JP2001519989A - 二重帯域セルラー電話用の２つの電力増幅器を有する増幅器モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セルラー電話のマザーボードへの自動実装および接続に適した増幅器モジュールが開示される。増幅器モジュールは少なくとも２枚の導電材料の層を有する基板を含む。前記基板に第１および第２の半導体チップが実装される。第１の半導体チップは第１の無線周波数帯域用に構成された第１の電力増幅器の一部を形成する第１の集積回路を含む。第２の半導体チップは第２の無線周波数帯域用に構成された第２の電力増幅器の一部を形成する第２の集積回路を含む。第１および第２のチップは基板上に配置され、前記基板上に実装された部品に電気的に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 二重帯域セルラー電話用の２つの電力増幅器を有する増幅器モジュール 発明の背景 本発明は移動通信システム内で使用されるセルラー電話に関する。より詳細に 言えば、本発明は二重帯域セルラー電話内で使用する増幅器に関する。 通例、セルラー電話はいくつかの移動通信ネットワークの１つの環境でだけ動 作するように設計されている。そのような環境の一例が、欧州電気通信標準化機 構（ＥＴＳＩ）が作成した標準として知られているＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙ ｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）である。Ｇ ＳＭによれば、標準ＧＳＭでは９００ＭＨｚ前後に割り当てられた周波数帯域が あり、拡張ＧＳＭでは１８００ＭＨｚ前後に割り当てられた周波数帯域がある。 １８００ＭＨｚ帯域で動作するＧＳＭシステムは、移動通信環境であると考えら れるＤＣＳ１８００（ＤＣＳ＝ディジタル通信システム）とも呼ばれる。その他 の環境には、８００ＭＨｚ前後の周波数帯域で動作するＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏ ｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓ ｙｓｔｅｍ（ＡＭＰＳ）として知られるシステムと、１９００ＭＨｚ前後の周波 数帯域で動作するパーソナル通信システム（ＰＣＳ）として知られているシステ ムが含まれる。 セルラー電話のユーザの数が増加するにつれて、運用業者によってはそのネッ トワークに複数の周波数帯域を導入することでネットワークに機能を追加してき た。例えばＧＳＭシステムの場合、現在９００ＭＨｚおよび１８００ＭＨｚ前後 の周波数帯域を使用して一定のネットワークの収容能力が拡張されている。 したがって、セルラー電話の製造業者は２つの周波数帯域で動作する新世代の セルラー電話を開発している。２つの周波数帯域で動作するセルラー電話は二重 帯域セルラー電話と呼ばれる。二重帯域セルラー電話は両方の周波数帯域で信号 を送信する必要があるので、いくつかの機能の複製が必要である。ただし、機能 の複製には余分な製造コストがかかり、二重帯域セルラー電話の価格は最終的に 高くなる。発明の概要 したがって、複製による製造コストを最小限に抑える必要がある。さらに、ユ ーザは単一帯域セルラー電話が小型で魅力的なデザインであることを期待するよ うになってきたので、二重帯域セルラー電話のサイズを小さく保つ必要がある。 本発明の一態様では、セルラー電話のマザーボードへの自動実装に適した増幅 器モジュールが提供される。増幅器モジュールは上側表面および下側表面と、少 なくとも２枚の導電材料の層を有する基板とを含む。増幅器モジュールは第１お よび第２の半導体チップをさらに含む。第１の半導体チップは第１の無線周波数 帯域用に構成された第１の電力増幅器の一部として動作する第１の集積回路を含 む。第２の半導体チップは第２の無線周波数帯域用に構成された第２の電力増幅 器の一部として動作する第２の集積回路を含む。第１および第２の半導体チップ は前記基板の前記上側表面に配置され、前記上側表面に実装された部品に電気的 に接続される。 本発明の別の態様では、上側表面および下側表面と、少なくとも２枚の導電材 料の層とを有する基板が前記上側表面から前記下側表面まで達する熱バイアを含 む、セルラー電話のマザーボードへの自動実装に適した増幅器モジュールが提供 される。前記熱バイアの少なくとも１つが前記層の１つに熱的に接続される。熱 バイアは第１のグループと第２のグループに分類される。 バイアは半導体チップが生成する熱を放散する助けとなる。 本発明のさらに別の態様は信号処理モジュールおよび二重帯域電力増幅器モジ ュールが実装されたマザーボードを含む二重帯域セルラー電話である。二重帯域 電力増幅器モジュールおよび処理モジュールはマイクロフォンとアンテナの間で 直列に相互接続される。第１および第２のチップは前記基板の前記上側表面に配 置され、前記上側表面に実装された部品に電気的に接続されて互いに独立して動 作可能な２つの電力増幅器を形成する。信号処理モジュールは二重電力増幅器モ ジュールを切り替えて前記無線周波数帯域の１つで運転する。 本発明の別の態様は二重帯域セルラー電話用の二重帯域電力増幅器モジュール を製造する方法を含む。この方法は、 電気回路図のレイアウトに従って導電材料の複数の層を有する基板をエッチン グするステップと、 前記基板の上側表面に受動電気部品を実装するステップと、 前記上側表面に、第１の電力増幅器の一部として動作し、第１の無線周波数帯 域用に構成された第１の集 積回路を含む第１の半導体チップを実装するステップと、 前記上側表面に、第２の電力増幅器の一部として動作し、第２の無線周波数帯 域用に構成された第２の集積回路を含む第２の半導体チップを実装するステップ と、 前記基板の前記上側表面に前記第１および第２のチップを電気的に接続して、 単一の多層基板上で互いに独立して動作可能な２つの電力増幅器を形成するステ ップとを含む。 図面の簡単な説明 本発明の上記およびその他の特徴について二重帯域セルラー電話用の増幅器モ ジュールの好ましい実施形態の図面を参照しながら以下に説明する。図面では、 同じ部品は同じ参照番号を有する。図示された実施形態は本発明を例示するよう 意図されているが、本発明を限定するものではない。図面は以下の図を含む。 図１はマザーボードの一部分を切り取ったセルラー電話の概略図である。 図１Ａは図１に示すセルラー電話の送信経路の簡略図である。 図２は本発明に従って製造されたセルラー電話用の 電力増幅器モジュールの概略図である。 図２ａは半導体チップの内部回路の原理図である。 図３は図２の電力増幅器モジュールに含まれる第１の電力増幅器の回路図であ る。 図４は図２の電力増幅器モジュールに含まれる第２の電力増幅器の回路図であ る。 図５は本発明に従って製造された多層プリント回路板の概略斜視図である。 図６は部品と共に示した図５の基板の概略上面図である。 図７および図８は基板の第１層の実施形態の図である。 図９および図１０は基板の第２層の実施形態の図である。 図１１および図１２は基板の第３層の実施形態の図である。 図１３は基板の第４層の実施形態の図である。 図１４はいくつかの個別の基板を含むパネルの実施形態の図である。 図１５はチップを実装した多層プリント回路板の側断面図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 例えば、ＧＳＭ標準による移動通信システムは、セルと呼ばれるさまざまな個 別の領域を有し、基地局と呼ばれるさまざまな固定送信局と複数の移動局、すな わちセルラー電話を備えるように構成される。通例、１つの基地局は１つのセル を画定し、セル内に位置するセルラー電話との間の電話トラフィックを処理する 。 図１にアンテナ２を含む本発明に従って製造された二重帯域セルラー電話３を 概略的に示す。二重帯域電力増幅器モジュール１をその上に配置したセルラー電 話３のマザーボード５の概略図を示すために、二重帯域セルラー電話３のケース の一部分が切り取られている。図１には示していないが、セルラー電話３は受信 および送信経路の部品など他の複数の部品および機能モジュールを含むことを当 業者なら理解するであろう。セルラー電話３はさらにディスプレイとキーパッド を含む。 二重帯域電話３はいくつかの機能モジュールをさらに含む。したがって、例え ば、受信経路は無線周波数（ＲＦ）受信機、アナログ／ディジタル変換器、デマ ルチプレクサ、および復調装置を含む。送信経路はマルチプレクサ、変調装置、 ディジタル／アナログ変換器およびＲＦ送信機を含む。別の機能モジュールは、 例えば、チャネル符号器／復号器および音声符号器／復号器を含む。ＲＦ受信機 とＲＦ送信機は共に、通例、ダイオード・スイッチによってアンテナ２に接続さ れ、ダイオード・スイッチはアンテナ２をＲＦ受信機またはＲＦ送信機に接続す る。ＲＦ送信機は、ＲＦ信号がアンテナに供給され無線信号として送信される前 に定義された電力レベル対時間プロファイルに従ってＲＦ信号を整形して増幅す る増幅器段を含む。 図１ａに二重帯域セルラー電話３の送信経路の実施形態の概略を示す。セルラ ー電話３内で、処理モジュール７と二重帯域電力増幅器モジュール１がセルラー 電話３のアンテナ２とマイクロフォン９の間のマザーボード上で縦続接続される 。この概略図で、処理モジュール７は大部分の音声および信号処理、例えば、符 号化およびチャネル符号化を実行する。信号処理は処理された音声信号で９００ ＭＨｚまたは１８００ＭＨｚのＲＦ搬送波を変調するステップをさらに含む。 図２に、図１に示す二重帯域電力増幅器モジュール１の概略ブロック図を示す 。電力増幅器モジュール１は、アンテナ２に接続された出力５、７をそれぞれ有 する２つの電力増幅器４、６を含む。アンテナ２はセルラー電話３内に位置する ＲＦ受信機（図示せず）に さらに接続される。電力増幅器４、６はセルラー電話３内に位置するＲＦ信号源 （図示せず）からＲＦ信号を受信する。例えば、ＲＦ信号源は図１ａに示す処理 モジュール７に含めることができる。図示された実施形態では、ＲＦ搬送波は、 どちらのＲＦ搬送波（ＧＳＭまたはＤＣＳ）を選択するかに応じて９００ＭＨｚ または１８００ＭＨｚの周波数を有すると有利である。 電力増幅器４、６はマザーボード５上に位置する帰還制御ループ（図示せず） に関連付けられている。これらの制御ループは、起動された電力増幅器４、６か ら出力される増幅されたＲＦ信号が定義された出力電力レベル対時間プロファイ ルに確実に適合するように電力増幅器を制御する。各帰還制御ループは電力増幅 器の出力ＲＦ信号を基準信号と比較して電力増幅器を制御する制御信号を生成す る。 図示の実施形態では、電力増幅器４は９００ＭＨｚ前後の周波数帯域で動作し 、電力増幅器６は１８００ＭＨｚ前後の周波数帯域で動作する。電力増幅器４は ＲＦ信号ＲＦＧＳＭを受信し、電力増幅器６はＲＦ信号ＲＦＤＣＳを受信する。 ただし、電力増幅器４、６は１対の別の周波数帯域、例えば９００／１９００Ｍ Ｈｚでも動作できることを当業者なら理解するであろ う。セルラー電話３は２つの周波数で動作できるので、二重帯域セルラー電話と 呼ばれる。ただし、電力増幅器４、６のうち１つだけしか一度にアクティブにな らないことを理解する必要がある。 電力増幅器モジュール１の特定の実施形態について二重帯域セルラー電話に関 して説明してきたが、本発明は３つ以上の異なる周波数帯域で動作できるセルラ ー電話にも適用可能であると考えられる。これらの周波数帯域はＡＭＰＳまたは ＰＣＳ用に割り当てられた帯域や、移動通信用に新たに割り当てられた周波数帯 域を含むことができる。 セルラー電話３が基地局とどの周波数帯域を使用して通信するかは外部要因に よって決定される。すなわち、ユーザは、ユーザが選択する移動通信システム( ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００、ＧＳＭ１９００)に応じて２つの周波数帯域の １つで動作するように慎重にセルラー電話を設定できる。あるいは、セルラー電 話３の周波数帯域は現在セルラー電話３にサービスを提供している基地局によっ て決定することもできる。基地局が収容するセル内の現在のトラフィックに応じ て電話トラフィックの増大に対応するために周波数帯域の動的な変化が必要にな ることがある。この場合、基 地局は少なくとも一定の期間、セルラー電話３を強制的に２つの周波数帯域の１ つで動作させる。 図３は図２の電力増幅器モジュール１に含まれる電力増幅器４の回路図である 。電力増幅器４は９００ＭＨｚの周波数帯域に合わせて構成された集積増幅器回 路を有する半導体チップ８を含む。約５５ミル×６５．７４ミル（１．４ｍｍ× １．６７ｍｍ）、ただし１ミル＝１／１０００インチ、または１ミル＝０．０２ ５４ミリメートル、のサイズのそのようなチップ８がダイとしても知られている 。チップ８は下記の線路およびマイクロストリップを介して外部部品に接続され る。 チップ８はＲｏｃｋｗｅｌｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ から注文番号Ｗ２２９で入手できる電力増幅器デバイスＲＦ１３０で使用するの と同じダイにすると有利である。このデバイスＲＦ１３０のデータ・シートは本 明細書の一部をなす付録Ａとして含まれている。チップ８の集積増幅器回路はガ リウムヒ素(ＧａＡｓ)技術のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）を 有する３段増幅器を含む。３つの縦続接続されたトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３ を含むチップ８の内部回路の原理図を図２ａに示す。トランジスタＴ１のコレク タとトランジスタＴ２のベ ースは直列コンデンサＣ’を介してＡＣ結合される。同様に、トランジスタＴ２ のコレクタとトランジスタＴ３のベースは直列コンデンサＣ”を介してＡＣ結合 されている。トランジスタＴ３のコレクタは、チップ８の出力と増幅器の第３段 のインタフェースになる直列コンデンサＣ'''に接続される。 図３および図４で、チップ８、１０のすべてのピンに、大文字とその後にそれ ぞれのチップ８、１０上の接続パッド番号を示す数字が記されている。 チップ８は１９個の接続パッドを有し、そのうち７個がチップ８をグランド（ ＧＮＤ）に接地するために使用される。さらに、チップ８はＲＦ信号ＲＦＧＳＭ 用の１つの入力パッドＲＦＩＮと、増幅されたＲＦ信号用の相互に接続された５ つの出力パッドＲＦＯＵＴを有する。チップ８はそれぞれバイアス電流を受け取 る３つのパッドＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３と、それぞれセルラー電話３のバッテリ 電圧から得た電圧を受け取る２つのパッドＶＣ１、ＶＣ２を有する。内部回路の 最終段はインダクタＬ１を介して電圧供給を受ける。 パッドＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３はそれぞれマイクロストリップの形状（長さ、 幅および厚み）に応じてプリセットされた抵抗などの電気的特性を有するマイク ロストリップＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３にワイヤ・ボンディングされる。マイクロ ストリップによって幅と長さは異なるが、すべてのマイクロストリップの厚みが 約０．５ミルであることが有利である。マイクロストリップＳＬ１は４ミルの幅 と１３３ミルの長さを有することが好ましい。マイクロストリップＳＬ１の第１ の端部はパッドＩＢ１に接続され、マイクロストリップＳＬ１の第２の端部は抵 抗器Ｒ２（５．１オーム）の第１の端子に接続される。抵抗器Ｒ２の第２の端子 は第１の制御信号ＣＴＲＬ１の信号源（図示せず）に接続される。マイクロスト リップＳＬ２は４ミルの幅と２０５ミルの長さを有することが好ましい。第１の 端部はパッドＩＢ２に接続され、マイクロストリップＳＬ２の第２の端部は抵抗 器Ｒ２の第１の端子に接続される。マイクロストリップＳＬ３は４ミルの幅と１ ３３ミルの長さを有することが好ましい。第１の端部はパッドＩＢ３に接続され 、マイクロストリップＳＬ３の第２の端部は抵抗器Ｒ２の第１の端子に接続され る。抵抗器Ｒ２の第１の端子は接地されたコンデンサＣ９（３３ｐＦ）、Ｃ１０ （１００ｎＦ）、Ｃ１１（３３ｐＦ）にも接続される。制御信号ＣＴＲＬ１によ って、電力増幅器４はオン／オフできる。制御信号ＣＴ ＲＬ１がアクティブの時、すなわち、セルラー電話３が９００ＭＨｚ帯域で動作 し、電力増幅器４がオンの時、抵抗器Ｒ２およびマイクロストリップＳＬ１、Ｓ Ｌ２、ＳＬ３がそれぞれのパッドＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３に供給する電流を決定 する。 パッドＶＣ１、ＶＣ２はマイクロストリップＳＬ４、ＳＬ５に接続される。マ イクロストリップＳＬ４は４ミルの幅と２３４ミルの長さを有することが好まし い。マイクロストリップＳＬ４の第１の端部はパッドＶＣ１に接続され、マイク ロストリップＳＬ４の第２の端部は抵抗器Ｒ１（５．１オーム）の第１の端子に 接続される。抵抗器Ｒ１の第２の端子は接地されたコンデンサＣ７（３３ｐＦ） に接続される。マイクロストリップＳＬ５は４ミルの幅と６７ミルの長さを有す ることが好ましい。マイクロストリップＳＬ５の第１の端部はパッドＶＣ２に接 続され、マイクロストリップＳＬ５の第２の端部は抵抗器Ｒ１の第１の端子に接 続される。抵抗器Ｒ１の第１の端子は接地されたコンデンサＣ８（１００ｎＦ） とバッテリ電圧の入力ＢＡＴに接続される。マイクロストリップＳＬ４、ＳＬ５ はチップ８に印加される供給電圧を決定する。抵抗器Ｒ１の第１の端子は接地さ れたコンデンサＣ６（１０００ ｐＦ）にも接続される。 出力パッドＲＦＯＵＴと図２の出力５に対応する電力増幅器出力ＲＦＯＵＴ１ との間にコンデンサＣ１（１０００ｐＦ）、Ｃ２（３３ｐＦ）、Ｃ３（３３ｐＦ ）、Ｃ４（１．９ｐＦ）とインダクタＬ１（１０ｎＨ）およびＬ２（１．５ｎＨ ）を含む回路網が相互接続される。この回路網はチップ８の集積増幅器回路のイ ンピーダンス（通常約４オーム）からアンテナ２に至る線路のインピーダンス（ 通常５０オーム）に適合する。さらに、適合する回路網は低域フィルタの特性を 有する。出力パッドＲＦＯＵＴは接地されたコンデンサＣ４に接続され、コンデ ンサＣ４はインダクタンスＬ１に接続され、インダクタンスＬ１は入力ＢＡＴに 接続される。出力パッドＲＦＯＵＴはコンデンサＣ３と出力ＲＦＯＵＴ１に直列 に接続されたインダクタンスＬ２にさらに接続される。インダクタンスＬ２とコ ンデンサＣ３との間にコンデンサＣ５（１０ｐＦ）が接地される。さらに、コン デンサＣ１、Ｃ２が接地され、入力ＢＡＴに接続される。 図４に図２の電力増幅器モジュール１に含まれる電力増幅器６の回路図を示す 。電力増幅器６は１８００ＭＨｚの周波数帯域に合わせて構成された集積増幅器 回路を有する半導体チップ１０を含む。チップ１０は下記のマイクロストリップ を介して外部部品に接続される。チップ１０はＲｏｃｋｗｅｌｌ Ｓｅｍｉｃｏ ｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓから注文番号Ｗ２２５で入手できる電力増幅器 デバイスＲＦ２３０で使用するのと同じダイにすると有利である。このデバイス ＲＦ２３０のデータ・シートは本明細書の一部をなす付録Ｂとして含まれている 。チップ１０の集積増幅器回路はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）技術のヘテロ接合バ イポーラ・トランジスタを有する３段増幅器を含む。チップ１０は、約４７．０ ５ミル×５２．３６ミル（１．１９６ｍｍ×１．３３０ｍｍ）のサイズを有する 。このチップ１０の内部回路は図２Ａに示す内部回路に対応する。 チップ１０は、チップ１０をワイヤ・ボンディングで接地するためのいくつか のパッド（ＧＮＤ）を有する。さらに、チップ１０はＲＦ信号ＲＦＤＣＳ用の１ つの入力パッドＲＦＩＮ’と、増幅されたＲＦ信号用の１つの出力パッドＲＦＯ ＵＴ’を有する。チップ１０はそれぞれバイアス電流を受け取る３つのパッドＶ Ｂ１、ＶＢ２、ＶＢ３と、それぞれバッテリ電圧から得た電圧を受け取る２つの パッドＶＣ１’、ＶＣ２’ を有する。チップ１０の内部回路の最終段はインダクタＬ３を介して電圧供給を 受ける。 パッドＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３はそれぞれマイクロストリップＳＬ６、ＳＬ７ 、ＳＬ８に接続される。マイクロストリップＳＬ６は６ミルの幅と４００ミルの 長さを有することが好ましい。第１の端部はパッドＶＢ１に接続され、マイクロ ストリップＳＬ６の第２の端部は抵抗器Ｒ５（５．１オーム）の第１の端子と接 地されたコンデンサＣ１３（１０００ｐＦ）とに接続される。抵抗器Ｒ５の第２ の端子は第２の制御信号ＣＴＲＬ２の信号源（図示せず）に接続される。マイク ロストリップＳＬ７は６ミルの幅と３００ミルの長さを有することが好ましい。 第１の端部はパッドＶＢ２に接続され、マイクロストリップＳＬ７の第２の端部 は抵抗器Ｒ３（１０オーム）の第１の端子と接地されたコンデンサＣ２０（１０ ００ｐＦ）とに接続される。マイクロストリップＳＬ８は６ミルの幅と３００ミ ルの長さを有することが好ましい。第１の端部はパッドＶＢ３に接続され、マイ クロストリップＳＬ８の第２の端部は抵抗器Ｒ５の第１の端子に接続される。抵 抗器Ｒ５の第１の端子は接地されたコンデンサＣ２１（１０００ｐＦ）にも接続 される。制御信号ＣＴＲＬ ２は、電力増幅器８をオン／オフする。制御信号ＣＴＲＬ２がアクティブの時、 すなわち、セルラー電話３が１８００ＭＨｚ帯域で動作し、電力増幅器８がオン の時、抵抗器Ｒ３およびマイクロストリップＳＬ６、ＳＬ７、ＳＬ８がそれぞれ のパッドＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３に供給する電流を決定する。 パッドＶＣ１’、ＶＣ２’はマイクロストリップＳＬ９、ＳＬ１０に接続され る。マイクロストリップＳＬ９は１０ミルの幅と１００ミルの長さを有すること が好ましい。マイクロストリップＳＬ９の第１の端部はパッドＶＣ1’に接続さ れ、マイクロストリップＳＬ９の第２の端部は抵抗器Ｒ４（２０オーム）の第１ の端子に接続される。抵抗器Ｒ４の第２の端子は接地されたコンデンサＣ１７（ １０００ｐＦ）に接続される。マイクロストリップＳＬ１０は１０ミルの幅と５ ０ミルの長さを有することが好ましい。マイクロストリップＳＬ１０の第１の端 部はパッドＶＣ２’に接続され、マイクロストリップＳＬ１０の第２の端部は抵 抗器Ｒ４の第１の端子に接続される。抵抗器Ｒ４の第１の端子は接地されたコン デンサＣ１８（１０ｐＦ）、Ｃ１９（１０００ｐＦ）とバッテリ電圧から得た内 部電源（ＶＣＣ）の入力ＢＡＴに接続される。マイクロ ストリップＳＬ４、ＳＬ５はチップ１０に印加される供給電圧を決定する。 出力パッドＲＦＯＵＴと図２の出力７に対応する電力増幅器出力ＲＦＯＵＴ２ との間にコンデンサＣ１２（１０ｐＦ）、Ｃ１５（４．７ｐＦ）、Ｃ１６（２． ７ｐＦ）とインダクタンスＬ３（１０ｎＨ）およびＬ４（２．２ｎＨ）を含む回 路網が相互接続される。この回路網は、図３に示す適合回路網と同様、チップ１ ０の集積増幅器回路の出力インピーダンス(通常約６．１オーム)からアンテナ２ に至る線路のインピーダンスに適合する。チップ１０の出力パッドＲＦＯＵＴは コンデンサ１５と出力ＲＦＯＵＴ２に直列に接続されたインダクタンスＬ４に接 続される。出力ＲＦＯＵＴ２は接地されたコンデンサＣ１６にさらに接続される 。インダクタンスＬ３はチップ１０の出力パッドＲＦＯＵＴと、バッテリ電圧か ら得た内部電源（ＶＣＣ）に接続される。コンデンサＣ１２は内部電源ＶＣＣに 接続され、接地される。 ２つの電力増幅器４、６を有する増幅器モジュールとそれを取り囲む部品が好 ましくは４つの金属層を有する基板１２上に配置される。基板１２のレイアウト は各種電気的要件に適合する必要がある。電力増幅器 ４、６およびその他の部品（図３、図４を参照）は可能な限り近くに配置して増 幅器モジュール１をできるだけ小型化し、ボンディング用のワイヤは可能な限り 短くしてＲＦ範囲の動作を可能にするため寄生インダクタンスを最小限にする必 要がある。他方、電力増幅器４、６およびその他の部品は十分に間隔を空けて漏 話またはその他の不要な影響を回避する必要がある。基板上に複数の電気層を使 用できるレイアウト技法はこれらの要件を達成する助けとなる。最終的なレイア ウトを基板上で実施する前に、基板上の電力増幅器４、６のレイアウトをコンピ ュータ支援レイアウト技法を使用して最適化する。 基板１２の好ましい実施形態に従って、図５に銅張りの４つの層Ｌ１、Ｌ２、 Ｌ３、Ｌ４とＰＣＢ基板３層を有する基板１２の斜視図を示す。好ましくは、露 出した銅表面は金またはパラジウムで被覆される。電力増幅器４、６は基板１２ 上の電力増幅器４、６の位置とそれらの相対位置を示すために図示されている。 通常、基板１２は約０．６２インチの長さと、約０．３９インチの幅と、約２５ ミルの厚みを有し、ＰＣＢ基板の各層は約８ミルの厚みを有し、銅張りの各層は 約０．２５ミルの厚みを有する。基板１２は比誘電率 ε_r＝４．８を有することが好ましい。例えば、この応用分野に適したタイプの 多層プリント回路板は、Ｄｅｔａｉｌｓ Ｉｎｃ．、Ａｎａｈｅｉｍ、Ｃａｌｉ ｆｏｒｎｉａ ９２８０６から入手できる。同社は層のエッジングと最終多層レ イアウトを実施することもできる。 図６に電力増幅器チップ８、１０および図３、図４に示す電力増幅器４、６を 実施するのに必要なその他の部品を有する基板１２の好ましい実施形態の概略上 面図（部品レベル）を示す。チップ８、１０およびその他の部品は好ましいレイ アウトに従って配置される。入力および出力は前出の図２〜図５に従って記され る。コンデンザおよびインダクタンスを含む部品は基板へのはんだ付けのための 事前に金属被覆を施した領域を有する表面実装デバイス（ＳＭＤ）である。チッ プ８、１０を基板１２にボンディングする前に表面実装デバイスを基板１２には んだ付けすることが好ましい。ＳＭＤを実装するために使用するはんだの溶融温 度（約２２１℃）は、マザーボードに電力増幅器モジュールを実装するために使 用するはんだの溶融温度（約１８３℃）より高い必要がある。下記のように、電 力増幅器モジュール１のバックプレーンは銅と金めっきで被 覆してある。金の表面にはさまざまなはんだドットを塗布できる。 図７に複数のはんだ点Ｓｐを被覆せずにはんだマスクを塗布した基板１２の表 面を示す。はんだ点ＳＰのサイズはさまざまだが、通常のサイズは１６ミル×１ ６ミルより小さい。はんだマスクの材料はＴａｉｙｏ ＰＳＲ ４０００である ことが好ましい。ＳＭＤは被覆していないはんだ点ＳＰの上に配置される。さら に、それぞれチップ８、１０の下に位置する２つの領域１４、１６がある。領域 １４、１６ははんだ点ＳＰより大幅に大きく、下記のように能動チップ８、１０ が生成した熱をチップ８、１０から逃がす働きをするバイア（図８を参照）を覆 う。 図８に、当技術分野で知られているように、チップ８、１０を配置し、固着パ ッドおよび／またははんだ点にワイヤ・ボンディングでコンタクトした基板１２ の表面（層Ｌ１）を示す。ワイヤ・ボンディングの長さはチップ８、１０の高さ によって変わる。チップ８、１０からグランドまでのワイヤ・ボンディングの通 常の長さは約３０ミルで、チップ８、１０から入力または出力パッドまでのワイ ヤ・ボンディングの通常の長さは約４０ミルである。はんだ点ＳＰのいくつかを 相 互接続するマイクロストリップＳＬ４、ＳＬ５、ＳＬ９、ＳＬ１０（図４、図５ ）などの電線が基板１２の表面に示されている。マイクロストリップＳＬ４、Ｓ Ｌ５、ＳＬ９、ＳＬ１０は内部電源（バッテリ電圧／ＶＣＣ）に接続される。マ イクロストリップＳＬ４、ＳＬ５、ＳＬ９、ＳＬ１０はチップ８、１０の内蔵ト ランジスタのコレクタ回路(出力回路)の一部である。これとは対照的に、マイク ロストリップＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ６、ＳＬ７、ＳＬ８（図３、図４） はチップ８、１０の内蔵トランジスタのベース回路(入力回路)の一部である。図 １２に示すように、マイクロストリップＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ６、ＳＬ ７、ＳＬ８は第３の銅張り層Ｌ３に含まれる。コレクタ回路およびベース回路は 、すなわち入力および出力回路は、１つの銅張り層Ｌ２（図９、図１０）を介し て分離され、電力増幅器の結合を最小限にし、振動を防止する。 図８に示すように、表面は一般に参照番号１８が記された、基板１２のすべて の金属層に電気的に接続するいくつかのバイアを含む。有利なことには、これら のバイア１８はチップ８、１０が生成した熱を放散する助けとなる。チップ８、 １０の下に、以下に詳述す る生成された熱の放散をさらに助ける別のバイア２０、２２が示されている（図 １５）。 図９に基板１２の第２の金属層Ｌ２の好ましいレイアウトを示す。層Ｌ２はバ イア１８と電気的接続２６を示す。層Ｌ２の領域の大部分は銅で被覆されている 。バイア２０、２２を示すために銅の被覆をしていない層Ｌ２を図１０に示す。 図１１に基板１２の第３の金属層Ｌ３の好ましいレイアウトを示す。この第３ の層Ｌ３では、バイア１８と電気的接続２４は目に見える。バイア１８と電気的 接続２４は残りの銅の被覆領域から電気的に絶縁されている。バイア２０、２２ を示すために銅の被覆をしていない層Ｌ２を図１２に示す。 図１３に主として金めっきを施した銅張りの層Ｌ４で覆った基板１２のバック プレーンのレイアウトを示す。バックプレーンの好ましいレイアウトでは、銅張 り層Ｌ４はチップ８、１０の位置の下の２つの円形の領域しか覆っていない。２ つの円形の領域は一定程度まで重なる場合もある。有利には、バックプレーンは 四角または点のさまざまな小さいはんだパッドで覆われる。使用されるはんだは 表面実装デバイスの実装のために使用されるはんだより溶融温度が低い。はんだ ドットを塗布すると、増幅器モジュールは自動配置および二重帯域セルラー電話 のマザーボードへのはんだ付けの準備が整う。 チップ８、１０を載せる基板１２は通例個々には製造されず、１枚のパネル上 で他のいくつかの基板と共に製造される。図１４にさまざまな個々の基板１２を 含むパネル２８を示す。図示のパネル２８はパネル２８から容易に切り取ること ができる２４の個々の基板１２を含む。好ましい実施形態では、パネルはおよそ 長さａ＝７．４８インチと幅ｂ＝１．９６インチを有する。図１４にさらなる概 略寸法（単位：インチ）、すなわち、ｃ＝１．２９、ｄ＝１．４８、ｅ＝０．６ ２、ｆ＝０．３９、ｇ＝０．１３、ｈ＝０．２５、ｉ＝０．２３を示す。 チップ８はアクティブの時に電力が約３．５ワットのＲＦ信号を出力し、チッ プ１０は電力が約２ワットのＲＦ信号を出力する。ただし、チップ８、１０は約 １４０℃を超える温度にさらしてはならない。したがって、チップ８、１０が生 成する熱は異常高温を回避してチップ８、１０の適切な動作を保証するために放 散する必要がある。増幅器モジュール１の実施形態では、基板１２は生成された 熱の十分な放散を助けるバ イア２０、２２を含む（図８）。チップ８、１０はバイア２０、２２の上に実装 される。 図１５に４つの銅張り層Ｌ１〜Ｌ４を有する基板１２の側面断面図を示す。図 １５では、チップ８はバイア２０上で基板１２に接着される。説明のために、１ つのバイアだけを示し、寸法は縮尺に合っていない。チップ８はエポキシ２６を 介して基板１２に固着される。エポキシ２６は電流を伝導しないが基板１２を介 して熱を放散するための優れた熱伝導性を有する。バイア２０は約１０ミルの直 径を有し、第１の層Ｌ１から第４の層Ｌ４まで達する。好ましい実施形態では、 バイア２０の壁面が銅で被覆される。ただし、金などのその他の適した材料を使 用することもできる。バイア２０の内部には、はんだマスクに使用する材料が充 填され、エポキシ２６がバイア２０に侵入するのを防止する。層Ｌ１では、はん だ材料が同じ高さに塗布されるが、層Ｌ４でははんだ材料は一定程度重ねられる 。 エポキシ２６は生成された熱をチップ８から基板１２へ伝導する。基板１２上 では、熱は基板１２の表面の層Ｌ１に沿うだけでなく、バイア２０を通って案内 される。はんだ材料と壁面を覆っている銅がチップ８から熱を逃がす。バイア２ ０の壁面も銅張り層Ｌ２〜 Ｌ４との熱コンタクトであるので、熱はバイア２０だけでなく銅張り層Ｌ２〜Ｌ ４を通って放散し、この結果、熱放散の効率がさらに向上する。 本発明による増幅器モジュール１は共通のＰＣＢ基板上に２つの個別の半導体 チップ８、１０を含むので、増幅器モジュール１は多重チップ・モジュール（Ｍ ＣＭ）と呼ぶことができる。このモジュールは本願の一部をなす付録Ｃに含まれ る「Ｃ二重帯域ＧＳＭ、ＧＳＭ１８００、４セル仕様」と題するシートに示す仕 様に従って製造される。このモジュールは２つの個々の電力増幅器モジュールと 比較してサイズが大幅に縮小される。これによってセルラー電話製品はセルラー 電話のサイズをさらに縮小できる。増幅器モジュール１の別の利点はパッケージ が不要だという点である。したがって、ピンへの比較的長いワイヤ・ボンディン グと、不要インダクタンスの原因となることがあるそのようなピンが回避される 。チップ８、１０はエポキシその他の適した材料の被覆で被覆できる。それ以上 の包装は不要である。したがって、パッケージから回路への悪影響（不要インダ クタンス）を考慮する必要がない。さらに、サイズが小さいので、このモジュー ルはマザーボード（ＰＣＢ）への表面実装デバイスＳＭ Ｄの自動実装に使用する従来装置で扱うことができる。 本明細書には本明細書の一部をなす付録Ａ、Ｂ、Ｃが添付される。 本発明について特定の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、当業者に は明らかなその他の実施形態も本発明の範囲内である。したがって、本発明の範 囲は以下の請求の範囲で定義されるものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セルラー電話のマザーボードへの自動実装に適した増幅器モジュールであっ て、 上側表面および下側表面と、少なくとも２枚の導電材料の層とを有する基板と 、 第１の無線周波数帯域用に構成された第１の電力増幅器の一部として動作する 第１の集積回路を含む第１の半導体チップと、 第２の無線周波数帯域用に構成された第２の電力増幅器の一部として動作する 第２の集積回路を含む第２の半導体チップを含み、 前記第１および第２のチップが前記基板の前記上側表面に配置され、前記上側 表面に実装された部品に電気的に接続されて互いに独立して動作可能な２つの電 力増幅器を形成する増幅器モジュール。 ２．前記基板が導電材料の４つの層を含む請求項１に記載の増幅器モジュール。 ３．前記基板が前記上側表面から前記下側表面まで達する熱バイアを含み、前記 バイアが第１のグループと第２のグループに分類される請求項１に記載の増幅器 モジュール。 ４．前記チップの各々が前記熱バイアのグループの１つの上に配置される請求項 ３に記載の増幅器モジュール。 ５．各バイアが熱を前記チップから逃がす前記導電材料で覆われた壁を有する請 求項４に記載の増幅器モジュール。 ６．前記導電材料が銅である請求項１に記載の増幅器モジュール。 ７．前記第１の無線周波数帯域が約９００ＭＨｚで、前記第２の無線周波数帯域 が約１８００ＭＨｚである請求項１に記載の増幅器モジュール。 ８．前記第１の無線周波数帯域が約９００ＭＨｚで、前記第２の無線周波数帯域 が約１９００ＭＨｚである請求項１に記載の増幅器モジュール。 ９．前記４つの層の１つが前記基板の前記下側表面を覆い、前記層が前記電力増 幅器モジュールを前記マザーボードにはんだ付けするための複数のはんだパッド を有する前記下側表面を覆う請求項２に記載の増幅器モジュール。 １０．前記下側表面を覆う前記層が１対の円形の領域の形状を持ち、前記領域が 複数のはんだパッドを含む請求項９に記載の増幅器モジュール。 １１．前記４つの層の第１の層が前記基板の前記上側表面を形成し、前記４つの 層の第４の層が前記下側表面を形成し、前記層の第２および第３の層が前記基板 の中間層を形成し、前記第１の層が前記集積回路の入力回路の一部である線路を 含み、前記第３の層が前記集積回路の出力回路の一部である線路を含み、前記第 ２の層が前記入力回路を前記出力回路から電気的に絶縁する助けをする請求項２ に記載の増幅器モジュール。 １２．移動通信システム用のセルラー電話であって、第１の無線周波数帯域およ び第２の無線周波数帯域で動作可能な前記セルラー電話がマザーボードが含み、 前記マザーボードは信号処理モジュールと、マイクロフォンおよびアンテナの間 に直列に相互接続された二重帯域電力増幅器モジュールを有し、前記二重帯域電 力増幅器モジュールが、 上側表面および下側表面と、少なくとも２枚の導電材料の層とを有する基板と 、 第１の電力増幅器の一部として動作する第１の集積回路を含み第１の無線周波 数帯域用に適合された第１の半導体チップと、 第２の電力増幅器の一部として動作する第２の集積回路を含み第２の無線周波 数帯域用に適合された第２ の半導体チップとを含み、 前記第１および第２のチップが前記基板の前記上側表面に配置され、前記上側 表面に実装された部品に電気的に接続されて互いに独立して動作可能な２つの電 力増幅器を形成し、 前記信号処理モジュールが二重電力増幅器モジュールを切り替えて前記無線周 波数帯域の１つで動作するセルラー電話。 １３．前記基板が導電材料の４つの層を含む請求項１２に記載のセルラー電話。 １４．前記基板が前記上側表面から前記下側表面まで達するバイアを含み、前記 バイアが第１のグループと第２のグループに分類される請求項１３に記載のセル ラー電話。 １５．前記チップの各々が前記バイアのグループの１つ上に配置される請求項１ ４に記載のセルラー電話。 １６．各バイアが生成された熱を前記チップから逃がす前記導電材料で覆われた 壁を有する請求項１５に記載のセルラー電話。 １７．セルラー電話のマザーボード上の自動実装に適した増幅器モジュールであ って、 上側表面および下側表面と、少なくとも２枚の導電 材料の層とを有する基板を含み、 前記基板が前記上側表面から前記下側表面まで達する熱バイアを含み、前記熱バ イアの少なくとも１つが前記層の１つに熱によって接続され、前記熱バイアが第 １のグループと第２のグループに分類され、 第１の電力増幅器の一部として動作する第１の集積回路を含み第１の無線周波 数帯域用に適合された第１の半導体チップを含み、 第２の電力増幅器の一部として動作する第２の集積回路を含み第２の無線周波 数帯域用に適合された第２の半導体チップを含み、 前記第１および第２のチップが前記基板の前記上側表面に配置され、前記上側 表面に実装された部品に電気的に接続される増幅器モジュール。 １８．前記基板が導電材料の４つの層を含む請求項１７に記載の増幅器モジュー ル。 １９．前記チップの各々が前記バイアのグループの１つ上に配置される請求項１ ７に記載の増幅器モジュール。 ２０．各バイアが、発生した熱を前記チップから逃がす前記導電材料で覆われた 壁を有する請求項１７に記載の増幅器モジュール。 ２１．二重帯域セルラー電話用の二重帯域電力増幅器モジュールを製造する方法 であって、 電気回路図のレイアウトに従って導電材料の複数の層を有する基板をエッチン グするステップと、 前記基板の上側表面に受動電気部品を実装するステップと、 前記上側表面に、第１の電力増幅器の一部として動作し、第１の無線周波数帯 域用に構成された第１の集積回路を含む第１の半導体チップを実装するステップ と、 前記上側表面に、第２の電力増幅器の一部として動作し、第２の無線周波数帯 域用に構成された第２の集積回路を含む第２の半導体チップを実装するステップ と、 前記基板の前記上側表面に前記第１および第２のチップを電気的に接続して、 単一の多層基板上で互いに独立して動作可能な２つの電力増幅器を形成するステ ップとを含む方法。