CN103718469A - 高频模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高频模块。高频模块(10)具备通过引线结合安装在外部电路基板(300)上的半导体芯片元件(20)。半导体芯片元件(20)形成有通过作为有源元件的FET组来实现的开关形成部(101)、功率放大器形成部(102)以及低噪声放大器形成部(103)。而且，半导体芯片元件(20)形成有形成电容器(121、122、123)的平板电极。连接外部电路基板(300)与半导体芯片元件20的导电性线(211、212、213)也作为电感器发挥作用。由此，形成具备电感器与电容器的无源元件组。其结果，能够提供获得必要的传输特性且能够小型化的高频模块。

Description

高频模块
技术领域
本发明涉及具备由无源元件构成的电路、和包含有源元件的电路的高频模块。
背景技术
当前，在移动电话机等无线通信终端中，一般地，在多个通信系统中共用一个天线。为了实现这样的天线的共用，以往的无线通信终端具备使天线与各通信系统的收发电路切换连接的开关电路。另外，根据当前的高次谐波规定等限制，为了不从天线向外部传播高次谐波信号、噪声等不必要的波，有时在天线的连接端子连接带通滤波器等滤波电路。因此，在当前的移动电话机中，有时使用带通滤波器连接天线和开关电路的高频模块。
在这样的以往的高频模块中，带通滤波器由电感器、电容器等无源元件构成。开关电路构成为包含FET等有源元件。
而且，如专利文献1所示，这些带通滤波器与开关电路被集成在一个基底基板上而形成。图8是示意性地表示以往的高频模块10P的构造的俯视图。此外，在图8中，省略连接各元件和与外部电路连接的焊盘的图案。
在由半导体构成的基底基板100P形成有由有源元件组形成的开关（SW）形成部101、功率放大器（PA）形成部102、低噪声放大器（LNA）形成部103。另外，在基底基板100P形成有成为电感器的螺旋电极111P、112P、113P以及成为电容器121、122、123的平板电极，上述电感器作为构成带通滤波器的无源元件，上述电容器121、122、123作为构成带通滤波器的无源元件。另外，在基底基板100P的表面，除了这些之外，还形成有用于与外部电路连接的焊盘电极131P、141P、142P、143P、151P、152P、153P。
专利文献1:日本特开2005－229057号公报
在与由有源元件组构成的SW类相同的基板上形成由无源元件组构成的带通滤波器的情况下，如图8所示，一般地，构成带通滤波器的无源电路形成区域902P的面积比构成SW类的有源电路形成区域901P大。这是因为，构成包含于无源元件组的电感器的螺旋电极111P、112P、113P比其他的电路元件大。因此，存在高频模块大型化的问题。并且，若为了提高带通滤波器的特性而想要形成Q值较高的电感器，则必须扩大螺旋电极的电极宽度以及电极间隔，而电感器的专有面积增大。因此，存在高频模块进一步大型化的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供获得必要的传输特性并且能够小型化的高频模块。
本发明的高频模块具备第一电路，其由包含至少一个电感器以及至少一个电容器的无源元件组构成；和第二电路，其包含至少一个有源元件。在高频模块中，第一电路的电容器以及第二电路的有源元件形成在单一的芯片元件。
在该结构中，在无源元件组中，需要较大的形成面积的电感器也未必形成在形成有电容器的芯片元件，所以芯片元件成为小型。此时，只要通过形成在芯片元件的引出电极、后述的焊线、形成在安装该芯片元件的外部电路基板的图案电极来实现电感器，就能够构成第一电路。
另外，优选地，本发明的高频模块的电感器包含将芯片元件安装到外部电路基板的导电性线而被实现。
在该结构中，通过导电性线（焊线）来实现电感器，即使对芯片元件以及外部电路基板不形成电感器用的图案电极，也能够实现第一电路的电感器。由此，能够实现高频模块的小型化。另外，由于原本为了将芯片元件与外部电路基板连接，需要导电性线（焊线），所以能够兼作连接用的导电性线和电感器，能够进一步实现小型化。
另外，本发明的高频模块优选如下结构。高频模块的电感器以及电容器被接地。高频模块的芯片元件具备将电容器接地的接地通道。而且，是将焊接形成在外部电路基板的导电性线的焊盘、与连接形成在外部电路基板的接地通道的电极一体化而成的共用接地电极。
在该结构中，在是电感器与电容器被接地的电路结构的情况下，共用电感器用的接地电极与电容器用的接地电极。由此，不会受到外部电路基板的阻抗（电感等）影响，而第一电路的传输特性稳定。
另外，优选地，本发明的高频模块的第一电路是与天线连接的带通滤波器，第二电路是与带通滤波器连接的开关电路。
在该结构中，示出第一电路与第二电路的具体例。通过这样将带通滤波器应用于第一电路、将开关电路应用于第二电路，能够将上述的结构应用于无线通信的前端电路。因此，能够使无线通信的前端电路用的高频模块小型化。
根据本发明，能够使具备由无源元件组构成的电路和由有源元件组构成的电路的高频模块获得必要的传输特性且形成为小型。
附图说明
图1A是本发明的实施方式的高频模块的电路框图。
图1B是在本发明的实施方式的高频模块中包含的带通滤波器与开关的复合电路的电路框图。
图2是构成本发明的第一实施方式的高频模块的半导体芯片元件的俯视图。
图3是本发明的第一实施方式的高频模块的俯视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的高频模块的示意结构的侧面剖视图。
图5是表示本发明的第二实施方式的高频模块的安装状态的俯视图。
图6是本发明的第二实施方式的高频模块的侧面剖视图。
图7A是表示第二实施方式的高频模块的带通滤波器的通过特性的图。
图7B是表示第一实施方式的高频模块的带通滤波器的通过特性的图。
图8是示意性地表示现有的高频模块的构造的俯视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的第一实施方式的高频模块进行说明。图1A是本发明的实施方式的高频模块10的电路框图，图1B是在高频模块10中包含的带通滤波器BPF与开关SW的复合电路11的电路框图。图2是构成本发明的第一实施方式的高频模块10的半导体芯片元件20的俯视图。图3是本发明的第一实施方式的高频模块10的俯视图。图4是表示本发明的第一实施方式的高频模块10的示意结构的侧面剖视图。此外，图2、图3、图4只是用于容易理解地说明本发明的特征性的结构的图，适当地省略各元件间的连接图案、用于构成图1的电路的详细的图案。另外，相对于图1的电路结构，在图2、图3、图4中，电容器数量不同（较少），这是为了容易理解说明而部分性地省略了图示，实际上，形成有与电路结构对应的数量的电容器。
首先，为了使后述的高频模块10的构造的理解变得容易，参照图1对本实施方式的高频模块10的电路结构进行说明。
高频模块10具备带通滤波器BPF、开关SW、功率放大器PA1、PA2、PA3、以及低噪声放大器LNA1、LNA2、LNA3。由带通滤波器BPF与开关SW构成复合电路11。
开关SW将功率放大器PA1、PA2、PA3、低噪声放大器LNA1、LNA2、LNA3的任意一个选择性地与带通滤波器BPF连接。功率放大器PA1以及低噪声放大器LNA1是用于将第一频带作为使用带域的第一通信信号。功率放大器PA2以及低噪声放大器LNA2是用于将第二频带作为使用带域的第二通信信号。功率放大器PA3以及低噪声放大器LNA3是用于将第三频带作为使用带域的第三通信信号。此外，第一通信信号、第二通信信号、第三通信信号即使部分频带重叠也没关系，不完全一致。
功率放大器PA1对来自外部电路的第一通信信号的发送信号进行放大，并向开关SW输出。功率放大器PA2对来自外部电路的第二通信信号的发送信号进行放大，并向开关SW输出。功率放大器PA3对来自外部电路的第三通信信号的发送信号进行放大，并向开关SW输出。低噪声放大器LNA1对来自开关SW的第一通信信号的接收信号进行放大，并向外部电路输出。低噪声放大器LNA2对来自开关SW的第二通信信号的接收信号进行放大，并向外部电路输出。低噪声放大器LNA3对来自开关SW的第三通信信号的接收信号进行放大，并向外部电路输出。
带通滤波器BPF的一端与开关SW连接，另一端与天线ANT连接。带通滤波器BPF是将第一、第二、第三通信信号的频带作为通过带域，将其他的频带作为衰减域的带域通过型滤波器。优选地，带通滤波器BPF具有能够充分确保相对于各通信信号的高次谐波成分的衰减量的特性，特别是，在通过带域的上限侧以及下限侧具有衰减极。
因此，带通滤波器BPF由如图1B所示的电路结构构成。在带通滤波器BPF中，在天线ANT侧端与开关SW侧端之间，连接有电容器C10、C20的串联电路。电容器C10的天线ANT侧的端部经由电感器L01与电容器C01的并联电路而接地。电容器C10与电容器C20的连接点经由电感器L02与电容器C02的并联电路而接地。电容器C20的开关SW侧的端部经由电感器L03与电容器C03的并联电路而接地。电容器C10、C20的串联电路以并联的方式连接有电容器C12。根据该电路结构，能够实现如上述那样的由通过特性以及衰减特性构成的传输特性的带通滤波器。
由这样的电路结构构成的高频模块10如图2、图3、图4所示，通过将半导体芯片元件20安装到外部电路基板300来实现。此时，图1中的涂上图案的电路范围通过半导体芯片元件20来实现。
半导体芯片元件20具备基底基板100。基底基板100形成为平板状，如图4所示，由半导体基板111和绝缘层112构成。半导体基板111例如由p型半导体构成，部分具有n型掺杂区域111d。
在半导体基板111的一方主面（以下，称为表面。），形成规定的电极图案并且形成绝缘层112。而且，在与绝缘层112的半导体基板111侧相反的一侧的面，也形成有规定的电极图案。
这些电极图案被形成为实现构成上述的带通滤波器BPF的电容器C、以及开关SW、功率放大器PA1、PA2、PA3、低噪声放大器LNA1、LNA2、LNA3的场效应晶体管FET（以下，仅称为FET。）群的方式来形成。
作为具体的结构例，如图4所示，在半导体基板111的表面的电容器形成区域，形成有用于形成电容器C的第一平板电极121D。而且，以夹有绝缘层112而以规定面积与第一平板电极121D对置的方式，形成有第二平板电极121U。
另外，如图4所示，在半导体基板111的表面的包含两个邻接的n型掺杂区域111d的FET形成区域，分别在不同的两个n型掺杂区域111d，形成有源极用电极PS和漏极用电极PD。而且，在这些源极用电极PS与漏极用电极PD之间的绝缘层112的与半导体基板111侧相反的一侧的面上，形成有栅极用电极PG。
通过这样的构造形成电容器C以及FET，从而如图2、图3所示，俯视基底基板100时，开关形成部101、功率放大器形成部102、以及低噪声放大器形成部103被排列地形成。此外，在功率放大器形成部102形成有上述的各功率放大器PA1、PA2、PA3，在低噪声放大器形成部103形成有上述的各低噪声放大器LNA1、LNA2、LNA3。通过这些构成有源电路形成区域901。
另外，如图2、图3所示，俯视基底基板100时，形成有电容器121、122、123。由此，构成无源电路形成区域902U。像这样，通过仅由电容器121、122、123形成基底基板100上的无源电路形成区域902U，在基底基板100上未形成形成面积较大的电感器，从而能够使以半导体基板为主体的基底基板100形成为小型。
在基底基板100的表面（形成FET、电容器的侧的面），形成有上述的功能电路、以及外部连接用的焊盘电极131、141、142、143、151、152、153、201、202、203。这些焊盘电极以规定图案排列形成，例如，如图2所示，焊盘电极131形成在俯视基底基板100时的第一边的附近。焊盘电极131是天线连接用的焊盘电极。
焊盘电极151、152、153沿着与第一边对置的第二边，形成在该第二边的附近。焊盘电极151、152、153是发送信号输入用的焊盘。
焊盘电极141、142、143沿着与第一边以及第二边正交的第三边，形成在该第三边的附近。焊盘电极141、142、143是接收信号输出用的焊盘。
焊盘电极201、202、203沿着与第三边对置的第四边，形成在该第四边的附近。焊盘电极201、202、203是用于形成电感器用的导电性线的焊盘。
如图3所示，由上述的结构构成的半导体芯片元件20，以上述的各焊盘电极朝向与外部电路基板300侧相反的一侧的方式，在所谓面朝上的状态下，安装在外部电路基板300。此时，半导体芯片元件20根据规格而通过导电性或绝缘性的粘合剂，被安装到外部电路基板300。
在外部电路基板300形成有接地连接用的基板上焊盘电极311、312、313。基板上焊盘电极311、312、313与接地电极350连接。基板上焊盘电极311、312、313被配置成与半导体芯片元件20的焊盘电极201、202、203对置。基板上焊盘电极311与焊盘201通过由Cu构成的引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极311与焊盘201通过由规定的环形状构成的导电性线211连接。以作为上述的电感器L01得到成为需要的电感的方式来设定导电性线211的线长以及线粗。
基板上焊盘电极312与焊盘202也通过由Cu构成的引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极312与焊盘202通过由规定的环形状构成的导电性线212连接。以作为上述的电感器L02得到成为需要的电感的方式来设定导电性线212的线长以及线粗。
基板上焊盘电极313与焊盘203也通过由Cu构成的引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极313与焊盘203通过由规定的环形状构成的导电性线213连接。以作为上述的电感器L03得到成为需要的电感的方式来设定导电性线213的线长以及线粗。
此外，线粗越粗Q值越好，所以优选。
另外，在本实施方式中，作为线的材料使用Cu，但也能够使用Au、Ag等。这里，作为材料的导电率，与Au相比Cu的较大，并且与Cu相比Ag的较大。因此，作为构成线的材料，更为优选使用Cu、Ag。
这样，由导电性线211、212、213实现电感器，从而即使不在半导体芯片元件20上形成电感器，也能够实现带通滤波器BPF。而且，通过使用由这样的导电性线211、212、213构成的电感器，能够减小形成电感器与电容器的无源电路形成区域902，能够实现高频模块10的小型化。另外，通过使用导电性线211、212、213，从而与使用平面状的螺旋电极的情况相比，能够在较小的面积上实现Q值较高的电感器。由此，能够实现传输特性（通过特性以及衰减特性）优越的小型的高频模块。
另外，这些导电性线211、212、213隔着规定的间隔而形成为大致平行。通过该结构，能够进一步减小电感器形成区域的专有面积。由此，能够实现特性更加优越的小型的高频模块。
外部电路基板300形成有接收信号输出用的基板上焊盘电极321、322、323。基板上焊盘电极321、322、323被配置成与半导体芯片元件20的焊盘电极141、142、143对置。基板上焊盘电极321、322、323与焊盘电极141、142、143分别通过引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极321与焊盘电极141通过导电性线221连接，基板上焊盘电极322与焊盘电极142通过导电性线222连接，基板上焊盘电极323与焊盘电极143通过导电性线223连接。
外部电路基板300形成有发送信号输入用的基板上焊盘电极331、332、333。基板上焊盘电极331、332、333被配置成与半导体芯片元件20的焊盘电极151、152、153对置。基板上焊盘电极331、332、333与焊盘电极151、152、153分别通过引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极331与焊盘电极151通过导电性线231连接，基板上焊盘电极332与焊盘电极152通过导电性线232连接，基板上焊盘电极333与焊盘电极153通过导电性线233连接。
外部电路基板300形成有天线用的基板上焊盘电极341。基板上焊盘电极341被配置成与半导体芯片元件20的焊盘电极131对置。基板上焊盘电极341与焊盘电极131分别通过引线结合而被接线。由此，基板上焊盘电极341与焊盘电极131通过导电性线241连接。
通过使用如以上那样的结构，能够使包含由无源元件组构成的电路和具有有源元件组的电路的高频模块，具有优越的传输特性，并且形成为小型。
接下来，参照附图对本发明的第二实施方式的高频模块进行说明。图5是表示本发明的第二实施方式的高频模块10A的安装状态的俯视图。图6是本发明的第二实施方式的高频模块10A的侧面剖视图。此外，图5、图6也与图2、图3相同，适当地省略地进行图示，以便容易理解特征性的结构。
本实施方式的高频模块10A除了具备接地通道电极401、402、403这一点、以及在外部电路基板300A具备共用接地电极350A这一点之外，与第一实施方式所示的高频模块10相同。因此，仅对这些不同点进行说明。
由从表面（绝缘层112的形成面）到背面（朝向外部电路基板300A的抵接面）贯通半导体基板111的贯通孔来形成接地通道电极401、402、403。在贯通孔内填充导电性材料。接地通道电极401、402、403导通半导体基板111的表面的各电容器与半导体基板111的背面侧的接地用连接电极（未图示）。此外，接地通道电极401、402、403并不局限于被形成在电容器的平板电极的范围内的方式，也可以形成在电容器的平板电极的附近。
在外部电路基板300A的表面（半导体芯片元件20A的安装面），以包含高频模块10A的无源电路形成区域902A中的半导体芯片元件20A的区域的方式形成有元件用接地电极352。元件用接地电极352、基板上焊盘电极311A、312A、313A以及共用地连接它们的共用电极351被一体形成。由此，构成被电感器与电容器共用的接地电极350A。
这样，将用于使电感器与电容器被接地的接地电极共用，从而得到如下的效果。图7A是表示第二实施方式的高频模块10A的带通滤波器的通过特性的图，图7B是表示第一实施方式的高频模块10的带通滤波器的通过特性的图。在各图中，虚线所示的通过特性与实线所示的通过特性的外部电路基板的阻抗（电感）不同。
如图7所示，通过使用第二实施方式的高频模块10A的结构，能够减少由外部电路基板的阻抗带来的影响。即，通过将电感器与电容器的接地共用，能够实现稳定的通过特性的高频模块。这样，若使用第二实施方式的结构，则能够将获得更加稳定且优越特性的高频模块形成为小型。
此外，在上述的各实施方式中，以包含带通滤波器BPF、开关SW、功率放大器PA、以及低噪声放大器LNA的高频模块为例进行了说明，但并不局限于此。若是分别具备至少各一个包含由无源元件组构成的电路和包含至少一个有源元件的电路的高频模块，则能够应用上述的结构其中，该无源元件包含至少一个电感器和至少一个电容器。
附图标记的说明
10、10A、10P：高频模块；11：复合电路；20：半导体芯片元件；100、100P：基底基板；101：开关形成部；102：功率放大器形成部；103：低噪声放大器形成部；111P、112P、113P：螺旋电极；121、122、123：电容器；121D：第一平板电极；121U：第二平板电极；131、141、142、143、151、152、153、201、202、203、131P、141P、142P、143P、151P、152P、153P：焊盘电极；211、212、213、221、222、223、231、232、233、241：导电性线；300、300A：外部电路基板；311、312、313、321、322、323、331、332、333、341：基板上焊盘电极；350、350A：接地电极；351：共用电极；352：元件用接地电极；401、402、403：接地通道电极；901、901P：有源电路形成区域；902、902U、902P：无源电路形成区域；C01、C02、C03、C10、C20、C12：电容器；L01、L02、L03：电感器；BPF：带通滤波器；SW：开关；PA1、PA2、PA3：功率放大器；LNA1、LNA2、LNA3：低噪声放大器；ANT：天线。

Claims (4)

1.一种高频模块，其特征在于，具备:
第一电路，其由包含至少一个电感器以及至少一个电容器的无源元件组构成;和
第二电路，其包含至少一个有源元件，
所述第一电路的所述电容器以及所述第二电路的所述有源元件形成于单一的芯片元件。
2.根据权利要求1所述的高频模块，其特征在于，
所述电感器包含将该芯片元件安装到外部电路基板的导电性线而被实现。
3.根据权利要求2所述的高频模块，其特征在于，
所述电感器以及所述电容器被接地，
所述芯片元件具备将所述电容器接地的接地通道，
焊接形成在所述外部电路基板的所述导电性线的焊盘、和连接形成在所述外部电路基板的所述接地通道的电极是一体化而成的共用接地电极。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高频模块，其特征在于，
所述第一电路是与天线连接的带通滤波器，
所述第二电路是与所述带通滤波器连接的开关电路。
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