(57)【要約】【課題】送受信切替えのスイッチ回路を小型化するとともに消費電流を低減し、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。【解決手段】誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、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回路と、該分波回路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回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、を備えた高周波モジュールであって、前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなることを特徴とする。【選択図】図４
2004297456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、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回路と、該分波回路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回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、を備えた高周波モジュールであって、
前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、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回路と、該分波回路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回路と、該スイッチ回路に接続され前記各送信系の通過帯域での送信信号から帰還信号を取り出すための方向性結合回路と、該方向性結合回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、を備えた高周波モジュールであって、
前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項３】
誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、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回路と、該分波回路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回路と、該スイッチ回路に接続され前記各送信系の通過帯域での送信信号から帰還信号を取り出すための方向性結合回路と、該方向性結合回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、該電力増幅回路と前記方向性結合回路の両方に接続され、前記方向性結合回路から取り出した信号に対応した信号を前記電力増幅回路に帰還する自動電力制御回路と、を備えた高周波モジュールであって、
前記電力増幅回路、前記スイッチ回路および前記自動電力制御回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項４】
前記アンテナ端子から前記各電力増幅回路に至る信号経路中の１箇所または複数箇所に、前記各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を１個または複数個備えることを特徴とする、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１個または複数の低域通過フィルタのうちの少なくとも１個を前記アンテナ端子から前記スイッチに至る信号経路中に備えたことを特徴とする、請求項４記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る経路中にアンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを減衰する高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする、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】
前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを、通過周波数帯域の最も低い送受信系の経路中のみに備えたことを特徴とする、請求項６記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記多層基板下面に、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を形成するとともに、前記接地用端子パターンを少なくとも前記多層基板の下面中央部に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項９】
前記信号用端子パターン、接地用端子パターン、バイアス用端子パターンのいずれかまたはすべてに、オーバーコートガラスを部分的に被覆したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１０】
前記多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１１】
前記多層基板を構成する導体層が、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）のいずれかを主成分とする導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１２】
前記スイッチ回路が、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半導体集積回路素子からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１３】
前記多層基板の上面にダイパッドを備え、前記電力増幅回路を構成する高周波半導体集積回路素子を該ダイパッドを介して前記多層基板に実装するとともに、前記ダイパッドを多層基板を貫通して設けられた放熱用ビアホールを介して前記多層基板の下面の接地用端子パターンと接続したことを特徴とする、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１４】
前記多層基板の上面にダイパッドを備え、前記電力増幅回路を構成する高周波半導体集積回路素子および前記スイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子をそれぞれ前記ダイパッドを介して前記多層基板に実装するとともに、前記電力増幅回路の高周波半導体集積回路のダイパッドと、前記スイッチのダイパッドとを、前記多層基板の内層または上面の導体層パターンで接続しないことを特徴とする、請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１５】
前記電力増幅回路の整合回路を構成する分布定数線路が、方向性結合回路、スイッチ、分波回路のいずれかが備えられた部分と、電力増幅回路の高周波半導体集積回路が備えられた部分との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１６】
前記多層基板の上面または内部に、導体層からなる干渉防止パターンを備え、該干渉防止パターンを前記多層基板の下面の接地用パターンと接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項１７】
前記方向性結合回路、スイッチ回路、分波回路のいずれかと前記電力増幅回路との間に、前記干渉防止パターンを備えたことを特徴とする請求項１６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な送信用電力増幅回路（パワーアンプ）、スイッチ回路、分波回路（ダイプレクサ）、、さらには、方向性結合回路（カップラ）、自動電力制御回路（オートパワーコントローラ）等を設けた送信用に好適な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。例えば、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。
【０００３】
図８は、ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。高周波回路部は通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系ＧＳＭ／ＤＣＳに分波し、各送受信系ＤＣＳ、ＧＳＭにおいてそれぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとの切替を行うスイッチモジュールＡＳＭ１を備えると共に、送受信系ＤＣＳの送信系ＴＸ、受信系ＲＸと、送受信系ＧＳＭの送信系ＴＸ、受信系ＲＸとを備える。
【０００４】
送信系ＴＸは、各送受信系ともに方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００、２００、電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００を備える。電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００は、電力増幅回路ＭＭＩＣと整合回路とからそれぞれ構成されている。
【０００５】
送信時には、ＴＸ側電力増幅回路ＡＭＰ１００、またはＡＭＰ２００で増幅された送信信号は、方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００またはＣＯＰ２００、さらに低域通過フィルタ、スイッチ回路、分波回路からなる高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を経由してアンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。
【０００６】
一方、受信系ＲＸは帯域通過フィルタＢＰＦ３００、４００および低ノイズ増幅回路ＡＭＰ３００、４００を備える。受信時には、アンテナＡＮＴで受信された高周波信号は高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を介して取り出され、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、またはＢＰＦ４００にて受信帯域近傍の不要信号が除去された後、ＲＸ側低ノイズ増幅器ＡＭＰ３００、またはＡＭＰ４００にて増幅される。
【０００７】
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。
【０００８】
このような要求に対して、例えば、特開２００２−２９０２５７号公報には複合小型化を図る無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１が開示されている。
【０００９】
この無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１においては、図８の点線で囲まれた回路、つまり、電力増幅回路、方向性結合回路、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとしてモジュール化を行っている。また、該公報の実施例によると、アンテナスイッチモジュールの内部で送受信切替えを行うスイッチの例として、ダイオード、インダクタ素子、キャパシタンス素子を用いた回路が掲載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２９０２５７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
今日、上記特許文献１に開示されるように、電力増幅回路、方向性結合回路、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとして一体化することは行われているが、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に対してダイオード、高周波チョーク用のインダクタ素子、バイアス電流制御用の抵抗、約４分の１波長のインダクタ素子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スペースが必要となり、ますます小型化の実現が困難となる。
【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は、オンになる経路の両端が丁度５０オームで整合す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するとともに消費電流を低減し、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、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、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回路と、該分波回路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回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、を備えた高周波モジュールであって、前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなることを特徴とするものである。
【００２０】
このような高周波モジュールでは、分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を多層基板に対して一体化して小型化できるとともに、各回路を同時に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、各回路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、スイッチ回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、多層基板の表面に実装することで、従来のように、スイッチを構成するダイオード、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回路を小型化できるとともに、多層基板の表面のスイッチを構成する高周波半導体集積回路素子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。
【００２２】
また、スイッチ回路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、従来のスイッチ回路におけるダイオードのオン／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出来る。
【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分波回路を高周波半導体集積回路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することにより、スイッチ回路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回路を構成する部品や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。また、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回路に直接的に入力されることなく、分波回路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回路に入力されることとなり、スイッチ回路、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】
本発明の高周波モジュールによれば、上記の該スイッチ回路に接続され前記各送信系の通過帯域での送信信号から帰還信号を取り出すための方向性結合回路や、前記方向性結合回路から取り出した信号に対応した信号を前記電力増幅回路に帰還する自動電力制御回路を具備してもよい。
【００２５】
かかる場合、前記自動電力制御回路も高周波半導体集積回路素子として、前記多層基板の表面に実装してなることによって、さらに小型化を図ることができる。
【００２６】
本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記各電力増幅回路に至る信号経路中の１箇所または複数箇所に、前記各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を１個または複数個備えることを特徴とする。
【００２７】
このような高周波モジュールでは、各送信系の通過帯域での送信信号の高調波成分を減衰でき、特に複数箇所に分けて低域通過フィルタを備えることで、分波回路、スイッチ、方向性結合回路、整合回路のいずれかまたはすべてと低域通過フィルタが、減衰させるべき周波数帯域で共役整合となって減衰が悪化することを防止する調整が可能となる。
【００２８】
本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記各電力増幅回路に至る信号経路中の１箇所または複数箇所に、前記各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を１個または複数個備え、低域通過フィルタのうちの少なくとも１個を前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る信号経路中に備えたことを特徴とする。
【００２９】
このような高周波モジュールでは、第１に、スイッチ回路を原因として発生した高調波歪み成分を、スイッチ回路からアンテナ端子に至る経路において効果的に減衰することが可能となる。第２に、高周波モジュールの内部、および／または、該高周波モジュールに接続する外部素子において送信系と受信系の備えられた場所が近接しており送信系と受信系の間のアイソレーションが十分でない場合に、送信系から受信系を介してアンテナ端子に通過する高調波成分を低域通過フィルタの機能で効果的に減衰することができる。
【００３０】
本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る経路中にアンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを減衰する高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような高周波モジュールでは、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタにより減衰することができ、受動部品に比較して高電圧サージに対する耐性が低い高周波半導体集積回路の破壊に対する信頼性を向上することができる。また、前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを構成する素子値を変化させることで、分波回路とスイッチ回路とのインピーダンス整合をとる手段を付与することができる。
【００３２】
本発明の高周波モジュールは、前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを、通過周波数帯域の最も低い送受信系の経路中のみに備えたことを特徴とする。
【００３３】
アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージの周波数は、通常主に０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の周波数帯に分布しており、本発明の対象とする送受信系の通過周波数帯域よりも低い。したがって、このような高周波モジュールでは、最も破壊確率が大きいと考えられる通過周波数帯域の最も低い送受信系に属する高周波半導体集積回路のみに対して破壊に対する信頼性を向上させることができ、素子点数の増加を最小限に留めながら高周波モジュール全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３４】
本発明の高周波モジュールは、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を形成するともに、前記接地用端子パターンを前記多層基板の下面中央部に配置したことを特徴とする。
【００３５】
このような高周波モジュールでは、第１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２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回路の出力電力または電力付加効率の低下を防止することができる。
【００３６】
本発明の高周波モジュールは、前記信号用端子パターン、接地用端子パターン、バイアス用端子パターンのいずれかまたはすべてに、オーバーコートガラスを部分的に被覆したことを特徴とする。
【００３７】
このような高周波モジュールでは、多層基板を外部基板に実装する際に前記各端子パターンが半田を介して接続して高周波モジュールがショートモードの故障を起こす確率を減少することができる。
【００３８】
本発明の高周波モジュールは、前記多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上であることを特徴とする。
【００３９】
このような高周波モジュールでは、第一に、比誘電率の平方根に反比例して波長が短縮するため、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮することができる。第二に比誘電率に反比例してキャパシタ素子の対向面積を減少することができる。上記２つの要素から、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【００４０】
本発明の高周波モジュールでは、前記多層基板を構成する導体層が、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）のいずれかを主成分とする導体であることを特徴とする。
【００４１】
このような高周波モジュールでは、導体パターンの抵抗率が小さいために、伝送ロスを最小限に押さえられ、かつ、電力増幅回路に電力を供給するバイアスラインにおける抵抗が減少できるために、高周波モジュールの電力付加効率（出力電力の供給電力に対する比率）を最大限に得ることができる。
【００４２】
本発明の高周波モジュールでは、前記スイッチ回路が、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半導体集積回路素子からなることを特徴とする。
【００４３】
このような高周波モジュールでは、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り、高周波モジュール全体の小型化と低ロス化を実現することができる。
【００４４】
本発明の高周波モジュールは、前記多層基板の上面にダイパッドを備え、前記電力増幅回路を構成する高周波半導体集積回路素子を該ダイパッドを介して前記多層基板に実装するとともに、前記ダイパッドを多層基板を貫通して設けられた放熱用ビアホールを介して前記多層基板の下面の接地用端子パターンと接続したことを特徴とする。
【００４５】
このような高周波モジュールでは、電力増幅回路で発生した熱をダイパッド、放熱用ビアホール、多層基板下面の接地用端子パターンを介してモジュール外に放出することができ、電力増幅回路が高温になって出力レベルの低下、熱暴走等を起こすことを回避できる。
【００４６】
本発明の高周波モジュールは、前記多層基板の上面にダイパッドを備え、前記電力増幅回路を構成する高周波半導体集積回路素子および前記スイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子をそれぞれ前記ダイパッドを介して前記多層基板に実装するとともに、前記電力増幅回路の高周波半導体集積回路のダイパッドと、前記スイッチのダイパッドとを、前記多層基板の内層または上面の導体層パターンで接続しないことを特徴とする。
【００４７】
このような高周波モジュールでは、電力増幅回路で発生した熱が直接スイッチ回路に伝わることがないため、スイッチが温度上昇によって特性に変動を起こしたり、故障を起こしたりすることを防止できる。
【００４８】
本発明の高周波モジュールは、前記電力増幅回路の整合回路を構成する分布定数線路が、方向性結合回路、スイッチ、分波回路のいずれかが備えられた部分と、電力増幅回路の高周波半導体集積回路が備えられた部分との間に形成されていることを特徴とする。
【００４９】
このような高周波モジュールでは、回路上での入力端子から出力端子に至る高周波信号の流れが、多層基板内での直線的な信号の流れとなるため、不要な引き廻し線路が不要となり、素子間の高アイソレーション化と低ロス化を図ることができ、電力付加効率を最大限に得ることが可能となる。
【００５０】
本発明の高周波モジュールでは、前記多層基板の上面または内部に、導体層からなる干渉防止パターンを備え、該干渉防止パターンを前記多層基板の下面の接地用パターンと接続したことを特徴とする。
【００５１】
このような高周波モジュールでは、多層基板に内蔵された各素子の干渉を原因とする伝送ロスの悪化、または、フィルタの高調波減衰効果の悪化を有効に防止することができる。
【００５２】
本発明の高周波モジュールでは、前記方向性結合回路、スイッチ回路、分波回路のいずれかと前記電力増幅回路との間に、前記干渉防止パターンを備えたことを特徴とする。
【００５３】
このような高周波モジュールでは、電力増幅回路の電磁波が多層基板内部を介してスイッチ等へ漏出することを有効に防止できる。
【００５４】
【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説明するブロック図であり、こ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。
【００５５】
図１の高周波モジュール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の各送信系に設けられてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子への入力信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力のインピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力に比例したモニタ信号を取り出す方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０と、方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０から取り出したモニタ信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０を制御する信号を出力する自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０を制御する制御回路ＣＯＮ１０で構成されている。
【００５６】
整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを３０〜５０Ωまでのインピーダンスに変換させ、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０間のインピーダンスを調整する機能、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能を有す。
【００５７】
図２は、図１に示す高周波モジュールの回路図である。この図２によれば、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。
【００５８】
次に、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路構成について説明する。
【００５９】
スイッチＳＷ１１０は受信系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／ＧＳＭ９００ＴＸ端子を介して入力した信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の整合回路ＭＡＴ１０、整合回路ＭＡＴ１０と接続されている方向性結合回路ＣＯＰ１０、方向性結合回路ＣＯＰ１０の結合線路ＳＬＰＧ１に減衰回路ＡＴＴ１０を介して接続され電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力を制御する自動電力増幅回路ＡＰＣ１０、制御回路ＣＯＮ１０が設けられている。
【００６０】
次に，ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路構成について説明する。
【００６１】
スイッチＳＷ１２０は受信系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信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１２０、電力増幅回路ＡＭＰ１２０の整合回路ＭＡＴ２０、整合回路ＭＡＴ２０と接続されている方向性結合回路ＣＯＰ２０、方向性結合回路ＣＯＰ２０の結合線路ＳＬＰＤ２に減衰回路ＡＴＴ１０を介して接続され電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力を制御する自動電力増幅回路ＡＰＣ１０、制御回路ＣＯＮ１０が設けられている。
【００６２】
以下に、上記各回路の詳細について、まず、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路について説明する。
【００６３】
分波回路ＤＩＰ１０のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側は、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、分布定数線路に平行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、電力増幅回路ＡＭＰ１１０およびスイッチ回路ＳＷ１１０が発生する高調波歪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。
【００６４】
高域通過フィルタＨＰＦ１０はＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどの高電圧サージからスイッチＳＷ１１０を保護する機能を有すると共に、分波回路とスイッチ回路の整合をとる機能を有する。
【００６５】
スイッチＳＷ１１０は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系、ＧＳＭ８５０の受信系、ＧＳＭ９００の受信系のそれぞれに接続する、Ａｎ１端子、Ｔｘ１端子、Ｒｘ１端子、Ｒｘ２端子を備え、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。スイッチ１１０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Ｖｓｄｄ、Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３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Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３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。
【００６６】
電力増幅回路ＡＭＰ１１０は、初段、中段、後段の３段の増幅回路より構成され、それぞれに対してバイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４を介して電圧が供給され、この電圧をエネルギー源としてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。
【００６７】
整合回路ＭＡＴ１０は分布定数線路ＳＬＰＧ２〜ＳＬＰＧ５、コンデンサＣＰＧ１〜ＣＰＧ４からなり、分布定数線路ＳＬＰＧ２、コンデンサＣＰＧ２、ＣＰＧ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合回路ＣＯＰ１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。
【００６８】
また、分布定数線路ＳＬＰＧ３は、オープンスタブを構成し、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合回路ＣＯＰ１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、高調波成分の抑制、および電力増幅回路ＡＭＰ１１０の増幅性能を最大限まで引き出す役割を担っている。
【００６９】
コンデンサＣＰＧ１は電力増幅回路ＡＭＰ１１０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
【００７０】
段間整合回路ＩＭＡ１０は、前記３段の増幅回路の段間のインピーダンスの調整を行う機能を持つ。分布定数線路ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ６、コンデンサＣＰＧ５は、３段アンプを構成する電力増幅回路ＡＭＰ１１０の中段アンプと最終段アンプ、および初段アンプと中段アンプとの間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行なう役割を担っている。
【００７１】
方向性結合回路ＣＯＰ１０は分布定数線路ＳＬＰＧ０およびコンデンサＣＰＧ０からなる低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタにより、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減することができる。なお、方向性結合回路ＣＯＰ１０は、低域通過フィルタの機能を必ずしも持たせる必要はなく、コンデンサを設けずＧＳＭ帯域の周波数を通過させるための分布定数線路ＳＬＰＧ０だけで構成しても良い。
【００７２】
また、結合線路ＳＬＰＧ１を分布定数線路ＳＬＰＧ０に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成することにより、送信回路ＴＸ側の電力増幅回路ＡＭＰ１１０からの出力の一部をモニタ信号として取り出して、モニタ端子Ｍｏ１を経由して、減衰回路ＡＴＴ１０により減衰され、自動電力制御回路ＡＰＣ１０により検波と制御信号への変換処理が行われ、制御回路ＣＯＮ１０を介して電力増幅回路ＡＭＰ１１０に帰還されている。結合線路のスイッチＳＷ１１０側には、終端抵抗ＲＰＧ０が接続されている。
【００７３】
減衰回路ＡＴＴ１０は、方向性結合回路ＣＯＰ１０で取り出した信号を減衰させ自動電力制御回路ＡＰＣ１０に入力する機能と、方向性結合回路と自動電力増幅回路の間のインピーダンス整合を調整する機能との２つの機能をもつ。
【００７４】
自動電力制御回路ＡＰＣ１０は、減衰回路ＡＴＴ１０を介して入力されたモニタ信号に応じて増幅回路ＡＭＰ１１０の制御信号を出力する。自動電力制御回路ＡＰＣ１０は、その状態を高周波モジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｄｄ、Ｖｅｎａｂｌｅ、Ｖｒａｍｐ等に接続されている。
【００７５】
制御回路ＣＯＮ１０には、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０からの信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力の大きさを制御する機能、および、Ｖｍｏｄ端子の電圧に応じて電力増幅回路１１０とＡＭＰ１２０のうちの動作する側を切りかえる機能を持つ。
【００７６】
次に、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路の詳細について説明する。
【００７７】
分波回路ＤＩＰ１０のＤＣＳ／ＰＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ２０で形成されている。高域通過フィルタＨＰＦ２０は、直列接続された２つのコンデンサとそ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とに分ける機能を有する。
【００７８】
低域通過フィルタＬＰＦ２０は、電力増幅回路ＡＭＰ１２０およびスイッチＳＷ１２０が発生する高調波歪成分を低減させる機能を有するとともに、分波回路とスイッチの整合をとる機能を有する。
【００７９】
スイッチＳＷ１２０は、アンテナ端子側の回路、ＤＣＳ／ＰＣＳの送信系、ＤＣＳの受信系、ＰＣＳの受信系のそれぞれに接続する、Ａｎ２端子、Ｔｘ２端子、Ｒｘ３端子、Ｒｘ４端子を備え、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。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Ｖｓｄｄ、Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３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Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３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。
【００８０】
電力増幅回路ＡＭＰ１２０は、初段、中段、後段の３段の増幅回路より構成され、それぞれに対してバイアス線路ＳＬＰＤ６、ＳＬＰＤ５、ＳＬＰＤ４を介して電圧が供給され、この電圧をエネルギー源としてＤＣＳ／ＰＣＳ−ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。
【００８１】
整合回路ＭＡＴ２０は分布定数線路ＳＬＰＤ２〜ＳＬＰＤ５、コンデンサＣＰＤ１〜ＣＰＤ４からなり、分布定数線路ＳＬＰＤ２、コンデンサＣＰＤ２、ＣＰＤ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合回路ＣＯＰ２０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、前記電力増幅回路ＡＭＰ１２０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。
【００８２】
また、分布定数線路ＳＬＰＤ３は、オープンスタブを構成し、電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合回路ＣＯＰ２０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、高調波成分の抑制、および電力増幅回路ＡＭＰ１２０の増幅性能を最大限まで引き出す役割を担っている。
【００８３】
コンデンサＣＰＤ１は電力増幅回路ＡＭＰ１２０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
【００８４】
段間整合回路ＩＭＡ２０は、前記３段の増幅回路の段間のインピーダンスの調整を行う機能を持つ。分布定数線路ＳＬＰＤ５、ＳＬＰＤ６、コンデンサＣＰＤ５は、３段アンプを構成する電力増幅回路ＡＭＰ１２０の中段アンプと最終段アンプ、および初段アンプと中段アンプとの間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行なう役割を担っている。
【００８５】
方向性結合回路ＣＯＰ２０は分布定数線路ＳＬＰＤ０およびコンデンサＣＰＤ０からなる低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタにより、前記電力増幅回路ＡＭＰ１２０から発生する不要信号を低減することができる。なお、方向性結合回路ＣＯＰ２０は、低域通過フィルタの機能を必ずしも持たせる必要はなく、コンデンサを設けずＤＣＳ帯域の周波数を通過させるための分布定数線路ＳＬＰＤ０だけで構成しても良い。
【００８６】
また、結合線路ＳＬＰＤ１を分布定数線路ＳＬＰＤ０に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成することにより、送信回路ＴＸ側の電力増幅回路ＡＭＰ１２０からの出力の一部をモニタ信号として取り出して、モニタ端子Ｍｏ２を経由して、減衰回路ＡＴＴ２０により減衰され、自動電力制御回路ＡＰＣ１０により検波と制御信号への変換処理が行われ、制御回路ＣＯＮ１０を介して電力増幅回路ＡＭＰ１２０に帰還されている。結合線路のスイッチＳＷ１２０側には、終端抵抗ＲＰＤ０が接続されている。
【００８７】
減衰回路ＡＴＴ１０は、方向性結合回路ＣＯＰ１０で取り出した信号を減衰させ自動電力制御回路ＡＰＣ１０に入力する機能と、方向性結合回路と自動電力増幅回路の間のインピーダンス整合を調整する機能との２つの機能をもつ。
【００８８】
自動電力制御回路ＡＰＣ１０は、減衰回路ＡＴＴ１０を介して入力されたモニタ信号に応じて増幅回路ＡＭＰ１１０の制御信号を出力する。自動電力制御回路ＡＰＣ１０は、その状態を高周波モジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｄｄ、Ｖｅｎａｂｌｅ、Ｖｒａｍｐ等に接続されている。
【００８９】
制御回路ＣＯＮ１０には、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０からの信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１２０の出力の大きさを制御する機能、および、Ｖｍｏｄ端子の電圧に応じて電力増幅回路１１０とＡＭＰ１２０のうちの動作する側を切りかえる機能を持つ。
【００９０】
本発明の高周波モジュールＲＥＭ１０においては、誘電体層と導体層を交互に複数積層してなる多層基板を有し、多層基板の表面に部品や素子として実装されたり、多層基板の内部に部品として内蔵されたり、または導体層による回路パターンとして内蔵される。
【００９１】
本発明によれば、少なくともスイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１２０が、ＳＷ１００として示すように、１つの高周波半導体集積回路素子（以下、ＳＷ−ＩＣ素子）に集積されている。また、デコーダＤＥＣ１０は、前記ＳＷ−ＩＣ素子内に集積させることが望ましいが、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。
【００９２】
スイッチＳＷ１１０、ＳＷ１２０を構成するＳＷ−ＩＣ素子としては、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンが形成されていることによって小型化、低ロス化を図ることができる。
【００９３】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０も高周波半導体集積回路素子（以下、ＡＭＰ−ＩＣ素子という。）によって形成される。なお、制御回路ＣＯＮ１０は、ＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積されていることが望ましいが、別の実装部品として高周波モジュールの表面や内部に実装することもできる。
【００９４】
このＡＭＰ−ＩＣ素子としては、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造またはＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）で形成され、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）またはＳｉ（シリコン）を半導体材料として形成されるが、小型化、高効率化を図る上では、ＧａＡｓ  ＨＢＴ構造の半導体素子からなることが望ましい。
【００９５】
また、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０は本実施例に示す高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成してもよいが、小型化を図る上で半導体集積回路素子（以下、ＡＰＣ−ＩＣ素子という。）として前記多層基板の上面に、実装することが望ましく、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子中に集積化することもできる。
【００９６】
本発明の送信用高周波モジュールＲＥＭ１０では、上記以外の回路について、分波回路ＤＩＰ１０、出力整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、段間整合回路ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０を構成するコンデンサやインダクタ等の一部を、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たり、これらの回路を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部を、多層基板上面または内層に導体パターンとして設けることができる。
【００９７】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子とＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子とに接続される電圧制御発振回路ＶＣＯやバランが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【００９８】
さらに、方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０をＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積してもよい。また、方向性結合回路を備えず、その代わりに電力増幅回路の整合回路を構成する分布定数線路の一部からモニタ信号を取り出す方法を採用しても良い。
【００９９】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子とＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子とに接続される電圧制御発振回路ＶＣＯが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【０１００】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０―ＲＸ端子、ＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、ＰＣＳ―ＲＸ端子とに接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【０１０１】
また、コンデンサＣＰＧ１は、多層基板上面の実装部品とすることにより、多層基板内蔵素子の電気的不具合をチェックする際に方向性結合回路ＣＯＰ１０と整合回路ＭＡＴ１０を別々に評価することが可能となる。
【０１０２】
図３は、本発明に係る高周波モジュールの実施例の一部切欠斜視図である。図３に示すように、高周波モジュールは、セラミックなどからなる同一寸法形状の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板Ａが構成されており、この多層基板Ａの上面及び側面は金属からなるシールドカバー１０で被覆され、さらに多層基板Ａ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。
【０１０３】
また、シールドカバー１０は、側面の所定位置に設けられた接地用の端面電極３５の少なくとも１つ以上と半田などの導体で固定されている。なお、図３では、誘電体層１１〜１７の上面の導体パターンは作図上省略されている。
【０１０４】
そして、最上層の誘電体層１１上には、各種のパターンのほか、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子などの高周波モノリシック半導体集積回路２３や、コンデンサ、インダクタなどのチップ部品（集中定数素子）２４が複数実装されている。
【０１０５】
誘電体層１１〜１７は、セラミックス、または合成樹脂、あるいはセラミックスと合成樹脂との複合材料などの誘電体材料によって形成される。微細回路の形成と、多層回路化および高信頼性を図る上では、セラミックスからなることが望ましい。具体的には、アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物を添加混合する。また、導体層を銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗の導体によって形成されていることが望ましく、これらの低抵抗金属との同時焼結性を図る上で、８００〜１０００℃で焼成可能なセラミックスを用いることが望ましく、例えば、ガラス、またはガラスセラミックスなどが好適に用いられる。
【０１０６】
この多層基板Ａは、例えば、セラミックグリーンシートの表面に、上記金属を含有する導体ペーストを塗布したり、金属箔を貼付して、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、焼成して形成される。また、各誘電体層１１〜１７には複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通穴に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成されている。
【０１０７】
なお、本発明の高周波モジュールにおいて、多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上、特に１５〜２５であることが望ましい。このように誘電体層を高誘電率化することで、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮するとともに、キャパシタ素子の対向面積を減少することができ、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【０１０８】
図４は、高周波モジュールを構成する多層基板の概略断面図を示すもので、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子の半導体集積回路素子２３がそれぞれ多層基板Ａの上面に実装され、複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路、方向性結合回路、増幅回路の整合回路がそれぞれ、多層基板Ａの上面のコンデンサやインダクタなどのチップ部品２４と、多層基板の内部素子２５とによって形成されている。
【０１０９】
ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子は、多層基板Ａの表面に形成されたダイパッド２７上に、ＡｇまたはＡｕＳｎなどの導電性接着材２８を用いてそれぞれ実装され、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ素子の入出力電極は、多層基板Ａの表面に形成された信号用パターン及び接地用パターン２９にＡｕなどボンディングワイヤ３０により接続されている。
【０１１０】
また、多層基板Ａの上面は、エポキシ系などの樹脂３１で封止されている。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ素子は完全に固定され、また外部からの異物混入などを防止でき、高周波モジュールの信頼性を向上することができる。
【０１１１】
図５、図６に本実施例の多層基板を上方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。
【０１１２】
整合回路ＭＡＴ１０とＭＡＴ２０の間、および、方向性結合回路ＣＯＰ１０とＣＯＰ２０の間には、多層基板Ａ上面および内層に、多層基板下面の接地用端子パターンと結合された干渉防止パターン４０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、電力増幅回路の発生する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。
【０１１３】
次に、本発明のモジュールを構成する多層基板内での素子配置に関して説明する。本発明のモジュールを構成する多層基板には、その長手方向の片側一端部に、電力増幅回路ＡＭＰ１００が、他方側端部に、スイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０と分波回路ＤＩＰ１０が設けられて分離されており、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０等は、それらの間に設けられている。即ち、基板の長手方向に電力増幅回路ＡＭＰ１００、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０、スイッチ回路ＳＷ１００と分波回路ＤＩＰ１０が、信号が流れる方向に最短経路となるように順次形成されている。このような配置とすることで無駄な引き廻し線路が不要なるため、伝送ロスを最小に留め、かつ、線路間の干渉を最小限に抑えることが出来る。すなわち、本モジュールの電気的性能を最大限に引き出すことが可能となる。
【０１１４】
電力増幅回路ＡＭＰ１００は、後述するように、ＡＭＰ−ＩＣ素子として設けられ、多層基板Ａの上面に形成されたダイパッド２７の上に、導電性または非導電性の接着剤２８を介して固定されている。該ダイパッド２７はビアホール３８にて多層基板Ａの下面の接地用端子パターン３７に接続されているため、モジュール外に放熱する経路を確保し、電力増幅回路ＡＭＰ１００が保証された温度を超えて高温になるのを防止することができる。
【０１１５】
スイッチＳＷ１００は、スイッチＳＷ１１０、スイッチＳＷ１２０、デコーダ１０などが集積されたＳＷ−ＩＣ素子として、多層基板Ａの上面に形成されたダイパッド２７の上に、導電性または非導電性の接着剤２８を介して固定されている。該ダイパッド２７は、ビアホール４１にて多層基板Ａの下面の接地用端子パターン３７に接続されている。このため、該ダイパッド２７が他のパターンと非接続の浮遊パターンなってその下部に備えられた分波回路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４１は、長方形のダイパッド２７の外周付近に接続して備えられているため、ダイパッド２７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効果的に防止できる。
【０１１６】
なお、ＡＭＰ−ＩＣ素子を搭載するダイパッド２７ａと、ＳＷ−ＩＣ素子を搭載するダイパッド２７ｂとは、互いに接続することなく独立して形成されており、これにより、ＳＷ−ＩＣ素子がＡＭＰ−ＩＣ素子からの熱の影響によって特性が変動したり、故障を来すなど問題を解消できる。
【０１１７】
分波回路ＤＩＰ１０は、ＳＬＡＧ１、ＣＡＧ１、ＬＰＦ１０、ＨＰＦ１０で構成されるＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の部分４２とＨＰＦ２０、ＬＰＦ２０で構成されるＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分４３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４２は前記ＳＷ−ＩＣ素子のダイパッド２７の下側の領域内に形成され、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分４３は、該ダイパッド２７の下側の領域外に形成されている。
【０１１８】
また、スイッチＳＷ１００が実装されたダイパッド２７を多層基板の下面の接地用端子パターンと接続しているビアホール４１は、配置的には、前記分波回路のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の部分４２とＤＣＳ／ＰＣＳ側の部分４３の間に形成されている。したがって、ビアホール４１は、前記ダイパッド２７を接地する役割と、分波回路内部の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。
【０１１９】
図５は、多層基板Ａの下面のパターンを示す図である。即ち、多層基板Ａの下面の周辺部には、外部回路との接続のための信号用端子パターン３２やバイアス供給用端子パターン３３、接地用端子パターン３４が形成され、さらに多層基板Ａの４隅には、端面スルーホール電極３５が上面から底面に亘るように形成され、多層基板Ａの最下層４隅に形成されている接地用端子パターン３６と接続されている。また、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、前記多層基板の下面周辺部に形成された接地用端子パターン３４とも接続されている。
【０１２０】
さらに、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７は、放熱を促進させるため、図４に示したサーマルビア３８と接続されている。これら多層基板Ａの下面に形成された接地用端子パターン３７は、例えば、携帯端末のプリント配線基板の回路と接続される。
【０１２１】
このように多層基板Ａの下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７とサーマルビア３８が接続されることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子に発生した熱はサーマルビア３８、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を介しプリント配線基板へと放熱されるため、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性変動、及び／または、特性劣化を防ぐことができる。
【０１２２】
サーマルビア３８を形成する導体は、低熱抵抗導体である銀、又は銅を用いることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性劣化を防ぐことができる。
【０１２３】
なお、前記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３２、およびバイアス供給用端子パターン３３に接しない程度の大きさとして、１つの大きなパターンで形成しても良い。ただし、このように接地用パターン３７が大きい場合は、プリント配線基板との接続のため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しやすいため、下面中央部に形成された接地用パターン３７上に、少なくとも１つ以上の接地用パターン３７や、各端子パターン３２、３３、３４、３６が露出するように、点線が囲んだ部分のみが露出するようにオーバーコートガラス３９が塗布形成されている。
【０１２４】
高周波モジュールにおいて、本モジュールを構成するＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧が低下すると、ＡＭＰ−ＩＣ素子の出力レベル、および電力付加効率が劣化するため、ＡＭＰ−ＩＣ素子に電圧を供給する役割を持つ整合回路を形成する分布定数線路、コンデンサ用導体パターン、ビアホール導体の導体材料として、低抵抗導体である銀、または銅を用いることが望ましい。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧の低下を最小限に抑制することが可能となる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高周波モジュールによれば、分波回路から電力増幅回路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。
【０１２６】
また、スイッチ回路および電力増幅回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、それぞれ多層基板の上面に搭載することで、スイッチの小型化と、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、製造工程の短縮化とコスト削減、さらには消費電流の低減を計ることが出来る。
【０１２７】
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回路で行うことにより、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、分波回路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、スイッチ回路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概略断面図を示す。
【図５】本発明の高周波モジュールの多層基板の内層部分の回路配置を示す図である。
【図６】本発明の高周波モジュールの多層基板の上面の回路配置を示す図である。
【図７】本発明の高周波モジュールの下面のパターンを示す図である。
【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・・・分波回路
ＳＷ１００、ＳＷ１１０，ＳＷ１２０・・・スイッチ
ＤＥＣ１０・・・デコーダ
ＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０・・・低域通過フィルタ
ＨＰＦ１０、ＨＰＦ２０・・・高域通過フィルタ
ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０・・・方向性結合回路
ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０・・・整合回路
ＡＭＰ１００、ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０・・・電力増幅回路
ＣＯＮ１０・・・制御回路
ＡＰＣ１０・・・自動電力制御回路
ＡＴＴ１０・・・減衰回路
ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０・・・段間整合回路
１１〜１７・・・誘電体層
２３・・・高周波半導体集積回路
２４・・・チップ部品
２７・・・ダイパッド
３０・・・ボンディングワイヤ
３１・・・封止樹脂
３２・・・信号用端子パターン
３３・・・接地用端子パターン
３８・・・放熱用ビア
３９・・・オーバーコートガラス
４０・・・干渉防止用接地パターン
４２・・・分波回路の一部分で、基本波の周波数が低い送受信系に属する部分
４３・・・分波回路の一部分で、基本波の周波数が高い送受信系に属する部分
【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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