JP2004297455A - 高周波モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を一体化して小型化できるとともに、良好な特性を有する高周波モジュールを提供する。
【解決手段】誘電体層１１〜１７と導体層が交互に積層されてなる多層基板Ａの表面や内部に、分波回路ＤＩＰ１０と、スイッチ回路ＳＷ１００と、電力増幅回路ＡＭＰ１００およびその整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０と、スイッチ回路ＳＷ１００と整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０との間に低域通過フィルタＬＰＦ１１０，１２０と、制御回路ＣＯＮ１０と、自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、を備え、電力増幅回路ＡＭＰ１００およびスイッチ回路ＳＷ１００を、いずれも高周波半導体集積回路素子としてそれぞれ多層基板Ａの表面に実装してなるとともに、自動電力制御回路ＡＰＣ１０に電力増幅回路ＡＭＰ１００に流入する電流量を検知する電流検知回路ＩＤＥ１０を接続する。
【選択図】図１
【解決手段】誘電体層１１〜１７と導体層が交互に積層されてなる多層基板Ａの表面や内部に、分波回路ＤＩＰ１０と、スイッチ回路ＳＷ１００と、電力増幅回路ＡＭＰ１００およびその整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０と、スイッチ回路ＳＷ１００と整合回路ＭＡＴ１０，ＭＡＴ２０との間に低域通過フィルタＬＰＦ１１０，１２０と、制御回路ＣＯＮ１０と、自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、を備え、電力増幅回路ＡＭＰ１００およびスイッチ回路ＳＷ１００を、いずれも高周波半導体集積回路素子としてそれぞれ多層基板Ａの表面に実装してなるとともに、自動電力制御回路ＡＰＣ１０に電力増幅回路ＡＭＰ１００に流入する電流量を検知する電流検知回路ＩＤＥ１０を接続する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波モジュールに関し、特にマルチバンド用移動無線端末に好適な送信用電力増幅回路、スイッチ回路、分波回路、自動電力制御回路等を設けた送信用に好適な高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を搭載するマルチバンド方式を採用した携帯電話機が提案されている。マルチバンド方式の携帯電話機は、地域性や使用目的等に合った送受信系を選択して送受信することができるようにした利便性の高い機器として期待されているものである。例えば、通信帯域の異なる複数の送受信系としてＧＳＭ／ＤＣＳの２方式を搭載したデュアルバンド方式の携帯電話機が普及している。
【０００３】
図６は、ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。高周波回路部は通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系ＧＳＭ／ＤＣＳに分波し、送受信系ＤＣＳ、ＧＳＭにおいてそれぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとの切替を行うスイッチモジュールＡＳＭ１を備えると共に、送受信系ＤＣＳの送信系ＴＸ、受信系ＲＸと、送受信系ＧＳＭの送信系ＴＸ、受信系ＲＸとを備える。
【０００４】
送信系ＴＸは、各送受信系ともに方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００、２００、電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００を備える。電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００は、電力増幅回路ＭＭＩＣと整合回路とからそれぞれ構成されている。
【０００５】
送信時には、ＴＸ側電力増幅回路ＡＭＰ１００、またはＡＭＰ２００で増幅された送信信号は、方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００またはＣＯＰ２００、さらに低域通過フィルタ、スイッチ回路、分波回路からなる高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を経由してアンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。
【０００６】
一方、受信系ＲＸは帯域通過フィルタＢＰＦ３００、４００および低ノイズ増幅回路ＡＭＰ３００、４００を備える。受信時には、アンテナＡＮＴで受信された高周波信号は高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を介して取り出され、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、またはＢＰＦ４００にて受信帯域近傍の不要信号が除去された後、ＲＸ側低ノイズ増幅器ＡＭＰ３００、またはＡＭＰ４００にて増幅される。
【０００７】
デュアルバンド方式の携帯電話機では各送受信系の構成に必要な回路を搭載する必要があるが、それぞれ個別の専用部品を用いて回路を構成すれば、機器の大型化、高コスト化を招来することとなる。そこで、共通可能な回路部分は、可及的に共通化するようにして機器の小型化、低コスト化を有利に展開する事が要請されている。またさらに、携帯電話の大部分の電力を消費する送信用電力増幅器の電力付加効率を向上させることが要求されている。
【０００８】
このような要求に対して、例えば、特許文献１には小型化を図るマルチバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１が開示されている。
【０００９】
図７は、このマルチバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１のブロック図を示すもので、通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系に分けるノッチ回路からなる分波回路と、前記各送受信系を送信系と受信系に切りかえるスイッチ回路ＳＷと、各送信系に配置された低域通過フィルタＬＰＦとから構成され、前記分波回路はＬＣ素子が並列接続されたノッチ回路を２つ用い、各ノッチ回路の一端同士は接続されて２系統の送受信系に共通の共通端子とされ、一方、各ノッチ回路の他端はスイッチ回路ＳＷに接続されている。
【００１０】
また、特許文献２には複合小型化を図る無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１が開示されている。図８は、この無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１のブロック図を示すもので、電力増幅器、方向性結合器、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとしてモジュール化を行っている。また、特許文献２の実施例によると、アンテナスイッチモジュールの内部で送受信切替えを行うスイッチの例として、ダイオード、インダクタ素子、キャパシタンス素子を用いた回路が掲載されている。
【００１１】
〔特許文献１〕
特開平１１−２２５０８８号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−２９０２５７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
今日、デュアルバンド方式においては、高周波スイッチを構成する部品をプリント配線基板上に実装するタイプに代えて、上記特許文献１に開示されるように、高周波スイッチ回路を部分的に一体化してモジュール化することは行われているが、高周波スイッチモジュールおよび送信用電力増幅器、カップラの各部品をプリント基板上に実装しているため、かかる態様ではこれ以上の小型化は限界である。
【００１３】
また、高周波スイッチモジュール、送信用電力増幅器の各部品をプリント配線基板上にそれぞれ実装した場合、そのままでは携帯電話機の高周波回路部としての特性を満足することは稀で、部品間に特性調整用の回路がさらに必要となるという設計時の制約と、その付設回路分だけ機器の大型化を招き、さらにその付設回路分だけの電力損失が発生することによる電力増幅器の電力効率の劣化を招くという問題があった。
【００１４】
また、上記特許文献２に開示されるように、電力増幅器、方向性結合器、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとして一体化することは行われているが、以下に述べるような課題が存在する。
【００１５】
まず、従来のモジュールにおいては、送受信を切替えるスイッチ回路にダイオードを用いており、各送受信系におけるスイッチ回路に対してダイオード、高周波チョーク用のインダクタ素子、バイアス電流制御用の抵抗、約四分の１波長のインダクタ素子が少なくとも必要である。そのため、多層基板の上面にダイオード等の表面実装部品が必要となり、高周波モジュールの小型化の要求に逆行することとなる。特に、マルチバンド化が進み、１つのモジュールで更に多くのバンドに対応する必要が生じた場合、バンド数に比例した表層スペースが必要となり、ますます小型化の実現が困難となる。
【００１６】
また、ダイオードを用いた高周波スイッチ回路を備えた、従来の高周波モジュールでは、ダイオードを駆動するために数ミリアンペアのバイアス電流が必要であり、機器の低消費電力化の市場要求に対する課題の一つとなっている。
【００１７】
ただし、高周波モジュールを構成する素子として高周波半導体集積回路素子を用いるとしても、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路で行う回路構成を採用すると、以下の３点の課題が生ずる。
【００１８】
第１に、高周波半導体集積回路は、オンになる経路の両端が丁度５０オームで整合するとは限らないため、アンテナ端子に高周波半導体回路を直接に接続すると、両者の間のインピーダンス整合手段がなくなってしまう。逆に、インピーダンス整合用の素子を新たに追加すると、高周波モジュールの小型化と低ロス化に逆行することとなる。
【００１９】
第２に、高周波半導体集積回路素子は、受動素子に比較して高電圧サージに対する耐性が弱いという欠点がある。このため、アンテナ端子に高周波半導体集積回路素子を直接に接続すると、携帯電話の外部よりアンテナ端子を介して入力した高電圧サージが、直接的に高周波半導体集積回路素子に入力することになるため、該高周波半導体集積回路素子の破壊確率が高まり、高周波モジュールの信頼性が減少するという課題が生ずる。
【００２０】
第３に、マルチバンド対応のモジュールにおいては、あるシステムの高調波成分の周波数帯域が、他のシステムの基本波の周波数帯域とオーバーラップしている場合があり、このような場合、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路素子で行う回路構成を採用すると、半導体集積回路素子の内部パターンの干渉により、あるシステムの高調波成分が、他のシステムの経路を介してアンテナ端子まで伝送され、高調波成分の減衰量が不足するという課題が生ずる。
【００２１】
従って、本発明は、かかる課題を解消するためになされたもので、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を一体化して小型化するにあたり、送受信切替えスイッチ回路を小型化するとともに消費電流を低減し、アンテナ端子とスイッチ回路の間の整合を調整する手段を与え、かつ、スイッチ回路の高電圧サージに対する耐性を向上し、モジュール全体として小型化、低ロス化、高アイソレーション化を実現することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュールは、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、前記スイッチ回路と該整合回路との間に接続され高周波信号を除去する低域通過フィルタ回路と、前記電力増幅回路と接続される制御回路と、該制御回路に接続される自動電力制御回路と、を備えた高周波モジュールであって、前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなるとともに、前記自動電力制御回路が前記電力増幅回路に流入する電流量を検知する電流検知回路と接続されていることを特徴とするものである。
【００２３】
このような高周波モジュールでは、分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を多層基板に対して一体化して小型化できるとともに、各回路を同時に設計する事ができるため、モジュールとして最適な特性調整を行なうことができる。従って、各回路間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ携帯無線端末の設計工程を短縮できるためコスト削減を図ることができる。
【００２４】
また、スイッチ回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、前記多層基板の表面に搭載することで、従来のように、スイッチ回路を構成するダイオード、インダクタ素子、キャパシタ素子のそれぞれを複数個、多層基板上面に搭載するかまたは多層基板に内蔵する場合に比べてスイッチ回路を小型化できるとともに、多層基板の表面のスイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子が搭載された面の下側の部分にスイッチ回路以外の回路素子を内蔵することができ、モジュール全体としても小型化が可能となる。
【００２５】
また、スイッチ回路を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化を計ることができる。小型化と製造工程短縮化にともないコスト削減が可能となる。さらに、従来のダイオードを用いたスイッチ回路におけるダイオードのオン／オフには１０ｍＡオーダーのバイアス電流が必要であるのに対して高周波半導体集積回路素子を用いたスイッチ回路のオン／オフには０．５ｍＡオーダーの電流しか必要としないため、消費電流の低減を計ることが出来る。
【００２６】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路を高周波半導体集積回路で形成されたスイッチ回路に付与せず、アンテナ端子とスイッチ回路の間に備えられ、多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成することにより、スイッチ回路のロスが最小となるためのインピーダンス調整機能を分波回路を構成する部品や素子で兼用することができ、整合のために新たな素子を設けることなくロスが最小となるような調整をすることができる。また、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージが高周波半導体集積回路素子で形成されたスイッチ回路に直接的に入力されることなく、分波回路やその前後に備えられたフィルタの減衰機能に応じて減衰された後に間接的に該スイッチ回路に入力されることとなり、スイッチ回路、ひいては高周波モジュールの耐高電圧に関する信頼性を向上することができる。
【００２７】
また、電力増幅回路に流れ込む電流量を電流検知回路を自動電力制御回路と接続することで、電力増幅回路からの出力電力を検知する方向性結合回路（カップラ）が不必要となり、部品点数を低減するともに、モジュールの小型化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明の高周波モジュールは、前記自動電力制御回路を高周波半導体集積回路素子として前記多層基板の表面に実装したことを特徴とする。このような高周波モジュールでは、自動電力制御回路を多層基板に実装することで、回路の小型化を図ることが出来る。
【００２９】
また、前記スイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンが形成されていることを特徴とする。このような高周波モジュールでは、多層基板の上面に実装されるスイッチ回路のサイズを小型化しかつ通過ロスを減少することが可能となり、高周波モジュール全体の小型化と低ロス化を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る信号経路中に低域通過フィルタを少なくとも１個備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような高周波モジュールでは、第１に、スイッチ回路を原因として発生した高調波歪み成分を、スイッチ回路からアンテナ端子に至る経路において効果的に減衰することが可能となる。第２に、高周波モジュールの内部、および／または、該高周波モジュールに接続する外部素子において送信系と受信系の備えられた場所が近接しており送信系と受信系の間のアイソレーションが十分でない場合に、送信系から受信系を介してアンテナ端子に通過する高調波成分を低域通過フィルタの機能で効果的に減衰することができる。
【００３２】
本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る経路中にアンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを減衰する高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする。
【００３３】
このような高周波モジュールでは、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタにより減衰することができ、受動部品に比較して高電圧サージに対する耐性が低い高周波半導体集積回路の破壊に対する信頼性を向上することができる。
【００３４】
本発明の高周波モジュールは、前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを、通過周波数帯域の最も低い送受信系の経路中のみに備えたことを特徴とする。
【００３５】
アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージの周波数は、通常主に０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の周波数帯に分布しており、本発明の対象とする送受信系の通過周波数帯域よりも低い。したがって、このような高周波モジュールでは、最も破壊確率が大きいと考えられる通過周波数帯域の最も低い送受信系に属する高周波半導体集積回路のみに対して破壊に対する信頼性を向上させることができ、素子点数の増加を最小限に留めながら高周波モジュール全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明の高周波モジュールは、前記多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上であることを特徴とする。このような高周波モジュールでは、第一に、比誘電率の平方根に反比例して波長が短縮するため、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮することができる。第二に比誘電率に反比例してキャパシタ素子の対向面積を減少することができる。上記２つの要素から、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【００３７】
本発明の高周波モジュールでは、前記多層基板を構成する導体層が、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）のいずれかを主成分とする導体であることを特徴とする。
【００３８】
このような高周波モジュールでは、導体パターンの抵抗率が小さいために、伝送ロスを最小限に押さえられ、かつ、電力増幅回路に電力を供給するバイアスラインにおける抵抗が減少できるために、高周波モジュールの電力付加効率（出力電力の供給電力に対する比率）を最大限に得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る高周波モジュールの一例を説明するブロック図であり、この高周波モジュールは１つの共通のアンテナ端子と、そのアンテナ端子に接続されるＧＳＭ８５０方式（８５０ＭＨｚ帯）、ＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。
【００４０】
図１の高周波モジュールＲＦＭ１０は、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳに分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとにそれぞれ切替えるスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０と、前記スイッチの状態を制御するデコーダＤＥＣ１０と、スイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０の各送信系に設けられてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子への入力信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と、高周波信号を除去する低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力のインピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の動作切り替えをする制御回路ＣＯＮ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力を制御する自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１００へ流入する電流量を検知する電流検知回路ＩＤＥ１０で構成されている。
【００４１】
また、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを３０〜５０Ωまでのインピーダンスに変換させ、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０間のインピーダンスを調整する機能、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能を有する。
【００４２】
図２は、図１に示す高周波モジュールの回路図である。この図２によれば、アンテナ端子ＡＮＴは分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０に接続されている。すなわち、アンテナ端子ＡＮＴから受信されたＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の送受信系へ導かれ、ＤＣＳ／ＰＣＳ方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ／ＰＣＳ側の送受信系に導かれる。
【００４３】
次に、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路構成について具体的に説明する。
【００４４】
スイッチ回路ＳＷ１１０は受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切替えるものである。送受信の切替えには、例えば時分割方式が採用されている。スイッチ回路ＳＷ１１０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子を介して入力した信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の電力整合回路ＭＡＴ１０、整合回路ＭＡＴ１０と接続されている低域通過フィルタＬＰＦ１１０が設けられている。
【００４５】
ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路構成は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側と同様に、スイッチ回路ＳＷ１２０、増幅回路ＡＭＰ１２０、整合回路ＭＡＴ２０、低域通過フィルタＬＰＦ１２０より構成されている。
【００４６】
一方、電力増幅回路ＡＭＰ１１０及びＡＭＰ１２０の出力電力を制御する制御回路は、自動電力制御回路ＡＰＣ１０、電流検知回路ＩＤＥ１０、制御回路ＣＯＮ１０より構成されている。図２に示す例では、電流検知回路ＩＤＥ１０は、抵抗ＲｇとＲｓｅｎｓｅから構成されている。ここでＲｓｅｎｓｅの値を大きい値とすると、Ｒｓｅｎｓｅで生じる大きな電圧降下により電力増幅回路ＡＭＰ１１０及びＡＭＰ１２０に所望の電圧が印加できなり、送信時に必要な電力がとりだせなくなる。従ってＲｓｅｎｓｅは５０ｍΩ程度の小さい値が望ましい。
【００４７】
次に、上記回路について、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路を例にして具体的に説明する。
【００４８】
分波回路ＤＩＰ１０は、分布定数線路ＳＬＡＧ１、コンデンサＣＡＧ１、低域通過フィルタＬＰＦ１０とから形成されている。低域通過フィルタＬＰＦ１０は、分布定数線路、分布定数線路に平行に配置されたコンデンサ、該分布定数線路とグランドとの間に形成されたコンデンサにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ１０は、電力増幅回路ＡＭＰ１１０が発生する高調波成分を低減させるとともに、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能の一部を有する。また、高域通過フィルタＨＰＦ１０はＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどのサージからスイッチ回路ＳＷ１１０を保護する機能を有する。
【００４９】
ＳＷ１１０は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系、ＧＳＭ８５０の受信系、ＧＳＭ９００の受信系のそれぞれに接続する、Ａｎ１端子、Ｔｘ１端子、Ｒｘ１端子、Ｒｘ２端子を備え、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。スイッチ回路ＳＷ１１０は、その状態をモジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｓｄｄ、Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３等とデコーダＤＥＣ１０を介して接続されている。デコーダＤＥＣ１０は、バイアス端子Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３に印加される電圧に応じてスイッチ回路ＳＷ１１０を制御する機能をもつ。
【００５０】
電力増幅回路ＡＭＰ１１０は、初段、中段、後段の３段の増幅回路より構成され、それぞれに対してバイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４を介して電圧が供給され、この電圧をエネルギー源としてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。
【００５１】
整合回路ＭＡＴ１０は分布定数線路ＳＬＰＧ２〜ＳＬＰＧ４、コンデンサＣＰＧ１〜ＣＰＧ４からなり、分布定数線路ＳＬＰＧ２、コンデンサＣＰＧ２、ＣＰＧ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と低域通過フィルタＬＰＦ１１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。
【００５２】
また、分布定数線路ＳＬＰＧ３は、オープンスタブを構成し、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と低域通過フィルタＬＰＦ１１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、高調波成分の抑制、および電力増幅回路ＡＭＰ１１０の増幅性能を最大限まで引き出す役割を担っている。
【００５３】
コンデンサＣＰＧ１は電力増幅回路ＡＭＰ１１０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
【００５４】
段間整合回路ＩＭＡ１０は、前記３段の増幅回路の段間のインピーダンスの調整を行う機能を持つ。分布定数線路ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ６、コンデンサＣＰＧ５は、３段アンプを構成する電力増幅回路ＡＭＰ１１０の中段アンプと最終段アンプ、および初段アンプと中段アンプとの間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行なう役割を担っている。
【００５５】
低域通過フィルタＬＰＦ１１０により、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減することができる。
【００５６】
自動電力制御回路ＡＰＣ１０は出力電力を制御する為に設けられ、供給電源Ｖｃｃから電流検知回路ＩＤＥ１０を介して電力増幅装置ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０に入力された電流量に応じて、制御回路ＣＯＮ１０への制御信号を出力する。
【００５７】
制御回路ＣＯＮ１０は、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０からの信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力の大きさを制御する機能と、Ｖｍｏｄの信号によって電力増幅回路ＡＭＰ１１０とＡＭＰ１２０のうちの動作する側を切り替える機能を持つ。
【００５８】
以上、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路を例にして具体的に説明したが、ＤＣＳ／ＰＣＳ系も図１、２に示したように、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路とほぼ同様な回路構成からなる。
【００５９】
本発明の高周波モジュールＲＥＭ１０においては、誘電体層と導体層を交互に複数積層してなる多層基板を有し、多層基板の表面に部品や素子として実装されたり、多層基板の内部に部品として内蔵されたり、または導体層による回路パターンとして内蔵される。
【００６０】
本発明によれば、高周波モジュールの小型化のため、少なくともスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０が、ＳＷ１００として示すように、１つの高周波半導体集積回路素子（以下、ＳＷ−ＩＣ素子）に集積されている。また、デコーダＤＥＣ１０は、前記ＳＷ−ＩＣ素子内に集積させることが望ましいが、高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成されていても良い。
【００６１】
スイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０を構成するＳＷ−ＩＣ素子としては、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンが形成されていることによって小型化、低ロス化を図ることができる。
【００６２】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０も高周波半導体集積回路素子（以下、ＡＭＰ−ＩＣ素子という。）によって形成される。なお、制御回路ＣＯＮ１０は、ＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積されていることが望ましいが、別の実装部品として高周波モジュールの表面や内部に実装することもできる。
【００６３】
このＡＭＰ−ＩＣ素子としては、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造またはＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）で形成され、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）またはＳｉ（シリコン）を半導体材料として形成されるが、小型化、高効率化を図る上では、ＧａＡｓ ＨＢＴ構造の半導体素子からなることが望ましい。
【００６４】
また、自動電力制御回路ＡＰＣ１０も、半導体集積回路素子（以下、ＡＰＣ−ＩＣ素子という。）として前記多層基板の上面に、実装されていることが望ましく、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子中に集積化することもできる。また、自動電流検出回路ＩＤＥ１０は、抵抗部品などの受動部品でチップ部品として基板上に実装することができる。
【００６５】
本発明の送信用高周波モジュールＲＥＭ１０では、上記以外の回路について、分波回路ＤＩＰ１０、出力整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、段間整合回路ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０、低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部を、チップ部品（集中定数素子）として該多層基板の上面に設けたり、これらの回路を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部を、多層基板上面または内層に導体パターンとして設けることができる。
【００６６】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子とＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子とに接続される電圧制御発振回路ＶＣＯやバランが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【００６７】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０―ＲＸ端子、ＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、ＰＣＳ―ＲＸ端子とに接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【００６８】
また、コンデンサＣＰＧ１は、多層基板上面の実装部品とすることにより、多層基板内蔵素子の電気的不具合をチェックする際に方向性結合回路ＣＯＰ１０と整合回路ＭＡＴ１０を別々に評価することが可能となる。
【００６９】
図３は、本発明に係る高周波モジュールの一例の一部切欠斜視図である。図３に示すように、高周波モジュールは、同一寸法形状の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板Ａが構成されており、この多層基板Ａの上面及び側面は金属からなるシールドカバー１０で被覆され、さらに多層基板Ａの下面で該多層基板Ａの側面に近い部分には信号用端子パターン２２がＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）方式の電極として形成されている。
【００７０】
また、シールドカバー１０は、側面の所定位置に設けられた接地用の端面電極３５の少なくとも１つ以上と半田などの導体で固定されている。なお、図３では、誘電体層１１〜１７の上面の導体パターンは作図上省略されている。
【００７１】
そして、最上層の誘電体層１１上には、各種のパターンのほか、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子などの高周波モノリシック半導体集積回路素子２３や、コンデンサ、インダクタなどのチップ部品（集中定数素子）２４が複数実装されている。
【００７２】
誘電体層１１〜１７は、セラミックス、または合成樹脂、あるいはセラミックスと合成樹脂との複合材料などの誘電体材料によって形成される。微細回路の形成と、多層回路化および高信頼性を図る上では、セラミックスからなることが望ましい。具体的には、アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物を添加混合する。また、導体層を銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗の導体によって形成されていることが望ましく、これらの低抵抗金属との同時焼結性を図る上で、８００〜１０００℃で焼成可能なセラミックスを用いることが望ましく、例えば、ガラス、またはガラスセラミックスなどが好適に用いられる。
【００７３】
この多層基板Ａは、例えば、セラミックグリーンシートの表面に、上記金属を含有する導体ペーストを塗布したり、金属箔を貼付して、上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成して形成される。また、各誘電体層１１〜１７には複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通穴に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成されている。
【００７４】
なお、本発明の高周波モジュールにおいて、多層基板Ａを構成する誘電体層の比誘電率が１０以上、特に１５〜２５であることが望ましい。このように誘電体層を高誘電率化することで、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮するとともに、キャパシタ素子の対向面積を減少することができ、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【００７５】
図４は、高周波モジュールを構成する多層基板の概略断面図を示すもので、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子の半導体集積回路素子２３がそれぞれ多層基板Ａの上面に実装され、複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路、方向性結合回路、増幅回路の整合回路がそれぞれ、多層基板Ａの上面のコンデンサやインダクタなどのチップ部品２４と、多層基板の内部素子２５とによって形成されている。
【００７６】
ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子は、多層基板Ａの表面に形成されたダイパッド２７上に、ＡｇまたはＡｕＳｎなどの導電性接着材２８を用いてそれぞれ実装され、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子の入出力電極は、多層基板Ａの表面に形成された信号用パターン及び接地用パターン２９にＡｕなどボンディングワイヤ３０により接続されている。
【００７７】
また、多層基板Ａの上面は、エポキシ系などの樹脂３１で封止されている。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子は完全に固定され、また外部からの異物混入などを防止でき、高周波モジュールの信頼性を向上することができる。
【００７８】
図５は、多層基板Ａの下面のパターンを示す図である。即ち、多層基板Ａの下面の周辺部には、外部回路との接続のための信号用端子パターン３２やバイアス供給用端子パターン３３、接地用端子パターン３４が形成され、さらに多層基板Ａの４隅には、端面スルーホール電極３５が上面から底面に亘るように形成され、多層基板Ａの最下層４隅に形成されている接地用端子パターン３６と接続されている。また、中央部には、少なくとも１つ以上のＬＧＡ構造の接地用パターン３７が形成されており、前記多層基板の下面周辺部に形成された接地用端子パターン３４とも接続されている。
【００７９】
さらに、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７は、放熱を促進させるため、図４に示したサーマルビア３８と接続されている。これら多層基板Ａの下面に形成された接地用端子パターン３７は、例えば、携帯端末のプリント配線基板の回路と接続される。
【００８０】
このように多層基板Ａの下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７とサーマルビア３８が接続されることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子に発生した熱はサーマルビア３８、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用パターン３７を介しプリント配線基板へと放熱されるため、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性変動、及び／または、特性劣化を防ぐことができる。
【００８１】
サーマルビア３８を形成する導体は、低熱抵抗導体である銀、又は銅を用いることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性劣化を防ぐことができる。
【００８２】
なお、前記多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用パターン３７は、下面周辺部に形成された外部との接続のための信号用端子パターン３２、およびバイアス供給用端子パターン３３に接しない程度の大きさとして、１つの大きなパターンで形成しても良い。ただし、このように接地用パターン３７が大きい場合は、プリント配線基板との接続のための半田印刷が不均一となり、プリント配線基板との接続に不良が発生しやすいため、下面中央部に形成された接地用パターン３７上に、少なくとも１つ以上の接地用パターン３７や、各端子パターン３２、３３、３４、３６が露出するように、点線が囲んだ部分のみが露出するようにオーバーコートガラス３９が塗布形成されている。
【００８３】
高周波モジュールにおいて、本モジュールを構成するＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧が低下すると、ＡＭＰ−ＩＣ素子の出力レベル、および電力付加効率が劣化するため、ＡＭＰ−ＩＣ素子に電圧を供給する役割を持つ整合回路を形成する分布定数線路、コンデンサ用導体パターン、ビアホール導体の導体材料として、低抵抗導体である銀、または銅を用いることが望ましい。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧の低下を最小限に抑制することが可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高周波モジュールによれば、分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を一体化して小型化できるとともに、各部品を同時設計する事ができるため、モジュールとして最適な特性調整を行なうことができる。従って、各部品間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ携帯無線端末の設計工程を短縮できるためコスト削減を図ることができる。
【００８５】
また、スイッチ回路および電力増幅回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、それぞれ多層基板の上面に搭載することで、スイッチ回路の小型化と、モジュール全体としても小型化が可能となる。また、スイッチ回路を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化とコスト削減、さらには消費電流の低減を計ることが出来る。
【００８６】
さらに、自動電力制御回路に電力増幅回路に流入する電流量を検知する電流検知回路を接続したことにより、電力増幅回路からの出力電力を検知する方向性結合回路（カップラ）が不必要となり、部品点数を低減するともに、モジュールの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波モジュールの一例を説明するブロック図である。
【図２】図１に示す高周波モジュールの回路図である。
【図３】本発明に係る高周波モジュールの一例の一部切欠斜視図である。
【図４】高周波モジュールを構成する多層基板の概略断面図を示す。
【図５】図４の多層基板Ａの下面のパターンを示す図である。
【図６】ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。
【図７】従来のスイッチモジュールのブロック図を示す。
【図８】従来のフロントエンドモジュールＲＦＭ１のブロック図を示す
【符号の説明】
ＤＩＰ１０・・・分波回路
ＳＷ１００、ＳＷ１１０，ＳＷ１２０・・・スイッチ回路
ＤＥＣ１０・・・デコーダ
ＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０、ＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０・・・低域通過フィルタ
ＨＰＦ１０、ＨＰＦ２０・・・高域通過フィルタ
ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０・・・整合回路
ＡＭＰ１００、ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０、ＡＭＰ２００・・電力増幅回路
ＡＭＰ３００、ＡＭＰ４００・・・低ノイズ増幅回路
ＣＯＮ１０・・・制御回路
ＡＰＣ１０・・・自動電力制御回路
ＩＤＥ１０・・・電流検知回路
ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０・・・段間整合回路
ＡＳＭ１・・・スイッチモジュール
ＢＰＦ３００、ＢＰＦ４００・・・帯域通過フィルタ
ＣＯＰ１００、ＣＯＰ２００・・・カップラ
１１〜１７・・・誘電体層
２３・・・高周波半導体集積回路素子
２４・・・チップ部品
２５・・・内部素子
２７・・・ダイパッド
３０・・・ワイヤボンディング
３１・・・封止樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波モジュールに関し、特にマルチバンド用移動無線端末に好適な送信用電力増幅回路、スイッチ回路、分波回路、自動電力制御回路等を設けた送信用に好適な高周波モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、１台の携帯電話機内に２つ以上の送受信系を搭載するマルチバンド方式を採用した携帯電話機が提案されている。マルチバンド方式の携帯電話機は、地域性や使用目的等に合った送受信系を選択して送受信することができるようにした利便性の高い機器として期待されているものである。例えば、通信帯域の異なる複数の送受信系としてＧＳＭ／ＤＣＳの２方式を搭載したデュアルバンド方式の携帯電話機が普及している。
【０００３】
図６は、ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。高周波回路部は通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系ＧＳＭ／ＤＣＳに分波し、送受信系ＤＣＳ、ＧＳＭにおいてそれぞれ送信系ＴＸと受信系ＲＸとの切替を行うスイッチモジュールＡＳＭ１を備えると共に、送受信系ＤＣＳの送信系ＴＸ、受信系ＲＸと、送受信系ＧＳＭの送信系ＴＸ、受信系ＲＸとを備える。
【０００４】
送信系ＴＸは、各送受信系ともに方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００、２００、電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００を備える。電力増幅回路ＡＭＰ１００、２００は、電力増幅回路ＭＭＩＣと整合回路とからそれぞれ構成されている。
【０００５】
送信時には、ＴＸ側電力増幅回路ＡＭＰ１００、またはＡＭＰ２００で増幅された送信信号は、方向性結合回路（カップラ）ＣＯＰ１００またはＣＯＰ２００、さらに低域通過フィルタ、スイッチ回路、分波回路からなる高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を経由してアンテナＡＮＴから高周波信号として送信される。
【０００６】
一方、受信系ＲＸは帯域通過フィルタＢＰＦ３００、４００および低ノイズ増幅回路ＡＭＰ３００、４００を備える。受信時には、アンテナＡＮＴで受信された高周波信号は高周波スイッチモジュールＡＳＭ１を介して取り出され、帯域通過フィルタＢＰＦ３００、またはＢＰＦ４００にて受信帯域近傍の不要信号が除去された後、ＲＸ側低ノイズ増幅器ＡＭＰ３００、またはＡＭＰ４００にて増幅される。
【０００７】
デュアルバンド方式の携帯電話機では各送受信系の構成に必要な回路を搭載する必要があるが、それぞれ個別の専用部品を用いて回路を構成すれば、機器の大型化、高コスト化を招来することとなる。そこで、共通可能な回路部分は、可及的に共通化するようにして機器の小型化、低コスト化を有利に展開する事が要請されている。またさらに、携帯電話の大部分の電力を消費する送信用電力増幅器の電力付加効率を向上させることが要求されている。
【０００８】
このような要求に対して、例えば、特許文献１には小型化を図るマルチバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１が開示されている。
【０００９】
図７は、このマルチバンド用高周波スイッチモジュールＡＳＭ１のブロック図を示すもので、通過帯域の異なる２つの送受信系を各送受信系に分けるノッチ回路からなる分波回路と、前記各送受信系を送信系と受信系に切りかえるスイッチ回路ＳＷと、各送信系に配置された低域通過フィルタＬＰＦとから構成され、前記分波回路はＬＣ素子が並列接続されたノッチ回路を２つ用い、各ノッチ回路の一端同士は接続されて２系統の送受信系に共通の共通端子とされ、一方、各ノッチ回路の他端はスイッチ回路ＳＷに接続されている。
【００１０】
また、特許文献２には複合小型化を図る無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１が開示されている。図８は、この無線通信用フロントエンドモジュールＲＦＭ１のブロック図を示すもので、電力増幅器、方向性結合器、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとしてモジュール化を行っている。また、特許文献２の実施例によると、アンテナスイッチモジュールの内部で送受信切替えを行うスイッチの例として、ダイオード、インダクタ素子、キャパシタンス素子を用いた回路が掲載されている。
【００１１】
〔特許文献１〕
特開平１１−２２５０８８号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−２９０２５７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
今日、デュアルバンド方式においては、高周波スイッチを構成する部品をプリント配線基板上に実装するタイプに代えて、上記特許文献１に開示されるように、高周波スイッチ回路を部分的に一体化してモジュール化することは行われているが、高周波スイッチモジュールおよび送信用電力増幅器、カップラの各部品をプリント基板上に実装しているため、かかる態様ではこれ以上の小型化は限界である。
【００１３】
また、高周波スイッチモジュール、送信用電力増幅器の各部品をプリント配線基板上にそれぞれ実装した場合、そのままでは携帯電話機の高周波回路部としての特性を満足することは稀で、部品間に特性調整用の回路がさらに必要となるという設計時の制約と、その付設回路分だけ機器の大型化を招き、さらにその付設回路分だけの電力損失が発生することによる電力増幅器の電力効率の劣化を招くという問題があった。
【００１４】
また、上記特許文献２に開示されるように、電力増幅器、方向性結合器、整合回路、アンテナスイッチモジュールを１つのフロントエンドモジュールとして一体化することは行われているが、以下に述べるような課題が存在する。
【００１５】
まず、従来のモジュールにおいては、送受信を切替えるスイッチ回路にダイオードを用いており、各送受信系におけるスイッチ回路に対してダイオード、高周波チョーク用のインダクタ素子、バイアス電流制御用の抵抗、約四分の１波長のインダクタ素子が少なくとも必要である。そのため、多層基板の上面にダイオード等の表面実装部品が必要となり、高周波モジュールの小型化の要求に逆行することとなる。特に、マルチバンド化が進み、１つのモジュールで更に多くのバンドに対応する必要が生じた場合、バンド数に比例した表層スペースが必要となり、ますます小型化の実現が困難となる。
【００１６】
また、ダイオードを用いた高周波スイッチ回路を備えた、従来の高周波モジュールでは、ダイオードを駆動するために数ミリアンペアのバイアス電流が必要であり、機器の低消費電力化の市場要求に対する課題の一つとなっている。
【００１７】
ただし、高周波モジュールを構成する素子として高周波半導体集積回路素子を用いるとしても、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路で行う回路構成を採用すると、以下の３点の課題が生ずる。
【００１８】
第１に、高周波半導体集積回路は、オンになる経路の両端が丁度５０オームで整合するとは限らないため、アンテナ端子に高周波半導体回路を直接に接続すると、両者の間のインピーダンス整合手段がなくなってしまう。逆に、インピーダンス整合用の素子を新たに追加すると、高周波モジュールの小型化と低ロス化に逆行することとなる。
【００１９】
第２に、高周波半導体集積回路素子は、受動素子に比較して高電圧サージに対する耐性が弱いという欠点がある。このため、アンテナ端子に高周波半導体集積回路素子を直接に接続すると、携帯電話の外部よりアンテナ端子を介して入力した高電圧サージが、直接的に高周波半導体集積回路素子に入力することになるため、該高周波半導体集積回路素子の破壊確率が高まり、高周波モジュールの信頼性が減少するという課題が生ずる。
【００２０】
第３に、マルチバンド対応のモジュールにおいては、あるシステムの高調波成分の周波数帯域が、他のシステムの基本波の周波数帯域とオーバーラップしている場合があり、このような場合、送受信切替え機能の他にバンド切替え機能をも高周波半導体集積回路素子で行う回路構成を採用すると、半導体集積回路素子の内部パターンの干渉により、あるシステムの高調波成分が、他のシステムの経路を介してアンテナ端子まで伝送され、高調波成分の減衰量が不足するという課題が生ずる。
【００２１】
従って、本発明は、かかる課題を解消するためになされたもので、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を一体化して小型化するにあたり、送受信切替えスイッチ回路を小型化するとともに消費電流を低減し、アンテナ端子とスイッチ回路の間の整合を調整する手段を与え、かつ、スイッチ回路の高電圧サージに対する耐性を向上し、モジュール全体として小型化、低ロス化、高アイソレーション化を実現することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波モジュールは、誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、前記スイッチ回路と該整合回路との間に接続され高周波信号を除去する低域通過フィルタ回路と、前記電力増幅回路と接続される制御回路と、該制御回路に接続される自動電力制御回路と、を備えた高周波モジュールであって、前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなるとともに、前記自動電力制御回路が前記電力増幅回路に流入する電流量を検知する電流検知回路と接続されていることを特徴とするものである。
【００２３】
このような高周波モジュールでは、分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を多層基板に対して一体化して小型化できるとともに、各回路を同時に設計する事ができるため、モジュールとして最適な特性調整を行なうことができる。従って、各回路間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ携帯無線端末の設計工程を短縮できるためコスト削減を図ることができる。
【００２４】
また、スイッチ回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、前記多層基板の表面に搭載することで、従来のように、スイッチ回路を構成するダイオード、インダクタ素子、キャパシタ素子のそれぞれを複数個、多層基板上面に搭載するかまたは多層基板に内蔵する場合に比べてスイッチ回路を小型化できるとともに、多層基板の表面のスイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子が搭載された面の下側の部分にスイッチ回路以外の回路素子を内蔵することができ、モジュール全体としても小型化が可能となる。
【００２５】
また、スイッチ回路を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化を計ることができる。小型化と製造工程短縮化にともないコスト削減が可能となる。さらに、従来のダイオードを用いたスイッチ回路におけるダイオードのオン／オフには１０ｍＡオーダーのバイアス電流が必要であるのに対して高周波半導体集積回路素子を用いたスイッチ回路のオン／オフには０．５ｍＡオーダーの電流しか必要としないため、消費電流の低減を計ることが出来る。
【００２６】
また、通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路を高周波半導体集積回路で形成されたスイッチ回路に付与せず、アンテナ端子とスイッチ回路の間に備えられ、多層基板の上面に表面実装された部品、および／または、該多層基板に内蔵された素子で構成することにより、スイッチ回路のロスが最小となるためのインピーダンス調整機能を分波回路を構成する部品や素子で兼用することができ、整合のために新たな素子を設けることなくロスが最小となるような調整をすることができる。また、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージが高周波半導体集積回路素子で形成されたスイッチ回路に直接的に入力されることなく、分波回路やその前後に備えられたフィルタの減衰機能に応じて減衰された後に間接的に該スイッチ回路に入力されることとなり、スイッチ回路、ひいては高周波モジュールの耐高電圧に関する信頼性を向上することができる。
【００２７】
また、電力増幅回路に流れ込む電流量を電流検知回路を自動電力制御回路と接続することで、電力増幅回路からの出力電力を検知する方向性結合回路（カップラ）が不必要となり、部品点数を低減するともに、モジュールの小型化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明の高周波モジュールは、前記自動電力制御回路を高周波半導体集積回路素子として前記多層基板の表面に実装したことを特徴とする。このような高周波モジュールでは、自動電力制御回路を多層基板に実装することで、回路の小型化を図ることが出来る。
【００２９】
また、前記スイッチ回路を構成する高周波半導体集積回路素子は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンが形成されていることを特徴とする。このような高周波モジュールでは、多層基板の上面に実装されるスイッチ回路のサイズを小型化しかつ通過ロスを減少することが可能となり、高周波モジュール全体の小型化と低ロス化を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る信号経路中に低域通過フィルタを少なくとも１個備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような高周波モジュールでは、第１に、スイッチ回路を原因として発生した高調波歪み成分を、スイッチ回路からアンテナ端子に至る経路において効果的に減衰することが可能となる。第２に、高周波モジュールの内部、および／または、該高周波モジュールに接続する外部素子において送信系と受信系の備えられた場所が近接しており送信系と受信系の間のアイソレーションが十分でない場合に、送信系から受信系を介してアンテナ端子に通過する高調波成分を低域通過フィルタの機能で効果的に減衰することができる。
【００３２】
本発明の高周波モジュールは、前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る経路中にアンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを減衰する高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする。
【００３３】
このような高周波モジュールでは、アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタにより減衰することができ、受動部品に比較して高電圧サージに対する耐性が低い高周波半導体集積回路の破壊に対する信頼性を向上することができる。
【００３４】
本発明の高周波モジュールは、前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを、通過周波数帯域の最も低い送受信系の経路中のみに備えたことを特徴とする。
【００３５】
アンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージの周波数は、通常主に０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の周波数帯に分布しており、本発明の対象とする送受信系の通過周波数帯域よりも低い。したがって、このような高周波モジュールでは、最も破壊確率が大きいと考えられる通過周波数帯域の最も低い送受信系に属する高周波半導体集積回路のみに対して破壊に対する信頼性を向上させることができ、素子点数の増加を最小限に留めながら高周波モジュール全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明の高周波モジュールは、前記多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上であることを特徴とする。このような高周波モジュールでは、第一に、比誘電率の平方根に反比例して波長が短縮するため、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮することができる。第二に比誘電率に反比例してキャパシタ素子の対向面積を減少することができる。上記２つの要素から、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【００３７】
本発明の高周波モジュールでは、前記多層基板を構成する導体層が、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）のいずれかを主成分とする導体であることを特徴とする。
【００３８】
このような高周波モジュールでは、導体パターンの抵抗率が小さいために、伝送ロスを最小限に押さえられ、かつ、電力増幅回路に電力を供給するバイアスラインにおける抵抗が減少できるために、高周波モジュールの電力付加効率（出力電力の供給電力に対する比率）を最大限に得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る高周波モジュールの一例を説明するブロック図であり、この高周波モジュールは１つの共通のアンテナ端子と、そのアンテナ端子に接続されるＧＳＭ８５０方式（８５０ＭＨｚ帯）、ＧＳＭ９００方式（９００ＭＨｚ帯）、ＤＣＳ方式（１８００ＭＨｚ帯）、ＰＣＳ方式（１９００ＭＨｚ帯）の４つの送受信系から構成される。
【００４０】
図１の高周波モジュールＲＦＭ１０は、アンテナ端子ＡＮＴに対して通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳに分ける分波回路ＤＩＰ１０と、各送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００とＤＣＳ／ＰＣＳを、それぞれ、送信系ＴＸと受信系ＲＸとにそれぞれ切替えるスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０と、前記スイッチの状態を制御するデコーダＤＥＣ１０と、スイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０の各送信系に設けられてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子、ＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子への入力信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と、高周波信号を除去する低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力のインピーダンス調整等を行う整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の動作切り替えをする制御回路ＣＯＮ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力を制御する自動電力制御回路ＡＰＣ１０と、電力増幅回路ＡＭＰ１００へ流入する電流量を検知する電流検知回路ＩＤＥ１０で構成されている。
【００４１】
また、整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０は、それぞれ電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力インピーダンスである０．５〜２Ωを３０〜５０Ωまでのインピーダンスに変換させ、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０と低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０間のインピーダンスを調整する機能、電力増幅回路で発生する高調波成分を減衰する機能を有する。
【００４２】
図２は、図１に示す高周波モジュールの回路図である。この図２によれば、アンテナ端子ＡＮＴは分波回路ＤＩＰ１０を介してスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０に接続されている。すなわち、アンテナ端子ＡＮＴから受信されたＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の送受信系へ導かれ、ＤＣＳ／ＰＣＳ方式の受信信号は分波回路ＤＩＰ１０を経てＤＣＳ／ＰＣＳ側の送受信系に導かれる。
【００４３】
次に、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路構成について具体的に説明する。
【００４４】
スイッチ回路ＳＷ１１０は受信系ＲＸと送信系ＴＸとを切替えるものである。送受信の切替えには、例えば時分割方式が採用されている。スイッチ回路ＳＷ１１０の送信系ＴＸ側には、高周波モジュールの外部よりＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子を介して入力した信号を増幅する電力増幅回路ＡＭＰ１１０、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の電力整合回路ＭＡＴ１０、整合回路ＭＡＴ１０と接続されている低域通過フィルタＬＰＦ１１０が設けられている。
【００４５】
ＤＣＳ／ＰＣＳ側の回路構成は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側と同様に、スイッチ回路ＳＷ１２０、増幅回路ＡＭＰ１２０、整合回路ＭＡＴ２０、低域通過フィルタＬＰＦ１２０より構成されている。
【００４６】
一方、電力増幅回路ＡＭＰ１１０及びＡＭＰ１２０の出力電力を制御する制御回路は、自動電力制御回路ＡＰＣ１０、電流検知回路ＩＤＥ１０、制御回路ＣＯＮ１０より構成されている。図２に示す例では、電流検知回路ＩＤＥ１０は、抵抗ＲｇとＲｓｅｎｓｅから構成されている。ここでＲｓｅｎｓｅの値を大きい値とすると、Ｒｓｅｎｓｅで生じる大きな電圧降下により電力増幅回路ＡＭＰ１１０及びＡＭＰ１２０に所望の電圧が印加できなり、送信時に必要な電力がとりだせなくなる。従ってＲｓｅｎｓｅは５０ｍΩ程度の小さい値が望ましい。
【００４７】
次に、上記回路について、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路を例にして具体的に説明する。
【００４８】
分波回路ＤＩＰ１０は、分布定数線路ＳＬＡＧ１、コンデンサＣＡＧ１、低域通過フィルタＬＰＦ１０とから形成されている。低域通過フィルタＬＰＦ１０は、分布定数線路、分布定数線路に平行に配置されたコンデンサ、該分布定数線路とグランドとの間に形成されたコンデンサにより構成されている。この低域通過フィルタＬＰＦ１０は、電力増幅回路ＡＭＰ１１０が発生する高調波成分を低減させるとともに、アンテナ端子からの信号を周波数によって送受信系ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００と送受信系ＤＣＳ／ＰＣＳとに分ける機能の一部を有する。また、高域通過フィルタＨＰＦ１０はＡＮＴ端子に入力したＥＳＤなどのサージからスイッチ回路ＳＷ１１０を保護する機能を有する。
【００４９】
ＳＷ１１０は、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００の送信系、ＧＳＭ８５０の受信系、ＧＳＭ９００の受信系のそれぞれに接続する、Ａｎ１端子、Ｔｘ１端子、Ｒｘ１端子、Ｒｘ２端子を備え、送受信の切替えを行う機能を持つ、また、送信時に送信信号が受信側に漏れる量を減衰する機能も併せ持つ。スイッチ回路ＳＷ１１０は、その状態をモジュールの外部から制御するバイアス端子Ｖｓｄｄ、Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３等とデコーダＤＥＣ１０を介して接続されている。デコーダＤＥＣ１０は、バイアス端子Ｖｓｃ１、Ｖｓｃ２、Ｖｓｃ３に印加される電圧に応じてスイッチ回路ＳＷ１１０を制御する機能をもつ。
【００５０】
電力増幅回路ＡＭＰ１１０は、初段、中段、後段の３段の増幅回路より構成され、それぞれに対してバイアス線路ＳＬＰＧ６、ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ４を介して電圧が供給され、この電圧をエネルギー源としてＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子に入力された入力信号の増幅が行われる。
【００５１】
整合回路ＭＡＴ１０は分布定数線路ＳＬＰＧ２〜ＳＬＰＧ４、コンデンサＣＰＧ１〜ＣＰＧ４からなり、分布定数線路ＳＬＰＧ２、コンデンサＣＰＧ２、ＣＰＧ３により低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と低域通過フィルタＬＰＦ１１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減するという機能を有する。
【００５２】
また、分布定数線路ＳＬＰＧ３は、オープンスタブを構成し、電力増幅回路ＡＭＰ１１０の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と低域通過フィルタＬＰＦ１１０の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行うとともに、高調波成分の抑制、および電力増幅回路ＡＭＰ１１０の増幅性能を最大限まで引き出す役割を担っている。
【００５３】
コンデンサＣＰＧ１は電力増幅回路ＡＭＰ１１０の入力側にＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
【００５４】
段間整合回路ＩＭＡ１０は、前記３段の増幅回路の段間のインピーダンスの調整を行う機能を持つ。分布定数線路ＳＬＰＧ５、ＳＬＰＧ６、コンデンサＣＰＧ５は、３段アンプを構成する電力増幅回路ＡＭＰ１１０の中段アンプと最終段アンプ、および初段アンプと中段アンプとの間に備えられ、それぞれの段間のインピーダンス整合を行なう役割を担っている。
【００５５】
低域通過フィルタＬＰＦ１１０により、前記電力増幅回路ＡＭＰ１１０から発生する不要信号を低減することができる。
【００５６】
自動電力制御回路ＡＰＣ１０は出力電力を制御する為に設けられ、供給電源Ｖｃｃから電流検知回路ＩＤＥ１０を介して電力増幅装置ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０に入力された電流量に応じて、制御回路ＣＯＮ１０への制御信号を出力する。
【００５７】
制御回路ＣＯＮ１０は、自動電力増幅回路ＡＰＣ１０からの信号に応じて電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０の出力の大きさを制御する機能と、Ｖｍｏｄの信号によって電力増幅回路ＡＭＰ１１０とＡＭＰ１２０のうちの動作する側を切り替える機能を持つ。
【００５８】
以上、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路を例にして具体的に説明したが、ＤＣＳ／ＰＣＳ系も図１、２に示したように、ＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００側の回路とほぼ同様な回路構成からなる。
【００５９】
本発明の高周波モジュールＲＥＭ１０においては、誘電体層と導体層を交互に複数積層してなる多層基板を有し、多層基板の表面に部品や素子として実装されたり、多層基板の内部に部品として内蔵されたり、または導体層による回路パターンとして内蔵される。
【００６０】
本発明によれば、高周波モジュールの小型化のため、少なくともスイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０が、ＳＷ１００として示すように、１つの高周波半導体集積回路素子（以下、ＳＷ−ＩＣ素子）に集積されている。また、デコーダＤＥＣ１０は、前記ＳＷ−ＩＣ素子内に集積させることが望ましいが、高周波モジュールの外部に別の電子部品として構成されていても良い。
【００６１】
スイッチ回路ＳＷ１１０、ＳＷ１２０を構成するＳＷ−ＩＣ素子としては、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上にスイッチ回路パターンが形成されていることによって小型化、低ロス化を図ることができる。
【００６２】
また、本発明の高周波モジュールにおいては、電力増幅回路ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０も高周波半導体集積回路素子（以下、ＡＭＰ−ＩＣ素子という。）によって形成される。なお、制御回路ＣＯＮ１０は、ＡＭＰ−ＩＣ素子内に集積されていることが望ましいが、別の実装部品として高周波モジュールの表面や内部に実装することもできる。
【００６３】
このＡＭＰ−ＩＣ素子としては、ＨＢＴ（ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造またはＰ−ＨＥＭＴ構造（高移動度トランジスタ）で形成され、ＧａＡｓ（ガリウム−砒素）、ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）またはＳｉ（シリコン）を半導体材料として形成されるが、小型化、高効率化を図る上では、ＧａＡｓ ＨＢＴ構造の半導体素子からなることが望ましい。
【００６４】
また、自動電力制御回路ＡＰＣ１０も、半導体集積回路素子（以下、ＡＰＣ−ＩＣ素子という。）として前記多層基板の上面に、実装されていることが望ましく、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子中に集積化することもできる。また、自動電流検出回路ＩＤＥ１０は、抵抗部品などの受動部品でチップ部品として基板上に実装することができる。
【００６５】
本発明の送信用高周波モジュールＲＥＭ１０では、上記以外の回路について、分波回路ＤＩＰ１０、出力整合回路ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０、段間整合回路ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０、低域通過フィルタＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部を、チップ部品（集中定数素子）として該多層基板の上面に設けたり、これらの回路を構成するコンデンサ、インダクタ等の一部を、多層基板上面または内層に導体パターンとして設けることができる。
【００６６】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０／ＧＳＭ９００ＴＸ端子とＤＣＳ／ＰＣＳＴＸ端子とに接続される電圧制御発振回路ＶＣＯやバランが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【００６７】
また、高周波モジュールの更なる小型化のために、図に示さないが、携帯電話機において図１のＧＳＭ８５０―ＲＸ端子、ＧＳＭ９００―ＲＸ端子、ＤＣＳ―ＲＸ端子、ＰＣＳ―ＲＸ端子とに接続される、ＳＡＷフィルタ、ＦＢＡＲフィルタ等の帯域通過フィルタが、本実施例に示す高周波モジュールの内部に一体化されていても良い。
【００６８】
また、コンデンサＣＰＧ１は、多層基板上面の実装部品とすることにより、多層基板内蔵素子の電気的不具合をチェックする際に方向性結合回路ＣＯＰ１０と整合回路ＭＡＴ１０を別々に評価することが可能となる。
【００６９】
図３は、本発明に係る高周波モジュールの一例の一部切欠斜視図である。図３に示すように、高周波モジュールは、同一寸法形状の誘電体層１１〜１７が積層されて多層基板Ａが構成されており、この多層基板Ａの上面及び側面は金属からなるシールドカバー１０で被覆され、さらに多層基板Ａの下面で該多層基板Ａの側面に近い部分には信号用端子パターン２２がＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）方式の電極として形成されている。
【００７０】
また、シールドカバー１０は、側面の所定位置に設けられた接地用の端面電極３５の少なくとも１つ以上と半田などの導体で固定されている。なお、図３では、誘電体層１１〜１７の上面の導体パターンは作図上省略されている。
【００７１】
そして、最上層の誘電体層１１上には、各種のパターンのほか、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子などの高周波モノリシック半導体集積回路素子２３や、コンデンサ、インダクタなどのチップ部品（集中定数素子）２４が複数実装されている。
【００７２】
誘電体層１１〜１７は、セラミックス、または合成樹脂、あるいはセラミックスと合成樹脂との複合材料などの誘電体材料によって形成される。微細回路の形成と、多層回路化および高信頼性を図る上では、セラミックスからなることが望ましい。具体的には、アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物を添加混合する。また、導体層を銅、銀、金の群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗の導体によって形成されていることが望ましく、これらの低抵抗金属との同時焼結性を図る上で、８００〜１０００℃で焼成可能なセラミックスを用いることが望ましく、例えば、ガラス、またはガラスセラミックスなどが好適に用いられる。
【００７３】
この多層基板Ａは、例えば、セラミックグリーンシートの表面に、上記金属を含有する導体ペーストを塗布したり、金属箔を貼付して、上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成して形成される。また、各誘電体層１１〜１７には複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通穴に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成されている。
【００７４】
なお、本発明の高周波モジュールにおいて、多層基板Ａを構成する誘電体層の比誘電率が１０以上、特に１５〜２５であることが望ましい。このように誘電体層を高誘電率化することで、各回路を構成する分布定数線路の長さを短縮するとともに、キャパシタ素子の対向面積を減少することができ、高周波モジュールの小型化を実現することが可能となる。
【００７５】
図４は、高周波モジュールを構成する多層基板の概略断面図を示すもので、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子の半導体集積回路素子２３がそれぞれ多層基板Ａの上面に実装され、複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路、方向性結合回路、増幅回路の整合回路がそれぞれ、多層基板Ａの上面のコンデンサやインダクタなどのチップ部品２４と、多層基板の内部素子２５とによって形成されている。
【００７６】
ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子は、多層基板Ａの表面に形成されたダイパッド２７上に、ＡｇまたはＡｕＳｎなどの導電性接着材２８を用いてそれぞれ実装され、また、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子の入出力電極は、多層基板Ａの表面に形成された信号用パターン及び接地用パターン２９にＡｕなどボンディングワイヤ３０により接続されている。
【００７７】
また、多層基板Ａの上面は、エポキシ系などの樹脂３１で封止されている。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子、ＳＷ−ＩＣ素子、ＡＰＣ−ＩＣ素子は完全に固定され、また外部からの異物混入などを防止でき、高周波モジュールの信頼性を向上することができる。
【００７８】
図５は、多層基板Ａの下面のパターンを示す図である。即ち、多層基板Ａの下面の周辺部には、外部回路との接続のための信号用端子パターン３２やバイアス供給用端子パターン３３、接地用端子パターン３４が形成され、さらに多層基板Ａの４隅には、端面スルーホール電極３５が上面から底面に亘るように形成され、多層基板Ａの最下層４隅に形成されている接地用端子パターン３６と接続されている。また、中央部には、少なくとも１つ以上のＬＧＡ構造の接地用パターン３７が形成されており、前記多層基板の下面周辺部に形成された接地用端子パターン３４とも接続されている。
【００７９】
さらに、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７は、放熱を促進させるため、図４に示したサーマルビア３８と接続されている。これら多層基板Ａの下面に形成された接地用端子パターン３７は、例えば、携帯端末のプリント配線基板の回路と接続される。
【００８０】
このように多層基板Ａの下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用端子パターン３７とサーマルビア３８が接続されることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子に発生した熱はサーマルビア３８、多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用パターン３７を介しプリント配線基板へと放熱されるため、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性変動、及び／または、特性劣化を防ぐことができる。
【００８１】
サーマルビア３８を形成する導体は、低熱抵抗導体である銀、又は銅を用いることにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の熱による出力レベル、電力付加効率などの特性劣化を防ぐことができる。
【００８２】
なお、前記多層基板の下面中央部に形成されたＬＧＡ構造の接地用パターン３７は、下面周辺部に形成された外部との接続のための信号用端子パターン３２、およびバイアス供給用端子パターン３３に接しない程度の大きさとして、１つの大きなパターンで形成しても良い。ただし、このように接地用パターン３７が大きい場合は、プリント配線基板との接続のための半田印刷が不均一となり、プリント配線基板との接続に不良が発生しやすいため、下面中央部に形成された接地用パターン３７上に、少なくとも１つ以上の接地用パターン３７や、各端子パターン３２、３３、３４、３６が露出するように、点線が囲んだ部分のみが露出するようにオーバーコートガラス３９が塗布形成されている。
【００８３】
高周波モジュールにおいて、本モジュールを構成するＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧が低下すると、ＡＭＰ−ＩＣ素子の出力レベル、および電力付加効率が劣化するため、ＡＭＰ−ＩＣ素子に電圧を供給する役割を持つ整合回路を形成する分布定数線路、コンデンサ用導体パターン、ビアホール導体の導体材料として、低抵抗導体である銀、または銅を用いることが望ましい。これにより、ＡＭＰ−ＩＣ素子の駆動電圧の低下を最小限に抑制することが可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の高周波モジュールによれば、分波回路から電力増幅回路までを構成する回路要素を一体化して小型化できるとともに、各部品を同時設計する事ができるため、モジュールとして最適な特性調整を行なうことができる。従って、各部品間に特性調整用の回路を設ける必要がなく、低ロス化が実現でき、且つ携帯無線端末の設計工程を短縮できるためコスト削減を図ることができる。
【００８５】
また、スイッチ回路および電力増幅回路を高周波半導体集積回路素子で形成し、それぞれ多層基板の上面に搭載することで、スイッチ回路の小型化と、モジュール全体としても小型化が可能となる。また、スイッチ回路を構成する部品点数が減少することにより、製造工程の短縮化とコスト削減、さらには消費電流の低減を計ることが出来る。
【００８６】
さらに、自動電力制御回路に電力増幅回路に流入する電流量を検知する電流検知回路を接続したことにより、電力増幅回路からの出力電力を検知する方向性結合回路（カップラ）が不必要となり、部品点数を低減するともに、モジュールの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波モジュールの一例を説明するブロック図である。
【図２】図１に示す高周波モジュールの回路図である。
【図３】本発明に係る高周波モジュールの一例の一部切欠斜視図である。
【図４】高周波モジュールを構成する多層基板の概略断面図を示す。
【図５】図４の多層基板Ａの下面のパターンを示す図である。
【図６】ＧＳＭ／ＤＣＳ方式のデュアルバンド方式の携帯電話機の高周波回路部のブロック図を示す。
【図７】従来のスイッチモジュールのブロック図を示す。
【図８】従来のフロントエンドモジュールＲＦＭ１のブロック図を示す
【符号の説明】
ＤＩＰ１０・・・分波回路
ＳＷ１００、ＳＷ１１０，ＳＷ１２０・・・スイッチ回路
ＤＥＣ１０・・・デコーダ
ＬＰＦ１０、ＬＰＦ２０、ＬＰＦ１１０、ＬＰＦ１２０・・・低域通過フィルタ
ＨＰＦ１０、ＨＰＦ２０・・・高域通過フィルタ
ＭＡＴ１０、ＭＡＴ２０・・・整合回路
ＡＭＰ１００、ＡＭＰ１１０、ＡＭＰ１２０、ＡＭＰ２００・・電力増幅回路
ＡＭＰ３００、ＡＭＰ４００・・・低ノイズ増幅回路
ＣＯＮ１０・・・制御回路
ＡＰＣ１０・・・自動電力制御回路
ＩＤＥ１０・・・電流検知回路
ＩＭＡ１０、ＩＭＡ２０・・・段間整合回路
ＡＳＭ１・・・スイッチモジュール
ＢＰＦ３００、ＢＰＦ４００・・・帯域通過フィルタ
ＣＯＰ１００、ＣＯＰ２００・・・カップラ
１１〜１７・・・誘電体層
２３・・・高周波半導体集積回路素子
２４・・・チップ部品
２５・・・内部素子
２７・・・ダイパッド
３０・・・ワイヤボンディング
３１・・・封止樹脂
Claims (8)
- 誘電体層と導体層が交互に積層されてなる多層基板の表面および／または内部に、アンテナ端子に接続され通過帯域の異なる複数の送受信系を各送受信系に分ける分波回路と、該分波回路に接続され前記各送受信系を送信系と受信系に切り替えるスイッチ回路と、該スイッチ回路に接続され各送信系の通過帯域での送信信号を増幅する電力増幅回路と、該電力増幅回路の整合回路と、前記スイッチ回路と該整合回路との間に接続され高周波信号を除去する低域通過フィルタ回路と、前記電力増幅回路と接続される制御回路と、該制御回路に接続される自動電力制御回路と、を備えた高周波モジュールであって、
前記電力増幅回路および前記スイッチ回路を、いずれも高周波半導体集積回路素子として、それぞれ前記多層基板の表面に実装してなるとともに、前記自動電力制御回路に前記電力増幅回路に流入する電流量を検知する電流検知回路を接続したことを特徴とする高周波モジュール。 - 前記自動電力制御回路を、高周波半導体集積回路素子として前記多層基板の表面に実装したことを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
- 前記スイッチ回路が、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）化合物を主成分とする基板上に回路パターンが形成された半導体集積回路素子からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波モジュール。
- 前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る信号経路中に低域通過フィルタを少なくとも１個備えたことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか記載の高周波モジュール。
- 前記アンテナ端子から前記スイッチ回路に至る経路中にアンテナ端子に入力した過渡的な高電圧サージを減衰する高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波モジュール。
- 前記高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを、通過周波数帯域の最も低い送受信系の経路中のみに備えたことを特徴とする請求項５記載の高周波モジュール。
- 前記多層基板を構成する誘電体層の比誘電率が１０以上であることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高周波モジュール。
- 前記多層基板を構成する導体層が、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）のいずれかを主成分とする導体であることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高周波モジュール。
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