JP2007013109A - 通信回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発生される寄生容量を効果的に低下し、回路構造の性能を高めることができる通信回路モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の通信回路モジュール４００は、少なくとも１つの第１基板の上に位置される少なくとも１つの第１回路構造４１０と、少なくとも１つの第２基板の上に位置され、第１基板と第２基板が積層基板４２０を構成する少なくとも１つの第２回路構造４１２と、その１つの側と積層基板４２０が互いに接触する少なくとも１つのブロック層４０４と、第１回路構造４１０と第２回路構造４１２の間とに位置される少なくとも１つの第１接地平面４０６と、ブロック層４０４のもう１つ側に位置され、第１接地平面４０６と電気的に接続される少なくとも１つの第２接地平面４０８と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、高周波回路モジュールなどの通信回路モジュールに関し、特に、改良型の接地平面（グランドプレーン）構造を有する高周波の通信回路モジュールに関するものである。

各種の移動体通信デバイスの微小化に伴って、例えば特許文献１などで知られているその内部の高周波回路も高集積度の目標に向けて開発されている。よって、高誘電率の材料を用いて回路構造の基板とすることが、漏れ電流を解決するための主な傾向となっている。しかし、設計者にすれば、高誘電率の材料での高周波回路の設計は、かなり大きな問題が存在する。

例えば、図１Ａに示すように、従来の高周波回路構造１００は、基板１０１によって構成され、接地平面１０２，１０３と回路構造のストリップ（帯状）ライン１０４とを含む。この構造の等価回路図は図１Ｂに示される。ストリップライン１０４は、Ｘ方向に沿った信号伝播用として直列接続したインダクタンスＬとレジスタンスＲが存在し、またＺ方向に沿った信号伝播用として並列接続したコンダクタンスＧとキャパシタンスＣが存在する。この並列の寄生キャパシタンスＣは、基板１０１の誘電定数εと密接に関わり、誘電定数εが増えた時、並列の寄生キャパシタンスＣの値もそれに伴って上昇する。ストリップラインのインピーダンスもこれによって低下し、信号の伝播速度を遅らせて、高周波回路の設計者に設計上の制限をきたす。よって、高誘電率の材料を用いて基板とした場合、高周波信号によって発生される寄生効果（即ち、寄生容量）は、従来の低誘電率の材料より更に大きくなって、処理が難しい。

また、寄生容量の増加により、このストリップラインのインピーダンスを維持するために、より細いライン幅を用いなければ元のインピーダンスを維持することはできない。しかし、現在の製造プロセスでは、ライン幅の設計は、まだ大きな制限がある。

高周波回路の集積度を更に高めるために、多層の高誘電率材料の基板を用いる必要があり、この構造は寄生効果を更に増加させる。図２に示すように、従来の多層高周波回路モジュール２００は、多層の高誘電率材料の基板２０１により構成され、当該基板２０１は２つの回路構造２０４，２０５を含む。この回路構造２０４，２０５は、基板２０１上にストリップラインを設けてなる。また、高周波回路構造２００の最も下層の基板２０１の下面に基準の接地平面２０２が設置される。回路構造２０４，２０５間に相互干渉の問題が発生するのを防ぐために、この２つの回路の間に特定サイズの静電遮蔽体としての接地平面２０３を付着させなければならない。この接地平面２０３は、部品または回路間の遮蔽作用を提供する。続いて、図３に示す電場分布図を参照すると、図２における回路構造２０５のストリップライン２０５ａは、その下方に接地平面２０３が存在し、且つ、その上方が開放空間（接地平面の存在がない）で、弱い電場が存在することから、電場がストリップライン２０５ａと接地平面２０３との間に集まるため、そこに発生される寄生容量は、小さい。一方、回路構造２０４のストリップライン２０４ａは、その上方と下方に互いに接続しない接地平面２０３，２０２がそれぞれ存在し、且つ、その上方および下方の基板は、それぞれ高い誘電定数ε１を有するため、電場は、ストリップライン２０４ａの両側に密集して存在する。よって、非常に大きな寄生容量を有する。

また、より多くの層の回路構造を形成したい場合、各回路構造の間に接地平面を形成して遮蔽作用を提供する必要があることから、発生される寄生効果がより顕著となり、高周波回路モジュールの性能を大幅に低下させる。ストリップラインのライン幅の縮小は、寄生容量を低下することができるが、現在の製造プロセスの技術がそのライン幅を無制限に縮小することができないことから、如何にストリップラインのライン幅を減少する必要なく、ストリップラインの寄生容量を低くするかが、現在の高周波回路設計者の達成したい目標である。
特開平５−２６７７９９号公報

これに鑑みて、本発明の目的は、発生される寄生容量を効果的に低下し、回路構造の性能を高めることができる通信回路モジュールを提供する。

本発明に基づいた通信回路モジュールは、少なくとも１つの第１回路構造と、少なくとも１つの第２回路構造と、少なくとも１つのブロック層と、少なくとも１つの第１接地平面と、少なくとも１つの第２接地平面とを有する。第１回路構造は、少なくとも１つの第１基板の上に位置され、且つ、第２回路構造は、少なくとも１つの第２基板の上に位置される。第１基板と第２基板は、積層基板を構成する。前記ブロック層の１つ側と前記積層基板は互いに接触し、且つ、前記ブロック層の誘電定数値は、前記第１基板と前記第２基板の誘電定数値より低い。第１接地平面は、前記第１回路構造と前記第２回路構造との間に位置され、且つ、第２接地平面は、前記ブロック層のもう１つの側面に位置され、前記第１接地平面は、前記第２接地平面と電気的に接続される。

本発明に基づいたもう１つの通信回路モジュールは、外部システムの１つの側面に位置される通信回路モジュールであって、この高周波の通信回路モジュールは少なくとも１つの第１回路構造と、少なくとも１つの第２回路構造と、少なくとも１つの第１接地平面とを有し、前記第１接地平面は、前記外部システムのもう１つの側面の少なくとも１つの第２接地平面に電気的接続され、且つ、前記外部システムの誘電定数値は、前記第１基板と前記第２基板の誘電定数値より低い。第１回路構造は、少なくとも１つの第１基板の上に位置され、第２回路構造は、少なくとも１つの第２基板の上に位置される。前記第１基板と前記第２基板は、積層基板を構成する。前記積層基板の１つの側面は、前記外部システムの前記側面と互いに接触する。第１接地平面は、前記第１回路構造と前記第２回路構造との間に位置される。

本発明の通信回路モジュールは寄生容量の発生がないことから、回路モジュールの基板は、誘電定数が比較的高い材料を用いて製造することができる。よって、回路構造の各層の厚さを大幅に縮小し、回路モジュールのサイズを縮小することができる。

本発明についての目的，特徴，長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図４は、本発明の実施例に基づいた通信回路モジュール４００の断面図である。図５は、図４における通信回路モジュール４００の電場分布の概略図である。図４を参照すると、通信回路モジュール４００は、回路域４０２とブロック層４０４とより構成され、ブロック層４０４の誘電定数値は、回路域４０２の基板４２０の誘電定数値より低い。通信回路モジュール４００は、高周波回路モジュール，ブルートゥース（登録商標）モジュール，または無線通信モジュールとすることができる。

回路域４０２は、複数層の基板４２０を積層して形成され、回路構造４１０，４１２と接地平面４０６とを有する。基板４２０の材料は、低誘電定数の材料（Low−k誘電体），セラミック材料，有機高分子材料，シリコン材料，または高誘電定数の材料（High−k誘電体）とすることができる。接地平面４０６は、回路構造４１０，４１２の間に位置される。本実施例では、回路構造４１０，４１２は、デジタル回路，高出力回路，低出力回路，アナログ回路，またはストリップライン回路からなることができる。また、回路域４０２の１つの側面にも部品（デバイス）４２２ａ，４２２ｂを形成することができ、部品４２２ａ，４２２ｂは、回路構造４１０と電気的に接続される。部品４２２ａ，４２２ｂは、基板４２０内に内蔵されたレジスタ（抵抗），インダクタ，コンデンサ，マイクロプロセッサ，またはコントローラ（制御器）からなることができる。

ブロック層４０４の１つの側面は、回路域４０２の基板４２０の１つの側面と接触し、ブロック層４０４のもう１つの側面は、接地平面４０８と接続パット４１４，４１６が形成されている。ブロック層４０４は、その誘電定数値が基板４２０の誘電定数値より低ければ良く、ブロック層４０４の材料は、低誘電定数の材料，セラミック材料，有機高分子材料，シリコン材料，または高誘電定数の材料とすることができる。

接地平面４０８は、接続部（セグメント）４１８によって接地平面４０６と電気的に接続し、よって、接地平面４０８は、接続部４１８によって回路域４０２内の無回路領域に延伸することができる。よって、通信回路モジュール４００のサイズを増やすことなく、接地平面の作用面積を大幅に増加することができる。また、接地平面４０８はさらに、接地平面４０６と併せて回路構造４１０，４１２に電磁遮蔽として作用し、回路構造４１０，４１２間の相互干渉を防ぐこともできる。接地平面４０６，４０８の材料は、金属，炭素繊維，またはその他の導電材料とすることができる。

接続パット４１４，４１６は、回路構造４１０，４１２と電気的に接続し、且つブロック層４０４のもう１つの側面に位置しており、この接続パット４１４，４１６を介して、回路構造４１０，４１２を外部システムと電気的に接続させる。

なお、第１回路構造に相当する回路構造４１０は、少なくとも１つの基板（第１基板）４２０の上に配置され、また第２回路構造に相当する回路構造４１２も、少なくとも１つの基板（第２基板）４２０の上に配置される。回路構造４１０，４１２は少なくとも一つあればよいが、複数あっても構わない。こうした基板４２０が積み重なることで、回路域４０２の積層基板（図４に示す基板４２０全体）が構成される。また、第１接地平面である接地平面４０６や、第２接地平面である接地平面４０８や、接続パット４１４，４１６も、同様に少なくとも一つあればよいが、複数あっても構わない。

また、図５に示す電場分布の概略図を参照すると、ここでは回路構造４１０の基板の誘電定数が外部空気の誘電定数（約１）より大きいことから、回路構造４１０によって発生される電場は、接地平面４０６の近くに密集する。また、回路構造４１２の基板の誘電定数もブロック層４０４の誘電定数より大きいことから、回路構造４１２によって発生される電場も接地平面４０６の近くに密集する。本実施例では、接地平面４０６は、回路構造４１０，４１２からの電場の影響を受け、誘導された電流が接続部４１８を通して接地平面４０８に迅速に伝導されることで、寄生容量を減少することができる。

このように、本発明の回路モジュールは寄生容量の発生がないことから、回路モジュール４００の基板４２０は、誘電定数が比較的高い材料を用いて製造することができる。よって、回路構造４１０，４１２の各層の厚さを大幅に縮小し、回路モジュール４００のサイズを縮小することができる。

図６は、本発明のその他の実施例における通信回路モジュール４００ａと外部システム５００の概略図である。この実施例では、通信回路モジュール４００ａの基板４２０と外部システム５００の材料は異なり、外部システム５００の誘電定数値は、基板４２０の誘電定数値よりも低い。

外部システム５００の表面は、回路構造５０２ａと接地平面５０２ｂを有し、回路構造５０２ａと接地平面５０２ｂは、外部システム５００の同一平面、または外部システム５００の異なる各平面に配置することができる。外部システム５００は、プリント回路板であってもよい。

通信回路モジュール４００ａの回路構造４１０，４１２は、接続部４１８ｂによって外部システム５００の回路構造５０２ａと電気的に接続される。回路構造４１０，４１２と回路構造５０２ａは、接続部４１８ｂを直接用いて電気的に接続することができ、または通信回路モジュール４００ａと外部システム５００にそれぞれ露出して設けた接続部４１８ｃ，５０４ｂによって互いに電気的に接続することもでき、または接続部で外部システムを電気的に接続した後、接続パットによって互いに電気的に接続することもできる。また、通信回路モジュール４００ａの接地平面４０６は、接続部４１８，４１８ａによって外部システム５００の回路構造５０２ｂに電気的に接続され、完全な接地平面を提供する。通信回路モジュール４００ａの接地平面４０６と、外部システム５００の接地平面５０２ｂは、接続部４１８，４１８ａを直接用いて電気的に接続してもよいし、通信回路モジュール４００ａと外部システム５００にそれぞれ露出して設けた接続部４１８ｃ，５０４ａによって互いに電気的に接続してもよいし、接続部４１８ａを接地平面５０２ｂに貫通させた後、接続パット５０４によって電気的に接続してもよい。なお、第３回路構造である回路構造５０２ａや、ここでの第２接地平面である接地平面５０２ｂは、少なくとも一つあればよいが、複数あっても構わない。

本実施例では、通信回路モジュール４００ａの接地平面４０６におけるいくつかの部分が、外部システム５００に接しており、誘電定数値のより低い外部システム５００を回路モジュール４００ａのブロック層とするため、この実施例の回路モジュール４００ａは、モジュール間の寄生容量を大幅に低下させることができるだけでなく、回路モジュール４００ａのサイズも大幅に縮小することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や同様の装置を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の高周波回路構造を示す概略図である。 図１Ａの等価回路図である。 従来の多層高周波回路モジュールの断面図である。 図２における回路の電場分布の概略図である。 本発明の実施例に基づいた通信回路モジュールの断面図である。 図４における回路の電場分布の概略図である。 本発明のその他の実施例における通信回路モジュールと外部システムの断面図である。

符号の説明

１００ 高周波回路構造
１０１ 基板
１０２ 接地平面
１０３ 接地平面
１０４ ストリップライン
２００ 高周波回路モジュール
２０１ 基板
２０２ 接地平面
２０３ 接地平面
２０４ 回路構造
２０４ａ ストリップライン
２０５ 回路構造
２０５ａ ストリップライン
４００，４００ａ 通信回路モジュール
４０２ 回路域
４０４ ブロック層
４０６ 接地平面（第１接地平面）
４０８ 接地平面（第２接地平面）
４１０ 回路構造（第１回路構造）
４１２ 回路構造（第２回路構造）
４１４，４１６，４１８ｃ，５０４，５０４ａ，５０４ｂ 接続パット
４１８，４１８ａ，４１８ｂ 接続部
４２０ 基板（第１基板，第２基板，積層基板）
４２２ａ，４２２ｂ 部品
５００ 外部システム
５０２ａ 回路構造（第３回路構造）
５０２ｂ 回路構造（第２接地平面）

Claims (13)

1. 少なくとも１つの第１基板の上に位置される少なくとも１つの第１回路構造と、
   少なくとも１つの第２基板の上に位置され、前記第１基板と前記第２基板が積層基板を構成する少なくとも１つの第２回路構造と、
   その１つの側が前記積層基板と互いに接触する少なくとも１つのブロック層と、
   前記第１回路構造と前記第２回路構造との間に位置される少なくとも１つの第１接地平面と、
   前記ブロック層のもう１つの側に位置され、前記第１接地平面と電気的に接続される少なくとも１つの第２接地平面と、を含む通信回路モジュール。
2. 前記通信回路モジュールは、高周波回路モジュール，ブルートゥース（登録商標）モジュール，または無線通信モジュールからなる請求項１に記載の通信回路モジュール。
3. 前記積層基板のもう一つの側に位置された少なくとも１つの部品を更に含み、前記部品は、レジスタ，インダクタ，コンデンサ，プロセッサ，またはコントローラからなる請求項１に記載の通信回路モジュール。
4. 前記第１接地平面または前記第２接地平面の材料は、金属，炭素繊維，または導電材料である請求項１に記載の通信回路モジュール。
5. 前記ブロック層のもう１つの側面に位置され、前記第１回路構造および前記第２回路構造とそれぞれ電気的に接続される少なくとも１つの接続パットを更に含む請求項１に記載の通信回路モジュール。
6. 前記ブロック層の誘電定数値は、前記第１基板と前記第２基板の誘電定数値より低い請求項１に記載の通信回路モジュール。
7. 外部システムの一つの側面に位置される通信回路モジュールであって、
   少なくとも１つの第１基板の上に位置される少なくとも１つの第１回路構造と、
   少なくとも１つの第２基板の上に位置され、前記第１基板と前記第２基板が積層基板を構成し、前記積層基板の一つの側面が前記外部システムの前記一つの側面に接触する少なくとも１つの第２回路構造と、
   前記第１回路構造と前記第２回路構造との間に位置される少なくとも１つの第１接地平面と、を含み、
   前記第１接地平面は、前記外部システムのもう１つの側面の少なくとも１つの第２接地平面と電気的に接続される通信回路モジュール。
8. 前記通信回路モジュールは、高周波回路モジュール，ブルートゥース（登録商標）モジュール，または無線通信モジュールからなる請求項７に記載の通信回路モジュール。
9. 前記積層基板のもう一つの側に位置された少なくとも１つの部品を更に含み、前記部品は、レジスタ，インダクタ，コンデンサ，プロセッサ，またはコントローラからなる請求項７に記載の通信回路モジュール。
10. 前記第１接地平面または前記第２接地平面の材料は、金属，炭素繊維，または導電材料である請求項７に記載の通信回路モジュール。
11. 前記外部システムは、プリント回路板からなる請求項７に記載の通信回路モジュール。
12. 前記外部システム上に位置され、前記第１回路構造および前記第２回路構造と電気的に接続される少なくとも１つの第３回路構造を更に含む請求項７に記載の通信回路モジュール。
13. 前記外部システムの誘電定数値は、前記第１基板と前記第２基板の誘電定数値より低い請求項７に記載の通信回路モジュール。

Images