(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波部品、伝送線路、コンデンサを備える高周波スイッチを、複数の誘電体層を積層してなり相対向する第１および第２の主面と当該主面間を連結する側面を備えた積層基板に積層一体化した高周波スイッチモジュールであって、前記積層基板に前記高周波部品を搭載するとともに、前記伝送線路、前記コンデンサを内蔵し、前記積層基板に搭載される高周波部品と前記積層基板に内蔵される伝送線路、コンデンサを接続する接続線路を前記第1の主面の近傍の誘電体層に配置し、前記伝送線路と前記接続線路との層間に、高周波スイッチのコンデンサを構成するグランド電極を配置したことを特徴とする高周波スイッチモジュール。
【請求項２】
前記高周波部品がスイッチング素子又は、スイッチング素子とＳＡＷフィルタであり、前記スイッチング素子がダイオード又は電解効果型トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。
【請求項３】
前記高周波スイッチは、送信回路とアンテナの間に配置されたスイッチング素子と、当該スイッチング素子の送信回路側を接地する伝送線路又はチップインダクタと、アンテナと受信回路との間に配置された伝送線路と、当該伝送線路の受信回路側を接地するスイッチング素子とコンデンサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波スイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は準マイクロ波帯などの高周波帯域で用いられる高周波複合部品に関し、少なくとも１つのアンテナで送受信系を取り扱う高周波スイッチモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、携帯電話機等に代表される移動体通信機器の発展は目覚しいものがある。この移動体通信機器に用いられる高周波部品として、アンテナと送信回路との接続、アンテナと受信回路との接続を切換えるために使用される高周波スイッチがある。この高周波スイッチは、例えば特開平２−１０８３０１号に開示され、送信回路とアンテナの間に配置されたダイオードと、アンテナと受信回路との間に配置されたλ／４位相線路とを有し、λ／４位相線路の受信回路側はダイオードを介して接地されており、もって各ダイオードに流れるバイアス電流により信号経路を切換えるλ／４型スイッチ回路を構成している。また、このようなλ／４型スイッチ回路を、低温焼結誘電体セラミック材料を用い積層体一体化した高周波スイッチモジュールがある（例えば特開平６−１９７０４０号公報参照）。
これらの高周波スイッチは一つの送受信系のみを取り扱うものであるが（例えばGSM‐Glabal System for Mobile Communications , DCS‐Digital Cellular System , PCS‐Personal Communications Service等）、二つ以上の送受信系を取り扱うように分波器と高周波スイッチを用いて構成される高周波スイッチモジュール（例えば特開平１１−２２５０８９号）も開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、従来の高周波スイッチモジュールの外観斜視図である。この高周波スイッチモジュールは、ＧＳＭとＤＣＳとの２つの送受信系を取り扱うものであり、図８に示す等価回路のように、分波器と２つの高周波スイッチとローパスフィルタを備える。これらを構成する高周波部品（ダイオードＤＰ１,ＤＰ２,ＤＧ１,ＤＧ２）を複数の誘電体層を積層してなる６７５０形状の積層基板を搭載し、伝送線路、コンデンサを積層基板に内蔵して構成される。また、一部のコンデンサＣＧ１、ＣＧ２をチップ部品として搭載している。
この高周波スイッチモジュールでは前記等価回路における抵抗、インダクタ等を積層基板に内蔵もしくは搭載せず、高周波スイッチモジュールが実装される回路基板に配置しているが、これらは適宜、必要に応じて積層基板に内蔵もしくは搭載して構成される。
【０００４】
図９は前記積層基板の分解平面図である。前記高周波部品が搭載される積層基板の第1の主面近傍（第２層）には高周波部品と伝送線路、コンデンサを接続する接続線路ＳＬが形成されており、その下層の第３層、第４層に分波器を構成する伝送線路ＬＦ１、ＬＦ２、ＬＦ３、ローパスフィルタを構成するＬＰ３、ＬＧ３が形成され、第５層には分波器のコンデンサＣＦ１、ＣＦ２、ＣＰ６が形成されていた。
上記のように、接続線路と伝送線路が極めて近傍に配置されている為、高周波スイッチモジュールを小型化しようとすると、電磁気的な干渉により所望の電気的特性が得られないといった問題があった。
【０００５】
また、高周波スイッチとローパスフィルタを構成するコンデンサが第５層から第９層の、積層基板のほぼ中央領域に形成される。
誘電体基板の第1の主面に実装される高周波部品等と、積層基板に内蔵されるコンデンサ、伝送線路との接続はスルーホール（図中黒丸で表示）や積層基板の第１および第２の主面と当該主面間を連結する側面に形成された外部電極によって行う。従来の高周波モジュールでは、高周波スイッチのアンテナと受信回路との間に配置された伝送線路ＬＧ２、ＬＰ２の受信回路側を接地するスイッチング素子ＤＧ２、ＤＰ２に接続するコンデンサＣＰ６、ＣＧ６と前記高周波部品との接続は、例えばコンデンサＣＧ６は、第１層〜第７層に形成されたスルーホールを介して接続し、コンデンサＣＰ６は、第1層〜第４層に形成されたスルーホールを介して接続される。
高周波スイッチは、ＧＳＭ、DCS送信時において、スイッチング素子ＤＧ２、ＤＰ２がそれぞれ適宜ＯＮされ高周波的に接地されるため、前記スイッチング素子とコンデンサとの接続においては、導体抵抗損を生じないように出来るだけ近距離で接続するのが、電気的特性を向上させる上で好ましい。しかしながら、従来の高周波スイッチモジュールでは、コンデンサが積層基板のほぼ中央領域に形成されるため、高周波部品との接続距離を長く取らざるを得ず、結果電気的特性を向上させることが困難な場合があった。
【０００６】
上記高周波スイッチモジュールが用いられる高周波回路で用いられる部品は、特性インピーダンスの値を５０Ωとするのが一般的である。したがって高周波スイッチは受信信号の周波数付近において特性インピーダンスが５０Ωとなるように設計するのが理想である。この特性インピーダンスは、グランド電極からの距離、伝送線路の幅等により決定されるが、高周波スイッチモジュールの小型化・低背化が進む中で高周波スイッチの特性インピーダンスを５０Ωに設定しようとすれば、グランド電極間の間隔が小さくなることから、高周波スイッチの伝送線路ＬＰ２、ＬＧ２の線路幅を細くせざるを得ず、その結果伝送線路の抵抗が増加してしまい抵抗損失大させる問題があった。
そこで本発明は、このような問題点を解消する為になされたものであり、電気的特性を維持しながら小型化可能な高周波スイッチモジュールを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波部品、伝送線路、コンデンサを備える高周波スイッチを、複数の誘電体層を積層してなり相対向する第１および第２の主面と当該主面間を連結する側面を備えた積層基板に積層一体化した高周波スイッチモジュールであって、前記積層基板に前記高周波部品を搭載するとともに、前記伝送線路、前記コンデンサを内蔵し、前記積層基板に搭載される高周波部品と前記積層基板に内蔵される伝送線路、コンデンサを接続する接続線路を前記第1の主面の近傍の誘電体層に配置し、前記伝送線路と前記接続線路との層間に、高周波スイッチのコンデンサを構成するグランド電極を配置した高周波スイッチモジュールである。
本発明においては、前記高周波部品をスイッチング素子又は、スイッチング素子とＳＡＷフィルタとし、前記スイッチング素子がをイオード又は電解効果型トランジスタとするのが好ましい。
前記高周波スイッチは、送信回路とアンテナの間に配置されたスイッチング素子と、当該スイッチング素子の送信回路側を接地する伝送線路又はチップインダクタと、アンテナと受信回路との間に配置された伝送線路と、当該伝送線路の受信回路側を接地するスイッチング素子とコンデンサを備える構成が好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、図１から図６を用いて説明する。図１は本発明の高周波スイッチモジュールの外観斜視図であり、図２はその等価回路であり、図３は積層基板の分解平面図である。本実施例おいては、積層基板に高周波スイッチの高周波部品としてＳＡＷフィルタ、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２、ＤＰ１、ＤＰ２と他に抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣＧ１、ＣＧ７、ＣＧ８、ＣＰ７、ＣＰ８を搭載し、コンデンサＣＧ６、ＣＰ６、伝送線路ＬＧ２、ＬＰ２を内蔵し、ローパスフィルタを構成するコンデンサ、伝送線路、分波器を構成するコンデンサ、伝送線路をそれぞれ、前記積層基板に内蔵している。
前記積層基板は、例えばアルミナ系ガラスセラミック低温焼結材料からなるグリーンシートを用意し、そのグリーンシート上にＡｇ、Ｐｄ，Ｃｕ等の導電ペーストを印刷して、所望の電極パターンを形成し、それを適宜積層し、一体焼成させて構成される。なお、シートの厚さは２０〜２５０μｍの範囲で、使用用途によりドクターブレード法などで制御される。所定のコンデンサ、伝送線路、接続線路等の内部電極パターンを多数形成した大きなシートを積層し、１つ１つのチップサイズに切断した後、焼成し、端子電極を形成して積層基板を作製する。
積層基板の表面には、前記内部電極パターンと接続する端子電極が形成されており、半田メッキまたはＡｕメッキを施し半田濡れ性を十分得られるようにしている。第1の主面には、前記高周波部品等を実装するための端子電極が形成され、第２の主面には、高周波スイッチモジュールが実装される回路基板との接続のための端子電極が形成される。前記第1に主面に形成された端子電極には、メタルマスクを使用して半田印刷を施し、その後ＰＩＮダイオードや、容量値が大きく積層素体内に形成出来なかったチップコンデンサ、ＳＡＷフィルタなどを搭載し、リフロー半田付する。
【０００９】
以下、積層基板の各層の構成を、最上層から順に説明する。
まず、第１層上には、上面に搭載するダイオードやチップ部品やＳＡＷフィルタの端子電極（ランド）を形成している。第２層上には、上面に搭載するダイオードやチップ部品と内部電極パターンとの接続線路ＳＬが形成されている。
第３層上には、高周波スイッチのコンデンサＣＰ６、ＣＧ６用電極が形成され上面の高周波部品と極めて近距離で接続するようにしている。第４層上には、前記コンデンサＣＰ６、ＣＧ６を構成するグランド電極ＧＮＤと他のコンデンサ用電極ＣＦ４が形成されている。前記コンデンサＣＰ６、ＣＧ６用電極やグランド電極ＧＮＤと、前記接続線路ＳＬとは、少なくとも２０μｍ以上離間させて配置すれば、浮遊容量の影響を小さく構成することが出来る。離間距離が２０μｍ未満だと、前記浮遊容量の影響で電気的特性が著しく劣化する。
第５層、第６層上にはコンデンサＣＧ６，ＣＦ４、ＣＦ２用電極が形成され、第７層から第１２層には、分波器、ローパスフィルタ、高周波スイッチを構成する伝送線路が形成されている。この層に形成される伝送線路は、互いに接続されているものを除いて、積層方向に重なり合わないように配置するのが好ましい。
第１３層、第１４層上には、コンデンサＣＧ３、ＣＧ４、ＣＦ１、ＣＰ３、ＣＰ４、ＣＦ３用電極が形成される。この層に形成するコンデンサは上面の高周波部品等の実装部品と連続して接続しないものや、第２の主面に形成された端子電極に接続するものを選択し配置するのが好ましい。
最下層の第１５層上には、グランド電極ＧＮＤがほぼ全面に形成されている。これにより安定したアースが確保できる。
【００１０】
上記のように構成することで、接続線路ＳＬと高周波スイッチ、ローパスフィルタ等を構成する伝送線路とが磁気結合するのをグランド電極で防ぐことが出来る。また第４層にグランド電極を形成したので、前記伝送線路を所望の特性インピーダンスにする場合に、第１５層のグランド電極との距離を確保でき、積層基板を小型化、特には薄型化する場合であっても、電気的特性に影響を与えない程度の線路幅で伝送線路を構成することができるので、もって電気的特性を維持しながら５４４０形状の小型の高周波スイッチモジュールを得ることが出来る。
【００１１】
次に他の実施例について説明する。図４は本発明の高周波スイッチモジュールの部品搭載平面図であり、図５はその等価回路であり、図６は積層基板の分解平面図である。本実施例おいても、積層基板に高周波スイッチの高周波部品としてＳＡＷフィルタ、ダイオードＤＧ１、ＤＧ２、ＤＰ１、ＤＰ２と他に抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣＧ１、ＣＧ７、ＣＧ８、ＣＰ７、ＣＰ８を搭載し、コンデンサＣＧ６、ＣＰ６、伝送線路ＬＧ２、ＬＰ２を内蔵し、ローパスフィルタを構成するコンデンサ、伝送線路、分波器を構成するコンデンサ、伝送線路をそれぞれ、前記積層基板に内蔵している。
【００１２】
本実施例では、分波器を構成するコンデンサＣＦ２、ＣＦ４用電極を第３層から第５層に、コンデンサＣＧ６、ＣＰ６用電極、グランド電極ＧＮＤとともに形成している。本実施例においては、２枚のグランド電極でコンデンサＣＧ６、ＣＰ６用電極を挟む構造であるため、前記コンデンサ電極と第1の主面の端子電極との間で寄生容量を発生させない。このように構成しても電気的特性を維持しながら小型の高周波スイッチモジュールを得ることが出来きた。
【００１３】
また本発明においては、積層基板を、最下層から電極面積の大きいグランド電極、電極面積小さい伝送線路層、電極面積の大きいグランド電極層という順で中間層を基準に対称な形で積層形成するため、従来構造よりもバランスよく電極層を配置することが出来るので、焼結時における積層基板の変形防止にも効果がある。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によると、小型化に対応できる高周波スイッチモジュールを提供することができる。これにより、マルチバンド携帯電話などにおいて、機器の超小型化に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の高周波スイッチモジュールの外観斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施例の高周波スイッチモジュールの等価回路である。
【図３】本発明に係る一実施例に用いた積層基板の分解平面図である。
【図４】本発明に係る他の実施例における高周波スイッチモジュールの外観斜視図である。
【図５】本発明に係る他の実施例における高周波スイッチモジュールの等価回路である。
【図６】本発明に係る他の実施例に用いた積層基板の分解平面図である。
【図７】従来の高周波スイッチモジュールの外観斜視図である。
【図８】従来の高周波スイッチモジュールの等価回路である。
【図９】従来の積層基板の分解平面図である。
【符号の説明】
１  高周波スイッチモジュール
２  積層基板
【図１】
0004565374.tif 000002
【図２】
0004565374.tif 000003
【図３】
0004565374.tif 000004
【図４】
0004565374.tif 000005
【図５】
0004565374.tif 000006
【図６】
0004565374.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004565374.tif 000009
【図９】
0004565374.tif 000010