JP2010154337A - 高周波モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高周波モジュールの出力側のクロストークおよびディファレンシャル特性を改善する。
【解決手段】複数の入力端子ＩＮ１−、ＩＮ１＋、ＩＮ２−、ＩＮ２＋を出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋に接続する配線の内一部分の配線を形成したスイッチ基板と、複数の入力端子ＩＮ１−、ＩＮ１＋、ＩＮ２−、ＩＮ２＋を出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋に接続する配線の内スイッチ基板に形成された配線と交差する配線および入力端子ＩＮ１−、ＩＮ１＋、ＩＮ２−、ＩＮ２＋から出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋までの距離を同一にする配線を含む残りの配線が形成された弾性波フィルタ基板と、スイッチ基板の配線と弾性波フィルタ基板の配線とを一定の距離隔てて電気的に接続するバンプ７０Ｅ〜７０Ｊとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、携帯電話などの無線端末のフロントエンド部に用いられる高周波モジュールに係り、特に、高周波モジュールの出力側のクロストークおよびディファレンシャル特性を改善した高周波モジュールに関する。

携帯電話などの無線端末では現在多数の無線通信方式が用いられている。最近では、下記特許文献１に記載されているように、１つの無線端末で複数の無線通信方式に対応できるマルチモード、マルチバンド対応の無線端末の開発が盛んに行なわれるようになった。マルチモード、マルチバンド対応の無線端末では、そのフロントエンド部分においてＲＦスイッチ（高周波信号の経路を切り替えるためのスイッチ）およびＲＦフィルタ（高周波信号の通過帯域を選択するためのフィルタ）を組み合わせたフィルタバンクモジュールと称されるモジュールが用いられる。

現在用いられているフィルタバンクモジュールは、各無線通信方式に対応するＲＦフィルタを複数並べ、アンテナポートとＲＦフィルタとの間に切り替えスイッチを設けて無線通信方式ごとにその切り替えスイッチを切り替えるようになっている。
特開２００６−６０３８６号公報

従来のフィルタバンクモジュールでは、ＲＦフィルタからの出力をそのままＲＦトランシーバＩＣのような後段の回路に接続している。しかし、次世代のチップセットでは、世界各国の複数の規格の周波数に対応でき、かつ小型化を図るため、ＲＦフィルタからの出力をそのまま後段の回路に接続するのではなく、ＲＦフィルタと後段の回路との間に切り替えスイッチを設ける。つまり、フィルタバンクモジュールの出力側に切り替えスイッチを設け、複数の周波数バンドに対応できるような構成が必要とされている。

また、ＲＦトランシーバＩＣのＲＦフィルタ側からの入力はディファレンシャル対応になっているため、フィルタバンクモジュールを二つの周波数のディファレンシャル対応とした場合には、図１に示すように、その出力側には４つの切り替えスイッチ（ＴＲＩＮ１＋、ＴＲＩＮ１−、ＴＲＩＮ２＋、ＴＲＩＮ２−）が必要になる。なお、この図では、切り替えスイッチをＦＥＴで構成している。

このように、フィルタバンクモジュールを二つの周波数のディファレンシャル対応とした場合、図のように出力端子に至る配線には必ず交差する場所１０Ａ、１０Ｂが存在する。これを図２のように１つの基板上に形成すると、０．１〜２μｍ程度の非常に薄い絶縁膜によって交差する配線間が絶縁されるため、この交差する場所１０Ａ、１０Ｂで交差する配線間にクロストークノイズが発生し高周波特性を劣化させるという問題がある。

一方、クロストークノイズの発生を回避するために、交差する場所１０Ａ、１０Ｂの部分を、ワイヤーボンディングなど外部からワイヤーを用いて跨ぎ配線を行った場合には、ワイヤーの長さの相違から生じる信号の遅延時間の相違によりディファレンシャル特性が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、以上のような従来の技術の問題点を解消するためになされたものであり、高周波モジュールの出力側のクロストークおよびディファレンシャル特性が改善された高周波モジュールの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る高周波モジュールは、複数の入力端子を出力端子に接続する配線の内一部分の配線を形成した第１基板と、複数の入力端子を出力端子に接続する配線の内第１基板に形成された配線と交差する配線および入力端子から出力端子までの距離を同一にする配線を含む残りの配線が形成された第２基板と、第１基板の配線と第２基板の配線とを一定の距離隔てて電気的に接続するバンプと、を有することを特徴とする。

そして、第１基板は、複数の入力端子を出力端子に選択的に接続するスイッチが配線の途中に設けられたスイッチ基板であり、第２基板は、入力した信号とこの信号の位相を１８０°ずらした信号の二つの信号を出力する弾性波フィルタが取り付けられた弾性波フィルタ基板である。

また、第１基板の配線と第２基板の配線とは、バンプによって１０μｍ〜５０μｍの距離を隔てて接続されている。

さらに、第１基板と第２基板とがバンプで接続されることによって形成される配線の複数の入力端子から出力端子までの距離は、それぞれの入力端子からそれぞれの出力端子まで全て同一の距離である。

本発明によれば、第１基板と第２基板にそれぞれ形成された配線の内互いに交差する配線は別々の基板に形成し、第１基板の配線と第２基板の配線とを一定の距離隔てて電気的に接続しているので、互いに交差する配線間に生じるクロストークノイズを減少させることができる。

また、第２基板に入力端子から出力端子までの距離を同一にする配線を含むので入力端子から出力端子までの信号の伝搬時間を揃えることができ、ディファレンシャル特性を劣化させることがない。

以下に、本発明に係る高周波モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。

図３は本発明に係る高周波モジュールの全体構成を概念的に示した図である。

高周波モジュール１００は、入力部２０と、フィルタ部３０と、出力部４０とで構成される。

入力部２０はスイッチ２２を備え、スイッチ２２はたとえばＦＥＴなどの半導体スイッチが用いられる。

フィルタ部３０は二つの弾性波フィルタ３２Ａ、３２Ｂを備え、弾性波フィルタ３２Ａ、３２Ｂはたとえば表面弾性波フィルタが用いられる。弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂとはスイッチ２２によって選択できる。弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂとはそれぞれ異なる周波数特性を有し通過させることができる周波数帯が異なっている。弾性波フィルタ３２Ａ、３２Ｂはそれぞれ二つの出力端子を有している。一方の出力端子と他方の出力端子からは相互に１８０°位相のずれた信号が出力される。したがって、両方の出力端子の信号を合成すると、ノイズ成分が相殺され歪みの少ない信号が得られる。フィルタ部３０はいわゆるディファレンシャル対応になっている。

出力部４０はスイッチ４２Ａ、４２Ｂを備え、スイッチ４２Ａ、４２Ｂも入力部２０と同様たとえばＦＥＴなどの半導体スイッチが用いられる。スイッチ４２Ａ、４２Ｂは、スイッチ２２と同期して動作する。したがって、スイッチ２２が弾性波フィルタ３２Ａ側に切り替わったときにはスイッチ４２Ａ、４２Ｂも弾性波フィルタ３２Ａ側に切り替わり、スイッチ２２が弾性波フィルタ３２Ｂ側に切り替わったときにはスイッチ４２Ａ、４２Ｂも弾性波フィルタ３２Ｂ側に切り替わる。スイッチ４２Ａ、４２Ｂは、弾性波フィルタ３２Ａ、３２Ｂそれぞれから出力される１８０°位相のずれた信号を出力端子に出力する。

本発明は特に高周波モジュール１００の出力部４０の配線を工夫して出力端子に出力される信号のクロストークおよびディファレンシャル特性を改善するものである。

図４は本発明に係る高周波モジュール１００の具体的な構成を示す図である。

高周波モジュール１００はスイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０とを有する。

スイッチ基板５０はそのアクティブ領域（Ａｃｔｉｖｅ Ａｒｅａ）に図３に示したスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを備えている。スイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂは半導体スイッチである。スイッチ基板５０の表面には図３に示した弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子をスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを介してスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子に接続するための配線の一部分が形成されている。

弾性波フィルタ基板６０は弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂを備えている。弾性波フィルタ基板６０の表面には図３に示した弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子をスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを介してスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子に接続するために必要となる、スイッチ基板５０には形成されていない部分の配線が形成される。弾性波フィルタ基板６０に形成される配線はスイッチ基板５０に形成されている配線と交差する部分および弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子からスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子までの距離を等しくするために必用となる部分の配線である。

スイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０の配線は複数のバンプ７０Ａ〜７０Ｄによって電気的に接続される。スイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０の配線がバンプ７０Ａ〜７０Ｄで接続されると、弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子からスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子までの配線が繋がる。

スイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０との距離はバンプ７０Ａ〜７０Ｄによって１０μｍ〜５０μｍ離れることになる。弾性波フィルタ基板６０の配線はスイッチ基板５０の配線と交差する部分に形成してあるので、交差する配線間のクロストークノイズが軽減される。

また、弾性波フィルタ基板６０に形成される配線は弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子からスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子までの距離を等しくするために必用となる部分にも形成している。このため、ディファレンシャル対応となっている弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂから出力される信号がスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子まで達する時間が同一になり、信号の位相ズレがなくなる。このため、スイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子において、位相が１８０°ずれた信号を得ることができ、ディファレンシャル特性を劣化させることがない。

図５は本発明に係る高周波モジュールの具体的な構成を示す図である。

第１基板であるスイッチ基板５０の表面にはＩＮ１−とＩＮ２−の入力端子が接続されるコ字状の配線５２とＯＵＴ＋の出力端子が接続されるＴ字状の配線５４が形成される。これらの配線は、図３に示した弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子をスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを介してスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子に接続するための配線の一部分である。加えて、スイッチ基板５０の表面にはバンプ７０Ｅ、７０Ｉを接続するためのパッドも形成される。

コ字状の配線５２およびＴ字状の配線５４の途中にはＩＮ１−とＩＮ１＋をＯＵＴ−とＯＵＴ＋に接続するためのスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを設けている。同様に、ＩＮ２−とＩＮ２＋をＯＵＴ−とＯＵＴ＋に接続するためのスイッチ４２Ｃ、スイッチ４２Ｄを設けている。コ字状の配線５２およびＴ字状の配線５４はスイッチ基板５０のみに形成されているので、スイッチ４２Ａ〜スイッチ４２Ｄもスイッチ基板５０に設けている。

第２基板である弾性波フィルタ基板６０のスイッチ基板５０と対向する面にはバンプ７０Ｅ、７０Ｆ間を接続するＩ字状の配線６２、バンプ７０Ｇ、７０Ｈ間を接続するＩ字状の配線６４、バンプ７０Ｉ、７０Ｊ間を接続するＩ字状の配線６６が形成される。これらの配線は、図３に示した弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子をスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂを介してスイッチ４２Ａ、スイッチ４２Ｂの出力端子に接続するために必要となる、スイッチ基板５０には形成されていない部分の配線である。弾性波フィルタ基板６０に形成される配線はスイッチ基板５０に形成されている配線と交差する部分および弾性波フィルタ３２Ａと弾性波フィルタ３２Ｂの出力端子から出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋までの距離を等しくするために必用となる部分の配線である。

スイッチ基板５０の表面と弾性波フィルタ基板６０の表面には以上のような配線が施されているため、スイッチ基板５０の表面と弾性波フィルタ基板６０とをバンプ７０Ｅ〜７０Ｊを介して接続すると、配線５４と配線６４および配線５２と配線６６の間隔がバンプの高さ分２０μｍ〜３０μｍだけ離れることになって、配線５４と配線６４との間のクロストークノイズおよび配線５２と配線６６との間のクロストークノイズが、図２に示した配線の構成に比較して減少する。

また、入力端子ＩＮ１＋から出力端子ＯＵＴ＋までの距離と入力端子ＩＮ１−から出力端子ＯＵＴ−までの距離が配線６２とバンプ７０Ｅ、７０Ｆを設けたことによって同じになる。このため、出力端子ＯＵＴ＋、ＯＵＴ−において、位相が１８０°ずれた信号を得ることができ、ディファレンシャル特性を劣化させることがない。

図６は図２の構成を採用した場合の信号の減衰量と図５の構成を採用した場合の信号の減衰量を比較した図である。

本発明（図５）の構成を採用した場合には、図２の構成を採用した場合と比較して通過特性Ｓ２１の通過帯域における挿入損失が５ｄＢ程度改善されている。クロストークノイズの大きさと信号の通過帯域における挿入損失との間には相関があるので、信号の挿入損失が改善されたということはクロストークノイズも減少したということであり、クロストークノイズの大きさが改善されていることは明らかである。

以上、本実施形態によれば、スイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０にそれぞれ形成された配線の内互いに交差する配線は別々の基板に形成し、スイッチ基板５０の配線と弾性波フィルタ基板６０の配線とを一定の距離隔てて電気的に接続しているので、互いに交差する配線間に生じるクロストークノイズを減少させることができる。

また、半導体スイッチ基板５０と弾性波フィルタ基板６０に、出力側の半導体スイッチの入力端子ＩＮ１−、ＩＮ１＋、ＩＮ２−、ＩＮ２＋から出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋までの距離を同一にする配線を形成しているので、それぞれの入力端子ＩＮ１−、ＩＮ１＋、ＩＮ２−、ＩＮ２＋からそれぞれの出力端子ＯＵＴ−、ＯＵＴ＋までの信号の伝搬時間を揃えることができ、ディファレンシャル特性を劣化させることがない。

以上のように、上記実施形態では、四つの入力端子を二つの出力端子に切り替える構成を例として説明したが、本発明は以上の実施形態に拘わらず、複数の入力端子を複数の出力端子に切り替える構成においても応用することができる。つまり、交差する配線を上下に位置される基板にそれぞれ分けて形成し、また、入力端子と出力端子との間の距離が同一になるように配線するという技術的思想を有する具体例は全て本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、携帯電話などの無線端末のフロントエンド部に適用することができる。

フィルタバンクモジュールを二つの周波数のディファレンシャル対応とした場合の出力側スイッチ部の回路図である。 従来の高周波モジュールの具体的な構成を示す図である。 本発明に係る高周波モジュールの全体構成を概念的に示した図である。 本発明に係る高周波モジュールの具体的な構成を示す図である。 本発明に係る高周波モジュールの具体的な構成を示す図である。 図２の構成を採用した場合の信号の通過特性Ｓ２１と図５の構成を採用した場合の信号の通過特性Ｓ２１を比較した図である。

符号の説明

２０ 入力部、
２２ スイッチ、
３０ フィルタ部、
３２Ａ、３２Ｂ 弾性波フィルタ、
４０ 出力部、
４２Ａ〜４２Ｄ スイッチ、
５０ スイッチ基板、
５２、５４、５５、５６ スイッチ基板上配線、
６０ 弾性波フィルタ基板、
６２、６４、６６ 弾性波フィルタ基板上配線、
７０Ａ〜７０Ｊ バンプ、
１００ 高周波モジュール。

Claims (4)

1. 複数の入力端子を出力端子に接続する配線の内一部分の配線を形成した第１基板と、
   前記複数の入力端子を出力端子に接続する配線の内前記第１基板に形成された配線と交差する配線および前記入力端子から前記出力端子までの距離を同一にする配線を含む残りの配線が形成された第２基板と、
   前記第１基板の配線と前記第２基板の配線とを一定の距離隔てて電気的に接続するバンプと、
   を有することを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記第１基板は、
   前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチが前記配線の途中に設けられたスイッチ基板であり、
   前記第２基板は、
   入力した信号と前記信号の位相を１８０°ずらした信号の二つの信号を出力する弾性波フィルタが取り付けられた弾性波フィルタ基板であることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記第１基板の配線と前記第２基板の配線とは、前記バンプによって１０μｍ〜５０μｍの距離を隔てて接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール。
4. 前記第１基板と前記第２基板とが前記バンプで接続されることによって形成される配線の前記複数の入力端子から出力端子までの距離は、それぞれの入力端子からそれぞれの出力端子まで全て同一の距離であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高周波モジュール。