JP2004304628A - パワーアンプモジュール用多層基板及びパワーアンプモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】信号伝送路となる入出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を抑制し、特性劣化のない小型、かつ、薄型のパワーアンプモジュール用多層基板を提供する。
【解決手段】出力インピーダンス整合回路２１５に含まれるキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５を構成するキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１は、機能層７２―７３間に備えられている。直流バイアス回路２１６に含まれるインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンは、機能層７４−７５間に備えられている。接地電極ＧＮＤ２は、機能層７４−７３間に配置されている。
【選択図】 図４
【解決手段】出力インピーダンス整合回路２１５に含まれるキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５を構成するキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１は、機能層７２―７３間に備えられている。直流バイアス回路２１６に含まれるインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンは、機能層７４−７５間に備えられている。接地電極ＧＮＤ２は、機能層７４−７３間に配置されている。
【選択図】 図４
Description
【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パワーアンプモジュール及びその構成要素たる多層基板に関する。
【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パワーアンプモジュールへの需要が高まっている。パワーアンプ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、電力増幅素子部へ伝えられ、電力増幅素子部にて増幅された信号が、デュプレクサを経て送信用アンテナヘ伝えられる。電力増幅素子部では、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。電力増幅素子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素子部に、送信される電力が常に一定となるように、自動電力制御（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下ＡＰＣと称する）が加わる。このため、電力増幅素子部からの出力信号が、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、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、電力増幅素子部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素子部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、電力増幅素子部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、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】
パワーアンプモジュールは多層基板を含んでいる。パワーアンプモジュールを構成する多層基板の材料としては、一般に、ガラスエポキシ基板に見られるように、有機樹脂が用いられる。また、多層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、高誘電率で、かつ、低誘電正接の特性を有する材料が用いられる。
【０００７】
パワーアンプモジュールに含まれる電力増幅素子は、多層基板の一面上に搭載され、電力増幅素子の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直流バイアス回路に必要な受動素子の幾つかは、この多層基板内に形成される。
【０００８】
ところが、入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとを多層基板内に形成した場合、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、同じく多層基板内に形成された直流バイアス回路のインダクタとの間に電気的干渉が発生し、発振や信号歪を生じてしまうという問題を生じる。特に、最近は、小型化、薄型化の要求に応えるため、多層基板を構成する各層の層厚が薄型化されており、キャパシタと、インダクタとの間に電気的干渉が生じ易い電極配置構造になっているため、この問題が一層生じ易くなっている。このため、従来は、外形寸法を、５．０（ｍｍ）×５．０（ｍｍ）×１．８（ｍｍ）程度に小型化するのが精一杯であった。
【０００９】
特許文献１には、信号伝送線路と増幅用トランジスタの電圧供給線路間にＧＮＤ部を設けることにより、両者間に高周波的なアイソレーションをとる技術が開示されている。
【００１０】
しかし、特許文献１には、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、同じく多層基板内に形成された直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を防止する手段は開示されていない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−３２２１４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、信号伝送路となる入出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を抑制し、特性劣化のない小型、かつ、薄型のパワーアンプモジュール用多層基板及びパワーアンプモジュール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、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、入力インピーダンス整合回路と、出力インピーダンス整合回路と、直流バイアス回路とを有し、接地電極を含む。この多層基板は、複数の機能層を積層して構成されている。
【００１４】
前記入力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる電力増幅素子の信号入力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層に備えられている。
【００１５】
前記出力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子の信号出力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層間に備えられている。
【００１６】
前記直流バイアス回路は、インダクタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子のバイアス回路を構成しており、前記インダクタを構成する導体パターンは、他の機能層間に備えられている。
【００１７】
前記接地電極は、前記キャパシタ電極と前記導体パターンとの間に存在する機能層間に配置されている。
【００１８】
本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、入力インピーダンス整合回路と、出力インピーダンス整合回路と、直流バイアス回路とを含み、入力インピーダンス整合回路に含まれるキャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層に備えられている。また、出力インピーダンス整合回路に含まれるキャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層間に備えられている。更に、直流バイアス回路に含まれるインダクタを構成する導体パターンは、他の機能層間に備えられている。
【００１９】
この構造によれば、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直流バイアス回路の回路要素であるキャパシタ電極及び導体パターンを、多層基板の面上または内部に配置し、全体形状を、小型化、薄型化した多層基板を実現することができる。
【００２０】
しかも、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、接地電極を含み、接地電極はキャパシタ電極と、導体パターンとの間に存在する機能層間に配置され、キャパシタ電極と導体パターンとを電気的に分離するから、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を、接地電極によって抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板を得ることができる。
【００２１】
本発明に係る多層基板は、電力増幅素子と組み合わされ、パワーアンプモジュールを構成する。電力増幅素子は多層基板の上に搭載される。
【００２２】
本発明に係るパワーアンプモジュールは、上述した本発明に係る多層基板を用いるので、多層基板による作用効果をそのまま得ることができる。
【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、電力増幅回路部ＰＷＡへ供給される。電力増幅回路部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回路部ＰＷＡは、バンドパスフィルタ１、パワーアンプモジュール２、電力検出部３１、ローパスフィルタ３２、及び、非可逆回路部３３を含んでいる。ミキサ部ＭＩＸＴから電力増幅回路部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、パワーアンプモジュール２ヘ伝えられる。バンドパスフィルタ１を通過した信号は、パワーアンプモジュール２に供給される。
【００２６】
パワーアンプモジュール２では、バンドパスフィルタ１を通過した信号を増幅する。パワーアンプモジュール２から出力された信号は、電力検出部３１に供給される。そして、電力検出部３１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３４に供給される。電力制御部３４は電力検出部３１から供給される電力検出信号に基づき、パワーアンプモジュール２にＡＰＣ制御を加え、出力電力を一定化する。
【００２７】
電力検出部３１を通過した信号は、ローパスフィルタ３２により、高次高調波成分が除去され、非可逆回路部３３へ供給される。
【００２８】
非可逆回路部３３は、アイソレータを構成し、パワーアンプモジュール２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（図１参照）側からパワーアンプモジュール２ヘ戻る信号をカットする。非可逆回路部３３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、パワーアンプモジュール２で増幅された電力が反射され、パワーアンプモジュール２ヘ戻り、パワーアンプモジュール２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、パワーアンプモジュール２の内部回路の破壊等を招く。非可逆回路部３３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。
【００２９】
非可逆回路部３３を通過した信号は、デュプレクサＤＵＰへ伝えられ、更に、送信用アンテナＡＮＴ１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、パワーアンプモジュール２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、１０．０ＭＨｚ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】
パワーアンプモジュール２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。パワーアンプモジュール２は非可逆回路部を含むことができる。
【００３３】
図３はパワーアンプモジュール２の主要部をなす電力増幅部２１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、前段の電力増幅素子２１２、後段の電力増幅素子２１４、出力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。パワーアンプモジュール２は電力増幅部２１の他にも、追加的、または、付加的な回路部分を有する。
【００３４】
電力増幅素子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。
【００３５】
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２１１を経て、電力増幅素子２１２に供給された信号は、電力増幅素子２１２によって電力増幅される。電力増幅素子２１２によって電力増幅された信号は、電力増幅素子２１４に供給され、電力増幅作用を受ける。
【００３６】
電力増幅素子２１４によって電力増幅を受けた信号は、電力増幅素子２１４を経て、出力インピーダンス整合回路２１５に供給される。電力増幅素子２１２、２１４には、Ｖｒｅｇ端子に入力された基準信号が、キャパシタＣ７、及び、インダクタＬ４を介して供給される。
【００３７】
図３に示された回路において、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４は、１パッケージ化されたＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）２０を構成する。実施例では、２つの電力増幅素子２１２、２１４を用いているが、１つの場合もあるし、３つ以上の場合もある。ＭＭＩＣ２０の出力インピーダンスは、出力インピーダンス整合回路２１５及び非可逆回路部３３によって、負荷インピーダンスである５０Ωに変換される。
【００３８】
入力インピーダンス整合回路２１１は、Ｐｉｎ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。
【００３９】
ＭＭＩＣ２０に入力された信号は、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４により、所望の電力まで増幅される。
【００４０】
ＭＭＩＣ２０の出力側に備えられた出力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Ｌ３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。
【００４１】
直流バイアス回路２１６は、電力増幅素子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、電力増幅素子２１２、２１４で増幅された信号をＶｃｃ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）長パターンのストリップライン、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することができる。
【００４２】
図４は本発明に係るパワーアンプモジュールの層構成の一例を示す部分断面図である。図示されたパワーアンプモジュールは、多層基板７と、ＭＭＩＣ２０を含んでいる。ＭＭＩＣ２０は、既に述べたように、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４を含んでいる（図２、３参照）。
【００４３】
多層基板７は、７つの機能層７１〜７７を積層した構造となっている。これらの機能層７１〜７７は、シート積層法（スタック法）、ビルドアップ法または塗布法によって形成される。
【００４４】
機能層７４はコア層である。コア層を構成する機能層７４は、ガラス繊維を含有する有機質層である。機能層７４は、具体的には、ガラス繊維入りであり、選択された有機樹脂材料と誘電体粉末との混合材料層で構成され、厚みが、例えば、１６０μｍ、比誘電率εｒが１０程度である。
【００４５】
機能層７１〜７３は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、電力増幅部２１に含まれる回路要素の一部を構成している。機能層７１〜７３は、機能層７４と異なって、ガラス繊維を含んでおらず、選択された有機樹脂材料と誘電体粉末との混合材料層で構成されている。機能層７１〜７３について、一例であるが、機能層７１は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７２は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７３は厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度に選定する。比誘電率εｒは有機樹脂材料及び誘電体粉末の選択、並びに、それらの含有量をコントロールすることによって、所望の値に設定できる。
【００４６】
機能層７５〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、電力増幅部２１に含まれる回路要素の一部を構成している。機能層７５〜７７においても、一例として、機能層７５は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７６は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７７は厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度となるように選定する。比誘電率εｒは有機樹脂材料及び誘電体粉末の選択、並びに、それらの含有量のコントロールによって、所望の値に設定できることは、機能層７１〜７３の場合と同様である。なお、機能層７１〜７７の上記厚みは、何れも、上下の導体パターン同士の間における厚みである。
【００４７】
図５〜図１２は機能層７１〜機能層７７のパターンを示す図である。図５は、多層基板７１の最上層を構成する機能層７１を表面からみた平面図である。機能層７１の表面には、入力インピーダンス整合回路２１１のキャパシタＣ２が備えられると共に、インダクタＬ１を構成する導体パターン、及び、キャパシタＣ１のキャパシタ電極Ｃ１１が備えられている。
【００４８】
また、直流バイアス回路２１６については、キャパシタＣ８、Ｃ９が備えられている。更に、出力インピーダンス整合回路２１５については、インダクタＬ２、Ｌ３を構成する導体パターン、及び、キャパシタＣ６が備えられている。Ｖｒｅｇ端子と電力増幅素子２１２、２１４との間に接続され、かつ、接地されたキャパシタＣ７も備えられている。図示のキャパシタＣ２、Ｃ６〜Ｃ９は、何れもチップタイプである。
【００４９】
図６は機能層７１と隣接する機能層７２の表面を示す平面図である。機能層７１と機能層７２との間には、接地電極ＧＮＤ１が形成されている。機能層７１の表面に形成されたキャパシタ電極Ｃ１１（図５参照）は、機能層７１を介して接地電極ＧＮＤ１と対向するので、キャパシタ電極Ｃ１１と接地電極ＧＮＤ１との間で、機能層７１を容量層とするキャパシタＣ１が構成される。
【００５０】
図７は機能層７２と隣接する機能層７３の表面を示す平面図である。機能層７２と機能層７３との間には、出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５を構成する各キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１が形成されている。これらのキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、機能層７２に形成された接地電極ＧＮＤ１とにより、機能層７２を容量層とするキャパシタが得られる。
【００５１】
図８は機能層７３と隣接する機能層７４の表面を示す平面図である。機能層７３と機能層７４との間には、第２の接地電極ＧＮＤ２が形成されている。第２の接地電極ＧＮＤ２と、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１によっても、機能層７３を容量層とするキャパシタが得られる。
【００５２】
結局、出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５のキャパシタンス値は、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２との間で得られたキャパシタとを並列接続した合成容量値となる。
【００５３】
図９は機能層７４と隣接する機能層７５の表面を示す平面図である。機能層７４と機能層７５との間には、Ｖｒｅｇ端子と電力増幅素子２１２、２１４との間に接続されているインダクタＬ４を構成する導体パターン、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５及びＬ６を構成する導体パターンが形成されている。インダクタＬ５及びＬ６は、第２の接地電極ＧＮＤ２と共に、（λ／４）長パターンのストリップラインとして機能する構成とすることができる。
【００５４】
図１０は機能層７５と隣接する機能層７６の表面を示す平面図、図１１は機能層７６と隣接する機能層７７の表面を示す平面図、図１２は機能層７７の裏面図である。機能層７７の裏面には、接地電極ＧＮＤ３が形成されている。インダクタＬ５及びＬ６は、この接地電極ＧＮＤ３と共に、（λ／４）長パターンのストリップラインとして機能する構成とすることができる。
【００５５】
上述したように、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板７では、入力インピーダンス整合回路２１１の回路要素であるキャパシタ電極Ｃ１１、及び、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３を構成する導体パターンを、機能層７１の表面に形成するとともに、出力インピーダンス整合回路２１５及び直流バイアス回路２１６の回路要素であるキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１及びインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンを、多層基板７の内部に配置し、全体形状を、小型化、薄型化した多層基板７を実現することができる。実施例の場合、インダクタＬ４も多層基板７の内部に配置してあるので、より一層の小型化、薄型化を達成できる。具体的には、上述した多層基板７を用いた製品形状は、
４．０（ｍｍ）×４．０（ｍｍ）×１．５（ｍｍ）
であり、従来の
５．０（ｍｍ）×５．０（ｍｍ）×１．８（ｍｍ）
よりも著しく小型化された。
【００５６】
しかも、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板７は、第２の接地電極ＧＮＤ２を含み、第２の接地電極ＧＮＤ２はキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンとの間に存在する機能層７４−７３間に配置され、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１とインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンとを電気的に分離するから、信号伝送路となる出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５と、同じく多層基板７内に形成された直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉を、第２の接地電極ＧＮＤ２によって抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５７】
入力インピーダンス整合回路２１１については、キャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極Ｃ１１が、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、入力インピーダンス整合回路２１１のキャパシタＣ１と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉を、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５８】
また、入力インピーダンス整合回路２１１のインダクタＬ１も、機能層７１の表面に形成されていて、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、入力インピーダンス整合回路２１１のインダクタＬ１と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉をも、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５９】
更に、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３も、機能層７１の表面に形成されていて、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉をも、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００６０】
実施例において、多層基板７は、機能層７１〜７７とを含んでおり、機能層７１〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなるから、セラミック多層基板と異なって、反りを発生することがなく、曲げ強度が大きく、破損、割れ等を生じにくい。
【００６１】
機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、ガラス繊維等の補強成分を含まないから、例えば、一層当り、４０μｍ以下まで、著しく薄くすることができる。従って、薄型化が可能であると共に、信頼性向上にも寄与し得る。機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７は、誘電体粉末を含むから、誘電率の高い誘電体セラミック粉末を選択し、有機樹脂多層基板に比較して、優れた電気的特性を確保することができる。
【００６２】
また、多層基板７は、ガラス繊維を含有する有機質層である機能層７４を、コア層として有しており、機能層７４の一面に機能層７１〜７３を順次に隣接させ、機能層７４の他面に機能層７５〜７７を順次に隣接させ、ビルドアップ層として構成してあるから、機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７の層厚を薄くして薄型化を図りつつ、機能層７４により機械的強度を確保し、全体として、薄型で、機械的強度の大きな高信頼度のパワーアンプモジュールを得ることができる。
【００６３】
例えば、曲げ強度を例にとると、セラミック多層基板の場合は、曲げ強度は３０〜４０ｋｇ／ｍｍ２であるが、ガラスエポキシ多層基板の曲げ強度は４５〜５２ｋｇ／ｍｍ２である。本発明に係る多層基板７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなる機能層７１〜７３、７５〜７７と、ガラス繊維入りの機能層７４との組み合わせになるから、セラミック多層基板とガラスエポキシ多層基板の間の曲げ強度を確保することができる。
【００６４】
機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７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３０〜８０ｖｏｌ％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、ポリビニルベンジルエーテル化合物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、ポリビニルベンジルエーテル化合物である。図５〜図１２に示した積層構造において、機能層７１〜７３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、ポリビニルベンジルエーテル化合物を用いる。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、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、セラミックス粉末の含有率を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】
機能層７１〜７３、７５〜７７において、更に、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。
【００６９】
次に、機能層７４に用いられるガラスクロス材料は、ＳｉＯ２を主成分とするもので、多層基板７の骨格を形成する役割を担う。機能層７４は、このガラスクロス材を核とし、これに上述した有機樹脂材料を含浸させて構成することができる。利用できるガラスクロスの組成例を下に示す。
＜ガラスクロスの組成例＞
ＳｉＯ２：５６ｗｔ％
ＭｇＢ２Ｏ３：１０ｗｔ％
Ａｌ２Ｏ３：１７ｗｔ％
ＣａＯ：１７ｗｔ％
機能層７４においても、難燃剤を添加することができる。難燃剤の具体例としては、上述したテトラプロモジフェノールＡ変形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。
【００７０】
図示はしていないが、ＭＭＩＣの放熱性向上を考慮した放熱パターンを有する場合もある。例えば、各機能層７１〜７７において、ＭＭＩＣの直下に、ＭＭＩＣの平面積と同程度の面積を持ち、ＧＮＤ電位となる放熱用導体パターンを配置してもよい。これらの放熱用導体パターンはスルーホール導体によって接続する。
【００７１】
以上、実施の形態について説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において、種々の変形、変更が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、信号伝送路となる入出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を抑制し、特性劣化のない小型、かつ、薄型のパワーアンプモジュール用多層基板及びパワーアンプモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーアンプ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）に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】本発明に係るパワーアンプモジュールが用いられる電力増幅回路部ＰＷＡの詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るパワーアンプ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】図２、３に示したパワーアンプモジュールの構成を示す部分断面図である。
【図５】図４に示したパワーアンプモジュールにおいて、多層基板の最上層を表面からみた平面図である。
【図６】図５に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図７】図６に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図８】図７に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図９】図８に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図１０】図９に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図１１】図１０に示した層と隣接する最下層の表面を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した最下層の裏面を示す平面図である。
【符号の説明】
２ パワーアンプモジュール
７１〜７３ 機能層
７４ コア層となる機能層
７５〜７７ 機能層
【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パワーアンプモジュール及びその構成要素たる多層基板に関する。
【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パワーアンプモジュールへの需要が高まっている。パワーアンプ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、電力増幅素子部へ伝えられ、電力増幅素子部にて増幅された信号が、デュプレクサを経て送信用アンテナヘ伝えられる。電力増幅素子部では、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。電力増幅素子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素子部に、送信される電力が常に一定となるように、自動電力制御（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下ＡＰＣと称する）が加わる。このため、電力増幅素子部からの出力信号が、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、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、電力増幅素子部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素子部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、電力増幅素子部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、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】
パワーアンプモジュールは多層基板を含んでいる。パワーアンプモジュールを構成する多層基板の材料としては、一般に、ガラスエポキシ基板に見られるように、有機樹脂が用いられる。また、多層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、高誘電率で、かつ、低誘電正接の特性を有する材料が用いられる。
【０００７】
パワーアンプモジュールに含まれる電力増幅素子は、多層基板の一面上に搭載され、電力増幅素子の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直流バイアス回路に必要な受動素子の幾つかは、この多層基板内に形成される。
【０００８】
ところが、入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとを多層基板内に形成した場合、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、同じく多層基板内に形成された直流バイアス回路のインダクタとの間に電気的干渉が発生し、発振や信号歪を生じてしまうという問題を生じる。特に、最近は、小型化、薄型化の要求に応えるため、多層基板を構成する各層の層厚が薄型化されており、キャパシタと、インダクタとの間に電気的干渉が生じ易い電極配置構造になっているため、この問題が一層生じ易くなっている。このため、従来は、外形寸法を、５．０（ｍｍ）×５．０（ｍｍ）×１．８（ｍｍ）程度に小型化するのが精一杯であった。
【０００９】
特許文献１には、信号伝送線路と増幅用トランジスタの電圧供給線路間にＧＮＤ部を設けることにより、両者間に高周波的なアイソレーションをとる技術が開示されている。
【００１０】
しかし、特許文献１には、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、同じく多層基板内に形成された直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を防止する手段は開示されていない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−３２２１４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、信号伝送路となる入出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を抑制し、特性劣化のない小型、かつ、薄型のパワーアンプモジュール用多層基板及びパワーアンプモジュール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、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、入力インピーダンス整合回路と、出力インピーダンス整合回路と、直流バイアス回路とを有し、接地電極を含む。この多層基板は、複数の機能層を積層して構成されている。
【００１４】
前記入力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる電力増幅素子の信号入力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層に備えられている。
【００１５】
前記出力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子の信号出力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層間に備えられている。
【００１６】
前記直流バイアス回路は、インダクタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子のバイアス回路を構成しており、前記インダクタを構成する導体パターンは、他の機能層間に備えられている。
【００１７】
前記接地電極は、前記キャパシタ電極と前記導体パターンとの間に存在する機能層間に配置されている。
【００１８】
本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、入力インピーダンス整合回路と、出力インピーダンス整合回路と、直流バイアス回路とを含み、入力インピーダンス整合回路に含まれるキャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層に備えられている。また、出力インピーダンス整合回路に含まれるキャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層間に備えられている。更に、直流バイアス回路に含まれるインダクタを構成する導体パターンは、他の機能層間に備えられている。
【００１９】
この構造によれば、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直流バイアス回路の回路要素であるキャパシタ電極及び導体パターンを、多層基板の面上または内部に配置し、全体形状を、小型化、薄型化した多層基板を実現することができる。
【００２０】
しかも、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板は、接地電極を含み、接地電極はキャパシタ電極と、導体パターンとの間に存在する機能層間に配置され、キャパシタ電極と導体パターンとを電気的に分離するから、信号伝送路となる入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を、接地電極によって抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板を得ることができる。
【００２１】
本発明に係る多層基板は、電力増幅素子と組み合わされ、パワーアンプモジュールを構成する。電力増幅素子は多層基板の上に搭載される。
【００２２】
本発明に係るパワーアンプモジュールは、上述した本発明に係る多層基板を用いるので、多層基板による作用効果をそのまま得ることができる。
【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、電力増幅回路部ＰＷＡへ供給される。電力増幅回路部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回路部ＰＷＡは、バンドパスフィルタ１、パワーアンプモジュール２、電力検出部３１、ローパスフィルタ３２、及び、非可逆回路部３３を含んでいる。ミキサ部ＭＩＸＴから電力増幅回路部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、パワーアンプモジュール２ヘ伝えられる。バンドパスフィルタ１を通過した信号は、パワーアンプモジュール２に供給される。
【００２６】
パワーアンプモジュール２では、バンドパスフィルタ１を通過した信号を増幅する。パワーアンプモジュール２から出力された信号は、電力検出部３１に供給される。そして、電力検出部３１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３４に供給される。電力制御部３４は電力検出部３１から供給される電力検出信号に基づき、パワーアンプモジュール２にＡＰＣ制御を加え、出力電力を一定化する。
【００２７】
電力検出部３１を通過した信号は、ローパスフィルタ３２により、高次高調波成分が除去され、非可逆回路部３３へ供給される。
【００２８】
非可逆回路部３３は、アイソレータを構成し、パワーアンプモジュール２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（図１参照）側からパワーアンプモジュール２ヘ戻る信号をカットする。非可逆回路部３３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、パワーアンプモジュール２で増幅された電力が反射され、パワーアンプモジュール２ヘ戻り、パワーアンプモジュール２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、パワーアンプモジュール２の内部回路の破壊等を招く。非可逆回路部３３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。
【００２９】
非可逆回路部３３を通過した信号は、デュプレクサＤＵＰへ伝えられ、更に、送信用アンテナＡＮＴ１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、パワーアンプモジュール２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、１０．０ＭＨｚ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】
パワーアンプモジュール２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。パワーアンプモジュール２は非可逆回路部を含むことができる。
【００３３】
図３はパワーアンプモジュール２の主要部をなす電力増幅部２１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、前段の電力増幅素子２１２、後段の電力増幅素子２１４、出力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。パワーアンプモジュール２は電力増幅部２１の他にも、追加的、または、付加的な回路部分を有する。
【００３４】
電力増幅素子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。
【００３５】
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２１１を経て、電力増幅素子２１２に供給された信号は、電力増幅素子２１２によって電力増幅される。電力増幅素子２１２によって電力増幅された信号は、電力増幅素子２１４に供給され、電力増幅作用を受ける。
【００３６】
電力増幅素子２１４によって電力増幅を受けた信号は、電力増幅素子２１４を経て、出力インピーダンス整合回路２１５に供給される。電力増幅素子２１２、２１４には、Ｖｒｅｇ端子に入力された基準信号が、キャパシタＣ７、及び、インダクタＬ４を介して供給される。
【００３７】
図３に示された回路において、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４は、１パッケージ化されたＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）２０を構成する。実施例では、２つの電力増幅素子２１２、２１４を用いているが、１つの場合もあるし、３つ以上の場合もある。ＭＭＩＣ２０の出力インピーダンスは、出力インピーダンス整合回路２１５及び非可逆回路部３３によって、負荷インピーダンスである５０Ωに変換される。
【００３８】
入力インピーダンス整合回路２１１は、Ｐｉｎ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。
【００３９】
ＭＭＩＣ２０に入力された信号は、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４により、所望の電力まで増幅される。
【００４０】
ＭＭＩＣ２０の出力側に備えられた出力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Ｌ３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。
【００４１】
直流バイアス回路２１６は、電力増幅素子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、電力増幅素子２１２、２１４で増幅された信号をＶｃｃ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）長パターンのストリップライン、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することができる。
【００４２】
図４は本発明に係るパワーアンプモジュールの層構成の一例を示す部分断面図である。図示されたパワーアンプモジュールは、多層基板７と、ＭＭＩＣ２０を含んでいる。ＭＭＩＣ２０は、既に述べたように、電力増幅素子２１２及び電力増幅素子２１４を含んでいる（図２、３参照）。
【００４３】
多層基板７は、７つの機能層７１〜７７を積層した構造となっている。これらの機能層７１〜７７は、シート積層法（スタック法）、ビルドアップ法または塗布法によって形成される。
【００４４】
機能層７４はコア層である。コア層を構成する機能層７４は、ガラス繊維を含有する有機質層である。機能層７４は、具体的には、ガラス繊維入りであり、選択された有機樹脂材料と誘電体粉末との混合材料層で構成され、厚みが、例えば、１６０μｍ、比誘電率εｒが１０程度である。
【００４５】
機能層７１〜７３は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、電力増幅部２１に含まれる回路要素の一部を構成している。機能層７１〜７３は、機能層７４と異なって、ガラス繊維を含んでおらず、選択された有機樹脂材料と誘電体粉末との混合材料層で構成されている。機能層７１〜７３について、一例であるが、機能層７１は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７２は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７３は厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度に選定する。比誘電率εｒは有機樹脂材料及び誘電体粉末の選択、並びに、それらの含有量をコントロールすることによって、所望の値に設定できる。
【００４６】
機能層７５〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、電力増幅部２１に含まれる回路要素の一部を構成している。機能層７５〜７７においても、一例として、機能層７５は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７６は、厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度、機能層７７は厚みが４０μｍ以下、比誘電率εｒが１０程度となるように選定する。比誘電率εｒは有機樹脂材料及び誘電体粉末の選択、並びに、それらの含有量のコントロールによって、所望の値に設定できることは、機能層７１〜７３の場合と同様である。なお、機能層７１〜７７の上記厚みは、何れも、上下の導体パターン同士の間における厚みである。
【００４７】
図５〜図１２は機能層７１〜機能層７７のパターンを示す図である。図５は、多層基板７１の最上層を構成する機能層７１を表面からみた平面図である。機能層７１の表面には、入力インピーダンス整合回路２１１のキャパシタＣ２が備えられると共に、インダクタＬ１を構成する導体パターン、及び、キャパシタＣ１のキャパシタ電極Ｃ１１が備えられている。
【００４８】
また、直流バイアス回路２１６については、キャパシタＣ８、Ｃ９が備えられている。更に、出力インピーダンス整合回路２１５については、インダクタＬ２、Ｌ３を構成する導体パターン、及び、キャパシタＣ６が備えられている。Ｖｒｅｇ端子と電力増幅素子２１２、２１４との間に接続され、かつ、接地されたキャパシタＣ７も備えられている。図示のキャパシタＣ２、Ｃ６〜Ｃ９は、何れもチップタイプである。
【００４９】
図６は機能層７１と隣接する機能層７２の表面を示す平面図である。機能層７１と機能層７２との間には、接地電極ＧＮＤ１が形成されている。機能層７１の表面に形成されたキャパシタ電極Ｃ１１（図５参照）は、機能層７１を介して接地電極ＧＮＤ１と対向するので、キャパシタ電極Ｃ１１と接地電極ＧＮＤ１との間で、機能層７１を容量層とするキャパシタＣ１が構成される。
【００５０】
図７は機能層７２と隣接する機能層７３の表面を示す平面図である。機能層７２と機能層７３との間には、出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５を構成する各キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１が形成されている。これらのキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、機能層７２に形成された接地電極ＧＮＤ１とにより、機能層７２を容量層とするキャパシタが得られる。
【００５１】
図８は機能層７３と隣接する機能層７４の表面を示す平面図である。機能層７３と機能層７４との間には、第２の接地電極ＧＮＤ２が形成されている。第２の接地電極ＧＮＤ２と、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１によっても、機能層７３を容量層とするキャパシタが得られる。
【００５２】
結局、出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５のキャパシタンス値は、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２との間で得られたキャパシタとを並列接続した合成容量値となる。
【００５３】
図９は機能層７４と隣接する機能層７５の表面を示す平面図である。機能層７４と機能層７５との間には、Ｖｒｅｇ端子と電力増幅素子２１２、２１４との間に接続されているインダクタＬ４を構成する導体パターン、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５及びＬ６を構成する導体パターンが形成されている。インダクタＬ５及びＬ６は、第２の接地電極ＧＮＤ２と共に、（λ／４）長パターンのストリップラインとして機能する構成とすることができる。
【００５４】
図１０は機能層７５と隣接する機能層７６の表面を示す平面図、図１１は機能層７６と隣接する機能層７７の表面を示す平面図、図１２は機能層７７の裏面図である。機能層７７の裏面には、接地電極ＧＮＤ３が形成されている。インダクタＬ５及びＬ６は、この接地電極ＧＮＤ３と共に、（λ／４）長パターンのストリップラインとして機能する構成とすることができる。
【００５５】
上述したように、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板７では、入力インピーダンス整合回路２１１の回路要素であるキャパシタ電極Ｃ１１、及び、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３を構成する導体パターンを、機能層７１の表面に形成するとともに、出力インピーダンス整合回路２１５及び直流バイアス回路２１６の回路要素であるキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１及びインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンを、多層基板７の内部に配置し、全体形状を、小型化、薄型化した多層基板７を実現することができる。実施例の場合、インダクタＬ４も多層基板７の内部に配置してあるので、より一層の小型化、薄型化を達成できる。具体的には、上述した多層基板７を用いた製品形状は、
４．０（ｍｍ）×４．０（ｍｍ）×１．５（ｍｍ）
であり、従来の
５．０（ｍｍ）×５．０（ｍｍ）×１．８（ｍｍ）
よりも著しく小型化された。
【００５６】
しかも、本発明に係るパワーアンプモジュール用多層基板７は、第２の接地電極ＧＮＤ２を含み、第２の接地電極ＧＮＤ２はキャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１と、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンとの間に存在する機能層７４−７３間に配置され、キャパシタ電極Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１とインダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンとを電気的に分離するから、信号伝送路となる出力インピーダンス整合回路２１５のキャパシタＣ３、Ｃ４、Ｃ５と、同じく多層基板７内に形成された直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉を、第２の接地電極ＧＮＤ２によって抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５７】
入力インピーダンス整合回路２１１については、キャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極Ｃ１１が、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、入力インピーダンス整合回路２１１のキャパシタＣ１と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉を、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５８】
また、入力インピーダンス整合回路２１１のインダクタＬ１も、機能層７１の表面に形成されていて、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、入力インピーダンス整合回路２１１のインダクタＬ１と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉をも、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００５９】
更に、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３も、機能層７１の表面に形成されていて、第１の接地電極ＧＮＤ１及び第２の接地電極ＧＮＤ２の２層によって、インダクタＬ５、Ｌ６を構成する導体パターンから、電気的に分離される。このため、出力インピーダンス整合回路２１５のインダクタＬ２、Ｌ３と、直流バイアス回路２１６のインダクタＬ５、Ｌ６との間の電気的干渉をも、確実に抑制し、特性劣化のないパワーアンプモジュール用多層基板７を得ることができる。
【００６０】
実施例において、多層基板７は、機能層７１〜７７とを含んでおり、機能層７１〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなるから、セラミック多層基板と異なって、反りを発生することがなく、曲げ強度が大きく、破損、割れ等を生じにくい。
【００６１】
機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなり、ガラス繊維等の補強成分を含まないから、例えば、一層当り、４０μｍ以下まで、著しく薄くすることができる。従って、薄型化が可能であると共に、信頼性向上にも寄与し得る。機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７は、誘電体粉末を含むから、誘電率の高い誘電体セラミック粉末を選択し、有機樹脂多層基板に比較して、優れた電気的特性を確保することができる。
【００６２】
また、多層基板７は、ガラス繊維を含有する有機質層である機能層７４を、コア層として有しており、機能層７４の一面に機能層７１〜７３を順次に隣接させ、機能層７４の他面に機能層７５〜７７を順次に隣接させ、ビルドアップ層として構成してあるから、機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７の層厚を薄くして薄型化を図りつつ、機能層７４により機械的強度を確保し、全体として、薄型で、機械的強度の大きな高信頼度のパワーアンプモジュールを得ることができる。
【００６３】
例えば、曲げ強度を例にとると、セラミック多層基板の場合は、曲げ強度は３０〜４０ｋｇ／ｍｍ２であるが、ガラスエポキシ多層基板の曲げ強度は４５〜５２ｋｇ／ｍｍ２である。本発明に係る多層基板７は、有機樹脂材料と誘電体粉末とを混合した混合材料からなる機能層７１〜７３、７５〜７７と、ガラス繊維入りの機能層７４との組み合わせになるから、セラミック多層基板とガラスエポキシ多層基板の間の曲げ強度を確保することができる。
【００６４】
機能層７１〜７３及び機能層７５〜７７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３０〜８０ｖｏｌ％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、ポリビニルベンジルエーテル化合物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、ポリビニルベンジルエーテル化合物である。図５〜図１２に示した積層構造において、機能層７１〜７３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、ポリビニルベンジルエーテル化合物を用いる。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、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、セラミックス粉末の含有率を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】
機能層７１〜７３、７５〜７７において、更に、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。
【００６９】
次に、機能層７４に用いられるガラスクロス材料は、ＳｉＯ２を主成分とするもので、多層基板７の骨格を形成する役割を担う。機能層７４は、このガラスクロス材を核とし、これに上述した有機樹脂材料を含浸させて構成することができる。利用できるガラスクロスの組成例を下に示す。
＜ガラスクロスの組成例＞
ＳｉＯ２：５６ｗｔ％
ＭｇＢ２Ｏ３：１０ｗｔ％
Ａｌ２Ｏ３：１７ｗｔ％
ＣａＯ：１７ｗｔ％
機能層７４においても、難燃剤を添加することができる。難燃剤の具体例としては、上述したテトラプロモジフェノールＡ変形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。
【００７０】
図示はしていないが、ＭＭＩＣの放熱性向上を考慮した放熱パターンを有する場合もある。例えば、各機能層７１〜７７において、ＭＭＩＣの直下に、ＭＭＩＣの平面積と同程度の面積を持ち、ＧＮＤ電位となる放熱用導体パターンを配置してもよい。これらの放熱用導体パターンはスルーホール導体によって接続する。
【００７１】
以上、実施の形態について説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において、種々の変形、変更が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、信号伝送路となる入出力インピーダンス整合回路のキャパシタと、直流バイアス回路のインダクタとの間の電気的干渉を抑制し、特性劣化のない小型、かつ、薄型のパワーアンプモジュール用多層基板及びパワーアンプモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーアンプ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）に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】本発明に係るパワーアンプモジュールが用いられる電力増幅回路部ＰＷＡの詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るパワーアンプ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】図２、３に示したパワーアンプモジュールの構成を示す部分断面図である。
【図５】図４に示したパワーアンプモジュールにおいて、多層基板の最上層を表面からみた平面図である。
【図６】図５に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図７】図６に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図８】図７に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図９】図８に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図１０】図９に示した層と隣接する次の機能層の表面を示す平面図である。
【図１１】図１０に示した層と隣接する最下層の表面を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した最下層の裏面を示す平面図である。
【符号の説明】
２ パワーアンプモジュール
７１〜７３ 機能層
７４ コア層となる機能層
７５〜７７ 機能層
Claims (2)
- 入力インピーダンス整合回路と、出力インピーダンス整合回路と、直流バイアス回路とを有し、接地電極を含み、複数の機能層を積層して構成されたパワーアンプモジュール用多層基板であって、
前記入力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる電力増幅素子の信号入力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層に備えられており、
前記出力インピーダンス整合回路は、キャパシタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子の信号出力段を構成し、前記キャパシタを構成するキャパシタ電極の少なくとも１つは、機能層間に備えられており、
前記直流バイアス回路は、インダクタを含み、パワーアンプモジュールに含まれる前記電力増幅素子のバイアス回路を構成しており、前記インダクタを構成する導体パターンは、他の機能層間に備えられており、
前記接地電極は、前記キャパシタ電極と前記導体パターンとの間に存在する機能層間に配置されている
パワーアンプモジュール用多層基板。 - 多層基板と、電力増幅素子とを含むパワーアンプモジュールであって、
前記多層基板は、請求項１に記載されたものでなり、
前記電力増幅素子は、前記多層基板の上に搭載されている
パワーアンプモジュール。
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2003
- 2003-03-31 JP JP2003096642A patent/JP2004304628A/ja active Pending
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