JP2002190714A - 電力増幅モジュール及び電力増幅モジュール用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型、かつ、薄型の電力増幅モジュールを提
供する。 【解決手段】 マイクロ波帯を利用した通信機器の送信
部に用いられる電力増幅モジュールに係る。電力増幅部
２１は、入力された信号を増幅して出力する。非可逆回
路部２２は電力増幅部２１の後段に備えられている。非
可逆回路部２２の３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３は１つ
のキャパシタＣｐ４を共有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯を利
用した通信機器等において、主に、送信回路部に用いら
れる電力増幅モジュール及び電力増幅モジュール用基板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話などのデジタル移動体通
信機器の普及によりマイクロ波帯の送信部に用いられる
電力増幅モジュールへの需要が高まっている。電力増幅
モジュールは移動体通信機器の１部品であり、近年、通
信機器、特に携帯電話の形状の小型化、高機能化と共
に、低電圧動作化、高効率化及び軽量化の要望が強くな
っている。

【０００３】デジタル移動体通信機器では、アンテナで
受信された信号は、ローノイズアンプ部へ伝達され、ロ
ーノイズアンプ部からミキサ部へ供給されて、変調さ
れ、更にＩＦ部を経てベースバンド部へ送られる。ま
た、ベースバンド部で生成された送信信号は、ミキサ部
で変調され、電力増幅部回路へ伝えれ、電力増幅部回路
にて増幅された信号が、デュプレクサ（Duplexer）を経
て送信用アンテナヘ伝えられる。電力増幅部回路では、
ミキサ部から供給された信号を、必要な電力レベルまで
増幅する。電力増幅部回路から出力された信号は、非可
逆回路部へ供給される。

【０００４】非可逆回路部は、アイソレータとして動作
するものであって、電力増幅部回路から供給された信号
を、送信用アンテナ側へ伝達するが、送信用アンテナ側
から電力増幅部回路ヘ戻る信号をカットする。この非可
逆回路部の働きにより、出力側負荷インピーダンスの変
化等に起因する電力の反射、それによる信号品質劣化
（ノイズレベルの増加）、効率劣化、及び、電力増幅部
回路内部の回路の破壊等が回避される。

【０００５】非可逆回路部から出力された信号は、通
常、電力検出部を通過させ、その電力レベルが検出され
る。そして、電力制御部から電力増幅部回路に、送信さ
れる電力が常に一定となるように、自動電力制御（APC、
Auto Power Contro1）が加わる。このため、電力増幅部
回路からの出力信号が、必要以上に増加したり、必要以
下に減少したりすることなく、必要とされる電力レベル
に常に制御される。電力検出部を通過した信号は、ロー
パスフィルタにより、高次高調波成分が除去され、デュ
プレクサ（Duplexer）へ伝えられ、更に送信アンテナに
伝達される。

【０００６】電力増幅部回路及び非可逆回路部は、同一
の基板上に実装され、電力増幅モジュールを構成する。
電力増幅モジュールを構成する基板の材料としては、一
般に、基板上に形成されるストリップラインの波長短縮
効果による形状小型化と、マイクロ波の伝送損失低減化
のため、高誘電率系、低誘電正接の材料が用いられる。
具体的には、ＢａＯ−ＴｉＯ₂−Ｎｄ₂Ｏ₃系セラミック
粉末を用いられている。基板は、このセラミック粉末を
用いた複数層、例えば６層を積層した構成となってい
る。

【０００７】電力増幅モジュールに含まれる電力増幅部
回路の入出力インピーダンス整合回路及び直流バイアス
回路に必要な受動素子は、この基板内に形成される。電
力増幅部回路は、通常、前段半導体素子、後段半導体素
子、及び段間インピーダンス整合回路を含み、これらを
１パッケージ化したＭＭＩＣ（Microwave MonolithicI
C）の形態をとる。

【０００８】非可逆回路部も、入力インピーダンス整合
回路、出力インピーダンス整合回路、及び、５０Ωの終
端抵抗とともに、１パッケージ化したものが用いられて
いる。非可逆回路部は、例えばＹＩＧ（イットリウム／
鉄／ガーネット）から構成されるフェリ磁性体と、フェ
リ磁性体によって支持されている３つの中心導体と、フ
ェリ磁性体に直流磁界を印加するマグネットと、インピ
ーダンス整合回路を形成するための誘電体基板と、上シ
ールドケースと、下シールドケースと、端子基板とから
構成される。

【０００９】非可逆回路部は、例えば、特開平１０ー３
２７００３号公報等に開示されているように、３つの中
心導体のそれぞれの端子に個別に接地容量を接続し、３
つの中心導体のそれぞれと、個別に接続された接地容量
とにより、３つの共振回路を構成させてある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】携帯電話等、移動体通
信機器の小型化が進むにつれ、その構成部品の１つであ
る電力増幅モジュールの形状の小型化、及び、薄型化も
当然に要求される。小型化及び薄型化の要請に対して、
基板の多層化、基板材料として高誘電率系及び低誘電正
接の材料の利用、ＭＭＩＣの利用等の工夫が図られてい
る。更に、基板にキャビティを設けて、キャビティ内に
ＭＭＩＣや非可逆回路部を配置し、薄型化を図る等の手
段も採られている。

【００１１】しかし、従来の電力増幅モジュールでは、
非可逆回路部の３つの中心導体のそれぞれの端子に個別
に接続される３つのキャパシタ（接地容量）を備える必
要がある。これらの３つのキャパシタは、基板を利用し
て構成されるが、薄型化を目的として、基板にキャビテ
ィを形成した場合、３つのキャパシタを形成するための
平面積が減少する。この平面積減少を補うためには、基
板の平面積を増やす他はない。即ち、非可逆回路部の３
つの中心導体のそれぞれの端子に、キャパシタ（接地容
量）を個別に接続する従来構造では、薄型化のためにキ
ャビティを設けたことが、平面積縮小による小型化を妨
げる結果となっていた。

【００１２】本発明の課題は、小型、かつ、薄型の電力
増幅モジュール、及び、その製造に適した電力増幅モジ
ュール用基板を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る電力増幅モジュールは、電力増幅部
と、非可逆回路部とを含む。前記電力増幅部は、入力さ
れた信号を増幅して出力する。

【００１４】前記非可逆回路部は、フェリ磁性体と３つ
の中心導体とを組み合わせた組立体を含み、前記電力増
幅部の後段に備えられる。前記３つの中心導体は、１つ
のキャパシタを共有する。

【００１５】上述したように、本発明に係る電力増幅モ
ジュールにおいて、非可逆回路部は、フェリ磁性体と３
つの中心導体とを組み合わせた組立体を含んでいるか
ら、３つの中心導体の内の２つを入出力用として用い、
残りの１つに、終端抵抗を接続し、フェリ磁性体に直流
磁界を印加させることにより、アイソレータとして動作
させることができる。

【００１６】非可逆回路部は、入力信号を増幅して出力
する電力増幅部の後段に備えられているから、電力増幅
部から供給された信号を、非可逆回路部を通して、送信
用アンテナ側へ伝達するとともに、送信用アンテナ側か
ら電力増幅部ヘ戻る信号を、非可逆回路部によってカッ
トすることができる。この非可逆回路部の働きにより、
出力側負荷インピーダンスの変化等に起因する電力の反
射、それによる信号品質劣化、効率劣化、及び、電力増
幅部内部の回路の破壊等が回避される。

【００１７】更に、非可逆回路部において、３つの中心
導体は、１つのキャパシタを共有するから、従来、３つ
必要であったキャパシタが１個で済む。このため、小型
化が可能になる。薄型化のために、基板にＭＭＩＣまた
は非可逆回路部を配置するキャビティを設けた場合も、
キャパシタの一個分の平面積を考慮するだけでよい。こ
のため、薄型化と、小型化とを同時に達成できる。

【００１８】好ましくは、基板は、少なくとも１つの誘
電体層を含んでおり、キャパシタは誘電体層の１つを容
量層とする。この構成は、小型化に適している。

【００１９】更に好ましくは、前記基板は、キャビティ
を含んでおり、前記非可逆回路部を構成するフェリ磁性
体と３つの中心導体とを組み合わせた組立体が、前記キ
ャビティ内に配置されている。この構成によれば、薄型
化を達成することが可能になる。

【００２０】更に好ましくは、キャビティの下側に誘電
体層を配置する。前記キャパシタは、前記キャビティの
下側に位置する前記誘電体層を容量層とする。この構成
によれば、従来は、使用されていなかったキャビティ下
側の層を、非可逆回路部のキャパシタのための容量層と
して利用し、平面形状の小型化を達成することができ
る。

【００２１】本発明に係る電力増幅モジュールに含まれ
る基板は、好ましくは、有機樹脂材料と、セラミック粉
末との混合材料でなるハイブリッド層を含む。電力増幅
部及び非可逆回路部は基板に搭載される。このような基
板は、セラミック基板と比較して、曲げ強度が大きく、
破損、割れ等を生じにくい。

【００２２】また、セラミック粉末を含むから、誘電率
の高い誘電体セラミック粉末を選択し、有機樹脂基板に
比較して、優れた電気的特性を確保することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１はデジタル移動体通信機器
（Ｗ−ＣＤＭＡ対応）における高周波回路部の構成を示
すブロック図である。受信アンテナＡＮＴ２で受信され
た信号は、ローノイズアンプ部ＡＭＰへ伝達され、ミキ
サ部ＭＩＸＲで変調され、更にＩＦ部を経由してベース
バンド部ＢＳＢへ送られる。

【００２４】また、ベースバンド部ＢＳＢで生成された
送信信号は、ミキサ部ＭＩＸＴで変調される。ミキサ部
ＭＩＸＴによる変調は、フェーズロックループＰＬＬか
らミキサ部ＭＩＸＴに供給される信号に基づいて行われ
る。送信信号は、ミキサ部ＭＩＸＴで変調された後、電
力増幅部回路部ＰＷＡへ供給される。電力増幅部回路部
ＰＷＡは、送信用アンテナＡＮＴ１から出力される送信
信号を、受信者に届く電力になるまで増幅する役割を担
う。電力増幅部回路部ＰＷＡにて増幅された信号は、デ
ュプレクサＤＵＰを経て送信用アンテナＡＮＴ１ヘ伝え
られ、送信用アンテナＡＮＴ１から空中に放射される。

【００２５】図２は電力増幅部回路部ＰＷＡの詳細を示
すブロック図である。図示された電力増幅部回路部ＰＷ
Ａは、バンドパスフィルタ１、電力増幅モジュール２、
電力検出部３及びローパスフィルタ４を含んでいる。ミ
キサ部ＭＩＸＴから電力増幅部回路部ＰＷＡへ供給され
た変調信号は、バンドパスフィルタ１により、必要な周
波数成分のみが抽出され、電力増幅部２１ヘ伝えられ
る。バンドパスフィルタ１を通過した信号は、電力増幅
モジュール２に供給される。

【００２６】電力増幅モジュール２は、電力増幅部２１
と、非可逆回路部２２と、出力インピーダンス整合回路
２３とを含む。電力増幅モジュール２では、バンドパス
フィルタ１を通過した信号を、電力増幅部２１により増
幅する。電力増幅部２１から出力された信号は、非可逆
回路部２２へ供給される。

【００２７】非可逆回路部２２は、アイソレータを構成
し、電力増幅部２１から供給された信号を送信用アンテ
ナＡＮＴ１側へは伝達するが、送信用アンテナＡＮＴ１
側から電力増幅部２１ヘ戻る信号をカットする。非可逆
回路部２２がないと、動作環境等に起因して出力側負荷
インピーダンスが変化した場合、電力増幅部２１で増幅
された電力が反射され、電力増幅部２１ヘ戻り、電力増
幅部２１から出力される信号の品質劣化（ノイズレベル
の増加）、効率劣化、電力増幅部２１の内部回路の破壊
等を招く。非可逆回路部２２は、このような反射による
不具合を防止するために備えられている。

【００２８】非可逆回路部２２から出力された信号は、
出力インピーダンス整合回路２３を経て、電力検出部３
に供給される。そして、電力検出部３を通過するとき、
信号の電力レペルが検出される。電力検出信号は、電力
制御部５に供給される。電力制御部５は電力検出部３か
ら供給される電力検出信号に基づき、電力増幅部２１に
ＡＰＣ制御を加え、出力電力を一定化する。

【００２９】電力検出部３を通過した信号は、ローパス
フィルタ４により、高次高調波成分が除去され、デュプ
レクサＤＵＰへ伝えられ、更に、送信用アンテナＡＮＴ
１に伝達される。そして、送信用アンテナＡＮＴ１か
ら、空中へ信号が放射される。

【００３０】図１、図２に示す例は、Ｗ−ＣＤＭＡ対応
のもであり、電力増幅部２１に要求される主な特性は以
下のとおりである。

【００３１】 周波数（ｆｉｎ）＝１９２０〜１９８０ＭＨｚ 出力電力（Ｐｏｕｔ）＝２７ｄＢｍ 電力付加効率（ＰＡＥ）＝４０％以上 隣接チャンネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ） ＡＣＰＲ１＝−３８ｄＢｃ以下（ａｔ ５ＭＨｚ） ＡＣＰＲ２＝−４８ｄ８ｃ以下（ａｔ １０ＭＨｚ） 隣接チャンネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）とは、送信信号
の中心周波数から５．０ＭＨｚ、または、１０．０ＭＨ
ｚ離れた周波数におけるノイズレベルを、中心周波数の
電力レベルに対する相対比で表した値である。電力付加
効率（ＰＡＥ）とは、出力電力と消費電力との割合をパ
ーセントで表示したもので、高いほど好ましい。

【００３２】電力増幅部２１は、その出力負荷インピー
ダンスＺＩｏが５０Ωの場合に、上記特性が得られるよ
うに設計される。実際には、５０Ωの状態が定常的に持
続することはなく、アンテナの角度や、温度条件などに
より３０〜７０Ω程度は充分に変化しえる。

【００３３】非可逆回路部２２がない場合、前記インピ
ーダンスの変化により、反射電力が直接、電力増幅部２
１の出力に供給されることとなるので、本来出力される
電力増幅部２１の電力が上記特性を満たしていても、負
荷側（アンテナ側）へ伝達される信号の品質は劣化す
る。

【００３４】非可逆回路部２２の機能に関して、電力増
幅部２１の出力負荷インピーダンスＺＩｏ＝５０Ωの場
合と、Ｚｌｏ＝３０Ωの場合において、下記動作条件に
おけるＰＡＥ値及びＡＣＰＲ値を示す。

【００３５】動作条件 ｆｉｎ＝１９５０ＭＨｚ Ｐｏｕｔ＝２７ｄＢｍ Ａ．非可逆回路部２２がない場合 出力負荷インピーダンスＺＩｏ＝５０Ωの場合 ＰＡＥ＝４０％ ＡＣＰＲ１＝−４５ｄＢｃ ＡＣＰＲ２＝−５５ｄＢｃ 出力負荷インピーダンスＺｌｏ＝３０Ωの場合 ＰＡＥ＝２９％ ＡＣＰＲ１＝−３１ｄＢｃ ＡＣＰＲ２＝−４０ｄＢｃ Ｂ．非可逆回路部２２がある場合 出力負荷インピーダンスＺＩｏ＝５０Ωの場合 ＰＡＥ＝４０％ ＡＣＰＲ１＝−４５ｄＢ ＡＣＰＲ２＝−５５ｄＢｃ 出力負荷インピーダンスＺＩｏ＝３０Ωの場合 ＰＡＥ＝４０％ ＡＣＰＲ１＝−４５ｄＢｃ ＡＣＰＲ２＝−５５ｄＢ 上記特性例に示すように、非可逆回路部２２がない場合
は、出力負荷インピーダンスＺＩｏの変化により、特性
の劣化が顕著に見られる。これに対し、非可逆回路部２
２を接続した場合、非可逆回路部２２の出力側のインピ
ーダンスは変化するが、反射してくる電力は、すべて非
可逆回路部２２により吸収される。非可逆回路部２２の
入力インピーダンスは、通常、４５〜５５Ωのインピー
ダンスに整合されているため、電力増幅部２１からの出
力信号は、負荷側からの反射電力により、乱されること
がない。

【００３６】図３は電力増幅モジュール２のブロック図
を示している。図示実施例において、電力増幅部２１
は、入力インピーダンス整合回路２１１、前段の電力増
幅用半導体素子２１２、後段の電力増幅用半導体素子２
１４、インピーダンス整合回路２１５及び直流バイアス
回路２１６を含んでいる。

【００３７】電力増幅用半導体素子２１２、２１４は例
えばＨＢＴ（ヘテロジャンクション・バイポーラ・トラ
ンジスタ）やＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）から構
成される。

【００３８】直流バイアス回路２１６は、Ｖｄ端子に供
給される直流電圧Ｖｄ、及び、Ｖｇ端子に供給される信
号Ｖｇに基づき、電力増幅用半導体素子２１２に直流バ
イアスを印加する。

【００３９】バンドパスフィルタ１（図２参照）に接続
されたＰｉｎ端子から、入力インピーダンス整合回路２
１１を経て、電力増幅用半導体素子２１２に供給された
信号は、半導体素子２１２によって電力増幅される。半
導体素子２１２によって電力増幅された信号は、電力増
幅用半導体素子２１４に供給され、電力増幅作用を受け
る。

【００４０】電力増幅用半導体素子２１４によって電力
増幅を受けた信号は、インピーダンス整合回路２１５を
経て、非可逆回路部２２に供給される。インピーダンス
整合回路２１５は、ＭＭＩＣ２０の出力インピーダンス
を非可逆回路部２２の入力インピーダンス（１０〜３０
Ω）に変換する。

【００４１】非可逆回路部２２と電力増幅部２１との間
のインピーダンス整合は、電力増幅部２１に備えられた
インピーダンス整合回路２１５によって行われる。この
ため、電力増幅部回路の出力インピーダンス整合回路
と、非可逆回路部の入力インピーダンス整合回路の２つ
のインピーダンス整合回路を備える場合よりも、電力増
幅部回路と非可逆回路部との間に備えられるべきインピ
ーダンス整合回路数が半減し、より一層の小型化が達成
できるようになる。

【００４２】図３に示された電力増幅モジュールにおい
て、電力増幅用半導体素子２１２及び電力増幅用半導体
素子２１４は、１パッケージ化されたＭＭＩＣ（Microw
aveMonolithic IC）２０を構成する。ＭＭＩＣ２０の出
力インピーダンスは、インピーダンス整合回路２１５及
び非可逆回路部２２によって、負荷インピーダンスであ
る５０Ωに変換される。

【００４３】入力インピーダンス整合回路２１１は、Ｐ
ｉｎ端子からバンドパスフィルタ１（図２参照）の側を
見たときのインピーダンス５０Ωを、ＭＭＩＣ２０の入
力インピーダンスに整合させるもので、インダクタＬ１
及びキャパシタＣ１、Ｃ２を含むＬＣ回路より構成され
る。Ｐｉｎ端子に供給された信号は、理想的には、無反
射にてＭＭＩＣ２０に入力される。

【００４４】ＭＭＩＣ２０に入力された信号は、ＭＭＩ
Ｃ２０を構成する電力増幅用半導体半導体素子２１２及
び電力増幅用半導体素子２１４により、所望の電力まで
増幅される。

【００４５】ＭＭＩＣ２０の出力側に備えられたインピ
ーダンス整合回路２１５は、インダクタＬ２及びキャパ
シタＣ３のＬ型回路と、キャパシタＣ４、インダクタＬ
３及びキャパシタＣ５のπ型回路と、直流阻止用キャパ
シタＣ６とを含んでいる。

【００４６】図４は非可逆回路部２２の回路図を示す。
非可逆回路部２２はフェリ磁性体（ＹＩＧ）と１２０度
の角度で交差する３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３と、マ
グネットとを有する。マグネットにより、フェリ磁性体
に直流磁界Ｈｄｃを印加する。電力増幅部２１から、端
子Ｔ１に供給された信号は、端子Ｔ２にのみ伝送され
る。出力端子Ｔ２に戻る反射電力等は、端子Ｔ３にのみ
伝送される。端子Ｔ３には、５０Ωの終端抵抗Ｒ１が接
続されており、反射電力はこの抵抗Ｒ１によって吸収さ
れる。

【００４７】非可逆回路部２２としては、種々のタイプ
のものを用いることができる。その一例を図５に示す。
図５に図示された非可逆回路素子は、フェリ磁性体ＹＩ
Ｇと中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３とを組み合わせた組立体６
５、及び、マグネット６６を含んでいる。

【００４８】本発明において、非可逆回路部２２は、約
１２０度の角度で交差する３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ
３が、１つのキャパシタＣｐ４を共有する。この点は、
端子Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれと、接地との間に、それぞれ
キャパシタを有する従来の非可逆回路部との対比におい
て、際立った構成上の特徴点である。

【００４９】上述したように、本発明によれば、従来、
３つ必要であったキャパシタが、１個のキャパシタＣｐ
４で済む。このため、小型化が可能になる。

【００５０】非可逆回路部２２から出力された信号は、
その磁気結合により、端子Ｔ３にも伝達されるが、端子
Ｔ３には５０Ωの終端抵抗Ｒ１が接続されているため、
反射することなく、終端抵抗Ｒ１で消費される。このた
め、非可逆回路部２２の出力側からその入力側へ信号が
伝達することはなく、非可逆回路部２２の入力から非可
逆回路部２２の出力の方向にしか信号は伝達しない。

【００５１】直流バイアス回路２１６は、電力増幅用半
導体素子２１２、２１４を動作させるための直流バイア
スを印加し、かつ、増幅電力を外部に漏洩させるのを防
ぐ役割をもつ。従って、直流バイアス回路２１６に含ま
れるインダクタＬ５、Ｌ６には、電力増幅用半導体素子
２１２、２１４で増幅された信号をＶｄ端子へ漏洩させ
ないよう、理想的にはインピーダンスを無限大にするこ
とが求められる。このため、インダクタＬ５、Ｌ６は、
波長λに関して、（λ／４）長パターン、または、（λ
／４）長パターンに相当するインピーダンスを持つイン
ダクタ素子により構成される。

【００５２】図６は本発明に係る電力増幅モジュールの
層構成の一例を示す部分断面図である。図示された電力
増幅モジュールは、基板７と、ＭＭＩＣ２０と、非可逆
回路部２２とを含んでいる。ＭＭＩＣ２０は、既に述べ
たように、電力増幅用半導体素子２１２、段間インピー
ダンス整合回路２１３及び電力増幅用半導体素子２１４
を含んでいる（図２、３参照）。

【００５３】基板７は、第１の層７１〜第７の層７の７
つの層を積層した構造となっている。第１の層７１〜第
４の層７４には、キャビティ８２が設けてあって、キャ
ビティ８２の内部に非可逆回路部２２の一部である組立
体６５が配置されている。この組立体６５は、図５に図
示したように、フェリ磁性体（ＹＩＧ）と、３つの中心
導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３とを組み合わせたものである。図示
はされていないが、ＭＭＩＣ２０もキャビティ内に挿入
することができる。

【００５４】図７〜図１４は第１の層７１〜第７の層７
７のパターンを示す図である。図７は、基板１の最上層
を構成する第１の層７１を表面からみた平面図である。
第１の層７１には、キャビティ８２が形成してあって、
キャビティ８２の内部に非可逆回路部２２の組立体６５
が配置されている。キャビティ８２を取り囲む第１の層
７１の表面には、入力インピーダンス整合回路２１１の
インダクタＬ１を構成する導体パターン、及び、キャパ
シタＣ２が備えられている。また、直流バイアス回路２
１６のキャパシタＣ７〜Ｃ９、インピーダンス回路２１
５のキャパシタＣ３、Ｃ４を構成する導体パターン、及
び、インダクタＬ２、Ｌ３を構成する導体パターン、並
びに、非可逆回路部２２の端子Ｔ３に接続される終端抵
抗Ｒ１が備えられている。

【００５５】図８は第１の層７１と隣接する第２の層７
２の表面を示す平面図である。第２の層７２には、非可
逆回路部２２の組立体６５を配置するキャビティ８２が
形成されている。キャビティ８２の周辺にはグランドパ
ターンＧＮＤ１が形成されている。

【００５６】図９は第２の層７２と隣接する第３の層７
３の表面を示す平面図である。第３の層７３には、非可
逆回路部２２の組立体６５を配置するキャビティ８２が
形成されている。キャビティ８２の周辺には、入力イン
ピーダンス整合回路２１１のキャパシタＣ１を構成する
導体パターンと、インピーダンス回路２１５のキャパシ
タＣ５を構成する導体パターンが形成されている。これ
らの導体パターンＣ１、Ｃ５と、第２の層７２に形成さ
れたグランドパターンＧＮＤ１とにより、第２の層７２
を容量層とするキャパシタＣ１、Ｃ５が得られる。

【００５７】図１０は第３の層７３と隣接する第４の層
７４の表面を示す平面図である。第４の層７４には、非
可逆回路部２２の組立体６５を配置するキャビティ８２
が形成されている。キャビティ８２の周辺にはグランド
パターンＧＮＤ２が形成されている。第２の層７２に形
成されたグランパターンＧＮＤ２と、第３の層７３に形
成された導体パターンＣ１、Ｃ５により、追加的なキャ
パシタＣ１、Ｃ５が得られる。

【００５８】図１１は第４の層７４と隣接する第５の層
７５の表面を示す平面図である。第５の層７５には、直
流バイアス回路２１６のインダクタＬ５及びＬ６を構成
するストリップラインが形成されている。インダクタＬ
５、Ｌ６の他端は互いに接続され、Ｖｄ端子（図７参
照）に導かれる。第５の層７５の表面には、更に、非可
逆回路部２２の３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３によって
共有されるキャパシタＣp４を構成する導体パターンＣ
ｐ４１が形成されている。導体パターンＣｐ４１は、キ
ャビティ８２の真下に設けられている。従って、キャビ
ティ８２の内部に非可逆回路部２２の組立体６５を挿入
した場合、組立体６５に含まれるフェリ磁性体の表面が
導体パターンＣｐ４１に接触する。

【００５９】図１２は第５の層７５と隣接する第６の層
７６の表面を示す平面図である。第６の層７６の表面に
は、第５の層７５の表面に形成された導体パターンＣｐ
４１と対向するグランドパターンＧＮＤ３が形成されて
いる。従って、第５の層７５を誘電体層として、導体パ
ターンＣｐ４１とグランドパターンＧＮＤ３との重なり
面積によるキャパシタＣｐ４が取得される。

【００６０】図１３は第６の層７６と隣接する第７の層
７７の表面を示す平面図である。第７の層７７の表面に
は、導体パターンＣｐ４２が形成されている。従って、
第６の層７６を誘電体層として、導体パターンＣｐ４１
とグランドパターンＧＮＤ３との重なり面積によるキャ
パシタＣｐ４が取得される。

【００６１】図１４は第７の層７７の裏面図である。第
７の層７７の裏面には、導体パターンＣｐ４２と対向す
るグランドパターンＧＮＤ４が形成されている。従っ
て、第７の層７７を誘電体層として、導体パターンＣｐ
４２とグランドパターンＧＮＤ４との重なり面積による
キャパシタＣｐ４が取得される。

【００６２】基板７を構成する第１の層７１〜第７の層
７７において、キャパシタを形成する層、マイクロスト
リップラインまたはストリップラインを形成する層で
は、高誘電率系、低誘電正接の材料を用いる。このよう
な材料を用いることにより、波長短縮効果による形状小
型化、マイクロ波伝送損失低減化に供することができ
る。また、インダクタ形成層では、低誘電率、低誘電正
接の材料を用いる。これにより、インダクタ形成層の薄
型化が可能になる。

【００６３】第１の層７１〜第７の層７７は、好ましく
は、有機樹脂材料と、誘電体粉末とを含有する混合材料
よりなるハイブリッド層とする。ハイブリッド層の比誘
電率及び誘電正接は、有機樹脂材料の選択、誘電体粉末
材料の選択、及び、両者の混合比の選択等によって調整
できるから、第１の層７１〜第７の層７７に要求される
比誘電率及び誘電正接を、容易に実現できる。

【００６４】ハイブリッド層を構成するのに用いられる
誘電体粉末は、比誘電率が５〜１０００の範囲にあり、
誘電正接が０．００００２〜０．０１の範囲にあるセラ
ミック材料から選択することができる。具体例として
は、チタン−バリウム−ネオジウム系セラミックス、チ
タン−バリウム−スズ系セラミックス等を挙げることが
できる。

【００６５】有機樹脂材料は、成形性、加工性、積層接
着性、及び電気特性に優れた材料の中から、適宜選択し
て用いることができる。有機樹脂材料の含有量は４０〜
６０ｖｏｌ％の範囲であることが好ましい。有機樹脂材
料の具体例としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
等を挙げることができる。更に具体的には、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、低誘電率エポキシ樹脂、ポリブタ
ジエン樹脂、ＢＴレジン等を挙げることができる。これ
らの樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合し
て用いてもよい。２種以上を混合して用いる場合、混合
比は任意である。

【００６６】有機樹脂材料の好ましい一例は、エポキシ
樹脂またはポリビニルベンジルエーテル化合物である。
図７〜図１４に示した第１の層７１〜第７の層７７の積
層構造において、第１の層７１〜第３の層７３、第５の
層７５〜第７の層７７は、キャパシタ形成層であり、高
誘電率、低誘電正接であることが好ましい。そこで、こ
れらの層を構成する有機樹脂材料として、エポキシ樹脂
またはポリビニルベンジルエーテル化合物を用いる。エ
ポキシ樹脂またはポリビニルベンジルエーテル化合物と
しては、比誘電率が２．５〜３．５の範囲にあり、誘電
正接が０．００２５〜０．００５の範囲にあるものを用
いることが好ましい。

【００６７】この場合、エポキシ樹脂またはポリビニル
ベンジルエーテル化合物の含有率をａ（ｖｏｌ％）と
し、セラミック粉末の含有率をｂ（ｖｏｌ％）としたと
き、ａ＋ｂ＝１００（ｖｏｌ％）として、４０（ｖｏｌ
％）≦ｂ≦６０（ｖｏｌ％）を満たすように混合する。
この混合材料によれば、比誘電率７〜１４、誘電正接
０．０１〜０．００２を実現することができる。

【００６８】また、基板７の機械的強度を増大させる手
段として、有機樹脂材料と誘電体粉末とを含む混合物
に、ガラスクロスを埋設してもよい。ガラスクロス材料
は、ＳｉＯ₂を主成分とするもので、基板７の骨格を形
成する役割を担う。利用できるガラスクロスの組成例を
下に示す。

【００６９】＜ガラスクロスの組成例＞ ＳｉＯ₂：５６ｖｏｌ％ ＭｇＢ₂Ｏ₃：１０ｖｏｌ％ Ａｌ₂Ｏ₃：１７ｖｏｌ％ ＣａＯ：１７ｖｏｌ％ 更にガラスクロスの有無にかかわらず、難燃剤を添加し
てもよい。難燃剤の具体例としては、テトラプロモジフ
ェノールＡ変形またはポリビニルベンジルエーテル化合
物を挙げることができる。ガラスクロスを用いた基板材
料の特性例を、以下に示す。

【００７０】＜ガラスクロスを用いた基板材料の特性例
＞エポキシ樹脂またはポリビニルベンジルエーテル化合
物の含有率をａ（ｖｏｌ％）とし、ＢａＯ−Ｔｉ０₂−
Ｎｄ₂０₃系セラミックスの含有率をｂ（ｖｏｌ％）と
し、ガラスクロスの含有率をｃ（ｖｏｌ％）とし、難燃
剤の含有率をｄ（ｖｏｌ％）として、 ａ：ｂ：ｃ：ｄ＝３０：４５：２０：５ とした例では、比誘電率＝９、誘電正接＝０．００３と
なった。また、 ａ：ｂ：ｃ：ｄ＝２５：５０：２０：５ とした例では、比誘電率＝１２、誘電正接＝０．００３
となった。

【００７１】インダクタ形成層となる第４の層７４は低
誘電率、低誘電正接の材料を用いる。好ましくは、比誘
電率は２．５〜３．５の範囲、誘電正接は０．００６〜
０．００３の範囲とする。その好ましい材料はエポキシ
樹脂またはポリビニルベンジルエーテル化合物である。

【００７２】しかも、基板７は、樹脂材料及びセラミッ
ク粉末の混合材料、または、これとガラスクロスとの組
み合わせでなるから、従来の電力増幅モジュールの基板
に見られた曲げ強度の弱さを改善できる。

【００７３】次に、本発明に係る電力増幅モジュールの
小型化について、従来の電力増幅モジュールを参照して
説明する。図１５は従来の電力増幅モジュールの構成を
概略的に示す図、図１６は図１５に図示された電力増幅
モジュールに用いられている非可逆回路部２２の回路構
成を示す図である。図において、図４、図６に現れた構
成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を
付してある。図１５、１６に図示する電力増幅モジュー
ルでは、非可逆回路部２２の３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌ
ｓ３のそれぞれの端子に、接地容量となる３つのキャパ
シタＣｐ１、Ｃｐ２及びＣｐ３を備える（図１６参
照）。

【００７４】これらの３つのキャパシタＣｐ１、Ｃｐ２
及びＣｐ３は、基板７を利用して構成されるが、薄型化
を目的として、基板７にキャビティ８２を形成した場
合、３つのキャパシタＣｐ１、Ｃｐ２及びＣｐ３を形成
するための平面積が減少する。この平面積減少を補うた
めには、基板７の平面積を増やす他はない。具体的に
は、基板７の平面積を増大させ、第２の層７２及び第３
の層７３を容量として、非可逆回路部２２の周辺におい
て、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ２及びＣｐ３を形成する。
このため、３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３のそれぞれの
端子に、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ２及びＣｐ３を個別に
接続した従来構造では、薄型化のためにキャビティ８２
を設けたことが、基板７の平面積縮小による小型化を妨
げる。

【００７５】これに対して、本発明によれば、従来、３
つ必要であったキャパシタが、１個のキャパシタＣｐ４
で済む。このため、小型化が可能になる。

【００７６】具体的構造として、図１１〜図１４に図示
したように、第５の層７５の表面に導体パターンＣｐ４
１を形成し、第７の層７７の表面に導体パターンＣｐ４
２を形成し、第５の層７５〜第７の層７７を誘電体層と
し、導体パターンＣｐ４１とグランドパターンＧＮＤ３
との重なり面積、及び、導体パターンＣｐ４２とグラン
ドパターンＧＮＤ３及びＧＤ４との重なり面積によるキ
ャパシタＣｐ４を取得する構造の場合は、図１５、１６
の従来構造において、利用されていなかった非可逆回路
部２２の真下の領域を有効に利用し、小型化に供するこ
とができる。

【００７７】一例であるが、図１５、図１６に図示する
構造の場合、基板７の寸法限界は 横×縦×高さ＝１０．０×６．０×２．０ｍｍ であったが、図６〜１４に示した実施例の場合、基板７
の寸法を、 横×縦×高さ＝８０．０×６．０×２．０ｍｍ まで縮小することができた。

【００７８】図１７は本発明に係る電力増幅モジュール
用基板の一例を示す平面図である。図示された電力増幅
モジュール用基板は、大判の基板７００を共通にして、
複数（８個）の電力増幅モジュール要素Ｑ１１〜Ｑ１
４、Ｑ２１〜Ｑ２４を集合した集合体となっている。電
力増幅モジュール要素Ｑ１１〜Ｑ１４、Ｑ２１〜Ｑ２４
のそれぞれは、ＭＭＩＣ、アイソレータ及び各種チップ
部品が搭載されていない点を除く他、図６〜図１５に示
した構成と同じである。電力増幅モジュール要素数は任
意である。

【００７９】図１７に示した集合体基板を用いて、電力
増幅モジュールを製造するには、まず、図１８に示すよ
うに、電力増幅モジュール要素Ｑ１１〜Ｑ１４、Ｑ２１
〜Ｑ２４のそれぞれに、ＭＭＩＣ２０、アイソレータ２
２、及び必要なチップ部品を実装する。

【００８０】次に、図１９に示すように、電力増幅モジ
ュール要素Ｑ１１〜Ｑ１４の群と、電力増幅モジュール
要素Ｑ２１〜Ｑ２４の群との間に設定された切断線Ｘ１
で１次切断し、電力増幅モジュール要素Ｑ１１〜Ｑ１４
の群と、電力増幅モジュール要素Ｑ２１〜Ｑ２４の群と
をそれぞれ含むバー状の集合体を得る。

【００８１】次に、図２０に示すように、電力増幅モジ
ュール要素Ｑ１１〜Ｑ１４の群、及び、電力増幅モジュ
ール要素Ｑ２１〜Ｑ２４の群のそれぞれにおいて、電力
増幅モジュール要素間の切断線Ｙ１ーＹ１線で切断する
ことにより、図６〜図１５に示した電力増幅モジュール
が得られる。切断には、ダイシングソーが用いられる。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、小
型、かつ、薄型の電力増幅モジュール、及び、この電力
増幅モジュールを得るのに適した基板を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力増幅モジュールが用いられる
デジタル移動体通信機器（Ｗ−ＣＤＭＡ対応）おける高
周波回路部の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る電力増幅モジュールが用いられる
電力増幅部回路部ＰＷＡの詳細を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明に係る電力増幅モジュールの具体的な回
路構成を示す回路図である。

【図４】本発明に係る電力増幅モジュールにおける非可
逆回路部の回路図である。

【図５】本発明に係る電力増幅モジュールを構成する非
可逆回路部の具体的な構造を示す分解斜視図である。

【図６】図２、３に示した電力増幅モジュールの層構成
の一例を示す部分断面図である。

【図７】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、第
１の層を表面からみた平面図である。

【図８】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、第
１の層と隣接する第２の層の表面を示す平面図である。

【図９】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、第
２の層と隣接する第３の層の表面を示す平面図である。

【図１０】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、
第３の層と隣接する第４の層の表面を示す平面図であ
る。

【図１１】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、
第４の層と隣接する第５の層の表面を示す平面図であ
る。

【図１２】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、
第５の層と隣接する第６の層の表面を示す平面図であ
る。

【図１３】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、
第６の層と隣接する第７の層の表面を示す平面図であ
る。

【図１４】図６に示した電力増幅モジュールにおいて、
第６の層と隣接する第７の層の裏面を示す平面図であ
る。

【図１５】従来の電力増幅モジュールの構成を示す断面
図である。

【図１６】図１５に示した電力増幅モジュールにおいて
用いられている非可逆回路部の電気的回路図である。

【図１７】本発明に係る電力増幅モジュール用基板の一
例を示す平面図である。

【図１８】図１７に示した電力増幅モジュール用基板を
用いた電力増幅モジュールの製造方法を示す図である。

【図１９】図１８に示した工程の後の工程を示す図であ
る。

【図２０】図１９に示した工程の後の工程を示す図であ
る。

【符号の説明】

２ 電力増幅モジュール ２１ 電力増幅部 ２２ 非可逆回路部 Ｃｐ４ 共有されるキャパシタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA92 FA14 FA16 HA00 HA06 HA09 HA25 HA29 HA33 KA12 KA29 KA42 KA44 KA66 KA68 KS11 LS11 LS12 QA04 QS04 SA14 TA01 5K060 BB05 CC04 CC12 DD04 EE05 HH06 JJ08 JJ18

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力増幅部と、非可逆回路部とを含む電
   力増幅モジュールであって、 前記電力増幅部は、入力された信号を増幅して出力し、 前記非可逆回路部は、フェリ磁性体と３つの中心導体と
   を組み合わせた組立体を含み、前記電力増幅部の後段に
   備えられ、前記３つの中心導体は、１つのキャパシタを
   共有する電力増幅モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、 基板を含んでおり、前記基板は前記電力増幅部及び前記
   非可逆回路部を支持しており、 前記基板は、少なくとも１つの誘電体層を含んでおり、
   前記キャパシタは前記誘電体層の１つを容量層とする電
   力増幅モジュール。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、 前記基板は、キャビティを含んでおり、 前記非可逆回路部の前記組立体が前記キャビティ内に配
   置されており、 前記誘電体層は、前記キャビティの下側に位置してお
   り、 前記キャパシタは、前記キャビティの下側に位置する前
   記誘電体層を容量層とする電力増幅モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載された電
   力増幅モジュールであって、 前記基板は、少なくとも１つのハイブリッド層と、導体
   層とを含んでおり、 前記ハイブリッド層は、有機樹脂材料と、誘電体粉末と
   を含む混合材料でなり、 前記導体層は、前記ハイブリッド層によって支持され、
   電気回路を構成する電力増幅モジュール。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、前記ハイブリッド層は、前記誘電体層を構
   成する電力増幅モジュール。
6. 【請求項６】 請求項４または５の何れかに記載された
   電力増幅モジュールであって、ハイブリッド層は、比誘
   電率が７〜１４の範囲にあり、誘電正接が０．０１〜
   ０．００２の範囲にある電力増幅モジュール。
7. 【請求項７】 請求項６に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、前記有機樹脂材料の含有量は４０〜６０ｖ
   ｏｌ％の範囲である電力増幅モジュール。
8. 【請求項８】 請求項６に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、前記有機樹脂材料は、ポリビニルベンジル
   エーテル化合物を含む電力増幅モジュール。
9. 【請求項９】 請求項６に記載された電力増幅モジュー
   ルであって、前記有機樹脂材料は、エポキシ樹脂を含む
   電力増幅モジュール。
10. 【請求項１０】 請求項８または９の何れかに記載され
    た電力増幅モジュールであって、 前記誘電体粉末は、セラミック粉末であり、 前記有機樹脂材料の含有率をａ（ｖｏｌ％）とし、セラ
    ミックス粉末含有率をｂ（ｖｏｌ％）としたとき、ａ＋
    ｂ＝１００（ｖｏｌ％）として、 ４０（ｖｏｌ％）≦ｂ≦６０（ｖｏｌ％） を満たす電力増幅モジュール。
11. 【請求項１１】 請求項２乃至１０の何れかに記載され
    た電力増幅モジュールであって、前記基板はガラスクロ
    ス材を含む電力増幅モジュール。
12. 【請求項１２】 請求項２乃至１１の何れかに記載され
    た電力増幅モジュールであって、前記基板は難燃材を含
    む電力増幅モジュール。
13. 【請求項１３】少なくとも１つのハイブリッド層と、導
    体層と、キャビティとを含む電力増幅モジュール用基板
    であって、 前記ハイブリッド層は、有機樹脂材料と、誘電体粉末と
    を含む混合材料でなり、 前記導体層は、前記ハイブリッド層によって支持され、
    電気回路を構成し、 前記キャビティは、基板面に開口している電力増幅モジ
    ュール用基板。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載された電力増幅モジ
    ュール用基板であって、複数の電力増幅モジュール要素
    を配列した集合体である電力増幅モジュール用基板。
15. 【請求項１５】 請求項１３または１４の何れかに記載
    された電力増幅モジュール用基板であって、前記ハイブ
    リッド層は、比誘電率が７〜１４の範囲にあり、誘電正
    接が０．０１〜０．００２の範囲にある電力増幅モジュ
    ール用基板。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載された電力増幅モジ
    ュール用基板であって、前記有機樹脂材料の含有量は４
    ０〜６０ｖｏｌ％の範囲である電力増幅モジュール用基
    板。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載された電力増幅モジ
    ュール用基板。であって、前記有機樹脂材料は、ポリビ
    ニルベンジルエーテル化合物を含む電力増幅モジュール
    用基板。
18. 【請求項１８】 請求項１６に記載された電力増幅モジ
    ュール用基板であって、前記有機樹脂材料は、エポキシ
    樹脂を含む電力増幅モジュール用基板。
19. 【請求項１９】 請求項１７または１８の何れかに記載
    された電力増幅モジュール用基板であって、 前記誘電体粉末は、セラミック粉末であり、 前記有機樹脂材料の含有率をａ（ｖｏｌ％）とし、セラ
    ミックス粉末含有率をｂ（ｖｏｌ％）としたとき、ａ＋
    ｂ＝１００（ｖｏｌ％）として、 ４０（ｖｏｌ％）≦ｂ≦６０（ｖｏｌ％） を満たす電力増幅モジュール用基板。
20. 【請求項２０】 請求項１３乃至１９の何れかに記載さ
    れた電力増幅モジュール用基板であって、ガラスクロス
    材を含む電力増幅モジュール用基板。
21. 【請求項２１】 請求項１３乃至２０の何れかに記載さ
    れた電力増幅モジュール用基板であって、難燃材を含む
    電力増幅モジュール用基板。