JP2004165633A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 多層基板に実装した高周波部品のグランド接続を確実に行えるようにし、良好な電気的特性を示す高周波モジュールおよびそれを備えた通信装置を得る。
【解決手段】 多層基板1の上面に実装する高周波部品21,22の実装のための上面グランド電極Gq1,Gq2と共通グランド電極Gdとの間に中間グランド電極Gg1,Gg2,Gm1,Gm2,Go1,Go2を設ける。また、各グランド電極間を導通させるビアホール導体の数は、上面グランド電極から中間グランド電極までの数より、中間グランド電極から共通グランド電極までの数を多くする。
【選択図】 図1

Description

この発明は、誘電体層と電極層との積層体である多層基板上に高周波部品を実装して成る高周波モジュールおよびそれを備えた通信装置に関するものである。
従来、例えば通信機器の高周波回路部の部品点数を削減するとともに集積度を向上させるために、キャパシタやインダクタを備えた多層基板に高周波回路部品を実装した高周波モジュールが高周波回路部に用いられている。例えば携帯電話システムにおける端末のフロントエンド部にこのような高周波モジュールを用いることによって端末の小型・軽量化が図られている。
前記多層基板は、複数の誘電体層と電極層とを備え、電極パターンによってキャパシタ、インダクタ、伝送線路などが構成されている。また多層基板の下面(電子機器内の実装基板への実装面)には多数の外部端子が設けられている。更に多層基板の上面には例えばSAWフィルタなどの高周波部品を実装するための上面電極が形成されている(例えば特許文献1参照)。
ここで、特許文献1の多層基板と高周波部品とから成る高周波モジュールの構成について、図11を基に説明する。
図11の(A)は高周波モジュールの外観斜視図、(B)はその主要部の分解斜視図である。1は誘電体層と電極層との積層体に上面電極や外部端子を設けて成る多層基板である。21,22は、この多層基板1の上面に実装したSAWフィルタなどの高周波部品である。
図11の(B)は、多層基板1の2つの層を抜き出して示した分解斜視図である。ここで1qは最上層の誘電層、1dは最下層に近い誘電体層である。最上層の誘電体層1qには高周波部品21,22を実装するための上面電極を形成している。Gq1,Gq2は、それらの上面電極のうちの上面グランド電極である。誘電体層1dには共通グランド電極Gdを形成している。最上層の誘電体層1qと最下層付近の誘電体層1dとの間には多数の誘電体層が存在し、それらの誘電体層に設けたビアホール導体Vdqを介して、上面グランド電極Gq1,Gq2を共通グランド電極Gdに直接導通させている。この共通グランド電極Gdは多層基板1の下面に設けた多数の外部端子のうちグランド端子として導出している。
特開2002−118486公報(図4)
ところが、従来のこのような高周波モジュールにおいては、前記ビアホール導体Vdqを構成するビアホール内の導電性ペーストの充填不良などが生じた場合に、高周波部品21,22のグランド接続が不完全となって、電気的特性が設計上の特性から大きくずれるおそれがあった。
また、誘電体層の層数が増えてビアホール導体Vdqの線路長が長くなると、ビアホール導体Vdqのインダクタンス成分が大きくなり、上面グランド電極Gq1,Gq2の接地状態が悪化するので、高周波部品21,22のグランド電位が十分にとれないという問題が生じていた。
この発明の目的は、上述の問題を解消して、多層基板に実装した高周波部品のグランド接続を確実に行えるようにし、良好な電気的特性を示す高周波モジュールおよびそれを備えた通信装置を提供することにある。
この発明の高周波モジュールは、誘電体層と電極層との積層体の上面にグランド端子を有する高周波部品の該グランド端子が接続される上面グランド電極を備え、下面または下面付近に共通グランド電極を備えた多層基板と、前記高周波部品とからなり、上面グランド電極と共通グランド電極との間に中間グランド電極を設け、上面グランド電極と中間グランド電極との間を上面グランド電極毎にビアホール導体で導通させ、前記中間グランド電極と共通グランド電極との間を複数のビアホール導体で導通させたことを特徴としている。
なお、この発明における「高周波部品」とは、グランド端子、すなわちグランド電位にすることによって高周波部品に本来の機能を発揮させるための端子、を有するものを指す。したがって、SAWフィルタに限られるものではなく、ICなども含む。
また、この発明の高周波モジュールは、前記中間グランド電極を複数層設け、中間グランド電極同士を複数のビアホール導体で導通させたことを特徴としている。
また、この発明の高周波モジュールは、前記高周波部品を2つ以上設け、少なくとも2つの前記高周波部品間でそれらに対応する前記中間グランド電極を分離させたことを特徴としている。
また、この発明の高周波モジュールは、前記中間グランド電極から前記共通グランド電極までのビアホール導体の数を、前記上面グランド電極から前記中間グランド電極までのビアホール導体の数より多くしたことを特徴としている。
また、この発明の高周波モジュールは、前記上面グランド電極から前記中間グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分より、前記中間グランド電極から前記共通グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分を小さくしたことを特徴としている。
この発明の通信装置は、前記構成の高周波回路モジュールの高周波回路部品を個別のフィルタとし、多層基板にLCフィルタを構成したものとし、その高周波モジュールをフロントエンド部に備えたことを特徴としている。
この発明の高周波モジュールによれば、上面グランド電極と共通グランド電極との間に存在する中間グランド電極を経由してグランド電極同士が接続されるので、ビアホール導体への導電性ペーストの充填不良が生じても、中間グランド電極を介してグランド電極の導通が復活し、安定した電気的特性が得られる。
また、上面グランド電極と共通グランド電極との間を低インダクタンスで導通させることができ、多層基板の上面に実装する高周波部品の所期の電気的特性を発現させることができる。
この発明の通信装置によれば、上記高周波モジュールによるフロントエンド部を備えるので、安定で優れた通信性能を持たせることができる。
この発明によれば、上面グランド電極と共通グランド電極との間に中間グランド電極を設け、上面グランド電極と中間グランド電極との間を上面グランド電極毎にビアホール導体で導通させ、中間グランド電極と共通グランド電極との間を複数のビアホール導体で導通させたことにより、上面グランド電極と共通グランド電極との間に存在する中間グランド電極を経由してグランド電極同士が接続されるので、ビアホール導体への導電性ペーストの充填不良が生じても、中間グランド電極を介してグランド電極の導通が復活し、安定した電気的特性が得られる。
また、この発明によれば、前記中間グランド電極を複数層設け、中間グランド電極同士を複数のビアホール導体で導通させたことにより、誘電体層の積層数が多くて、上面グランド電極と共通グランド電極との経路長が長くなる場合でも、グランド電位を十分にとることができ、安定した電気的特性が得られる。
また、上面グランド電極と共通グランド電極との間を低インダクタンスで導通させることができ、多層基板の上面に実装する高周波部品の所期の電気的特性を発現させることができる。
また、この発明によれば、高周波部品を2つ以上設け、少なくとも2つの高周波部品間でそれらに対応する中間グランド電極を分離させたことにより、中間グランド電極を介してのグランド電流の回り込みが抑制され、電気的特性の劣化を招くことがない。
また、この発明によれば、中間グランド電極から共通グランド電極までのビアホール導体の数を、上面グランド電極から中間グランド電極までのビアホール導体の数より多くしたことにより、また、上面グランド電極から中間グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分より、中間グランド電極から共通グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分を小さくしたことにより、上記グランド電流の回り込みが確実に抑制され、電気的特性の劣化を招くことがない。
また、この発明によれば、前記構成の高周波回路モジュールの高周波回路部品を個別のフィルタとし、多層基板にLCフィルタを構成したものとし、その高周波モジュールをフロントエンド部に備えたことにより、安定で優れた通信性能を有する通信装置が得られる。
この発明の実施形態に係る高周波モジュールの構成を各図を参照して説明する。
図1は高周波モジュールの基本的な構成を示す図であり、(A)はその斜視図、(B)はその主要部の分解斜視図である。
最上層の誘電体層1qと最下層付近の誘電体層1dとの間の3つの中間層である誘電体層1g,1m,1oのそれぞれに、中間グランド電極Gg1,Gg2,Gm1,Gm2,Go1,Go2を形成している。中間グランド電極Go1,Go2と上面グランド電極Gq1,Gq2との間はビアホール導体Voqでそれぞれ導通させている。中間グランド電極Go1,Go2とGm1,Gm2との間はビアホール導体Vmoでそれぞれ導通させている。また、中間グランド電極Gm1,Gm2とGg1,Gg2との間はビアホール導体Vgmでそれぞれ導通させている。更に。中間グランド電極Gg1,Gg2と共通グランド電極Gdとの間はビアホール導体Vdgによってそれぞれ導通させている。
この例では、高周波部品21,22は、それぞれ3つのグランド端子を備えているため、上面グランド電極Gq1,Gq2もそれぞれ3つずつ備えていて、ビアホール導体Voqもそれぞれ3つずつ設けている。中間グランド電極との間を導通させるビアホール導体Vmo、Vgmは、中間グランド電極毎にそれぞれ4つずつ設けている。更に、中間グランド電極Gg1,Gg2と共通グランド電極Gdとの間を導通させるビアホール導体Vdgも中間グランド電極毎に4つずつ設けている。
このように高周波部品21,22毎に中間グランド電極を設け、それぞれの中間グランド電極内でグランドを共通に接続したことによって、仮にビアホールへの導電性ペーストの充填不良が生じても、中間グランド電極で再び共通に接続されるので、最終的に共通グランド電極Gdまで数多くのビアホール導体としてグランド接続が行われることになる。例えばビアホール導体Vmoのうち1つが非導通状態となっても、Gm1,Gm2で、グランド接続が復活するので、それより下層の共通グランド電極まで、多数のビアホール導体を介して共通グランド電極まで導通することになる。
また、高周波部品21,22のグランド端子の数より多くのビアホール導体を介して共通グランド電極Gdに対しグランド電極の接続を行うことによって、高周波部品のグランドが低インダクタンスで共通グランド電極に接続されることになる。その結果、高周波部品21,22のグランド電位が十分にとれないことによる特性劣化を防止することができる。
更に、多層基板1の上面に実装する高周波部品21,22毎に中間グランド電極Gq1,Gq2,Gm1,Gm2,Go1,Go2を分離したことにより、中間電極を介して信号の回り込みを防止することができる。例えば、中間グランド電極Go1,Go2から共通グランド電極Gdまでのインダクタンスが、上面グランド電極Gq1,Gq2から中間グランド電極Go1,Go2までのインダクタンスより大きくて、且つ中間グランド電極Go1,Go2を連続したパターンとすれば、高周波部品21,22のグランド電流がGq1→Voq→Go1,Go2→Voq→Gq2の経路で回り込んでしまって電気的特性上問題となる場合がある。そこで、上面グランド電極から中間グランド電極までのインダクタンス成分をL1、中間グランド電極から理想グランド電極(通常は、高周波モジュールのグランド端子)までのインダクタンス成分をL2とすれば、L1>L2の条件の条件を満たす層のグランド電極を共通グランド電極とする。このことによって、一方の高周波部品のグランド電流が共通グランド電極を介して他方の高周波部品のグランド電極へ流れ込む上述の現象を抑制できる。従って、グランド電流の回り込みによる特性劣化を確実に防止するためには、上記L1,L2がL1>L2の関係にあることが望ましい。
図2〜図4は、上記多層基板1の各誘電体層に設けた電極パターンの具体的な例を示している。この例では、1900 MHzを利用するPersonal Communication Service(以下、単に「PCS」という。)、1800 MHzを利用するDigital CellularSystem (以下、単に「DCS」という。)、および900 MHz を利用するGlobalSystem forMobile communication (以下、単に「GSM」という。)にそれぞれ適用可能なトリプルバンドのフロントエンドを構成した例を示している。
図2〜図4において、1a〜1qは多層基板の各誘電体層を順に表している。図2の1aは最下層の誘電体層であり、図4の1qは最上層の誘電体層である。但し、この図2〜図4は、各誘電体層1a〜1qを、それらの下面側(実装基板に向く側)から見た状態を示している。
最下層の誘電体層1aには、実装基板への実装のための各種外部端子(G,PCSRx,DCSRx,GSMRx,Vc1,Vc2,D/PTx,GSMTx,Ant)を形成している。ここで、D/PTxは、DCSおよびPCSの送信信号入力端子である。GSMTxはGSMの送信信号入力端子である。DCSRxはDCSの受信信号出力端子、PCSRxはPCSの受信信号出力端子である。GSMRxはGSMの受信信号出力端子、Antはアンテナ端子である。Vc1,Vc2はスイッチ制御信号入力端子である。更にGはグランド端子である。
誘電体層1bには共通グランド電極Gbを形成している。誘電体層1cには、gC5, dC5,Ct1,Ct2,Cu5で示すキャパシタ用の電極を形成している。
誘電体層1dには共通グランド電極Gdとキャパシタ用電極Ct5を形成している。
誘電体層1eには、Cc1,Cu1,Cu2で示すキャパシタ用電極をそれぞれ所定箇所に形成している。
誘電体層1fには、Cc1,Ct3で示すキャパシタ用電極をそれぞれ所定箇所に形成している。
誘電体層1gには中間グランド電極Gg1,Gg2,Gg3およびキャパシタ用電極Cc1を形成している。
誘電体層1hには特に電極パターンを形成していない。
図3において、誘電体層1iには、インダクタ用導体Lt1,Lt2,Lt3,Lt5および伝送線路用導体dSLを形成している。
誘電体層1j,1kには、インダクタ用導体Lt1,Lt2,Lt3,Lt4,Lt5および伝送線路用導体dSLをそれぞれ形成している。
誘電体層1lには、インダクタ用導体Lt2,Lt4を形成している。
誘電体層1mには、中間グランド電極Gm1,Gm2,Gm3およびキャパシタ用電極Cc2を形成している。誘電体層1nにはキャパシタ用電極Cc2を形成している。更に誘電体層1oには中間グランド電極Go1,Go2,Go3およびキャパシタ用電極Cc2を形成している。
図4において誘電体層1pには各種インダクタ用または伝送線路用の導体を形成している。
最上層である誘電体層1qには、各種実装部品の実装用電極を形成している。この誘電体層1qについては、誘電体層1qの下面側から透視するように見た状態を示している。また、実装する各部品の実装範囲を四角で囲んで表している。ここでSAW1,SAW2,SAW3は何れもSAWフィルタの実装領域を示している。gSL1,dSLt,dSL1,L1,L2はそれぞれインダクタンス部品(チップインダクタ)の実装領域を示している。dSC,C1,C2,C3,C4はキャパシタンス部品(チップキャパシタ)の実装領域、Rg,Rdは抵抗部品(チップ抵抗)の実装領域、D1,D2,D3,D4はダイオードの実装領域を示している。
SAWフィルタの実装領域において、それぞれのSAWフィルタ毎に3つの上面電極Gqを備えている。これらのSAWフィルタ実装領域内のその他の電極はSAWフィルタの入力側および出力側の電極である。
図2〜図4において、各誘電体層には図中多数の小円として表れるビアホールを形成していて、上下に隣接する電極(導体)同士をビアホール導体によって導通させている。
図2〜図4に示したように、共通グランド電極Gb,Gdを設け、共通グランド電極Gdと上面グランド電極Gqとの間に3層に分けて中間グランド電極Gg,Gm,Goを設けている。そして、SAWフィルタSAW1,SAW2,SAW3のグランド端子の数より多く(この例では4つ)のビアホール導体を介して共通グランド電極Gdに対しグランド電極の接続を行うことによって、SAWフィルタのグランドを低インダクタンスで共通グランド電極に接続している。更に、SAWフィルタ毎に中間グランド電極Gg1,Gg2,Gg3,Gm1,Gm2,Gm3,Go1,Go2,Go3を分離したことにより、中間電極を介して信号の回り込みを防止している。
なお、以上に示した例では、最も上層の中間グランド電極に、上面グランド電極の数より多くのビアホールを設けたが、最も上層の中間グランド電極には、上面グランド電極の数と同数のビアホールを設け、それより下層の中間グランド電極で上面グランド電極の数より多くのビアホールを設けるようにしてもよい。
また、以上に示した例では3つの高周波部品であるSAWフィルタSAW1,SAW2,SAW3のそれぞれに応じて互いに分離した中間電極を設けた。しかし、本発明は高周波部品の全てにそれぞれ個別の中間電極を備えたものに限定されない。必要に応じて少なくとも2つの高周波部品間でそれらに対応する中間電極が分離されているだけでも構わない。上記の例でいえば、SAWフィルタSAW1とSAW2に対応する中間電極が共通で、SAWフィルタSAW3に対応する中間電極のみが分離されていても構わない。
次に、図2〜図4に示したフロントエンドの回路図を図5〜図8に示す。これらの図5〜図8における図中の符号は、図2〜図4の図中に示した各符号にそれぞれ対応している。図5はDCS/PCSのフィルタおよび高周波スイッチ部分の回路図、図6はGSMのフィルタおよび高周波スイッチ部分の回路図、図7はダイプレクサ部分の回路図である。更に、図8はそれら全体のブロック図である。これらの図において破線の円で囲んだ素子は外付けの部品によるものである。
図5に示すように、LPF2で示す回路はDCS/PCSの送信信号の高調波成分を減衰させるローパスフィルタ、SW2は送信信号と受信信号との切り替えを行うスイッチ回路である。スイッチ制御信号Vc2がハイレベルの時、ダイオードD3,D4が共にオンして、送信信号がDCS/PCSAntへ出力される。スイッチ制御信号Vc2がローレベルの時、ダイオードD3,D4が共にオフして、受信信号が位相回路PS1,PS2側へ与えられる。
SAWフィルタSAW1は、DCSの受信信号を通過させ、SAWフィルタSAW2は、PCSの受信信号を通過させる。また、位相回路PS1はSAWフィルタSAW2の通過帯域で位相をスミスチャート上でオープン側に回す。位相回路PS2はSAWフィルタSAW1の通過帯域で位相をスミスチャート上でオープン側に回す。したがって、DCSとPCS相互で受信信号が回り込むことがない。
図6において、LPF1はGSMの送信信号の高調波成分を減衰させるローパスフィルタである。スイッチ回路SW1は、スイッチ制御信号Vc1がハイレベルの時、ダイオードD1,D2が共にオンして、送信信号がGSMAntへ出力される。Vc1がローレベルの時、D1,D2が共にオフして、受信信号がSAWフィルタSAW3を介してGSMRxから出力される。
図7において、LPF3はGSM信号を通過させるローパスフィルタ、HPFはDCS/PCS信号を通過させるハイパスフィルタである。
このようにして図8に示したトリプルバンドのフロントエンドを構成する。
図9は3つのSAWフィルタSAW1,SAW2,SAW3のうち、代表する1つのSAWフィルタの帯域通過周波数前後での概略の通過特性を示している。図9において、実線は、この実施形態による通過特性、破線は前記中間グランド電極を設けなかった場合の通過特性である。
以上に示したように、多層基板の上面に実装する高周波部品のグランド接続を行う上面グランド電極と共通グランド電極との間に中間グランド電極を設けたことにより、減衰域の減衰量を大きく確保することができる。
図10は通信装置の構成例を示すブロック図である。ここで「フロントエンド」部に、図2〜図8に示したトリプルバンドのフロントエンドを用いる。「送受信回路」は前記トリプルバンドの送信回路および受信回路を構成している。「ベースバンド制御回路」は、送受信回路の制御およびキー入力部KEYの入力操作の読み取り、表示部LCDの駆動、マイクからの音声入力、スピーカの駆動等を行う。
このようにして、減衰域の減衰量を大きく確保するフロントエンド部を備えることにより、安定で優れた通信性能を有する通信装置を得ることができる。
高周波モジュールの外観斜視図および分解斜視図 多層基板の各誘電体層に設けた電極パターンの具体的な例を示す図 多層基板の各誘電体層に設けた電極パターンの具体的な例を示す図 多層基板の各誘電体層に設けた電極パターンの具体的な例を示す図 フロントエンドの部分回路図 フロントエンドの部分回路図 フロントエンドの部分回路図 フロントエンド全体の回路図 SAWフィルタの帯域通過周波数前後での概略の通過特性を示す図 通信装置の構成例を示す図 従来の高周波モジュールの外観斜視図および分解斜視図
符号の説明
1−多層基板
1a〜1q−誘電体層
21,22−高周波部品
Gb,Gd−共通グランド電極
Gg,Gm,Go−中間グランド電極
Gq−上面グランド電極
Vab,Vbc,Vcd−ビアホール導体
Vc1,Vc2−スイッチ制御信号端子
G−グランド端子
SW1,SW2−スイッチ回路

Claims (6)

  1. 誘電体層と電極層との積層体であって、該積層体の上面にグランド端子を有する高周波部品の該グランド端子が接続される上面グランド電極を備え、下面または下面付近に共通グランド電極を備えた多層基板と、前記高周波部品とからなる高周波モジュールにおいて、
    前記上面グランド電極と前記共通グランド電極との間に中間グランド電極を設け、前記上面グランド電極と前記中間グランド電極との間を前記上面グランド電極毎にビアホール導体で導通させ、前記中間グランド電極と前記共通グランド電極との間を複数のビアホール導体で導通させたことを特徴とする高周波モジュール。
  2. 前記中間グランド電極を複数層設け、中間グランド電極同士を複数のビアホール導体で導通させた請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記高周波部品は2つ以上存在し、少なくとも2つの前記高周波部品間でそれらに対応する前記中間グランド電極を分離した請求項1または2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記中間グランド電極から前記共通グランド電極までのビアホール導体の数を、前記上面グランド電極から前記中間グランド電極までのビアホール導体の数より多くした請求項1、2または3に記載の高周波モジュール。
  5. 前記上面グランド電極から前記中間グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分より、前記中間グランド電極から前記共通グランド電極までのビアホール導体のインダクタンス成分を小さくした請求項1、2、3または4に記載の高周波モジュール。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の高周波モジュールにおいて、高周波部品を個別のフィルタとし、多層基板にLCフィルタを構成するとともに、該高周波モジュールをフロントエンド部に備えてなる通信装置。
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