(57)【要約】【課題】電力増幅回路から発生した高調波歪みが、別の送信系の信号線路と干渉し、フィルタ回路を介さずにアンテナ端子から出力されることを防止する。【解決手段】通過帯域の異なる複数の高周波増幅素子ＭＭＩＣを実装した誘電体層１１の下層にあたる誘電体層１５に、それぞれ高周波増幅素子ＭＭＩＣに対応した干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂを互いに分離して設け、前記干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂを、最下層の誘電体層１７に設けられた共通接地パターン３７にビア接続している。【選択図】図４
2005260878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層が積層されてなる多層基板の表面及び内部に実装される高周波モジュールであって、
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切り分ける分波回路と、
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を備え、
前記通過帯域の異なる複数の電力増幅回路を実装した誘電体層の上層又は下層にあたる誘電体層に、それぞれ電力増幅回路に対応した干渉防止用接地パターンを互いに分離して設け、
前記干渉防止用接地パターンを、いずれかの誘電体層に設けられた共通接地パターンにビア接続していることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記共通接地パターンは誘電体層の最下層に設けられている請求項１記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記干渉防止用接地パターンは誘電体層の中間層に設けられている請求項１又は請求項２記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記電力増幅回路を実装した誘電体層は最上層の誘電体層である請求項１から請求項３のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項５】
前記電力増幅回路は、高周波増幅素子及び整合回路を含むものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項６】
前記分波回路に接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り替えるスイッチ回路をさらに備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項７】
前記分波回路に接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り分けるダイプレクサをさらに備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の高周波モジュール。
【請求項８】
前記請求項１から請求項７のいずれかに記載の高周波回路モジュールを搭載したことを特徴とする携帯電話機などの無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機などの無線通信装置に用いられ、分波回路、電力増幅回路等により構成されるマルチバンド送信用の高周波モジュール及びそれを搭載した無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を実装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。
この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、利便性の高い機器として期待されている。例えば、ＧＳＭ(Global System for Mobile communication)／ＤＣＳ(Digital Cellular System)の２方式を実装したデュアルバンド方式の携帯電話機が知られている。
【０００３】
図６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ＧＳＭ／ＤＣＳをそれぞれ分波し、各送受信系ＤＣＳ、ＧＳＭにおいてそれぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとの切替を行う高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を備える。高周波スイッチモジュールＡＳＭ１は、低域通過フィルタ、スイッチ回路（又はダイプレクサ）、分波回路を含む。さらに、送受信系ＤＣＳの送信系ＤＣＳＴＸ、受信系ＤＣＳＲＸ、送受信系ＧＳＭの送信系ＧＳＭＴＸ、受信系ＧＳＭＲＸの各端子を備える。
【０００４】
送信系ＤＣＳＴＸ、ＧＳＭＴＸの端子は、それぞれ方向性方向性結合回路ＣＯＰ１００、２００、電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００に接続される。電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００は、高周波増幅素子ＭＭＩＣと整合回路とからそれぞれ構成されている。
送信時には、電力増幅回路ＡＭＰ１００、又はＡＭＰ２００で増幅された送信信号は、方向性方向性結合回路ＣＯＰ１００又はＣＯＰ２００、さらに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。
【０００５】
一方、受信系ＤＣＳＲＸ、ＧＳＭＲＸの端子は、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、４００及び低ノイズ増幅回路ＡＭＰ３００、４００に接続される。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、又は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、又はＡＭＰ４００にて増幅される。
【特許文献１】特開平１１−２２５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日、携帯電話機の小型化、高機能化への要求が強く、それに伴い電子部品の実装面積削減、消費電流の低減が要求されている。これらの要求を満たすために、電力増幅回路、分波回路等を一体化した高周波モジュールが検討されている。
しかし、小型化、高機能化を進めるにあたって、多層基板の表面又は内部に形成されるパターン数が増加し、近接することで、周波数帯の異なるパターン間の干渉が発生するという課題がある。特に、電力増幅回路から発生した高調波歪みが、本来ならフィルタ回路を介してアンテナ端子から出力されるが、別の送信系の信号線路と干渉し、フィルタ回路を介さずにアンテナ端子から出力され、高調波歪み率が悪化してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、電力増幅回路と他の回路との干渉を低減することにより、良好な特性を有する小型、低コストな高周波モジュール及びそれを搭載した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】
【０００８】
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切り分ける分波回路と、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を備え、前記通過帯域の異なる複数の電力増幅回路を実装した誘電体層の上層又は下層にあたる誘電体層に、それぞれ電力増幅回路に対応した干渉防止用接地パターンを設け、前記干渉防止用接地パターンを、いずれかの誘電体層に設けられた共通接地パターンに接続しているものである。
【０００９】
前記干渉防止用接地パターンは、共通接地パターンとビア接続されているためインダクタ成分を持つ。共通接地パターンに比べて理想的な接地状態ではない。したがって、周波数が高くなると、干渉防止用接地パターンが接地層として働かず、面積の広い分布定数線路として働く可能性がある。
しかし、本発明のように、通過帯域の異なる複数の電力増幅回路ごとに干渉防止用接地パターンを分離して設けておけば、理想的な接地とはいかないまでも、他の送信系に不要な高調波歪みが伝播する経路を遮断することが可能である。したがって、多層基板を用いたとしても、通過帯域ごとに部品をプリント基板に実装した場合と同様の高調波特性を満足しつつ、高周波モジュールの小型化を達成することが可能となる。
【００１０】
前記高周波モジュールの実装構造としては、共通接地パターンは、例えば誘電体層の最下層に設けられ、前記干渉防止用接地パターンは、例えば誘電体層の中間層に設けられ、前記電力増幅回路は、例えば最上層の誘電体層に搭載された構造が好ましい。
前記電力増幅回路は、高周波増幅素子及び整合回路を含むものである。
本発明の高周波モジュールは、前記分波回路に接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り替えるスイッチ回路を備えるものでもよく、前記分波回路に接続され、送受信系を送信系と受信系とに切り分けるデュープレクサを備えるものでもよい。
【００１１】
また、前記高周波回路モジュールを搭載することにより、通過帯域の異なる複数の送受信系の間で干渉の少ない、小型、低コストな無線通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
以下に説明する高周波モジュールは、 周波数帯の異なる送受信系を送信系と受信系とに切り替えるのに半導体素子を用いたスイッチ回路を使用しているが、スイッチ回路以外に、表面弾性波素子など遮断特性の鋭いフィルタ素子を利用して送信系と受信系とを分離するいわゆるダイプレクサを用いたものであっても、本発明の適用が可能であることをあらかじめ断っておく。
【００１３】
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(Personal Communication Services)方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。
図１に示すように、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２つの送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳとを各送受信系に分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳとを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとに切替えるスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０と、前記スイッチの状態を制御するデコーダＤＥＣ１０とを備えている。
【００１４】
さらに、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子への入力信号を増幅する高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０と、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０の出力インピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と（以下、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０と整合回路ＭＡＴ１０とをまとめて「電力増幅回路ＡＭＰ１１０」といい、高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０と整合回路ＭＡＴ２０とをまとめて「電力増幅回路ＡＭＰ１２０」という。）、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、自動電力制御回路ＡＰＣ１０の出力信号に基づいて高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０、高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０を制御する制御回路ＣＯＮ１０とを備えている。
【００１５】
整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０、高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを、３０〜５０Ωに変換し、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０、高周波増幅素子ＭＭＩＣ２０と方向性方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０間のインピーダンスを調整する機能と、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能とを有する。
【００１６】
図２は、図１に示す高周波モジュールの要部を示す詳細な回路図である。
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。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ＤＩＰ１０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。
【００１７】
ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路構成について説明すると、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高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０の整合回路ＭＡＴ１０、整合回路ＭＡＴ１０と接続されている方向性方向性結合回路ＣＯＰ１０、方向性方向性結合回路ＣＯＰ１０の結合線路に接続される自動電力制御端子ＧＳＭMonitorが設けられている。
【００１８】
ＤＣＳ／ＰＣＳ側の概略回路構成も、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の概略回路構成と同様であるから説明を省略する。
以下に、前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。
分波回路ＤＩＰ１０は、低域通過フィルタＬＰＦ００と、低域通過フィルタＬＰＦ１０とから形成されている。
【００１９】
低域通過フィルタＬＰＦ００は、インダクタＬＧ１、キャパシタＣＧ１などからなり、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。
低域通過フィルタＬＰＦ１０は、分布定数線路ＬＧ２、分布定数線路ＬＧ２に平行に配置されたキャパシタＣＧ１４、分布定数線路ＬＧ２とグランドとの間に形成されたキャパシタなどにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ１０は、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０及びスイッチ回路ＳＷ１１０が発生する高調波歪成分を低減させる。
【００２０】
スイッチ回路ＳＷ１１０は、低域通過フィルタＬＰＦ１０の端子を、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系端子、又はＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の受信系端子に切替える。これにより、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。
スイッチ回路ＳＷ１１０は、直流カット用のキャパシタＣＧ２、ダイオードＤＧ１を通して、方向性結合回路ＣＯＰ１０につながれている。また、キャパシタＣＧ２、分布定数線路ＬＧ３、キャパシタＣＧ４を通して受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＲＸにつながれている。
【００２１】
スイッチ回路ＳＷ１１０の切替えは、外部から制御電圧供給用端子ＧＳＭーＶｃに印加される電圧に応じて制御される。
ここで、スイッチ回路ＳＷ１１０の送受信時の動作を説明する。
送信時は、制御電圧供給用端子ＧＳＭ−Ｖｃに制御電圧２．６Ｖを印加することで、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２がオン状態となり、ＡＭＰ１１０からの送信信号がＣＯＰ１０、ＳＷ１１０を通過し、ＡＮＴより送信される
受信時は、制御電圧供給用端子ＧＳＭ−Ｖｃに制御電圧０．２Ｖを印加することで、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２がオフ状態となり、分波回路ＤＩＰ１０からのＧＳＭ受信信号は、スイッチ回路ＳＷ１１０の分布定数線路ＬＧ３を通り、ＧＳＭ−ＲＸ端子へ流れこむ。
【００２２】
高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０は、初段、中段、後段の３段の高周波増幅素子より構成され、それぞれに対して電圧供給用バイアス線路ＬＧ７，ＬＧ８，ＬＧ９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。さらに、電圧供給用バイアス線路ＬＧ７，ＬＧ８，ＬＧ９を高周波に対して４分の１波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。
【００２３】
整合回路ＭＡＴ１０は、分布定数線路ＬＧ６、キャパシタＣＧ６，７から構成される。これ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、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０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、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。
【００２４】
キャパシタＣＧ５は高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
方向性結合回路ＣＯＰ１０は分布定数線路ＬＧ４及びキャパシタＣＧ１３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、前記高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０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、キャパシタを設けずＧＳＭ帯域の周波数を通過させるための分布定数線路ＬＧ４だけで構成しても良い。
【００２５】
また、結合線路ＬＧ５を分布定数線路ＬＧ４に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成しており、これにより高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０からの出力の一部をモニタ信号としてモニタ端子ＧＳＭMonitorに出力している。このモニタ信号は、自動電力制御回路Ｖapcに入力される。結合線路ＬＧ５のスイッチ回路ＳＷ１１０側には、終端抵抗ＲＧ２が接続されている。
【００２６】
自動電力制御回路Ｖapcは、入力されたモニタ信号に応じて、増幅回路ＡＭＰ１１０の制御信号を生成する。
次に、ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路の詳細について、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路と異なるところのみ説明する。
分波回路ＤＩＰ１０のＤＣＳ／ＰＣＳ側は、高域通過フィルタＨＰＦ２０及び低域通過フィルタＬＰＦ２０で形成されている。
【００２７】
高域通過フィルタＨＰＦ２０は、キャパシタＣＤ１，ＣＤ２及びインダクタＬＤ１からなるＴ回路で構成され、ＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどの高電圧サージからスイッチ回路ＳＷ１１０を保護する機能を有する。低域通過フィルタＬＰＦ２０は、電力増幅回路ＡＭＰ１２０及びスイッチ回路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ＤＩＰ１０とスイッチ回路ＳＷ１２０の整合をとる機能を有する。
【００２８】
ＤＣＳ／ＰＣＳ側回路のその他の構成は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路と同様であるから、重複した説明は省略する。
次に、本発明の高周波モジュールＲＦＭ１０を構成する各部品の実装状態を説明する。
高周波モジュールＲＦＭ１０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の表面、及び多層基板の内部に実装される。実装形態は、独立したチップ部品の場合、多層基板の表面に実装され、導体回路パターンの場合、多層基板の表面及び内部に実装される。
【００２９】
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は、高周波増幅素子ＭＭＩＣを構成部品としている。この高周波増幅素子ＭＭＩＣは、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）又はＳｉ（シリコン）などの半導体材の基板上に、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造又はＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）が形成されたものである。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。
【００３０】
また、自動電力制御回路Ｖapcは、小型化を図る上で半導体集積回路素子（以下、ＡＰＣ−ＩＣ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い。しかし、高周波増幅素子ＭＭＩＣ中に集積化することもできる。また、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。
本発明の送信用高周波モジュールＲＦＭ１０では、前記以外の回路、すなわち分波回路ＤＩＰ１０、スイッチ回路ＳＷ１１０，ＳＷ１２０、出力整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０、ＣＯＰ２０などについては、これらの回路を構成するキャパシタやインダクタ等の一部を、チップ部品（集中定数素子）として多層基板の上面に設けたり、これらの回路を構成するキャパシタ、分布定数線路等の一部を、多層基板上面又は内層に導体パターンとして形成して設けたりしている。
【００３１】
また、携帯電話機などにおいて、高周波モジュールの更なる小型化のために、図１のＧＳＭ８５０―ＲＸ端子、ＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、ＰＣＳ―ＲＸ端子に接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが（図示せず）、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。
また、直列キャパシタＣＧ５，ＣＤ５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とを別々に評価することが可能となる。
【００３２】
図３は、本発明に係る高周波モジュールの実装例を示す一部切欠斜視図である。
図３に示すように、高周波モジュールの中に、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が構成されている。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Ａ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）方式やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）の電極として形成されている。
【００３３】
前記シールドカバー１０は、高周波モジュールの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箇所以上と半田などの導体で固定されている。
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、高周波増幅素子ＭＭＩＣ、ＡＰＣ−ＩＣなどの高周波モノリシック半導体集積回路や、キャパシタ、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。
【００３４】
誘電体層１１〜１７は、ガラスエポキシ樹脂などの有機系誘電体基板に対して、銅箔などの導体によって配線導体層が形成されたもの、または、セラミック材料などの無機系誘電体基板に種々の配線導体層を誘電体基板と同時に焼成して形成されたものが用いられる。
前記セラミック材料としては、（１）Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。
【００３５】
前記（２）の混合物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ2系、Ｃａ−ＴｉＯ2系、ＭｇＯ−ＴｉＯ2系等のセラミック材料が用いられ、これらのセラミック材料に、ＳｉＯ２、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3等の助剤を適宜添加したものが用いられる。（３）のガラス組成物としては、少なくともＳｉＯ2を含み、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、具体的には、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、さらにはこれらの系にＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を配合した組成物が挙げられる。また、ガラスとしては、焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出する結晶化ガラスなどが用いられる。
【００３６】
また、前記（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2（クォーツ、クリストバライト）、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＺｒＯ2、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3などのチタン酸塩の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラス２０〜８０質量％、フィラー２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。
【００３７】
一方、配線導体層は、誘電体基板と同時焼成して形成するために、誘電体基板を形成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガン、銅の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）（３）の低温焼成セラミック材料を用いる場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする低抵抗導体材料が用いられる。
【００３８】
誘電体基板は、誘電率を高くすることで、小さな面積でも充分な静電容量を得ることができるため、ストリップライン長を短縮して、全体構造の小型化に供することができる。また、配線や線路などを低損失の低抵抗導体によって形成できることから、上記（１）（２）の低温焼成セラミック材料によって形成することが望ましい。
この多層基板Ａの具体的な製造方法を説明する。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これに添加混合してセラミックグリーンシートを作成する。
【００３９】
セラミックグリーンシートの表面に導体層を形成する。導体層の形成方法は、前記金属を含有する導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面に塗布したり、金属箔を貼付したりする。
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セラミック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、焼成する。この場合、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、貫通孔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る。
【００４０】
そして、セラミックグリーンシートを、これらの導体層と同時焼結する。
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は、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。
【００４１】
図４は、本発明による高周波モジュールの多層基板Ａ表層の実装状態及び多層基板Ａ内部の接地パターンを示す分解斜視図である。
多層基板Ａの表層には、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０が実装されており、ワイヤーボンディングで表面電極と接続されている。その周囲には、整合回路ＭＡＴ１０，２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０，２０、スイッチ回路ＳＷ１１０，１２０、分波回路ＤＩＰ１０が形成されている。スイッチ回路ＳＷ１１０，１２０は多層基板Ａの表層にチップ部品により実装され、分布定数線路やキャパシタなど、整合回路ＭＡＴ１０，２０、方向性結合回路ＣＯＰ１０，２０を構成する素子の一部は多層基板内部に配置される。
【００４２】
また、中層の誘電体層１５の、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０や整合回路ＭＡＴ１０，２０が配置された箇所の下側に、導体層からなる干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成されている。これらの干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂ同士は互いに電気的導通はなく、分離されている。
さらに、最下層の誘電体層１７の下面中央部には、ＬＧＡ構造の共通接地パターン３７が形成されている。この高周波モジュールが、例えば携帯電話機のプリント配線基板に実装された状態で、前記共通接地パターン３７は、当該プリント配線基板の回路と接続される。
【００４３】
共通接地パターン３７は、図４に一点鎖線で示すように、ビアホール導体３８を介して干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂ及び高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０を載せているダイパッド２７と接続される。
図５に、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０や整合回路ＭＡＴ１０，２０が配置された付近の、多層基板Ａの断面図を示す。
【００４４】
同図に示すように、多層基板Ａの上面に形成されたダイパッド２７の上に、導電性又は非導電性の接着剤を介して高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０が固定されている。ダイパッド２７はビアホール導体３８にて、多層基板Ａ中層の互いに分離された干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂ、及び多層基板Ａの下面に形成された共通接地パターン３７に接続されている。このため、モジュール外に放熱する経路を確保し、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０が、保証温度を超えて高温になるのを防止することができる。
【００４５】
また本発明によれば、前記分離された構成の干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂ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る。
この理由を詳しく説明する。
本発明の高周波モジュールは、誘電体多層基板を使用することにより、モジュールの小型化を行っているため、基板内部に多くの分布定数ストリップ線路が配置されている。ストリップ線路を単純に内層しているだけでは素子のアイソレーション特性を満足できないため、通常基板のいずれかの内層にＧＮＤ層を設けて、多層基板内に配置されているストリップ線路同士が干渉しないように配慮している。
【００４６】
図４に示す誘電体層１５においても、アイソレーション対策として干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂを設けているが、本発明では、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側回路とＤＣＳ／ＰＣＳ側回路とに対応して、干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂを上方からみて重ならないように分離してある。
もし、最下層の共通接地パターン３７のような広い面積が誘電体層１５でも確保でき、かつ多量のビアが共通接地パターン３７に接続できれば、誘電体層１５における干渉防止用接地パターンも共通接地パターン３７と同様に理想接地状態とみなせるが、通常、誘電体層内は、ストリップ線路などの分布定数線路が至るところに配置されているため、希望どおりに干渉防止用接地パターンの面積及びビア本数が確保できない場合が生じる。その場合には、周波数によっては干渉防止用接地パターンが接地状態ではなく、ストリップ線路として機能する可能性がある。
【００４７】
特に、本発明のような小型・高密度の高周波モジュールの場合は、干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂが分離されずに接続されていた場合に、例えば、高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０から発生した高調波歪みが、干渉防止用接地パターン２６ａから２６ｂを介してアンテナ端まで出力される可能性が生じる。すなわち、通常であれば高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０で発生した高調波歪みは、整合回路ＭＡＴ１０、方向性結合回路ＣＯＰ１０、スイッチ回路ＳＷ１１０、分波回路ＤＩＰ１０を伝播し、それぞれのフィルタ特性により、高調波歪みが抑制されるが、干渉防止用接地パターン２６ｂを介して別の経路を伝播した場合には、フィルタが機能を果たさずにアンテナ端子で高レベルの高調波歪みが発生する可能性がある。
【００４８】
以上のような理由から、本発明の実施形態におけるデュアルバンドの高周波モジュールのように、複数の送信系の経路が存在する高周波モジュールでは、誘電体層内に設けた干渉防止用接地パターンにおいて、それぞれの送信系ごとに干渉防止用接地パターンを分離しているのである。
その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの高調波特性を改善できる。
【００４９】
なお、本発明において、干渉防止用接地パターンを分離する溝は、実質的に互いの電磁的な結合を完全に分断できるレベルの幅で形成されていることが必要である。例えば、周波数が０．８ＧＨｚ以上の場合には、０．１ｍｍ以上の幅で形成することが望ましい。
本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば図４、図５においては、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０が多層基板内に配置され、その下層に干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂが配置されているが、干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂが整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０の上層に配置されていたとしても上記説明と同様に分離した方が良い。また、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０が多層基板の表面に実装されており、干渉防止用接地パターン２６ａ，２６ｂが整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０の下層に配置されていたとしても、同様に分離した方が良い。
【００５０】
また、実施例においてはＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳのマルチバンド高周波モジュールを説明したが、通過帯域のみではなく通信方式が異なっていても良い。例えばＣＤＭＡの８００ＭＨｚとＤＣＳの１．８ＧＨｚのデュアルバンドモジュールであっても良い。
その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【実施例】
【００５１】
本発明の検証として実験を行った。６層の誘電体多層基板にて作製されたＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＳトリプルバンドの高周波モジュールにおいて、高周波増幅素子の整合回路が表層に配置されており、整合回路の下層である第４層目に干渉防止用接地パターンを配置してある。その際に送信経路ごとにＧＮＤパターンが分離されていた方が、分離されていない場合に対して改善が見られた。特に、ＧＳＭの２次高調波歪みが−２４．５ｄＢｍから−２７．５ｄＢｍへ約３ｄＢ改善した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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多層基板への実装例を示す一部切欠斜視図である。
【図４】本発明による高周波モジュールの多層基板表層の実装状態及び多層基板内部の接地パターン配置を示す分解斜視図である。
【図５】高周波増幅素子ＭＭＩＣ１０，２０や整合回路ＭＡＴ１０，２０が配置された付近を示す、多層基板の断面図である。
【図６】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である。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＭＰ１１０，１２０ 電力増幅回路
ＣＯＰ１０，２０ 方向性結合回路
ＤＩＰ１０ 分波回路
ＭＡＴ１０，２０ 整合回路
ＭＭＩＣ１０，２０   高周波増幅素子
ＳＷ１１０，１２０ スイッチ回路
１１〜１７ 誘電体層
２６ａ，２６ｂ 干渉防止用接地パターン
３７ 多層基板下面の接地用パターン
３８ 接地ビアホール導体
【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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