CN1339886A - 移动通信设备的前端模块 - Google Patents

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Abstract

前端模块包括多层衬底和表面安装元件。前端模块组成天线开关、滤波器和含有频带分离电路的高频电路以及配备有多个其通信系统不同的发射/接收部件的收发机电路的前端。多层衬底把频带分离电路图案设置在平面范围的中心,并且把其通信系统不同的多个天线开关导线图案相对于频带分离电路图案对称排列。

Description

移动通信设备的前端模块
本发明涉及一种前端模块，它具有作为关键元件用在诸如移动电话和汽车电话之类移动通信设备上的天线开关。
由本发明申请人提交的日本专利公开No.9-261110/(1997)中公开的天线开关就是移动通信设备传统的前端模块的一个例子。大多数移动电话的发射和接收采用不同频带。因此，虽然这类电路彼此相似，但在发射/接收选择器和天线选择器之间，此类移动电话系统的元件常数往往不同。为了避免快速设计中的缺陷，在日本专利公开No.9-261110/(1997)中描述的天线开关有一个选择器电路，其中发射/接收选择器和天线选择器中的一个选择器与另一个选择器相对于低通滤波器对称。
上述相关技术的例子是一个用于码分多址系统的移动电话的天线开关，不能用于覆盖发射/接收两种系统的电话，诸如欧洲的GSM双频带移动电话。因此，前端模块包含用于将两频带分离的电路并主要包含天线开关是必要的。前端模块的多层衬底必定包含大量电路元件。这使多层衬底的设计复杂化，并且很容易引起各电路之间的干扰以及在迭层、烧结处理时变形，因此损害生产率。
本发明的目的在于提供一种覆盖多个发射/接收系统的多层衬底前端模块，其中包括电路元件的各层的材料被优化，并且按比例缩小了的多层衬底使得各电路之间的干扰可忽略不计。
根据本发明的第一方面的前端模块是一种用在多个不同通信系统的前端模块，它至少包括：一个连接到天线的频带分离电路；一个经过频带分离电路连接到天线的天线开关，用来把天线切换到不同通信系统的发射机电路和接收机电路；还有一个用来去除高频的滤波器；其特征在于：前端电路组成一个元件都安装在多层衬底上的集成块；所述多层衬底把频带分离电路的图案设置在位置范围的中心；并且用在不同通信系统的多个天线开关导线图案相对于频带分离电路图案对称地排列。
根据本发明的第二方面，在根据本发明的第一方面的前端模块中，所述多层衬底包括多个层迭的介质层；构成所述多层衬底的介质层分为主要形成线圈导线图案的多个相邻层迭的介质层和主要形成电容器电极图案的多个相邻层迭的介质层；以及主要形成线圈导线图案的所述介质层选择一种介电常数低于主要形成电容器电极图案的所述介质层的材料。
根据本发明的第三方面，在根据本发明的第二方面的前端模块中，主要形成电容器电极图案的相邻层迭的介质层设置在主要形成线圈导线图案的相邻层迭介质层的下面，为了防止烧结中收缩率不同引起变形，在主要形成线圈导线图案的所述介质层上面设置包含与主要形成电容器电极图案的介质层类似的材料的各介质层。
根据本发明的第四方面，在根据本发明的第一至第三方面的任一方面的前端模块中，天线开关至少包括一个二极管和一个LC电路，并且所述滤波器和所述频带分离电路包括LC电路，所述LC电路形成在所述多层衬底里，而且所述LC电路部分通过一个通路孔连接到设置在多层衬底表面上的二极管。
图1是示出本发明前端模块实施例的剖面图。
图2示出根据实施例形成在多层衬底介质层上的图案。
图3是示出根据实施例的前端模块的电路配置的例子的电路图。
图4是根据实施例的与图1方向一致的前端模块的正视图。
图5是根据实施例的前端模块的平面图。
图6是根据实施例的前端模块的侧视图。
下面将参照附图说明本发明的实施例。图1是示出前端模块的剖面图。前端模块1在多层衬底20上安装表面安装元件11，12。屏蔽外壳15固定在多层衬底20上，以便覆盖多层衬底20和表面安装元件11，12。
多层衬底20包括介质层21至36。图1中示出介质层21至36的、厚度与其实际厚度对应的每一层。
图2示出前端模块的层结构。前端模块把各介质生片层叠在一起，在这些介质生片上，在垂直和水平方向上设置对应于大量前端模块的电极、接线图案、通路孔或标记，把所述介质生片切割成单个前端模块材料，加热并压制生片，然后烧结生片以便加工成图1中示出的单个多层衬底20。
图2中，标号21至36是指图1中示出的介质层。这些介质层是加工过程中的介质生片。箭头a至o意指层迭。在层迭过程中，生片36作最底层介质层，在它上面放置生片35作介质层，又在生片35上放置生片34作介质层，诸如此类一直到把生片21至36层迭。这些生片切割之后，在加热/压制处理和烧结处理过程中结合成烧结材料。它们的尺寸大小根据烧结过程中的收缩率而改变，并且通过烧结将生片变成具有预定的介质特性的介质层。
图3是显示前端模块1的电路结构的例子的电路图。图3中，符号T1至T12是外部连接电极。外部连接电极T9是连接到天线的外部连接电极。线圈L1、L2、L11和电容器C1、C11、C12组成频带分离电路。从线圈L1和电容器C1到外部连接电极T11的这部分电路(图中右边电路)是支持数据通信系统(DCS系统)(1.8GHz频带)的电路。从线圈L11和电容器C11到外部连接电极T1的这部分电路(图中左边电路)是支持全球移动通信系统(GSM系统)(900MHz频带)的电路。
在支持DCS系统的右边电路中，T11是连接到DCS系统发射电路的外部连接电极。T7是连接到DCS系统接收电路的外部连接电极。T8是通过外部电路接地的外部连接电极。T10是施加控制信号以便在DCS系统的发射和接收之间切换的外部连接电极。线圈L6和电容器C6至C8组成低通滤波器。二极管D1、D2，线圈L3至L5，电容器C2至C5加上C9组成发射/接收选择开关。
在支持GSM系统的左边电路中，T1是连接到GSM系统发射电路的外部连接电极。T5是连接到GSM系统接收电路的外部连接电极。T2是施加控制信号以便在GSM系统的发射和接收之间切换的外部连接电极。T4是通过外部电路接地的外部连接电极。线圈L14和电容器C17至C19组成低通滤波器。二极管D11、D12，线圈L12、L13，电容器C13至C16组成发射/接收选择开关。T3、T6、T12是连接到前端模块内部接地电极的外部电极。
图4至图6是前端模块的外部视图，图4是与图1方向一致的正视图。图5是平面图，图6是在与图4的方向垂直的方向上的侧视图。如图4和图6中所示，屏蔽外壳15的右端和左端(图顶上)向下弯曲，以便垂直地顶住平面部分。弯曲的15A端和15B端分别固定在作为接地电极的外部连接电极T6、T12上。图4中所述表面安装元件11、12没有画出。
图5中，15C是示出从前端模块1方向进入屏蔽外壳15的一个孔。如图5所示，所述前端模块连接电路的外部连接电极T1至T12设置在前端模块的周边上。这些外部连接电极T1至T12被用来把前端模块连接到移动电话的电路衬底上。
图5中，该例子中的前端模块包括屏蔽外壳在内，高为1.8毫米，水平宽度为6.5毫米，垂直宽度为4.8毫米。
以下将详细说明前端模块的结构。如图1和图2所示，接地电极图案201几乎形成在底部介质层35的整个表面上。接地电容器的对面电极图案202形成在与介质层35相邻的介质层34上。虽然形成与所述对面电极图案202一样的多个表面电极图案，但是为了清楚起见省去了符号。接地图案203和其他省去了标号的电极图案形成在与介质层34相邻的介质层33上。
上述接地电容器层迭了介质层28至32，这里几乎不形成图案。在这些介质层28至32上形成：通路孔204，用于连接垂直方向上相邻的介质层；用于连接通路孔的接线图案205；电极图案206；其他省去符号的电极图案和一些频带分离电路的电容器电极图案。
然后，把介质层21至27层迭在上面。在这些介质层22至27上形成利用线圈导线图案和电容器电极图案制成的线圈和电容。
电极图案211至218是用于频带分离电路的电容器电极图案。在图中、在垂直方向位置中心形成用于频带分离电路的电容器电极图案211至218，也就是说，在图2中介质层22至29每一层的平面中心。在图中的上部分，在介质层22至26的每一层上形成支持DOS系统的电路，而在下部分形成支持GSM系统的电路。
在图中的上部分，在介质层27上形成DCS系统的接线图案221。在图中的上部分，在介质层22至26上形成DCS系统的线圈导线图案222至226。
在图中的下部分，在介质层27上形成GSM系统的接线图案231。在图中的下部分，在介质层22至26上形成GSM系统的线圈导线图案232至236。
由于模块在高频使用，也就是说，在GSM系统和DCS系统中使用，所以必须考虑互相干扰来排列形成所述元件的图案。更详细地说，DCS系统的频带大约是GSM系统频带的两倍。因此有必要考虑GSM发射机系统的二次谐波的影响。在图2的结构图中，支持GSM系统的电路和支持DCS系统的电路，基本上相对于由两电路共享的频带分离电路211至218的电容器电极图案对称排列。通过把频带分离电路211至218的电容器电极图案设置在两电路之间，有可能最有效地缩小整个电路。
在介质层21上形成接线图案219。在接线图案219上连接并安装表面安装元件11，12。表面安装元件11、12是根据电路结构按要求排列的二极管、片式电阻器、片状电容器或片状电感器。
根据电路结构所述接线图案219连接到对应通路孔。例如，在外部连接电极T1至T12中，外部连接电极T8、T4被连接到接线图案221、231作为内部电极延伸图案。
该实施例中，图1和图2示出的介质层21至36的排列方式是考虑电特性和生片烧结过程中的收缩率来确定的。最上面介质层21具有大约11的介电常数并且选择收缩率较小的生片。介质层21下面的介质层22至32具有大约7.3的介电常数并且选择收缩率稍大一些的生片。介质层22至32下面的介质层33、34与最上面介质层21相同具有大约11的介电常数，并且选择收缩率较小的生片。介质层33、34下面的介质层35、36与介质层22至32相同具有大约7.3的介电常数，并且选择收缩率稍大一些的生片。
介质层22至26主要形成线圈导线图案而介质层27至32主要形成接线图案。介质层22至32的每一层都选择介电常数约为73的材料。这些介质层22至32介电常数低，有助于防止由浮动电容引起的相邻图案干扰。介质层33，34是构成电容器的电极之间的介质层，并且它们都选择介电常数约为11的材料。因此，作电容器容易获取电容量。然而，介质层33、34烧结时收缩率较小而介质层22至32收缩率较大，因此，在烧结期间会变形。通过为最上面介质层21选择与介质层33、34相同的具有小的收缩率的材料来防止烧结期间形变是可行的。
天线开关包括二极管和LC电路，而且所述LC电路形成在多层衬底中。这样不需要考虑带状线的阻抗匹配，这一点与传统的借助二极管、电容器和一般用在高频电路的1/4带状线的结构不同。不必设置用于阻抗匹配的介质层，因此，生产的多层衬底厚度更薄。
根据本发明，如前面提到的，可借助上述移动通信设备的前端模块的结构来获得以下优点：
(1)在集成配备有多个其通信系统不同的发射/接收部件的收发机电路时，多层衬底把频带分离电路图案排列在平面范围的中心，并且把配备有多个其通信系统不同的发射/接收部件的收发机电路对称于所述频带分离电路排列，以便防止两种电路之间经过频带分离电路图案的干扰，这样，确保把整个多层衬底按比例缩小。
(2)主要形成线圈导线图案的多个介质层在层迭方向上相邻排列作介质层。主要形成电容器电极图案的多个介质层在层迭方向上独立地相邻排列。通过为主要形成线圈导线图案的多个介质层选择一种介电常数低于主要形成电容器电极图案的多个介质层的材料，就有可能防止由浮动电容引起的在层迭方向上相邻图案干扰。主要形成电容器电极图案的介质层作为电容器能很容易获取电容量。这确保整个多层衬底按比例缩小。
(3)主要形成电容器电极图案的介质层相邻层迭在主要形成线圈导线图案的介质层下面，而且在主要形成线圈导线图案的介质层上面形成包含与主要形成电容器电极图案的介质层类似的材料的介质层。这防止了烧结期间由缩率不同引起的变形。
(4)天线开关包括二极管和LC电路，而且LC电路形成在多层衬底中。这样不需要考虑带状线的阻抗匹配，这一点与传统的借助二极管、电容器和一般用在高频电路的1/4带状线的结构不同。不必设置用于阻抗匹配的介质层，因此，生产的多层衬底厚度更薄。

Claims (4)

1.一种用于多个不同通信系统的前端模块，它包括：
连接到天线的频带分离电路；
至少一个经所述频带分离电路连接到所述天线的天线开关，用来把所述天线切换到不同通信系统的发射机电路和接收机电路；以及
至少一个用来消除高频的滤波器；
其中所述前端电路构成一个各元件安装在多层衬底上的集成模块，并且
所述多层衬底把所述频带分离电路图案设置在平面范围的中心，并且
使用不同通信系统的多个天线开关导线图案相对于所述频带分离电路图案对称排列。
2.根据权利要求1的前端模块，其特征在于所述多层衬底包括多个层迭的介质，并且
构成所述多层衬底的介质层分为多个主要形成线圈导线图案的相邻层迭的介质层和多个主要形成电容器电极图案的相邻层迭的介质层，并且
主要形成线圈导线图案的所述介质层选择一种介电常数低于主要形成电容器电极图案的所述介质层的材料。
3.根据权利要求2的前端模块，其特征在于所述主要形成电容器电极图案的相邻层迭的介质层设置在所述主要形成线圈导线图案的相邻层迭的介质层下面，
为了防止烧结过程中收缩率不同引起的变形，在所述主要形成线圈导线图案的介质层上面形成包含与主要形成电容器电极图案的所述介质层类似的材料的介质层。
4.根据权利要求1至3中任一项的前端模块，其特征在于所述天线开关包括至少一个二极管和至少一个LC电路组成，并且所述滤波器和所述频带分离电路包括LC电路，
所述LC电路形成在所述多层衬底上，并且
所述LC电路的一部分通过通路孔连接到设置在所述多层衬底上面的二极管。
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