JP2021197569A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力増幅器の不安定動作が抑制された小型の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、モジュール基板９１と、電力増幅器１０と、電力増幅器１０の入力端子に接続されたスイッチ３１と、電力増幅器１０の出力端子に接続されたスイッチ３２と、スイッチ３１および３２を制御するスイッチ制御回路４１と、を備え、スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１は、１チップ化された半導体ＩＣ７０に含まれ、電力増幅器１０および半導体ＩＣ７０は、モジュール基板９１に実装されており、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０において、スイッチ制御回路４１は、スイッチ３１とスイッチ３２との間に配置されている。【選択図】図２Ａ

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、送信信号を増幅する電力増幅器を有するフロントエンド回路の構成が開示されている。電力増幅器の入力側には、トランシーバ回路からの送信信号を電力増幅器に入力する／しないを切り替えるスイッチが配置されている。これによれば、トランシーバ回路から出力された送信信号は、フロントエンド回路を経由してアンテナから送信することが可能となる。

米国特許出願公開第２０１８／０１３１５０１号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されたフロントエンド回路を、１つの小型の高周波モジュールで構成する場合、電力増幅器の入力側の信号経路と出力側の信号経路とが近づくことにより、当該２つの信号経路のアイソレーションが悪化してしまうことが想定される。上記２つの信号経路のアイソレーションが悪化すると、電力増幅器の入出力間で不要な高周波信号のフィードバックループが形成される。この場合、所定の条件下において電力増幅器が発振し、当該電力増幅器の動作が不安定にな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、電力増幅器の不安定動作が抑制された小型の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、モジュール基板と、電力増幅器と、前記電力増幅器の入力端子に接続された第１スイッチと、前記電力増幅器の出力端子に接続された第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御するスイッチ制御回路と、を備え、前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記スイッチ制御回路は、１チップ化された半導体ＩＣに含まれ、前記電力増幅器および前記半導体ＩＣは、前記モジュール基板に実装されており、前記モジュール基板を平面視した場合、前記半導体ＩＣにおいて、前記スイッチ制御回路は、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に配置されている。

本発明によれば、電力増幅器の不安定動作が抑制された小型の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。

実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置の回路構成図である。 実施例に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。 変形例に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 変形例に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的また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、構成要素の配置および接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例および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。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。

また、以下において、平行および垂直等の要素間の関係性を示す用語、および、矩形状等の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のではなく、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。

また、以下において、基板に実装されたＡ、ＢおよびＣにおいて、「基板（または基板の主面）の平面視において、ＡとＢとの間にＣが配置されている」とは、基板の平面視においてＡ内の任意の点とＢ内の任意の点とを結ぶ複数の線分の少なくとも１つがＣの領域を通ることを意味する。また、基板の平面視とは、基板および基板に実装された回路素子を基板の主面に平行な平面に正投影して見ることを意味する。

また、以下において、「送信経路」とは、高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「受信経路」とは、高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「送受信経路」とは、高周波送信信号および高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。

（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および通信装置５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、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の受信経路を介して入力された受信信号を、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ベースバンド信号処理回路（図示せず）へ出力する。また、ＲＦＩＣ３は、ベースバンド信号処理回路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、使用される通信バンド（周波数帯域）等の情報に基づいて、高周波モジュール１が有するスイッチ３１、３２、３３および３４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、制御信号により高周波モジュール１が有するスイッチ３１〜３４の接続を切り替える。具体的には、ＲＦＩＣ３は、スイッチ３１〜３４を制御するためのＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどのディジタル制御信号を、制御信号端子１３０を経由して制御回路４０に出力する。制御回路４０のスイッチ制御回路４１は、ＲＦＩＣ３から入力されたディジタル制御信号によって、スイッチ３１〜３４にディジタル制御信号を出力することで、スイッチ３１〜３４の接続および非接続を制御する。

また、ＲＦＩＣ３は、高周波モジュール１が有する電力増幅器１０の利得、電力増幅器１０に供給される電源電圧Ｖｃｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓ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、ＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどのディジタル制御信号を、制御信号端子１３０を経由して制御回路４０に出力する。制御回路４０のＰＡ制御回路４２は、ＲＦＩＣ３から入力されたディジタル制御信号によって、電力増幅器１０に制御信号、電源電圧Ｖｃｃまたはバイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力することで、電力増幅器１０の利得を調整する。なお、スイッチ３１〜３４を制御するディジタル制御信号をＲＦＩＣ３から受ける制御信号端子と、電力増幅器１０の利得を制御するディジタル制御信号をＲＦＩＣ３から受ける制御信号端子と、電力増幅器１０に供給される電源電圧Ｖｃｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓを制御するディジタル制御信号をＲＦＩＣ３から受ける制御信号端子と、は異なっていてもよい。また、制御部は、ＲＦＩＣ３の外部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、アンテナ接続端子１００と、送信入力端子１１１および１１２と、受信出力端子１２０と、制御信号端子１３０と、電力増幅器１０と、低雑音増幅器２０と、制御回路４０と、送信フィルタ６１Ｔおよび６２Ｔと、受信フィルタ６１Ｒおよび６２Ｒと、整合回路５１および５２と、スイッチ３１、３２、３３および３４と、を備える。

アンテナ接続端子１００は、アンテナ２に接続される。

電力増幅器１０は、送信入力端子１１１および１１２から入力された通信バンドＡおよび通信バンドＢの高周波信号を増幅することが可能な送信増幅器である。なお、高周波モジュール１は、電力増幅器１０の代わりに、通信バンドＡの高周波信号を増幅する第１電力増幅器と、通信バンドＢの高周波信号を増幅する第２電力増幅器とを備えてもよい。

制御回路４０は、スイッチ制御回路４１と、ＰＡ制御回路４２と、を備える。制御回路４０は、制御信号端子１３０を介して入力されたディジタル制御信号ＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどによって、スイッチ３１〜３４および電力増幅器１０を制御する制御信号を生成するための論理回路を有している。

スイッチ制御回路４１は、制御信号端子１３０を介して入力されたディジタル制御信号ＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどによって、スイッチ３１〜３４の接続および非接続を制御する。

ＰＡ制御回路４２は、増幅器制御回路の一例であり、制御信号端子１３０を介して入力されたディジタル制御信号ＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどによって、電力増幅器１０の利得を調整する。なお、ＰＡ制御回路４２は、電力増幅器１０に供給されるバイアス信号を生成するバイアス供給回路を有していてもよい。

低雑音増幅器２０は、通信バンドＡおよびＢの高周波信号を低雑音で増幅可能であり、受信出力端子１２０へ出力する受信増幅器である。なお、高周波モジュール１は、複数の低雑音増幅器を備えていてもよい。例えば、高周波モジュール１は、通信バンドＡの高周波信号を増幅する第１低雑音増幅器と、通信バンドＢの高周波信号を増幅する第２低雑音増幅器とを備えてもよい。

電力増幅器１０および低雑音増幅器２０は、例えば、Ｓｉ系のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＧａＡｓを材料とした、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）または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。

送信フィルタ６１Ｔは、送信入力端子１１１および１１２とアンテナ接続端子１００とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器１０で増幅された送信信号のうち、通信バンドＡの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ６２Ｔは、送信入力端子１１１および１１２とアンテナ接続端子１００とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器１０で増幅された送信信号のうち、通信バンドＢの送信帯域の送信信号を通過させる。

受信フィルタ６１Ｒは、受信出力端子１２０とアンテナ接続端子１００とを結ぶ受信経路に配置され、アンテナ接続端子１００から入力された受信信号のうち、通信バンドＡの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ６２Ｒは、受信出力端子１２０とアンテナ接続端子１００とを結ぶ受信経路に配置され、アンテナ接続端子１００から入力された受信信号のうち、通信バンドＢの受信帯域の受信信号を通過させる。

送信フィルタ６１Ｔおよび受信フィルタ６１Ｒは、通信バンドＡを通過帯域とするデュプレクサ６１を構成している。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。また、送信フィルタ６２Ｔおよび受信フィルタ６２Ｒは、通信バンドＢを通過帯域とするデュプレクサ６２を構成している。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。

なお、デュプレクサ６１および６２のそれぞれは、複数の送信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数の受信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数のデュプレクサで構成されたマルチプレクサであってもよい。また、送信フィルタ６１Ｔおよび受信フィルタ６１Ｒは、デュプレクサ６１を構成していなくてもよく、時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式で伝送する１つのフィルタであってもよい。この場合には、上記１つのフィルタの前段および後段の少なくとも一方に、送信および受信を切り替えるスイッチが配置される。また、同様に、送信フィルタ６２Ｔおよび受信フィルタ６２Ｒは、デュプレクサ６２を構成していなくてもよく、ＴＤＤ方式で伝送する１つのフィルタであってもよい。

また、送信フィルタ６１Ｔおよび６２Ｔ、ならびに、受信フィルタ６１Ｒおよび６２Ｒは、例えば、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性波フィルタ、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。

整合回路５１は、インピーダンス整合回路の一例であり、電力増幅器１０とスイッチ３２とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器１０とスイッチ３２、デュプレクサ６１および６２とのインピーダンス整合をとる。整合回路５２は、低雑音増幅器２０とスイッチ３４とを結ぶ受信経路に配置され、低雑音増幅器２０とスイッチ３４、デュプレクサ６１および６２とのインピーダンス整合をとる。

スイッチ３１は、電力増幅器１０の入力端子に接続された第１スイッチの一例であり、共通端子３１ａ、選択端子３１ｂおよび３１ｃを有する。共通端子３１ａは、電力増幅器１０の入力端子に接続されている。選択端子３１ｂは送信入力端子１１１に接続され、選択端子３１ｃは送信入力端子１１２に接続されている。この接続構成において、スイッチ３１は、電力増幅器１０と送信入力端子１１１との接続、および、電力増幅器１０と送信入力端子１１２との接続、を切り替える。スイッチ３１は、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチ回路で構成される。

送信入力端子１１１からは、例えば、通信バンドＡの送信信号が入力され、送信入力端子１１２からは、例えば、通信バンドＢの送信信号が入力される。なお、送信入力端子１１１からは、例えば、第４世代移動通信システム（４Ｇ）における通信バンドＡまたはＢの送信信号が入力され、送信入力端子１１２からは、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）における通信バンドＡまたはＢの送信信号が入力されてもよい。

また、スイッチ３１は、共通端子３１ａが１つの送信入力端子に接続され、選択端子３１ｂが通信バンドＡの送信信号を増幅する第１電力増幅器に接続され、選択端子３１ｃが通信バンドＢの送信信号を増幅する第２電力増幅器に接続された構成を有していてもよい。

また、スイッチ３１は、２つの共通端子と２つの選択端子とを有するＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチ回路で構成されていてもよい。この場合には、送信入力端子１１１が一方の共通端子と接続され、送信入力端子１１２が他方の共通端子と接続される。また、一方の選択端子が通信バンドＡの送信信号を増幅する第１電力増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドＢの送信信号を増幅する第２電力増幅器に接続される。この接続構成において、スイッチ３１は、一方の共通端子と一方の選択端子との接続および一方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替え、また、他方の共通端子と一方の選択端子との接続および他方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替える。

この場合には、例えば、送信入力端子１１１から通信バンドＡの送信信号が入力され、送信入力端子１１２から通信バンドＢの送信信号が入力される。また、例えば、送信入力端子１１１から４Ｇにおける通信バンドＡおよび通信バンドＢの送信信号が入力され、送信入力端子１１２から５Ｇにおける通信バンドＡおよび通信バンドＢの送信信号が入力されてもよい。

スイッチ３２は、整合回路５１を介して電力増幅器１０の出力端子に接続された第２スイッチの一例であり、共通端子３２ａ、選択端子３２ｂおよび３２ｃを有する。共通端子３２ａは、整合回路５１を介して電力増幅器１０の出力端子に接続されている。選択端子３２ｂは送信フィルタ６１Ｔに接続され、選択端子３２ｃは送信フィルタ６２Ｔに接続されている。この接続構成において、スイッチ３２は、電力増幅器１０と送信フィルタ６１Ｔとの接続および非接続を切り替え、電力増幅器１０と送信フィルタ６２Ｔとの接続および非接続を切り替える。スイッチ３２は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。

スイッチ３４は、整合回路５２を介して低雑音増幅器２０の入力端子に接続されており、共通端子３４ａ、選択端子３４ｂおよび３４ｃを有する。共通端子３４ａは、整合回路５２を介して低雑音増幅器２０の入力端子に接続されている。選択端子３４ｂは受信フィルタ６１Ｒに接続され、選択端子３４ｃは受信フィルタ６２Ｒに接続されている。この接続構成において、スイッチ３４は、低雑音増幅器２０と受信フィルタ６１Ｒとの接続および非接続を切り替え、低雑音増幅器２０と受信フィルタ６２Ｒとの接続および非接続を切り替える。スイッチ３４は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。

スイッチ３３は、アンテナ接続端子１００とデュプレクサ６１との接続および非接続を切り替え、また、アンテナ接続端子１００とデュプレクサ６２との接続および非接続を切り替るアンテナスイッチの一例である。スイッチ３３は、共通端子３３ａ、選択端子３３ｂおよび３３ｃを有する。共通端子３３ａはアンテナ接続端子１００に接続され、選択端子３３ｂはデュプレクサ６１に接続され、選択端子３３ｃはデュプレクサ６２に接続されている。スイッチ３３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３１〜３４が有する共通端子および選択端子の数は、高周波モジュール１が有する信号経路の数に応じて、適宜設定される。

スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１は、１チップ化された第１の半導体ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に含まれている。第１の半導体ＩＣは、例えば、ＣＭＯＳで構成されている。具体的には、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）プロセスにより形成されている。これにより、第１の半導体ＩＣを安価に製造することが可能となる。なお、第１の半導体ＩＣは、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅおよびＧａＮの少なくともいずれかで構成されていてもよい。これにより、第１の半導体ＩＣが増幅器を含む場合には高品質な増幅性能および雑音性能を有する高周波信号を出力することが可能となる。

また、低雑音増幅器２０とスイッチ３４とは、１チップ化された第２の半導体ＩＣに形成されていてもよい。さらに、第１の半導体ＩＣと第２の半導体ＩＣとは、１チップ化された第３の半導体ＩＣに含まれていてもよい。

高周波モジュール１の構成において、スイッチ３１、電力増幅器１０、整合回路５１、スイッチ３２、送信フィルタ６１Ｔ、およびスイッチ３３は、アンテナ接続端子１００に向けて通信バンドＡの送信信号を伝送する第１送信回路を構成する。また、スイッチ３３、受信フィルタ６１Ｒ、スイッチ３４、整合回路５２、および低雑音増幅器２０は、アンテナ２からアンテナ接続端子１００を介して通信バンドＡの受信信号を伝送する第１受信回路を構成する。また、スイッチ３１、電力増幅器１０、整合回路５１、スイッチ３２、送信フィルタ６２Ｔ、およびスイッチ３３は、アンテナ接続端子１００に向けて通信バンドＢの送信信号を伝送する第２送信回路を構成する。また、スイッチ３３、受信フィルタ６２Ｒ、スイッチ３４、整合回路５２、および低雑音増幅器２０は、アンテナ２からアンテナ接続端子１００を介して通信バンドＢの受信信号を伝送する第２受信回路を構成する。

上記回路構成によれば、高周波モジュール１は、通信バンドＡおよび通信バンドＢのいずれかの高周波信号を、送信、受信、および送受信の少なくともいずれかで実行することが可能である。さらに、高周波モジュール１は、通信バンドＡおよび通信バンドＢの高周波信号を、同時送信、同時受信、および同時送受信の少なくともいずれかで実行することも可能である。

なお、本発明に係る高周波モジュールでは、上記２つの送信回路および上記２つの受信回路がスイッチ３３を介してアンテナ接続端子１００に接続されていなくてもよく、上記２つの送信回路および上記２つの受信回路が、異なる端子を介してアンテナ２に接続されていてもよい。

なお、本発明に係る高周波モジュールは、図１に示された高周波モジュール１の回路構成のうちでは、電力増幅器１０、スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１を少なくとも備えていればよい。

ここで、高周波モジュール１を小型化する場合、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とが近づくことにより、当該２つの信号経路のアイソレーションが悪化してしまうことが想定される。上記２つの信号経路のアイソレーションが悪化すると、電力増幅器１０の入出力間で不要な高周波信号のフィードバックループが形成される。この場合、所定の条件下において電力増幅器１０が発振し動作が不安定になるという問題が発生する。これに対して、以下では、電力増幅器１０の発振が抑制された小型の高周波モジュール１の構成について説明する。

［２．実施例に係る高周波モジュール１Ａの回路素子配置構成］
図２Ａは、実施例に係る高周波モジュール１Ａの平面構成概略図である。また、図２Ｂは、実施例に係る高周波モジュール１Ａの断面構成概略図であり、具体的には、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線における断面図である。なお、図２Ａの（ａ）には、モジュール基板９１の互いに対向する主面９１ａおよび９１ｂのうち、主面９１ａをｚ軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図２Ａの（ｂ）には、主面９１ｂをｚ軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。

実施例に係る高周波モジュール１Ａは、実施の形態に係る高周波モジュール１を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施例に係る高周波モジュール１Ａは、図１に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板９１と、樹脂部材９２および９３と、外部接続端子１５０と、を有している。

モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａ（第１主面）および主面９１ｂ（第２主面）を有し、上記送信回路および上記受信回路を実装する基板である。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（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＬＴＣＣ）基板、高温同時焼成セラミックス（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：ＨＴＣＣ）基板、部品内蔵基板、再配線層（Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＲＤＬ）を有する基板、または、プリント基板等が用いられる。

樹脂部材９２は、モジュール基板９１の主面９１ａに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板９１の主面９１ａを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。樹脂部材９３は、モジュール基板９１の主面９１ｂに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板９１の主面９１ｂを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。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。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、電力増幅器１０、デュプレクサ６１および６２、ならびに整合回路５１および５２は、主面９１ａ（第１主面）に配置されている。一方、制御回路４０、スイッチ３１〜３４、および低雑音増幅器２０は、主面９１ｂ（第２主面）に配置されている。

なお、図２Ａには図示していないが、図１に示された回路部品間を結ぶ送信経路および、受信経路を構成する配線は、モジュール基板９１の内部、主面９１ａおよび９１ｂに形成されている。また、上記配線は、両端が主面９１ａ、９１ｂおよび高周波モジュール１Ａを構成する回路素子のいずれかに接合されたボンディングワイヤであってもよく、また、高周波モジュール１Ａを構成する回路素子の表面に形成された端子、電極または配線であってもよい。

ここで、図２Ａの（ｂ）に示すように、スイッチ３１および３２、ならびに制御回路４０は、１チップ（ダイとも呼ばれる）化された半導体ＩＣ７０に含まれている。なお、複数の回路素子が１チップ化された半導体ＩＣに含まれているとは、当該複数の回路素子が１枚の半導体基板表面または内部に形成されている状態、または、１つのパッケージ内に集積配置されている状態と定義される。なお、上記１枚の半導体基板および上記１つのパッケージは、モジュール基板９１とは異なるものであり、また、高周波モジュール１Ａが実装される外部基板とは異なるものである。

また、図２Ａの（ｂ）に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０において、制御回路４０は、スイッチ３１とスイッチ３２との間に配置されている。

上記構成によれば、スイッチ３１および３２、ならびに制御回路４０が、１チップ化された半導体ＩＣ７０に形成されているので、高周波モジュール１Ａの小型化を促進できる。また、電力増幅器１０の入力側の信号経路に配置されたスイッチ３１と出力側の信号経路に配置されたスイッチ３２とが、制御回路４０を介して隔てられているので、スイッチ３１とスイッチ３２との電磁界結合を抑制できる。また、スイッチ３１とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線、および、スイッチ３２とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線を短くできるので、これら２つの制御配線の電磁界結合を抑制できる。よって、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とのアイソレーションの劣化が抑制されるので、電力増幅器１０の入出力間で不要な高周波信号のフィードバックループが形成されて電力増幅器１０が発振動作することを抑制できる。さらには、スイッチ制御回路４１だけでなく、ＰＡ制御回路４２も半導体ＩＣ７０に内蔵されているので、スイッチ３１とスイッチ３２との距離を、より大きくすることが可能となる。

また、高周波モジュール１Ａは、高周波モジュール１Ａのｚ軸負方向側に配置される外部基板と、外部接続端子１５０を経由して、電気信号のやりとりを行う。図２Ａの（ｂ）に示すように、外部接続端子１５０には、アンテナ接続端子１００、送信入力端子１１１および１１２、受信出力端子１２０、ならびに制御信号端子１３０が含まれる。また、外部接続端子１５０のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定されている。

主面９１ａおよび９１ｂのうち、外部基板と対向する主面９１ｂには、低背化が困難な電力増幅器１０が配置されず、低背化が容易な制御回路４０、低雑音増幅器２０、およびスイッチ３１〜３４が配置されているので、高周波モジュール１Ａ全体を低背化することが可能となる。また、受信回路の受信感度に大きく影響する低雑音増幅器２０の周囲に、グランド電極として適用される外部接続端子１５０が複数配置されるので、受信回路の受信感度の劣化を抑制できる。

また、高周波モジュール１Ａでは、電力増幅器１０は主面９１ａに配置されている。電力増幅器１０は、高周波モジュール１Ａが有する回路部品のなかで発熱量が大きい部品である。高周波モジュール１Ａの放熱性を向上させるには、電力増幅器１０の発熱を、小さな熱抵抗を有する放熱経路で外部基板に放熱することが重要である。仮に、電力増幅器１０を主面９１ｂに実装した場合、電力増幅器１０に接続される電極配線は主面９１ｂ上に配置される。このため、放熱経路としては、主面９１ｂ上の（ｘｙ平面方向に沿う）平面配線パターンのみを経由した放熱経路を含むこととなる。上記平面配線パターンは、金属薄膜で形成されるため熱抵抗が大きい。このため、電力増幅器１０を主面９１ｂ上に配置した場合には、放熱性が低下してしまう。

これに対して、電力増幅器１０が主面９１ａに配置された場合、主面９１ａと主面９１ｂとの間を貫通するグランドビア導体を介して、電力増幅器１０と外部基板とを接続できる。よって、電力増幅器１０の放熱経路として、熱抵抗の大きいｘｙ平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、電力増幅器１０からの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール１Ａを提供することが可能となる。

また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、低雑音増幅器２０は主面９１ｂに配置されている。

これによれば、送信信号を増幅する電力増幅器１０と、受信信号を増幅する低雑音増幅器２０とがモジュール基板９１の両面に振り分けられて配置されるので、送受信間のアイソレーションが向上する。

なお、モジュール基板９１は、複数の誘電体層が積層された多層構造を有し、当該複数の誘電体層の少なくとも１つには、グランド電極パターンが形成されていることが望ましい。これにより、モジュール基板９１の電磁界遮蔽機能が向上する。

また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、整合回路５１は主面９１ａに配置されている。整合回路５１はインダクタを含む。

これによれば、電力増幅器１０の入力側の信号経路に配置されたスイッチ３１と出力側の信号経路に配置された整合回路５１とが、モジュール基板９１の主面９１ｂおよび９１ａに振り分けられて配置されているので、スイッチ３１と整合回路５１との電磁界結合を抑制できる。よって、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とのアイソレーションの劣化が、より一層抑制される。

また、低雑音増幅器２０、スイッチ３３および３４は、１つの半導体ＩＣ８０に含まれている。これにより、低背化が容易な半導体ＩＣ７０および８０が主面９１ｂに配置されているので、高周波モジュール１Ａ全体を低背化することが可能となる。

なお、半導体ＩＣ７０および半導体ＩＣ８０は、１つの半導体ＩＣに一体化されていてもよい。また、半導体ＩＣ７０は、低雑音増幅器２０、スイッチ３３および３４の少なくとも１つを含んでいてもよい。

なお、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、電力増幅器１０、デュプレクサ６１および６２、ならびに整合回路５１および５２は、主面９１ａに配置され、制御回路４０、スイッチ３１〜３４、および低雑音増幅器２０は、主面９１ｂに配置されているが、本発明に係る高周波モジュールでは、上記回路素子は、いずれの主面に配置されていてもよく、また、モジュール基板９１の内部に形成されていてもよい。

なお、高周波モジュール１Ａにおいて、外部接続端子１５０は、図２Ｂに示すように、樹脂部材９３をｚ軸方向に貫通する柱状電極であってもよいし、また、後述する変形例に係る高周波モジュール１Ｂのように、外部接続端子は、主面９１ｂ上に形成されたバンプ電極であってもよい。この場合には、主面９１ｂ側の樹脂部材９３はなくてもよい。

［３．変形例に係る高周波モジュール１Ｂの回路素子配置構成］
図３Ａは、変形例に係る高周波モジュール１Ｂの平面構成概略図である。また、図３Ｂは、変形例に係る高周波モジュール１Ｂの断面構成概略図であり、具体的には、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における断面図である。なお、図３Ａの（ａ）には、モジュール基板９１の互いに対向する主面９１ａおよび９１ｂのうち、主面９１ａをｚ軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図３Ａの（ｂ）には、主面９１ｂをｚ軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。

変形例に係る高周波モジュール１Ｂは、実施の形態に係る高周波モジュール１を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。

本変形例に係る高周波モジュール１Ｂは、実施例に係る高周波モジュール１Ａと比較して、ＰＡ制御回路４２の配置構成が異なる。以下、本変形例に係る高周波モジュール１Ｂについて、実施例に係る高周波モジュール１Ａと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、本変形例に係る高周波モジュール１Ｂは、図１に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板９１と、樹脂部材９２と、バンプ電極１６０と、を有している。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、本変形例に係る高周波モジュール１Ｂでは、電力増幅器１０、ＰＡ制御回路４２、デュプレクサ６１および６２、ならびに整合回路５１および５２は、主面９１ａ（第１主面）に配置されている。一方、スイッチ制御回路４１、スイッチ３１〜３４、および低雑音増幅器２０は、主面９１ｂ（第２主面）に配置されている。

ここで、図３Ａの（ｂ）に示すように、スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１は、１チップ化された半導体ＩＣ７１に含まれている。

また、図３Ａの（ｂ）に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７１において、スイッチ制御回路４１は、スイッチ３１とスイッチ３２との間に配置されている。

上記構成によれば、スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１が、１チップ化された半導体ＩＣ７１に形成されているので、高周波モジュール１Ｂの小型化を促進できる。また、電力増幅器１０の入力側の信号経路に配置されたスイッチ３１と出力側の信号経路に配置されたスイッチ３２とが、スイッチ制御回路４１を介して隔てられているので、スイッチ３１とスイッチ３２との電磁界結合を抑制できる。また、スイッチ３１とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線、および、スイッチ３２とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線を短くできるので、これら２つの制御配線の電磁界結合を抑制できる。よって、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とのアイソレーションの劣化が抑制されるので、電力増幅器１０の入出力間で不要な高周波信号のフィードバックループが形成されて電力増幅器１０が発振動作することを抑制できる。

また、高周波モジュール１Ｂでは、ＰＡ制御回路４２と電力増幅器１０とは、主面９１ａ上で積層されている。

これによれば、ＰＡ制御回路４２と電力増幅器１０とが積層配置されているので、高周波モジュール１Ｂの小型化を促進できる。また、電力増幅器１０とＰＡ制御回路４２との間での温度差を低減できる。このため、電力増幅器１０とＰＡ制御回路４２とが同じ温度環境下に配置されるので、ＰＡ制御回路４２の制御により動作する電力増幅器１０の応答精度を高めることができる。これにより、電力増幅器１０の増幅特性をＰＡ制御回路４２により高精度に制御できるので、当該増幅特性を最適化できる。よって、電力増幅器１０の出力特性の劣化を抑制できる。

また、高周波モジュール１Ｂは、高周波モジュール１Ｂのｚ軸負方向側に配置される外部基板と、バンプ電極１６０を経由して、電気信号のやりとりを行う。バンプ電極１６０は、外部接続端子の一例である。図３Ａの（ｂ）に示すように、バンプ電極１６０には、アンテナ接続端子１００、送信入力端子１１１および１１２、受信出力端子１２０、ならびに制御信号端子１３０が含まれる。また、バンプ電極１６０のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定されている。

主面９１ａおよび９１ｂのうち、外部基板と対向する主面９１ｂには、低背化が困難な電力増幅器１０が配置されず、低背化が容易なスイッチ制御回路４１、低雑音増幅器２０、およびスイッチ３１〜３４が配置されているので、高周波モジュール１Ｂ全体を低背化することが可能となる。

なお、半導体ＩＣ７１および半導体ＩＣ８０は、１つの半導体ＩＣに一体化されていてもよい。また、半導体ＩＣ７１は、低雑音増幅器２０、スイッチ３３および３４の少なくとも１つを含んでいてもよい。

なお、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂでは、電力増幅器１０、ＰＡ制御回路４２、デュプレクサ６１および６２、ならびに整合回路５１および５２は、主面９１ａに配置され、スイッチ制御回路４１、スイッチ３１〜３４、および低雑音増幅器２０は、主面９１ｂに配置されているが、本発明に係る高周波モジュールでは、上記回路素子は、いずれの主面に配置されていてもよく、また、モジュール基板９１の内部に形成されていてもよい。

なお、高周波モジュール１Ｂにおいて、バンプ電極１６０は、実施例に係る高周波モジュール１Ａのように、樹脂部材９３をｚ軸方向に貫通する柱状電極であってもよい。

［４．効果など］
以上、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１０と、電力増幅器１０の入力端子に接続されたスイッチ３１と、電力増幅器１０の出力端子に接続されたスイッチ３２と、スイッチ３１および３２を制御するスイッチ制御回路４１と、を備え、スイッチ３１および３２、ならびにスイッチ制御回路４１は、１チップ化された半導体ＩＣ７０に含まれ、電力増幅器１０および半導体ＩＣ７０は、モジュール基板９１に実装されており、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０において、スイッチ制御回路４１は、スイッチ３１とスイッチ３２との間に配置されている。

上記構成によれば、スイッチ３１および３２、ならびに制御回路４０が、１チップ化された半導体ＩＣ７０に形成されているので、高周波モジュール１の小型化を促進できる。また、スイッチ３１とスイッチ３２とがスイッチ制御回路４１を介して隔てられているので、スイッチ３１とスイッチ３２との電磁界結合を抑制できる。また、スイッチ３１とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線、および、スイッチ３２とスイッチ制御回路４１とを接続する制御配線を短くできるので、これら２つの制御配線の電磁界結合を抑制できる。よって、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とのアイソレーションの劣化が抑制されるので、電力増幅器１０の入出力間で不要な高周波信号のフィードバックループが形成されて電力増幅器１０が発振動作することを抑制できる。

また、高周波モジュール１において、モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａおよび９１ｂを有し、高周波モジュール１は、さらに、主面９１ｂに配置された外部接続端子１５０を備え、半導体ＩＣ７０は主面９１ｂに配置されていてもよい。

これによれば、主面９１ｂには、低背化が容易なスイッチ制御回路４１、スイッチ３１および３２が配置されているので、高周波モジュール１全体を低背化することが可能となる。

また、高周波モジュール１において、電力増幅器１０は主面９１ａに配置されていてもよい。

これによれば、主面９１ａと主面９１ｂとの間を貫通するグランドビア導体を介して、電力増幅器１０と外部基板とを接続でき、電力増幅器１０の放熱経路として、熱抵抗の大きいｘｙ平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、電力増幅器１０からの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール１を提供することが可能となる。

また、高周波モジュール１は、さらに、低雑音増幅器２０を備え、低雑音増幅器２０は主面９１ｂに配置されていてもよい。

これによれば、送信信号を増幅する電力増幅器１０と、受信信号を増幅する低雑音増幅器２０とがモジュール基板９１の両面に振り分けられて配置されるので、送受信間のアイソレーションが向上する。

また、高周波モジュール１Ａは、さらに、電力増幅器１０を制御するＰＡ制御回路４２を備え、ＰＡ制御回路４２は半導体ＩＣ７０に含まれ、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０において、スイッチ制御回路４１およびＰＡ制御回路４２は、スイッチ３１とスイッチ３２との間に配置されていてもよい。

これによれば、スイッチ制御回路４１だけでなくＰＡ制御回路４２も半導体ＩＣ７０に内蔵されているので、スイッチ３１とスイッチ３２との距離を、より大きくすることが可能となる。

また、高周波モジュール１Ｂは、さらに、電力増幅器１０を制御するＰＡ制御回路４２を備え、電力増幅器１０とＰＡ制御回路４２とは、主面９１ａ上で積層されていてもよい。

これによれば、ＰＡ制御回路４２と電力増幅器１０とが積層配置されているので、高周波モジュール１Ｂの小型化を促進できる。また、電力増幅器１０とＰＡ制御回路４２との間での温度差を低減できる。これにより、電力増幅器１０の増幅特性をＰＡ制御回路４２により高精度に制御できるので、当該増幅特性を最適化できる。よって、電力増幅器１０の出力特性の劣化を抑制できる。

また、高周波モジュール１は、さらに、電力増幅器１０の出力端子とスイッチ３２との間に接続された整合回路５１を備え、整合回路５１はインダクタを含み、当該インダクタは主面９１ａに配置されていてもよい。

これによれば、スイッチ３１と整合回路５１とが、モジュール基板９１の主面９１ｂおよび９１ａに振り分けられて配置されているので、スイッチ３１と整合回路５１との電磁界結合を抑制できる。よって、電力増幅器１０の入力側の信号経路と出力側の信号経路とのアイソレーションの劣化が、より一層抑制される。

また、通信装置５は、アンテナ２と、アンテナ２で送受信される高周波信号を処理するＲＦＩＣ３と、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と、を備える。

これにより、電力増幅器１０の不安定動作が抑制された小型の通信装置５を提供することが可能となる。

（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、実施例および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、実施例および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態、実施例および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、実施例および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、実施例および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 高周波モジュール
２ アンテナ
３ ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）
５ 通信装置
１０ 電力増幅器
２０ 低雑音増幅器
３１、３２、３３、３４ スイッチ
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ 共通端子
３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ、３３ｃ、３４ｂ、３４ｃ 選択端子
４０ 制御回路
４１ スイッチ制御回路
４２ ＰＡ制御回路
５１、５２ 整合回路
６１、６２ デュプレクサ
６１Ｒ、６２Ｒ 受信フィルタ
６１Ｔ、６２Ｔ 送信フィルタ
７０、７１、８０ 半導体ＩＣ
９１ モジュール基板
９１ａ、９１ｂ 主面
９２、９３ 樹脂部材
１００ アンテナ接続端子
１１１、１１２ 送信入力端子
１２０ 受信出力端子
１３０ 制御信号端子
１５０ 外部接続端子
１６０ バンプ電極

Claims (8)

1. モジュール基板と、
   電力増幅器と、
   前記電力増幅器の入力端子に接続された第１スイッチと、
   前記電力増幅器の出力端子に接続された第２スイッチと、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御するスイッチ制御回路と、を備え、
   前記第１スイッチ、前記第２スイッチおよび前記スイッチ制御回路は、１チップ化された半導体ＩＣに含まれ、
   前記電力増幅器および前記半導体ＩＣは、前記モジュール基板に実装されており、
   前記モジュール基板を平面視した場合、前記半導体ＩＣにおいて、前記スイッチ制御回路は、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に配置されている、
   高周波モジュール。
2. 前記モジュール基板は、互いに対向する第１主面および第２主面を有し、
   前記高周波モジュールは、さらに、前記第２主面に配置された外部接続端子を備え、
   前記半導体ＩＣは、前記第２主面に配置されている、
   請求項１に記載の高周波モジュール。
3. 前記電力増幅器は、前記第１主面に配置されている、
   請求項２に記載の高周波モジュール。
4. さらに、
   低雑音増幅器を備え、
   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３に記載の高周波モジュール。
5. さらに、
   前記電力増幅器を制御する増幅器制御回路を備え、
   前記増幅器制御回路は、前記半導体ＩＣに含まれ、
   前記モジュール基板を平面視した場合、前記半導体ＩＣにおいて、前記スイッチ制御回路および前記増幅器制御回路は、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの間に配置されている、
   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. さらに、
   前記電力増幅器を制御する増幅器制御回路を備え、
   前記電力増幅器と前記増幅器制御回路とは、前記第１主面上で積層されている、
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
7. さらに、
   前記電力増幅器の出力端子と前記第２スイッチとの間に接続されたインピーダンス整合回路を備え、
   前記インピーダンス整合回路は、インダクタを含み、
   前記インダクタは、前記第１主面に配置されている、
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
8. アンテナと、
   前記アンテナ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、
   前記アンテナと前記ＲＦ信号処理回路との間で前記高周波信号を伝送する請求項１〜７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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