッチに付与せず、アンテナ端子とスイッチの間に備えられ多層基板の上面に表面実装された部品および／または該多層基板に内蔵された素子で構成された分波器で行うことにより、スイッチのロスが最小となるためのインピーダンス調整機能を分波器を構成する素子で兼用することができ、整合のために新たな素子を設けることなくロスが最小となるような調整をすることができる。
【００８０】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける機能を高周波半導体集積回路素子で形成されたスイッチに付与せず、アンテナ端子とスイッチの間に備えられ多層基板の上面に表面実装された部品および／または該多層基板に内蔵された素子で構成された分波器で行うことにより、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージが高周波半導体集積回路素子で形成されたスイッチに直接的に入力されることなく、分波器やその前後に備えられたフィルタの減衰機能に応じて減衰された後に間接的に該スイッチに入力することが可能となり、スイッチひいては高周波モジュールの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波モジュールのブロック図である。
【図２】本発明の高周波モジュールの回路図である。
【図３】本発明の高周波モジュールの一部切欠斜視図である。
【図４】本発明の高周波モジュールの断面図である。
【図５】本発明の高周波モジュールの多層基板の内部の回路配置を説明するための模式図である。
【図６】本発明の高周波モジュールの多層基板の上面（表層）の回路配置を説明するための模式図である。
【図７】本発明の高周波モジュールの多層基板の下面の端子配置を説明する図である。
【図８】従来の高周波モジュールのブロック図である。
【符号の説明】
ＤＩＰ１０・・・分波器
ＳＷ１００、ＳＷ１１０，ＳＷ１２０・・・スイッチ
ＤＥＣ１０・・・デコーダ
ＬＰＦ１０、ＬＰＦ３０、ＬＰＦ４０・・・低域通過フィルタ
ＨＰＦ１０、ＨＰＦ２０・・・高域通過フィルタ
１１〜１８・・・誘電帯層
２２・・・ＬＧＡ端子
２４・・・高周波半導体集積回路素子
２６・・・ダイパッド
２７・・・干渉防止接地用パターン
２８、２９・・・ダイパッドの接地用パターン兼干渉防止用接地パターン
３０・・・分波器の一部分で、基本波の周波数が低い送受信系に属する部分
３１・・・分波器の一部分で、基本波の周波数が低い送受信系に属する部分
５５・・・樹脂
５６・・・ボンディングワイヤ
５７・・・半田ボール
３５・・・信号用端子パターン
３６、３７・・・接地用端子パターン
４１・・・オーバーコートガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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