JP4005829B2 - 高周波モジュール部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信機器のアンテナと、送受信回路との間に配置されるスイッチ回路部を含む高周波モジュール部品に関するものであり、この高周波モジュール部品内のアンテナの後段部分に静電サージ除去回路部を配置した高周波モジュール部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電話機に代表される移動通信機器の小型化が進むと同時に電話機の伝送方式の世代交代が急速に進んでいる。これらの移動無線通信機器にはアンテナを受信回路または送信回路に選択的に接続制御を行うスイッチ回路部を有する高周波モジュール部品が多用されている。
【０００３】
通常、スイッチ回路部は、図５に示す高周波モジュール部品の一部として、多層配線基板５１に形成されていた。多層配線基板５１は、誘電体層５２が複数積層され、その内部にストリップ線路やインダクタンス素子、平面状に広がったグランド電位となる導体膜を含む内部配線パターン５５が形成され、表面には各種電子部品素子５４を搭載する配線パターン５３が形成されている。また、多層配線基板５１の表面には、所定回路を形成する電子部品素子５４が搭載されている。そして、多層配線基板５１の表面側を被覆すようにシールドケース５８が取着されている。さらに、多層配線基板５１の端面及び底面には外部のマザーボードと接続する各種端子電極５６、５７が形成されている。特に、端子電極５６はグランド電位の端子電極であり、例えばシールドケース５８の脚部５９と接続することになる。
【０００４】
このようなスイッチ回路部は、例えば図６に示すような回路構成となっている。図６は最も単純なシングルモード（単一の通信システムの送受信制御を行うスイッチ回路部）である。
【０００５】
図において、スイッチ回路部は、コンデンサ素子Ｃ５１〜Ｃ５７、インダクタンス素子Ｌ５１〜Ｌ５６、抵抗Ｒ５１、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２とから構成され、例えばアンテナと受信回路及び送信回路との間に配置されるものである。即ち、スイッチ回路部は、アンテナに接続するアンテナ端子ＡＮＴ、受信回路に接続する受信端子ＲＸ、送信回路に接続する送信端子ＴＸ及び受信と送信動作を切り換える制御信号が供給される制御端子ＶＣ５１を有している。
【０００６】
動作としては、制御端子ＶＣ５１に、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２をオン状態とするバイアス信号を供給することにより、アンテナ端子ＡＮＴと送信端子ＴＸとの間のスイッチングダイオードＤ５１がオン状態（インピーダンスが小さく）となり、送信回路ＴＸ（便宜上端子と同一符号を付す）からの送信信号をアンテナ端子ＡＮＴに供給することができる。
【０００７】
この時、ストリップラインＬ５１の一端はアース電位となり、ショートスタブとして動作する。即ち、ショートスタブの長さを、送信信号の中心的な周波数を考慮して、その１／４波長の長さに設計すれば、送信信号に対してインピーダンスが大きくなり、その結果、送信信号が受信回路ＲＸ（便宜上端子と同一符号を付す）に流れることはない。
【０００８】
また逆に、制御端子ＶＣ５１に、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２をオフ状態とするバイアス信号を供給することにより、アンテナ端子ＡＮＴと送信端子ＴＸとの間のスイッチングダイオードＤ５１がオフとなり、アンテンナ端子ＡＮＴと送信回路ＴＸとの間が遮断される。また、ストリップラインＬ５１は、スイッチングダイオードＤ５２によって接地より切り離され、その結果、単なる伝送路と動作して、アンテナから受信された受信信号は、受信端子ＲＸに流れることになる。
【０００９】
ここで、図６のスイッチ回路部中、フィルタＦ１は、受信信号の帯域を通過させるフィルタであり、それ以外の不要な信号成分、例えば静電サージ成分を除去するフィルタであり、２つのインダクタンス素子Ｌ５３、Ｌ５４、コンデンサ素子Ｃ５３、Ｃ５４とから構成されている。
【００１０】
また、フィルタＦ２は、送信信号の帯域を通過させるフィルタであり、それ以外の不要な信号成分、例えば、静電サージ成分を除去するフィルタであり、２つのインダクタンス素子Ｌ５５、Ｌ５６、コンデンサ素子Ｃ５５、Ｃ５６とから構成されている。
【００１１】
このようなインダクタンス素子Ｌ５１〜Ｌ５６は、図５に示す多層配線基板５１の表面に形成されたインダクタンス導体膜（ストリップライン導体膜）やチップインダクタンス素子、または、多層配線基板５１の内部に形成されたインダクタンス導体膜（ストリップライン導体膜）によって形成される。また、コンデンサ素子Ｃ５１〜Ｃ５６、抵抗Ｒ５１、スイッチングダイオードＤ５１、５２は、多層配線基板５１上に配置されたチップコンデンサ素子、チップ抵抗器、ＰＩＮスイッチングダイオードなどで構成される。また、多層配線基板５１の端子電極５６、５７は、図６のアンテナ端子ＡＮＴ、受信端子ＲＸ、送信端子ＴＸなどであり、その他の端子電極５６はアース端子であり、このアース端子５６にシールドケース５８が接合している。
【００１２】
尚、高周波スイッチ部品の小型化、高機能化のため、この多層配線基板５１に、スイッチ回路部以外の回路部、受信回路部またはその一部、送信回路部またはその一部を形成してもよい。この場合、端子電極５７の機能は各回路部の組み合わせによって異なることになる。
【００１３】
また、スイッチ回路部には、サージ対策としてアンテナと接続するアンテナ端子ＡＮＴとスイッチ回路部との間に静電サージ除去回路部を配置していた。この静電サージ除去回路部は、コンデンサ素子、インダクタンス素子からなり、例えばＴ型接続されて構成されている。そして、従来の静電サージ除去回路部はアンテナを人体で触れた場合に発生する３００〜５００ＭＨｚ程度の静電サージを除去するものである。これよりスイッチ回路部を破壊することを防止するための回路である。
【００１４】
さらに、近年、受信回路における周波数選択性を向上させるために、受信回路の前段に、図６のフィルタＦ１の回路構成に代えて、周波数選択性の高いＳＡＷフィルタなどのＳＡＷ素子を用いる場合が多い、このＳＡＷ素子は、一般に圧電基板上に所定間隔の櫛歯電極を形成しており、しかも、この櫛歯電極は、選択すべき周波数に応じて非常に狭い最短間隔となっている。そのため、特に、サージ対策として静電サージ除去回路部の存在が重要となる。
【００１５】
この静電サージ除去回路部を介在させないと、ＳＡＷ素子に過度のサージ電圧が印加し、櫛歯電極を破壊してしまう。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者は、多層配線基板上に搭載する静電サージ除去回路部を構成するインダクタンス素子、コンデンサ素子と、スイッチ回路部を構成するスイッチングダイオード、ストリップ線路、インダクタンス素子、コイル、抵抗、コンデンサ素子との実装位置関係によって、また、静電サージ除去回路部のカットオフ周波数によって、静電サージを充分に除去することができないことを知見した。
【００１７】
ＳＡＷ素子は、例えばＧＳＭ通信システスやＤＣＳ通信システムなどの高周波の受信信号に対応するため、１μｍ以下の最短間隔の櫛歯電極を使用せざるを得なく、従来のスイッチ回路部ではスイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２が破壊しない程度のサージ電圧でカットするフィルタ特性で構成すればよかった。
【００１８】
しかし、スイッチ回路部にＳＡＷ素子を用いた場合には、静電サージ除去回路部によるサージ電圧を低下させる必要がある。なお、静電サージによる破壊は特にＳＡＷ素子で顕著に発生するが、半導体として動作するスイッチングダイオードにおいても、静電サージによる誤動作についても対応が必要であった。
【００１９】
この対策としては静電サージ除去回路部で構成されるフィルタのカットオフ周波数を高く設定すればよいが、その場合、例えばＧＳＭ通信システムの通信帯域（約９００ＭＨｚ程度）の損失が大きくなり、安定した送受信に悪影響を与えてしまうという問題があった。
【００２０】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、静電サージ除去回路の静電サージ除去を向上させるとともに、さらに、送受信帯域での信号の損失を極小化できるスイッチ回路部を具備した高周波モジュール部品を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多層配線基板の端面に、グランド電位の端子電極及びアンテナに接続するアンテナ端子電極が形成され、前記多層配線基板の表面に、前記アンテナから受信された受信信号を受信回路に、送信回路の送信信号を前記アンテナに夫々選択的に供給制御するスイッチ回路部を構成する複数の第１電子部品素子と、前記アンテナと前記スイッチ回路部との間に直列配置された第１及び第２のコンデンサ素子、並びに一端が前記グランド電位の端子電極に接続され、他端が前記第１及び第２のコンデンサ素子に接続されたインダクタンス素子からなる複数の第２電子部品素子とを搭載してなる高周波モジュール部品において、前記インダクタンス素子の他端から前記グランド電位の端子電極までの最短間隔をＤ１とし、前記複数の第１電子部品素子のいずれかから前記第２電子部品素子のいずれかまでの最短間隔をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２を満足することを特徴とする高周波モジュール部品である。
【００２２】
前記複数の第２電子部品素子は、カットオフ周波数が６００〜８００ＭＨｚのハイパスフィルタを構成している。
【００２３】
そして、前記最短間隔Ｄ１が０．１５〜０．２ｍｍの範囲であり、前記最短間隔Ｄ２が０．２５ｍｍ以上の値である。
【作用】
本発明では、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子（インダクタンス素子及びコンデンサ素子）とグランド端子電極までの最短間隔Ｄ１を、第２電子部品素子とスイッチ回路部を構成する第１電子部品素子（インダクタンス素子、コンデンサ素子、抵抗素子、スイッチングダイオード素子）までの最短間隔Ｄ２より短くしたため、アンテナ端子から入ったサージ信号は静電サージ除去回路部Ｓのフィルタ機能によって、また、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子からグランド電位への空中放電によって、スイッチ回路部を構成する第１電子部品素子へ影響（ダメージ）を減少できる。特に、静電サージ除去回路部Ｓのフィルタをカットオフ周波数が６００〜８００ＭＨｚとするハイパスフィルタとし、一般の静電サージ除去回路部のフィルタよりもカットオフ周波数を高く設定することにより、サージ電圧を低くしている。これにより、スイッチングダイオードの誤動作、特にＳＡＷ素子の櫛状電極の破壊を軽減でき、スイッチングダイオード、ＳＡＷ素子の安定した動作の維持が達成できる。
【００２４】
しかも、必要な周波数帯域、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受信号の損失を低減できる。
【００２５】
また、第２電子部品素子の最短間隔Ｄ１を０．１５〜０．２ｍｍの範囲として、第１電子部品素子の最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上の値とした。このため、アンテナから入ったサージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能と、特に、第２電子部品素子からグランド電位への空中放電の効果により、第１電子部品素子へのダメージ、特に、ＳＡＷ素子のダメージを減少させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波モジュール部品について基づいて説明する。
尚、本発明の高周波モジュール部品は、高周波モジュール部品自体の構造は、図５に示す構造と実質的に同一である。即ち、高周波モジュール部品５０は、多層配線基板５１に形成されていた。多層回路基板は、誘電体層５２が複数積層され、その内部にストリップ線路やインダクタンス素子、平面状に広がったアース電極となる導体を含む内部配線層５５が形成され、表面に各種電子部品素子５４を搭載する配線パターン５３が形成されている。そして、多層配線基板５１の表面にはスイッチ回路部や静電サージ除去回路を構成する電子部品素子５４が搭載されている。そして、多層配線基板５１の表面には、各種電子部品素子５４を被覆するようにシールドケース５８が取着されている。また、多層配線基板５１の端面及び底面には外部のマザーボードと接続する各種端子電極５６、５７が形成されている。この端子電極５６はグランド電位の端子電極であり、例えばシールドケース５８の脚部５９と接続する。
【００２７】
この多層配線基板５１には、スイッチ回路部ＳＷ、静電サージ除去回路部Ｓを少なくとも有しており、さらに、受信回路の全部または一部や、送信回路の全部または一部が配置されている。従って、端子電極５６、５７のうち、特に、端子電極５７は、搭載される回路部によって、夫々の機能が相違し、例えば、電源電圧、受信端子、送信端子、送受信を切り換える制御端子であり、さらに、受信回路や送信回路に信号を供給する端子、これらの制御を行うための端子である。
【００２８】
図１は、静電サージ除去回路部Ｓを用いた単一通信システムに対応したスイッチ回路部ＳＷの回路図である。
【００２９】
図１において、スイッチ回路部ＳＷは、受信端子を介して受信回路ＲＸに接続されており、送信端子を介して送信回路ＴＸに接続されている。また、スイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴを介してアンテナに接続されている。
【００３０】
このスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴに接続された静電サージ除去回路部Ｓが配置されている。この静電サージ除去回路部Ｓは、例えば、１つのインダクタンス素子Ｌ１０１、２つのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２から構成され、インダクタンス素子Ｌ１０１の一端がグランド電位に接続されており、さらに、その他端は、２つコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２が接続されて、全体として、Ｔ型のＬＣフィルタを構成している。
【００３１】
ここで、静電サージ除去回路部Ｓを構成する１つのインダクタンス素子Ｌ１０１、２つのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２を総称して、第２電子部品素子２と規定する。
【００３２】
また、スイッチ回路部ＳＷは、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ５、インダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１、ＳＡＷ素子ＳＦとから構成されている。尚、これら、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３、インダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１、ＳＡＷ素子ＳＦを総称して第１電子部品素子１と規定する。
【００３３】
具体的には、アンテナ端子ＡＮＴは、静電サージ除去回路部Ｓを介して、スイッチ回路部ＳＷを介して受信回路ＲＸ及び送信回路ＴＸに接続する。
【００３４】
例えば、静電サージ除去回路部Ｓから受信回路ＲＸとの間には、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２から成るπ型フィルタが配置され、さらに、ＳＡＷ素子ＳＦが配置されている。
【００３５】
尚、コンデンサ素子Ｃ２とＳＡＷ素子ＳＦの接続点と接地電位との間には、スイッチングダイオードＤ１、コンデンサ素子Ｃ３が配置され、さらに、スイッチングダイオードＤ１のアノード側には、抵抗Ｒ１を介して制御端子ＶＣが配置されている。
【００３６】
また、静電サージ除去回路部Ｓから送信回路ＴＸとの間には、スイッチングダイオードＤ２が配置されている。
【００３７】
尚、スイッチングダイオードＤ２の送信端子側と接地電位との間には、スイッチングダイオードＤ１のバイアス信号を接地とし、高周波信号に対して高インピーダンスとするインダクタンス素子Ｌ２を配置している。
ここで、π型フィルタ（インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２）は、スイッチングダイオードＤ１のオフ状態で、オフ容量成分と合成されて、受信信号の帯域を通過させるフィルタ特性となる。なお、この特性の決定は、各部品の回路定数によって設定される。また、スイッチングダイオードＤ１のオン状態で、オンインダクタンス成分と合成されて、送信信号及び受信信号の帯域を通過させないフィルタ特性となる。
【００３８】
このような構成により、例えば制御電圧端子ＶＣにスイッチングダイオードＤ１及びスイッチングダイオードＤ２をオンとするバイアス信号を供給すると、このバイアス信号は、スイッチングダイオードＤ１、インダクタンス素子Ｌ１、スイッチングダイオードＤ２、インダクタンス素子Ｌ２を介して接地に流れる。
【００３９】
例えば、送信動作においては、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２がともにオン状態となるバイアス信号を供給する。これにより、静電サージ除去回路部Ｓと送信回路ＴＸとが互いに接続されることになる。同時に、π型フィルタにおいては、スイッチングダイオードＤ１のオンインダクタンス成分と合成され、送信信号の周波数帯域を阻止する働きを行う。
【００４０】
その結果、送信信号は、コンデンサ素子Ｃ５、スイッチングダイオードＤ２、静電サージ除去回路部Ｓを介してアンテナ端子ＡＮＴに導出される。そして、送信信号は、π型フィルタ部分で遮断され、受信回路ＲＸに流れることが一切ない。
【００４１】
図２は、本発明の高周波モジュール部品に用いられる静電サージ除去回路部Ｓを有するスイッチ回路部の回路図である。
【００４２】
この例は、３つの通信システムをそれぞれ選択的に切り換えるスイッチ回路部ＳＷであり、例えば、送受信端子としては、ＧＳＭ通信用の送信端子ＴＸＧＳＭ、ＧＳＭ通信用の受信端子ＲＸＧＳＭ、ＧＳＭ通信時の送信動作と受信動作を切り換える制御端子ＶＣ１、ＤＣＳ通信時及びＰＣＳ通信時に共用して用いる送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳ、ＤＣＳ通信用の受信端子ＲＸＤＣＳ、ＰＣＳ通信時の受信端子ＲＸＰＣＳ、ＤＣＳ通信時及びＰＣＳ通信時の送信動作と受信動作と切り換える制御端子ＶＣ２、ＤＣＳ通信時の受信動作とＰＣＳ通信時の受信動作とを切り換える制御端子ＶＣ３とを有している。
【００４３】
ここで、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受周波数帯は、９００ＭＨｚ帯域であり、ＰＣＳ、ＤＣＳ通信システムの送受信帯域は、１．８ＧＨｚ帯域である。
【００４４】
このため、周波数帯域に低い側のＧＳＭ通信用のスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴから、しきい値が９００ＭＨｚから１．８ＧＨｚの間の値に設定したローパスフィルタＬＰＦ、静電サージ除去回路部Ｓを介して配置されている。このスイッチ回路部ＳＷの構成は、図１に示すように、スイッチングダイオードＤ３０１、Ｄ４０１、インダクタンス素子Ｌ３１、Ｌ４０１、コンデンサ素子Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４０１、ＳＡＷ素子ＳＦ４０１、抵抗Ｒ４０１とから構成されている。
また、周波数帯域の高い側のＰＣＳ／ＤＣＳ通信用のスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴから、しきい値が９００ＭＨｚから１．８ＧＨｚの間の値に設定したハイパスフィルタＨＰＦを介して配置されている。
【００４５】
このスイッチ回路部ＳＷの構成は、３つのスイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１、Ｄ７０１、５つのインダクタンス素子Ｌ３１、Ｌ４０１、コンデンサ素子Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４０１、ＳＡＷ素子ＳＦ４０１、抵抗Ｒ４０１とから構成されている。
【００４６】
動作的には、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受信の切り換えは、基本的に図１と同一である。こので、ＧＳＭ通信システムの送受信信号は、例えば、１．８ＧＨｚ帯のような高い周波数帯域を通させないローパスフィルタＬＰＦ及び少なくとも６００〜８００ＭＨｚをカットオフ周波数とするハイパスフィルタ機能の静電サージ除去回路部Ｓを通過することになる。
【００４７】
また、例えば、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送受信の切り換えにおいて、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信時には、制御端子ＶＣ２にスイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１をオンとするバイアス信号を供給し、制御端子ＶＣ３にスイッチングダイオードＤ７０１をオフとするバイアス信号（例えば、バイアスを印加しないまたは負の電圧を与える）を供給する。これによって、スイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１はそれぞれオンとなり、スイッチングダイオードＤ７０１はオフとなる。ここで、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３は、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信信号の帯域を遮断するフィルタとして作用する。
【００４８】
従って、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信信号は、上述のコンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３のフィルタによって、受信端子ＲＸＤＣＳに導出されることがなく、また、オフ状態のスイッチングダイオードＤ７０１によって受信端子ＲＸＰＣＳに導出されることがない。
【００４９】
また、ＰＣＳ通信システムの受信時には、制御端子ＶＣ２にスイッチングダイオードＤ５０１をオフとするバイアス信号（例えば、バイアスを印加しないまたは負の電圧を与える）を印加し、同時に、制御端子ＶＣ３にスイッチングダイオードＤ７０１をオンとするバイアス信号を供給する。尚、スイッチングダイオードＤ７０１に供給されたバイアス信号は、スイッチングダイオードＤ６０１にも印加され、オン状態となる。ここで、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１、コンデンサ素子Ｃ６３は、ＤＣＳ通信システムの受信信号の帯域を遮断するフィルタとして作用する。即ち、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１、コンデンサ素子Ｃ６３は、両通信システムの送信信号に対して、また、ＤＣＳ通信システムの受信信号に対して遮断するフィルタとなるように各素子の回路定数を設定する必要がある。
【００５０】
従って、アンテナ端子ＡＮＴ受信され、ハイパスフィルタを通過したＰＣＳ通信システムの受信信号は、オフ状態のスイッチングダイオードＤ５０１によって、送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳに導出されることがなく、また、上述のコンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３のフィルタによって、受信端子ＲＸＤＣＳに導出されることがない。結果として、オン状態のスイッチングダイオードＤ７０１を介して受信端子ＲＸＰＣＳに安定して導出される。
【００５１】
また、ＤＣＳ通信システムの受信時には、制御端子ＶＣ２及び制御端子ＶＣ３に、スイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１、Ｄ７０１をそれぞれオフとなるバイアス信号（例えば、バイアスを印加しない、または負の電圧を与える）を供給する。ここで、スイッチングダイオードＤ６０１がオフ状態であるため、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オフ容量成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３は、通過帯域特性が変動し、ＤＣＳ通信システムの受信信号の帯域を通過させるフィルタとして作用する。
【００５２】
従って、アンテナ端子ＡＮＴ受信され、ハイパスフィルタを通過したＤＣＳ通信システムの受信信号は、オフ状態のスイッチングダイオードＤ５０１によって、送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳに導出されることがなく、また、オフ状態のスイッチングダイオードＤ７０１によって、受信端子ＲＸＰＣＳに導出されることがない。結果として、ＤＣＳ通信システムの受信信号は、ＳＡＷ素子ＳＦ６０１を介して受信端子ＲＸＤＣＳに安定して導出される。
【００５３】
ここで、重要なことは、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２（図２の回路では、コンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２、インダクタンス素子Ｌ１０１）の多層配線基板５１の配置構造である。
【００５４】
即ち、多層配線基板５１上に搭載した各種電子部品素子５４のうち、第２電子部品素子２と多層配線基板５１のグランド電位の端子電極５６までの最短間隔をＤ１、第２電子部品素子とスイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１（スイッチングダイオード、コンデンサ素子、抵抗、インダクタンス素子、ＳＡＷ素子）までの最短間隔をＤ２とした時、多層配線基板５１上に、第１電子部品素子１、第２電子部品素子２を、Ｄ１＜Ｄ２の関係となるよう実装した。その実装状況を図３で示す。図３において、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のうち、グランド電位の端子電極５６に最も近くに配置された部品は、例えばインダクタンス素子Ｌ１０１であり、その最短間隔はＤ１となっている。
【００５５】
また静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のうち、スイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１に最も近接する部品は、例えば、コンデンサ素子Ｃ１０１であり、第１電子部品素子１は、図１の回路図ではスイッチングダイオードＤ２、図２の回路図ではスイッチングダイオードＤ３０１である。そして、夫々の最短間隔Ｄ１、Ｄ２の関係は、Ｄ１＜Ｄ２の関係となっている。
これにより、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号は静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能によって除去され、さらに、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のインダクタンス素子Ｌ１０１から直ぐにグランド電位の端子電極５６に空中放電される。このため、第２電子部品素子２からスイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１に与えるダメージを減少することができる。
【００５６】
本発明者らが、種々実験した結果では、第２電子部品素子１からグランド電位の端子電極５６までの最短間隔Ｄ１を０．１５〜０．２ｍｍとし、第２電子部品素子２から第１電子部品素子１までの最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上とすることにより、特に、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能と、第２電子品素子２からグランド電位への空中放電の効果により、第１電子部品素子１へのダメージを減少させることができることを確認した。
【００５７】
また、静電サージ除去回路部Ｓのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２、インダクタンス素子Ｌ１０１でハイパスフィルタを構成し、回路定数を制御して、このパイパスフィルタのカットオフ周波数を６００〜８００ＭＨｚとすることが重要である。
【００５８】
これは静電サージ信号において、周波数と静電電圧との関係は、反比例の関係にある。即ち、静電サージ信号の周波数が低いほど、サージ電圧は高くなり、周波数が高くなれば、サージ電圧は低くなる。従って、スイッチ回路部ＳＷの各電子部品素子１のダメージを考慮した場合、カットオフ周波数が高く設定することが望ましい。しかし、逆にカットオフ周波数を高くすると、通信システムに必要な送受信信号帯域に損失を与えることになる。例えば、ＧＳＭ通信システムにおいては、８８０ＭＨｚから通信に必要な周波数領域となり、例えば、カットオフ周波数を８５０ＭＨｚとして、実際には、８８０ＭＨｚの信号に損失を与えることになる。
【００５９】
この両者を考慮した場合、例えば、ＧＳＭ通信システムにおける損失を０．２ｄＢ未満に抑えるため、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数を８００ＭＨｚ以下とすることが望ましい。
【００６０】
同時に、第１電子部品素子１、特に、ＳＡＷ素子ＳＦの櫛歯電極で発生する静電破壊を考慮すると、サージ電圧を１８０Ｖ以下に抑える必要があり、周波数的には６００ＭＨｚ以上に設定する必要がある。
【００６１】
以上の点から、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数は、６００〜８００ＭＨｚ程度に設定することが重要である。
【００６２】
図４は、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数と、サージ電圧との関係（黒塗りの四角マーク及び黒塗りの丸印マーク）及びＧＳＭ通信システムの送信信号の損失との関係を示している。
【００６３】
図４において、黒塗りの四角マークは第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６との間の最短間隔Ｄ１を０．３ｍｍに設定したものであり、黒塗りの丸印マークは第２電子部品素子２とグランド電位との間の最短間隔Ｄ１を０．１５ｍｍに設定した時のサージ電圧の違いを示している。
【００６４】
このように、第２電子部品素子２からグランド電位の端子電極５６までの最短間隔Ｄ１を０．１５ｍｍ以上として、第１電子部品素子１のいずれかから第２電子部品素子２のいずれかまでの最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上の値として、Ｄ２＞Ｄ１となっている。図４の結果のように、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのフィルタ機能の効果によって、特に第２電子部品素子２からグランド電位への空中放電の効果を高めることにより、第１電子部品素子１のダメージ、特にＳＡＷ素子のダメージを減少させることができた。
【００６５】
また、第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６の最短間隔Ｄ１が０．２ｍｍを越えると、第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６との間の空中放電が発生しにくくなるため、最短間隔Ｄ１を０．２ｍｍを越えない値とすることが重要である。
【００６６】
具体的な高周波モジュール部品構造は、以下のとおりである。多層配線基板５１は、ガラスセラミック材料からなる誘電体層５２を複数積層した基板からなり、各誘電体層５２の層間には、配線、ストリップライン、グランド電位の導体膜が配置され、さらに、各誘電体層５２を貫通するビアホール導体が形成されている。この配線、ストリップライン、グランド電位を含めて内部配線パターンとなる。また、多層回路基板５１の一方主面に、配線、ストリップライン、グランド配線、インダクタンス素子、コンデンサ素子、スイッチングダイオード、抵抗、ＳＡＷ素子などの各電子部品素子５４が搭載されている。尚、内部の配線パターン５５及び誘電体層５２を利用してコンデンサ素子が形成され、また、基板表面の配線パターンの一部の厚膜抵抗体膜によって、抵抗素子が形成されている。ここで、電子部品素子５４は、スイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１であり、また、静電サージ除去回路部Ｓを構成する電子部品素子５４である。また、第１電子部品素子１のなかで、ＳＡＷ素子ＳＦについては、他の電子部品素子とは異なる扱いを要する。即ち、ＳＡＷ素子ＳＦは、埃を嫌うために気密封止が必要となる。多層配線基板５１上に搭載されているＳＡＷ素子ＳＦは、例えば、リチウムタンタレート単結晶基板などの圧電基板上にバランス出力型インターデジタル電極（櫛歯電極）が形成されており、例えば、多層配線基板５１の表面配線パターン５３にフリップチップ実装されて、圧電基板を気密封止可能な筐体状ケースで被覆する必要がある。
【００６７】
また、高周波モジュール部品として、静電サージ除去回路部Ｓを有するスイッチ回路部ＳＷ以外に、特に受信回路やその一部、送信回路やその一部を一体化する場合には、ＩＣチップが必要となる。この場合、多層配線基板５１の表面にキャビティを形成し、このキャビティ内に、ＳＡＷ素子ＳＦとともに、ＩＣチップを収容して、ボンディングワイヤやフリップチップでキャビティ内に露出した内部配線パターンに接続し、そのキャビティ開口を金属蓋体で気密封止を行ってもよい。
【００６８】
また、内部配線パターン５５は、銀、銀白金、銅などからなり、特に、ストリップラインとなる導体の幅は１００〜１５０μｍ、厚みは５〜２５μｍである。さらに、誘電体層５２は、その厚みは１層当たり８０μｍで９層の積層で構成されている。
【００６９】
また、多層配線基板５１の表面の配線パターン４３には、各電子部品素子５４が半田を介して、また、ボンディングワイヤやハンダバンプによって電気的に接続するように接合され、その後、これらの各電子部品素子５４を被覆するシールドケース５８が取着されている。このシールドケース５８は、多層配線基板５１の端面に形成したグランド電位の端子電極５６に、シールドケース５８の脚部５９でハンダを介して接合されて、シールドケース５８全体がグランド電位となる。
【００７０】
これにより、高周波モジュール部品は、多層配線基板５１の上面側は、シールドケース５８が、多層配線基板５１の底面側は例えばグランド電位の導体膜が配置されているため、全体としてシールドされた容器に囲われていることになり、外来ノイズ、または、スイッチ回路部ＳＷの特にスイッチングダイオードなどから発生し、外部の回路に影響を与えるノイズを低減している。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、アンテナとスイッチの間にハイパスフィルタ機能の静電サージ除去回路を配置している。特に、静電サージ除去回路部を構成する電子部品素子とグランド電位の端子電極との間の最短間隔を適切に設定したため、スイッチ回路部のスイッチングダイオードやＳＡＷ素子などが静電サージ信号の影響を受けず、最良の特性を得ることができる。
【００７２】
特に、静電サージ除去回路のカットオフ周波数を６００〜８００ＭＨｚとすることで、通信システムの送受信、特に、ＧＳＭ通信システムなどの通信帯域の特性を劣化させることなく十分な静電サージ対策を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波モジュール部品の回路図である。
【図２】本発明の他の高周波モジュール部品の回路図である。
【図３】本発明の高周波モジュール部品の部分平面図である。
【図４】本発明の条件を決めるカットオフ周波数と静電サージ電圧低下及びＧＳＭ通信システムの通過帯域ロスの関係を示す特性図である。
【図５】典型的な高周波モジュール部品の分解斜視図である。
【図６】従来の高周波モジュール部品の回路図である。
【符号の説明】
５０ 高周波モジュール部品
５１ 多層配線基板
５２ 誘電体層
５３ 配線パターン
５４ 電子部品
５６ グランド電位の端子電極
Ｓ 静電サージ除去回路部
ＳＷ スイッチング回路部
１ 第１電子部品素子
２ 第２電子部品素子
【発明の属する技術分野】
本発明は通信機器のアンテナと、送受信回路との間に配置されるスイッチ回路部を含む高周波モジュール部品に関するものであり、この高周波モジュール部品内のアンテナの後段部分に静電サージ除去回路部を配置した高周波モジュール部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電話機に代表される移動通信機器の小型化が進むと同時に電話機の伝送方式の世代交代が急速に進んでいる。これらの移動無線通信機器にはアンテナを受信回路または送信回路に選択的に接続制御を行うスイッチ回路部を有する高周波モジュール部品が多用されている。
【０００３】
通常、スイッチ回路部は、図５に示す高周波モジュール部品の一部として、多層配線基板５１に形成されていた。多層配線基板５１は、誘電体層５２が複数積層され、その内部にストリップ線路やインダクタンス素子、平面状に広がったグランド電位となる導体膜を含む内部配線パターン５５が形成され、表面には各種電子部品素子５４を搭載する配線パターン５３が形成されている。また、多層配線基板５１の表面には、所定回路を形成する電子部品素子５４が搭載されている。そして、多層配線基板５１の表面側を被覆すようにシールドケース５８が取着されている。さらに、多層配線基板５１の端面及び底面には外部のマザーボードと接続する各種端子電極５６、５７が形成されている。特に、端子電極５６はグランド電位の端子電極であり、例えばシールドケース５８の脚部５９と接続することになる。
【０００４】
このようなスイッチ回路部は、例えば図６に示すような回路構成となっている。図６は最も単純なシングルモード（単一の通信システムの送受信制御を行うスイッチ回路部）である。
【０００５】
図において、スイッチ回路部は、コンデンサ素子Ｃ５１〜Ｃ５７、インダクタンス素子Ｌ５１〜Ｌ５６、抵抗Ｒ５１、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２とから構成され、例えばアンテナと受信回路及び送信回路との間に配置されるものである。即ち、スイッチ回路部は、アンテナに接続するアンテナ端子ＡＮＴ、受信回路に接続する受信端子ＲＸ、送信回路に接続する送信端子ＴＸ及び受信と送信動作を切り換える制御信号が供給される制御端子ＶＣ５１を有している。
【０００６】
動作としては、制御端子ＶＣ５１に、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２をオン状態とするバイアス信号を供給することにより、アンテナ端子ＡＮＴと送信端子ＴＸとの間のスイッチングダイオードＤ５１がオン状態（インピーダンスが小さく）となり、送信回路ＴＸ（便宜上端子と同一符号を付す）からの送信信号をアンテナ端子ＡＮＴに供給することができる。
【０００７】
この時、ストリップラインＬ５１の一端はアース電位となり、ショートスタブとして動作する。即ち、ショートスタブの長さを、送信信号の中心的な周波数を考慮して、その１／４波長の長さに設計すれば、送信信号に対してインピーダンスが大きくなり、その結果、送信信号が受信回路ＲＸ（便宜上端子と同一符号を付す）に流れることはない。
【０００８】
また逆に、制御端子ＶＣ５１に、スイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２をオフ状態とするバイアス信号を供給することにより、アンテナ端子ＡＮＴと送信端子ＴＸとの間のスイッチングダイオードＤ５１がオフとなり、アンテンナ端子ＡＮＴと送信回路ＴＸとの間が遮断される。また、ストリップラインＬ５１は、スイッチングダイオードＤ５２によって接地より切り離され、その結果、単なる伝送路と動作して、アンテナから受信された受信信号は、受信端子ＲＸに流れることになる。
【０００９】
ここで、図６のスイッチ回路部中、フィルタＦ１は、受信信号の帯域を通過させるフィルタであり、それ以外の不要な信号成分、例えば静電サージ成分を除去するフィルタであり、２つのインダクタンス素子Ｌ５３、Ｌ５４、コンデンサ素子Ｃ５３、Ｃ５４とから構成されている。
【００１０】
また、フィルタＦ２は、送信信号の帯域を通過させるフィルタであり、それ以外の不要な信号成分、例えば、静電サージ成分を除去するフィルタであり、２つのインダクタンス素子Ｌ５５、Ｌ５６、コンデンサ素子Ｃ５５、Ｃ５６とから構成されている。
【００１１】
このようなインダクタンス素子Ｌ５１〜Ｌ５６は、図５に示す多層配線基板５１の表面に形成されたインダクタンス導体膜（ストリップライン導体膜）やチップインダクタンス素子、または、多層配線基板５１の内部に形成されたインダクタンス導体膜（ストリップライン導体膜）によって形成される。また、コンデンサ素子Ｃ５１〜Ｃ５６、抵抗Ｒ５１、スイッチングダイオードＤ５１、５２は、多層配線基板５１上に配置されたチップコンデンサ素子、チップ抵抗器、ＰＩＮスイッチングダイオードなどで構成される。また、多層配線基板５１の端子電極５６、５７は、図６のアンテナ端子ＡＮＴ、受信端子ＲＸ、送信端子ＴＸなどであり、その他の端子電極５６はアース端子であり、このアース端子５６にシールドケース５８が接合している。
【００１２】
尚、高周波スイッチ部品の小型化、高機能化のため、この多層配線基板５１に、スイッチ回路部以外の回路部、受信回路部またはその一部、送信回路部またはその一部を形成してもよい。この場合、端子電極５７の機能は各回路部の組み合わせによって異なることになる。
【００１３】
また、スイッチ回路部には、サージ対策としてアンテナと接続するアンテナ端子ＡＮＴとスイッチ回路部との間に静電サージ除去回路部を配置していた。この静電サージ除去回路部は、コンデンサ素子、インダクタンス素子からなり、例えばＴ型接続されて構成されている。そして、従来の静電サージ除去回路部はアンテナを人体で触れた場合に発生する３００〜５００ＭＨｚ程度の静電サージを除去するものである。これよりスイッチ回路部を破壊することを防止するための回路である。
【００１４】
さらに、近年、受信回路における周波数選択性を向上させるために、受信回路の前段に、図６のフィルタＦ１の回路構成に代えて、周波数選択性の高いＳＡＷフィルタなどのＳＡＷ素子を用いる場合が多い、このＳＡＷ素子は、一般に圧電基板上に所定間隔の櫛歯電極を形成しており、しかも、この櫛歯電極は、選択すべき周波数に応じて非常に狭い最短間隔となっている。そのため、特に、サージ対策として静電サージ除去回路部の存在が重要となる。
【００１５】
この静電サージ除去回路部を介在させないと、ＳＡＷ素子に過度のサージ電圧が印加し、櫛歯電極を破壊してしまう。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者は、多層配線基板上に搭載する静電サージ除去回路部を構成するインダクタンス素子、コンデンサ素子と、スイッチ回路部を構成するスイッチングダイオード、ストリップ線路、インダクタンス素子、コイル、抵抗、コンデンサ素子との実装位置関係によって、また、静電サージ除去回路部のカットオフ周波数によって、静電サージを充分に除去することができないことを知見した。
【００１７】
ＳＡＷ素子は、例えばＧＳＭ通信システスやＤＣＳ通信システムなどの高周波の受信信号に対応するため、１μｍ以下の最短間隔の櫛歯電極を使用せざるを得なく、従来のスイッチ回路部ではスイッチングダイオードＤ５１、Ｄ５２が破壊しない程度のサージ電圧でカットするフィルタ特性で構成すればよかった。
【００１８】
しかし、スイッチ回路部にＳＡＷ素子を用いた場合には、静電サージ除去回路部によるサージ電圧を低下させる必要がある。なお、静電サージによる破壊は特にＳＡＷ素子で顕著に発生するが、半導体として動作するスイッチングダイオードにおいても、静電サージによる誤動作についても対応が必要であった。
【００１９】
この対策としては静電サージ除去回路部で構成されるフィルタのカットオフ周波数を高く設定すればよいが、その場合、例えばＧＳＭ通信システムの通信帯域（約９００ＭＨｚ程度）の損失が大きくなり、安定した送受信に悪影響を与えてしまうという問題があった。
【００２０】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、静電サージ除去回路の静電サージ除去を向上させるとともに、さらに、送受信帯域での信号の損失を極小化できるスイッチ回路部を具備した高周波モジュール部品を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多層配線基板の端面に、グランド電位の端子電極及びアンテナに接続するアンテナ端子電極が形成され、前記多層配線基板の表面に、前記アンテナから受信された受信信号を受信回路に、送信回路の送信信号を前記アンテナに夫々選択的に供給制御するスイッチ回路部を構成する複数の第１電子部品素子と、前記アンテナと前記スイッチ回路部との間に直列配置された第１及び第２のコンデンサ素子、並びに一端が前記グランド電位の端子電極に接続され、他端が前記第１及び第２のコンデンサ素子に接続されたインダクタンス素子からなる複数の第２電子部品素子とを搭載してなる高周波モジュール部品において、前記インダクタンス素子の他端から前記グランド電位の端子電極までの最短間隔をＤ１とし、前記複数の第１電子部品素子のいずれかから前記第２電子部品素子のいずれかまでの最短間隔をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２を満足することを特徴とする高周波モジュール部品である。
【００２２】
前記複数の第２電子部品素子は、カットオフ周波数が６００〜８００ＭＨｚのハイパスフィルタを構成している。
【００２３】
そして、前記最短間隔Ｄ１が０．１５〜０．２ｍｍの範囲であり、前記最短間隔Ｄ２が０．２５ｍｍ以上の値である。
【作用】
本発明では、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子（インダクタンス素子及びコンデンサ素子）とグランド端子電極までの最短間隔Ｄ１を、第２電子部品素子とスイッチ回路部を構成する第１電子部品素子（インダクタンス素子、コンデンサ素子、抵抗素子、スイッチングダイオード素子）までの最短間隔Ｄ２より短くしたため、アンテナ端子から入ったサージ信号は静電サージ除去回路部Ｓのフィルタ機能によって、また、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子からグランド電位への空中放電によって、スイッチ回路部を構成する第１電子部品素子へ影響（ダメージ）を減少できる。特に、静電サージ除去回路部Ｓのフィルタをカットオフ周波数が６００〜８００ＭＨｚとするハイパスフィルタとし、一般の静電サージ除去回路部のフィルタよりもカットオフ周波数を高く設定することにより、サージ電圧を低くしている。これにより、スイッチングダイオードの誤動作、特にＳＡＷ素子の櫛状電極の破壊を軽減でき、スイッチングダイオード、ＳＡＷ素子の安定した動作の維持が達成できる。
【００２４】
しかも、必要な周波数帯域、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受信号の損失を低減できる。
【００２５】
また、第２電子部品素子の最短間隔Ｄ１を０．１５〜０．２ｍｍの範囲として、第１電子部品素子の最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上の値とした。このため、アンテナから入ったサージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能と、特に、第２電子部品素子からグランド電位への空中放電の効果により、第１電子部品素子へのダメージ、特に、ＳＡＷ素子のダメージを減少させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波モジュール部品について基づいて説明する。
尚、本発明の高周波モジュール部品は、高周波モジュール部品自体の構造は、図５に示す構造と実質的に同一である。即ち、高周波モジュール部品５０は、多層配線基板５１に形成されていた。多層回路基板は、誘電体層５２が複数積層され、その内部にストリップ線路やインダクタンス素子、平面状に広がったアース電極となる導体を含む内部配線層５５が形成され、表面に各種電子部品素子５４を搭載する配線パターン５３が形成されている。そして、多層配線基板５１の表面にはスイッチ回路部や静電サージ除去回路を構成する電子部品素子５４が搭載されている。そして、多層配線基板５１の表面には、各種電子部品素子５４を被覆するようにシールドケース５８が取着されている。また、多層配線基板５１の端面及び底面には外部のマザーボードと接続する各種端子電極５６、５７が形成されている。この端子電極５６はグランド電位の端子電極であり、例えばシールドケース５８の脚部５９と接続する。
【００２７】
この多層配線基板５１には、スイッチ回路部ＳＷ、静電サージ除去回路部Ｓを少なくとも有しており、さらに、受信回路の全部または一部や、送信回路の全部または一部が配置されている。従って、端子電極５６、５７のうち、特に、端子電極５７は、搭載される回路部によって、夫々の機能が相違し、例えば、電源電圧、受信端子、送信端子、送受信を切り換える制御端子であり、さらに、受信回路や送信回路に信号を供給する端子、これらの制御を行うための端子である。
【００２８】
図１は、静電サージ除去回路部Ｓを用いた単一通信システムに対応したスイッチ回路部ＳＷの回路図である。
【００２９】
図１において、スイッチ回路部ＳＷは、受信端子を介して受信回路ＲＸに接続されており、送信端子を介して送信回路ＴＸに接続されている。また、スイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴを介してアンテナに接続されている。
【００３０】
このスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴに接続された静電サージ除去回路部Ｓが配置されている。この静電サージ除去回路部Ｓは、例えば、１つのインダクタンス素子Ｌ１０１、２つのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２から構成され、インダクタンス素子Ｌ１０１の一端がグランド電位に接続されており、さらに、その他端は、２つコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２が接続されて、全体として、Ｔ型のＬＣフィルタを構成している。
【００３１】
ここで、静電サージ除去回路部Ｓを構成する１つのインダクタンス素子Ｌ１０１、２つのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２を総称して、第２電子部品素子２と規定する。
【００３２】
また、スイッチ回路部ＳＷは、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ５、インダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１、ＳＡＷ素子ＳＦとから構成されている。尚、これら、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３、インダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１、ＳＡＷ素子ＳＦを総称して第１電子部品素子１と規定する。
【００３３】
具体的には、アンテナ端子ＡＮＴは、静電サージ除去回路部Ｓを介して、スイッチ回路部ＳＷを介して受信回路ＲＸ及び送信回路ＴＸに接続する。
【００３４】
例えば、静電サージ除去回路部Ｓから受信回路ＲＸとの間には、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２から成るπ型フィルタが配置され、さらに、ＳＡＷ素子ＳＦが配置されている。
【００３５】
尚、コンデンサ素子Ｃ２とＳＡＷ素子ＳＦの接続点と接地電位との間には、スイッチングダイオードＤ１、コンデンサ素子Ｃ３が配置され、さらに、スイッチングダイオードＤ１のアノード側には、抵抗Ｒ１を介して制御端子ＶＣが配置されている。
【００３６】
また、静電サージ除去回路部Ｓから送信回路ＴＸとの間には、スイッチングダイオードＤ２が配置されている。
【００３７】
尚、スイッチングダイオードＤ２の送信端子側と接地電位との間には、スイッチングダイオードＤ１のバイアス信号を接地とし、高周波信号に対して高インピーダンスとするインダクタンス素子Ｌ２を配置している。
ここで、π型フィルタ（インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２）は、スイッチングダイオードＤ１のオフ状態で、オフ容量成分と合成されて、受信信号の帯域を通過させるフィルタ特性となる。なお、この特性の決定は、各部品の回路定数によって設定される。また、スイッチングダイオードＤ１のオン状態で、オンインダクタンス成分と合成されて、送信信号及び受信信号の帯域を通過させないフィルタ特性となる。
【００３８】
このような構成により、例えば制御電圧端子ＶＣにスイッチングダイオードＤ１及びスイッチングダイオードＤ２をオンとするバイアス信号を供給すると、このバイアス信号は、スイッチングダイオードＤ１、インダクタンス素子Ｌ１、スイッチングダイオードＤ２、インダクタンス素子Ｌ２を介して接地に流れる。
【００３９】
例えば、送信動作においては、スイッチングダイオードＤ１、Ｄ２がともにオン状態となるバイアス信号を供給する。これにより、静電サージ除去回路部Ｓと送信回路ＴＸとが互いに接続されることになる。同時に、π型フィルタにおいては、スイッチングダイオードＤ１のオンインダクタンス成分と合成され、送信信号の周波数帯域を阻止する働きを行う。
【００４０】
その結果、送信信号は、コンデンサ素子Ｃ５、スイッチングダイオードＤ２、静電サージ除去回路部Ｓを介してアンテナ端子ＡＮＴに導出される。そして、送信信号は、π型フィルタ部分で遮断され、受信回路ＲＸに流れることが一切ない。
【００４１】
図２は、本発明の高周波モジュール部品に用いられる静電サージ除去回路部Ｓを有するスイッチ回路部の回路図である。
【００４２】
この例は、３つの通信システムをそれぞれ選択的に切り換えるスイッチ回路部ＳＷであり、例えば、送受信端子としては、ＧＳＭ通信用の送信端子ＴＸＧＳＭ、ＧＳＭ通信用の受信端子ＲＸＧＳＭ、ＧＳＭ通信時の送信動作と受信動作を切り換える制御端子ＶＣ１、ＤＣＳ通信時及びＰＣＳ通信時に共用して用いる送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳ、ＤＣＳ通信用の受信端子ＲＸＤＣＳ、ＰＣＳ通信時の受信端子ＲＸＰＣＳ、ＤＣＳ通信時及びＰＣＳ通信時の送信動作と受信動作と切り換える制御端子ＶＣ２、ＤＣＳ通信時の受信動作とＰＣＳ通信時の受信動作とを切り換える制御端子ＶＣ３とを有している。
【００４３】
ここで、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受周波数帯は、９００ＭＨｚ帯域であり、ＰＣＳ、ＤＣＳ通信システムの送受信帯域は、１．８ＧＨｚ帯域である。
【００４４】
このため、周波数帯域に低い側のＧＳＭ通信用のスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴから、しきい値が９００ＭＨｚから１．８ＧＨｚの間の値に設定したローパスフィルタＬＰＦ、静電サージ除去回路部Ｓを介して配置されている。このスイッチ回路部ＳＷの構成は、図１に示すように、スイッチングダイオードＤ３０１、Ｄ４０１、インダクタンス素子Ｌ３１、Ｌ４０１、コンデンサ素子Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４０１、ＳＡＷ素子ＳＦ４０１、抵抗Ｒ４０１とから構成されている。
また、周波数帯域の高い側のＰＣＳ／ＤＣＳ通信用のスイッチ回路部ＳＷは、アンテナ端子ＡＮＴから、しきい値が９００ＭＨｚから１．８ＧＨｚの間の値に設定したハイパスフィルタＨＰＦを介して配置されている。
【００４５】
このスイッチ回路部ＳＷの構成は、３つのスイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１、Ｄ７０１、５つのインダクタンス素子Ｌ３１、Ｌ４０１、コンデンサ素子Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４０１、ＳＡＷ素子ＳＦ４０１、抵抗Ｒ４０１とから構成されている。
【００４６】
動作的には、例えば、ＧＳＭ通信システムの送受信の切り換えは、基本的に図１と同一である。こので、ＧＳＭ通信システムの送受信信号は、例えば、１．８ＧＨｚ帯のような高い周波数帯域を通させないローパスフィルタＬＰＦ及び少なくとも６００〜８００ＭＨｚをカットオフ周波数とするハイパスフィルタ機能の静電サージ除去回路部Ｓを通過することになる。
【００４７】
また、例えば、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送受信の切り換えにおいて、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信時には、制御端子ＶＣ２にスイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１をオンとするバイアス信号を供給し、制御端子ＶＣ３にスイッチングダイオードＤ７０１をオフとするバイアス信号（例えば、バイアスを印加しないまたは負の電圧を与える）を供給する。これによって、スイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１はそれぞれオンとなり、スイッチングダイオードＤ７０１はオフとなる。ここで、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３は、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信信号の帯域を遮断するフィルタとして作用する。
【００４８】
従って、ＤＣＳ／ＰＣＳ通信システムの送信信号は、上述のコンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３のフィルタによって、受信端子ＲＸＤＣＳに導出されることがなく、また、オフ状態のスイッチングダイオードＤ７０１によって受信端子ＲＸＰＣＳに導出されることがない。
【００４９】
また、ＰＣＳ通信システムの受信時には、制御端子ＶＣ２にスイッチングダイオードＤ５０１をオフとするバイアス信号（例えば、バイアスを印加しないまたは負の電圧を与える）を印加し、同時に、制御端子ＶＣ３にスイッチングダイオードＤ７０１をオンとするバイアス信号を供給する。尚、スイッチングダイオードＤ７０１に供給されたバイアス信号は、スイッチングダイオードＤ６０１にも印加され、オン状態となる。ここで、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１、コンデンサ素子Ｃ６３は、ＤＣＳ通信システムの受信信号の帯域を遮断するフィルタとして作用する。即ち、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１、コンデンサ素子Ｃ６３は、両通信システムの送信信号に対して、また、ＤＣＳ通信システムの受信信号に対して遮断するフィルタとなるように各素子の回路定数を設定する必要がある。
【００５０】
従って、アンテナ端子ＡＮＴ受信され、ハイパスフィルタを通過したＰＣＳ通信システムの受信信号は、オフ状態のスイッチングダイオードＤ５０１によって、送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳに導出されることがなく、また、上述のコンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オンインダクタンス成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３のフィルタによって、受信端子ＲＸＤＣＳに導出されることがない。結果として、オン状態のスイッチングダイオードＤ７０１を介して受信端子ＲＸＰＣＳに安定して導出される。
【００５１】
また、ＤＣＳ通信システムの受信時には、制御端子ＶＣ２及び制御端子ＶＣ３に、スイッチングダイオードＤ５０１、Ｄ６０１、Ｄ７０１をそれぞれオフとなるバイアス信号（例えば、バイアスを印加しない、または負の電圧を与える）を供給する。ここで、スイッチングダイオードＤ６０１がオフ状態であるため、コンデンサ素子Ｃ６１、インダクタンス素子Ｌ６１、コンデンサ素子Ｃ６２と、スイッチングダイオードＤ６０１（オフ容量成分が発生）、コンデンサ素子Ｃ６３は、通過帯域特性が変動し、ＤＣＳ通信システムの受信信号の帯域を通過させるフィルタとして作用する。
【００５２】
従って、アンテナ端子ＡＮＴ受信され、ハイパスフィルタを通過したＤＣＳ通信システムの受信信号は、オフ状態のスイッチングダイオードＤ５０１によって、送信端子ＴＸＤＣＳ／ＰＣＳに導出されることがなく、また、オフ状態のスイッチングダイオードＤ７０１によって、受信端子ＲＸＰＣＳに導出されることがない。結果として、ＤＣＳ通信システムの受信信号は、ＳＡＷ素子ＳＦ６０１を介して受信端子ＲＸＤＣＳに安定して導出される。
【００５３】
ここで、重要なことは、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２（図２の回路では、コンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２、インダクタンス素子Ｌ１０１）の多層配線基板５１の配置構造である。
【００５４】
即ち、多層配線基板５１上に搭載した各種電子部品素子５４のうち、第２電子部品素子２と多層配線基板５１のグランド電位の端子電極５６までの最短間隔をＤ１、第２電子部品素子とスイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１（スイッチングダイオード、コンデンサ素子、抵抗、インダクタンス素子、ＳＡＷ素子）までの最短間隔をＤ２とした時、多層配線基板５１上に、第１電子部品素子１、第２電子部品素子２を、Ｄ１＜Ｄ２の関係となるよう実装した。その実装状況を図３で示す。図３において、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のうち、グランド電位の端子電極５６に最も近くに配置された部品は、例えばインダクタンス素子Ｌ１０１であり、その最短間隔はＤ１となっている。
【００５５】
また静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のうち、スイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１に最も近接する部品は、例えば、コンデンサ素子Ｃ１０１であり、第１電子部品素子１は、図１の回路図ではスイッチングダイオードＤ２、図２の回路図ではスイッチングダイオードＤ３０１である。そして、夫々の最短間隔Ｄ１、Ｄ２の関係は、Ｄ１＜Ｄ２の関係となっている。
これにより、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号は静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能によって除去され、さらに、静電サージ除去回路部Ｓを構成する第２電子部品素子２のインダクタンス素子Ｌ１０１から直ぐにグランド電位の端子電極５６に空中放電される。このため、第２電子部品素子２からスイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１に与えるダメージを減少することができる。
【００５６】
本発明者らが、種々実験した結果では、第２電子部品素子１からグランド電位の端子電極５６までの最短間隔Ｄ１を０．１５〜０．２ｍｍとし、第２電子部品素子２から第１電子部品素子１までの最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上とすることにより、特に、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのハイパスフィルタ機能と、第２電子品素子２からグランド電位への空中放電の効果により、第１電子部品素子１へのダメージを減少させることができることを確認した。
【００５７】
また、静電サージ除去回路部Ｓのコンデンサ素子Ｃ１０１、Ｃ１０２、インダクタンス素子Ｌ１０１でハイパスフィルタを構成し、回路定数を制御して、このパイパスフィルタのカットオフ周波数を６００〜８００ＭＨｚとすることが重要である。
【００５８】
これは静電サージ信号において、周波数と静電電圧との関係は、反比例の関係にある。即ち、静電サージ信号の周波数が低いほど、サージ電圧は高くなり、周波数が高くなれば、サージ電圧は低くなる。従って、スイッチ回路部ＳＷの各電子部品素子１のダメージを考慮した場合、カットオフ周波数が高く設定することが望ましい。しかし、逆にカットオフ周波数を高くすると、通信システムに必要な送受信信号帯域に損失を与えることになる。例えば、ＧＳＭ通信システムにおいては、８８０ＭＨｚから通信に必要な周波数領域となり、例えば、カットオフ周波数を８５０ＭＨｚとして、実際には、８８０ＭＨｚの信号に損失を与えることになる。
【００５９】
この両者を考慮した場合、例えば、ＧＳＭ通信システムにおける損失を０．２ｄＢ未満に抑えるため、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数を８００ＭＨｚ以下とすることが望ましい。
【００６０】
同時に、第１電子部品素子１、特に、ＳＡＷ素子ＳＦの櫛歯電極で発生する静電破壊を考慮すると、サージ電圧を１８０Ｖ以下に抑える必要があり、周波数的には６００ＭＨｚ以上に設定する必要がある。
【００６１】
以上の点から、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数は、６００〜８００ＭＨｚ程度に設定することが重要である。
【００６２】
図４は、静電サージ除去回路部Ｓのカットオフ周波数と、サージ電圧との関係（黒塗りの四角マーク及び黒塗りの丸印マーク）及びＧＳＭ通信システムの送信信号の損失との関係を示している。
【００６３】
図４において、黒塗りの四角マークは第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６との間の最短間隔Ｄ１を０．３ｍｍに設定したものであり、黒塗りの丸印マークは第２電子部品素子２とグランド電位との間の最短間隔Ｄ１を０．１５ｍｍに設定した時のサージ電圧の違いを示している。
【００６４】
このように、第２電子部品素子２からグランド電位の端子電極５６までの最短間隔Ｄ１を０．１５ｍｍ以上として、第１電子部品素子１のいずれかから第２電子部品素子２のいずれかまでの最短間隔Ｄ２を０．２５ｍｍ以上の値として、Ｄ２＞Ｄ１となっている。図４の結果のように、アンテナ端子ＡＮＴから入った静電サージ信号を、静電サージ除去回路部Ｓのフィルタ機能の効果によって、特に第２電子部品素子２からグランド電位への空中放電の効果を高めることにより、第１電子部品素子１のダメージ、特にＳＡＷ素子のダメージを減少させることができた。
【００６５】
また、第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６の最短間隔Ｄ１が０．２ｍｍを越えると、第２電子部品素子２とグランド電位の端子電極５６との間の空中放電が発生しにくくなるため、最短間隔Ｄ１を０．２ｍｍを越えない値とすることが重要である。
【００６６】
具体的な高周波モジュール部品構造は、以下のとおりである。多層配線基板５１は、ガラスセラミック材料からなる誘電体層５２を複数積層した基板からなり、各誘電体層５２の層間には、配線、ストリップライン、グランド電位の導体膜が配置され、さらに、各誘電体層５２を貫通するビアホール導体が形成されている。この配線、ストリップライン、グランド電位を含めて内部配線パターンとなる。また、多層回路基板５１の一方主面に、配線、ストリップライン、グランド配線、インダクタンス素子、コンデンサ素子、スイッチングダイオード、抵抗、ＳＡＷ素子などの各電子部品素子５４が搭載されている。尚、内部の配線パターン５５及び誘電体層５２を利用してコンデンサ素子が形成され、また、基板表面の配線パターンの一部の厚膜抵抗体膜によって、抵抗素子が形成されている。ここで、電子部品素子５４は、スイッチ回路部ＳＷを構成する第１電子部品素子１であり、また、静電サージ除去回路部Ｓを構成する電子部品素子５４である。また、第１電子部品素子１のなかで、ＳＡＷ素子ＳＦについては、他の電子部品素子とは異なる扱いを要する。即ち、ＳＡＷ素子ＳＦは、埃を嫌うために気密封止が必要となる。多層配線基板５１上に搭載されているＳＡＷ素子ＳＦは、例えば、リチウムタンタレート単結晶基板などの圧電基板上にバランス出力型インターデジタル電極（櫛歯電極）が形成されており、例えば、多層配線基板５１の表面配線パターン５３にフリップチップ実装されて、圧電基板を気密封止可能な筐体状ケースで被覆する必要がある。
【００６７】
また、高周波モジュール部品として、静電サージ除去回路部Ｓを有するスイッチ回路部ＳＷ以外に、特に受信回路やその一部、送信回路やその一部を一体化する場合には、ＩＣチップが必要となる。この場合、多層配線基板５１の表面にキャビティを形成し、このキャビティ内に、ＳＡＷ素子ＳＦとともに、ＩＣチップを収容して、ボンディングワイヤやフリップチップでキャビティ内に露出した内部配線パターンに接続し、そのキャビティ開口を金属蓋体で気密封止を行ってもよい。
【００６８】
また、内部配線パターン５５は、銀、銀白金、銅などからなり、特に、ストリップラインとなる導体の幅は１００〜１５０μｍ、厚みは５〜２５μｍである。さらに、誘電体層５２は、その厚みは１層当たり８０μｍで９層の積層で構成されている。
【００６９】
また、多層配線基板５１の表面の配線パターン４３には、各電子部品素子５４が半田を介して、また、ボンディングワイヤやハンダバンプによって電気的に接続するように接合され、その後、これらの各電子部品素子５４を被覆するシールドケース５８が取着されている。このシールドケース５８は、多層配線基板５１の端面に形成したグランド電位の端子電極５６に、シールドケース５８の脚部５９でハンダを介して接合されて、シールドケース５８全体がグランド電位となる。
【００７０】
これにより、高周波モジュール部品は、多層配線基板５１の上面側は、シールドケース５８が、多層配線基板５１の底面側は例えばグランド電位の導体膜が配置されているため、全体としてシールドされた容器に囲われていることになり、外来ノイズ、または、スイッチ回路部ＳＷの特にスイッチングダイオードなどから発生し、外部の回路に影響を与えるノイズを低減している。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、アンテナとスイッチの間にハイパスフィルタ機能の静電サージ除去回路を配置している。特に、静電サージ除去回路部を構成する電子部品素子とグランド電位の端子電極との間の最短間隔を適切に設定したため、スイッチ回路部のスイッチングダイオードやＳＡＷ素子などが静電サージ信号の影響を受けず、最良の特性を得ることができる。
【００７２】
特に、静電サージ除去回路のカットオフ周波数を６００〜８００ＭＨｚとすることで、通信システムの送受信、特に、ＧＳＭ通信システムなどの通信帯域の特性を劣化させることなく十分な静電サージ対策を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波モジュール部品の回路図である。
【図２】本発明の他の高周波モジュール部品の回路図である。
【図３】本発明の高周波モジュール部品の部分平面図である。
【図４】本発明の条件を決めるカットオフ周波数と静電サージ電圧低下及びＧＳＭ通信システムの通過帯域ロスの関係を示す特性図である。
【図５】典型的な高周波モジュール部品の分解斜視図である。
【図６】従来の高周波モジュール部品の回路図である。
【符号の説明】
５０ 高周波モジュール部品
５１ 多層配線基板
５２ 誘電体層
５３ 配線パターン
５４ 電子部品
５６ グランド電位の端子電極
Ｓ 静電サージ除去回路部
ＳＷ スイッチング回路部
１ 第１電子部品素子
２ 第２電子部品素子
Claims (3)
- 多層配線基板の端面に、グランド電位の端子電極及びアンテナに接続するアンテナ端子電極が形成され、
前記多層配線基板の表面に、前記アンテナから受信された受信信号を受信回路に、送信回路の送信信号を前記アンテナに夫々選択的に供給制御するスイッチ回路部を構成する複数の第１電子部品素子と、前記アンテナと前記スイッチ回路部との間に直列配置された第１及び第２のコンデンサ素子、並びに一端が前記グランド電位の端子電極に接続され、他端が前記第１及び第２のコンデンサ素子に接続されたインダクタンス素子からなる複数の第２電子部品素子とを搭載してなる高周波モジュール部品において、
前記インダクタンス素子の他端から前記グランド電位の端子電極までの最短間隔をＤ１とし、前記複数の第１電子部品素子のいずれかから前記第２電子部品素子のいずれかまでの最短間隔をＤ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２を満足することを特徴とする高周波モジュール部品。 - 前記複数の第２電子部品素子は、カットオフ周波数が６００〜８００ＭＨｚのハイパスフィルタを構成していることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール部品。
- 前記最短間隔Ｄ１が０．１５〜０．２ｍｍの範囲であり、前記最短間隔Ｄ２が０．２５ｍｍ以上の値であることを特徴とする請求項１記載の高周波モジュール部品。
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