JP2005341428A

JP2005341428A - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP2005341428A
Application number: JP2004160086A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Nakamura; 光利中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】伝送損失が少なく、外部の回路とのインピーダンスの整合がとれた高周波モジュールを提供する。
【解決手段】複数個の誘電体層を積層して成る多層回路基板１の主面にキャビティ３を形成するとともに、キャビティ３内に電子部品素子２を収納し、多層回路基板１の内部もしくは表面でキャビティ３形成部の直下領域に電子部品素子２に電気的に接続される分布定数伝送線路４及びグランドパターン５の少なくとも一部を配設してなる高周波モジュールであって、多層回路基板１の内部で、キャビティ３形成部の外方に、分布定数伝送線路４の少なくとも一端とグランドパターン５とを電気的に接続する容量形成部６を配設する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体通信機器等に用いられる高周波モジュールに関するものである。

従来より、移動体通信機器等の高周波通信機器に受信用フィルタ部品等の高周波モジュールが用いられている。

かかる従来の高周波モジュールとしては、例えば、複数個の誘電体層を積層して成る多層回路基板の主面にキャビティを形成するとともに、該キャビティ内に弾性表面波素子を収納し、前記多層回路基板の内部もしくは表面に前記電子部品素子に電気的に接続される分布定数伝送線路及びグランドパターンを配設してなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。またかかる高周波モジュールは、弾性表面波素子を封止するとともに、外部の回路とのインピーダンスを整合させる機能を有している。
特開２００３―１６３５７０号公報

しかしながら、上述した従来の高周波モジュールにおいては、キャビティ形成部の直下領域に電子部品素子に電気的に接続される分布定数伝送線路及びグランドパターンを配設してなる構成である場合、分布定数伝送線路とグランドパターンとの間隔がどうしても狭くなるため、この間に形成される静電容量が大きくなり、結果として分布定数伝送線路のインピーダンスが低くなるので、高周波モジュールと外部の回路とのインピーダンスの整合がとれなくなるという問題を有していた。

一方、分布定数伝送線路とグランドパターンとの間隔を広くするために、分布定数伝送線路を多層回路基板の内部で、キャビティ形成部の外方に形成した場合には、分布定数伝送線路の線路長が長くなるので、導体抵抗値が大きくなることによる伝送損失の増大といった問題が発生する。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、伝送損失が少なく、外部の回路とのインピーダンスの整合がとれた高周波モジュールを提供することにある。

本発明の高周波モジュールは、複数個の誘電体層を積層して成る多層回路基板の主面にキャビティを形成するとともに、該キャビティ内に電子部品素子を収納し、前記多層回路基板の内部もしくは表面で前記キャビティ形成部の直下領域に前記電子部品素子に電気的に接続される分布定数伝送線路及びグランドパターンの少なくとも一部を配設してなる高周波モジュールであって、前記多層回路基板の内部で、前記キャビティ形成部の外方に、前記分布定数伝送線路の少なくとも一端と前記グランドパターンとを電気的に接続する容量形成部を配設したことを特徴とするものである。

また本発明の高周波モジュールは、前記容量形成部が前記分布定数伝送線路の両端に１個ずつ接続するとともに、この２つの容量形成部と前記分布定数伝送線路とでローパスフィルタを構成したことを特徴とするものである。

更に本発明の高周波モジュールは、前記電子部品素子がフィルタ素子であり、前記ローパスフィルタの阻止域を、前記フィルタ素子を通過する通過信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことを特徴とするものである。

また更に本発明の高周波モジュールは、前記電子部品素子が電力増幅回路素子であり、前記ローパスフィルタの阻止域を、前記電力増幅回路素子より出力される出力信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことを特徴とするものである。

本発明の高周波モジュールによれば、キャビティ形成部の直下領域に、電子部品素子に電気的に接続される分布定数伝送線路の少なくとも一部を配設したことから、分布定数伝送線路の線路長が長くならないので伝送損失を少なくすることができる。

然も、前記多層回路基板の内部で、前記キャビティ形成部の外方に、前記分布定数伝送線路の少なくとも一端と前記グランドパターンとを電気的に接続する容量形成部を配設したことから、分布定数伝送線路のインピーダンス低下分が容量形成部によって元に戻すことができるので、外部の回路とのインピーダンスの整合がとれるようになる。

また本発明の高周波モジュールによれば、容量形成部が分布定数伝送線路の両端に１個ずつ接続するとともに、この２つの容量形成部と分布定数伝送線路とでローパスフィルタを構成したことから、高周波の交流成分が高周波モジュールより出力されるのを防ぐことができる。

更に本発明の高周波モジュールによれば、電子部品素子がフィルタ素子であり、ローパスフィルタの阻止域を、フィルタ素子を通過する通過信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことから、例えば高周波モジュールを受信用の回路に用いる場合において、外来の高周波ノイズをより取り除くことが可能となる。

また更に本発明の高周波モジュールによれば、電子部品素子が電力増幅回路素子であり、ローパスフィルタの阻止域を、電力増幅回路素子より出力される出力信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことから、例えば高周波モジュールを送信用の回路に用いる場合において、電力増幅回路素子より出力される信号の中から高調波成分を取り除くことが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の高周波モジュールの外観斜視図であり、図２は本発明の分解斜視図である。図中の高周波フィルタは、内部に回路パターンを有する多層回路基板１の主面に形成されたキャビティ３内に電子部品素子２を収納した構造を有している。

多層回路基板１を構成する誘電体層１ａ〜１ｅは、その材質としては、例えば導体抵抗値の低い金属材料と同時焼成が可能なガラス−セラミック材料等が好適に用いられ、各誘電体層の厚みは、例えば２０μｍ〜３００μｍに設定される。また、多層回路基板１の主面にはキャビティ３が形成される。

かかるガラス−セラミック材料のセラミック成分としては、例えば、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライト等の絶縁セラミック材料、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＴｉＯ_２等の誘電体セラミック材料、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等の磁性体セラミック材料等が用いられ、例えば、平均粒径０．５〜６．０μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍに粉砕したものが使用される。尚、セラミック材料は２種以上を混合して用いても構わない。

一方、誘電体層１ａ〜１ｅを形成するガラス−セラミック材料のガラス成分としては、焼成処理することによってコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶やスピネル構造の結晶相を析出するものであればどのようなガラスを用いてもよく、例えば、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリット等が用いられる。これらのガラスフリットは、ガラス化範囲が広く、また屈伏点が例えば６００〜８００℃に設定されている。

多層回路基板１の表面や内部に形成される回路パターンは、その材質としては、例えば比較的導体抵抗値の低いＡｇ、Ｃｕ、Ａｕを主成分とする導電材料が用いられる。このような材料を用いて形成される回路パターンは、誘電体層間に介在される分布定数伝送線路４及びグランドパターン５や誘電体層の内部に埋設されるビアホール導体、多層回路基板１の表面で電子部品素子２等に電気的に接続される接続パッド等として設けられる。接続パッド、分布定数伝送線路４及びグランドパターン５の厚みは例えば５〜２５μｍに設定される。ビアホール導体の直径は誘電体層の厚み等に応じて適宜設定されるものであり、ビアホール導体が埋設される誘電体層の厚みが２０μｍ〜３００μｍの場合、ビアホール導体の直径は例えば５０μｍ〜３００μｍに設定される。尚、多層回路基板１の表面に形成される回路パターンの表面には、酸化の防止や、導電性接着剤の濡れ性の向上等の理由から、更にＮｉメッキやＡｕメッキ，Ｓｎメッキ，半田メッキ等のメッキ処理が施される。また、図２に示す回路パターンのうち、本実施形態の発明にかかる部分以外については記載を省いた。

多層回路基板１の内部もしくは表面に配設される分布定数伝送線路４は、インダクタンス及びキャパシタンスを同時に有した線路であり、そのうちキャパシタンスは、同じく多層回路基板１の内部もしくは表面に配設されるグランドパターン５と対向した部分によって形成される。本実施形態においては、グランドパターン５は多層回路基板１の下側表面で略全面に形成されており、多層回路基板１の内部で形成されるそれぞれのグランド電位パターンはビアホール導体によって積層方向に最短距離で接続することが可能な構造を有している。

かかる多層回路基板１は、例えば従来周知のグリーンシート積層法によって製作される。先ず、上述したガラス−セラミック材料のセラミック成分及びガラス成分の粉末に適当な有機バインダ、有機溶剤等を添加・混合してシート状に成形・加熱して得られたセラミックグリーンシートに、キャビティ若しくはビアホールとなる貫通孔を形成する。次に、セラミックグリーンシートの表面や貫通孔内に、導電材料の粉末に有機バインダ、有機溶剤等を添加・混合してスクリーン印刷法等により回路パターンを形成する。そして、上記セラミックグリーンシートを複数枚積層・接着し、しかる後、この積層体を高温で焼成し、外形加工することによって多層回路基板１が製作される。

多層回路基板１の主面に形成されたキャビティ３内には、フィルタ素子等の電子部品素子２が収納される。フィルタ素子としては、例えばＬｉＴａＯ₃、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、水晶等の圧電単結晶基板上にＡｌ−Ｃｕ等の導電材料を用いてインターデジタルトランスデューサ等の共振回路を形成してなる弾性表面波素子等が用いられる。またフィルタ素子は、多層回路基板１の接続パッドと導電性接着剤やボンディングワイヤ等の接続部材（図示せず）等を用いて接続することにより、分布定数伝送線路及びグランドパターンと電気的に接続される。尚、キャビティ３に収納されたフィルタ素子は、キャビティ３の開口部を覆うようにして取り付けられたコバール等の蓋材７によって気密封止される。また、多層回路基板１の主面で、キャビティ３形成部の外方にはコンデンサ等のチップ部品８が搭載されている。

上述したような高周波モジュールは、例えば、アンテナに接続されるものであり、分布定数伝送線路４及びフィルタ素子の周波数特性により、アンテナで受信した全信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる受信用高周波モジュールとして機能する。

そして本実施形態の高周波モジュールは、図に示すように、キャビティ３形成部の直下領域に、電子部品素子２に電気的に接続される分布定数伝送線路４の少なくとも一部を配設したことから、分布定数伝送線路４の線路長が長くならないので伝送損失を少なくすることができる。

然も本実施形態においては、多層回路基板１の内部で、キャビティ３形成部の外方に、分布定数伝送線路４の少なくとも一端とグランドパターン５とを電気的に接続する容量形成部６を配設しており、分布定数伝送線路４のインピーダンス低下分を容量形成部６によって元に戻すことができるので、外部の回路とのインピーダンスの整合がとれるようになる。

上記容量形成部６は、誘電体層１ｄを挟む一対の回路パターンによって構成され、そのうち一方の回路パターンはグランドパターン５に接続され、他方の回路パターンが分布定数伝送線路４の一端と接続される。

また本実施形態の高周波モジュールによれば、容量形成部６が分布定数伝送線路４の両端に１個ずつ接続するとともに、この２つの容量形成部６と分布定数伝送線路４とでローパスフィルタを構成したことから、高周波の交流成分が高周波モジュールより出力されるのを防ぐことができる。

図３は本実施形態の高周波モジュールにかかるローパスフィルタの等価回路図であり、図に示すローパスフィルタは、分布定数伝送線路４の両端にグランド電位に接続される容量形成部６を接続したπ型のローパスフィルタとして構成される。

特に、電子部品素子２としてフィルタ素子を用いて、ローパスフィルタの阻止域を、フィルタ素子を通過する通過信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことから、例えば高周波モジュールを受信用の回路に用いる場合において、外来の高周波ノイズをより取り除くことが可能となる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、本実施形態の高周波モジュールは、電子部品素子２としてフィルタ素子を用いているが、フィルタ素子に換えて電力増幅回路素子を用いることも可能である。電力増幅回路素子としては、例えば半導体基板上にＡｌ等の導電材料を用いてトランジスタを複数個形成して成るパワーアンプ等が用いられる。この場合、ローパスフィルタの阻止域を、電力増幅回路素子より出力される出力信号の周波数帯域よりも高周波側に設定することにより、例えば高周波モジュールを送信用の回路に用いる場合において、電力増幅回路素子より出力される信号の中から高調波成分を取り除くことが可能となる。

また、本実施形態の高周波モジュールは、グランドパターン５が多層回路基板１の下側表面に形成されているが、内部に形成しても良く、キャビティ３の底面部に形成しても良い。グランドパターン５をキャビティ３の底面部に形成した場合、特に収納する電子部品素子２の下面がグランド電位に設定されているものについては、余分な回路パターンを形成する必要がなくなり、高周波モジュールの電気特性が向上する。

更に、本実施形態の高周波モジュールにおいて、容量形成部６は一方の回路パターンはグランドパターン５に接続される独立したパターンとしているが、例えば、他方の回路パターンをグランドパターン５の一部と対向するように配設しても良い。この場合、一方の回路パターンはグランドパターン５の一部を構成することとなり、回路パターンを少なくすることができるので、高周波モジュールの小型化を図ることができる。

本発明の高周波モジュールの外観斜視図である。本発明の高周波モジュールの分解斜視図である。本発明の高周波モジュールにかかるローパスフィルタの等価回路図である。

符号の説明

１・・・多層回路基板
２・・・電子部品素子
３・・・キャビティ
４・・・分布定数伝送線路
５・・・グランドパターン
６・・・容量形成部
７・・・蓋材
８・・・チップ部品

Claims

複数個の誘電体層を積層して成る多層回路基板の主面にキャビティを形成するとともに、該キャビティ内に電子部品素子を収納し、前記多層回路基板の内部もしくは表面で前記キャビティ形成部の直下領域に前記電子部品素子に電気的に接続される分布定数伝送線路及びグランドパターンの少なくとも一部を配設してなる高周波モジュールであって、
前記多層回路基板の内部で、前記キャビティ形成部の外方に、前記分布定数伝送線路の少なくとも一端と前記グランドパターンとを電気的に接続する容量形成部を配設したことを特徴とする高周波モジュール。
前記容量形成部が前記分布定数伝送線路の両端に１個ずつ接続するとともに、この２つの容量形成部と前記分布定数伝送線路とでローパスフィルタを構成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。
前記電子部品素子がフィルタ素子であり、前記ローパスフィルタの阻止域を、前記フィルタ素子を通過する通過信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことを特徴とする請求項２に記載の高周波モジュール。
前記電子部品素子が電力増幅回路素子であり、前記ローパスフィルタの阻止域を、前記電力増幅回路素子より出力される出力信号の周波数帯域よりも高周波側に設定したことを特徴とする請求項２に記載の高周波モジュール。