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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzmodul, das vorzugsweise
in einem Mobiltelefon, in einem drahtlosen LAN und anderen drahtlosen
Kommunikationsvorrichtungen verwendet wird und insbesondere ein
Hochfrequenzmodul betrifft, dass mit einem Leistungsverstärker
versehen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Mobiltelefone,
drahtlose LANs und andere drahtlose Kommunikationsvorrichtungen
sind mit einer Hochfrequenzschaltung versehen und in der Hochfrequenzschaltung
wird ein Leistungsverstärker verwendet. Ein Leistungsverstärker
ist eine Komponente, die für eine Übertragungsschaltung
einer Kommunikationsvorrichtung erforderlich ist. Insbesondere in
den zurückliegenden Jahren wurde erwartet, dass eine drahtlose
LAN-Funktion in einem Mobiltelefon installiert ist, und es besteht
die Notwendigkeit für Hochfrequenzschaltungen kleiner Baugröße. Angesichts
dieser Notwendigkeit werden ein Hochfrequenzmodul, in welchem ein
Leistungsverstärker und ein Filter in den Vor- und Nachstufen
angeordnet sind, in der Hochfrequenzschaltung integriert ausgebildet.
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5 ist
ein Blockschaltbild, das ein Bespiel der Konfiguration eines Hochfrequenzmoduls
zeigt.
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Wie
in der
5 gezeigt ist ein Hochfrequenzmodul
2 aus
einem Leistungsverstärker
11, einem erstem Filter
12,
das in der Vorstufe des Leistungsverstärkers
11 angeordnet
ist, und einem zweiten Filter
13, das in der Nachstufe
des Leistungsverstärkers
11 angeordnet ist, aufgebaut.
Ein Eingangsende des Hochfrequenzmoduls
2 ist mit einem
Sendeempfänger IC (RFIC) der Hochfrequenzschaltung verbunden und
ein Ausgangsende ist mittels eines Antennenschalters
51 mit
einer Antenne
52 verbunden. Das erste Filter
12 ist
ein Bandpassfilter (BPF) zum Entfernen von Störsignalen,
die in einer Mischstufe in dem RFIC erzeugt worden sind, und das zweite
Filter
13 ist ein Tiefpassfilter (LPF) oder ein Bandpassfilter
zum Unterdrücken von Störsignalen einer Multiplikationswelle,
die in dem Leistungsverstärker
11 erzeugt worden
sind (siehe offengelegte
japanische
Patentanmeldung Nr. 2005-101893 ).
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Da
der in der Vorstufe des Hochfrequenzmoduls
2 angeordnete
RFIC einen symmetrischen Ausgang hat, muss das Frequenzmodul
2 ebenfalls
mit einem symmetrischen Eingang versehen sein. In einem herkömmlichen
Hochfrequenzmodul
2 wird eine Symmetrie-Unsymmetrie-Umwandlung
unter Verwendung eines Symmetriergliedes (Balun) durchgeführt
und es wird mit dem Leistungsverstärker
11 mittels
des ersten Filters
12, das ein Bandpassfilter ist, eine
Verbindung hergestellt. In den zurückliegenden Jahren ist
jedoch häufig ein sogenanntes symmetrisches Filter mit
einer Balun-Funktion verwendet worden (siehe offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr.
2005-45447 ).
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6 ist
eine schematische Ansicht im Schnitt, die eine herkömmliche
Struktur eines Hochfrequenzmoduls 2 zeigt.
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Wie
in der
6 gezeigt, ist das Hochfrequenzmodul
2 mit
einem Mehrschichtsubstrat
10 versehen, wobei ein Leistungsverstärker-IC
11 auf
der oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrats
10 montiert
ist, erste und zweite Filter
12,
13 auf einer
inneren Schicht des Mehrschichtsubstrats
10 ausgebildet
sind. Direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC
11 sind
Wärmedurchgangslöcher
22 angeordnet und die
Wärmedurchgangslöcher
22 sind so ausgebildet, dass
sie durch das Mehrschichtsubstrat in vertikaler Richtung vollständig
hindurchgehen und mit der Leistungsverstärker-IC
11 und
den Masseanschlüssen
20 an der unteren Oberseite
des Substrats verbunden sind (siehe offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2006-121147 und
2005-123909 ).
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An
der inneren Schicht des Mehrschichtsubstrats 10 sind Massestrukturen 23, 24 angeordnet, und
die Massestrukturen 23, 24 sind mit den Wärmedurchgangslöchern 22 verbunden.
Das Eingangsende des ersten Filters 12 der inneren Schicht
ist mit dem Hochfrequenzmoduleingangsanschluss 18 mittels
eines Durchgangsloches verbunden und das Ausgangsende des zweiten
Filters 13 ist mit einem Hochfrequenzmodulausgangsanschluss 19 mittels eines
Durchgangsloches verbunden.
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Beispiele
für eine andere Art von Stand der Technik umfassen eine
Struktur zum Trennen der elektromagnetischen Kopplung zwischen unterschiedlichen
Bändern oder die Verbindung zwischen Sendeempfängerschaltungen
unter Verwendung von Massedurchgangslöchern und Strukturen
(siehe offengelegte
japanische
Patentanmeldung Nr. 2006-140862 ,
2004-235877 ,
2005-244336 ), eine Struktur, bei
der Interferenz verhindernde Masseteile zwischen einem AOW (akustische
Oberflächenwelle) – Bauelement (Filter) und dem
auf der Oberfläche eines dielektrischen Substrats montierten
Leistungsverstärker angeordnet sind (siehe offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr.
2005-244336 ). Es ist auch ein Hochfrequenzmodul mit hohem
Integrationsgrad bekannt, bei dem eine RF-Antennenschaltschaltung
und eine Anzahl von Diplexern integriert sind (siehe offengelegte
japanische Patenanmeldung Nr.
2006-157880 ). Es ist auch ein Dipol-Resonazfilter mit zwei
Induktor-Elektroden oder ein Tripol-Resonanzfilter mit drei Induktor-Elektroden
als ein Filter bekannt, das in ein Hochfrequenzmodul eingebaut ist (siehe
offengelegt
japanische Patentanmeldung
Nr. 2007-235435 ).
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Wie
vorstehend beschrieben sind Wärmedurchgangslöcher
zum Ableiten von Wärme erforderlich, weil der Energieverbrauch
eines Leistungsverstärkers beträchtlich ist und
die erzeugte Wärmemenge ebenfalls beträchtlich
ist. Herkömmlicherweise können andere Schaltungen
und Verdrahtungen nicht direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet
werden und daher besteht eine negative Auswirkung bezüglich
der Reduktion der Größe des Hochfrequenzmoduls,
weil die Wärmedurchgangslöcher 22 an
einer Position angeordnet sind, die der unteren Unterseite der Leistungsverstärker-IC 11 zugewandt
sind. Es ist auch vorzuziehen, dass die Verdrahtung jedes Filters
soweit als möglich verkürzt werden kann, um eine
Verschlechterung der Einfügungsdämpfung zu verhindern,
und es ist auch vorzuziehen, dass jedes Filter in der Nähe
des Leistungsverstärkers angeordnet ist, aber die Anwesenheit
der Wärmedurchgangslöcher verhindert solche Anstrengungen.
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Andererseits
besteht das Problem, dass der Abstand zwischen dem ersten Filter
und dem zweiten Filter, die in der Vorstufe und der Nachstufe des
Leistungsverstärkers angeordnet sind, näher zusammengerückt
wird, wenn das Hochfrequenzmodul klei ner ausgeführt wird,
die Filter elektromagnetisch gekoppelt werden und die Isolation
verringert wird. Wenn die Isolation zwischen den Filtern verglichen
mit dem Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers
gering ist, besteht das Problem, dass der Leistungsverstärker
mittels der Vor- und Nach-Filter mit einer Rückkopplung
beaufschlagt wird, wodurch der Betrieb des Leistungsverstärkers
instabil wird und im schlimmsten Fall der Leistungsverstärker
oszilliert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein kleines Hochleistungs-Hochfrequenzmodul
unter Aufrechterhaltung der Wärmeableiteigenschaften und
des stabilen Betriebes des Leistungsverstärkers zu schaffen.
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Um
die vorstehend genannten Probleme zu lösen hat das Hochfrequenzmodul
gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Mehrschichtsubstrat;
eine Leistungsverstärker-IC, die auf der oberen Oberfläche
des Mehrschichtsubstrats montiert ist; erste und zweite Filter,
die im Wesentlichen direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC
in einer Innenschicht des Mehrschichtsubstrats angeordnet sind;
und kopplungsreduzierende Massedurchgangslöcher, die zwischen
dem erstem Filter und dem zweiten Filter angeordnet sind, wobei
die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher die Doppelfunktion
als Wärmedurchgangslöcher zum Ableiten der durch
die Leistungsverstärker-IC erzeugten Wärme haben.
Der hier verwendete Begriff "Massedurchgangsloch" bezieht sich auf
ein Durchgangsloch, das mit der Masseelektrodenstruktur verbunden
ist und der Begriff "Wärmedurchgangsloch" bezieht sich
auf ein Wärmedurchgangsloch, das hauptsächlich
für das Ableiten von Wärme verwendet wird. Auch
ein Durchgangsloch ist nicht nur ein Durchgangsloch sondern ist
auch ein Loch, welches einen Leiter zum Erzielen einer elektrischen
Leitung zwischen den Schichten enthält. Der Leiter kann
an einer Innenfläche des Durchgangsloches ausgebildet sein
und kann vollständig in das Durchgangsloch eingebettet
sein.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten Filter im Wesentlichen
direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC angeordnet,
und die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher zwischen
den Filtern haben die Doppelfunktion als Wärmedurchgangslöcher
der Leistungsverstärker-IC. Demgemäß ist
die Isolati on nicht verringert, selbst wenn die ersten und zweiten
Filter nahe beieinander angeordnet sind. Daher kann die Größe
des gesamten Moduls unter Aufrechterhaltung der Stabilität
des Betriebes des Leistungsverstärkers und der Wärmeableiteigenschaften
des Leistungsverstärkers reduziert werden.
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Vorzugsweise
hat das Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner in einer Innenschicht des Mehrschichtsubstrats
eine Massestruktur ausgebildet, wobei die kopplungsreduzierenden
Masse-Durchgangslöcher mit der Massestruktur verbunden
sind. In der vorliegenden Erfindung ist das erste Filter vorzugsweise
mit einem Eingangsende der Leistungsverstärker-IC verbunden
und das zweite Filter mit einem Ausgangsende der Leistungsverstärker-IC
verbunden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist das erste Filter vorzugsweise aus
einem 1/4-Wellenlängen-(λ/4)-Resonator ausgebildet,
in welchem eine interdigitale Elektrode verwendet ist. Gemäß einem λ/4-Wellenlängenresonator,
in welchem eine interdigitale Elektrode (im Nachfolgenden der Einfachheit halber
als interdigitaler λ/4-Resonator bezeichnet) verwendet
ist, kann ein kleines Hochleistungs-Symmetrie-Bandpassfilter erzielt
werden und leicht in ein Mehrschichtsubstrat eingebaut werden. Da
der interdigitale λ/4-Resonator, der das erste Filter bildet, zahlreiche
Massedurchgangslöcher an der Struktur hat, kann die Gesamtanzahl
der Durchgangslöcher unter Verwendung der Massedurchgangslöcher
als Wärmedurchgangslöcher für den Leistungsverstärker
reduziert werden, und das Hochfrequenzmodul kann in seiner Größe
verringert werden. Eine kleinere Struktur ist leichter zu erzielen
und die Symmetrieeigenschaften eines Symmetriesignals sind ebenfalls ausgezeichnet,
verglichen mit dem Fall, bei dem ein 1/2-Wellenlängenresonator
verwendet wird, oder mit dem Fall, bei dem zwei einfache 1/4-Wellenlängenresonatoren
verwendet werden, die nicht interdigital gekoppelt sind, weil der
interdigitale λ/4-Resonator ein Paar Symmetrieanschlüsse
hat, die mit einem Paar interdigital gekoppelter 1/4-Resonatoren
verbunden sind. Der interdigitale λ/4-Resonator hat Massedurchgangslöcher
und eine interdigitale Elektrode, und Wärme wird auf das
Mehrschichtsubstrat mittels zahlreicher Elektrodenstrukturen, welche
die intertdigitale Elektrode bilden, übertragen, wodurch Wärme
abgeleitet wird. Daher kann eine Wärmeableitungswirkung
mittels der interdigitalen Elektrode erzielt werden.
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Die
vorstehende und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung, können
auch durch ein Hochfrequenzmodul gelöst werden, das aufweist:
ein Mehrschichtssubstrat; eine Leistungsverstärker-IC, die
auf der oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrates montiert
ist; ein erstes Filter, das im Wesentlichen direkt unterhalb der
Leistungsverstärker-IC in einer Innenschicht des Mehrschichtsubstrates
angeordnet ist, wobei das erste Filter eine Anzahl von Massedurchgangslöchern
hat und die Massedurchgangslöcher die Doppelfunktion als
Wärmedurchgangslöcher zum Ableiten von durch die
Leistungsverstärker-IC erzeugter Wärme, haben.
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Ferner
sind die vorstehenden und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung
auch durch ein Hochfrequenzmodul gelöst, bestehend aus:
einem Mehrschichtsubstrat; einer Leistungsverstärker-IC, die
auf der oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrats montiert
ist; einem ersten Filter, das im Wesentlichen direkt unterhalb der
Leistungsverstärker-IC in einer Innenschicht des Mehrschichtsubstrats
angeordnet ist; und eine Verdrahtungsstruktur in einer Innenschicht
des Mehrschichtsubstrats, die zwischen dem Ausgangsende des ersten
Filters und dem Eingangsende des Leistungsverstärkers eine
Verbindung erzeugt, wobei die Verdrahtungsstruktur im Wesentlichen
direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC angeordnet
ist.
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Auf
diese Art und Weise kann gemäß der vorliegenden
Erfindung ein kleines, Hochleistungs-Hochfrequenzmodul unter Aufrechterhaltung des
Wärmeableiteigenschaften und des stabilen Betriebes des
Leistungsverstärkers geschaffen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der
Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen im Einzelnen hervor,
in welchen zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht im Schnitt der Struktur eines Hochfrequenzmoduls
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A die
Draufsicht auf das Mehrschichtsubstrat 10;
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2B eine
Ansicht von unten auf das Mehrschichtsubstrat 10;
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3 ein Äquivalentschaltbild
des Hochfrequenzmoduls 1;
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4 eine
schematische Draufsicht auf das Strukturlayout jeder Schicht des
Hochfrequenzmoduls 1;
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5 ein
Blockschaltbild eines Beispiels der Konfiguration eines Hochfrequenzmoduls;
und
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6 eine
schematische Ansicht im Schnitt einer herkömmlichen Struktur
des Hochfrequenzmoduls.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht im Schnitt, die die Struktur eines Hochfrequenzmoduls einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Wie
in der 1 gezeigt, ist ein Hochfrequenzmodul 1 mit
einem Mehrschichtsubstrat 10, einer Leistungsverstärker-IC 11,
die auf einer oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrats 10 montiert
ist, und ersten und zweiten Filtern 12, 13 versehen,
die auf einer Innenschicht des Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet
sind.
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Das
Mehrschichtsubstrat 10 ist ein Schaltungssubstrat, auf
welchem eine Verdrahtungsstruktur auf eine Oberflächenschicht
oder eine Innenschicht aufgedruckt ist. Vorzugsweise ist das Mehrschichtsubstrat 10 ein
Keramiksubstrat mit einem ausgezeichneten Wärme- und Feuchtigkeitswiderstand
sowie auch guten Hochfrequenzcharakteristika und insbesondere ist
ein LTCC-(Tieftemperatur-Sinterkeramik)-Substrat vorzuziehen. Eine
LTCC kann bei einer tieferen Temperatur von 900°C oder
darunter gesintert werden. Daher können Ag, Cu und andere
Metallmaterialien mit einem niedrigen Schmelzpunkt und ausgezeichneten
Hochfrequenzcharakteristika als interne Verdrahtung verwendet werden, und
es kann dadurch eine Verdrah tungsstruktur mit einem geringen Widerstandsverlust
erzielt werden. Da die Verdrahtungsstruktur auch auf einer Innenschicht
ausgebildet werden kann, ist die Ausbildung von mehreren Schichten
erleichtert und die Größe kann reduziert und die
Funktion verbessert werden, indem die LC-Funktion in dem Mehrschichtsubstrat 10 aufgenommen
ist. Das Substrat ist für das Montieren der Leistungsverstärker-IC 11 von
Vorteilt, weil die Wärmeableiteigenschaften ausgezeichnet
sind.
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In
den oberen und unteren Flächen des Mehrschichtsubstrats 10 sind
zahlreiche Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse angeordnet. Insbesondere
sind die Eingangsanschlüsse 16 und Ausgangsanschlüsse 17 für
den Leistungsverstärker in der oberen Oberfläche
des Mehrschichtsubstrates 10 vorgesehen. Die Eingangsanschlüsse 18 und
die Ausgangsanschlüsse 19 für das Hochfrequenzmodul und
die Masseanschlüsse 20 sind an der unteren Oberfläche
des Mehrschichtsubstrats 10 angeordnet.
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Die
Leistungsverstärker-IC 11 ist eine Chipkomponente
(Nacktchip), die auf dem Mehrschichtsubstrat 10 montiert
ist. Gewöhnlicherweise sind Komponenten auf der Oberfläche
des Mehrschichtsubstrats 10 mittels eines Die-Bonden-Schrittes
montiert und sind mit anderen Elementen mittels Bondierdrähten
und einer Verdrahtungsstruktur, die in einer Innenschicht oder an
der Oberfläche des Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet
ist, verbunden.
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Das
erste Filter 12 ist ein Bandpassfilter, das in der Vorstufe
des Leistungsverstärkers angeordnet ist, und das zweite
Filter 13 ist ein Tiefpassfilter, das in der Poststufe
des Leistungsverstärkers angeordnet ist (siehe 5).
In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Filter 12 vorzugsweise
aus einem interdigitalen λ/4-Resonator gebildet. Gemäß dem
interdigitalen λ/4-Resonator kann ein kleines, Hochleistungs-Symmetrie-Bandpassfilter
erzielt werden und es kann leicht in einem Mehrschichtsubstrat aufgenommen
sein.
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Die
ersten und zweiten Filter 12, 13 sind im Wesentlichen
direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet.
Hier verwendet bezieht sich der Ausdruck "im Wesentlichen direkt
unterhalb" auf die Tatsache, dass die Position nicht perfekt direkt unterhalb
liegt. Anders ausgedrückt, die Filter können so
angeordnet sein, dass sie der Leistungsverstärker-IC 11 flach überlagert
sind oder ausreichend so überla gert sind, dass sie zu einem
kleineren Hochfrequenzmodul 1 beitragen. Der Grad der Überlagerung
von jedem der ersten und zweiten Filter 12, 13 und
der Leistungsverstärker-IC 11 kann in Übereinstimmung
mit der Isolation und der Größe des Filters geeignet
bemessen sein.
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Zwischen
dem erstem Filter 12 und dem zweiten Filter 13 sind
eine Anzahl von kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöchern 21 angeordnet.
Wenn der Abstand zwischen dem ersten Filter 12 und dem
zweiten Filter 13 verringert ist, besteht das Problem,
dass die Filter elektromagnetisch koppeln und die Isolation verringert
ist. Im Fall, dass die Isolation der Filter verglichen mit dem Verstärkungsfaktor des
Leistungsverstärkers gering ist, wird der Leistungsverstärker
mittels der Vor- und Nachstufenfilter mit einer Rückkopplung
beaufschlagt, der Betrieb des Leistungsverstärkers wird
instabil und im schlimmsten Fall wird der Leistungsverstärker
oszillieren.
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In
der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch eine Verringerung
der Isolation verhindert werden und der Betrieb des Leistungsverstärkers kann
stabilisiert werden, weil die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 zwischen
dem ersten Filter 12 und dem zweiten Filter 13 angeordnet sind.
Da insbesondere die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 die
Doppelfunktion als Leistungsverstärker-Wärmedurchgangslöcher 22 haben,
kann die Gesamtanzahl der Durchgangslöcher reduziert werden
und die Größe des Hochfrequenzmoduls kann verringert
werden.
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Die
Wärmedurchgangslöcher 22 (22a, 22b) sind
direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet,
um die durch die Leistungsverstärker-IC 11 erzeugte
Wärme abzuleiten. Da jedoch die ersten und zweiten Filter 12, 13 im
Wesentlichen direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet sind,
gehen die Wärmedurchgangslöcher 22 der
vorliegenden Ausführungsform nicht vollständig
durch das Mehrschichtsubstrat 10 hindurch, sondern sind lediglich
mit den Massestrukturen 23, 24, die in der Innenschicht
des Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet sind, verbunden.
Die Massestruktur 23 der oberen Schicht und die Massestruktur 24 der
unteren Schicht sind mittels der kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 verbunden.
Auf diese Weise können die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 dazu
gebracht werden, als Wärmedurchgangslöcher zu
funktionieren, weil die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 zwischen
den oberen und unteren Wärmedurchgangslöchern 22a, 22b angeordnet
sind.
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Es
ist eine größere Anzahl von Wärmedurchgangslöchern
erforderlich, um die Wärme der Leistungsverstärker-IC 11 abzuleiten
und es ist nicht ausreichend, dass die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 als
die einzigen Wärmedurchgangslöcher verwendet werden.
In dem Fall, dass die ersten und zweiten Filter 12, 13 jedoch
auf die vorstehend beschriebene Art und Weise angeordnet sind, ist
es schwierig, zahlreiche Wärmedurchgangslöcher vorzusehen.
Angesichts dieser Tatsache wird in der vorliegenden Ausführungsform
das Problem gelöst, indem die Massedurchgangslöcher,
welche das erste Filter 12 bilden gleichzeitig als Wärmedurchgangslöcher
konstruiert sind.
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Ein λ/2-Resonator
ist auch als ein Symmetrie-Bandpassfilter bekannt, aber die Anzahl
der Massedurchgangslöcher in einem kleinen λ/2-Resonator ist
sehr gering. Im Gegensatz dazu hat der interdigitale λ/4-Resonator,
welcher das erste Filter 12 bildet, zahlreiche Massedurchgangslöcher 26,
die in der Konstruktion gebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform
kann die Gesamtanzahl der Durchgangslöcher reduziert werden
und das Hochfrequenzmodul kann in seiner Größe
verkleinert werden, weil die Massedurchgangslöcher 26 als
Leistungsverstärker-Wärmedurchgangslöcher
verwendet werden. Der interdigitale λ/4-Resonator hat die
Massedurchgangslöcher 26 und zahlreiche interdigitale Elektroden,
und die Wärme kann auch auf die interdigitalen Elektroden übertragen
werden, wodurch die Wärme abgeleitet werden kann. Daher
kann von den interdigitalen Elektroden durch das Mehrschichtsubstrat 10 ein
Wärmeableiteffekt erzielt werden.
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Der
Eingangsanschluss des ersten Filters 12 ist mit dem Eingangsanschluss 18 des
Hochfrequenzmoduls an der Unterseite des Substrats mittels eines
Durchgangsloches 27 verbunden. Der Ausgangsanschluss des
ersten Filters 12 ist mit einem Eingangsanschluss 16 der
Leistungsverstärker-IC an der Oberseite des Substrats mittels
der Verdrahtung 28 und eines Durchgangsloches 29,
welches direkt oberhalb des ersten Filters 12, das heißt
im Wesentlichen direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11, verbunden,
und ist mit einem I/O-Lötfleck an der Leistungsverstärker-IC 11 mittels
eines Bondierdrahtes 30 vom Eingangsanschluss 16 verbunden.
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Die
Massestrukturen 23, 25 sind oberhalb und unterhalb
der Verdrahtung 28, welche das erste Filter 12 in
die Leistungsverstärker-IC 11 verbindet, angeordnet.
Die Verdrahtung 28 ist dadurch durch eine Triplate-Streifenleitung
gebildet. Der Grund hierfür wird im Folgenden beschrieben.
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Ein
Leistungsverstärkermodul ist ein Symmetrieeingang für
ein Modul vom unsymmetrischen Ausgangstyp, und ein Symmetriefilter
wird als das Vorstufen-Bandpassfilter verwendet (siehe 5).
In diesem Fall muss die Verdrahtung des Symmetrieeingangs so kurz
als möglich im Inneren des Moduls ausgeführt sein,
weil Gleichtaktrauschen erzeugt wird, wenn die Impedanz oder die
Länge der Verdrahtung des Symmetrieeingangs des Symmetriefilters
unterschiedlich ist. Aus diesem Grund muss das abgeglichene Eingangsende
des ersten Filters 12 so nahe als möglich zu dem
Hochfrequenzmodul-Eingangsanschluss 18 angeordnet sein.
Als Ergebnis ist die Position des nicht abgeglichenen Ausgangsendes
des ersten Filters 12 an der gegenüberliegenden Seite
des abgeglichenen Eingangsendes, das heißt direkt unterhalb
der Leistungsverstärker-IC 11.
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Die
Verdrahtung 28 zwischen dem Ausgang des ersten Filters 12 und
dem Eingang der Leistungsverstärker-IC 11 ist
ebenfalls direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet
und ist mit dem Eingangsende der Leistungsverstärker-IC 11 mittels
des Durchgangsloches 29 und des Bondierdrahtes 30 verbunden.
In diesem Fall ist die Länge der Verdrahtung der Ausgangseite
des ersten Filters 12 länger als diejenige der
Eingangsseite, aber die Wirkung ist nicht so groß wie die
abgeglichene Leitung. Die Verdrahtung 28 ist ebenfalls
eine Triplate-Streifenleitung und die Triplate-Streifenleitung hat einen
geringeren Übertragungsverlust verglichen mit anderen Übertragungsleitungen
(Mikrostreifenleitungen, koplanare Leitungen und dergleichen). Daher kann
die Verschlechterung der Charakteristika in folge der Verdrahtung
reduziert werden.
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Als
Nächstes wird im Einzelnen die spezifische Konfiguration
des Hochfrequenzmoduls 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Die 2A und 2B sind
Draufsichten, die die spezifische Konfiguration des Hochfrequenzmoduls 1 zeigen,
wobei die 2A eine Draufsicht auf das Mehr schichtsubstrat 10 ist
und die 2B eine Ansicht von unten derselben
ist. 3 ist ein Äquivalentschaltbild des Hochfrequenzmoduls 1.
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Wie
in den 2A und 2B und
der 3 gezeigt, hat das Hochfrequenzmodul 1 das Mehrschichtsubstrat 10 und
hat zusätzlich zu der Leistungsverstärker-IC 11 einen
Chip-Induktor 14 und Chip-Kondensatoren 15a bis 15d,
die auf der oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrats 10 montiert
sind. Die Chipkondensatoren 15a, 15b sind an einer
Signalleitung des Leistungsverstärkers angeordnet; der
Chip-Induktor 14 und die Chip-Kondensatoren 15c, 15d sind
an der Stromquellenleitung des Leistungsverstärkers angeordnet;
und die Chip-Kondensatoren sind an dem Mehrschichtsubstrat 10 mittels
eines Reflow-Schrittes montiert. Die Chip-Kondensatoren 15a, 15b sind
Gleichstrom blockierende Kondensatoren C17, C18, die zwischen die
ersten und zweiten Filter 12, 13 und die Leistungsverstärker-IC
eingesetzt sind. Die Chip-Kondensatoren 15c, 15d sind
Nebenschlusskondensatoren C24, C25, die in der Stromquellenleitung
der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet sind.
Der Chip-Induktor 14 ist eine Drosselspule 112,
die in der Stromquellenleitung des Leistungsverstärkers
angeordnet ist. Die I/O-Lötflecken der Leistungsverstärker-IC 11 sind
mit den entsprechenden I/O-Anschlüssen auf dem Mehrschichtsubstrat 10 mittels
der Bondierdrähte 30 verbunden. Ein Masseanschluss
ist in der Mitte der unteren Oberfläche des Mehrschichtsubstrats 10 angeordnet,
wie dies in der 2B gezeigt ist, und I/O-Anschlüsse,
die mit der Stromquellenleitung der Signalleitung, der Masseelektrodenstruktur
und der Gleichen verbunden sind, sind entlang dem Umfang des Masseanschlusses
angeordnet. Insbesondere dient der große Masseanschluss in
der Mitte dazu, die Wärmeableiteigenschaften und die Verbindungsfestigkeit
sicher zustellen.
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4 ist
eine schematische Draufsicht, die das Strukturlayout jeder Schicht
des Hochfrequenzmoduls 1 zeigt.
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Das
Mehrschichtsubstrat 10 des Hochfrequenzmoduls 1 ist
durch Schichten von 20 Schichten einer isolierenden Folie gebildet,
und die Verdrahtung oder irgendeine andere Leitungsstruktur ist oberhalb
und unterhalb der vielfach geschichteten Folie und zwischen den
Schichten ausgebildet, wie dies in der 4 gezeigt
ist. Daher hat die Verdrahtungsschicht 21 Schichten. Im
Einzelnen sind die ersten bis 20. Verdrahtungsschichten 101 bis 120 jeweils
auf der obersten Oberfläche der ersten bis 20. Isolierfolien
ausgebildet, und die 21. Verdrahtungsschicht 121 ist auf
der Rückseite der 20. Isolierfolie ausgebildet. Anders
ausgedrückt, die erste Verdrahtungsschicht 101 ist
auf der oberen Oberfläche des Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet,
die 21. Verdrahtungsschicht 121 ist auf der unteren Oberfläche des
Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet und die zweiten bis
20. Verdrahtungsschichten sind jeweils in den inneren Schichten
des Mehrschichtsubstrats 10 ausgebildet. Die Isolierfolie,
auf welcher die 20. Verdrahtungsschicht 120 ausgebildet
ist, wird gemeinsam verwendet. In jeder Verdrahtungsschicht sind durch
die isolierenden Folien auch Durchgangslöcher ausgebildet.
Allen Leiterstrukturen und Durchgangslöchern ist nicht
immer eine Bezugsziffer zugewiesen, aber die schraffierten Teile
sind das Leitermuster und die kreisförmigen Teile sind
die Durchgangslöcher.
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Von
den ersten bis dritten Verdrahtungsschichten 101 bis 103 sind
zahlreiche Wärmedurchgangslöcher 22a vorgesehen.
Die Wärmedurchgangslöcher 22a sind unterhalb
der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet und sind
in Oberflächenrichtung in im Wesentlichen gleichen Abständen
aufgereicht.
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Das
Massemuster 23 ist auf der vierten Verdrahtungsschicht 104 angeordnet
und das Massemuster 24 ist auf der 19. Verdrahtungsschicht 119 angeordnet.
Die Massemuster 23, 24 sind über einen weiten
Bereich der Substratoberfläche angeordnet und decken die
Oberseite und Unterseite der ersten und zweiten Filter 12, 13 ab.
Die unteren Enden der Wärmedurchgangslöcher 22a sind
mit dem Massemuster 23 verbunden.
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Eine
Anzahl von kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöchern 21 sind
von den vierten bis 18. Verdrahtungsschichten 104 bis 118 vorgesehen. Die
oberen Enden der Massedurchgangslöcher 21 sind
mit dem Massemuster 23 der vierten Verdrahtungsschicht 104 verbunden
und die unteren Enden sind mit dem Massemuster 24 der 19.
Verdrahtungsschicht 119 verbunden. Des Massemuster 24 der
19. Verdrahtungsschicht 119 ist mit den Masseanschlüssen 20 (GND)
der 21. Verdrahtungsschicht 121 mittels zahlreicher
Massedurchgangslöcher 22b verbunden, die im Wesentlichen
in der Mitte des Substrats vorgesehen sind. Das Massemuster 24 ist
auch mit den anderen Masseanschlüssen GND der 21. Verdrahtungsschicht 121 mittels
Massedurchgangslöchern 31 verbunden, die im Umfangsteils
der Substrats ange ordnet sind. Auf diese Weise sind die kopplungsreduzierenden
Massedurchgangslöcher 21 mit der Massestruktur
verbunden.
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Die
Anzahl der kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 sind
im Wesentlichen linear entlang der Richtung rechtwinkelig zur Längsrichtung
des Mehrschichtsubstrats 10 aufgereiht. Das erste Filter 12 und
das zweiter Filter 13 sind jeweils in 2 ebenen Bereichen
angeordnet, die durch die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 unterteilt
sind, und das Layout der Filter wird unterstützt.
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Die
Fläche der Unterseite der kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 ist
hinsichtlich der Zeichnung die Ausbildungsfläche des ersten Filters 12.
Die Fläche der Oberseite der kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 ist
hinsichtlich der Zeichnung die Ausbildungsfläche des zweiten
Filters 13. Die ersten und zweiten Filter 12, 13 sind
aus Leiterstrukturen der fünften bis 18. Verdrahtungsschichten 105 bis 118 sowie
auch der diese verbindenden Durchgangslöcher zusammengesetzt. Insbesondere
ist das erste Filter 12 aus den Übertragungsleitungsstrukturen
L1 bis L8 und den Kapazitätsstrukturen C1 bis C16 aufgebaut;
und das zweite Filter 13 ist aus den Induktanzstrukturen
L10 bis L11 sowie den Kapazitätsstrukturen C19 bis C23
aufgebaut.
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Die
direkt unter der Leistungsverstärker-IC 11 angeordneten
Wärmedurchgangslöcher 22 sind auf herkömmliche
Weise nicht mit den Masseanschlüssen 20 der unteren
Oberfläche durch alle Schichten hindurchgehend, verbunden.
Die für die Leistungsverstärker-IC 11 vorgesehenen
Wärmedurchgangslöcher 22 sind jedoch
nicht erforderlich, weil die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 als
Wärmedurchgangslöcher dienen und die zahlreichen
Massedurchgangslöcher 26 des ersten Filters 12 ebenfalls
als Wärmedurchgangslöcher 22 dienen.
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Die
Chip-Kondensatoren 15a, 15b sind Gleichstrom blockierende
Kondensatoren D17, D18 und sind zwischen die ersten und zweiten
Filter 12, 13 und die Leistungsverstärker-IC
eingesetzt. Eine Verdrahtungsstruktur 28 (Verdrahtungsstruktur
L9), die das Ausgangsende der ersten Filters 12 und ein Ende
des Gleichstrom blockierenden Kondensators C17 verbindet, ist auf
der siebten Verdrahtungsschicht 107 angeordnet. Die Mehrzahl
der Verdrahtungsstrukturen 28 ist direkt unterhalb der
Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet, ein Ende
ist mit den Gleichstrom blockieren den Kondensatoren mittels eines
Durchgangsloches 33 verbunden und das andere Ende ist mit
dem Ausgangsende des ersten Filters 12 mittels eines Durchgangsloches 32 verbunden.
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Die
Verdrahtungsstruktur 28 bildet eine Triplate-Streifenleitung
und eine Massestruktur ist oberhalb und unterhalb angeordnet. Anders
ausgedrückt, die Verdrahtungsstruktur 28 ist zwischen
die Massestruktur 23 der vierten Verdrahtungsschicht 104 und die
Massestruktur 25 der zehnten Verdrahtungsschicht 110 geschichtet.
Die Abstände von der Verdrahtungsstruktur 28 bis
zu den Massestrukturen 23, 25 sind gleich (ein
Abstand gleich drei Schichten). Die oberen und unteren Masseoberflächen
(in diesem besonderen Fall die Massestruktur 25), von denen
es erforderlich ist, das sie eine Triplate-Streifenleitung bilden,
können lediglich durch Verbinden einer vorbestimmten Leiterstruktur
mit den Massedurchgangslöchern 26 leicht gebildet
werden, weil der interdigitale λ/4-Resonator zahlreiche
Massedurchgangslöcher 26 hat. Auf diese Weise
kann die Verdrahtungsstruktur 28 als eine Triplate-Streifenleitung
konfiguriert werden, indem die Massestrukturen 23, 25 oberhalb
und unterhalb der Verdrahtungsstruktur 28 vorgesehen werden
und die durch eine verlängerte Verdrahtungslänge
hervorgerufene Verschlechterung der Einfügungsdämpfung
kann verhindert werden.
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Wie
in Verbindung mit dem Hochfrequenzmodul 1 vorliegenden
Ausführungsform vorstehend beschrieben, wird die Isolation
selbst dann nicht verringert, wenn das erste Filter 12 und
das zweite Filter 13 nahe beieinander angeordnet sind,
weil die ersten und zweiten Filter 12, 13 direkt
unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet
sind und die kopplungsreduzierenden Massedurchgangslöcher 21 zwischen
den Filtern auch als Wärmedurchgangslöcher der
Leistungsverstärker-IC 11 verwendet werden. Daher
kann die Gesamtgröße des Moduls unter Aufrechterhaltung
des stabilen Betriebes des Leistungsverstärkers sowie auch
der Wärmeableiteigenschaften des Leistungsverstärkers
verkleinert werden.
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Gemäß dem
Hochfrequenzmodul 1 der vorliegenden Ausführungsform
kann auf ein zugeordnetes Hochfrequenzmodul 2 für
den Leitungsverstärker verzichtet werden, weil die Massedurchgangslöcher des
interdigitalen λ/4-Resonators, der das erste Filter 12 ist,
auch als Wärmedurchgangslöcher der Leistungsverstärker-IC
verwendet werden. Daher können die ersten und zweiten Filter 12, 13 direkt
unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet
sein, was herkömmlicherweise der Ausbildungsbereich der Wärmedurchgangslöcher 22 ist.
Anders ausgedrückt, das Modul kann in seiner Gesamtgröße
unter Aufrechterhaltung der Wärmeableiteigenschaften des
Leistungsverstärkers reduziert werden.
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Wenn
die interdigitalen Elektroden als ein Teil des Resonanzfilters verwendet
werden, kann der Q-Wert erhöht werden, während
die Größe des Resonators reduziert wird und die
I/O-Symmetrierumwandlung kann verglichen mit beispielsweise einem gewöhnlichen
Dipol- oder Tripol-Resonanzfilter (siehe offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-235435 )
leicht ausgeführt werden. Weiterhin hat die Struktur verglichen
mit dem gewöhnlichen Resonanzfilter zahlreiche (in der
vorliegenden Ausführungsform vier Paare (acht)) interdigitale
Elektroden, da diese alle mit einer Masseelektrode verbunden sind,
wobei der Wärmeableiteffekt weiter verbessert werden kann,
indem die Wärmedurchgangslöcher mit den interdigitalen
Elektroden verbunden sind.
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Gemäß dem
Hochfrequenzmodul 1 der vorliegenden Ausführungsform
kann die Impedanzanpassung zwischen der Leistungsverstärker-IC 11 und dem
ersten Filter 12 zuverlässig erzielt werden, da die
Verdrahtung 28 zum Verbinden des Eingangsendes der Leistungsverstärker-IC 11 und
des Ausgangsendes des interdigitalen λ/4-Resonator, der das
erste Filter 12 ist, direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet
ist, und da die Verdrahtung 28 als eine Triplate-Streifenleitung
konfiguriert ist. Selbst wo die Impedanzanpassung zwischen der Leistungsverstärker-IC 11 und
dem erstem Filter 12 verloren geht, kann die Impedanzanpassung
zwischen der Leistungsverstärker-IC 11 und dem
erstem Filter 12 leicht eingestellt werden, ohne dass der
Elementwert des Filters geändert wird, solange als die Höhe
von der Triplate-Streifenleitung bis zur Masse eingestellt ist und
die Charakteristikimpedanz variiert ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist somit unter Bezugnahme auf spezifische
Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden. Es ist
jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise
auf die Einzelheiten der beschriebenen Anordnungen begrenzt ist,
sondern dass Änderungen und Modifikationen ohne Abweichen
vom Umfang der anhängenden Patentansprüche durchgeführt
werden können.
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Beispielsweise
wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ein interdigitaler λ/4-Resonator als erstes Filter 12 verwendet,
aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen interdigitalen λ/4-Resonator
begrenzt und es können verschiedene Filterstrukturen verwendet
werden. Das Filter ist in diesem Fall vorzugsweise mit so vielen Massedurchgangslöchern
wie möglich versehen.
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Der
interdigitale λ/4-Resonator ist nicht auf die in den 2 und 3 gezeigte
Schaltungsstruktur begrenzt und es ist auch eine Konfiguration möglich,
bei der beispielsweise alle oder ein Teil der Kapazität-[Strukturen]
C1 bis C16 weggelassen werden.
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die
ersten und zweiten Filter 12, 13 im Wesentlichen
direkt unterhalb der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet,
aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt und jedes
Element kann unter der Leistungsverstärker-IC angeordnet sein.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die
Kondensatoren C17, C18 zwischen Vor- und Nachstufenfiltern 12, 13 und
der Leistungsverstärker-IC 11 angeordnet, aber
es ist nicht erforderlich, dass diese Kondensatoren vorgesehen sind.
Ein Kondensator oder ein anderes Schaltungselement kann in der Vorstufe
des ersten Filters 12 und der Nachstufe des zweiten Filters 13 angeordnet sein.
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Das
Hochfrequenzmodul gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nicht auf eine Schaltungskonfiguration begrenzt, die aus dem
ersten Filter, der Leistungsverstärker-IC
11 und
dem zweiten Filter
13 zusammengesetzt ist und kann als
ein Teil eines Großintegrations-Hochfrequenzmodul mit einem
RF-Antennenschaltschaltungsteil integriert sein, wie dies beispielweise
in der offengelegten
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2006-157880 beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-101893 [0004]
- - JP 2005-45447 [0005]
- - JP 2006-121147 [0007]
- - JP 2005-123909 [0007]
- - JP 2006-140862 [0009]
- - JP 2004-235877 [0009]
- - JP 2005-244336 [0009, 0009]
- - JP 2006-157880 [0009, 0067]
- - JP 2007-235435 [0009, 0060]