CN103430457B - 高频模块 - Google Patents

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Abstract

多层基板（20）在其内部具备布线导体（W1～W3）、接地导体（G1～G4）、层间连接导体（V1～V5）、匹配用电感（L1）。多层基板（20）的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子（21）。搭载高频开关（31）的电极和布线导体（W1,W2）通过层间连接导体（V2，V3）进行导通。控制信号用布线导体（W1）形成在多层基板（20）第2主面（下表面）附近的电介质层上，高频信号布线导体（W2）形成在多层基板（20）第1主面（上表面）附近的电介质层上。俯视时与控制信号用布线导体（W1）重叠的接地导体（G3）和匹配用元件导通接地导体（G1）通过分离部（S）分隔开来。通过这个结构，使其不容易受到由高频开关控制信号的输入而产生的谐波噪声的影响，改善通信特性的恶化。

Description

高频模块
技术领域
本发明涉及一种在多层基板上搭载有高频开关及高频滤波器的高频模块，特别涉及一种具有输入高频开关的控制信号的控制信号输入端子的高频模块。
背景技术
在多个通信频带间可以切换着进行通信的通信设备中，一般在天线和收发电路之间具备前端模块。例如，专利文献1中公开了具备高频开关的前端模块。
图1是专利文献1中所示的前端模块的电路图。在此前端模块中，高频开关1的发送信号输入部通过低通滤波器5、6与功率放大器13相连。接收信号输出部3通过带通滤波器10、11、12与低噪声放大器14相连。高频开关1的输出部4与天线15相连。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特表2004－517583号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如专利文献1中所示，通过把高频开关同共用器和滤波器等一起搭载到多层陶瓷基板，可以构成小型高频模块。但是，如果不对包括多层陶瓷基板表面电极在内的各布线图案的配置进行加工，会发生布线之间的相互干扰。尤其是对使用串行数据信号和时钟信号输入控制信号的高频开关的情况下，因为串行数据信号及时钟信号（高频开关控制信号）具有较多谐波分量，此高频开关控制信号的布线处理成为问题。
上述问题不限于发生在滤波器到高频开关之间的干扰，发生在天线到高频开关之间的干扰也是同样的。
本发明为了解决上述问题，以提供减弱高频开关控制信号产生的谐波噪声的影响、并改善通信特性的恶化的高频模块为目的。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的发明人通过实验考察，发现高频开关控制信号产生的谐波噪声通过多层基板内部的接地导体层叠加到高频开关的高频信号线路，而发生此叠加的原因是，因为控制信号用布线导体和有高频开关的高频信号流过的布线导体接近同一个接地导体。另外，还发现在具备高频开关以外的电子元器件时，高频开关控制信号产生的谐波噪声通过多层基板内部的接地导体层叠加到与上述电子元器件导通的接地导体，而发生此叠加的原因是，因为与上述电子元器件导通的接地导体（匹配用元件导通接地导体）接近控制信号用布线导体。
因此，为了解决上述问题，本发明中高频模块采用如下结构。
（1）本发明具有如下特征。
多层基板，该多层基板具有多个电介质层、形成在所述电介质层上的布线导体、以及沿厚度方向贯穿所述电介质层的层间连接导体；
高频开关及电子元器件，该高频开关及电子元器件分别搭载在所述多层基板的第1主面上；以及
控制信号输入端子，该控制信号输入端子形成在所述多层基板的第2主面上、且输入所述高频开关的控制信号，
与所述控制信号输入端子相连的控制信号用布线导体形成在所述多层基板的第2主面附近的电介质层上，
所述高频开关的高频信号流过的高频信号布线导体形成在所述多层基板的第1主面附近的电介质层上。
（2）在（1）中，优选为，与所述电子元器件的接地端子相连的电子元器件导通接地导体形成在所述多层基板的第1主面附近的电介质层上。
（3）在（2）中，优选为，所述控制信号用布线导体附近的接地导体和所述电子元器件导通接地导体在所述多层基板内是电学分离的。
（4）在（2）或（3）中，优选为，在所述控制信号用布线导体和所述电子元器件导通接地导体之间，具备有别于所述电子元器件导通接地导体的接地导体。
（5）在（1）～（4）中，优选为，俯视所述多层基板时，在所述高频开关和所述控制信号用布线导体之间进行导通的层间连接导体形成于所述高频开关的区域内。
（6）在（1）～（5）中，所述高频开关从控制信号输入端子所输入的所述高频开关控制信号是串行数据信号及时钟信号时，尤其有效。
（7）在（1）～（6）中，所述电子元器件是，例如连接在所述高频信号布线导体和接地之间的匹配用元件。
（8）在（7）中，所述匹配用元件是，例如由所述多层基板内的层间连接导体及布线导体构成的电感元件。
（9）在（7）中，所述匹配用元件是，例如搭载在所述多层基板的第1主面的电感元件。
发明效果
根据本发明，控制信号用布线导体和高频信号布线导体之间的电磁场耦合，以及控制信号用布线导体和匹配用元件导通接地导体之间的电磁场耦合将会被抑制，而不容易受由高频开关控制信号的输入而产生的谐波噪声的影响。由此改善接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
附图说明
［图1］图1是专利文献1中所示的前端模块的电路图。
［图2］图2（A）、图2（B）是针对第1所述方式的高频模块的比较例的高频模块100A、100B的主要部分的截面图。
［图3］图3是第1实施方式的高频模块101的主要部分的截面图。
［图4］图4是第2实施方式的高频模块102的结构框图。
［图5］图5是输入到串行数据输入端子SDATA的串行数据信号S（SDATA）和输入到时钟信号输入端子SCLK的时钟信号S（SCLK）的波形图。
［图6］图6（A）是第2实施方式的高频模块102的主要部分截面图，图6（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100C的主要部分截面图。
［图7］图7（A）是第3实施方式的高频模块103的主要部分截面图，图7（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100D的主要部分截面图。
［图8］图8（A）是第4实施方式的高频模块104的主要部分截面图，图8（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100E的主要部分截面图。
［图9］图9是第5实施方式的高频模块105的截面图。
［图10］图10是高频模块105的分解平面图。
［图11］图11是第6实施方式的高频模块的分解平面图。
具体实施方式
《第1实施方式》
图2（A）、图2（B）是针对第1实施方式的高频模块的比较例（现有一般设计方法）的高频模块100A、100B的主要部分的截面图。另外，图3是第1实施方式的高频模块101的主要部分的截面图。
在图2（A）、图2（B）及图3中，高频模块（100A、100B、101）具备多层陶瓷基板（以下，简单称为“多层基板”）20和搭载在此多层基板20的第1主面（上表面）的高频开关31。多层基板20的内部具备布线导体W1、W2，接地导体G1、G2、G3，层间连接导体V1、V2、V3。多层基板20的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子21。
搭载高频开关31的电极和布线导体W1、W2通过层间连接导体V2、V3进行导通。
针对高频开关31的控制信号从上述控制信号输入端子21输入。此控制信号经过层间连接导体V1，布线导体W1，及层间连接导体V2输入到高频开关31的控制信号输入端子。
图2（A）、图2（B）的示例中，控制信号用布线导体W1和有高频开关的高频信号流过的布线导体W2均在接地导体G1的层的附近。只要接地导体G1不是完全的接地电位且不是极低电阻，控制信号用布线导体W1和布线导体W2会通过接地导体G1的层进行耦合。即，如图2（A）、图2（B）中的箭头符号所示，上述控制信号会泄露到有高频开关的高频信号流过的布线导体W2。其结果是，控制信号的谐波噪声会叠加到高频信号上。当此高频信号为接收信号时，会导致接收灵敏度降低。如果是发送信号，会导致发送信号失真。
另一方面，图3所示的第1实施方式中的高频模块101中，控制信号用布线导体W1形成在多层基板20的第2主面（下表面）附近的电介质层上，而有高频开关31的高频信号流过的高频信号布线导体W2形成在多层基板20的第一主面（上表面）附近的电介质层上。因此，控制信号用布线导体W1和高频信号布线导体W2是相互分离的。
另外，在本例中，控制信号用布线导体W1和布线导体W2之间形成有接地导体G4等其他接地导体层。因此，控制信号用布线导体W1和布线导体W2的耦合被充分阻断。
再者，与高频开关31的控制信号输入端子相连的层间连接导体V2在高频开关31的搭载位置的正下方呈直线状延伸，从而俯视多层基板20时，在高频开关31和控制信号用布线导体W1之间进行导通的层间连接导体V2形成于高频开关31的区域内。因此，减少了高频开关31的搭载位置附近的控制信号用导体的布线，从而减少泄露到高频信号布线导体W2中的控制信号。
通过以上作用，充分抑制了控制信号及其谐波叠加到高频信号布线导体W2。由此改善了接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
《第2实施方式》
图4是第2实施方式的高频模块102的结构框图。
第2实施方式的高频模块102具备多层基板和搭载在此多层基板上的高频开关31，双工器32a～32d，共用器35，滤波器34e、34f，匹配用电感La、Lb、Lc、Ld等。高频开关31具备天线端口ANT，输入输出端口P1～P7，电源端子Vdd，接地端子GND，串行数据输入端SDATA，时钟信号输入端子SCLK以及数字电路部用电源端Vio。
图5是输入到上述串行数据输入端子SDATA的串行数据信号S（SDATA）和输入到上述时钟信号输入端子SCLK的时钟信号S（SCLK）的波形图。高频开关31与时钟信号S（SCLK）同步地从串行数据读取特定比特的数据。基于此数据进行FET等高频开关的导通/截止（ON／OFF）切换。
如所示，由于串行数据信号S（SDATA）和时钟信号S（SCLK）是矩形波信号，其谐波分量的强度较高。而且时钟信号S（SCLK）是比如26MHz的连续的矩形波信号，因此很容易成为上述谐波噪声叠加的原因。
图6（A）是第2实施方式的高频模块102的主要部分的截面图，图6（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100C的主要部分截面图。
图6（A）、图6（B）中，高频模块（102、100C）具备多层基板20和搭载在此多层基板20的第一主面（上表面）上的高频开关31，双工器32，匹配用电感33等。多层基板20的内部具备布线导体W1～W3，接地导体G1～G3，层间连接导体V1～V7。多层基板20的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子21。
搭载有高频开关31的电极和布线导体W1、W2通过层间连接导体V2、V3进行导通。
针对高频开关31的控制信号输入到上述控制信号输入端子21。此控制信号经过层间连接导体V1，布线导体W1，以及层间连接导体V2输入到高频开关31的控制信号输入端子。匹配用电感33的一端子通过层间连接导体V6与接地导体G1连接，另一端子则与布线导体W2连接。双工器32的一端子通过层间连接导体V4与布线导体W2连接，另一端子则与布线导体W3连接。
图6（B）的示例中，有高频开关的高频信号流过的布线导体（高频信号布线导体）W2的层在与匹配用电感33导通的接地导体G1附近。因此，如图6（B）中的箭头符号所示，上述控制信号的谐波噪声会叠加到与匹配用电感33相连的匹配用元件导通接地导体G1。此控制信号的谐波噪声通过匹配用电感33泄漏到高频信号布线导体W2。结果，控制信号的谐波噪声叠加到高频信号。当此高频信号为接收信号时，会导致接收灵敏度降低。如果是发送信号，会导致发送信号失真。
另一方面，在本发明的第2实施方式中，如图6（A）所示，控制信号用布线导体W1形成在多层基板20的第2主面（下表面）附近的电介质层上，而有高频开关31的高频信号流过的高频信号布线导体W2及匹配用元件导通接地导体G1形成在多层基板20的第1主面（上表面）附近的电介质层上。因此，控制信号用布线导体W1和高频信号布线导体W2是相互分离的。此外，控制信号用布线导体W1和匹配用元件导通接地导体G1也是相互分离的。
另外，在本例中，控制信号用布线导体W1和匹配用元件导通接地导体G1之间形成有接地导体G2、G3等有别于匹配用元件导通接地导体G1的接地导体层。因此，控制信号用布线导体W1和匹配用元件导通接地导体G1的耦合被充分阻断。
再者，与高频开关31的控制信号输入端子相连的层间连接导体V2在高频开关31的搭载位置的正下方呈直线状延伸，从而俯视多层基板20时，在高频开关31和控制信号用布线导体W1之间进行导通的层间连接导体V2形成于高频开关31的区域内。因此，减少了高频开关31搭载位置附近的控制信号用导体的布线，从而减少泄露到匹配用元件导通接地导体G1和高频信号布线导体W2的控制信号。
通过以上作用，充分抑制了控制信号及其谐波叠加到高频信号布线导体W2。由此改善接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
《第3实施方式》
图7（A）是第3实施方式的高频模块103的主要部分截面图，图7（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100D的主要部分截面图。
如图7（A）、图7（B）所示，高频模块（103、100D）具备多层基板20和搭载在此多层基板20的第1主面（上表面）上的高频开关31,电子元器件36等。多层基板20的内部具备布线导体W1～W3，接地导体G1～G3，层间连接导体V1～V6。而多层基板20的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子21。
搭载高频开关31的电极和布线导体W1、W2通过层间连接导体V2、V3进行导通。
针对高频开关31的控制信号从上述控制信号输入端子21输入。此控制信号经过层间连接导体V1，布线导体W1，及层间连接导体V2输入到高频开关31的控制信号输入端子。电子元器件36的接地端子通过层间连接导体V6连接到接地导体（电子元器件导通接地导体）G1，而其他端子则连接到布线导体W2、W3。
图7（B）的示例中，有高频开关的高频信号流过的布线导体（高频信号布线导体）W2的层在与电子元器件36导通的接地导体G1的层附近。因此，如图7（B）中箭头符号所示，上述控制信号的谐波噪声叠加到与电子元器件36相连的电子元器件导通接地导体G1。此控制信号的谐波噪声通过电子元器件36泄漏到高频信号布线导体W2、W3。结果，控制信号的谐波噪声叠加到高频信号。当此高频信号为接收信号时，会导致接收灵敏度降低。如果是发送信号，会导致发送信号失真。
另一方面，在本发明的第3实施方式中，图7（A）所示，控制信号用布线导体W1形成在多层基板20的第2主面（下表面）附近的电介质层上，有高频开关31的高频信号流过的高频信号布线导体W2和与电子元器件36导通的接地导体（电子元器件导通接地导体）G1形成在多层基板20的第一主面（上表面）附近的电介质层上。因此，控制信号用布线导体W1和高频信号布线导体W2是相互分离的。此外，控制信号用布线导体W1和电子元器件导通接地导体G1也是相互分离的。
另外，在本例中，在控制信号用布线导体W1和电子元器件导通接地导体G1之间形成有有别于电子元器件导通接地导体G1的G2、G3等接地导体。因此，控制信号用布线导体W1和电子元器件导通接地导体G1的耦合被充分阻断。
再者，与高频开关31的控制信号输入端子相连的层间连接导体V2在高频开关31的搭载位置的正下方呈直线状延伸，从而俯视多层基板时，在高频开关31和控制信号用布线导体W1之间进行导通的层间连接导体V2形成于高频开关31的区域内。因此，减少了位于高频开关31搭载位置附近的控制信号用导体的布线，从而减少泄露到电子元器件导通接地导体G1和高频信号布线导体W2的控制信号。
通过以上作用，充分抑制了控制信号及其谐波叠加到高频信号布线导体W2。由此改善接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
《第4实施方式》
图8（A）是第4实施方式的高频模块104的主要部分截面图，图8（B）是比较对比用的现有结构的高频模块100E的主要部分截面图。
如图8（A）、图8（B）所示，高频模块（104、100E）具备多层基板20和搭载在此多层基板20的第1主面（上表面）上的高频开关31，双工器32等。多层基板20的内部具备布线导体W1～W3，接地导体G1～G4，层间连接导体V1～V5，匹配用电感L1。而多层基板20的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子21。
搭载高频开关31的电极和布线导体W1、W2通过层间连接导体V2、V3进行导通。
与图6（A）、图6（B）中所示结构的高频模块不同，匹配用电感L1位于多层基板20内。此匹配用电感L1由沿层方向延伸的的多个布线导体和沿层间方向延伸的多个层间连接导体所构成。而且，匹配用电感L1的一端与高频信号布线导体W2相连，另一端与匹配用元件导通接地导体G1相连。
图8（B）的示例中，控制信号用布线导体W1和高频信号的布线导体W2与接地导体G4的层接近。因此，如图8（B）中箭头符号所示，上述控制信号的谐波噪声通过接地导体G4叠加到高频信号布线导体W2。结果，控制信号的谐波噪声叠加到高频信号。当此高频信号为接收信号时，会导致接收灵敏度降低。如果是发送信号，会导致发送信号失真。
另一方面，在本发明的第4实施方式中，图8（A）所示，控制信号用布线导体W1形成在多层基板20的第2主面（下表面）附近的电介质层上，高频信号布线导体W2形成在多层基板20的第一主面（上表面）附近的电介质层上。因此，控制信号用布线导体W1和高频信号布线导体W2是相互分离的。
另外，在本例中，俯视时与控制信号用布线导体W1重叠的接地导体G3和匹配用元件导通接地导体G1通过分离部S分隔开来。因此，控制信号用布线导体W1和匹配用元件导通接地导体G1的耦合被充分阻断。
再者，与高频开关31的控制信号输入端子相连的层间连接导体V2在高频开关31的搭载位置的正下方呈直线状延伸，从而俯视多层基板20时，在高频开关31和控制信号用布线导体W1之间进行导通的层间连接导体V2形成于高频开关31的区域内。因此，减少了高频开关31搭载位置附近的控制信号用导体的布线，从而减少泄露到高频信号布线导体W2中的控制信号。
通过以上作用，充分抑制了控制信号及其谐波叠加到高频信号布线导体W2。由此改善接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
《第5实施方式》
图9是第5实施方式的高频模块105的截面图。图10是高频模块105的分解平面图。此高频模块由多层基板和搭载在此多层基板上的高频开关以及匹配用电感所构成。图10（1）～（20）是该多层基板的各层的平面图。（1）是最上层，（20）是最下层。在（1）所示的最上层，形成有搭载高频开关的电极和搭载匹配用电感芯片的电极。在（2）～（19）所示的各层，形成有各种布线导体、各种接地导体以及层间连接导体（通孔导体）。
如图9所示，多层基板20的内部具备布线导体W1、W2，接地导体G1～G3，层间连接导体V1、V2、V3、V6、V7。多层基板20的第2主面（下表面）形成有控制信号输入端子21。基本结构跟第2实施方式中的图6（A）所示相同。
搭载高频开关31的电极和布线导体W1、W2通过层间连接导体V2、V3进行导通。
控制信号用布线导体W1形成在多层基板20的第2主面（下表面）附近的电介质层上，有高频开关31的高频信号流过的高频信号布线导体W2和匹配用元件导通接地导体G1形成在多层基板20的第一主面（上表面）附近的电介质层上。因此，控制信号用布线导体W1和高频信号布线导体W2是相互分离的。此外，控制信号用布线导体W1和匹配用元件导通接地导体G1也是相互分离的。
在图10的层（20）上形成有包括控制信号输入端子21（串行数据输入端子SDATA及时钟信号输入端子SCLK）的多个端子。在层（19）上形成有接地导体G3。在层（18）上形成有与控制信号输入端子21相连的控制信号用布线导体W1。在层（17）上形成有接地导体G2。此外，在层（5）上形成有接地导体G1。在层（2）上形成有高频信号布线导体W2。而且，在层（1）上形成有搭载高频开关31的多个电极A31及搭载匹配用电感33的两个电极A33。在层（3）～层（19）上形成有层间连接导体V2。
如上所述那样，构成多层结构。
《第6实施方式》
图11是第6实施方式的高频模块的分解平面图。第5实施方式的结构是防止与串行数据输入端子SDATA和时钟信号输入端子SCLK各自相连的布线导体和层间连接导体等的谐波噪声的泄漏的结构。而第6实施方式的结构是防止与时钟信号输入端子SCLK相连的布线导体和层间连接导体等的谐波噪声的泄漏的结构。其他与第5实施方式相同。
在图11的层（20）上形成有包括串行数据输入端子SDATA和时钟信号输入端子SCLK（控制信号输入端21）的多个端子。在层（19）上形成有接地导体G3。在层（18）上形成有与时钟信号输入端子SCLK（控制信号输入端子21）相连的控制信号用布线导体W1。在层（17）上形成有接地导体G2。此外，在层（5）上形成有接地导体G1。在层（2）上形成有高频信号布线导体W2。而且，在层（1）上形成有搭载高频开关31的多个电极A31及搭载匹配用电感33的两个电极A33。在层（3）～层（19）上形成有层间连接导体V2。
如此，仅对与同步传输串行数据用的时钟信号输入端子SCLK各自相连的布线导体和层间连接导体等，即使采取如图9所示的结构，也能充分抑制时钟信号的谐波信号向高频信号布线导体W2的泄漏。结果，由此改善接收灵敏度降低和发送信号失真等通信特性的恶化。
标号说明
A31、A33…电极
ANT…天线端口
G1…匹配用元件导通接地导体
G2、G3、G4…接地导体
GND…接地端子
L1…匹配用电感
La、Lb、Lc、Ld…匹配用电感
P1～P7…输入输出端口
S…分离部
SCLK…时钟信号输入端子
SDATA…串行数据输入端子
V1～V7…层间连接导体
Vdd…电源端子
W1…控制信号用布线导体
W2…高频信号布线导体
W3…布线导体
20…多层基板
21…控制信号输入端子
31…高频开关
32、32a～32d…双工器
33…匹配用电感
34e、34f…滤波器
35…共用器
100A～100D…高频模块
101～105…高频模块

Claims (8)

1.一种高频模块，该高频模块具备：
多层基板，该多层基板具有多个电介质层、形成在所述电介质层上的布线导体、以及沿厚度方向贯穿所述电介质层的层间连接导体；
高频开关及电子元器件，该高频开关及电子元器件分别搭载在所述多层基板的第1主面上；以及
控制信号输入端子，该控制信号输入端子形成在所述多层基板的第2主面上、且输入所述高频开关的控制信号，
与所述控制信号输入端子相连的控制信号用布线导体形成在所述多层基板的第2主面附近的电介质层上，
所述高频开关的高频信号流过的高频信号布线导体形成在所述多层基板的第1主面附近的电介质层上，
与所述电子元器件的接地端子相连的电子元器件导通接地导体形成在所述多层基板的第1主面附近的电介质层上。
2.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，所述控制信号用布线导体附近的接地导体和所述电子元器件导通接地导体在所述多层基板内电学上分离。
3.如权利要求1或2所述的高频模块，其特征在于，在所述控制信号用布线导体和所述电子元器件导通接地导体之间，具备与所述电子元器件导通接地导体不同的接地导体。
4.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，俯视所述多层基板时，在所述高频开关和所述控制信号用布线导体进行导通的层间连接导体形成在高频开关的区域内。
5.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，所述高频开关从控制信号输入端子所输入的所述高频开关的控制信号是串行数据信号及时钟信号。
6.如权利要求1所述的高频模块，其特征在于，所述电子元器件是连接在所述高频信号布线导体和接地之间的匹配用元件。
7.如权利要求6所述的高频模块，其特征在于，所述匹配用元件是由所述多层基板内的层间连接导体及布线导体构成的电感元件。
8.如权利要求6所述的高频模块，其特征在于，所述匹配用元器件是搭载在所述多层基板第1主面上的电感元件。
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