JP2014042094A - 高周波回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】実装密度が高い高周波回路モジュールを提供する。
【解決手段】高周波回路モジュール１００は、回路基板２００の上面に高周波信号の送信処理及び受信処理を行うＲＦＩＣ１６０と、ＲＦＩＣからの送信信号を増幅するパワーアンプＩＣ１５５と、パワーアンプＩＣ１５５からアンテナへ出力される送信信号とアンテナからＲＦＩＣ１６０に入力される受信信号とを分離するデュプレクサ１１０とを備え、デュプレクサ１１０はＲＦＩＣ１６０とパワーアンプＩＣ１５５との間に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、高周波ＩＣ・パワーアンプＩＣ・デュプレクサが回路基板に実装された高周波回路モジュールに関し、特に各部品の配置構造に関する。

近年、所謂スマートフォンと呼ばれる多機能携帯電話に代表されるように携帯電話の多機能化及び小型化が図られている。このような携帯電話では、高周波信号の送受信に必要な各種部品を回路基板に実装した高周波回路モジュールがマザーボードに搭載されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の高周波回路モジュールは、回路基板上に、高周波信号の送信処理及び受信処理を行う高周波ＩＣ、送信信号を電力するパワーアンプＩＣ、送信フィルタ、受信フィルタ、高周波スイッチなどが搭載されている。パワーアンプＩＣの出力信号は順に送信用マッチング回路・送信フィルタ・高周波スイッチを介してアンテナから送信される。一方、アンテナからの受信信号は順に高周波スイッチ・受信フィルタ・受信用マッチング回路を介して高周波ＩＣに入力される。ここで、高周波ＩＣから高周波スイッチまでの送信信号が通過する信号線と、高周波スイッチから高周波ＩＣまでの受信信号が通過する信号線とは、互いに交差せず且つ近接しないように回路基板上に形成されている。

特開２００５−１９８０５１号公報 特開２００６−３４０２５７号公報

しかし、従来技術では近年の更なる小型化・高密度化の要求に対応するには限界があった。特許文献１に記載の構成では、パワーアンプＩＣは高周波ＩＣの直近に配置されているため、小型化・高密度化に伴い受信信号用の信号線がパワーアンプＩＣの近傍を通過することになる。これにより、パワーアンプＩＣで発生するノイズや漏洩信号が高周波ＩＣの受信回路に混入してしまうという問題があった。特許文献２に記載の構成では、第１の通信方式であるＷ−ＣＤＭＡのブロックを確認するとパワーアンプＩＣにあたるＷ−ＰＡ−ＩＣ（１２１）は高周波ＩＣ（３１０）から離れているが、デュプレクサ（１００）が高周波ＩＣ（３１０）から離れているので、デュプレクサ（１００）を通過した受信信号にパワーアンプＩＣで発生するノイズや漏洩信号等が高周波ＩＣの受信回路に混入してしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実装密度が高い高周波回路モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明に係る高周波回路モジュールは、絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる回路基板と、高周波信号の送信処理及び受信処理を行う高周波ＩＣと、高周波ＩＣからの送信信号を増幅するパワーアンプＩＣと、パワーアンプＩＣからアンテナへ出力される送信信号とアンテナから高周波ＩＣに入力される受信信号とを分離するデュプレクサとを備え、高周波ＩＣとパワーアンプＩＣは回路基板の上面に実装され、且つ、デュプレクサは高周波ＩＣとパワーアンプＩＣとの間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、デュプレクサから高周波ＩＣへ受信信号を入力するための信号線がパワーアンプＩＣの近傍に位置することがない。またデュプレクサから高周波ＩＣへ受信信号を入力するための信号線の長さを短くすることができる。これにより、高周波ＩＣの受信回路へのノイズの混入を防止しつつ小型化・高密度化を図ることが容易となる。なお高周波ＩＣからの出力される送信信号はデュプレクサ近傍を通過してパワーアンプＩＣに入力される。しかし当該送信信号は電力増幅前であるためデュプレクサや他の回路等への影響は極めて小さい。一方、パワーアンプＩＣとデュプレクサとは近接しているので電力増幅後の送信信号を伝送する信号線の長さを短くすることができる。つまり、パワーアンプＩＣにより増幅された信号をデュプレクサに伝送する信号線は、高周波ＩＣから出力された増幅前の信号を伝送する信号線より短くすることができる。これにより電力損失や放射ノイズを小さくすることができる。なお、デュプレクサは回路基板上に実装しても回路基板内に埋設するようにしてもよい。

本発明の好適な態様の一例としては、パワーアンプＩＣを回路基板の周縁部に実装したものが挙げられる。これにより高周波ＩＣは回路基板の周縁部より内側に配置することが可能となる。近年は高周波ＩＣが多機能化・多バンド化しているため端子数が多くなっている。このため回路パターンの設計の都合及び配線長をなるべく短くしたいという要望から高周波ＩＣを回路基板の周縁部より内側に配置したいという要望がある。このような観点から本発明は有用である。

なお、高周波回路モジュールは、回路基板の下面周縁部に多数の端子電極を設けるとともに、端子電極の内側の領域にはグランド電極を設ける形態が一般的である。そこで、前述のようにパワーアンプＩＣを回路基板の周縁部に実装した場合には、回路基板として、他の導体層より厚みが大きく且つグランドとして機能する導体層であるコア層を含むとともに、パワーアンプＩＣの下面とコア層を接続する放熱用の第１ビア導体と、下面に形成されたグランド電極とコア層を接続する放熱用の第２ビア導体を備えたものを用いると放熱の観点から好適である。

以上説明したように本発明によれば、デュプレクサから高周波ＩＣへ受信信号を入力するための信号線がパワーアンプＩＣの近傍に位置することがない。またデュプレクサから高周波ＩＣへ受信信号を入力するための信号線の長さを短くすることができる。これにより、高周波ＩＣの受信回路へのノイズの混入を防止しつつ小型化・高密度化を図ることが容易となる。

高周波回路モジュールの概略回路図 高周波回路モジュールの上面図 高周波回路モジュールの底面図 高周波回路モジュールの断面図 他の例に係る高周波回路モジュールの上面図

本発明の第１の実施の形態に係る高周波回路モジュールについて図面を参照して説明する。図１に高周波回路モジュールの概略回路図を示す。なお本実施の形態では、説明の簡単のため、主として本発明の要旨に係る構成についてのみ説明する。

本実施の形態に係る高周波回路モジュール１００は、２つの周波数帯域に対応した携帯電話で用いられるものである。図１に示すように、高周波回路モジュール１００は、高周波スイッチ１０１と、第１〜第２デュプレクサ１１０，１２０と、送信用の高周波電力増幅器１５１，１５２と、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１６０とを備えている。なお実際の回路構成ではマッチング回路や送信信号用のバンドパスフィルタなどを周波数帯域毎に備えているが、説明の簡単のため本実施の形態では省略した。

高周波スイッチ１０１は、第１〜第２デュプレクサ１１０〜１２０と１つの外部アンテナ１０との接続を切り替える。

各デュプレクサ１１０，１２０は、それぞれ送信フィルタ１１２，１２２と受信フィルタ１１４，１２４とを備えている。送信フィルタ１１２，１２２及び受信フィルタ１１４，１２４としては、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタやバルク弾性波（ＢＡＷ：Bulk Acoustic Wave）フィルタなど種々のものを用いることができる。本実施の形態では、ＳＡＷフィルタを用いた。送信フィルタ１１２，１２２は高周波電力増幅器１５１，１５２を介してＲＦＩＣ１６０の送信ポートに接続している。受信フィルタ１１４，１２４はＲＦＩＣ１６０の受信ポートに接続している。高周波電力増幅器１５１と１５２は、１つのパワーアンプＩＣ１５５にパッケージングされている。ＲＦＩＣ１６０は高周波信号の変復調処理や多重化処理などの送信処理及び受信処理を行う。

次に図２乃至図４を参照して高周波回路モジュール１００の構造について説明する。図２は高周波回路モジュールの上面図、図３は高周波回路モジュールの底面、図４は図２におけるＡ線矢視方向断面図である。

高周波回路モジュール１００は、図２に示すように、回路基板２００の上面にＲＦＩＣ１６０と、第１デュプレクサ１１０と、パワーアンプＩＣ１５５と、高周波スイッチ１０１とが表面実装されている。第１デュプレクサ１１０は、第１送信フィルタ１１２と第１受信フィルタ１１４とが表面実装用の１つのパッケージに収容されている。一方、第２デュプレクサ１２０は、回路基板２００内に埋設されている。ここで第２デュプレクサ１２０は、その構成要素（送信フィルタ・受信フィルタなど）がそれぞれ個別に回路基板２００内に埋設された形態となっている。すなわち第２デュプレクサ１２０は、第１デュプレクサ１１０とは異なりパッケージに収容された形態ではない。

回路基板２００は、絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる多層基板である。回路基板２００は、図４に示すように、導電性が良好で且つ比較的厚い金属製の導体層であるコア層２１０と、該コア層２１０の一方の主面（上面）に形成された複数の絶縁体層２２１及び導体層２２２と、コア層２１０の他方の主面（下面）に形成された複数の絶縁体層２３１及び導体層２３２とを備えている。絶縁体層２２１，２３１及び導体層２２２，２３２はコア層２１０の両主面にビルドアップ工法にて形成されたものである。ここでコア層２１０と回路基板２００の一方の主面（上面）との間に位置する導体層２２２のうち２つの層、及び、コア層２１０と回路基板２００の他方の主面（下面）との間に位置する導体層２３２のうち１つの層は、基準電位（グランド）が与えられるグランド導体層２２５，２２６，２３５になっている。グランド導体層２２５，２３５は、コア層２１０に最も近い導体層２２２，２３２であり、それぞれビア導体２４１を介してコア層２１０に接続している。したがってコア層２１０もグランド導体として機能する。また、２つのグランド導体層２２５，２２６の間には導体層２２２が介在しており、該導体層２２２に形成された配線をストリップラインとして機能させることができる。回路基板２００の一方の主面（上面）には部品実装用の導電性のランド２０１や配線２０２が形成されている。また、回路基板２００の他方の主面（下面）の周縁部には、多数の端子電極２０５が形成されている。また、回路基板２００の主面（下面）であって前記端子電極２０５の形成領域よりも内側の領域には、前記端子電極２０５よりも面積が大きい多数のグランド電極２０６が形成されている。ランド２０１には、ＲＦＩＣ１６０、第１デュプレクサ１１０、パワーアンプＩＣ１５５が半田付けされている。

コア層２１０には部品収容用の貫通孔２１１が形成されている。該貫通孔２１１には、第２デュプレクサ１２０を構成する第２送信フィルタ１２２及び第２受信フィルタ１２４が配置されている。したがってコア層２１０は、内蔵する部品の高さよりも厚みが大きいことが好ましい。本実施の形態では、金属板、より詳しくは銅製又は銅合金製の金属板によりコア層２１０を形成している。貫通孔２１１内であって収容部品との隙間には樹脂などの絶縁体が絶縁体層２２１又は２３１と一体となって充填されている。第２送信フィルタ１２２及び第２受信フィルタ１２４の上面には端子電極１２２ａ，１２４ａが形成されている。端子電極１２２ａ，１２４ａはビア導体２４２を介して導体層２２２に接続している。

本発明に係る高周波モジュール１００の特徴的な点は、図２に示すように、第１デュプレクサ１１０及び第２デュプレクサ１２０が、ＲＦＩＣ１６０とパワーアンプＩＣ１５５との間に配置されている点にある。これにより、第１デュプレクサ１１０及び第２デュプレクサ１２０からＲＦＩＣ１６０に入力される受信信号を伝送する信号線１７０の長さを短くすることができるとともに、該信号線１７０へのノイズの混入を極めて小さく抑えることができる。図２の例では、第１デュプレクサ１１０から出力される受信信号は、回路基板２００の上面に形成された信号線１７０を介してＲＦＩＣ１６０に入力される。一方、ＲＦＩＣ１６０から出力される送信信号は、回路基板２００の内層、より詳しくは２つのグランド導体層２２５，２２６の間に介在する導体層２２２に形成された信号線１８０を介してパワーアンプＩＣ１５５に入力される。パワーアンプＩＣから出力される増幅された送信信号は、回路基板２００の上面に形成された信号線１８５を介して第１デュプレクサ１１０に入力される。ここで、パワーアンプＩＣにより増幅された信号を伝送する信号線１８５は、ＲＦＩＣ１６０から出力された増幅前の信号を伝送する信号線１８０より短い点に留意されたい。なお、図２では第２デュプレクサ１２０に入出力される信号線については説明の簡単のため省略した。

また、本発明に係る高周波モジュール１００の他の特徴的な点は、図２及び図３に示すように、パワーアンプＩＣ１５５が回路基板２００の周縁部に実装されている点にある。図３に示すように、パワーアンプＩＣ１５５は、回路基板２００の厚さ方向に投影した投影領域が、前記端子電極２０５の形成領域と重なる位置に実装されている。また図４に示すように、パワーアンプＩＣ１５５のグランド端子１５５ａが回路基板２００のランド２０１に実装されており、該ランド２０１は複数の放熱用のビア導体２４３を介してコア層２１０に接続している。また、コア層２１０は複数の放熱用のビア導体２４４を介して下面のグランド電極２０６に接続している。このような構造により、パワーアンプＩＣ１５５で発生した熱は、ビア導体２４３により回路基板２００の厚み方向に伝導し、コア層２１０に沿って左右方向に伝導する。コア層２１０の熱はビア導体２４４によりグランド電極２０６に伝導し、実装先の親回路基板に放熱される。

このような高周波回路モジュール１００によれば、デュプレクサ１１０，１２０が、ＲＦＩＣ１６０とパワーアンプＩＣ１５５との間に配置されているので、デュプレクサ１１０，１２０からＲＦＩＣ１６０へ受信信号を入力するための信号線がパワーアンプＩＣ１５５の近傍に位置することがない。またデュプレクサ１１０，１２０からＲＦＩＣ１６０へ受信信号を入力するための信号線の長さを短くすることができる。これにより、ＲＦＩＣ１６０の受信回路へのノイズの混入を防止しつつ小型化・高密度化を図ることが容易となる。なおＲＦＩＣ１６０からの出力される送信信号はデュプレクサ１１０，１２０近傍を通過してパワーアンプＩＣ１５５に入力される。しかし当該送信信号は電力増幅前であるためデュプレクサ１１０，１２０や他の回路等への影響は極めて小さい。一方、パワーアンプＩＣ１５５とデュプレクサ１１０，１２０とは隣り合うので電力増幅後の送信信号を伝送する信号線の長さを短くすることができる。これにより電力損失や放射ノイズを小さくすることができる。

また本実施の形態に係る高周波回路モジュール１００では、パワーアンプＩＣ１５５を回路基板２００の周縁部に配置しても、該パワーアンプＩＣで発生する熱を放熱用のビア導体２４３，２４４及びコア層２１０を介して親回路基板に放熱することができる。したがって、ＲＦＩＣ１６０を回路基板の周縁部よりも内側に配置することが可能となる。これにより特にＲＦＩＣ１６０の近傍における部品配置や回路パターンの設計が容易となり、しかも配線長を短くすることができるので高周波特性にも優れたものとなる。

以上本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば上記実施の形態では、ＲＦＩＣ１６０から出力される送信信号は、回路基板２００の内層に形成した信号線１８０を介してパワーアンプＩＣ１５５に入力していたが、図５に示すように、回路基板２００上に形成した信号線１８１を介してパワーアンプＩＣ１５５に入力するようにしてもよい。

また上記実施の形態では、コア層２１０の材質として銅又は銅合金を例示したが、他の金属又は合金や樹脂など材質は不問である。またコア層２１０の導電性の有無についても不問である。さらに上記実施の形態では、回路基板２００として比較的厚みのあるコア層２１０を備えたものを例示したが、コア層２１０のない多層回路基板であってもよい。また上記実施の形態では、回路基板２００の上面には各種部品が実装された状態で露出しているが、回路基板２００の上面の全面又は一部を覆うようにケースを装着したり樹脂等で封止するようにしてもよい。

１０…アンテナ、１００…高周波回路モジュール、１０１…高周波スイッチ、１１０，１２０…デュプレクサ、１１２，１２２…送信フィルタ、１１４，１２４…受信フィルタ、１５５…パワーアンプＩＣ、１６０…ＲＦＩＣ、２００…回路基板、２０１…ランド、２０５…端子電極、２０６…グランド電極、２１０…コア層、２１１…貫通孔、２２５，２２６，２３５…グランド導体層、２４３，２４４…ビア導体

Claims (6)

1. 絶縁体層と導体層とを交互に積層してなる回路基板と、
   高周波信号の送信処理及び受信処理を行う高周波ＩＣと、
   高周波ＩＣからの送信信号を増幅するパワーアンプＩＣと、
   パワーアンプＩＣからアンテナへ出力される送信信号とアンテナから高周波ＩＣに入力される受信信号とを分離するデュプレクサとを備え、
   高周波ＩＣとパワーアンプＩＣは回路基板の上面に実装され、且つ、デュプレクサは高周波ＩＣとパワーアンプＩＣとの間に配置されている
   ことを特徴とする高周波回路モジュール。
2. パワーアンプＩＣにより増幅された送信信号をデュプレクサに伝送する信号線は、高周波ＩＣから出力された増幅前の送信信号をパワーアンプＩＣに伝送する信号線よりも配線長が短い
   ことを特徴とする請求項１記載の高周波回路モジュール。
3. デュプレクサは回路基板上に実装されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波回路モジュール。
4. デュプレクサは回路基板内に埋設されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波回路モジュール。
5. パワーアンプＩＣは回路基板の周縁部に実装されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３何れか1項記載の高周波回路モジュール。
6. 回路基板は、
   他の導体層より厚みが大きく且つグランドとして機能する導体層であるコア層を含むとともに、
   下面周縁部に形成された端子電極と、パワーアンプＩＣの下面とコア層を接続する放熱用の第１ビア導体と、下面の端子電極の内側の領域に形成されたグランド電極と、グランド電極とコア層を接続する放熱用の第２ビア導体を備えた
   ことを特徴とする請求項５記載の高周波回路モジュール。

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