JP2022007366A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電力増幅器の出力特性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、モジュール基板９１と、電力増幅器１０と、電力増幅器１０を制御するＰＡ制御回路６０と、を備え、ＰＡ制御回路６０は、温度センサ６５を含み、電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０とは、モジュール基板９１の主面上で積層されている。【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には、高周波送信信号を増幅する電力増幅器が搭載される。特許文献１には、高周波送信信号を伝送するＰＡ回路（送信増幅回路）と、高周波受信信号を伝送するＬＮＡ回路（受信増幅回路）とを備えるフロントエンド回路（ＲＦモジュール）が開示されている。送信増幅回路には電力増幅器の増幅特性を制御するＰＡ制御部が配置され、受信増幅回路には低雑音増幅器の増幅特性を制御するＬＮＡ制御部が配置されている。
特開２０１８－１３７５２２号公報
しかしながら、特許文献１に開示されたＲＦモジュールでは、高出力の送信信号を出力する電力増幅器の発熱により、送信増幅回路において局所的に温度が上昇してしまい、電力増幅器とＰＡ制御部との間で温度ムラが発生するため、電力増幅器の出力特性が劣化してしまう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、電力増幅器の出力特性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、モジュール基板と、電力増幅器と、前記電力増幅器を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、温度センサを含み、前記電力増幅器と前記制御回路とは、前記モジュール基板の主面上で積層されている。
本発明によれば、電力増幅器の出力特性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、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送信信号を、高周波モジュール１の送信経路に出力する。
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４１、４２および４３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）により高周波モジュール１が有するスイッチ４１～４３の接続を切り替える。具体的には、ＲＦＩＣ３は、スイッチ４１～４３を制御するためのディジタル制御信号をＰＡ制御回路６０に出力する。高周波モジュール１のＰＡ制御回路６０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４１～４３にディジタル制御信号を出力することで、スイッチ４１～４３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の増幅素子１０ａおよび１０ｂの利得を制御する制御部としての機能を有する。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高周波モジュール１の制御信号端子１３０に出力する。また、ＲＦＩＣ３は、増幅素子１０ａおよび１０ｂに供給される電源電圧Ｖｃｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓのための直流電圧信号ＶＤＣを高周波モジュール１の制御信号端子１３０に出力する。高周波モジュール１のＰＡ制御回路６０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および直流電圧信号によって、増幅素子１０ａおよび１０ｂの利得を調整する。なお、ＭＩＰＩおよびＧＰＩＯなどのディジタル制御信号を出力する制御信号端子と、直流電圧信号ＶＤＣを出力す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く、例えば、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、アンテナ接続端子１００と、送信入力端子１１０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、ＰＡ制御回路６０と、送信フィルタ３１Ｔおよび３２Ｔと、受信フィルタ３１Ｒおよび３２Ｒと、整合回路５１および５２と、スイッチ４１、４２および４３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１１０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。電力増幅器１０は、縦続接続された増幅素子１０ａおよび１０ｂで構成されている。なお、電力増幅器１０は、１つの増幅素子で構成されていてもよく、また、縦続接続された３以上の増幅素子で構成されていてもよい。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。
電力増幅器１０は、高出力移動局（ＨＰＵＥ：Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）に対応した大電力の送信信号を出力することが可能な送信増幅器であってもよい。また、電力増幅器１０は、２つの増幅素子と出力トランスとで構成された、いわゆる差動増幅型の電力増幅器であってもよい。また、電力増幅器１０は、キャリアアンプ、ピークアンプ、および位相回路で構成された、いわゆるドハティ型の電力増幅器であってもよい。
ＰＡ制御回路６０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および直流電圧信号によって、電力増幅器１０が有する増幅素子１０ａおよび１０ｂの利得を調整する。ＰＡ制御回路６０は、半導体ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で形成されていてもよい。上記半導体ＩＣは、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、上記半導体ＩＣを安価に製造することが可能となる。なお、上記半導体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、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、ＰＡ制御回路６０は、温度センサと、電力増幅器１０にバイアス電流を供給するバイアス回路と、温度センサで検知された温度に基づいてバイアス電流を補償する補償回路と、を有している。
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３１Ｔは、送信入力端子１１０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３２Ｔは、送信入力端子１１０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３１Ｒ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３２Ｒ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３１Ｔおよび受信フィルタ３１Ｒは、通信バンドＡを通過帯域とするデュプレクサ３１を構成している。デュプレクサ３１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３２Ｔおよび受信フィルタ３２Ｒは、通信バンドＢを通過帯域とするデュプレクサ３２を構成している。デュプレクサ３２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３１および３２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３１Ｔおよび受信フィルタ３１Ｒは、デュプレクサ３１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３２Ｔおよび受信フィルタ３２Ｒは、デュプレクサ３２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３１Ｔおよび３２Ｔ、ならびに、受信フィルタ３１Ｒおよび３２Ｒ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４１とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器１０とスイッチ４１、デュプレクサ３１および３２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４２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４２、デュプレクサ３１および３２とのインピーダンス整合をとる。
スイッチ４１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おり、共通端子、第１選択端子および第２選択端子を有する。スイッチ４１の共通端子は、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。スイッチ４１の第１選択端子は送信フィルタ３１Ｔに接続され、第２選択端子は送信フィルタ３２Ｔに接続されている。この接続構成において、スイッチ４１は、電力増幅器１０と送信フィルタ３１Ｔ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３２Ｔとの接続および非接続を切り替える。スイッチ４１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４２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、第１選択端子および第２選択端子を有する。スイッチ４２の共通端子は、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。スイッチ４２の第１選択端子は受信フィルタ３１Ｒに接続され、第２選択端子は受信フィルタ３２Ｒに接続されている。この接続構成において、スイッチ４２は、低雑音増幅器２０と受信フィルタ３１Ｒ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３２Ｒとの接続および非接続を切り替える。スイッチ４２は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ４３は、アンテナ接続端子１００とデュプレクサ３１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３２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４３は、共通端子、第１選択端子および第２選択端子を有する。スイッチ４３の共通端子はアンテナ接続端子１００に接続され、スイッチ４３の第１選択端子はデュプレクサ３１に接続され、第２選択端子はデュプレクサ３２に接続されている。スイッチ４３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４１～４３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４１～４３は、１チップ化された半導体ＩＣに含まれている。上記半導体ＩＣは、例えば、ＣＭＯＳで構成されている。具体的には、ＳＯＩプロセスにより形成されている。これにより、上記半導体ＩＣを安価に製造することが可能となる。なお、上記半導体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。また、上記半導体ＩＣは、低雑音増幅器２０を含んでいてもよい。上記半導体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。
高周波モジュール１の構成において、電力増幅器１０、整合回路５１、スイッチ４１、送信フィルタ３１Ｔ、およびスイッチ４３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４３、受信フィルタ３１Ｒ、スイッチ４２、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、電力増幅器１０、整合回路５１、スイッチ４１、送信フィルタ３２Ｔ、およびスイッチ４３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４３、受信フィルタ３２Ｒ、スイッチ４２、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４３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およびＰＡ制御回路６０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において、高出力の送信信号を出力する電力増幅器１０の発熱により、電力増幅器１０において局所的に温度が上昇してしまう場合がある。この場合、電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０との間で温度ムラが発生すると、ＰＡ制御回路６０から電力増幅器１０に対して、電力増幅器１０の温度に対応した適切なバイアス電流および電源電圧などを供給できないといった問題が発生する。これにより、電力増幅器１０の出力特性が劣化してしまう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の出力特性の劣化が抑制された高周波モジュール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、ＰＡ制御回路６０、デュプレクサ３１および３２、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４１～４３、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。
ＰＡ制御回路６０は、図２Ａの（ａ）および図２Ｂに示すように、温度センサ６５を含んでいる。
ここで、図２Ａの（ａ）および図２Ｂに示すように、電力増幅器１０とＰＡ制御回路とは、モジュール基板９１の主面上で積層されている。
高周波モジュール１において、高出力の送信信号を出力する電力増幅器１０の発熱により、電力増幅器１０において局所的に温度が上昇してしまう場合がある。この場合、電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０との間で温度ムラが発生すると、ＰＡ制御回路６０から電力増幅器１０に対して、電力増幅器１０の温度に対応した適切なバイアス電流および電源電圧などを供給できないといった問題が発生する。この場合、電力増幅器１０の出力特性が劣化してしまうという問題が発生する。
これに対して、本実施例に係る高周波モジュール１Ａによれば、モジュール基板９１の主面上で電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０とが積層されている。これにより、電力増幅器１０と、温度センサ６５を含むＰＡ制御回路６０とが近接配置されるので、電力増幅器１０が発熱した場合であっても、温度センサ６５により電力増幅器１０の温度を高精度に測定できる。これにより、ＰＡ制御回路６０は、電力増幅器１０に対して、電力増幅器１０の温度に対応した適切なバイアス電流および電源電圧などを供給することが可能となる。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、温度センサ６５は、電力増幅器１０と接していることが望ましい。
これにより、温度センサ６５は、電力増幅器１０の温度をより高精度に測定できる。
また、ＰＡ制御回路６０は、電力増幅器１０にバイアス電流を供給するバイアス回路と、温度センサ６５で検知された温度に基づいてバイアス電流を補償する補償回路と、を有していてもよい。
これにより、ＰＡ制御回路６０のバイアス回路は、補償回路で補償されたバイアス電流を電力増幅器１０へ供給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において、電力増幅器１０は、縦続接続された増幅素子１０ａおよび１０ｂで構成されている。ここで、図２Ａの（ａ）に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、ＰＡ制御回路６０は、増幅素子１０ａおよび１０ｂのうち最後段に配置された増幅素子１０ｂと重複している。
電力増幅器が、縦続接続された複数の増幅素子で構成されている場合、当該電力増幅器の発熱は、最後段に配置された増幅素子からの発熱が支配的となる。この観点から、本実施例に係る高周波モジュール１Ａにおいて、ＰＡ制御回路６０は、最後段に配置された増幅素子１０ｂと上記平面視において重複しているので、温度センサ６５により電力増幅器１０の温度を効果的かつ高精度に測定できる。
なお、温度センサ６５は、増幅素子１０ｂと接していることが望ましい。これによれば、電力増幅器１０の温度を最も高精度に測定できる。
また、図２Ａの（ｂ）に示すように、スイッチ４１～４３、および低雑音増幅器２０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。
上記構成によれば、スイッチ４１～４３、ならびに低雑音増幅器２０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、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、モジュール基板９１の主面９１ｂ側に、複数の外部接続端子１５０が配置されている。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１１０、受信出力端子１２０、および制御信号端子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、低背化が容易なスイッチ４１～４３、および低雑音増幅器２０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９５Ｖ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、電力増幅器１０は主面９１ａに配置されており、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。
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、図２Ｃに示された高周波モジュール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１６０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．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を制御するＰＡ制御回路６０と、を備え、ＰＡ制御回路６０は、温度センサ６５を含み、電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０とは、モジュール基板９１の主面上で積層されている。
上記構成によれば、モジュール基板９１の主面上で電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０とが積層されている。これにより、電力増幅器１０と、温度センサ６５を含むＰＡ制御回路６０とが近接配置されるので、電力増幅器１０が発熱した場合であっても、温度センサ６５により電力増幅器１０の温度を高精度に測定できる。これにより、ＰＡ制御回路６０は、電力増幅器１０に対して、電力増幅器１０の温度に対応した適切なバイアス電流および電源電圧などを供給することが可能となる。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において、電力増幅器１０は、縦続接続された増幅素子１０ａおよび１０ｂで構成されており、モジュール基板９１を平面視した場合、ＰＡ制御回路６０は、増幅素子１０ａおよび１０ｂのうち最後段に配置された増幅素子１０ｂと重複していてもよい。
これによれば、ＰＡ制御回路６０は、最後段に配置された増幅素子１０ｂと上記平面視において重複しているので、温度センサ６５により電力増幅器１０の温度を効果的かつ高精度に測定できる。
また、高周波モジュール１において、温度センサ６５は電力増幅器１０と接していてもよい。
これにより、温度センサ６５は、電力増幅器１０の温度をより高精度に測定できる。
また、高周波モジュール１において、ＰＡ制御回路６０は、電力増幅器１０にバイアス電流を供給するバイアス回路と、温度センサ６５で検知された温度に基づいてバイアス電流を補償する補償回路と、を有していてもよい。
これにより、ＰＡ制御回路６０のバイアス回路は、補償回路で補償されたバイアス電流を電力増幅器１０へ供給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、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、低雑音増幅器２０と、高周波モジュール１と外部基板とを電気的に接続するための外部接続端子１５０と、を備え、電力増幅器１０およびＰＡ制御回路６０は主面９１ａに配置されており、低雑音増幅器２０および外部接続端子１５０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１０と低雑音増幅器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、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、低背化が容易な低雑音増幅器２０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、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の出力特性の劣化が抑制された通信装置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、本発明に係る高周波モジュールは、電力増幅器１０とＰＡ制御回路６０とがモジュール基板９１の主面９１ａおよび９１ｂのいずれか一方の上で積層されており、高周波モジュールを構成するその他の回路部品が、主面９１ａおよび９１ｂの上記一方のみに配置された構成を有していてもよい。つまり、本発明に係る高周波モジュールは、モジュール基板９１の片面のみに実装された構成を有していてもよい。
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）
４ ベースバンド信号処理回路（ＢＢＩＣ）
５ 通信装置
１０ 電力増幅器
１０ａ、１０ｂ 増幅素子
２０ 低雑音増幅器
３１、３２ デュプレクサ
３１Ｒ、３２Ｒ 受信フィルタ
３１Ｔ、３２Ｔ 送信フィルタ
４１、４２、４３ スイッチ
５１、５２ 整合回路
６０ ＰＡ制御回路
６５ 温度センサ
７０ 半導体ＩＣ
９１ モジュール基板
９１ａ、９１ｂ 主面
９２、９３ 樹脂部材
９５Ｖ グランドビア導体
１００ アンテナ接続端子
１１０ 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 (6)

  1. モジュール基板と、
    電力増幅器と、
    前記電力増幅器を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、温度センサを含み、
    前記電力増幅器と前記制御回路とは、前記モジュール基板の主面上で積層されている、
    高周波モジュール。
  2. 前記電力増幅器は、縦続接続された複数の増幅素子で構成されており、
    前記モジュール基板を平面視した場合、前記制御回路は、前記複数の増幅素子のうち最後段に配置された増幅素子と重複している、
    請求項１に記載の高周波モジュール。
  3. 前記温度センサは、前記電力増幅器と接している、
    請求項１または２に記載の高周波モジュール。
  4. 前記制御回路は、
    前記電力増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路と、
    前記温度センサで検知された温度に基づいて前記バイアス電流を補償する補償回路と、を有する、
    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. 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、
    低雑音増幅器と、
    前記高周波モジュールと外部基板とを電気的に接続するための外部接続端子と、を備え、
    前記電力増幅器および前記制御回路は、前記第１主面に配置されており、
    前記低雑音増幅器および前記外部接続端子は、前記第２主面に配置されている、
    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. 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１～５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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