JP2021164022A - 高周波モジュール及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現することができる高周波モジュールを提供する。【解決手段】通信装置において、高周波モジュール１は、モジュール基板９１と、電力増幅器１１及び電力増幅器１２が内蔵された半導体部品１０と、電力増幅器１１に接続された端子５１１及び電力増幅器１２に接続された端子５１２を有するスイッチ５１が内蔵された半導体部品５０と、を備える。半導体部品１０及び半導体部品５０は、互いに積み重ねられてモジュール基板９１に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、高周波モジュール及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モジュールを構成する回路部品の配置構成が複雑化されている。

特許文献１には、電力増幅器、スイッチ及びフィルタ等がパッケージ化されたフロントエンドモジュールが開示されている。

米国特許出願公開第２０１５／０１３３０６７号明細書

このような従来のフロントエンドモジュールでは、さらなる小型化が望まれている。

そこで、本発明は、小型化を実現することができる高周波モジュール及び通信装置を提供する。

本発明の一態様に係る高周波モジュールは、モジュール基板と、第１電力増幅器及び第２電力増幅器が内蔵された第１半導体部品と、前記第１電力増幅器に接続された第１端子及び前記第２電力増幅器に接続された第２端子を有する第１スイッチが内蔵された第２半導体部品と、を備え、前記第１半導体部品及び前記第２半導体部品は、互いに積み重ねられて前記モジュール基板に配置されている。

本発明の一態様に係る高周波モジュールによれば、小型化を実現することができる。

実施の形態１に係る高周波モジュール及び通信装置の回路構成図 実施の形態１に係る高周波モジュールの平面図 実施の形態１に係る高周波モジュールの断面図 実施の形態２に係る高周波モジュールの平面図 実施の形態２に係る高周波モジュールの断面図

以下、本発明の実施の形態について、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は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。

なお、各図は、本発明を示すために適宜強調、省略、又は比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、及び比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡素化される場合がある。

以下の各図において、ｘ軸及びｙ軸は、モジュール基板の主面と平行な平面上で互いに直交する軸である。また、ｚ軸は、モジュール基板の主面に垂直な軸であり、その正方向は上方向を示し、その負方向は下方向を示す。

また、本発明の回路構成において、「接続される」とは、接続端子及び／又は配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含む。また、「Ａ及びＢの間に接続される」とは、Ａ及びＢの間でＡ及びＢの両方に接続されることを意味する。

また、本発明の部品配置において、「モジュール基板の平面視」とは、ｚ軸正側からｘｙ平面に物体を正投影して見ることを意味する。また、「モジュール基板の平面視において、ＡはＢに重なる」とは、ｘｙ平面に正投影されたＡの領域の少なくとも一部が、ｘｙ平面に正投影されたＢの領域の少なくとも一部に重なることを意味する。また、「モジュール基板の平面視において、ＡはＢに重ならない」とは、ｘｙ平面に正投影されたＡの領域が、ｘｙ平面に正投影されたＢの領域のいずれにも重ならないことを意味する。また、「ＡがＢとＣの間に配置される」とは、Ｂ内の任意の点とＣ内の任意の点とを結ぶ複数の線分の少なくとも１つがＡを通ることを意味する。また、「平行」及び「垂直」などの要素間の関係性を示す用語は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の誤差をも含むことを意味する。

また、「部品が基板に配置される」とは、部品が基板と接触した状態で基板上に配置されることに加えて、基板と接触せずに基板の上方に配置されること（例えば、部品が、基板上に配置された他の部品上に積層されること）、及び、部品の一部又は全部が基板内に埋め込まれて配置されることを含む。また、「部品が基板の主面に配置される」とは、部品が基板の主面と接触した状態で主面上に配置されることに加えて、部品が主面と接触せずに主面の上方に配置されること、及び、部品の一部が主面側から基板内に埋め込まれて配置されることを含む。

（実施の形態１）
［１．１ 高周波モジュール１及び通信装置５の回路構成］
本実施の形態に係る高周波モジュール１及び通信装置５の回路構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る高周波モジュール１及び通信装置５の回路構成図である。

［１．１．１ 通信装置５の回路構成］
まず、通信装置５の回路構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る通信装置５は、高周波モジュール１と、アンテナ２と、ＲＦＩＣ３と、ＢＢＩＣ４と、を備える。

高周波モジュール１は、アンテナ２とＲＦＩＣ３との間で高周波信号を伝送する。高周波モジュール１の内部構成については後述する。

アンテナ２は、高周波モジュール１のアンテナ接続端子１００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送信し、また、外部から高周波信号を受信して高周波モジュール１へ出力する。

ＲＦＩＣ３は、高周波信号を処理する信号処理回路の一例である。具体的には、ＲＦＩＣ３は、高周波モジュール１の受信経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバート等により信号処理し、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等により信号処理し、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の送信経路に出力する。また、ＲＦＩＣ３は、高周波モジュール１が有するスイッチ及び増幅器等を制御する制御部を有する。なお、ＲＦＩＣ３の制御部としての機能の一部又は全部は、ＲＦＩＣ３の外部に実装されてもよく、例えば、ＢＢＩＣ４又は高周波モジュール１に実装されてもよい。

ＢＢＩＣ４は、高周波モジュール１が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ベースバンド信号処理回路である。ＢＢＩＣ４で処理される信号としては、例えば、画像表示のための画像信号、及び／又は、スピーカを介した通話のために音声信号が用いられる。

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及びＢＢＩＣ４は、必須の構成要素ではない。

［１．１．２ 高周波モジュール１の回路構成］
次に、高周波モジュール１の回路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、電力増幅器１１及び１２と、低雑音増幅器２１と、スイッチ５１〜５４と、制御回路５５と、デュプレクサ６１〜６３と、トランス（ＴＲ）７１及び７２と、整合回路（ＭＮ）７３と、アンテナ接続端子１００と、複数の高周波入力端子１１０と、高周波出力端子１２１と、制御端子１３１と、を備える。

アンテナ接続端子１００は、外部接続端子の一例であり、アンテナ２に接続される。

複数の高周波入力端子１１０は、外部接続端子の一例であり、高周波モジュール１の外部から複数の高周波送信信号を受けるための端子である。本実施の形態では、複数の高周波入力端子１１０は、４つの高周波入力端子１１１〜１１４を含む。

複数の高周波入力端子１１０が外部から受ける複数の高周波信号としては、例えば、互いに異なる通信システムの高周波信号、及び／又は、互いに異なる通信バンドの高周波信号が用いられ得る。

通信システムとは、無線アクセス技術（ＲＡＴ：Radio Access Technology）を用いて構築される通信システムを意味する。本実施の形態では、通信システムとしては、例えば５ＧＮＲ（5th Generation New Radio）システム、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システム及びＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）システム等を用いることができるが、これらに限定されない。

通信バンドとは、通信システムのために標準化団体など（例えば３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）等）によって予め定義された周波数バンドを意味する。

なお、複数の高周波入力端子１１０の数は、４つに限定されない。例えば、複数の高周波入力端子１１０の数は、４つよりも少なくてもよく、４つよりも多くてもよい。

高周波出力端子１２１は、外部接続端子の一例であり、高周波モジュール１の外部に複数の高周波受信信号を提供するための端子である。なお、高周波モジュール１は、複数の高周波出力端子を備えてもよい。

制御端子１３１は、外部接続端子の一例であり、高周波モジュール１の外部から制御信号を受けるための端子である。制御信号としては、例えば電力増幅器１１及び１２を制御するための信号が用いられる。

電力増幅器１１は、第１電力増幅器の一例であり、複数の高周波入力端子１１０で受けた複数の高周波信号を増幅することができる。ここでは、電力増幅器１１は、高周波入力端子１１１及び／又は１１２からスイッチ５４を介して入力された通信バンドＡの高周波信号を増幅することができる。

電力増幅器１２は、第２電力増幅器の一例であり、複数の高周波入力端子１１０で受けた複数の高周波信号を増幅することができる。ここでは、電力増幅器１２は、高周波入力端子１１３及び／又は１１４からスイッチ５４を介して入力された通信バンドＢ及びＣの高周波信号を増幅することができる。

電力増幅器１１及び１２の各々は、多段増幅器である。つまり、電力増幅器１１及び１２の各々は、カスケード接続された複数の増幅素子を有する。具体的には、電力増幅器１１は、入力段に相当する増幅素子１１ａと、出力段に相当する増幅素子１１ｂと、を備える。また、電力増幅器１２は、入力段に相当する増幅素子１２ａと、出力段に相当する増幅素子１２ｂと、を備える。なお、電力増幅器１１及び１２の各々の段数は、２段に限定されず、３段以上であってもよい。また、電力増幅器１１及び／又は１２は、単段構成であってもよい。

また、電力増幅器１１及び／又は１２は、高周波信号を差動信号（つまり相補信号）に変換して増幅してもよい。このような電力増幅器１１及び／又は１２は、差動増幅器と呼ばれる場合がある。この場合、電力増幅器１１及び／又は１２の出力は差動信号であってもよい。

トランス７１は、電力増幅器１１と送信フィルタ６１Ｔとの間に接続されている。具体的には、トランス７１は、電力増幅器１１の出力とスイッチ５１の端子５１１との間に接続されている。トランス７１は、電力増幅器１１と送信フィルタ６１Ｔとのインピーダンス整合をとることができる。なお、電力増幅器１１の出力が差動信号である場合、トランス７１は、バラン（平衡−不平衡変換素子）として機能する。

トランス７２は、電力増幅器１２と送信フィルタ６２Ｔ及び６３Ｔとの間に接続されている。具体的には、トランス７２は、電力増幅器１２の出力とスイッチ５１の端子５１２との間に接続されている。トランス７２は、電力増幅器１２と送信フィルタ６２Ｔ及び６３Ｔとのインピーダンス整合をとることができる。なお、電力増幅器１２の出力が差動信号である場合、トランス７２は、バラン（平衡−不平衡変換素子）として機能する。

整合回路７３は、低雑音増幅器２１と受信フィルタ６１Ｒ〜６３Ｒとの間に接続されている。具体的には、整合回路７３は、低雑音増幅器２１の入力とスイッチ５２の端子５２１との間に接続されている。整合回路７３は、低雑音増幅器２１と受信フィルタ６１Ｒ〜６３Ｒとのインピーダンス整合をとる。

低雑音増幅器２１は、アンテナ接続端子１００で受けた複数の高周波信号を増幅することができる。ここでは、低雑音増幅器２１は、アンテナ接続端子１００からスイッチ５３、デュプレクサ６１〜６３、並びに、スイッチ５２を介して入力された通信バンドＡ〜Ｃの高周波信号を増幅することができる。低雑音増幅器２１で増幅された高周波信号は、高周波出力端子１２１に出力される。低雑音増幅器２１の構成は、特に限定されない。

デュプレクサ６１は、通信バンドＡの高周波信号を通過させる。デュプレクサ６１は、通信バンドＡの送信信号と受信信号とを、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）方式で伝送する。デュプレクサ６１は、送信フィルタ６１Ｔ及び受信フィルタ６１Ｒを含む。

送信フィルタ６１Ｔは、スイッチ５１とアンテナ接続端子１００との間に接続される。送信フィルタ６１Ｔは、電力増幅器１１で増幅された高周波送信信号のうち、通信バンドＡの送信帯域の信号を通過させる。

受信フィルタ６１Ｒは、スイッチ５２とアンテナ接続端子１００との間に接続される。受信フィルタ６１Ｒは、アンテナ接続端子１００から入力された高周波受信信号のうち、通信バンドＡの受信帯域の信号を通過させる。

デュプレクサ６２は、通信バンドＢの高周波信号を通過させる。デュプレクサ６２は、通信バンドＢの送信信号と受信信号とを、ＦＤＤ方式で伝送する。デュプレクサ６２は、送信フィルタ６２Ｔ及び受信フィルタ６２Ｒを含む。

送信フィルタ６２Ｔは、スイッチ５１とアンテナ接続端子１００との間に接続される。送信フィルタ６２Ｔは、電力増幅器１１で増幅された高周波送信信号のうち、通信バンドＢの送信帯域の信号を通過させる。

受信フィルタ６２Ｒは、スイッチ５２とアンテナ接続端子１００との間に接続される。受信フィルタ６２Ｒは、アンテナ接続端子１００から入力された高周波受信信号のうち、通信バンドＢの受信帯域の信号を通過させる。

デュプレクサ６３は、通信バンドＣの高周波信号を通過させる。デュプレクサ６３は、通信バンドＣの送信信号と受信信号とを、ＦＤＤ方式で伝送する。デュプレクサ６３は、送信フィルタ６３Ｔ及び受信フィルタ６３Ｒを含む。

送信フィルタ６３Ｔは、スイッチ５１とアンテナ接続端子１００との間に接続される。送信フィルタ６３Ｔは、電力増幅器１１で増幅された高周波送信信号のうち、通信バンドＣの送信帯域の信号を通過させる。

受信フィルタ６３Ｒは、スイッチ５２とアンテナ接続端子１００との間に接続される。受信フィルタ６３Ｒは、アンテナ接続端子１００から入力された高周波受信信号のうち、通信バンドＣの受信帯域の信号を通過させる。

通信バンドＡとしては、例えば、ハイバンド群に属する通信バンドを用いることができる。ハイバンド群は、複数の通信バンドで構成された周波数バンド群であり、ミドルバンド群よりも高周波数側に位置しており、例えば、２．４−２．８ＧＨｚの周波数範囲を有している。ハイバンド群は、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ７（アップリンク：２５００−２５７０ＭＨｚ、ダウンリンク：２６２０−２６９０ＭＨｚ）などの通信バンドで構成される。

通信バンドＢ及びＣとしては、例えば、ミドルバンド群に属する通信バンドを用いることができる。ミドルバンド群は、複数の通信バンドで構成された周波数バンド群であり、ハイバンド群よりも低周波数側に位置しており、例えば、１．５−２．２ＧＨｚの周波数範囲を有している。ミドルバンド群は、例えば、ＬＴＥのためのバンドＢ１（アップリンク：１９２０−１９８０ＭＨｚ、ダウンリンク：２１１０−２１７０ＭＨｚ）、バンドＢ３９（１８８０−１９２０ＭＨｚ）、及びバンドＢ６６（アップリンク：１７１０−１７８０ＭＨｚ、ダウンリンク：２１１０−２２００ＭＨｚ）等の通信バンドで構成される。

スイッチ５１は、本実施の形態では第１スイッチの一例であり、送信フィルタ６１Ｔ〜６３Ｔと電力増幅器１１及び１２との間に接続されている。具体的には、スイッチ５１は、端子５１１〜５１５を有する。スイッチ５１の端子５１１は、本実施の形態では第１端子の一例であり、電力増幅器１１の出力に接続されている。スイッチ５１の端子５１２は、本実施の形態では第２端子の一例であり、電力増幅器１２の出力に接続されている。スイッチ５１の端子５１３〜５１５は、送信フィルタ６１Ｔ〜６３Ｔにそれぞれ接続されている。この接続構成において、スイッチ５１は、例えばＲＦＩＣ３からの制御信号に基づいて、端子５１１及び５１３の接続及び非接続を切り替え、かつ、端子５１４及び５１５のいずれかを端子５１２に接続することができる。つまり、スイッチ５１は、電力増幅器１１と送信フィルタ６１Ｔとの接続及び非接続を切り替え、かつ、電力増幅器１２及び送信フィルタ６２Ｔの接続と電力増幅器１２及び送信フィルタ６３Ｔの接続とを切り替えることができる。スイッチ５１は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成され、バンドセレクトスイッチと呼ばれる。

スイッチ５２は、受信フィルタ６１Ｒ〜６３Ｒと低雑音増幅器２１との間に接続されている。具体的には、スイッチ５２は、端子５２１〜５２４を有する。スイッチ５２の端子５２１は、低雑音増幅器２１の入力に接続されている。スイッチ５２の端子５２２〜５２４は、受信フィルタ６１Ｒ〜６３Ｒにそれぞれ接続されている。この接続構成において、スイッチ５２は、例えばＲＦＩＣ３からの制御信号に基づいて、端子５２２〜５２４のいずれかを端子５２１に接続することができる。つまり、スイッチ５２は、低雑音増幅器２１及び受信フィルタ６１Ｒの接続と、低雑音増幅器２１及び受信フィルタ６２Ｒの接続と、低雑音増幅器２１及び受信フィルタ６３Ｒの接続と、を切り替えることができる。スイッチ５２は、例えばＳＰ３Ｔ（Single-Pole Triple-Throw）型のスイッチ回路で構成され、ＬＮＡインスイッチと呼ばれる。

スイッチ５３は、アンテナ接続端子１００とデュプレクサ６１〜６３との間に接続されている。具体的には、スイッチ５３は、端子５３１〜５３４を有する。スイッチ５３の端子５３１は、アンテナ接続端子１００に接続されている。スイッチ５３の端子５３２〜５３４は、デュプレクサ６１〜６３にそれぞれ接続されている。この接続構成において、スイッチ５３は、例えばＲＦＩＣ３からの制御信号に基づいて、端子５３２〜５３４の少なくとも１つを端子５３１に接続することができる。つまり、スイッチ５３は、アンテナ２とデュプレクサ６１との接続及び非接続を切り替え、アンテナ２とデュプレクサ６２との接続及び非接続を切り替え、アンテナ２とデュプレクサ６３との接続及び非接続を切り替えることができる。スイッチ５３は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成され、アンテナスイッチと呼ばれる。

スイッチ５４は、本実施の形態では第２スイッチの一例であり、複数の高周波入力端子１１０と電力増幅器１１及び１２との間に接続されている。具体的には、スイッチ５４は、端子５４１〜５４６を有する。スイッチ５４の端子５４１は、本実施の形態では第３端子の一例であり、電力増幅器１１の入力に接続されている。スイッチ５４の端子５４２及び５４３は、高周波入力端子１１１及び１１２にそれぞれ接続されている。スイッチ５４の端子５４４は、本実施の形態では第４端子の一例であり、電力増幅器１２の入力に接続されている。スイッチ５４の端子５４５及び５４６は、高周波入力端子１１３及び１１４にそれぞれ接続されている。この接続構成において、スイッチ５４は、例えばＲＦＩＣ３からの制御信号に基づいて、端子５４２及び５４３のいずれかを端子５４１に接続し、端子５４５及び５４６のいずれかを端子５４４に接続することができる。つまり、スイッチ５４は、高周波入力端子１１１及び電力増幅器１１の接続と高周波入力端子１１２及び電力増幅器１１の接続とを切り替え、かつ、高周波入力端子１１３及び電力増幅器１２の接続と高周波入力端子１１４及び電力増幅器１２の接続とを切り替えることができる。スイッチ５４は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成され、送信入力スイッチと呼ばれる。

制御回路５５は、制御端子１３１に接続されている。制御回路５５は、制御端子１３１を介してＲＦＩＣ３から制御信号を受けて、電力増幅器１１及び１２に制御信号を出力する。なお、制御回路５５は、他の回路部品に制御信号を出力してもよい。

なお、図１に表された回路素子のいくつかは、高周波モジュール１に含まれなくてもよい。例えば、高周波モジュール１は、少なくとも、電力増幅器１１及び１２と、スイッチ５１又は制御回路５５と、を備えればよく、他の回路素子を備えなくてもよい。

また、高周波モジュール１の回路構成では、送信信号及び受信信号をＦＤＤ方式で通信可能であるが、本発明に係る高周波モジュールの回路構成はこれに限定されない。例えば、本発明に係る高周波モジュールは、送信信号及び受信信号を時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式で通信可能な回路構成を有してもよいし、ＦＤＤ方式及びＴＤＤ方式の両方で通信可能な回路構成を有してもよい。

［１．２ 高周波モジュール１の部品配置］
次に、以上のように構成された高周波モジュール１の部品配置について、図２及び図３を参照しながら具体的に説明する。

図２は、実施の形態１に係る高周波モジュール１の平面図である。図２において、（ａ）はｚ軸正側からモジュール基板９１の主面９１ａを見た図を示し、（ｂ）は、ｚ軸正側からモジュール基板９１の主面９１ｂを透視した図を示す。図３は、実施の形態１に係る高周波モジュール１の断面図である。図３における高周波モジュール１の断面は、図２のｉｉｉ−ｉｉｉ線における断面である。

図２及び図３に示すように、高周波モジュール１は、図１に示された回路素子を内蔵する回路部品に加えて、さらに、モジュール基板９１と、グランド電極パターン９２と、を備える。また、高周波モジュール１は、複数の外部接続端子として、複数のバンプ電極１５０を備える。

モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａ及び主面９１ｂを有する。モジュール基板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（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）基板、高温同時焼成セラミックス（ＨＴＣＣ：High Temperature Co-fired Ceramics）基板、部品内蔵基板、再配線層（ＲＤＬ：Redistribution Layer）を有する基板、又は、プリント基板等を用いることができるが、これらに限定されない。

主面９１ａは、第１主面の一例であり、上面又は表面と呼ばれる場合がある。主面９１ａには、図２の（ａ）に示すように、電力増幅器１１及び１２を内蔵する半導体部品１０と、スイッチ５１及び制御回路５５を内蔵する半導体部品５０と、デュプレクサ６１〜６３と、整合回路７３と、が配置されている。

半導体部品１０は、主面９１ａ上に配置され、半導体部品５０は、半導体部品１０上に積み重ねられている。このとき、モジュール基板９１の平面視において、半導体部品５０は、半導体部品１０内の電力増幅器１１及び１２の両方に重なっている。より具体的には、半導体部品５０は、電力増幅器１１及び１２の入力段にそれぞれ相当する増幅素子１１ａ及び１２ａの両方に重なっているが、電力増幅器１１及び１２の出力段にそれぞれ相当する増幅素子１１ｂ及び１２ｂに重なっていない。

半導体部品とは、半導体チップ（ダイとも呼ばれる）の表面及び内部に形成された電子回路を有する電子部品であり、半導体集積回路とも呼ばれる。半導体部品は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）で構成され、具体的にはＳＯＩ（Silicon on Insulator）プロセスにより構成されてもよい。これにより、半導体部品を安価に製造することが可能となる。なお、半導体部品は、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅ及びＧａＮのうちの少なくとも１つで構成されてもよい。これにより、高品質な半導体部品を実現することができる。

デュプレクサ６１〜６３の各々は、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、及び誘電体フィルタのいずれであってもよく、さらには、これらには限定されない。

整合回路７３は、例えばインダクタ及び／又はキャパシタを含み、表面実装デバイス（ＳＭＤ：Surface Mount Device）で構成されている。なお、整合回路７３は、モジュール基板９１内に形成されてもよく、集積型受動デバイス（ＩＰＤ：Integrated Passive Device）で構成されてもよい。

主面９１ｂは、第２主面の一例であり、下面又は裏面と呼ばれる場合がある。主面９１ｂには、図２の（ｂ）に示すように、低雑音増幅器２１及びスイッチ５２が内蔵された半導体部品２０と、スイッチ５３及び５４と、トランス７１及び７２と、が配置されている。

スイッチ５３は、複数のバンプ電極１５０のうち、アンテナ接続端子１００として機能するバンプ電極１５０の近傍に配置されている。

スイッチ５４は、複数のバンプ電極１５０のうち、複数の高周波入力端子として機能するバンプ電極１５０の近傍に配置されている。また、モジュール基板９１の平面視において、スイッチ５４は、半導体部品１０に重なっている。具体的には、モジュール基板９１の平面視において、スイッチ５４は、電力増幅器１１及び１２の入力段にそれぞれ相当する増幅素子１１ａ及び１２ａの少なくとも一方に重なっているが、電力増幅器１１及び１２の出力段にそれぞれ相当する増幅素子１１ｂ及び１２ｂに重なっていない。

なお、本実施の形態では、スイッチ５３及び５４は、半導体部品２０に内蔵されず、個別に主面９１ｂに配置されているが、スイッチ５３及び／又は５４は、半導体部品２０に内蔵されてもよい。

トランス７１及び７２の各々は、モジュール基板９１に内蔵されている。具体的には、トランス７１及び７２の各々は、モジュール基板９１内の主面９１ｂ側に形成されている。なお、トランス７１及び／又は７２は、チップ状の回路部品として主面９１ａ又は９１ｂに表面実装されていてもよい。

グランド電極パターン９２は、モジュール基板９１内に形成されており、例えばグランド電位に設定されるバンプ電極１５０に物理的に接続されている。グランド電極パターン９２は、半導体部品１０及び２０の間に配置されている。

複数のバンプ電極１５０は、アンテナ接続端子１００、複数の高周波入力端子１１０、高周波出力端子１２１及び制御端子１３１を含む複数の外部接続端子を構成する。複数のバンプ電極１５０の各々は、モジュール基板９１の主面９１ｂに配置され、主面９１ｂからｚ軸負方向に突出している。複数のバンプ電極１５０の端部は、高周波モジュール１のｚ軸負方向に配置されたマザー基板上の入出力端子及び／又はグランド電極等に接続される。

なお、モジュール基板９１上の各部品は、例えばボンディングワイヤ１６１を介してモジュール基板９１及び／又は他の部品上のパッド電極（図示せず）などに接続される。図２では、半導体部品５０に接合されたボンディングワイヤ１６１のいくつかが例示されており、他のボンディングワイヤ１６１の図示は省略されている。

［１．３ 効果など］
以上のように、本実施の形態に係る高周波モジュール１は、モジュール基板９１と、電力増幅器１１及び電力増幅器１２が内蔵された半導体部品１０と、電力増幅器１１に接続された端子５１１及び電力増幅器１２に接続された端子５１２を有するスイッチ５１が内蔵された半導体部品５０と、を備え、半導体部品１０及び半導体部品５０は、互いに積み重ねられてモジュール基板９１に配置されている。

これによれば、半導体部品１０及び半導体部品５０を互いに積み重ねることができるので、モジュール基板９１の面積を縮小して高周波モジュール１の小型化を実現することができる。また、電力増幅器１１及び１２の両方に接続されるスイッチ５１が内蔵された半導体部品５０と電力増幅器１１及び１２が内蔵された半導体部品１０とが積み重ねられるので、電力増幅器１１及び１２とスイッチ５１との間の配線長を短くすることができる。その結果、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損を低減することができ、高周波モジュール１の電気特性（例えば雑音指数（ＮＦ）、ゲイン特性等）を改善することができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１では、モジュール基板９１の平面視において、半導体部品５０は、半導体部品１０内の電力増幅器１１及び１２の両方に重なっていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２とスイッチ５１との間の配線長をより短くすることができる。したがって、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損をより低減することができ、高周波モジュール１の電気特性をより改善することができる。

また例えば、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１１及び１２の各々は、多段増幅器であり、モジュール基板９１の平面視において、半導体部品５０は、電力増幅器１１の入力段に相当する増幅素子１１ａ及び電力増幅器１２の入力段に相当する増幅素子１１ｂの両方に重なっていてもよい。

これによれば、半導体部品５０を電力増幅器１１及び１２の入力段に重ねることができ、出力段から離すことも可能となる。一般的に、電力増幅器では、入力段の発熱量よりも出力段の発熱量の方が大きい。したがって、電力増幅器１１及び１２の出力段から放出される熱によって半導体部品５０が故障する危険性を低減することができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１において、モジュール基板９１の平面視において、半導体部品５０は、電力増幅器１１の出力段に相当する増幅素子１１ｂ及び電力増幅器１２の出力段に相当する増幅素子１２ｂのいずれにも重なっていなくてもよい。

これによれば、半導体部品５０を電力増幅器１１及び１２の出力段から離すことができ、電力増幅器１１及び１２の出力段から放出される熱によって半導体部品５０が故障する危険性を低減することができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１において、半導体部品１０は、モジュール基板９１上に配置され、半導体部品５０は、半導体部品１０上に積み重ねられていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２を内蔵する半導体部品１０をモジュール基板９１上に配置することができ、電力増幅器１１及び１２で発生した熱をモジュール基板９１を介して放熱することが容易となる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１において、端子５１１は、電力増幅器１１の出力に接続され、端子５１２は、電力増幅器１２の出力に接続されていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２の出力に接続されたスイッチ５１を電力増幅器１１及び１２に積み重ねることが可能となる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１は、さらに、電力増幅器１１の入力に接続された端子５４１及び電力増幅器１２の入力に接続された端子５４２を有するスイッチ５４を備えてもよく、半導体部品１０及びスイッチ５４は、互いにモジュール基板９１の逆面に配置されていてもよい。

これによれば、モジュール基板９１の両面に半導体部品１０及びスイッチ５４を配置することができ、高周波モジュール１の小型化を促進することができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１は、さらに、複数の外部接続端子として複数のバンプ電極１５０を備え、モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａ及び９１ｂを有し、半導体部品１０及び５０は、主面９１ａに配置され、複数のバンプ電極１５０及びスイッチ５４は、主面９１ｂに配置されていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２の入力に接続されたスイッチ５４を複数のバンプ電極１５０が配置された主面９１ｂに配置することができる。したがって、ＲＦＩＣ３から高周波送信信号を受けるバンプ電極１５０の近傍にスイッチ５４を配置することができ、バンプ電極１５０及びスイッチ５１の間の配線長を短くすることができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１において、モジュール基板９１の平面視において、スイッチ５４は、半導体部品１０に重なっていてもよい。

これによれば、スイッチ５４と電力増幅器１１及び１２の各々との間の配線長を短くすることができる。したがって、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損をより低減することができ、高周波モジュール１の電気特性をより改善することができる。

また例えば、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１１及び１２の各々は、多段増幅器であり、モジュール基板９１の平面視において、スイッチ５４は、電力増幅器１１の出力段に相当する増幅素子１１ｂ及び電力増幅器１２の出力段に相当する増幅素子１２ｂに重なっていなくてもよい。

これによれば、スイッチ５４を電力増幅器１１及び１２の出力段から離すことができ、電力増幅器１１及び１２の出力段から放出される熱によってスイッチ５４が故障する危険性を低減することができる。また、電力増幅器１１及び１２の出力段からマザー基板へ伝熱経路が形成されている場合に、スイッチ５４で伝熱経路が遮られることを防ぐことができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１は、さらに、低雑音増幅器２１を備え、半導体部品１０及び低雑音増幅器２１は、互いにモジュール基板９１の逆面に配置されていてもよい。

これによれば、モジュール基板９１の両面に半導体部品１０及び低雑音増幅器２１を配置することができ、高周波モジュール１の小型化を促進することができる。さらに、電力増幅器１１及び１２と低雑音増幅器２１との間にモジュール基板９１が存在するので、電力増幅器１１及び１２と低雑音増幅器２１とのアイソレーション特性を向上させることができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１は、さらに、複数の外部接続端子として複数のバンプ電極１５０を備え、モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａ及び９１ｂを有し、半導体部品１０及び５０は、主面９１ａに配置され、複数のバンプ電極１５０及び低雑音増幅器２１は、主面９１ｂに配置されていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２を主面９１ａに配置し、低雑音増幅器２１を主面９１ｂに配置することができる。したがって、電力増幅器１１及び１２からマザー基板への伝熱経路の確保が容易となり、電力増幅器１１及び１２の放熱性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る通信装置５は、高周波信号を処理するＲＦＩＣ３と、ＲＦＩＣ３とアンテナ２との間で高周波信号を伝送する高周波モジュール１と、を備える。

これによれば、通信装置５において、高周波モジュール１と同様の効果を実現することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、積層される半導体部品に送信インスイッチも内蔵される点が、上記実施の形態１と主として異なる。以下に、本実施の形態について、上記実施の形態１と異なる点を中心に図面を参照しながら説明する。

なお、本実施の形態に係る半導体モジュールの回路構成については、上記実施の形態１と同様であるので、図示及び説明を省略する。なお、本実施の形態では、スイッチ５４が、第１スイッチに相当し、スイッチ５４の端子５４１及び５４２が第１端子及び第２端子にそれぞれ相当する。さらに、本実施の形態では、スイッチ５１が、第２スイッチに相当し、スイッチ５１の端子５１１及び５１２が第３端子及び第４端子にそれぞれ相当する。

［２．１ 高周波モジュール１Ａの部品配置］
次に、高周波モジュール１Ａの部品配置について、図４及び図５を参照しながら具体的に説明する。

図４は、実施の形態２に係る高周波モジュール１Ａの平面図である。図４において、（ａ）はｚ軸正側からモジュール基板９１の主面９１ａを見た図を示し、（ｂ）は、ｚ軸正側からモジュール基板９１の主面９１ｂを透視した図を示す。図５は、実施の形態２に係る高周波モジュール１Ａの断面図である。図５における高周波モジュール１Ａの断面は、図４のｖ−ｖ線における断面である。

図４及び図５に示すように、高周波モジュール１は、図１に示された回路素子を内蔵する回路部品に加えて、さらに、モジュール基板９１と、グランド電極パターン９２と、樹脂部材９４及び９５と、シールド電極層９６と、複数のポスト電極１５０Ａと、を備える。なお、図４では、樹脂部材９４及び９５とシールド電極層９６の記載が省略されている。

主面９１ａには、図４の（ａ）に示すように、電力増幅器１１及び１２を内蔵する半導体部品１０と、スイッチ５１及び５４並びに制御回路５５を内蔵する半導体部品５０Ａと、デュプレクサ６１〜６３と、が配置されている。

半導体部品５０Ａは、実施の形態１の半導体部品５０と同様に、半導体部品１０上に積み重ねられている。

主面９１ｂには、図４の（ｂ）に示すように、低雑音増幅器２１及びスイッチ５２が内蔵された半導体部品２０と、スイッチ５３とが配置されている。

樹脂部材９４は、モジュール基板９１の主面９１ａ上に配置され、主面９１ａ上の回路部品を覆っている。また、樹脂部材９５は、モジュール基板９１の主面９１ｂ上に配置され、主面９１ｂ上の回路部品を覆っている。樹脂部材９４及び９５は、主面９１ａ及び９１ｂ上の部品の機械強度及び耐湿性等の信頼性を確保する機能を有する。

シールド電極層９６は、例えばスパッタ法により形成された金属薄膜であり、樹脂部材９４の上表面及び側表面と、モジュール基板９１及び樹脂部材９５の側表面と、を覆うように形成されている。シールド電極層９６は、グランド電位に設定され、外来ノイズが高周波モジュール１Ａを構成する回路部品に侵入することを抑制する。

複数のポスト電極１５０Ａは、アンテナ接続端子１００、複数の高周波入力端子１１０、高周波出力端子１２１及び制御端子１３１を含む複数の外部接続端子を構成する。複数のポスト電極１５０Ａの各々は、モジュール基板９１の主面９１ｂに配置され、主面９１ｂから垂直に延びている。また、複数のポスト電極１５０Ａの各々は、樹脂部材９５を貫通し、その一端が樹脂部材９５から露出している。樹脂部材９５から露出した複数のポスト電極１５０Ａの一端は、高周波モジュール１Ａのｚ軸負方向に配置されたマザー基板上の入出力端子及び／又はグランド電極等に接続される。

なお、モジュール基板９１上の各部品は、例えばバンプ電極などを介してモジュール基板９１及び／又は他の部品上のパッド電極（図示せず）などに接続される。

［２．２ 効果など］
以上のように、本実施の形態に係る高周波モジュール１Ａは、モジュール基板９１と、電力増幅器１１及び電力増幅器１２が内蔵された半導体部品１０と、電力増幅器１１に接続された端子５４１及び電力増幅器１２に接続された端子５４２を有するスイッチ５４が内蔵された半導体部品５０Ａと、を備え、半導体部品１０及び半導体部品５０Ａは、互いに積み重ねられてモジュール基板９１に配置される。

これによれば、半導体部品１０及び半導体部品５０Ａを互いに積み重ねることができるので、モジュール基板９１の面積を縮小して高周波モジュール１の小型化を実現することができる。また、電力増幅器１１及び１２の両方に接続されるスイッチ５４が内蔵された半導体部品５０Ａと電力増幅器１１及び１２が内蔵された半導体部品１０とが積み重ねられるので、電力増幅器１１及び１２とスイッチ５４との間の配線長を短くすることができる。その結果、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損を低減することができ、高周波モジュール１の電気特性（例えば雑音指数（ＮＦ）、ゲイン特性等）を改善することができる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１Ａにおいて、端子５４１は、電力増幅器１１の入力に接続され、端子５４２は、電力増幅器１２の入力に接続されていてもよい。

これによれば、電力増幅器１１及び１２の入力に接続されたスイッチ５４を電力増幅器１１及び１２に積み重ねることが可能となる。

また例えば、本実施の形態に係る高周波モジュール１Ａにおいて、半導体部品５０Ａは、さらに、電力増幅器１１の出力に接続された端子５１１及び電力増幅器１２の出力に接続された５１２を有するスイッチ５１を内蔵していてもよい。

これによれば、スイッチ５１及び５４の両方を１つの半導体部品５０Ａに内蔵することができ、その半導体部品５０Ａを半導体部品１０に積み重ねることができる。したがって、高周波モジュール１Ａのさらなる小型化を実現することができる。

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る高周波モジュール及び通信装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明に係る高周波モジュール及び通信装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態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及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、上記各実施の形態に係る高周波モジュール及び通信装置の回路構成において、図面に開示された各回路素子及び信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子及び配線などが挿入されてもよい。例えば、スイッチ５３とデュプレクサ６１〜６３の各々との間にインピーダンス整合回路が挿入されてもよい。インピーダンス整合回路は、例えば、インダクタ、及び／又は、キャパシタにより構成することができる。

なお、上記各実施の形態では、半導体部品１０上に、半導体部品５０又は５０Ａが積み重ねられていたが、これに限定されない。つまり、２つの半導体部品の上下関係は限定されず、半導体部品１０と半導体部品５０又は５０Ａとは互いに積み重ねられてモジュール基板９１に配置されればよい。したがって、半導体部品５０又は５０Ａ上に半導体部品１０が積み重ねられてもよい。この場合であっても、高周波モジュール１又は１Ａの小型化を実現することができる。

なお、上記各実施の形態では、半導体部品１０上に積み重ねられた半導体部品５０又は５０Ａには、少なくともスイッチ５１及び制御回路５５が内蔵されていたが、これに限定されない。例えば、上記各実施の形態において、半導体部品５０又は５０Ａには、スイッチ５４のみが内蔵され、スイッチ５１及び制御回路５５が内蔵されなくてもよい。すなわち、半導体部品５０又は５０Ａには、スイッチ５１及び５４並びに制御回路５５のうちの少なくとも１つが内蔵されればよい。つまり、半導体部品５０及び５０Ａの各々には、スイッチ５１及び５４と制御回路５５とのうち、任意の１つのみ、任意の２つ、又は、すべてが内蔵されてもよい。いずれの場合であっても、高周波モジュールの小型化を実現することできる。

なお、上記各実施の形態では、モジュール基板９１の両面に回路部品が配置されていたが、これに限定されない。例えば実施の形態１では、低雑音増幅器２１及びスイッチ５２が内蔵された半導体部品２０並びにスイッチ５３及び５４もモジュール基板９１の主面９１ａに配置されてもよい。また例えば実施の形態２では、半導体部品２０及びスイッチ５３もモジュール基板９１の主面９１ａに配置されてもよい。

なお、上記各実施の形態における部品の配置は、一例であり、これに限定されない。例えば、実施の形態１において、半導体部品１０及び５０が主面９１ｂに配置され、半導体部品２０が主面９１ａに配置されてもよい。

本発明は、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 高周波モジュール
２ アンテナ
３ ＲＦＩＣ
４ ＢＢＩＣ
５、５Ａ 通信装置
１０、２０、５０、５０Ａ 半導体部品
１１、１２ 電力増幅器
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ 増幅素子
２１ 低雑音増幅器
５１、５２、５３、５４ スイッチ
５５ 制御回路
６１、６２、６３ デュプレクサ
６１Ｒ、６２Ｒ、６３Ｒ 受信フィルタ
６１Ｔ、６２Ｔ、６３Ｔ 送信フィルタ
９１ モジュール基板
９１ａ、９１ｂ 主面
９２ グランド電極パターン
９４、９５ 樹脂部材
９６ シールド電極層
１００ アンテナ接続端子
１１０、１１１、１１２、１１３、１１４ 高周波入力端子
１２１ 高周波出力端子
１５０ バンプ電極
１５０Ａ ポスト電極
１６１ ボンディングワイヤ

Claims (15)

1. モジュール基板と、
   第１電力増幅器及び第２電力増幅器が内蔵された第１半導体部品と、
   前記第１電力増幅器に接続された第１端子及び前記第２電力増幅器に接続された第２端子を有する第１スイッチが内蔵された第２半導体部品と、を備え、
   前記第１半導体部品及び前記第２半導体部品は、互いに積み重ねられて前記モジュール基板に配置されている、
   高周波モジュール。
2. 前記モジュール基板の平面視において、前記第２半導体部品は、前記第１半導体部品内の前記第１電力増幅器及び前記第２電力増幅器の両方に重なっている、
   請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記第１電力増幅器及び前記第２電力増幅器の各々は、多段増幅器であり、
   前記モジュール基板の平面視において、前記第２半導体部品は、前記第１電力増幅器の入力段及び前記第２電力増幅器の入力段の両方に重なっている、
   請求項２に記載の高周波モジュール。
4. 前記モジュール基板の平面視において、前記第２半導体部品は、前記第１電力増幅器の出力段及び前記第２電力増幅器の出力段のいずれにも重なっていない、
   請求項３に記載の高周波モジュール。
5. 前記第１半導体部品は、前記モジュール基板上に配置され、
   前記第２半導体部品は、前記第１半導体部品上に積み重ねられている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
6. 前記第１端子は、前記第１電力増幅器の出力に接続され、
   前記第２端子は、前記第２電力増幅器の出力に接続されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
7. 前記第１端子は、前記第１電力増幅器の入力に接続され、
   前記第２端子は、前記第２電力増幅器の入力に接続されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
8. 前記第２半導体部品は、さらに、前記第１電力増幅器の出力に接続された第３端子及び前記第２電力増幅器の出力に接続された第４端子を有する第２スイッチを内蔵している、
   請求項７に記載の高周波モジュール。
9. さらに、前記第１電力増幅器の入力に接続された第３端子及び前記第２電力増幅器の入力に接続された第４端子を有する第２スイッチを備え、
   前記第１半導体部品及び前記第２スイッチは、互いに前記モジュール基板の逆面に配置されている、
   請求項６に記載の高周波モジュール。
10. さらに、複数の外部接続端子を備え、
    前記モジュール基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を有し、
    前記第１半導体部品及び前記第２半導体部品は、前記第１主面に配置され、
    前記複数の外部接続端子及び前記第２スイッチは、前記第２主面に配置されている、
    請求項９に記載の高周波モジュール。
11. 前記モジュール基板の平面視において、前記第２スイッチは、前記第１半導体部品に重なっている、
    請求項９又は１０に記載の高周波モジュール。
12. 前記第１電力増幅器及び前記第２電力増幅器の各々は、多段増幅器であり、
    前記モジュール基板の平面視において、前記第２スイッチは、前記第１電力増幅器の出力段及び前記第２電力増幅器の出力段に重なっていない、
    請求項１１に記載の高周波モジュール。
13. さらに、低雑音増幅器を備え、
    前記第１半導体部品及び前記低雑音増幅器は、互いに前記モジュール基板の逆面に配置されている、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
14. さらに、複数の外部接続端子を備え、
    前記モジュール基板は、互いに対向する第１主面及び第２主面を有し、
    前記第１半導体部品及び前記第２半導体部品は、前記第１主面に配置され、
    前記複数の外部接続端子及び前記低雑音増幅器は、前記第２主面に配置されている、
    請求項１３に記載の高周波モジュール。
15. 高周波信号を処理する信号処理回路と、
    前記信号処理回路とアンテナとの間で高周波信号を伝送する請求項１〜１４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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