JP2007158748A - Rf電力増幅器モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】1つのRF電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接した2つの周波数帯域のRF送信電力出力信号を1つのRF電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減すること。
【解決手段】第1のRF電力増幅器CHIP_Lの第1の出力整合回路SL_L、C1Lによる低い周波数バンドB1での高域周波数でのゲイン低下を、第1のハイパスフィルタC2L、L4Lによる高い周波数バンドB2での低域周波数でのゲイン増加により補償する。第1のRF電力増幅器の電力効率に大きく影響を与える第1のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lを、RF電力増幅器モジュール100の内部配線の自由度向上のために設けられた多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路L4L_1…L4L_4と、ビア配線V412…V44Gとで構成する。第1のインダクタンスL4Lは、低コスト、高性能指数(Q)となる
【選択図】図1
【解決手段】第1のRF電力増幅器CHIP_Lの第1の出力整合回路SL_L、C1Lによる低い周波数バンドB1での高域周波数でのゲイン低下を、第1のハイパスフィルタC2L、L4Lによる高い周波数バンドB2での低域周波数でのゲイン増加により補償する。第1のRF電力増幅器の電力効率に大きく影響を与える第1のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lを、RF電力増幅器モジュール100の内部配線の自由度向上のために設けられた多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路L4L_1…L4L_4と、ビア配線V412…V44Gとで構成する。第1のインダクタンスL4Lは、低コスト、高性能指数(Q)となる
【選択図】図1
Description
本発明は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置に用いられるRF電力増幅器モジュールに関し、特にRF電力増幅器モジュールの無線周波数特性を改善して、コストを低減するのに有益な技術に関する。
携帯電話のようなモバイル通信端末装置では、基地局との無線周波数(以下、RFという)の通信のためのRF電力増幅器が必要である。
従来より、GSM(Global Systems for Mobile communications)の900MHzの周波数帯域とDCS(Digital Communication System)の1800MHzの周波数帯域とのふたつの周波数帯域とからなるデュアルバンドのためのふたつのRF電力増幅器を、ひとつのRF電力増幅器モジュールに内蔵することが下記特許文献1に記載されている。このモジュールは、多層配線を含む基板上にふたつのRF電力増幅器チップと抵抗、容量、コイルの表面実装デバイス(SMD, Surface Mounted Device)の受動素子とが搭載されることにより構成されている。
一方、下記特許文献2には、RF電力増幅器モジュールの増幅トランジスタの負荷としてのチョークコイルを、多層配線基板の各層のストリップ線路とストリップ線路同士を接続するビアとで構成することが記載されている。これにより、小さい占有面積で、高いインピーダンスとすることができる。
本発明者等は、本発明に先立って、四つの周波数帯域をカバーするクワッドバンドのRF電力増幅器モジュールの開発に従事した。クワッドバンドは前記特許文献1と同様にGSM900MHzとDCS1800MHzとのデュアルバンド以外に、GSM850MHzとPCS1900MHzの他のふたつの周波数帯域をもカバーする。GSM900MHzとDCS1800MHzとは、周波数約2倍異なるが、GSM850MHzとGSM900MHzとは互いに周波数が近接しており、DCS1800MHzとPCS1900MHzとは同様に互いに周波数が近接している。従って、ひとつのRF電力増幅器モジュールで、GSM850MHzとGSM900MHzとをひとつ目のRF電力増幅器がカバーし、DCS1800MHzとPCS1900MHzとをふたつ目のRF電力増幅器がカバーできれば、クワッドバンドをカバーするRF電力増幅器モジュールを小さい占有面積で構成することができる。
しかし、本発明者等は、互いに近接したふたつの周波数帯域のRF送信電力出力信号をひとつのRF電力増幅器が生成する際に、ふたつの周波数をカバーするためには、周波数特性と電力効率とが犠牲となることを見出した。
従って、本発明は、RF通信を可能とするひとつのRF電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接したふたつの周波数帯域のRF送信電力出力信号をひとつのRF電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、本発明のひとつの形態は、RF通信を可能とするRF電力増幅器モジュール(RF_PA_MDL;100)は、多層配線基板(103)と、前記多層配線基板(103)の上に搭載されたひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)と出力整合回路(SL_L、C1L)と第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)とを含む。前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)は、互いに近接したふたつの周波数帯域のRF送信電力出力信号を生成する。前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)は最終段増幅素子(Q3L)を含み、前記最終段増幅素子(Q3L)の出力には前記出力整合回路(SL_L、C1L)の入力が接続されている。前記出力整合回路(SL_L、C1L)は前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の低い周波数のバンド(B1)に適合化されている。前記出力整合回路(SL_L、C1L)の前記出力には、第1の容量と第1のインダクタンスとの直列接続からなる前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)が接続されている。前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)は前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンド(B2)に適合化されている。前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)の前記第1のインダクタンス(L4L)は、前記多層配線基板(103)の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路(L4L_1、L4L_2、L4L_3、L4L_4)と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線(V412、V423、V434、V44G)とで構成されている。
上述した手段によれば、前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)の前記最終段増幅素子(Q3L)の出力に接続された前記出力整合回路(SL_L、C1L)は互いに近接したふたつの周波数帯域の低い周波数のバンド(B1)のRF信号を比較的高い効率で出力するとともに、前記出力整合回路(SL_L、C1L)に接続された前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)は前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンド(B2)のRF信号を比較的高い効率で出力することができる。従って、第1の出力整合回路(SL_L、C1L)による低い周波数バンド(B1)での高域周波数でのゲイン低下は、第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)による高い周波数バンド(B2)での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。
前記ひとつのRF電力増幅器(CHIP_L)の電力効率に大きく影響を与える前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)の前記第1のインダクタンス(L4L)は、RF電力増幅器モジュール(RF_PA_MDL;100)の複数のストリップ線路(L4L_1、L4L_2、L4L_3、L4L_4)と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線(V412、V423、V434、V44G)とで構成されている。一方、RF電力増幅器モジュール(RF_PA_MDL;100)は、その内部配線の自由度向上のために前記多層配線基板(103)に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している。また、RF電力増幅器モジュール(RF_PA_MDL;100)は、その最大の発熱素子である最終段増幅トランジスタ(Q3L)の直下の前記多層配線基板(103)には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビア(THV_Chip_L)を有している。このサーマルビア(THV_Chip_L)は最終段増幅トランジスタ(Q3L)からの発熱を放散するとともに、最終段増幅トランジスタ(Q3L)のエミッタやソースの接地特性を確かなものとしている。従って、内部配線の自由度向上のためや、最終段増幅トランジスタの放熱と接地特性改善のための複数のストリップ線路と複数のビア配線の技術を、そのまま前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)の前記第1のインダクタンス(L4L)を構成する際に活用することができる。従って、前記第1のインダクタンス(L4L)は、低コストとなるとともにその性能指数(Q)も高い値となる。
本発明のより具体的な形態では、前記第1のハイパスフィルタ(C2L、L4L)の前記第1のインダクタンス(L4L)を構成する前記複数のストリップ線路はそれぞれループ形状を持っているものである。
本発明の他のより具体的な形態では、前記最終段増幅トランジスタQ3Lの負荷コイルL3Lは前記多層配線基板(103)に形成された他の複数のストリップ線路(L3L_1、L3L_2、L3L_3、L3L_4)と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線(V312、V323、V334)とで構成されている。
本発明のさらに他の具体的な形態では、前記最終段増幅トランジスタ(Q3L)の直下の前記多層配線基板(103)には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビア(THV_Chip_L)を有している。
本発明の最も具体的な形態では、前記多層配線基板(103)には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、本発明によれば、RF通信を可能とするRF電力増幅器モジュールがカバーする互いに近接したふたつの周波数帯域のRF送信電力出力信号をひとつのRF電力増幅器が生成する際に、周波数特性と電力効率とを改善するとともにコストを削減することができる。
≪RF電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造≫
図1は、本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造を示す図である。
図1は、本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュールの回路構成とデバイス構造を示す図である。
本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール(RF_PA_MDL)100は、多層配線基板103と、第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hとを含む。この多層配線基板103の上には、第1と第2の出力整合回路SL_L、C1L、SL_H、C1と、第1と第2のハイパスフィルタC2L、L4L、C2H、L4Hとを含む。一方のRF電力増幅器CHIP_Lは、クワッドバンドでの互いに近接した第1と第2の周波数の低い周波数のバンドB1と高い周波数のバンドB2とであるGSM850MHzとGSM900MHzとをカバーする。他方のRF電力増幅器CHIP_Hは、クワッドバンドでの互いに近接した第3と第4の周波数の低い周波数のバンドB3と高い周波数のバンドB4とであるDCS1800MHzとPCS1900MHzとをカバーする。
従って、RF電力増幅器モジュール100に供給されるクワッドバンドのGSM850MHzとGSM900MHzのRF入力信号RFIN_Lは、一方のRF電力増幅器CHIP_Lを構成する従属接続された初段増幅トランジスタQ1L、次段増幅トランジスタQ2L、最終段増幅トランジスタQ3Lで増幅されて、クワッドバンドのGSM850MHzとGSM900MHzのRF出力電圧Vout_Lが得られる。これらのトランジスタQ1L、Q2L、Q3Lはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)にて構成され、初段の負荷コイルL1L、次段の負荷コイルL2LとともにGaAsのようなIIIV族化合物半導体チップの上に形成される。これらの負荷コイルL1L、L2Lは、IIIV族化合物半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状(ヘリカル状)のスパイラルコイルで構成される。同様に、これらのトランジスタQ1L、Q2L、Q3LはRFパワーMOSトランジスタにても構成されることもでき、初段の負荷コイルL1L、次段の負荷コイルL2Lとともにシリコン半導体チップの上に形成されることもできる。これらの負荷コイルL1L、L2Lは、シリコン半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状(ヘリカル状)のスパイラルコイルで同様に構成されることができる。IIIV族化合物やシリコンのチップの上に形成された螺旋状のスパイラルコイルの性能指数(Q)はほぼ30程度と比較的低い値であるが、初段と次段との増幅段での電力効率はひとつのRF電力増幅器モジュール100の全体の電力効率には大きな影響を与えない。むしろ、ひとつのRF電力増幅器モジュール100の全体の電力効率には大きな影響を与えるのは、以下に説明する第1のハイパスフィルタC2L、L4Lの第1のインダクタンスL4Lと、第2のハイパスフィルタC2H、L4Hの第2のインダクタンスL4Hと、最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hの負荷コイルL3L、L3Hである。これらのコイルは、以下に説明するように前記多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。最終段増幅トランジスタQ3LからのRF出力電圧Vout_Lは、第1のストリップラインSL_Lと第1の容量C1Lとで構成された第1の出力整合回路の入力に接続される。最終段増幅トランジスタQ3Lの出力インピーダンスは数Ωと低いのに対して、アンテナスイッチなどを含むアナログフロントエンドモジュールを介して接続される送信アンテナの入力インピーダンスは約50Ωと比較的高いのが一般的である。この第1の出力整合回路SL_L、C1Lは、互いに近接した第1と第2の周波数の低い周波数のバンドB1と高い周波数のバンドB2とであるGSM850MHzとGSM900MHzの周波数帯域で数Ωから約50Ωへのインピーダンス変換を行う。また、第1の出力整合回路SL_L、C1Lはこのインピーダンス変換とともに、互いに近接した第1と第2の周波数の低い周波数のバンドB1であるGSM850MHz(正確には824〜849MHzの周波数帯域で米国で使用されるGSM帯域)の周波数バンドに適合化されている。図2に示した第1の出力整合回路SL_L、C1L、第2の出力整合回路SL_H、C1H、第1のハイパスフィルタC2L、L4L、第2のハイパスフィルタC2H、L4Hの周波数特性を示す図で、破線b1がGSM850MHzに適合化された第1の出力整合回路SL_L、C1Lの周波数帯域を示す。破線b1で最大ゲインから3dB低下した低域周波数f1Lは824MHzもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから3dB低下した高域周波数f1Hは849MHzもしくはそれ以上に設定されている。図2に示すように第1の出力整合回路SL_L、C1LでカバーされたGSM850MHzの低い周波数のバンドB1とすぐ近接したGSM900MHzの第1と第2の周波数の高い周波数のバンドB2は第1の出力整合回路SL_L、C1Lに接続された第1のハイパスフィルタC2L、L4Lでカバーされるように、第1の容量C2Lと第1のインダクタンスL4Lの素子定数が設定される。すなわち、第1のハイパスフィルタC2L、L4Lは、GSM900MHz(正確には880〜915MHzの周波数帯域で欧州・アジアで使用されるGSM帯域)の周波数バンドB2に適合化されている。破線b2で最大ゲインから3dB低下した低域周波数f2Lは880MHzもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから3dB低下した高域周波数f2Hは915MHzもしくはそれ以上に設定されている。尚、図2の実線b21は、第1の出力整合回路SL_L、C1Lと第1のハイパスフィルタC2L、L4Lとで決定される一方のRF電力増幅器CHIP_Lのトータルの周波数特性を示している。このように、一方のRF電力増幅器CHIP_Lのトータルの周波数特性は、互いに周波数が近接したGSM850MHzとGSM900MHzとのふたつの周波数バンドB1、B2をカバーすることができる。特に、第1の出力整合回路SL_L、C1Lによる低い周波数バンドB1での高域周波数でのゲイン低下は、第1のハイパスフィルタC2L、L4Lによる高い周波数バンドB2での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。
一方、RF電力増幅器モジュール100に供給されるクワッドバンドでの互いに近接した第3と第4の周波数の低い周波数のバンドB3と高い周波数のバンドB4とであるDCS1800MHzとPCS1900MHzのRF入力信号RFIN_Hは、他方のRF電力増幅器CHIP_Hを構成する従属接続された初段増幅トランジスタQ1H、次段増幅トランジスタQ2H、最終段増幅トランジスタQ3Hで増幅されて、クワッドバンドでの互いに近接した第3と第4の周波数の低い周波数のバンドB3と高い周波数のバンドB4とであるDCS1800MHzとPCS1900MHzのRF出力電圧Vout_Hが得られる。これらのトランジスタQ1H、Q2H、Q3Hはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)にて構成され、初段の負荷コイルL1H、次段の負荷コイルL2HとともにGaAsのようなIIIV族化合物半導体チップの上に形成される。これらの負荷コイルL1H、L2Hは、IIIV族化合物半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状(ヘリカル状)のスパイラルコイルで構成される。同様に、これらのトランジスタQ1H、Q2H、Q3HはRFパワーMOSトランジスタにても構成されることもでき、初段の負荷コイルL1H、次段の負荷コイルL2Hとともにシリコン半導体チップの上に形成されることもできる。これらの負荷コイルL1H、L2Hは、シリコン半導体チップの上の導体配線で形成される螺旋状(ヘリカル状)のスパイラルコイルで同様に構成されることができる。IIIV族化合物やシリコンのチップの上に形成された螺旋状のスパイラルコイルの性能指数(Q)はほぼ30程度と比較的低い値であるが、初段と次段との増幅段での電力効率はひとつのRF電力増幅器モジュール100の全体の電力効率には大きな影響を与えない。最終段増幅トランジスタQ3HからのRF出力電圧Vout_Hは、第2のストリップラインSL_Hと第2の容量C1Hとで構成された第2の出力整合回路の入力に接続される。最終段増幅トランジスタQ3Hの出力インピーダンスは数Ωと低いのに対して、アンテナスイッチなどを含むアナログフロントエンドモジュールを介して接続される送信アンテナの入力インピーダンスは約50Ωと比較的高いのが一般的である。この第2の出力整合回路SL_H、C1Hは、DCS1800MHzとPCS1900MHzの周波数帯域で数Ωから約50Ωへのインピーダンス変換を行う。また、第2の出力整合回路SL_H、C1Hはこのインピーダンス変換とともに、近接した第3と第4の周波数の低い周波数のバンドB3であるDCS1800MHz(正確には1710〜1785MHzの周波数帯域で使用されるDCS帯域)の周波数バンドに適合化されている。尚、DCSは、Digital Communication Systemの略である。図2の破線b3がDCS1800MHzに適合化された第2の出力整合回路SL_H、C1Hの周波数帯域を示す。破線b3で最大ゲインから3dB低下した低域周波数f3Lは1710MHzもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから3dB低下した高域周波数f3Hは1785MHzもしくはそれ以上に設定されている。図2に示すように第2の出力整合回路SL_H、C1Hでカバーされたこの周波数バンドB3とすぐ近接した第3と第4の周波数の高い周波数のバンドB4は第2の出力整合回路SL_H、C1Hに接続された第2のハイパスフィルタC2H、L4Hでカバーされるように、第2の容量C2Hと第2のインダクタンスL4Hの素子定数が設定される。すなわち、第2のハイパスフィルタC2H、L4Hは、PCS1900MHz(正確には1850〜1910MHzの周波数帯域で使用されるPCS帯域)の周波数バンドB4に適合化されている。尚、PCSは、Personal Communication Systemの略である。破線b4で最大ゲインから3dB低下した低域周波数f4Lは1850MHzもしくはそれ以下に設定され、同様に最大ゲインから3dB低下した高域周波数f4Hは1910MHzもしくはそれ以上に設定されている。尚、図2の実線b43は、第2の出力整合回路SL_H、C1Hと第2のハイパスフィルタC2H、L4Hとで決定される他方のRF電力増幅器CHIP_Hのトータルの周波数特性を示している。このように、他方のRF電力増幅器CHIP_Hのトータルの周波数特性は、互いに周波数が近接したDCS1800MHzとPCS1900MHzとのふたつの周波数バンドをカバーすることができる。特に、第2の出力整合回路SL_H、C1Hによる低い周波数バンドB3での高域周波数でのゲイン低下は、第2のハイパスフィルタC2H、L4Hによる高い周波数バンドB4での低域周波数でのゲイン増加によってほぼ補償されている。
全体の電力効率には大きな影響を与える第1のハイパスフィルタC2L、L4Lの第1のインダクタンスL4Lと、第2のハイパスフィルタC2H、L4Hの第2のインダクタンスL4Hとは、図1の下部に示すように前記多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。第1と第2のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lと第2のインダクタンスL4Hとは、多層配線基板103の4層の絶縁層の各層上に形成された4層のストリップ線路L4L_1、L4L_2、L4L_3、L4L_4と4層の絶縁層の各層中に形成されたビア配線V412、V423、V434、V44Gとで構成されている。尚、前記第1と第2のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lと第2のインダクタンスL4)を構成する前記複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路L4L_1、L4L_2、L4L_3、L4L_4は、それぞれループ形状を持っているものである。その結果、前記第1と第2のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lと第2のインダクタンスL4Hとから高密度の磁界が形成されて、第1のインダクタンスL4Lと第2のインダクタンスL4Hの性能指数(Q)を50〜65まで向上することができる。一方、多層配線基板の表面にディスクリートのインダクターを搭載すれば、55程度の性能指数(Q)を実現することは可能である。しかし、このディスクリートのインダクターはコストアップとなるばかりか、RF電力増幅器モジュール100の製品厚みの増大となる。本発明の一つの実施形態によれば、コストアップは回避され、製品厚みの増大も回避できる。
最上層のストリップ線路L4L_1、L4H_1は第1と第2のハイパスフィルタC2L、L4L、C2H、L4Hの第1の容量C2Lと第2の容量C2Hとに接続されている。一方、最下層のストリップ線路L4L_4は最下層のビア配線V44Gを介して、RF電力増幅器モジュール100の下部の接地電極104に接続されている。この接地電極104は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の接地配線とハンダにより接続される。
尚、図1では第1と第2のインダクターL4L、L4Hと第1と第2の負荷コイルL3L,L3Hの各層のストリップラインは四角形のループ形状であるが、円形のループ形状であっても良い。
本発明の好適な実施形態では、最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hの負荷コイルL3L、L3Hも、図1の下部に示すように前記多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されている。負荷コイルL3L、L3Hは、多層配線基板103の4層の絶縁層の各層上に形成された4層のストリップ線路L3L_1、L3L_2、L3L_3、L3L_4と4層の絶縁層の各層中に形成されたビア配線V312、V323、V334、V34Cとで構成されている。尚、最後のビア配線V34Cは、最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hのコレクタに接続される。
尚、本発明の好適な実施形態では、図1に示すように、第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hの間にコントロールIC 150(CNTRL)が配置されており、第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hの内部の多段接続増幅トランジスタのゲート・バイアスもしくはベース・バイアスを制御する。このバイアス制御は、RF IC(図示せず)から自動パワー制御電圧Vapc_L、Vapc_Hに応答している。また、コントロールIC 150は、図示しないRF ICもしくはベースバンドLSIからのGSM850MHz、GSM900MHz、DCS1800MHz、PCS1900MHzのクワッドバンドのいずれの周波数バンドを使用するかの指示に基づき、第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hの一方を活性化して、他方を非活性化するものである。
≪RF電力増幅器モジュールのデバイス上面図≫
図3は、本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール100のデバイスの上面図を示す。RF電力増幅器モジュール100の多層配線基板103は、四角形の形状を持っている。この四角形の各辺には、複数の半円である外部接続端子が形成されている。これらの半円状の複数の外部接続端子は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の複数の配線とハンダにより接続される。複数の外部接続端子は半円状に限らす、直線状でも良い。
図3は、本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール100のデバイスの上面図を示す。RF電力増幅器モジュール100の多層配線基板103は、四角形の形状を持っている。この四角形の各辺には、複数の半円である外部接続端子が形成されている。これらの半円状の複数の外部接続端子は、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の複数の配線とハンダにより接続される。複数の外部接続端子は半円状に限らす、直線状でも良い。
四角形の左辺には、RF入力信号RFIN_L、RFIN_Hと自動パワー制御電圧Vapc_L、Vapc_Hとが供給されている。四角形の上辺と下辺とには、第1のRF電力増幅器CHIP_Lのための電源電圧Vccと、第2のRF電力増幅器CHIP_Hのための電源電圧Vccとがそれぞれ供給される。四角形の左辺のふたつのRF入力信号RFIN_L、RFIN_Hは、それぞれワイヤー線を介して第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hの初段増幅トランジスタQ1L、Q1Hのベース入力に供給されている。第1と第2のRF電力増幅器CHIP_L、CHIP_Hの最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hのコレクタ出力は、それぞれ電流容量の拡大のための4本のワイヤー線を介して出力パッドVout_L、Vout_Hに接続されている。出力パッドVout_L、Vout_Hは最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hの負荷コイルL3L、L3Hに接続される一方、第1と第2の出力整合回路のストリップラインSL_L、SL_Hの一端に接続されている。この第1と第2の出力整合回路のストリップラインSL_L、SL_Hの他端は、それぞれ第1と第2の出力整合回路の容量C1L、C1Hに接続される一方、第1と第2のハイパスフィルタの容量C2L、C2Hの一端にそれぞれ接続されている。第1と第2のハイパスフィルタの容量C2L、C2Hの他端は、第1と第2のハイパスフィルタのインダクターL4L、L4Hにそれぞれ接続されている。尚、第1と第2のハイパスフィルタの容量C2L、C2Hの他端は、四角形の右辺のふたつのRF出力信号端子RFOUT_L、RFOUT_Hにもそれぞれ接続されている。
≪RF電力増幅器モジュールのデバイス断面図≫
図4は、図3中の一点鎖線A−A‘に沿った本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール100のデバイスの断面図を示す。
図4は、図3中の一点鎖線A−A‘に沿った本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール100のデバイスの断面図を示す。
RF電力増幅器モジュール100の多層配線基板103は、最上層の絶縁層103_1から最下層の絶縁層103_5の5層の絶縁層を含む。最上層の絶縁層103_1から最下層の絶縁層103_5の各層はRF損失の小さいセラミック絶縁層を用いることが望ましい。多層配線基板103の最上層の絶縁層103_1から最下層の絶縁層103_5までの各絶縁層の上には、最終段増幅トランジスタQ3L、Q3Hの負荷コイルL3L、L3Hを構成するためのストリップ線路が生成されている。破線L3L、L3Hで囲まれた複数の絶縁層の上の複数のストリップ線路を接続するビア配線以外の複数のストリップ線路は内部配線の自由度を向上するために層間の絶縁層の内部に形成されている。多層配線基板103の最下層の絶縁層103_5の下には、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の接地配線とハンダにより接続される接地電極104が設けられている。この最下層の絶縁層103_5の下には、自動パワー制御電圧Vapc_Lが供給される外部端子とRF出力信号外部端子RFOUT_Lとが設けられている。これらの外部端子Vapc_L、RFOUT_Lは前記の半円状の外部端子であり、5層の絶縁層103_1…103_5を貫通して形成された配線110、111に接続されている。これらの外部端子Vapc_L、RFOUT_Lも、携帯電話のようなモバイル通信端末装置のマザーボード上の配線とハンダにより接続されることができる。尚、多層配線基板103の最上層の絶縁層103_1の上には、例えばシリコーン樹脂などによる表面保護層105が形成されている。
図5は、図3中の一点鎖線B−B‘に沿った本発明の一つの実施形態によるRF電力増幅器モジュール100のデバイスの断面図を示す。
RF電力増幅器モジュール100の多層配線基板103は、第1の最終段増幅トランジスタQ3Lを含む第1のRF電力増幅器チップCHIP_Lと第2の最終段増幅トランジスタQ3Hを含む第2のRF電力増幅器チップCHIP_Hとのそれぞれの直下には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成された第1と第2のサーマルビアTHV_Chip_L、THV_Chip_Hを有している。破線Int_Wi_1、Int_Wi_2、Int_Wi_3は、RF電力増幅器モジュール100には、内部配線の自由度向上のために複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とが形成されていることを示している。
図6は、図3で示した第1のRF電力増幅器CHIP_Lとその近傍の素子を示す斜視図である。
多層配線基板103の最上層の絶縁層103_1には凹部300が設けられ、この凹部300の開口にはその直下の絶縁層103_2の一部か露出している。凹部300の開口の絶縁層103_2の上には、第1のRF電力増幅器CHIP_Lを構成する半導体チップが搭載されている。RF入力信号RFIN_Lは、一本のワイヤー線を介して第1のRF電力増幅器CHIP_Lの初段増幅トランジスタQ1Lのベース入力に供給されている。一方、第1のRF電力増幅器CHIP_Lの最終段増幅トランジスタQ3Lのコレクタ出力は、電流容量の拡大のための4本のワイヤー線を介して出力パッドVout_Lに接続されている。出力パッドVout_Lは最終段増幅トランジスタQ3Lの負荷コイルL3Lに接続される一方、第1の出力整合回路のストリップラインSL_Lの一端に接続されている。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、多層配線基板103の最上層の絶縁層103_1から最下層の絶縁層103_5の各層としては、RF損失の小さいセラミック絶縁層以外に、エポキシ等の絶縁材料も使用することができる。また、図4に示した多層配線基板103の最上層の絶縁層103_1上の表面保護層105としては、シリコーン樹脂以外のエポキシ樹脂なども使用することができる。
また、第1の出力整合回路の第1のストリップラインSL_Lと第2の出力整合回路の第1のストリップラインSL_Hとは、第1のハイパスフィルタの第1のインダクタンスL4Lや第2のハイパスフィルタの第2のインダクタンスL4Hと同様に多層配線基板103に形成された複数のストリップ線路とこの複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されたインダクタンスでも構成されることも可能である。
100 RF電力増幅器モジュール
103 多層配線基板
CHIP_L 第1のRF電力増幅器
CHIP_H 第2のRF電力増幅器
SL_L、C1L 第1の出力整合回路
SL_H、C1H 第2の出力整合回路
C2L、L4L 第1のハイパスフィルタ
C2H、L4H 第2のハイパスフィルタ
103 多層配線基板
CHIP_L 第1のRF電力増幅器
CHIP_H 第2のRF電力増幅器
SL_L、C1L 第1の出力整合回路
SL_H、C1H 第2の出力整合回路
C2L、L4L 第1のハイパスフィルタ
C2H、L4H 第2のハイパスフィルタ
Claims (15)
- 多層配線基板と、
前記多層配線基板の上に搭載されたひとつのRF電力増幅器と出力整合回路と第1のハイパスフィルタとを含み、
前記ひとつのRF電力増幅器は、互いに近接したふたつの周波数帯域のRF送信電力出力信号を生成し、
前記ひとつのRF電力増幅器は最終段増幅素子を含み、前記最終段増幅素子の出力には前記出力整合回路の入力が接続され、
前記出力整合回路は前記ひとつのRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
前記出力整合回路の前記出力には、第1の容量と第1のインダクタンスとの直列接続からなる前記第1のハイパスフィルタが接続され、
前記第1のハイパスフィルタは前記ひとつのRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記ふたつの周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
前記第1のハイパスフィルタの前記第1のインダクタンスは、前記多層配線基板の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とで構成されているRF通信を可能とするRF電力増幅器モジュール。 - 前記第1のハイパスフィルタの前記第1のインダクタンスを構成する前記複数のストリップ線路はそれぞれループ形状を持っている請求項1記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記最終段増幅トランジスタの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項1記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記最終段増幅トランジスタの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項2記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記最終段増幅トランジスタの直下の前記多層配線基板には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成されたサーマルビアを有している請求項2記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記多層配線基板には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している請求項5記載のRF電力増幅器モジュール。
- 多層配線基板と、
前記多層配線基板の上に搭載された第1と第2のRF電力増幅器と第1と第2の出力整合回路と第1と第2のハイパスフィルタとを含み、
前記第1のRF電力増幅器は、互いに近接した第1と第2の周波数帯域のRF送信電力出力信号を生成し、
前記第1のRF電力増幅器は第1の最終段増幅素子を含み、前記第1の最終段増幅素子の出力には前記第1の出力整合回路の入力が接続され、
前記第1の出力整合回路は前記第1のRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記第1と第2の周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
前記第1の出力整合回路の前記出力には、第1の容量と第1のインダクタンスとの直列接続からなる前記第1のハイパスフィルタが接続され、
前記第1のハイパスフィルタは前記第1のRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記第1と第2の周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
前記第2のRF電力増幅器は、互いに近接した第3と第4の周波数帯域のRF送信電力出力信号を生成し、
前記第2のRF電力増幅器は第2の最終段増幅素子を含み、前記第2の最終段増幅素子の出力には前記第2の出力整合回路の入力が接続され、
前記第2の出力整合回路は前記第2のRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記第3と第4の周波数帯域の低い周波数のバンドに適合化され、
前記第2の出力整合回路の前記出力には、第2の容量と第2のインダクタンスとの直列接続からなる前記第2のハイパスフィルタが接続され、
前記第2のハイパスフィルタは前記第2のRF電力増幅器が生成する互いに近接した前記第3と第4の周波数帯域の高い周波数のバンドに適合化され、
前記第1のハイパスフィルタの前記第1のインダクタンスと前記第2のハイパスフィルタの前記第2のインダクタンスとは、前記多層配線基板の複数の絶縁層に形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とでそれぞれ構成されているRF通信を可能とするRF電力増幅器モジュール。 - 前記第1のハイパスフィルタの前記第1のインダクタンスと前記第2のハイパスフィルタの前記第2のインダクタンスのそれぞれのインダクタンスを構成する前記複数のストリップ線路は、それぞれループ形状を持っている請求項7記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記第1と第2の最終段増幅トランジスタのそれぞれの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項7記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記第1と第2の最終段増幅トランジスタのそれぞれの負荷コイルは前記多層配線基板に形成された他の複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続する他のビア配線とで構成されている請求項8記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記第1と第2の最終段増幅トランジスタの直下の前記多層配線基板には複数の熱・電気伝導層と前記熱・電気伝導層を接続するビア配線で構成された第1と第2のサーマルビアを有している請求項8記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記多層配線基板には内部配線の自由度向上のために形成された複数のストリップ線路と前記複数のストリップ線路を接続するビア配線とを有している請求項11記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記第1のRF電力増幅器の第1の初段増幅トランジスタと、前記第1の初段増幅トランジスタの第1の負荷コイルと、前記第1の最終段増幅トランジスタと、前記第2のRF電力増幅器の第2の初段増幅トランジスタと、前記第2の初段増幅トランジスタの第2の負荷コイルと、前記第2の最終段増幅トランジスタとは半導体チップ内に構成されている請求項11記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記半導体チップは、IIIV族化合物半導体とシリコンとのいずれかである請求項13記載のRF電力増幅器モジュール。
- 前記第1のRF電力増幅器が生成する前記低い周波数のバンドと前記高い周波数のバンドとは、それぞれGSM850MHzのバンドとGSM900MHzのバンドであり、
前記第2のRF電力増幅器が生成する前記低い周波数のバンドと前記高い周波数のバンドとは、それぞれDCS1800MHzのバンドとPCS1900MHzのバンドである請求項7から請求項14までのいずれかに記載のRF電力増幅器モジュール。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005351520A JP2007158748A (ja) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Rf電力増幅器モジュール |
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JP2005351520A JP2007158748A (ja) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Rf電力増幅器モジュール |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2003373A1 (en) | 2007-06-15 | 2008-12-17 | JATCO Ltd | Control device and method for automatic transmission |
WO2021215041A1 (ja) * | 2020-04-24 | 2021-10-28 | 株式会社村田製作所 | パワーアンプモジュール及び通信装置 |
-
2005
- 2005-12-06 JP JP2005351520A patent/JP2007158748A/ja not_active Withdrawn
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EP2003373A1 (en) | 2007-06-15 | 2008-12-17 | JATCO Ltd | Control device and method for automatic transmission |
WO2021215041A1 (ja) * | 2020-04-24 | 2021-10-28 | 株式会社村田製作所 | パワーアンプモジュール及び通信装置 |
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