JP4112484B2 - 無線機器及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線機器に関し、特に無線送受信回路を同一半導体チップ上に集積化した半導体装置及びそれを用いた無線機器に関する。
携帯電話などに用いられる無線機器では、送信部及び受信部は筐体の中に納められている。無線機器の受信部では、無線機器自身の送信部から回り込んでくるスプリアスや他の無線機器からの干渉波等の妨害波により、電気的特性が劣化する。受信部においてもっとも近い妨害波発生源は送信部である。送信部と受信部を同じシールドで遮蔽しても、例えば簡易型携帯電話(PHS)で用いられている送信と受信とタイミングが異なる時分割複信(TDD)方式の無線機器では、受信時に送信部の動作を停止することができ、スプリアスは発生しない。しかし、符号分割多重接続(CDMA)方式を利用した携帯電話の規格の一つであるアイ・エス−95(IS−95)や、第3世代移動体通信システムの標準化プロジェクト(3GPP)で規格されている通信方式では、送信部と受信部が同時に動作する。このように、送信部と受信部が同時に動作する通信システムに用いられる無線機器においては、送信高周波出力信号の一部あるいはスプリアス等が妨害波となって受信部に回り込み、受信感度の劣化などの問題が生じてしまう。したがって、無線機器では、受信部の電気的特性の劣化を防ぐため、送信部及び受信部それぞれを接地された導体でシールドすることが必要となる。通常の無線機器の部品は送信用、受信用に分かれていて、それぞれ分離して配置することが可能であるため、送信部及び受信部を独立にシールドできる。また、接地されたシールドにより、送信部及び受信部間の電気的なアイソレーションも十分とれ、送信部から受信部への送信信号の回り込みを抑えることができる。
しかし、無線機器に対する小型化の要求から送信部及び受信部の集積化が進み、送信部及び受信部の一部をモノリシックに集積化して、1つの外囲器に収めた送受信回路一体型の集積回路による半導体装置が開発されている。このような送受信回路一体型の半導体装置を用いる無線機器においては、外部の無線機器からの干渉波に対するシールドは可能であるが、送信部及び受信部を完全に分離するようにシールドを設けることは困難である。したがって、送信部からのスプリアス等の妨害波が受信部に回り込み、無線機器の受信特性を劣化させてしまう。また、送受信回路一体型の半導体装置の半導体チップでは、送信側からの漏洩信号が受信側に回り込み、受信回路の特性を劣化させる。
本発明は、このような課題を解決し、送受信回路一体型の半導体装置を用いて小型化し、且つ送信部から受信部に回り込む妨害波を抑制して受信特性の劣化を低減することが可能な無線機器を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、送信側から受信側に回り込む漏洩信号を抑制して受信特性の劣化を低減することが可能な送受信回路一体型の半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、(イ)アンテナ端子に接続されるアンテナ共用器、アンテナ共用器にそれぞれ接続される受信増幅部及び送信増幅部、受信増幅部及び送信増幅部の延在する領域で受信増幅部及び送信増幅部にそれぞれ接続される受信処理部及び送信処理部を有する半導体装置、及び半導体装置に接続されるベースバンド処理部が配置された実装基板と、(ロ)受信増幅部、送信増幅部及び半導体装置を覆うシールドケースと、(ハ)シールドケースの内部の一端から受信増幅部及び送信増幅部の間を分離するようにシールドケースから実装基板表面に達して配置された第1の仕切りと、(ニ)第1の仕切りから延在し半導体装置を跨ぐようにシールドケースに配置された切り込みからシールドケースの他端に延在する第2の仕切りとを備える無線機器であることを要旨とする。
本発明の第2の態様は、(イ)高周波受信信号をベースバンド受信信号に変換する受信処理部、ベースバンド送信信号を高周波送信信号に変換する送信処理部、及び受信処理部と送信処理部とを分離するように配置された接地領域をモノリシックに集積化した半導体チップと、(ロ)半導体チップの一端側に設けられた高周波受信信号の受信入力端子及び高周波送信信号の送信出力端子の間に配置され、前記接地領域に接続された第1の接地端子と、(ハ)一端に対向する他端側に設けられたベースバンド受信信号の受信出力端子及びベースバンド送信信号の送信入力端子の間に配置され、前記接地領域に接続された第2の接地端子と、(ニ)半導体チップを封止する外囲器とを備える半導体装置であることを要旨とする。
本発明によれば、送受信回路一体型の半導体装置を用いて小型化することができ、且つ送信部から受信部に回り込む妨害波を抑制して受信特性の劣化を低減することが可能な無線機器を提供することができる。
また、本発明によれば、送信側から受信側に回り込む漏洩信号を抑制して受信特性の劣化を低減することが可能な送受信回路一体型の半導体装置を提供することができる。
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下の図面においては送信部および受信部をダイレクトコンバージョン方式(直接変換方式)で構成したもので説明するが、送信部あるいは受信部のどちらか一方あるいは両方ともスーパーへテロダイン方式で構成されたものでも良い。
本発明の実施の形態に係る無線機器は、図1に示すように、アンテナ38と、アンテナ38に接続されるアンテナ共用器36と、アンテナ共用器にそれぞれ接続される受信部32及び送信部34と、受信部32及び送信部34に接続されるベースバンド処理部30とを備える。アンテナ共用器36は、アンテナ38を送受信共用とするために設けられ、受信信号と送信信号を周波数の違いによって分離し、送信部34から出力された送信信号が受信部32に回り込んだり、アンテナ38で受信した信号が送信部34に回り込んで特性劣化を起こさないようにする。受信部32は、アンテナ共用器36から伝送される高周波(RF)受信信号をベースバンド受信信号に変換する。送信部34は、ベースバンド送信信号をRF送信信号に変換してアンテナ共用器36に伝送する。ベースバンド処理部30は、受信部32から入力されたベースバンド受信信号を受信信号に復調し、また、送信信号をベースバンド送信信号に変調して送信部34に出力する。
受信部32には、RF受信信号を増幅する受信増幅部40、及び増幅されたRF受信信号をベースバンド受信信号に変換して増幅する受信処理部46が設けられている。受信増幅部40には、アンテナ共用器36に接続された低雑音増幅器(LNA)48と、LNA48に接続されたRFフィルタ50が設けられている。アンテナ共用器36を介してアンテナ38で受信されたRF受信信号は、LNA48により増幅され、RFフィルタ50により、帯域外信号成分が減衰させられる。受信処理部46は、受信直交復調部42と、受信ベースバンド増幅部44とを備えている。受信直交復調部42には、RFフィルタ50にそれぞれ接続されたミキサ52a、52bと、位相シフタ54を介してミキサ52a、52bに接続される局部発振器(LO)56が設けられている。RFフィルタ50から分岐されてミキサ52a、52bに入力されたRF受信信号は、LO56の発振信号を位相シフタ54により互いに直交する位相で分岐したLO信号と混合され、互いに直交するベースバンド受信信号に変換(ダウンコンバート)される。受信ベースバンド増幅部44には、ミキサ52a、52bにそれぞれ接続されたベースバンドフィルタ58a、58bと、ベースバンドフィルタ58a、58bにそれぞれ接続された可変利得増幅器60a、60bが設けられている。ミキサ52a、52bから出力された互いに直交するベースバンド受信信号は、ベースバンドフィルタ58a、58bによりそれぞれ帯域外信号成分が減衰され、可変利得増幅器60a、60bにより所定のレベルに増幅される。このようにして、受信処理部46の受信ベースバンド増幅部44から、互いに直交するベースバンド受信信号RBa、RBbがベースバンド処理部30に出力される。
ここで、受信直交復調部42のLO56の発振信号の発振周波数は、RF受信信号の周波数に対してほぼ等しい周波数となるように、ベースバンド処理部30から出力される受信LO制御信号RLCにより制御される。あるいは、LO56の発振信号の発振周波数はRF受信信号のn倍(nは2以上の整数)となるように制御し、位相シフタ54に設けた分周回路でn分周して、ミキサ52a、52bに入力するようにしてもよい。また、LNA48、及び可変利得増幅器60a、60bの利得は、ベースバンド処理部30から出力される受信利得制御信号RGCにより制御される。
送信部34には、ベースバンド送信信号を増幅してRF送信信号に変化する送信処理部68、及びRF送信信号を電力増幅する送信増幅部70が設けられている。送信処理部68は、送信ベースバンド増幅部62と、送信直交変調部64と、RF増幅器66とを備えている。送信ベースバンド増幅部62には、ベースバンド処理部30にそれぞれ接続されたベースバンドフィルタ72a、72bと、ベースバンドフィルタ72a、72bに接続された可変利得増幅器74a、74bが設けられている。ベースバンド処理部30で変調されたベースバンド送信信号TBa、TBbは、ベースバンドフィルタ72a、72bによりそれぞれ帯域外信号成分が減衰され、可変利得増幅器74a、74bにより所定のレベルに増幅される。送信直交変調部64には、可変利得増幅器74a、74bにそれぞれ接続されたミキサ78a、78bと、位相シフタ80を介してミキサ78a、78bに接続されるLO76が設けられている。可変利得増幅器74a、74bからそれぞれミキサ78a、78bに入力されたベースバンド送信信号は、LO56の発振信号を位相シフタ54により互いに直交する位相で分岐したLO信号と混合され、互いに直交するRF送信信号に変換(アップコンバート)される。RF増幅器66には、ミキサ78a、78bの出力が結合されて接続されている。ミキサ78a、78bでアップコンバートされたRF送信信号は、RF増幅器66により所定のレベルに増幅される。送信増幅部70には、RF増幅器66に接続されたRFフィルタ82と、RFフィルタ82に接続された送信電力増幅器(HPA)84と、HPA84に接続されたアイソレータ86とが設けられている。RF増幅器66から出力されたRF送信信号は、RFフィルタ82により帯域外信号成分が減衰させられ、HPA84により電力増幅されて、アイソレータ86を介してアンテナ共用器36に出力される。
ここで、送信直交変調部64のLO76の発振信号の発振周波数は、RF送信信号の周波数に対してほぼ等しい周波数となるように、ベースバンド処理部30から出力される送信LO制御信号TLCにより制御される。あるいは、LO76の発振信号の発振周波数はRF送信信号のn倍(nは2以上の整数)となるように制御し、位相シフタ80に設けた分周回路でn分周して、ミキサ78a、78bに入力するようにしてもよい。また、RF増幅器66、及び可変利得増幅器74a、74bの利得は、ベースバンド処理部30から出力される受信利得制御信号TGCにより制御される。
実施の形態に係る無線機器では、図2に示すように、受信処理部46及び送信処理部68が同一の半導体チップ90上にモノリシックに集積化されている。例えば、矩形状の半導体チップ90の紙面に向かって右半面の領域に受信処理部46、及び紙面に向かった左半面の領域に送信処理部68が配置される。受信処理部46のRF受信信号入力部、及び送信処理部68のRF送信信号出力部は、紙面に向かって半導体チップ90の上端部に配置され、ベースバンド受信信号出力部及びベースバンド送信信号入力部は、紙面に向かって半導体チップ90の下端部に配置されている。また、受信処理部46及び送信処理部68の間に、紙面に向かって上下方向に沿って半導体チップ90の上端近傍から下端近傍に延在する短冊形状の接地領域92が配置されている。
受信処理部46が配置された領域では、受信直交復調部42のミキサ52a、52bに接続されたRF受信信号入力用のボンディングパッド88aが、半導体チップ90の上端近傍に設けられている。半導体チップ90の下端近傍には、受信ベースバンド増幅部44の可変利得増幅器66a、66bにそれぞれ接続されたベースバンド受信信号出力用のボンディングパッド88b、88cが設けられている。また、半導体チップ90の右端近傍に、可変利得増幅器60a、60bの利得制御信号用のボンディングパッド88d、及び右下端近傍にLO56のLO制御信号用のボンディングパッド88eが設けられている。
送信処理部68が配置された領域では、送信ベースバンド増幅部62のベースバンドフィルタ72a、72にそれぞれ接続されたベースバンド送信信号入力用のボンディングパッド88f、88gが、半導体チップ90の下端近傍に設けられている。半導体チップ90の上端近傍には、RF増幅器66に接続されたRF送信信号出力用のボンディングパッド88hが設けられている。また、半導体チップ90の左端近傍に、RF増幅器66及び可変利得増幅器74a、74bの利得制御信号用のボンディングパッド88i、及び左下端近傍にLO76のLO制御信号用のボンディングパッド88jが設けられている。
図2に示した半導体チップ90は、例えば図3に示すように、面実装形のクワッドフラットパッケージ(QFP)等のリードフレームのダイパッド95にダイボンディングされる。その後、ボンディングパッド88a〜88jは、金(Au)等のボンディング線96を用いて、受信入力端子200、受信出力端子202a、202b、受信利得制御端子204、受信LO制御端子206、送信入力端子208a、208b、送信出力端子210、送信利得制御端子212、及び送信LO制御端子214にそれぞれ接続される。接地領域92の半導体チップ90の上端側の領域が、受信入力端子200及び送信出力端子210の間に配置された第1の接地端子98a、98b、98cにボンディング線96を用いて接続される。また、接地領域92の半導体チップ90の下端側の領域が、受信出力端子202a、202b及び送信入力端子208a、208bの間に配置された第2の接地端子99a、99bにボンディング線96を用いて接続される。
半導体チップ90に設けられた接地領域92は、ボンディング線96でボンディングされた第1及び第2の接地端子98a〜98c、99a、99bを介して無線機器の接地(図示省略)に接続される。接地領域92及び無線機器の接地間の抵抗を低減するために、第1及び第2の接地端子98a〜98c、99a、99bの数は多いほうが望ましい。また、第1の接地端子98a、98bと第2の接地端子99a、99bは半導体チップ90を挟んで対向して配置されされている。
リードフレームに半導体チップ90をボンディングした後、半導体チップ90及びボンディング線96は、図示しないエポキシ樹脂等の外囲器により封止される。このようにして、送受信回路を一体化した半導体装置が形成される。実施の形態に係る半導体装置では、図2に示したように、接地領域92が受信処理部46及び送信処理部68の間に配置されている。送信処理部68で伝送されるRF送信信号やベースバンド送信信号からの電気的雑音である漏洩信号は、接地領域92で吸収される。
実施の形態に係る無線機器の実装基板102上に配置された送受信回路は、図4に示すように、実装基板102の一端の隅に設けられたアンテナ端子108と、実装基板102の一端に配置されたアンテナ共用器36と、アンテナ共用器36から実装基板102の他端に向かって並列に配置された受信増幅部40及び送信増幅部70と、受信増幅部40及び送信増幅部70を挟んでアンテナ共用器36に対向して配置された半導体装置100と、半導体装置100に対向して実装基板102の他端に近傍に配置されたベースバンド処理部30とを備えている。受信増幅部40、送信増幅部70及び半導体装置100は、アンテナ共用器36及びベースバンド処理部30の間で、Auや銅(Cu)等の導体層で形成された外周シールド接地部104で囲まれた領域に配置されている。受信増幅部40及び送信増幅部70の間には、外周シールド接地部104に接続され、半導体装置100の近傍まで延在する導体層で形成された仕切りシールド接地部106aが設けられている。また、半導体装置100を挟んで仕切りシールド接地部106aに対向する位置に、外周シールド接地部104に接続され、半導体装置100の近傍まで延在する導体層で形成された仕切りシールド接地部106bが設けられている。
アンテナ端子108は、RF信号線107によりアンテナ共用器36に接続される。アンテナ共用器36は、受信RF信号線51により、受信増幅部40のLNA48及びRFフィルタ50を介して半導体装置100の受信入力端子200に接続される。また、アンテナ共用器36は、送信RF信号線81により、送信増幅部70のアイソレータ86、HPA84、及びRFフィルタ82を介して半導体装置の送信出力端子210に接続される。受信RF信号線51及び送信RF信号線81は、外周シールド接地部104を迂回するために、外周シールド接地部104を挟んでアンテナ共用器36とLNA48及びアイソレータ86のそれぞれの近傍に設けられたスルーホール110を介して実装基板102の中間層あるいは裏面に線路の一部が設けられる。なお、外周シールド接地部104及び仕切りシールド接地部106a、106bは、実装基板に設けられた無線機器の接地に接続される。
また、半導体装置100の受信出力端子202a、202b、及び送信入力端子208a、208bは、受信出力線55a、55b、及び送信入力線85a、85bによりベースバンド処理部30に接続される。受信利得制御端子204、受信LO制御端子206、送信利得制御端子212、及び送信LO制御端子214もそれぞれ、制御信号線53a、53b、83a、83bによりベースバンド処理部30に接続される。制御信号線53aは、受信利得制御端子204から更に、LNA48に接続される。受信出力線55a、55b、送信入力線85a、85b、及び制御信号線53a、53b、83a、83bも受信RF信号線51及び送信RF信号線81と同様に、それぞれスルーホール110を介して外周シールド接地部104を迂回して配線されている。更に、半導体装置100の第1の接地端子98a〜98c及び第2の接地端子99a、99bはそれぞれ、仕切りシールド接地部106a及び106bに接地線101a及び101bにより接続される。
実装基板102には、図5に示すように、金属等の導体のシールドケース112及びシールド仕切り114が、外周シールド接地部104及び仕切りシールド接地部106a、106bに電気的に接触するように設けられる。即ち、シールドケース112及びシールド仕切り114は、外周シールド接地部104及び仕切りシールド接地部106a、106bを介して、無線機器の接地に接続される。シールド仕切り114は、図4に示した受信増幅部40及び送信増幅部70を分離する第1の仕切り115aと、半導体装置100を挟んで対向するように設けられる第2の仕切り115bと、半導体装置100を跨ぐように設けられる切り込み115cとを有する。
シールドケース112は、図5のシールド仕切り114に沿ったA−A断面図である図6(a)及び第1の仕切り115aの長手方向に直交する方向のB−B断面図である図6(b)に示すように、受信増幅部40、送信増幅部70、及び半導体装置100を覆う筐体である。シールド仕切り114は、図6(a)に示すように、シールドケース112の側面及び上面に隙間無く接して設けられている。シールド仕切り114の第1及び第2の仕切り105a、105b、及び切り込み115cと外囲器97で封止された半導体装置100との間の隙間116は、半導体装置100の製造誤差や組み立て誤差を考慮した組み立てマージンに相当する空間である。第1の仕切り105aは、図6(b)に示すように、受信増幅部40及び送信増幅部70を空間的に遮断するようにシールドケース112の上面及び仕切りシールド接地部106aに接触して設けられている。
上述のように、実施の形態では、送受信回路一体型の半導体装置100が用いられているため、無線機器の小型化が可能となる。また、シールドケース112及びシールド仕切り114は、無線機器の接地に接続された導体である。したがって、シールドケース112により、受信部32及び送信部34に配置された受信増幅部40、送信増幅部70及び半導体装置100に対する外部の無線機器からの干渉波を遮断することができる。また、シールド仕切り114の第1の仕切り105aにより、送信増幅部70から放射されるスプリアス等が受信増幅部40に直接干渉することを抑制することが可能となる。シールド仕切り114の隙間116は、半導体装置100の組み立てマージン程度に抑えられているため、送信部34から受信部32に漏洩する妨害波を低減することができる。更に、半導体装置100の接地領域92により、受信処理部46及び送信処理部68の間のアイソレーションがなされているため、送信処理部68の送信RF信号や送信ベースバンド信号からの漏洩信号が受信処理部46に与える電気的な劣化を防止することができる。このように、実施の形態にかかる無線機器では、送受信回路一体型の半導体装置100を用いて小型化することができ、且つ送信部34から受信部32に回り込む妨害波及び漏洩信号を抑制して受信部32の受信特性の劣化を低減することが可能となる。
上記の説明に用いた半導体チップ90では、図2に示したように、接地領域92は受信処理部46及び送信処理部68の共用の接地として、半導体チップ90の一端から他端まで延在して設けている。例えば、図7に示すように、半導体チップ90aに、受信処理部46及び送信処理部68のそれぞれに専用の受信接地領域92a及び送信接地領域92bを、受信処理部46及び送信処理部68間に設けてもよい。受信処理部46及び送信処理部68の接地が、受信接地領域92a及び送信接地領域92bと分離されているため、接地を介して送信処理部68の送信RF信号や送信ベースバンド信号が受信処理部46に干渉することを抑制することができる。したがって、受信処理部の受信特性の劣化を更に効率よく防止することが可能となる。
また、半導体装置100の受信処理部46及び送信処理部68の回路パターンレイアウトによっては、図2に示したような半導体チップ90の一端から他端まで延在する接地領域92を配置できない場合が生じる。例えば、図8に示すように、半導体チップ90bに、受信直交復調部42の入力部及びRF増幅器66の間に設けた第1の接地領域92cと、受信ベースバンド増幅部44及び送信ベースバンド増幅部62の間に第2の接地領域92dとを設けてもよい。第1の接地領域92cで送信RF信号の干渉を防止し、第2の接地領域92dで送信ベースバンド信号による干渉を防止することができる。または、受信処理部46の受信直交復調部42の入力部及び送信処理部68のRF増幅器66の間に第1の接地領域92cのみを設けてもよい。RF増幅器66の出力部では、送信処理部68の中で送信RF信号の強度が最大とり、受信RF信号が伝送される受信直交復調部42の入力部に与える干渉が最も強くなる。したがって、第1の接地領域92cを配置することにより、送信RF信号による受信処理部46の受信特性の劣化を抑制することができる。
また、実施の形態の無線装置に用いる半導体チップ90cに、図9に示すように、受信処理部46及び送信処理部68の間に配置された接地領域92に加えて、受信処理部46の受信RF信号の入力部及び送信処理部68の送信RF信号の出力部の領域で、半導体チップ90の端部の近傍に受信側接地領域92e及び受信側接地領域92fをそれぞれ設けてもよい。受信側接地領域92e及び受信側接地領域92fは、図10に示すように、半導体装置100aの受信入力端子200及び送信出力端子210が設置された紙面の上端側の紙面の左右両側の辺に設置された第3の端子198a、198b、及び198c、198dにボンディングされている。第3の端子198a、198b、及び198c、198dは、接地線101c及び101dを介して外周シールド接地部104aに接続されている。したがって、送信処理部68から半導体チップの裏面側に回り込んでくる送信RF信号の漏洩信号を抑えることができ、受信特性の劣化を防止することが可能となる。
上述した送受信回路一体型の半導体装置100には、一組の受信処理部46及び送信処理部68を有する送受信回路が設けられている。しかし、送受信回路は、一組に限定されず、複数個設けられてもよい。例えば、半導体チップ90dには、図11に示すように、紙面上で半導体チップ90の左端近傍から右端近傍に向かって、第1の送信処理部68a、第2の送信処理部68b、第1の受信処理部46a、及び第2の受信処理部46bが配置されている。第1の送信処理部68a及び第1の受信処理部46aは、第1の送受信回路として動作する。第2の送信処理部68b及び第2の受信処理部46bは、第2の送受信回路として動作する。第1及び第2の送信処理部68a、68bが配置された領域と、第1及び第2の受信処理部46a、46bが配置された領域との間に、紙面上で半導体チップ90dの上端近傍より下端近傍に延在する接地領域92gが設けられている。第1の送信処理部68aと第2の送信処理部68b、及び第1の受信処理部46aと第2の受信処理部46bは、図2に示した送信処理部68及び受信処理部46と同様の構成である。
半導体チップ90dの上端近傍には、第1及び第2の送信処理部68a、68bの送信RF信号出力用のボンディングパッド89h、89rと、第1及び第2の受信処理部46a、46bの受信RF信号入力用のボンディングパッド89a、89kが設けられている。半導体チップ90eの下端近傍には、第1及び第2の送信処理部68a、68bの送信ベースバンド信号入力用のボンディングパッド89g、89f、及び89p、89qと、第1及び第2の受信処理部46a、46bの受信ベースバンド信号出力用のボンディングパッド89b、89c、及び89l、89mが設けられている。また、半導体チップ90eの下端近傍には、第1の送信処理部68aの送信LO制御信号用のボンディングパッド89jと、第2の送信処理部68bの送信利得制御信号用及び送信LO制御信号用のボンディングパッド89s、89tと、第1の受信処理部46aの受信利得制御信号用及び受信LO制御信号用のボンディングパッド89d、89eと、第2の受信処理部46bの受信LO制御信号用のボンディングパッド89oとが設けられている。更に、半導体チップ90eの左端近傍には、第1の送信処理部68aの送信利得制御信号用のボンディングパッド89iと、右端近傍には第2の受信処理部46bの受信利得制御信号用のボンディングパッド89nが設けられている。
第1及び第2の送受信回路は、ベースバンド処理部に設けられた切り替え制御部により切り替えられて動作する。半導体チップ90dの接地領域92gは、第1及び第2の送受信回路の第1及び第2の送信処理部68a、68bと第1及び第2の受信処理部46a、46bの間に設けられている。したがって、第1あるいは第2の送受信回路の動作時に、接地領域92gによりそれぞれの送受信間のアイソレーションがなされているため、第1及び第2の送信処理部68a、68bの送信RF信号や送信ベースバンド信号の漏洩信号が第1及び第2の受信処理部46a、46bに与える電気的な劣化を防止することができる。なお、第1及び第2の送受信回路の切り替え制御部の設置場所は、ベースバンド処理部に限定されない。例えば、切り替え制御部を半導体チップ90dに設けてもよい。この場合、半導体チップ90dに設けられた切り替え制御部に、ベースバンド処理部から切り替え信号が伝送される。
(実施の形態の第1の変形例)
本発明の実施の形態の第1の変形例に係る無線機器に用いる半導体チップ90eでは、図12に示すように、回路パターンレイアウトにより、受信処理部46の受信RF信号入力用のボンディングパッド88aが、接地領域92hの近傍に配置されている。このため、ボンディングパッド88aの近傍の接地領域92hの形状が、斜めに形成されている。
図13に、実施の形態の第1の変形例に係る半導体装置100bの実装の一例を示す。ボンディングパッド88aは、受信入力端子200aにボンディングされている。その結果、接地領域92hがボンディングされた第1の接地端子98d、98e及び第2の接地端子99c、99dは、位置がずれて対向している。外周シールド接地部104bに接続された仕切りシールド接地部106cは、受信増幅部40及び送信増幅部70の間の途中で送信増幅部70の側にクランク状に曲げられて、第1の接地端子98d、98eに接地線101aを介して接続されている。したがって、実施の形態の第1の変形例では、仕切りシールド接地部106c、106dのそれぞれの半導体装置100b側の端部は、位置がずれて対向している点が、実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
実装基板102には、図14に示すように、図13に示した外周シールド接地部104b及び仕切りシールド接地部106c、106d上に、シールドケース112a及びシールド仕切り114aが設けられる。シールド仕切り114aの第1の仕切り115dは、仕切りシールド接地部106cに設けられるため、途中で送信増幅部70の側にクランク状に曲げられている。また、第1の仕切り115dに接続された切り込み115fは、逆に受信増幅部40の側にクランク上に曲げられ、第2の仕切り115eに接続されている。
実施の形態の第1の変形例では、送受信回路一体型の半導体装置100bが用いられているため、無線機器の小型化が可能となる。また、シールドケース112aにより、受信部32及び送信部34に配置された受信増幅部40、送信増幅部70及び半導体装置100bに対する外部の無線機器からの干渉波を遮断することができる。また、シールド仕切り114aの第1の仕切り105dにより、送信増幅部70から放射されるスプリアス等が受信増幅部40に直接干渉することを抑制することが可能となる。更に、半導体装置100bの接地領域92hにより、受信処理部46及び送信処理部68の間のアイソレーションがなされているため、送信処理部68の送信RF信号や送信ベースバンド信号の漏洩信号が受信処理部46に与える電気的な劣化を防止することができる。このように、実施の形態の第1の変形例に係る無線機器では、送受信回路一体型の半導体装置100bを用いて小型化することができ、且つ送信部34から受信部32に回り込む妨害波及び漏洩信号を抑制して受信部32の受信特性の劣化を低減することが可能となる。
(実施の形態の第2の変形例)
本発明の実施の形態の第2の変形例に係る無線機器に用いる半導体チップ90fには、図15に示すように、受信処理部46の入力側の右端領域にLNA48aが設けられている。LNA48aの信号出力及び入力用のボンディングパッド88k、88lはそれぞれ、受信処理部46の信号入力用のボンディングパッド88aの近傍、及び半導体チップ90fの入力側の右端近傍に配置されている。このように、LNA48aが半導体チップ90fの受信処理部46に集積化されるため、図16に示すように、受信側の外周シールド接地部104cを、RFフィルタ50が配置された位置の近傍まで縮小することができる。このため、外周シールド接地部104cは、受信側のRFフィルタ50及び送信増幅部70を分離する領域でクランク状に曲げられている。アンテナ共用器36は、クランク状の外周シールド接地部104cのステップ部で送信増幅部70に対向する受信側の領域に配置される。したがって、実装基板102aの小型化が可能になる。実施の形態の第2の変形例では、LNA48aを半導体チップ90fに集積化した半導体装置100cを用いることにより、アンテナ共用器36を受信側に設けて実装基板102aを小型化する点が、実施の形態と異なる。他の構成は同様であるので、重複する記載は省略する。
アンテナ共用器36に接続された受信RF信号線51は、スルーホール110を介して外周シールド接地部104を迂回して、LNA48aの信号入力用のボンディングパッド88lにボンディングされたLNA入力端子218に配線されている。RFフィルタ50は、入力部がLNA48aの信号入力用のボンディングパッド88kにボンディングされたLNA入力端子216に接続され、出力部が半導体装置100cの受信入力端子200に接続されている。また、アンテナ共用器36に接続された送信RF信号線81は、スルーホール110を介して外周シールド接地部104を迂回して、送信増幅部70に接続されている。
受信側のRFフィルタ50及び送信増幅器70の間に仕切りシールド接地部106eが設けられ、接地線101aにより、第1の接地端子98a〜98cに接続されている。半導体装置100cを挟んで仕切りシールド接地部106eに対向する仕切りシールド接地部106fは、接地線101bにより第2の接地端子99a、99bに接続されている。
実施の形態の第2の変形例では、実装基板102a上に、図16に示した外周シールド接地部104c及び仕切りシールド接地部106e、106f上に、図示しないシールドケース及びシールド仕切りが設けられる。シールドケースは、受信側のRFフィルタ50及び送信増幅部70を分離する領域でクランク状に曲げられた外周シールド接地部104c上に沿って設けられている。シールド仕切りは、図16に示したRFフィルタ50及び送信増幅部70を分離する第1の仕切りと、半導体装置100cを挟んで対向するように設けられる第2の仕切りと、半導体装置100cを跨ぐように設けられる切り込みとを有する。
実施の形態の第2の変形例では、受信側にLNA48aが集積化された送受信回路一体型の半導体装置100cが用いられているため、受信側の領域の縮小ができ、無線機器の小型化が可能となる。また、シールドケースにより、受信部32及び送信部34に配置されたRFフィルタ50、送信増幅部70及び半導体装置100cに対する外部の無線機器からの干渉波を遮断することができる。また、シールド仕切りの第1の仕切りにより、送信増幅部70から放射されるスプリアス等がRFフィルタ50に直接干渉することを抑制することが可能となる。更に、半導体装置100cの接地領域92により、LNA48a及び受信処理部46と、送信処理部68との間のアイソレーションがなされているため、送信処理部68の送信RF信号や送信ベースバンド信号の漏洩信号がLNA48a及び受信処理部46に与える電気的な劣化を防止することができる。このように、実施の形態の第2の変形例に係る無線機器では、送受信回路一体型の半導体装置100cを用いて小型化することができ、且つ送信部34から受信部32に回り込む妨害波及び漏洩信号を抑制して受信部32の受信特性の劣化を低減することが可能となる。
(実施の形態の第3の変形例)
本発明の実施の形態の第3の変形例に係る無線機器に用いる半導体装置100dには、図17に示すように、外囲器97の表面に第1の接地端子98a〜98c及び第2の接地端子99a、99bに接続された外部接地電極130が設けられている。実施の形態では、図5に示したシールドケース112及びシールド仕切り114により、外部の無線機器からの干渉波や送信増幅部70から放射されるスプリアス等の妨害波を遮断することができる。しかし、図6(a)に示したように、シールド仕切り114の第1〜第2の仕切り115a、115b及び切り込み115cと、半導体装置100との間に存在する隙間116を通して、送信増幅部70から放射されるスプリアスの一部が受信増幅部40へ漏洩して干渉する。図18は、図5のシールド仕切り114の長手方向に沿ったA−A断面図に相当する。実施の形態の第3の変形例では、図18に示すように、外部接地電極130及び切り込み115cの間に、例えば導電スポンジのような弾力性のある導電部材132を埋め込み、切り込み115c及び半導体装置100d間のシールドを行う点が、実施の形態と異なる。他の構成は同様であるので、重複する記載は省略する。
実施の形態の第3の変形例では、図18に示したように、シールド仕切り114は、半導体装置100d上に設けられた外部接地電極130と導電部材132により接続される。導電部材132はシールド仕切り114及び半導体装置100dの第1及び第2の接地端子98a〜98c、99a、99bを介して、通信機器の接地に接続される。その結果、導電部材132は、送信増幅部70から放射されるスプリアス等を遮蔽することができる。このように、送信増幅部70から受信増幅部40へのスプリアス等の漏洩パスは、シールド仕切り114の第1及び第2の仕切り115a、115bと半導体装置100dの間に残される隙間116a、116bだけである。したがって、送信増幅部70から放射されるスプリアスが、受信増幅部40に漏洩して干渉することを抑制することが可能となる。
なお、半導体装置100dの外部接地電極130は、第1及び第2の接地端子98a〜98c、99a、99bにそれぞれ接続されている。しかし、外部接地電極130が、第1の接地端子98a〜98c及び第2の接地端子99a、99bのいずれかに接続されていてもよいことは、勿論である。また、導電部材132はシールド仕切り114を介して、無線機器の接地に接続されるため、外部接地電極130は、第1及び第2の接地端子98a〜98c、99a、99bのいずれにも接続されていなくてもよい。
実施の形態の第3の変形例では、送受信回路一体型の半導体装置100dが用いられているため、無線機器の小型化が可能となる。また、シールドケース112により、受信部32及び送信部34に配置された受信増幅部40、送信増幅部70及び半導体装置100dに対する外部の無線機器からの干渉波を遮断することができる。また、シールド仕切り114の第1の仕切り105aにより、送信増幅部70から放射されるスプリアス等が受信増幅部40に直接干渉することを抑制することが可能となる。更に、シールド仕切り114の切り込み115c及び半導体装置100dの表面に設けられた外部接地電極130の間に導電部材132が埋め込まれているため、送信増幅部70から放射されるスプリアスが、受信増幅部40に漏洩して干渉することを抑制することが可能となる。このように、実施の形態の第3の変形例に係る無線機器では、送受信回路一体型の半導体装置100dを用いて小型化することができ、且つ送信部34から受信部32に回り込む妨害波及び漏洩信号を抑制して受信部32の受信特性の劣化を低減することが可能となる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
本発明の実施の形態においては、半導体装置100、100a〜100eの外囲器97として、面実装形のQFPを用いて説明したが、外囲器97はQFPに限定されるものではない。例えば、面実装形のスモールアウトラインパッケージ(SOP)等でもよく、あるいは、挿入形のデュアルインラインパッケジ(DIP)等でもよいことは、勿論である。また、上記した外囲器では、端子は外囲器の側面に設けられているが、外囲器の裏面に端子を設けた面実装形のボールグリッドアレイ(BGA)や挿入形のピングリッドアレイ(PGA)等でもよいことは勿論である。
例えば、BGA型半導体装置では、図19に示すように、パッケージ基板140の表面に半導体チップ90がマウントされる。半導体チップ90の受信処理部46のRF受信信号入力用、ベースバンド受信信号出力用、利得制御信号用、及びLO制御信号用のそれぞれのボンディングパッド88a〜88eが設けられている。また、送信処理部68のベースバンド送信信号入力用、RF送信信号出力用、利得制御信号用、及びLO制御信号用のそれぞれのボンディングパッド88f〜88jが設けられている。パッケージ基板140には、半導体チップ90のボンディングパッド88a〜88jのそれぞれの近傍にボンディングパッド150a〜150jが設けられ、それぞれボンディング線96により接続されている。更に、半導体チップ90の接地領域92は、ボンディングパッド88a、88hが配置された半導体チップ90の上端部近傍から、パッケージ基板140に設けられたボンディングパッド150k、150lにボンディング線96により接続されている。同様に、接地領域92は、半導体チップ90の下端近傍からパッケージ基板140に設けられたボンディングパッド150m、150nにボンディング線96により接続されている。
パッケージ基板140のボンディングパッド150a〜150nのそれぞれは、配線ランド152a〜152nに接続されている。配線ランド152a〜152nには、スルーホールが設けられ、パッケージ基板140の裏面に格子状に設けられたはんだボールの各端子に接続されている。図20は、パッケージ基板140を実装基板102に実装した一例を示している。なお、説明を簡単にするため、図20では半導体チップ90及び外囲器の図示を省略している。実装基板102上にパッケージ基板140を挟んで対向して設けられた仕切りシールド接地部106g、106hは、接地線156により接続されている。
受信処理部46の配線ランド152a〜152eはそれぞれ、受信入力端子200d、受信出力端子202g、202h、受信利得制御端子204c、及び受信LO制御端子206cに接続される。送信処理部68の配線ランド152f〜152jはそれぞれ、送信入力端子208g、208h、送信出力端子210c、送信利得制御端子212c、及び送信LO制御端子214cに接続される。また、半導体チップ90の設置領域92に接続された配線ランド152k、152lは、仕切りシールド接地部106gの近傍に設けられた第1の接地端子98k、98lに接続される。設置領域92に接続された配線ランド152m、152nは、仕切りシールド106h側に設けられた第2の接地端子99h、99iに接続される。半導体チップ90の接地領域92は、第1及び第2の接地端子98k、98l、99h、99iそれぞれを介して、接地線156に接続される。このように、接地領域92により、受信処理部46及び送信処理部68の間のアイソレーションがなされているため、送信処理部68の送信RF信号や送信ベースバンド信号からの漏洩信号が受信処理部46に与える電気的な劣化を防止することができる。
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の実施の形態に係る無線機器の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の組み立ての一例を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る無線機器の実装の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線機器のシールドの一例を示す図である。 図5に示した無線機器のシールドの(a)A−A断面、(b)B−B断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの他の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの他の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの他の例を示す図である。 図9に示した半導体チップを搭載した半導体装置の実装の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの他の例を示す図である。 本発明の実施の形態の第1の変形例に係る半導体装置の半導体チップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第1の変形例に係る半導体装置の実装の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第1の変形例に係る無線機器のシールドの一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第2の変形例に係る半導体装置の半導体チップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第2の変形例に係る半導体装置の実装の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第3の変形例に係る無線機器の実装の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第3の変形例に係る無線機器の実装されたシールド仕切りの断面の一例を示す図である。 本発明のその他の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。 本発明のその他の実施の形態に係る半導体装置の実装の一例を示す図である。
符号の説明
30 ベースバンド処理部
40 受信増幅部
42 受信直交復調部
44 受信ベースバンド増幅部
51 受信RF信号線
52a、52b、78a、78b ミキサ
53a、53b、83a、83b 制御信号線
54、80 位相シフタ
55a、55b 受信出力線
56、76 LO
58a、58b、72a、72b ベースバンドフィルタ
60a、60b、74a、74b 可変利得増幅器
62 送信ベースバンド増幅部
64 送信直交変調部
66 RF増幅器
68 送信処理部
70 送信増幅部
81 送信RF信号線
84 HPA
85a、85b 送信入力線
86 アイソレータ
88a〜88j、89a〜89t、150a〜150n ボンディングパッド
90、90a〜90g 半導体チップ
92、92g、92h 接地領域
92a 受信接地領域
92b 送信接地領域
94 リードフレーム
95 ダイパッド
96 ボンディング線
97 外囲器
98a〜98e 第1の接地端子
99a〜99d 第2の接地端子
100、100a〜100e 半導体装置
101a〜101d、156 接地線
102 実装基板
104、104a〜104c 外周シールド接地部
106a〜106h 仕切りシールド接地部
107 RF信号線
108 アンテナ端子
110 スルーホール
112、112a、112b シールドケース
114、114a、114b シールド仕切り
115a、115d 第1の仕切り
115b、115e 第2の仕切り
115c、115f 切り込み
116、116a、116b 隙間
130 外部設置電極
132 導電部材
140 パッケージ基板
152a〜152n 配線ランド

Claims (4)

  1. アンテナ端子に接続されるアンテナ共用器、前記アンテナ共用器にそれぞれ接続される受信増幅部及び送信増幅部、前記受信増幅部及び送信増幅部の延在する領域で前記受信増幅部及び送信増幅部にそれぞれ接続される受信処理部及び送信処理部と、前記受信処理部及び送信処理部の間に配置された接地領域とを同一の半導体チップ上にモノリシックに集積化した半導体装置、及び前記半導体装置に接続されるベースバンド処理部が配置された実装基板と、
    前記受信増幅部、前記送信増幅部及び前記半導体装置を覆うシールドケースと、
    前記シールドケースの内部の一端から前記受信増幅部及び前記送信増幅部の間を分離するように前記シールドケースから前記実装基板表面に達して配置された第1の仕切りと、
    前記第1の仕切りから延在し前記半導体装置を跨ぐように前記シールドケースに配置された切り込みから前記シールドケースの他端に延在する第2の仕切りと
    を備えることを特徴とする無線機器。
  2. 前記第1の仕切りが、前記接地領域の一端に接続された前記半導体装置の第1の接地端子に接続されることを特徴とする請求項に記載の無線機器。
  3. 前記第2の仕切りが、前記接地領域の他端に接続された前記半導体装置の第2の接地端子に接続されることを特徴とする請求項に記載の無線機器。
  4. 高周波受信信号をベースバンド受信信号に変換する受信処理部、ベースバンド送信信号を高周波送信信号に変換する送信処理部、及び前記受信処理部と前記送信処理部とを分離するように配置された接地領域をモノリシックに集積化した半導体チップと、
    前記半導体チップの一端側に設けられた前記高周波受信信号の受信入力端子及び前記高周波送信信号の送信出力端子の間に配置され、前記接地領域に接続された第1の接地端子と、
    前記一端に対向する他端側に設けられた前記ベースバンド受信信号の受信出力端子及び前記ベースバンド送信信号の送信入力端子の間に配置され、前記接地領域に接続された第2の接地端子と、
    前記半導体チップを封止する外囲器と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
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