(57)【要約】【課題】大幅な設計変更無しに、低背化を容易に実現できる高周波モジュールを提供する。【解決手段】複数の誘電体層１ａ〜１ｈを積層してなる多層基板２を用い、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、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、各送信系の高調波を減衰させるローパスフィルタを具備してなる高周波モジュールにおいて、誘電率が異なる２種以上の誘電体層の積層体によって多層基板が形成されており、低い誘電率の誘電体層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｇ、１ｈの各層厚が、高い誘電率を有する誘電体層１ｄ、１ｅ、１ｆの各層厚よりも薄いことを特徴とし、コンデンサ形成用の電極パターンとグランド電極の間に位置する誘電体層を低誘電率の誘電体層によって形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層を積層してなる多層基板を用い、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、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、各送信系の高調波を減衰させるフィルタを具備してなる高周波モジュールにおいて、前記誘電体層が誘電率が異なる２種以上の誘電体層の積層体によって形成されており、低い誘電率の誘電体層の各層厚が、高い誘電率を有する誘電体層の各層厚よりも薄いことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記多層基板に、コンデンサ電極およびグランド電極が形成されており、前記コンデンサ電極およびグランド電極の間に位置する誘電体層が、低い誘電率の誘電体層からな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】
高い誘電率の誘電体層の比誘電率をε１、低い誘電率の誘電体層の比誘電率をε２としたとき、ε２／ε１が０．８以下であ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】
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の高周波モジュールを内蔵してなることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波モジュールに関し、特に複数の誘電体層を積層してなる多層基板を用いた高周波モジュールおよび携帯電話などの無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話は、世界中に普及し、携帯電話の機能、サービスの向上が図られている。新たな携帯電話としては、複数の送受信系を取り扱うマルチバンド携帯電話が考案されている。
【０００３】
例えば、マルチバンド携帯電話の一つであるデュアルバンド携帯電話は、通常の携帯電話が１つの送受信系のみを取り扱うのに対し、２つの送受信系を取り扱うものであり、これにより、利用者は都合の良い送受信系を利用することができるものである。
【０００４】
近年の欧州においては、通過帯域の異なる送受信系を有するＧＳＭ／ＤＣＳデュアルバンド方式の携帯電話が使用され、小型化のために種々の高周波スイッチモジュールが考案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
このような高周波スイッチモジュールは、例えば、図３に示すように、複数の誘電体層２１を積層してなる多層基板２２上に、インダクタやＰＩＮダイオード、コンデンサ等の実装部品２３が搭載され、金属ケース２４によりシールドされている。また、多層基板２２表面や内部には、高周波回路を形成すべく、グランド電極２５、２６、コンデンサ２７や、分布定数線路２８などが形成される。
【特許文献１】特開２００２−３０００５１
【特許文献２】特開平１０−１２６３０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波モジュールの高さは、図３に示されるように、同一材質で同一厚みの誘電体層２１を積層してなる多層基板２２の厚みに加え、インダクタやＰＩＮダイオード、コンデンサなどの実装部品２３の中でもっと高い部品の高さ、さらにそれら実装部品を封止するための、金属ケース２４などの高さが加わり、高周波モジュールの高さが決まる。
【０００７】
このような高周波モジュールの低背化のためには、低背の実装部品２３を使用することが最も容易であるが、このような低背した実装部品は高価であるために、モジュールのコストを高めてしまう。また、多層基板の層数を減らしたり、誘電体層の層厚を薄くすると、多層基板中の内蔵素子の設計が非常に制約されてしまうために、実装部品点数の増加や、インピーダンスなどの整合が非常に難しくなるなどの問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、かかる問題点を解消するためになされたもので、大幅な設計変更を行うことなく、容易に低背化を実現することができる高周波モジュールおよび無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高周波モジュールは、複数の誘電体層を積層してなる多層基板を用い、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、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、各送信系の高調波を減衰させるローパスフィルタを有し、前記誘電体層は高誘電率層と低誘電率層からなり、低誘電率層の層厚が高誘電率層の層厚よりも薄いことを特徴とするものである。
【００１０】
層厚が薄い低誘電率層を用いることにより、層厚が厚い高誘電率層のみの場合とほぼ同じ電極パターンを用いることができるため、大幅な設計変更無しに低背化を実現することが可能となる。
【００１１】
また、ローパスフィルタなどにおけるコンデンサを形成すべく、コンデンサ電極とグランド（ＧＮＤ）電極の間にある誘電体層を上記の低誘電率層にすることが望ましい。これにより、コンデンサの容量や電極パターンを変更することなく、低背化を図ることができる。さらに、高い誘電率の誘電体層の比誘電率をε１、低い誘電率の誘電体層の比誘電率をε２としたとき、ε２／ε１が０．８以下であることが低背化に対して効果的である。
【００１２】
これにより、各回路を構成する分布定数線路長を短縮させつつ、大幅な設計変更無しに低背化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波モジュールは、高誘電率層と低誘電率層からなる複数の誘電体層を積層してなる多層基板を用い、低誘電率層の層厚を高誘電率層の層厚よりも薄くすることにより、同一厚みの誘電体層による積層体によって形成する場合と同じ電極パターンを用いつつも、大幅な設計変更無しに低背化を実現することができる。また、波長短縮効果も具備することによってモジュールの小型化も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明における高周波モジュールは、例えば、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系ＧＳＭ、ＤＣＳに分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ、ＤＣＳを送信系ＴＸと受信系ＲＸとにそれぞれ切り替えるスイッチ回路ＳＷ１０、ＳＷ２０と、高調波を減衰させるローパスフィルタＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０で構成されている。
【００１５】
図１は、本発明における高周波モジュールを構成する高周波回路の一例を説明する回路図である。図１の回路図においては、この高周波モジュールは、ＧＳＭ方式（９００ＭＨｚ帯）の送受信系とＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）の送受信系とから構成され、両者の信号は分波回路ＤＩＰ１０で回路的に分離される。
【００１６】
アンテナＡＮＴは、分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１０、ＳＷ２０に接続されている。すなわち、アンテナＡＮＴから受信されたＤＣＳ方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ側の送受信系へ導かれ、ＧＳＭ方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＧＳＭ側の送受信系に導かれる。
【００１７】
ダイプレクサ回路ＤＩＰ１０は、ローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦＧ２、ＬＰＦＤ２とハイパスフィルタＨＰＦ１から構成され、ローパスフィルタＬＰＦ１とハイパスフィルタＨＰＦ１により、各送受信系の分離をしている。また、ローパスフィルタＬＰＦＧ２、ＬＰＦＤ２により、各送信系の高調波の減衰を行っている。
【００１８】
スイッチ回路ＳＷ１０は、受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切り替えるものである。スイッチ回路ＳＷ１０の送信系ＴＸ側には、ローパスフィルタＬＰＦ１０が接続され、高調波の減衰を行っている。
【００１９】
同じく、スイッチ回路ＳＷ２０は、受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切り替えるものである。スイッチ回路ＳＷ２０の送信系ＴＸ側には、ローパスフィルタＬＰＦ２０が接続され、高調波の減衰を行っている。
【００２０】
図２は、上記の高周波回路を形成した高周波モジュールの一例を説明するための概略断面図である。この高周波モジュールは、８層の誘電体層１ａ〜１ｈを積層してなる多層基板２を具備する。この多層基板２は、セラミックスグリーンシートの表面に導電ペーストを塗布して各回路を構成する電極パターンをそれぞれ形成した後、電極パターンが形成された複数の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。
【００２１】
これにより、各誘電体層には、様々な回路パターン３や、回路パターン同士を接続するためにビアホール導体４が形成されている。例えば、実装部品を実装するための電極パターン３ａ、分布定数線路３ｂ、コンデンサ形成用の電極３ｃなどが形成される。
【００２２】
なお、最上層の誘電体層１上には、電極を形成する回路パターン３ａに対して、インダクタ５やＰＩＮダイオード６等の表面実装部品が半田などによってろう付けされて実装搭載されている。インダクタ５やＰＩＮダイオード６等の表面実装部品は、多層基板２表面に接合された金属ケース７により電磁気的にシールドされている。
【００２３】
図２の高周波モジュールにおいては、実装部品５、６の直下の多層基板２内にグランド電極８が形成され、また多層基板２の裏面にもグランド電極９が形成されている。そして、多層基板２内部には、図１の回路図におけるローパスフィルタＬＰＦＤ２、ＬＰＦＧ２、ＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０などを形成すべく、図３のパターン構成が形成されている。即ち、グランド電極８、９の間において、電極パターン１３、分布定数線路３ｂ，コンデンサ電極３ｃ、電極パターン１０がこの順序で形成されている。そして、電極パターン１０とグランド電極９との間にコンデンサ１４が、電極パターン１３とグランド電極８との間にコンデンサ１６が形成されている。同様に、電極パターン１１とグランド電極９との間にコンデンサ１５が、電極パターン１２とグランド電極８との間にコンデンサ１７が形成されている。なお、上記コンデンサ１４、１５、１６、１７は、図１の高周波回路における対ＧＮＤ容量ＣＧ２、ＣＧ３、ＣＤ２、ＣＤ３を形成するものである。
【００２４】
本発明においては、上記誘電体層１ａ〜１ｈのうち、コンデンサ１４、１５、１６、１７が形成された誘電体層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｇ、１ｈを低誘電率の誘電体層（以下、低誘電率層という。）によって形成し、それ以外の誘電体層１ｄ、１ｅ、１ｆを高誘電率の誘電体層（以下、高誘電率層という。）によって形成することを特徴とするものである。
【００２５】
より具体的には、高誘電体層の比誘電率をε１、低誘電体層の比誘電率をε２としたとき、ε２／ε１が０．８以下、特に０．６以下でとすることが低背化に対して効果的である。
【００２６】
ここで、上記コンデンサにおいて、電極パターン面積Ｓ、電極パターンとグランド電極との距離ｄ、電極パターンとグランド電極との間に位置する誘電体層の誘電率をεrとすると、グランド電極と電極パターン間の容量Ｃは、Ｃ＝εｒ（Ｓ／ｄ）であらわされる。本発明においては、コンデンサを形成する誘電体層を他の高誘電率εｒＨから、低誘電率εｒＬとし、その厚みをｄＨからｄＬに薄くしようとする場合、誘電体層の誘電率を低くし、コンデンサを形成する誘電体層の厚みｄＬを、ｄＬ＝ｄＨ（εｒＬ／εｒＨ）とすれば、容量Ｃを変化させることなく誘電体層の厚みを薄くすることができ、その結果、大幅な設計変更無しで、多層基板の低背化を図ることができる。つまり、誘電率２０、厚さ１００μｍの誘電体層による多層基板において、コンデンサ形成部分のみ誘電率１０の低誘電率層によって形成した場合、低誘電率層の厚みを５０μｍとすれば、容量が変化することがなく低背化を実現することができる。
【００２７】
本発明によれば、このような一対の電極を具備するコンデンサのうち、一方の電極がグランド電極からなるコンデンサを形成する誘電体層１ａ，１ｃ、１ｄ，１ｇ、１ｈのすべてを、低誘電率で層厚の小さい低誘電率層によって形成することが望ましく、これによって大幅な設計変更無しに、低背化することが可能となる。
【００２８】
このような高誘電率の誘電体材料および低誘電率の誘電体材料としては、所望の誘電率を有するものであれば、周知の材料をもって形成することができるが、この高誘電率層と低誘電率層とは、グランド電極や、ビアホール導体、電極パターンなどとともに、同時焼成によって形成されるものであることが望ましく、類似の組成系によって形成することが望ましく、例えば、特開平２００２−１０４８７０号に示されるような、ＭｇＴｉＯ３−Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３を主成分し、これにＢ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３等の助剤を添加して構成されたものなどが挙げられる。
【００２９】
なお、図２の高周波モジュールにおいては、８層の誘電体層からなる多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るものではない。
【００３０】
本発明によれば、上記高周波モジュールを携帯電話などの無線通信装置に内蔵することによって、高周波モジュールの低背化、小型化によって、無線通信装置の低背化、小型を図ることができる。
【実施例】
【００３１】
高誘電率の誘電体材料として、誘電率が２０のＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系組成物と、誘電率が１０のＭｇＴｉＯ３−Ｍｇ２ＳｉＯ３下記の組成物を準備した。
【００３２】
かかる誘電体材料を用いてドクターブレード法によって焼成後の厚みが高誘電率層が１００μｍのグリーンシート３枚、低誘電率層が５０μｍとなるセラミックグリーンシート５枚を作製した。各グリーンシートに銀ペーストを用いて、焼成後の厚みが１５μｍとなるようなグランド電極、コンデンサ電極、実装用電極、その他回路パターンを印刷形成した。
【００３３】
それらグリーンシートを図２に示すような順序で積層し、９００℃で大気中で２時間時間焼成して、高周波モジュール基板を作製した。
【００３４】
その後、このモジュール基板の表面に、ＰＩＮダイオードや、インダクタ素子、コンデンサ素子、抵抗素子をろう付け実装して高周波モジュールを形成した。
【００３５】
かかる高周波モジュールは、誘電体全層を厚さが１００μｍの高誘電率の誘電体層の積層体によって形成した高周波モジュールの基板厚みは０．８ｍｍであるのに対して、本発明の高周波モジュールの基板厚みは０．５５ｍｍであり、０．２５ｍｍの低背化を実現することができた。
【００３６】
また、周波数２ＧＨｚの信号を処理する高周波モジュールにおける分布定数線路長の波長短縮効果について検証し、結果を表１に示した。
【表１】
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【００３７】
表１のＮｏ．１、２から、高い誘電率の誘電体層を用いることで、低い誘電率の誘電体層を用いる場合よりも波長短縮効果（内蔵された分布定数線路長の短縮化）があることがわかる。これに対して、Ｎｏ．３、４から、本発明に基づき、誘電率が低く、厚みの薄い層を用いることによってモジュール全体の厚みを薄くしつつ、高誘電率による波長短縮効果が維持されていることがわかる。また、Ｎｏ．５、６との比較からも、本発明によれば、誘電率を低くしただけでの場合よりも波長短縮効果があることが分かる。これによって小型化にも有利であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の高周波モジュールに適用される高周波回路の一例を説明する回路図である。
【図２】本発明の高周波モジュールの概略断面図である。
【図３】本発明の高周波モジュールにおけるローパスフィルタの構成例を示すパターン図である。
【図４】従来の高周波モジュールの概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ〜１ｈ  誘電体層
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｇ、１ｈ  低誘電率層
１ｄ、１ｅ、１ｆ  高誘電率層
２  多層基板
３  回路パターン
４  ビアホール導体
５  インダクタ
６  ＰＩＮダイオード
７  金属ケース
８、９  グランド電極
１０、１１、１２、１３  電極パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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