JP2020102693A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールを提供する。【解決手段】高周波モジュール1は、実装基板91と、増幅素子を含み高周波信号を増幅する低雑音増幅器40と、集積化された第1インダクタを含むインピーダンス整合回路62とを備え、第1インダクタは、低雑音増幅器40の入力端子と接続され、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とは、実装基板91の主面91aに垂直な方向に積層され、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とが積層された第1積層体は、主面91aに実装されている。【選択図】図2

Description

本発明は、高周波モジュールおよび通信装置に関する。
携帯電話などの移動体通信機器では、特に、マルチバンド化の進展に伴い、高周波フロントエンド回路を構成する回路素子の配置構成が複雑化されている。
特許文献1には、送信回路および受信回路を有する無線通信デバイス(高周波回路)の回路構成が開示されている。この無線通信デバイスでは、アンテナに接続されたスイッチにより送信回路および受信回路とアンテナとの接続が切り替えられる。送信回路は、電力増幅器(PA)と、電力増幅器およびスイッチの間に配置された送信インピーダンス整合回路と、を有している。受信回路は、低雑音増幅器(LNA)と、低雑音増幅器およびスイッチの間に配置された受信インピーダンス整合回路と、を有している。
特表2014−530543号公報
しかしながら、特許文献1に開示された無線通信デバイス(高周波回路)を、移動体通信機器のコンパクトなフロントエンド回路として1つのモジュールで構成する場合、例えば、低雑音増幅器の入力端子に接続された受信インピーダンス整合回路とを接続する配線が長いと当該配線に浮遊容量が発生する。これにより、低雑音増幅器とその前段の回路素子とのインピーダンス整合が不十分となり、低雑音増幅器から出力される高周波受信信号の受信感度が劣化するという問題が発生する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波モジュールは、実装基板と、増幅素子を含み高周波信号を増幅する低雑音増幅器と、集積化された第1インダクタを含む第1集積型受動素子と、を備え、前記第1インダクタは、前記低雑音増幅器の入力端子と接続され、前記低雑音増幅器と前記第1集積型受動素子とは、前記実装基板の主面に垂直な方向に積層され、前記低雑音増幅器と前記第1集積型受動素子とが積層された第1積層体は、前記主面に実装されている。
本発明によれば、受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することが可能となる。
実施の形態に係る通信装置の回路構成図である。 実施の形態に係る高周波モジュールの断面概略図である。 実施の形態の変形例1に係る高周波モジュールの断面概略図である。 実施の形態の変形例2に係る高周波モジュールの断面概略図である。 実施の形態の変形例3に係る高周波モジュールの断面概略図である。 実施の形態の変形例4に係る高周波モジュールの断面概略図である。 実施の形態の変形例5に係る高周波モジュールの断面概略図である。
以下、本発明の実施の形態およびその変形例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態およびその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態およびその変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態およびその変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
なお、以下の実施の形態において、基板上に実装されたA、BおよびCにおいて、「当該基板(または当該基板の主面)を平面視した場合に、AとBとの間にCが配置されている」とは、当該基板を平面視した場合に投影されるAの領域内の任意の点と、当該基板を平面視した場合に投影されるBの領域内の任意の点とを結ぶ線に、当該基板を平面視した場合に投影されるCの領域の少なくとも一部が重複していることを指すものと定義される。
また、本明細書において、要素間の関係性を示す用語(例えば「垂直」、「平行」など)、および、要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
なお、以下の実施の形態およびその変形例において、「AとBとが接続されている」とは、AとBとが接触していることを指すだけでなく、接続AとBとが導体配線を介して電気的に接続されていることを含むものと定義される。
(実施の形態)
[1 高周波モジュール1および通信装置5の回路構成]
図1は、実施の形態に係る高周波モジュール1の回路構成図である。同図に示すように、通信装置5は、高周波モジュール1と、アンテナ2と、RF信号処理回路(RFIC)3と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)4と、を備える。
RFIC3は、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC3は、高周波モジュール1の受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をBBIC4へ出力する。また、RFIC3は、BBIC4から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波モジュール1の送信信号経路に出力する。
BBIC4は、高周波モジュール1を伝送する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。BBIC4で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
また、RFIC3は、使用される通信バンド(周波数帯域)に基づいて、高周波モジュール1が有するスイッチ11の接続を制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、制御信号(図示せず)によって、高周波モジュール1が有するスイッチ11の接続を切り替える。なお、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、高周波モジュール1またはBBIC4に設けられていてもよい。
アンテナ2は、高周波モジュール1の入出力端子110に接続され高周波モジュール1から出力された高周波信号を放射し、また、外部からの高周波信号を受信して高周波モジュール1へ出力する。
なお、本実施の形態に係る通信装置5において、アンテナ2およびBBIC4は、必須の構成要素ではない。
次に、高周波モジュール1の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、高周波モジュール1は、入出力端子110、受信端子130と、送信端子120と、低雑音増幅器40と、電力増幅器30と、インピーダンス整合回路51、52、61および62と、スイッチ11および12と、受信フィルタ21Rおよび22Rと、送信フィルタ21Tと、を備える。
低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)40は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタなどの増幅素子を含み、例えば通信バンドAおよびBの高周波信号を低雑音で優先的に増幅する。低雑音増幅器40は、高周波モジュール1の受信経路に配置されている。
電力増幅器(PA:Power Amplifier)30は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタなどの増幅素子を含み、例えばバンドAの高周波信号を優先的に電力増幅する。電力増幅器30は、高周波モジュール1の送信経路に配置されている。
低雑音増幅器40および電力増幅器30は、例えば、Si系のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、または、GaAsを材料とする電界効果型トランジスタ(FET)、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)などで構成されている。
受信フィルタ21Rは、スイッチ11および12を結ぶ第1受信経路に配置され、入出力端子110から入力された高周波受信信号のうち、通信バンドAの受信帯域の高周波受信信号を通過させる。また、受信フィルタ22Rは、スイッチ11および12を結ぶ第2受信経路に配置され、入出力端子110から入力された高周波受信信号のうち、通信バンドBの受信帯域の高周波受信信号を通過させる。
送信フィルタ21Tは、スイッチ11と電力増幅器30とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器30で増幅された高周波送信信号のうち、通信バンドAの送信帯域の高周波送信信号を通過させる。
なお、上記の受信フィルタ21R、22R、および送信フィルタ21Tは、例えば、弾性表面波フィルタ、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、LC共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかであってもよく、さらには、これらには限定されない。
送信フィルタ21Tおよび受信フィルタ21Rは、通信バンドAを通過帯域とするデュプレクサ21を構成している。
スイッチ11は、入出力端子110と受信フィルタ22Rとを結ぶ経路および入出力端子110とデュプレクサ21とを結ぶ経路に配置されている。この配置構成により、スイッチ11は、通信バンドAの高周波信号を伝送する信号経路と入出力端子110との接続、および、通信バンドBの高周波信号を伝送する信号経路と入出力端子110との接続、を切り替える。スイッチ11は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ12は、受信フィルタ21Rと低雑音増幅器40とを結ぶ経路および受信フィルタ22Rと低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置されている。この配置構成により、スイッチ12は、受信フィルタ21Rと低雑音増幅器40との接続、および、受信フィルタ22Rと低雑音増幅器40の接続、を切り替える。スイッチ12は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
なお、スイッチ11および12は、例えば、Si系のCMOSまたはGaAsで構成されていてもよい。
インピーダンス整合回路52は、電力増幅器30と送信フィルタ21Tとを結ぶ経路に配置され、電力増幅器30の出力インピーダンスと送信フィルタ21Tの入力インピーダンスとの整合をとる。本実施の形態では、インピーダンス整合回路52は、電力増幅器30に接続されたインダクタ(第3インダクタ)を含む。
インピーダンス整合回路62は、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置され、受信フィルタ21Rおよび22Rの出力インピーダンスと低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとる。本実施の形態では、インピーダンス整合回路62は、低雑音増幅器40に接続されたインダクタ(第1インダクタ)を含む。つまり、第1インダクタは、低雑音増幅器40の前段に配置される回路素子の出力インピーダンスと、低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとるためのインピーダンス整合素子である。
インピーダンス整合回路51は、スイッチ11とデュプレクサ21とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ11とデュプレクサ21とのインピーダンス整合をとる。
インピーダンス整合回路61は、スイッチ11と受信フィルタ22Rとを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ11と受信フィルタ22Rとのインピーダンス整合をとる。本実施の形態では、インピーダンス整合回路61は、スイッチ11に接続されたインダクタ(第2インダクタ)を含む。
高周波モジュール1の上記回路構成によれば、通信バンドAの高周波信号の送受信と、通信バンドBの高周波信号の受信との少なくとも一方を実行することが可能である。
なお、本発明に係る高周波モジュールは、実施の形態に係る高周波モジュール1の構成要素のうち、低雑音増幅器40、および、低雑音増幅器40の入力端子に接続されたインピーダンス整合回路62を、少なくとも備えていればよい。
したがって、本発明に係る高周波モジュールが伝送可能な通信バンドの数も任意であり、また、同一通信バンドにおける送信信号および受信信号の同時伝送の有無、および、異なる通信バンド間での信号の同時伝送の有無も任意である。
ここで、上記高周波モジュール1を構成する各回路素子を、コンパクトなフロントエンド回路として1つのモジュールで構成する場合、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とを接続する配線が長いと、当該配線に浮遊容量が発生し、低雑音増幅器40と前段の回路素子(スイッチ12、受信フィルタ21Rおよび22R)とのインピーダンス整合が不十分となり、低雑音増幅器40から出力される高周波受信信号の受信感度が劣化するという問題がある。
これに対して、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とを接続する配線を短縮化して浮遊容量の発生を抑制する構成を有している。以下では、高周波モジュール1を小型化しつつ浮遊容量の発生を抑制する構成について説明する。
[2 高周波モジュール1の回路素子配置構成]
図2は、実施の形態に係る高周波モジュール1の断面概略図である。図2に示すように、本実施の形態に係る高周波モジュール1は、図1に示された回路構成に加えて、さらに、実装基板91と、樹脂部材92および93と、外部接続導体150と、を有している。
実装基板91は、互いに背向する主面91a(第1主面)および主面91b(第2主面)を有し、高周波モジュール1を構成する回路素子および部品を実装する基板である。実装基板91としては、例えば、複数の誘電体層の積層構造を有する低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co−fired Ceramics:LTCC)基板、または、プリント基板等が用いられる。
インピーダンス整合回路62は、第1インダクタが第2基板の内部または表面に集積実装された第1集積型受動素子(第1IPD:Integrated Passive Device)である。
図2に示すように、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とは、実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されている。また、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とが積層された第1積層体は、主面91aに実装されている。
高周波モジュール1の上記構成によれば、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とが実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されているので、実装基板91の実装面を省面積化できる。したがって、高周波モジュール1を小型化できる。また、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とがz軸方向に積層されているので、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とを接続する配線を短縮化できる。これにより、上記配線に発生する浮遊容量を低減できるので、低雑音増幅器40とその前段の回路素子(スイッチ12、受信フィルタ21Rおよび22R)とのインピーダンス整合を高精度に実施できる。よって、低雑音増幅器40から出力される高周波受信信号の受信感度の劣化を抑制できる。
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、低雑音増幅器40は、増幅素子が実装された第1基板を有している。一方、インピーダンス整合回路62は、第1インダクタが集積実装された第2基板を有している。ここで、第1基板および第2基板は、シリコンからなっていてもよい。
これによれば、低雑音増幅器40およびインピーダンス整合回路62で構成された第1積層体では、同一材料の第1基板および第2基板が積層されるので、熱サイクルにおける線膨張係数の違いにより低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とが剥離したり、破損したりすることを抑制できる。
上記の第1積層体では、例えば、低雑音増幅器40の入力端子が第1基板の下面に形成されており、第1インダクタの一方の端子がインピーダンス整合回路62の上面に形成されており、低雑音増幅器40の入力端子と第1インダクタの上記一方の端子とは、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第1インダクタの他方の端子がインピーダンス整合回路62の下面に形成されており、第1インダクタの上記他方の端子と主面91aとは、例えばバンプ電極を介して接続されている。
なお、本実施の形態におけるバンプ電極は、高導電性金属で構成されたボール状の電極であり、例えば、Sn/Ag/Cuで構成されたはんだバンプ、および、Auを主成分とするバンプなどが挙げられる。また、バンプ電極に代わり、例えば、はんだペーストにより形成された電極であってもよい。
なお、本明細書では、基板の互いに背向する主面のうち実装基板91に近い主面を下面と記し、実装基板91から遠い主面を上面と記す。
なお、本実施の形態では、インピーダンス整合回路62(第1集積型受動素子)は、実装基板91を断面視した場合、実装基板91と低雑音増幅器40との間に配置されている。
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、電力増幅器30は、主面91aに実装されている。また、インピーダンス整合回路52は、チップ状の第3インダクタで構成され、電力増幅器30と積層されずに主面91aに実装されていてもよい。電力増幅器30の下面に形成された入出力端子と主面91aとは、例えばバンプ電極を介して接続されている。なお、電力増幅器30の放熱性を向上させるべく、電力増幅器30の下面に形成された放熱用電極が主面91aと接合され、電力増幅器30の上面から主面91aにボンディングワイヤが形成されていてもよい。
電力増幅器30が、例えばGaAsからなるHBTで構成されている場合、電力増幅器30にシリコンからなるIPDが積層配置されると、GaAsおよびSiという異なる材料のチップの積層体が形成される。このとき、互いに線膨張係数が異なるSiチップとGaAsチップとの積層体では、電力増幅器30が動作するときの発熱により積層体の温度が変化し、2つのチップの接合部分で応力が発生してクラックおよび実装不良などの問題が発生する。また、電力増幅器30の熱がSiチップに伝導すると、Siチップに形成された回路素子の特性が変化することも想定される。
これに対して、本実施の形態に係る高周波モジュール1の上記構成によれば、インピーダンス整合回路52は電力増幅器30と積層関係にないので、インピーダンス整合回路52でのクラック発生および実装不良を防止でき、また、電力増幅器30の発熱によるインピーダンス整合回路52の特性変化を抑制できる。
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、スイッチ11は、主面91aに実装されており、主面91aを平面視した場合、電力増幅器30と第1積層体との間に配置されていてもよい。
これによれば、送信回路を構成する電力増幅器30と受信回路を構成する低雑音増幅器40との間にスイッチ11が配置されるので、高出力の送信信号が低雑音増幅器40へ漏洩することを抑制でき、送信回路と受信回路との間のアイソレーションを向上できる。
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、インピーダンス整合回路61は第2インダクタを含み、第2インダクタは、第3基板の内部または表面に集積実装された第2集積型受動素子(第2IPD)である。ここで、図2に示すように、スイッチ11とインピーダンス整合回路61とは、実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されていてもよい。また、スイッチ11とインピーダンス整合回路61とが積層された第2積層体は、主面91aに実装されていてもよい。
これにより、スイッチ11とインピーダンス整合回路61とが実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されているので、実装基板91の実装面を省面積化できるので、高周波モジュール1を小型化できる。また、スイッチ11とインピーダンス整合回路61とがz軸方向に積層されているので、スイッチ11とインピーダンス整合回路61とを接続する配線を短縮化できる。これにより、上記配線に発生する浮遊容量を低減できるので、通信バンドBの受信経路の伝送損失を低減できる。
また、電力増幅器30と第1積層体との間に第2積層体が配置されているため、第2積層体が電力増幅器30からの送信信号の漏洩成分(電磁界)を遮断できるので、電力増幅器30からの不要波による低雑音増幅器40の特性変動を抑制できる。
また、スイッチ11はSi系のCMOSで構成され、第3基板はシリコンからなっていてもよい。
これによれば、第2積層体では、シリコンを基材とする回路素子が積層されるので、熱サイクルにおける線膨張係数の違いによりスイッチ11とインピーダンス整合回路61とが剥離したり、破損したりすることを抑制できる。
スイッチ11とインピーダンス整合回路61との第2積層体では、第2インダクタの端子が第3基板の下面に形成されており、スイッチ11の一の端子がスイッチ11の上面に形成されており、第2インダクタの上記端子とスイッチ11の上記一の端子とは、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、スイッチ11の他の端子がその下面に形成されており、スイッチ11の上記他の端子と主面91aとは、例えばバンプ電極を介して接続されている。なお、バンプ電極に代わり、例えば、はんだペーストにより形成された電極であってもよい。
なお、第2積層体は、スイッチ11とインピーダンス整合回路51とが積層されたものであってもよい。これによれば、スイッチ11とインピーダンス整合回路51とを接続する配線に発生する浮遊容量を低減できるので、通信バンドAの受信経路の伝送損失を低減できる。
なお、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、さらに、スイッチ12、デュプレクサ21、および受信フィルタ22Rが、実装基板91の主面91bに実装されている。また、主面91bと外部基板とを接続するための外部接続導体150が主面91b上に形成されている。さらには、電力増幅器30、第1積層体、第2積層体およびインピーダンス整合回路52の少なくとも一部を覆う樹脂部材92が、主面91aに配置されている。また、スイッチ12、デュプレクサ21、受信フィルタ22R、および外部接続導体150の少なくとも一部を覆う樹脂部材93が、主面91bに配置されている。樹脂部材92および93の配置により、高周波モジュール1を構成する上記回路素子および部品の気密性、耐熱性、耐水耐湿性、および絶縁性などの信頼性が強化される。
外部接続導体150は、例えば、Cuなどの金属を使用した柱状導体、または、樹脂部材93に形成された貫通ビアホールに充填された導電性ペーストである。
樹脂部材92および93は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂であり、さらに、SiOなどの無機フィラーを含有していてもよい。なお、樹脂部材92および93は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
また、電力増幅器30、第2積層体、スイッチ12、デュプレクサ21、受信フィルタ22R、および外部接続導体150は、主面91aおよび91bのいずれに実装されていてもよく、さらには、実装基板91に内蔵されていてもよい。
[3 変形例1に係る高周波モジュール1Aの回路素子配置構成]
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、実装基板91の両面(主面91aおよび91b)に、回路素子および部品が振り分けられた構成を例示したが、これらの回路素子および部品は、実装基板91の片面に実装されていてもよい。
図3は、実施の形態の変形例1に係る高周波モジュール1Aの断面概略図である。同図には、電力増幅器30、第1積層体(低雑音増幅器40およびインピーダンス整合回路62)、第2積層体(スイッチ11およびインピーダンス整合回路61)ならびにインピーダンス整合回路52が主面91aに実装されている構成が示されている。なお図示していないが、スイッチ12、デュプレクサ21、および受信フィルタ22Rも主面91aに実装されている。つまり、本変形例に係る高周波モジュール1Aは、高周波モジュール1Aを構成する回路素子および部品が片面実装された構成を有する。
この構成であっても、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とが実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されているので、実装基板91の実装面を省面積化でき、高周波モジュール1Aを小型化できる。また、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とがz軸方向に積層されているので、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62とを接続する配線を短縮化できる。これにより、上記配線に発生する浮遊容量を低減できるので、低雑音増幅器40とその前段の回路素子(スイッチ12、受信フィルタ21Rおよび22R)とのインピーダンス整合を高精度に実行できる。よって、低雑音増幅器40から出力される高周波受信信号の受信感度の劣化を抑制できる。さらに、高周波モジュール1Aを構成する回路素子および部品が片面実装されているので、高周波モジュール1Aを低背化できる。
[4 変形例2に係る高周波モジュール1Bの回路素子配置構成]
図4は、実施の形態の変形例2に係る高周波モジュール1Bの断面概略図である。同図に示された高周波モジュール1Bは、実施の形態に係る高周波モジュール1と比較して、第1積層体を構成する低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62Aとの積層順が逆となっている点、および、電力増幅器30およびインピーダンス整合回路61Aおよび62Aの上面が樹脂部材から露出している点が異なる。以下、本変形例に係る高周波モジュール1Bについて、実施の形態に係る高周波モジュール1と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
図4に示すように、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62Aとは、実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されている。また、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62Aとが積層された第1積層体は、主面91aに実装されている。
インピーダンス整合回路62Aは、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置され、受信フィルタ21Rおよび22Rの出力インピーダンスと低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとる。インピーダンス整合回路62Aは、低雑音増幅器40に接続されたインダクタ(第1インダクタ)を含む。
インピーダンス整合回路61Aは、スイッチ11と受信フィルタ22Rとを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ11と受信フィルタ22Rとのインピーダンス整合をとる。インピーダンス整合回路61Aは、スイッチ11に接続されたインダクタ(第2インダクタ)を含む。
インピーダンス整合回路62Aは、第1インダクタが第2基板の内部または表面に集積実装された第1集積型受動素子(第1IPD)である。
インピーダンス整合回路61Aは、第2インダクタが第3基板の内部または表面に集積実装された第2集積型受動素子(第2IPD)である。
図4に示すように、低雑音増幅器40とインピーダンス整合回路62Aとは、実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されている。低雑音増幅器40は、実装基板91を断面視した場合、実装基板91とインピーダンス整合回路62Aとの間に配置されている。つまり、インピーダンス整合回路62Aは、低雑音増幅器40の上方(z軸正方向)に配置されている。
また、図4に示すように、スイッチ11とインピーダンス整合回路61Aとは、実装基板91の主面91aに垂直な方向(z軸方向)に積層されている。スイッチ11は、実装基板91を断面視した場合、実装基板91とインピーダンス整合回路61Aとの間に配置されている。つまり、インピーダンス整合回路61Aは、スイッチ11の上方(z軸正方向)に配置されている。
ここで、電力増幅器30、インピーダンス整合回路61Aおよび62Aは、樹脂部材92の天面(z軸正方向側の面)から露出している。
上記の第1積層体では、低雑音増幅器40の入力端子が第1基板の上面に形成されており、第1インダクタの端子がインピーダンス整合回路62Aの下面に形成されており、低雑音増幅器40の入力端子と第1インダクタの上記端子とは、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、低雑音増幅器40の出力端子がその下面に形成されており、低雑音増幅器40の出力端子と主面91aとは、例えばバンプ電極を介して接続されている。
上記の第2積層体では、第2インダクタの端子が第3基板の下面に形成されており、スイッチ11の一の端子がその上面に形成されており、第2インダクタの端子とスイッチ11の上記一の端子とは、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、スイッチ11の他の端子がその下面に形成されており、スイッチ11の上記他の端子と主面91aとは、例えばバンプ電極を介して接続されている。
上記構成によれば、インピーダンス整合回路61Aおよび62Aの各上面にはバンプ電極が形成されていないので、当該各上面を高周波モジュール1Bの外表面に配置することで、当該外表面を研削することができ、高周波モジュール1Bを低背化できる。なお、インピーダンス整合回路61Aおよび62Aなどの集積型受動素子は、その主面を研削して薄くしても、低雑音増幅器40およびスイッチ11などの能動素子に比べて特性の変化が少ない。
[5 変形例3に係る高周波モジュール1Cの回路素子配置構成]
図5は、実施の形態の変形例3に係る高周波モジュール1Cの断面概略図である。同図に示された高周波モジュール1Cは、変形例2に係る高周波モジュール1Bと比較して、シールド電極層80を有する点が異なる。以下、本変形例に係る高周波モジュール1Cについて、変形例2に係る高周波モジュール1Bと同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
高周波モジュール1Cは、さらに、樹脂部材92および93の天面および側面を覆うように形成され、実装基板91内のグランド電極パターン91Gと接続されたシールド電極層80を備える。
シールド電極層80は、例えば、Agなどの金属をスパッタや蒸着などの真空成膜法により、または、導電性ペーストをスピンコート塗布して形成される。シールド電極層80は、実装基板91に形成されたグランド電極パターン91Gと、実装基板91の側面にて接続されている。
上記構成によれば、高周波モジュール1Cの外部から侵入する不要波を遮断できるので、モジュール特性の変動を抑制できる。また、シールド電極層80と電力増幅器30の上面とを接触させることで、電力増幅器30からので発熱を、シールド電極層80を介して高周波モジュール1Cの外部へ放出できるので放熱性を向上できる。
[6 変形例4に係る高周波モジュール1Dの回路素子配置構成]
図6は、実施の形態の変形例4に係る高周波モジュール1Dの断面概略図である。同図に示された高周波モジュール1Dは、変形例2に係る高周波モジュール1Bと比較して、第1積層体およびインピーダンス整合回路62Cが主面91bに実装され、デュプレクサ21が主面91aに実装されている点が異なる。以下、本変形例に係る高周波モジュール1Dについて、変形例2に係る高周波モジュール1Bと同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
電力増幅器30およびインピーダンス整合回路52は、主面91aに実装され、第1積層体(低雑音増幅器40およびインピーダンス整合回路62A)は、主面91bに実装されている。
インピーダンス整合回路62Cは、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置され、受信フィルタ21Rおよび22Rの出力インピーダンスと低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとる。つまり、本変形例では、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に、インピーダンス整合回路62Aおよび62Cが配置されている。インピーダンス整合回路62Cは、例えばチップ状のインダクタである。
なお、本変形例において、インピーダンス整合回路62Cはなくてもよい。
また、本変形例では、図6の断面図には受信フィルタ22Rが示されていないが、受信フィルタ22Rは、主面91aおよび91bのいずれに配置されていてもよい。
上記構成によれば、低雑音増幅器40と電力増幅器30とが、それぞれ実装基板91の主面91aおよび91bに振り分けて実装されている。また、インピーダンス整合回路62Aおよび62Cとインピーダンス整合回路52とが、それぞれ実装基板91の主面91bおよび91aに振り分けて実装されている。
これにより、低雑音増幅器40、インピーダンス整合回路62Aおよび62Cと、電力増幅器30およびインピーダンス整合回路52と、が実装基板91を介して離間されるので、高周波モジュール1D内での送受信間のアイソレーションがさらに向上する。
さらに、第2積層体の上面を樹脂部材93の表面と一緒に研削することで、主面91a側および主面91b側の双方において、高周波モジュール1Dを低背化できる。
[7 変形例5に係る高周波モジュール1Eの回路素子配置構成]
図7は、実施の形態の変形例5に係る高周波モジュール1Eの断面概略図である。同図に示された高周波モジュール1Eは、変形例4に係る高周波モジュール1Dと比較して、各インピーダンス整合回路を構成するインダクタの磁束方向が規定されている点が異なる。以下、本変形例に係る高周波モジュール1Eについて、変形例4に係る高周波モジュール1Dと同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
インピーダンス整合回路61Dは、スイッチ11と受信フィルタ22Rとを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ11と受信フィルタ22Rとのインピーダンス整合をとる。インピーダンス整合回路61Dは、スイッチ11に接続されたインダクタ(第2インダクタ)を含む。インピーダンス整合回路61Dは、第2インダクタが第3基板の内部または表面に集積実装された第2集積型受動素子(第2IPD)である。
インピーダンス整合回路62Eは、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置され、受信フィルタ21Rおよび22Rの出力インピーダンスと低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとる。インピーダンス整合回路62Eは、低雑音増幅器40に接続されたインダクタ(第1インダクタ)を含む。インピーダンス整合回路62Eは、第1インダクタが第2基板の内部または表面に集積実装された第1集積型受動素子(第1IPD)である。
インピーダンス整合回路62Dは、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に配置され、受信フィルタ21Rおよび22Rの出力インピーダンスと低雑音増幅器40の入力インピーダンスとの整合をとる。つまり、本変形例では、スイッチ12と低雑音増幅器40とを結ぶ経路に、インピーダンス整合回路62Eおよび62Dが配置されている。インピーダンス整合回路62Dは、例えばチップ状のインダクタである。なお、本変形例において、インピーダンス整合回路62Dはなくてもよい。
インピーダンス整合回路52Dは、電力増幅器30と送信フィルタ21Tとを結ぶ経路に配置され、電力増幅器30の出力インピーダンスと送信フィルタ21Tの入力インピーダンスとの整合をとる。本変形例では、インピーダンス整合回路52Dは、電力増幅器30に接続されたインダクタ(第3インダクタ)を含む。
ここで、インピーダンス整合回路62Eの第1インダクタの磁束方向、および、インピーダンス整合回路62Dのインダクタの磁束方向は、主面91bに垂直な方向である。これに対して、インピーダンス整合回路52Dの第3インダクタの磁束方向は、主面91aに平行な方向である。
インピーダンス整合回路52Dの第3インダクタは、らせん状に巻回されたコイル導体の巻回軸が主面91aに平行な方向となっている。また、インピーダンス整合回路62Dのインダクタは、らせん状に巻回されたコイル導体の巻回軸が主面91bに垂直な方向となっている。また、インピーダンス整合回路62Eの第1インダクタは、スパイラル状の平面コイル導体を有し、その巻回軸が主面91bに対して垂直な方向となっている。
上記構成によれば、インピーダンス整合回路62Eの第1インダクタの磁束方向およびインピーダンス整合回路62Dのインダクタの磁束方向と、インピーダンス整合回路52Dの第3インダクタの磁束方向とが直交するので、それらの間の磁界結合が抑制される。よって、送信回路と受信回路との不要な結合を抑制でき、送信回路からの不要波により受信信号の受信感度が劣化することを抑制できる。
本変形例では、さらに、インピーダンス整合回路61Dの第2インダクタの磁束方向は、主面91aに垂直な方向である。インピーダンス整合回路61Dの第2インダクタは、スパイラル状の平面コイル導体を有し、その巻回軸が主面91aに対して垂直な方向となっている。
これによれば、インピーダンス整合回路61Dの第2インダクタの磁束方向と、インピーダンス整合回路52Dの第3インダクタの磁束方向とが直交するので、それらの間の磁界結合が抑制される。よって、送信回路から受信回路への不要波の侵入をさらに抑制できるので、受信信号の受信感度が劣化することを抑制できる。
なお、本変形例に係る各インピーダンス整合回路のインダクタの磁束方向の規定は、実施の形態に係る高周波モジュール1および変形例1〜4に係る高周波モジュールにも適用できる。すなわち、送信回路を構成するインピーダンス整合回路52の第3インダクタの磁束方向が主面91aおよび92bに平行な方向であり、受信回路を構成するインピーダンス整合回路62、62A、62C、62D、62Eの第1インダクタおよびインピーダンス整合回路61、61A、61Dの第2インダクタの磁束方向が主面91aおよび92bに垂直な方向であってもよい。
(その他の実施の形態など)
以上、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置について、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明に係る高周波モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記高周波モジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態およびその変形例に係る高周波モジュールおよび通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、マルチバンド対応のフロントエンド部に配置される高周波モジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1A、1B、1C、1D、1E 高周波モジュール
2 アンテナ
3 RF信号処理回路(RFIC)
4 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
5 通信装置
11、12 スイッチ
21 デュプレクサ
21R、22R 受信フィルタ
21T 送信フィルタ
30 電力増幅器
40 低雑音増幅器
51、52、52D、61、61A、61D、62、62A、62C、62D、62E インピーダンス整合回路
80 シールド電極層
91 実装基板
91a、91b 主面
91G グランド電極パターン
92、93 樹脂部材
110 入出力端子
120 送信端子
130 受信端子
150 外部接続導体

Claims (12)

  1. 実装基板と、
    増幅素子を含み高周波信号を増幅する低雑音増幅器と、
    集積化された第1インダクタを含む第1集積型受動素子と、を備え、
    前記第1インダクタは、前記低雑音増幅器の入力端子と接続され、
    前記低雑音増幅器と前記第1集積型受動素子とは、前記実装基板の主面に垂直な方向に積層され、前記低雑音増幅器と前記第1集積型受動素子とが積層された第1積層体は、前記主面に実装されている、
    高周波モジュール。
  2. 前記低雑音増幅器は、前記増幅素子が実装された第1基板を有し、
    前記第1集積型受動素子は、前記第1インダクタが集積実装された第2基板を有し、
    前記第1基板および前記第2基板は、シリコンからなる、
    請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記第1インダクタは、前記低雑音増幅器の前段に配置される回路素子の出力インピーダンスと、前記低雑音増幅器の入力インピーダンスとの整合をとるためのインピーダンス整合素子である、
    請求項1または2に記載の高周波モジュール。
  4. さらに、
    高周波信号を電力増幅する電力増幅器と、
    前記電力増幅器の出力端子に接続され、前記電力増幅器と積層されずに前記主面に実装された第3インダクタとを備える、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  5. さらに、
    高周波信号を入出力する入出力端子と、
    前記低雑音増幅器に入力される高周波信号を伝送する信号経路と前記入出力端子との接続、および、前記電力増幅器から出力される高周波信号を伝送する信号経路と前記入出力端子との接続を切り替えるスイッチと、を備え、
    前記主面を平面視した場合、前記スイッチは、前記電力増幅器と前記第1積層体との間に配置されている、
    請求項4に記載の高周波モジュール。
  6. さらに、
    集積化された第2インダクタを含む第2集積型受動素子を備え、
    前記スイッチと前記第2集積型受動素子とは、前記主面に垂直な方向に積層され、前記スイッチと前記第2集積型受動素子とが積層された第2積層体は、前記実装基板に実装されている、
    請求項5に記載の高周波モジュール。
  7. さらに、
    前記主面に配置され、前記電力増幅器、前記第1積層体、および前記第2積層体の少なくとも一部を覆う樹脂部材を備え、
    前記低雑音増幅器は、前記実装基板を断面視した場合、前記実装基板と前記第1集積型受動素子との間に配置されており、
    前記スイッチは、前記実装基板を断面視した場合、前記実装基板と前記第2集積型受動素子との間に配置されており、
    前記電力増幅器、前記第1集積型受動素子および前記第2集積型受動素子は、前記樹脂部材の天面から露出している、
    請求項6に記載の高周波モジュール。
  8. さらに、
    前記樹脂部材の天面および側面を覆うように形成され、前記実装基板内のグランド電極と接続されたシールド電極層を備える、
    請求項7に記載の高周波モジュール。
  9. 前記第1インダクタの磁束方向は前記主面に垂直な方向であり、
    前記第3インダクタの磁束方向は、前記主面に平行な方向である、
    請求項4〜8のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  10. 前記実装基板は、互いに背向する第1主面および第2主面を有し、
    前記電力増幅器および前記第3インダクタは、前記第1主面に実装され、
    前記第1積層体は、前記第2主面に実装されている、
    請求項4〜9のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  11. 前記第1集積型受動素子は、前記実装基板を断面視した場合、前記実装基板と前記低雑音増幅器との間に配置されている、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  12. アンテナ素子で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、
    前記アンテナ素子と前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する請求項1〜11のいずれか1項に記載の高周波モジュールと、を備える、
    通信装置。
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