JP4134788B2 - 無線通信用フロントエンドモジュール、無線通信端末装置、および、リードフレーム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナと送受信回路との間に接続され、アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換えるアンテナスイッチを有する無線通信用フロントエンドモジュールと、当該フロントエンドモジュールを有する無線通信端末装置と、当該フロントエンドモジュール用のリードフレームとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
異なる周波数帯域の複数の通信方式を１台で使用できる無線通信端末装置、例えばマルチバンド対応の携帯電話端末装置が知られている。マルチバンド対応の携帯電話端末装置では、１つのアンテナを通して異なる周波数の信号を送受信することから、そのフロントエンドの回路、受信回路および送信回路の規模が大きくなり、実装部品の小型化が強く求められている。
このため、より多くの機能を集積化して小型化したフロントエンドモジュールが提案されている。
【０００３】
図９は、２つの通信方式が利用できるデュアルバンド（Dualband）対応のフロントエンドモジュールの構成例を示すブロック図である。
図９に例示するフロントエンドモジュールは、アンテナ１００に接続されハイバンドとローバンドの分波を行うダイプレクサ(Diplexer)１０１、ダイプレクサのローバンド側の端子に接続され信号の送信経路Ｔｘ１と受信経路Ｒｘ１とを切り替えるスイッチ（Ｔ／Ｒ・ＳＷ）１０２、ダイプレクサのハイバンド側の端子に接続され信号の送信経路Ｔｘ２と受信経路Ｒｘ２とを切り替えるスイッチ１０３、および、２つのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４と１０５から構成されている。
なお、図示を省略したが、分波に用いるλ／４線路が信号の伝送経路途中に挿入されている。
【０００４】
ダイプレクサ１０１は、通常、キャパシタＣとインダクタＬとを組み合わせて構成されている。また、スイッチ１０２と１０３は、通常、スイッチング素子としてのＰＩＮダイオード、キャパシタＣ、インダクタＬおよび抵抗Ｒにより構成されている。
【０００５】
図１０（Ａ）は、デュアルバンド対応フロントエンドモジュールの多層基板の上面図、図１０（Ｂ）は、その側面からみた構造図である。なお、これらの図において、多層基板上面の配線パターンは省略されている。
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に図解したフロントエンドモジュールにおいて、上記したキャパシタＣ、インダクタＬおよびλ／４線路をセラミック多層基板１１０内部に形成している。セラミック多層基板１１０は、一般には、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramic)基板から構成される。ＰＩＮダイオード（ＰＩＮ−Ｄｉ）、および、ＬＴＣＣ基板内部に実現できない特性の素子（Ｃ，ＬおよびＲ）が個別部品として基板上面１１０Ａに実装され、部品実装後の基板上面１１０Ａが金属キャップ１１１でカバーされている。
【０００６】
マルチバンド化は、デュアル(Dual：図９)からトリプル(Triple)に、さらにはクワッド(Quad)にと複雑化してきている。図１１に、トリプルバンド対応フロントエンドモジュールのブロック図を、図１２に、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図をそれぞれ示す。
図９に示すデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールは、そのハイバンド側の受信経路がＲｘ２のみであった。これに対し、図１１に示すトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールでは、ハイバンド側の受信経路を更にもう１系統（受信経路Ｒｘ３）を増やし、ローバンド側の１系統と合わせると、受信経路を合計３系統にしている。図１２に示すクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールでは、受信経路をローバンド側とハイバンド側でそれぞれ１系統増やし、ローバンド側の受信経路Ｒｘ１およびＲｘ２と、ハイバンド側の受信経路Ｒｘ３およびＲｘ４とで、受信経路が合計４系統となっている。これらのマルチバンド対応のフロントエンドモジュールでは、送信経路がハイバンド用とローバンド用とに大まかに分かれているものの、通信方式を受信信号により判別するため周波数帯域が近い信号は同一の送信経路から出力される構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフロントエンドモジュールでは、ＬＴＣＣ基板等の、受動素子を内部に形成した多層基板の上に、基板内に形成できない個別部品を実装している。このため、マルチバンド化にともない基板上に実装すべき部品点数が増加し、基板面積を縮小できない。これは、マルチバンド化が進むと、とくにスイッチに用いるＰＩＮダイオードの個数が増え、また他の個別部品数も増える傾向にあるためである。その結果、モジュールの縦横のサイズは、デュアルバンド対応では４．５×３．２ｍｍが最も小さいが、たとえばトリプルバンド対応では５．４×３．２ｍｍ程度のサイズが必要となる。
ＬＴＴＣ多層基板は、適宜異なる誘電率のセラミックシートに銅を主成分とした厚膜導体をスクリーン印刷したものを１２〜２０枚ほど用意し、これを順次熱圧着させながら積層させた後、焼成したものである。このため全体の基板厚みが０．８ｍｍほどになり、それ以上の薄膜化は難しい。さらに、多層基板上に個別部品を実装し、その上方を、若干の余裕を空けて金属キャップで覆うことから、モジュール全体の高さが２ｍｍ弱から低くても１．５ｍｍ程度となる。
以上のように、従来のフロントエンドモジュールは、その構造上サイズの縮小が難しいうえ、マルチバンド化にともない大型化するという課題がある。また、これを無理に小型化すると回路相互間の干渉などの問題が生じやすい。
【０００８】
ＬＴＣＣ基板を用いた場合、その形成時に、大きなサイズのセラミックシートを多数用い形成工程が複雑なこと、また、多くの個別部品を用いていることから材料費および製造コストが高い。
ＬＴＣＣ基板の焼成時に回路特性が変化しやすく再設計が必要となり、あるいは、マルチバンド化に応じたＬＴＣＣ基板の新規設計が必要になる。このため、開発にかかるコストが高くＴＡＴ(Turn Around Time)が長くなるという問題がある。また、多層基板は、焼成時の変形により歩留が悪くなりやすいという問題も抱えている。
【０００９】
本発明の第１の目的は、ＬＴＣＣ基板を用いた場合の上記した種々の問題を解決した無線通信用フロントエンドモジュール、および、当該フロントエンドモジュールを内蔵した無線通信端末装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記無線通信用フロントエンドモジュールの製造に必要なリードフレームを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無線通信用フロントエンドモジュールは、アンテナと送受信回路との間に接続され、前記アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換える無線通信用フロントエンドモジュールであって、前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップと、前記半導体チップと前記送受信回路側に接続され、前記半導体チップと隣接した位置に独立して設けられたフィルタ部品と、を有し、前記半導体チップおよび前記フィルタ部品が同一のパッド部に固着されると共に同一リードフレーム内に搭載され、樹脂封止されている。
【００１１】
本発明に係る無線通信端末装置は、上述した構成のフロントエンドモジュールを有する。また、本発明に係るリードフレームは、アンテナと送受信回路との間に接続されるフロントエンドモジュール用のリードフレームであって、前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップを配置する領域と、前記半導体チップの接地用パッドと連続して接続され、前記半導体チップの送受信回路側に接続されるフィルタ部品を配置する領域とし、さらに該フレームの周囲にフィルタ用リード端子とを有する。
【００１２】
本発明では、受信時に、特定の周波数の信号がアンテナからフロントエンドモジュールのアンテナ側端子に入力されると、これが半導体チップ内のアンテナスイッチに入力される。このとき、アンテナスイッチは、その信号の周波数に応じた状態に切り替わっているので、これにより形成された信号伝達経路を通って、その信号に応じた端子から送受信回路内の受信部に入力される。他の周波数の信号受信が行われる場合は、その周波数に応じた信号伝達経路にアンテナスイッチが切り替わるため、当該周波数の信号が、その周波数に応じた端子から送受信回路内の受信部に入力される。
一方、送信時には、送受信回路の送信部の特定の端子から信号がアンテナスイッチに入力されるが、このとき、アンテナスイッチは、その信号の周波数に応じた状態に切り替わっているので、これにより形成された信号伝達経路を通って当該信号がアンテナに送られ、空中に電波として放射される。他の周波数の信号送信が行われる場合は、その周波数に応じた信号伝達経路にアンテナスイッチが切り替わるため、当該周波数の信号が、その周波数に応じた信号伝達経路を通ってアンテナに送られ、同様に、空中に電波として放射される。
なお、フィルタ部品はアンテナスイッチと送受信回路との間の特定の信号伝達経路に設けられており、これが設けられた経路を伝播する信号の周波数帯域を、そのフィルタ特性に応じて制限する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る無線通信端末装置の実施の形態を、移動体通信端末装置を例として図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、移動体通信端末装置の概略的な構成を示すブロック図である。
移動体通信端末装置１は、アンテナ２、本発明の実施の形態を構成するフロントエンドモジュール３、および送受信回路４を有する。送受信回路４は、受信部５と送信部５とを含む。
【００１５】
フロントエンドモジュール３は、詳細は後述するが、ＳＰ＊Ｔ(Single Pole x Throw)構成のアンテナスイッチを含む。ここで「＊」は任意の複数の自然数であるが、複数の周波数の信号を送受信できる本実施の形態における移動体通信端末装置では、「＊」は４，５，６，７，…と４以上の数字となる。この場合に「ＳＰ＊Ｔ」は、４つ以上の操作端を有し、これらを別々に作動させることができる接点（スイッチ）を意味する。また、フロントエンドモジュール３は、望ましくは複数のローパスフィルタを集積化したフィルタ部品、たとえばデュアルローパスフィルタを含む。
【００１６】
特に図示しないが、受信部５は、たとえば、受信信号の周波数ごとに所定の周波数帯域成分を通過させる特性のバンドパスフィルタとしてのＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)フィルタ、周波数ごとのローノイズアンプと局部発振器、ＩＦアンプ、ＰＬＬ、および、周波数変換を行うミキサ等を含む。また、送信部６は、送信信号の周波数ごとのパワーアンプと局部発振器、および、ミキサ等を含む。
【００１７】
図２〜図４に、それぞれデュアルバンド、トリプルバンド、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示す。各図に示すフロントエンドモジュール３は、ＳＰ＊Ｔ構成のアンテナスイッチ（ＳＷ）３１Ａ〜３１Ｃの何れか１つと、フィルタ部品３２とを有する。
図２に示すアンテナスイッチ３１ＡはＳＰ４Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、２つの受信経路Ｒｘ１とＲｘ２および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。図３に示すアンテナスイッチ３１ＢはＳＰ５Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、３つの受信経路Ｒｘ１〜Ｒｘ３および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。図４に示すアンテナスイッチ３１ＣはＳＰ６Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、４つの受信経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。
【００１８】
図２〜図４に示すフロントエンドモジュールは、何れも２系統の送信経路Ｔｘ１とＴｘ２を有するので、その経路途中にデュアルローパスフィルタ（フィルタ部品）３２が接続されている。このフィルタ部品３２は、たとえばＬＴＴＣ基板内部に形成されたキャパシタとインダクタとから構成され、図１に示す送信部５内のパワーアンプの非線形性に起因した高調波成分（スプリアス成分）を除去するために設けられている。
【００１９】
図２，図３，図４の順で、より多くの通信方式に対応できるが、このように移動体通信のマルチバンド化が進んできた理由としては、たとえば、世界各国で使用できる実用性が高い携帯電話の開発が進んでいるという背景がある。携帯電話の通信方式は種々あるが、たとえばＧＳＭ(Global System for Mobile Communications)を例にとれば、図２に示すデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載した携帯電話は、ヨーロッパ地域で９００ＭＨｚと、ＤＣＳ帯と称される１８００ＭＨｚとの双方で通信が可能であり、アメリカ合衆国では８５０ＭＨｚと、ＰＣＳ帯と称される１９００ＭＨｚとの双方で通信が可能である。一方、図３に示すトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載すると、たとえば、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚを用いた３方式の通信が可能となる。さらに図４に示すクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載すると、さらに８５０ＭＨｚを加えた合計４方式の通信が可能となる。
【００２０】
以下、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールを例に、その内部構造を説明する。図５はリードフレームに各部品を搭載した状態の上面図、図６はワイヤボンド後のモジュールの一部を示す上面図、図７はリードフレームの平面図である。
【００２１】
図解したフロントエンドモジュールの製造において、図７に示す形状を有している金属製のリードフレーム２０を使用する。このリードフレーム２０は、図２〜図４の全ての構成で共通に用いることができる。なお、図７に示すリードフレーム２０は、１つのモジュールに使用される部分のみ示すが、リードフレーム全体としては、図７に示す部分が相互に連結され一体となった金属板から構成される。
リードフレーム２０は、図７に示すように、部品の配置領域と接地電位ＧＮＤの２本のリード端子を兼ねるパッド部２１を有する。パッド部２１は、比較的大きな面積のダイパッド部２１Ａと、その一方から延びる第１のＧＮＤリード端子２１Ｂと、他方から延びる第２のＧＮＤリード端子２１Ｃとを有する。ダイパッド部２１Ａに、アンテナスイッチ３１Ｃを構成する半導体チップ、たとえばＧａＡｓチップが配置される領域Ａを有する。図５に示すように、ＧａＡｓチップ３１Ｃが、このダイパッド部の領域Ａ内に位置合わせしてダイボンドされるが、このときＧａＡｓチップ３１Ｃの裏面とダイパッド部２１Ａの表面との間に金属ペーストが介在し、これにより両者が機械的に接合されている。
【００２２】
ダイパッド部２１Ｃの周囲に複数のリード端子２２が配置されている。図５および図６において図示を省略しているが、これら複数のリード端子２２は、それぞれ対応するＧａＡｓチップ３１Ｃの電極パッドにワイヤボンディングされている。これにより、複数のリード端子２２を介してＧａＡｓチップ３１Ｃの各種信号の入出力端とモジュール外部に配置された実装部品との電気的な接続が可能となっている。
第１のＧＮＤリード端子２１Ｂのモジュール内部分Ｂ１の幅方向両側に、フィルタ用のリード端子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃおよび２３Ｄが配置されている。これら４本のリード端子２３Ａ〜２３Ｄの内側端部Ｂ２〜Ｂ５と、上記したリード端子部分Ｂ１とにより、フィルタ部品の配置領域Ｂが構成される。この領域Ｂのリード形状に合わせて、フィルタ部品３２の底面に外部端子が露出している。金属ペーストあるいは半田ボール等の導電性接合部材を両者の間に介在させることにより、フィルタ部品３２とリードフレームの領域Ｂとの電気的かつ機械的な内部接続が達成されている。
【００２３】
フィルタ用の４本のリード端子のうちリード端子２３Ａは、図１に示す送信部６から、たとえばローバンド（８５０〜９００ＭＨｚ）信号が入力される端子Ｔｘ１ＩＮを構成し、リード端子２３Ｂは、送信部６からハイバンド（１８００〜１９００ＭＨｚ）信号が入力される端子Ｔｘ２ＩＮを構成する。また、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄは、アンテナスイッチを構成するＧａＡｓチップ３１Ｃとフィルタ部品３２との内部接続を行うための端子であり、図６に示すように、リード端子２３ＣとＧａＡｓチップの電極パッドＰＡＤ５とが、リード端子２３Ｄと電極パッドＰＡＤ６とが、それぞれワイヤにより相互接続されている。また、これらのリード端子２３Ｃおよび２３Ｄは外部端子として設けられているので、図６に示すように、それぞれ、特性調整用としてモジュール外部に設けられた部品５０の接続が可能となっている。この特性調整については後述する。
【００２４】
図８に、ＧａＡｓチップに形成されているアンテナスイッチの等価回路図を示す。
アンテナスイッチ３１Ｃは、それぞれＧａＡｓＦＥＴからなる６個のスイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６と、それぞれのスイッチング素子のゲートに接続されている抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６とを有する。スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６のソースおよびドレインの一方が電極パッドＰＡＤ０に接続されている。この電極パッドＰＡＤ０は、ワイヤボンディングによって、図５に示す複数のリード端子２２のうち、アンテナ２とモジュールとの間の信号伝送経路ＡＮＴ（図１参照）に対応したリード端子に接続されている。また、スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ４のソースおよびドレインのもう片方が、それぞれ電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ４に接続されている。電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ４は、受信部５の信号伝達経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４にそれぞれ対応したリード端子２２に接続されている。また、スイッチング素子ＳＴ５とＳＴ６のソースおよびドレインのもう一方が、それぞれ電極パッドＰＡＤ５とＰＡＤ６に接続されている。電極パッドＰＡＤ５とＰＡＤ６は、前述したようにフィルタ部品の出力端子Ｔｘ１ＯＵＴとＴｘ２ＯＵＴに、それぞれリード端子２３Ｃと２３Ｄを介して内部結線されている。
【００２５】
スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６と電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ６との各接続中点に、非選択時に信号伝送経路を高周波的に接地するシャント制御用トランジスタＳＴ０とキャパシタＣ０とが直列接続されている。スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６に抵抗素子を介して印加される選択制御信号Ｓ１〜Ｓ６と、その反転信号であるシャント制御信号Ｓ１＿〜Ｓ６＿は内部で生成してもよいし、モジュール外部からリード端子２２を介して印加してもよい。
【００２６】
選択制御信号Ｓ１〜Ｓ６の何れか１つがアクティブとなると、それに対応したスイッチング素子がオンし、信号伝達経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４ならびにＴｘ１とＴｘ２のうち、何れかをアンテナ側の信号伝達経路ＡＮＴと電気的に接続する。スイッチング素子（ＧａＡｓ高周波ＦＥＴ）は、そのオン抵抗が数Ωであり、オフしたときのソースとドレイン間の遮断容量が数百ｆＦであることから、準マイクロ波帯およびマイクロ波帯のアンテナスイッチの基本スイッチング素子として優れた特性を持っている。図示の回路では、非選択時にシャント容量Ｃ０によって高周波接地されている。非選択経路（オフ経路）への漏れ信号は、シャント容量Ｃ０を介して設置電位に吸収されるため、十分なアイソレーションが確保できる。
【００２７】
このような構造を有した、ダイボンドおよびワイヤボンド後のリードフレーム２０のモジュール内部分はモールド樹脂によって封止される。さらに、外側のリード端子部分がメッキされた後、リードのカットを経て、当該フロントエンドモジュールが完成する。完成したフロントエンドモジュールは、送受信回路４等とともに回路プリント基板に実装される。
【００２８】
なお、半導体チップには、アンテナスイッチのほかに、ＬＮＡまたはパワーアンプを集積化してもよい。また、フィルタ部品は、送信側のＬＰＦに代えて、受信側のＳＡＷフィルタなどのバンドパスフィルタであってもよい。
【００２９】
ところで、通信機端末機一般に言えることであるが、アンテナから放射される送信信号帯域以外での高調波信号（スプリアス成分）の放出量を一定の基準値以下に抑制することがＥＭＩ対策等の観点から規格により決められている。したがって、ハイパワーアンプ等により生じたスプリアス成分を除去する目的でフィルタ部品（ＬＰＦ）３２が内蔵されている。ところが、アンテナスイッチの動作によって基本波以外のスプリアス成分が多少なりとも発生し、これがアンテナ側に洩れることとなる。
【００３０】
本実施の形態におけるフロントエンドモジュール３は、図６に示すように、フィルタ部品３２とＧａＡｓチップ３１Ｃとの接続ノードに対し、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄを介してモジュール外部から電気的な操作が可能なっている。そのため、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄのそれぞれに、スプリアス成分の除去のために高周波除去フィルタ５０を接続することができる。この高調波除去フィルタ５０は、リード端子２３Ｃまたは２３Ｄと接地電位との間に直列接続されているインダクタ（インダクタンスコイル）５１とキャパシタ５２により構成されている。このインダクタ５１とキャパシタ５２のそれぞれの値によって規定されるＬＣ定数を適宜設定することによって、当該フィルタ５０に、基本波を通過させ、高調波を反射させる特性を付与することができる。
【００３１】
以下、ハイバンド側の信号経路において、このフィルタ５０による高調波除去動作を説明する。なお、ローバンド側でも同様に高調波除去動作が行えるため、ここでの説明は省略する。
たとえば１８００ＭＨｚ或いは１９００ＭＨｚといった高い基本周波数のＲＦ信号の送信時に、図１に示す送信部６から出力される当該ＲＦ信号は、図６に示すリード端子２３Ｂを通ってモジュール内のフィルタ部品３２に入力される。フィルタ部品３２により、送信部６内で重畳された高調波成分（スプリアス成分）が除去され、リード端子２３Ｄに出力される。このリード端子２３Ｄには、上記したフィルタ５０が接続されているが、そのＬＣ定数で決まる特性では基本周波数帯域（１８００〜１９００ＭＨｚ）での減衰はないので、フィルタ部品３２によるフィルタリング後のＲＦ信号が、そのままアンテナスイッチ（ＧａＡｓチップ）３１Ｃに伝搬される。
高周波スイッチは多少なりとも非線形特性を有するため、アンテナスイッチ３１ＣによってＲＦ信号の高調波成分、たとえば、その２次高調波、３次高調波が発生する。また、更に高い高調波成分が発生することもあり、それらの高調波はアンテナスイッチ３１からアンテナ側に向かって放出される一方、逆に、ＲＦ信号を入力した電極パッドＰＡＤ６を通ってフィルタ部品３２に向かって伝搬する。なお、信号伝達経路の特性インピーダンスが基本周波数において整合されているため、基本波は逆方向には戻らずアンテナ側に向かって放出される。
【００３２】
フィルタ部品３２とアンテナスイッチ３１Ｃとの接続ノードに設けられた高調波除去フィルタ５０は、そのＬＣ定数が、基本波を通すが２次以上の高調波を反射する値に設定されている。また、このＬＣ定数、反射点の位置および信号伝達線路特性によって、反射した高調波は、望ましくは、元の振幅を維持し位相が反転するように設定されている。したがって、アンテナスイッチ３１Ｃからフィルタ部品に向かって伝搬され、フィルタ５０によって反射された高調波（以下、反射高調波）は、アンテナスイッチ３１からアンテナ側に向かって伝搬している基本波、および高調波に重畳されるが、このとき、反射高調波が反射前の高調波成分を少なくとも一部相殺させる。その結果、アンテナ側の信号伝達線路ＡＮＴを通りアンテナ２から放射される信号の高周波成分が、効果的に除去または抑制される。
【００３３】
以上述べてきた本発明の実施の形態に係るフロントエンドモジュールは、リードフレーム上にアンテナスイッチとフィルタ部品を搭載し、これらをモールド樹脂で封止したものであるため、小型化、特に低背化が達成されている。また、この構成はマルチバンド化してもパッケージの大きさが変わらないという大きな利点を有する。
従来のＬＴＴＣ基板を用いたモジュールでは、その縦横のサイズがデュアルバンド対応型で４．５×３．２ｍｍ、高さが１．５〜１．８ｍｍであり、トリプルバンド対応型では縦横のサイズが５．４×３．２ｍｍ、クワッドバンド対応型では、さらに大きくなってしまう。これは、マルチバンド化に伴いＬＴＴＣ基板内部に形成できないＰＩＮダイオード等の実装部品の点数が増えるため、その実装面積の確保の点で基板面積の縮小維持が図れないからである。
【００３４】
これに対し、図５に示す本実施の形態の場合、従来のデュアルバンド対応型と同じパッケージ規格の４．５×３．２ｍｍで、クワッドバンドまで対応ができる。これは、マルチバンド化にともないＧａＡｓチップに集積化される素子数は増えるが、それが全体のサイズに与える影響は従来のＬＴＣＣ基板に比べてはるかに小さいからである。なお、図５ではダイボンド領域に余裕があり、さらにチップ面積が増大しても対応可能である。
【００３５】
本実施の形態では、送受信信号のバンド数に応じてＧａＡｓチップを適宜選択するだけでマルチバンド化が達成されるため、汎用性および設計の自由度が高く、開発費用の抑制およびＴＡＴの短縮ができる。
一方、従来型フロントエンドモジュールのＬＴＣＣ基板自体のＲＦ的な評価は困難であり歩留が懸念される。これに対し本実施の形態では、アンテナスイッチとしてのＧａＡｓチップ、および、２つのＬＰＦを内蔵したフィルタ部品が機能部品として独立して存在しているので、事前にこれらのＲＦ的な特性評価が可能となり、総合的に歩留への劣化要因が減少する。また、ＬＴＣＣ基板は焼成時に基板が変形し特性が変化することがあるが、ＧａＡｓチップではそのようなことがない。
さらに、コスト的に高いＬＴＣＣをサイズの大きい基板として使用することが避けられるため、安価にできる。本実施の形態の場合、「ＳＰ＊Ｔ」構成のチップを用いるため分波用のダイプレクサが不要となり、その分コスト的に有利である。また、特性面では、ダイプレクサで発生するロス分が減り、挿入損失が低くできるメリットがある。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係るフロントエンドモジュールは、リードフレーム上に半導体チップとフィルタ部品を配置し樹脂封止しているため、小型で高さが低いパッケージ部品となっている。また、半導体チップを適宜選択すれば、モジュール全体の大きさを変えることなくマルチバンド化が可能である。さらに、半導体チップはアンテナスイッチという機能部品であり、フィルタ部品とともに独立して特性が測れる。このために、部品選別が容易であり、モジュール全体の特性向上が図りやすい。リードフレームおよび樹脂を用いるためコストを抑制できる。また、アンテナスイッチを用いることでダイプレクサを省略でき、コスト的に有利であるとともに、信号ロスの低減により特性が向上する。
本発明に係る無線通信端末装置は、上記したフロントエンドモジュールを用いているため、コストを抑えながら実現でき体積容量が小さく薄い端末装置となっている。
本発明に係るリードフレームは、半導体チップとフィルタ部品それぞれを配置する領域を有しているため、上記したフロントエンドモジュールの製造に適した形状のリードフレームとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体通信端末装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るリードフレームに各構成部品を搭載した状態の上面図である。
【図６】ワイヤボンド後のモジュールの一部を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るリードフレームの平面図である。
【図８】ＧａＡｓチップに形成されているアンテナスイッチの等価回路図である。
【図９】従来のデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成例を示すブロック図である。
【図１０】（Ａ）は、従来のデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの多層基板の上面図である。（Ｂ）は、その側面からみた構造図である。
【図１１】従来のトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図である。
【図１２】従来のクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図である。
【符号の説明】
１…無線通信端末装置、２…アンテナ、３…フロントエンドモジュール、４…送受信回路、５…受信部、６…送信部、２０…リードフレーム、２１Ｂ，２１Ｃ，２２，２３Ａ〜２３Ｄ…リード端子、３１Ａ〜３１Ｄ…アンテナスイッチまたは半導体チップ、３２…フィルタ部品、ＳＴ１〜ＳＴ６…スイッチング素子、Ａ…半導体チップの配置領域、Ｂ…フィルタ部品の配置領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナと送受信回路との間に接続され、アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換えるアンテナスイッチを有する無線通信用フロントエンドモジュールと、当該フロントエンドモジュールを有する無線通信端末装置と、当該フロントエンドモジュール用のリードフレームとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
異なる周波数帯域の複数の通信方式を１台で使用できる無線通信端末装置、例えばマルチバンド対応の携帯電話端末装置が知られている。マルチバンド対応の携帯電話端末装置では、１つのアンテナを通して異なる周波数の信号を送受信することから、そのフロントエンドの回路、受信回路および送信回路の規模が大きくなり、実装部品の小型化が強く求められている。
このため、より多くの機能を集積化して小型化したフロントエンドモジュールが提案されている。
【０００３】
図９は、２つの通信方式が利用できるデュアルバンド（Dualband）対応のフロントエンドモジュールの構成例を示すブロック図である。
図９に例示するフロントエンドモジュールは、アンテナ１００に接続されハイバンドとローバンドの分波を行うダイプレクサ(Diplexer)１０１、ダイプレクサのローバンド側の端子に接続され信号の送信経路Ｔｘ１と受信経路Ｒｘ１とを切り替えるスイッチ（Ｔ／Ｒ・ＳＷ）１０２、ダイプレクサのハイバンド側の端子に接続され信号の送信経路Ｔｘ２と受信経路Ｒｘ２とを切り替えるスイッチ１０３、および、２つのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４と１０５から構成されている。
なお、図示を省略したが、分波に用いるλ／４線路が信号の伝送経路途中に挿入されている。
【０００４】
ダイプレクサ１０１は、通常、キャパシタＣとインダクタＬとを組み合わせて構成されている。また、スイッチ１０２と１０３は、通常、スイッチング素子としてのＰＩＮダイオード、キャパシタＣ、インダクタＬおよび抵抗Ｒにより構成されている。
【０００５】
図１０（Ａ）は、デュアルバンド対応フロントエンドモジュールの多層基板の上面図、図１０（Ｂ）は、その側面からみた構造図である。なお、これらの図において、多層基板上面の配線パターンは省略されている。
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に図解したフロントエンドモジュールにおいて、上記したキャパシタＣ、インダクタＬおよびλ／４線路をセラミック多層基板１１０内部に形成している。セラミック多層基板１１０は、一般には、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramic)基板から構成される。ＰＩＮダイオード（ＰＩＮ−Ｄｉ）、および、ＬＴＣＣ基板内部に実現できない特性の素子（Ｃ，ＬおよびＲ）が個別部品として基板上面１１０Ａに実装され、部品実装後の基板上面１１０Ａが金属キャップ１１１でカバーされている。
【０００６】
マルチバンド化は、デュアル(Dual：図９)からトリプル(Triple)に、さらにはクワッド(Quad)にと複雑化してきている。図１１に、トリプルバンド対応フロントエンドモジュールのブロック図を、図１２に、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図をそれぞれ示す。
図９に示すデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールは、そのハイバンド側の受信経路がＲｘ２のみであった。これに対し、図１１に示すトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールでは、ハイバンド側の受信経路を更にもう１系統（受信経路Ｒｘ３）を増やし、ローバンド側の１系統と合わせると、受信経路を合計３系統にしている。図１２に示すクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールでは、受信経路をローバンド側とハイバンド側でそれぞれ１系統増やし、ローバンド側の受信経路Ｒｘ１およびＲｘ２と、ハイバンド側の受信経路Ｒｘ３およびＲｘ４とで、受信経路が合計４系統となっている。これらのマルチバンド対応のフロントエンドモジュールでは、送信経路がハイバンド用とローバンド用とに大まかに分かれているものの、通信方式を受信信号により判別するため周波数帯域が近い信号は同一の送信経路から出力される構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフロントエンドモジュールでは、ＬＴＣＣ基板等の、受動素子を内部に形成した多層基板の上に、基板内に形成できない個別部品を実装している。このため、マルチバンド化にともない基板上に実装すべき部品点数が増加し、基板面積を縮小できない。これは、マルチバンド化が進むと、とくにスイッチに用いるＰＩＮダイオードの個数が増え、また他の個別部品数も増える傾向にあるためである。その結果、モジュールの縦横のサイズは、デュアルバンド対応では４．５×３．２ｍｍが最も小さいが、たとえばトリプルバンド対応では５．４×３．２ｍｍ程度のサイズが必要となる。
ＬＴＴＣ多層基板は、適宜異なる誘電率のセラミックシートに銅を主成分とした厚膜導体をスクリーン印刷したものを１２〜２０枚ほど用意し、これを順次熱圧着させながら積層させた後、焼成したものである。このため全体の基板厚みが０．８ｍｍほどになり、それ以上の薄膜化は難しい。さらに、多層基板上に個別部品を実装し、その上方を、若干の余裕を空けて金属キャップで覆うことから、モジュール全体の高さが２ｍｍ弱から低くても１．５ｍｍ程度となる。
以上のように、従来のフロントエンドモジュールは、その構造上サイズの縮小が難しいうえ、マルチバンド化にともない大型化するという課題がある。また、これを無理に小型化すると回路相互間の干渉などの問題が生じやすい。
【０００８】
ＬＴＣＣ基板を用いた場合、その形成時に、大きなサイズのセラミックシートを多数用い形成工程が複雑なこと、また、多くの個別部品を用いていることから材料費および製造コストが高い。
ＬＴＣＣ基板の焼成時に回路特性が変化しやすく再設計が必要となり、あるいは、マルチバンド化に応じたＬＴＣＣ基板の新規設計が必要になる。このため、開発にかかるコストが高くＴＡＴ(Turn Around Time)が長くなるという問題がある。また、多層基板は、焼成時の変形により歩留が悪くなりやすいという問題も抱えている。
【０００９】
本発明の第１の目的は、ＬＴＣＣ基板を用いた場合の上記した種々の問題を解決した無線通信用フロントエンドモジュール、および、当該フロントエンドモジュールを内蔵した無線通信端末装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記無線通信用フロントエンドモジュールの製造に必要なリードフレームを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無線通信用フロントエンドモジュールは、アンテナと送受信回路との間に接続され、前記アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換える無線通信用フロントエンドモジュールであって、前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップと、前記半導体チップと前記送受信回路側に接続され、前記半導体チップと隣接した位置に独立して設けられたフィルタ部品と、を有し、前記半導体チップおよび前記フィルタ部品が同一のパッド部に固着されると共に同一リードフレーム内に搭載され、樹脂封止されている。
【００１１】
本発明に係る無線通信端末装置は、上述した構成のフロントエンドモジュールを有する。また、本発明に係るリードフレームは、アンテナと送受信回路との間に接続されるフロントエンドモジュール用のリードフレームであって、前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップを配置する領域と、前記半導体チップの接地用パッドと連続して接続され、前記半導体チップの送受信回路側に接続されるフィルタ部品を配置する領域とし、さらに該フレームの周囲にフィルタ用リード端子とを有する。
【００１２】
本発明では、受信時に、特定の周波数の信号がアンテナからフロントエンドモジュールのアンテナ側端子に入力されると、これが半導体チップ内のアンテナスイッチに入力される。このとき、アンテナスイッチは、その信号の周波数に応じた状態に切り替わっているので、これにより形成された信号伝達経路を通って、その信号に応じた端子から送受信回路内の受信部に入力される。他の周波数の信号受信が行われる場合は、その周波数に応じた信号伝達経路にアンテナスイッチが切り替わるため、当該周波数の信号が、その周波数に応じた端子から送受信回路内の受信部に入力される。
一方、送信時には、送受信回路の送信部の特定の端子から信号がアンテナスイッチに入力されるが、このとき、アンテナスイッチは、その信号の周波数に応じた状態に切り替わっているので、これにより形成された信号伝達経路を通って当該信号がアンテナに送られ、空中に電波として放射される。他の周波数の信号送信が行われる場合は、その周波数に応じた信号伝達経路にアンテナスイッチが切り替わるため、当該周波数の信号が、その周波数に応じた信号伝達経路を通ってアンテナに送られ、同様に、空中に電波として放射される。
なお、フィルタ部品はアンテナスイッチと送受信回路との間の特定の信号伝達経路に設けられており、これが設けられた経路を伝播する信号の周波数帯域を、そのフィルタ特性に応じて制限する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る無線通信端末装置の実施の形態を、移動体通信端末装置を例として図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、移動体通信端末装置の概略的な構成を示すブロック図である。
移動体通信端末装置１は、アンテナ２、本発明の実施の形態を構成するフロントエンドモジュール３、および送受信回路４を有する。送受信回路４は、受信部５と送信部５とを含む。
【００１５】
フロントエンドモジュール３は、詳細は後述するが、ＳＰ＊Ｔ(Single Pole x Throw)構成のアンテナスイッチを含む。ここで「＊」は任意の複数の自然数であるが、複数の周波数の信号を送受信できる本実施の形態における移動体通信端末装置では、「＊」は４，５，６，７，…と４以上の数字となる。この場合に「ＳＰ＊Ｔ」は、４つ以上の操作端を有し、これらを別々に作動させることができる接点（スイッチ）を意味する。また、フロントエンドモジュール３は、望ましくは複数のローパスフィルタを集積化したフィルタ部品、たとえばデュアルローパスフィルタを含む。
【００１６】
特に図示しないが、受信部５は、たとえば、受信信号の周波数ごとに所定の周波数帯域成分を通過させる特性のバンドパスフィルタとしてのＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)フィルタ、周波数ごとのローノイズアンプと局部発振器、ＩＦアンプ、ＰＬＬ、および、周波数変換を行うミキサ等を含む。また、送信部６は、送信信号の周波数ごとのパワーアンプと局部発振器、および、ミキサ等を含む。
【００１７】
図２〜図４に、それぞれデュアルバンド、トリプルバンド、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示す。各図に示すフロントエンドモジュール３は、ＳＰ＊Ｔ構成のアンテナスイッチ（ＳＷ）３１Ａ〜３１Ｃの何れか１つと、フィルタ部品３２とを有する。
図２に示すアンテナスイッチ３１ＡはＳＰ４Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、２つの受信経路Ｒｘ１とＲｘ２および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。図３に示すアンテナスイッチ３１ＢはＳＰ５Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、３つの受信経路Ｒｘ１〜Ｒｘ３および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。図４に示すアンテナスイッチ３１ＣはＳＰ６Ｔ構成であり、アンテナ側端に接続する経路を、４つの受信経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４および２つの送信経路Ｔｘ１とＴｘ２から選択するスイッチである。
【００１８】
図２〜図４に示すフロントエンドモジュールは、何れも２系統の送信経路Ｔｘ１とＴｘ２を有するので、その経路途中にデュアルローパスフィルタ（フィルタ部品）３２が接続されている。このフィルタ部品３２は、たとえばＬＴＴＣ基板内部に形成されたキャパシタとインダクタとから構成され、図１に示す送信部５内のパワーアンプの非線形性に起因した高調波成分（スプリアス成分）を除去するために設けられている。
【００１９】
図２，図３，図４の順で、より多くの通信方式に対応できるが、このように移動体通信のマルチバンド化が進んできた理由としては、たとえば、世界各国で使用できる実用性が高い携帯電話の開発が進んでいるという背景がある。携帯電話の通信方式は種々あるが、たとえばＧＳＭ(Global System for Mobile Communications)を例にとれば、図２に示すデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載した携帯電話は、ヨーロッパ地域で９００ＭＨｚと、ＤＣＳ帯と称される１８００ＭＨｚとの双方で通信が可能であり、アメリカ合衆国では８５０ＭＨｚと、ＰＣＳ帯と称される１９００ＭＨｚとの双方で通信が可能である。一方、図３に示すトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載すると、たとえば、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚを用いた３方式の通信が可能となる。さらに図４に示すクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールを搭載すると、さらに８５０ＭＨｚを加えた合計４方式の通信が可能となる。
【００２０】
以下、クワッドバンド対応のフロントエンドモジュールを例に、その内部構造を説明する。図５はリードフレームに各部品を搭載した状態の上面図、図６はワイヤボンド後のモジュールの一部を示す上面図、図７はリードフレームの平面図である。
【００２１】
図解したフロントエンドモジュールの製造において、図７に示す形状を有している金属製のリードフレーム２０を使用する。このリードフレーム２０は、図２〜図４の全ての構成で共通に用いることができる。なお、図７に示すリードフレーム２０は、１つのモジュールに使用される部分のみ示すが、リードフレーム全体としては、図７に示す部分が相互に連結され一体となった金属板から構成される。
リードフレーム２０は、図７に示すように、部品の配置領域と接地電位ＧＮＤの２本のリード端子を兼ねるパッド部２１を有する。パッド部２１は、比較的大きな面積のダイパッド部２１Ａと、その一方から延びる第１のＧＮＤリード端子２１Ｂと、他方から延びる第２のＧＮＤリード端子２１Ｃとを有する。ダイパッド部２１Ａに、アンテナスイッチ３１Ｃを構成する半導体チップ、たとえばＧａＡｓチップが配置される領域Ａを有する。図５に示すように、ＧａＡｓチップ３１Ｃが、このダイパッド部の領域Ａ内に位置合わせしてダイボンドされるが、このときＧａＡｓチップ３１Ｃの裏面とダイパッド部２１Ａの表面との間に金属ペーストが介在し、これにより両者が機械的に接合されている。
【００２２】
ダイパッド部２１Ｃの周囲に複数のリード端子２２が配置されている。図５および図６において図示を省略しているが、これら複数のリード端子２２は、それぞれ対応するＧａＡｓチップ３１Ｃの電極パッドにワイヤボンディングされている。これにより、複数のリード端子２２を介してＧａＡｓチップ３１Ｃの各種信号の入出力端とモジュール外部に配置された実装部品との電気的な接続が可能となっている。
第１のＧＮＤリード端子２１Ｂのモジュール内部分Ｂ１の幅方向両側に、フィルタ用のリード端子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃおよび２３Ｄが配置されている。これら４本のリード端子２３Ａ〜２３Ｄの内側端部Ｂ２〜Ｂ５と、上記したリード端子部分Ｂ１とにより、フィルタ部品の配置領域Ｂが構成される。この領域Ｂのリード形状に合わせて、フィルタ部品３２の底面に外部端子が露出している。金属ペーストあるいは半田ボール等の導電性接合部材を両者の間に介在させることにより、フィルタ部品３２とリードフレームの領域Ｂとの電気的かつ機械的な内部接続が達成されている。
【００２３】
フィルタ用の４本のリード端子のうちリード端子２３Ａは、図１に示す送信部６から、たとえばローバンド（８５０〜９００ＭＨｚ）信号が入力される端子Ｔｘ１ＩＮを構成し、リード端子２３Ｂは、送信部６からハイバンド（１８００〜１９００ＭＨｚ）信号が入力される端子Ｔｘ２ＩＮを構成する。また、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄは、アンテナスイッチを構成するＧａＡｓチップ３１Ｃとフィルタ部品３２との内部接続を行うための端子であり、図６に示すように、リード端子２３ＣとＧａＡｓチップの電極パッドＰＡＤ５とが、リード端子２３Ｄと電極パッドＰＡＤ６とが、それぞれワイヤにより相互接続されている。また、これらのリード端子２３Ｃおよび２３Ｄは外部端子として設けられているので、図６に示すように、それぞれ、特性調整用としてモジュール外部に設けられた部品５０の接続が可能となっている。この特性調整については後述する。
【００２４】
図８に、ＧａＡｓチップに形成されているアンテナスイッチの等価回路図を示す。
アンテナスイッチ３１Ｃは、それぞれＧａＡｓＦＥＴからなる６個のスイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６と、それぞれのスイッチング素子のゲートに接続されている抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６とを有する。スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６のソースおよびドレインの一方が電極パッドＰＡＤ０に接続されている。この電極パッドＰＡＤ０は、ワイヤボンディングによって、図５に示す複数のリード端子２２のうち、アンテナ２とモジュールとの間の信号伝送経路ＡＮＴ（図１参照）に対応したリード端子に接続されている。また、スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ４のソースおよびドレインのもう片方が、それぞれ電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ４に接続されている。電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ４は、受信部５の信号伝達経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４にそれぞれ対応したリード端子２２に接続されている。また、スイッチング素子ＳＴ５とＳＴ６のソースおよびドレインのもう一方が、それぞれ電極パッドＰＡＤ５とＰＡＤ６に接続されている。電極パッドＰＡＤ５とＰＡＤ６は、前述したようにフィルタ部品の出力端子Ｔｘ１ＯＵＴとＴｘ２ＯＵＴに、それぞれリード端子２３Ｃと２３Ｄを介して内部結線されている。
【００２５】
スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６と電極パッドＰＡＤ１〜ＰＡＤ６との各接続中点に、非選択時に信号伝送経路を高周波的に接地するシャント制御用トランジスタＳＴ０とキャパシタＣ０とが直列接続されている。スイッチング素子ＳＴ１〜ＳＴ６に抵抗素子を介して印加される選択制御信号Ｓ１〜Ｓ６と、その反転信号であるシャント制御信号Ｓ１＿〜Ｓ６＿は内部で生成してもよいし、モジュール外部からリード端子２２を介して印加してもよい。
【００２６】
選択制御信号Ｓ１〜Ｓ６の何れか１つがアクティブとなると、それに対応したスイッチング素子がオンし、信号伝達経路Ｒｘ１〜Ｒｘ４ならびにＴｘ１とＴｘ２のうち、何れかをアンテナ側の信号伝達経路ＡＮＴと電気的に接続する。スイッチング素子（ＧａＡｓ高周波ＦＥＴ）は、そのオン抵抗が数Ωであり、オフしたときのソースとドレイン間の遮断容量が数百ｆＦであることから、準マイクロ波帯およびマイクロ波帯のアンテナスイッチの基本スイッチング素子として優れた特性を持っている。図示の回路では、非選択時にシャント容量Ｃ０によって高周波接地されている。非選択経路（オフ経路）への漏れ信号は、シャント容量Ｃ０を介して設置電位に吸収されるため、十分なアイソレーションが確保できる。
【００２７】
このような構造を有した、ダイボンドおよびワイヤボンド後のリードフレーム２０のモジュール内部分はモールド樹脂によって封止される。さらに、外側のリード端子部分がメッキされた後、リードのカットを経て、当該フロントエンドモジュールが完成する。完成したフロントエンドモジュールは、送受信回路４等とともに回路プリント基板に実装される。
【００２８】
なお、半導体チップには、アンテナスイッチのほかに、ＬＮＡまたはパワーアンプを集積化してもよい。また、フィルタ部品は、送信側のＬＰＦに代えて、受信側のＳＡＷフィルタなどのバンドパスフィルタであってもよい。
【００２９】
ところで、通信機端末機一般に言えることであるが、アンテナから放射される送信信号帯域以外での高調波信号（スプリアス成分）の放出量を一定の基準値以下に抑制することがＥＭＩ対策等の観点から規格により決められている。したがって、ハイパワーアンプ等により生じたスプリアス成分を除去する目的でフィルタ部品（ＬＰＦ）３２が内蔵されている。ところが、アンテナスイッチの動作によって基本波以外のスプリアス成分が多少なりとも発生し、これがアンテナ側に洩れることとなる。
【００３０】
本実施の形態におけるフロントエンドモジュール３は、図６に示すように、フィルタ部品３２とＧａＡｓチップ３１Ｃとの接続ノードに対し、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄを介してモジュール外部から電気的な操作が可能なっている。そのため、リード端子２３Ｃおよび２３Ｄのそれぞれに、スプリアス成分の除去のために高周波除去フィルタ５０を接続することができる。この高調波除去フィルタ５０は、リード端子２３Ｃまたは２３Ｄと接地電位との間に直列接続されているインダクタ（インダクタンスコイル）５１とキャパシタ５２により構成されている。このインダクタ５１とキャパシタ５２のそれぞれの値によって規定されるＬＣ定数を適宜設定することによって、当該フィルタ５０に、基本波を通過させ、高調波を反射させる特性を付与することができる。
【００３１】
以下、ハイバンド側の信号経路において、このフィルタ５０による高調波除去動作を説明する。なお、ローバンド側でも同様に高調波除去動作が行えるため、ここでの説明は省略する。
たとえば１８００ＭＨｚ或いは１９００ＭＨｚといった高い基本周波数のＲＦ信号の送信時に、図１に示す送信部６から出力される当該ＲＦ信号は、図６に示すリード端子２３Ｂを通ってモジュール内のフィルタ部品３２に入力される。フィルタ部品３２により、送信部６内で重畳された高調波成分（スプリアス成分）が除去され、リード端子２３Ｄに出力される。このリード端子２３Ｄには、上記したフィルタ５０が接続されているが、そのＬＣ定数で決まる特性では基本周波数帯域（１８００〜１９００ＭＨｚ）での減衰はないので、フィルタ部品３２によるフィルタリング後のＲＦ信号が、そのままアンテナスイッチ（ＧａＡｓチップ）３１Ｃに伝搬される。
高周波スイッチは多少なりとも非線形特性を有するため、アンテナスイッチ３１ＣによってＲＦ信号の高調波成分、たとえば、その２次高調波、３次高調波が発生する。また、更に高い高調波成分が発生することもあり、それらの高調波はアンテナスイッチ３１からアンテナ側に向かって放出される一方、逆に、ＲＦ信号を入力した電極パッドＰＡＤ６を通ってフィルタ部品３２に向かって伝搬する。なお、信号伝達経路の特性インピーダンスが基本周波数において整合されているため、基本波は逆方向には戻らずアンテナ側に向かって放出される。
【００３２】
フィルタ部品３２とアンテナスイッチ３１Ｃとの接続ノードに設けられた高調波除去フィルタ５０は、そのＬＣ定数が、基本波を通すが２次以上の高調波を反射する値に設定されている。また、このＬＣ定数、反射点の位置および信号伝達線路特性によって、反射した高調波は、望ましくは、元の振幅を維持し位相が反転するように設定されている。したがって、アンテナスイッチ３１Ｃからフィルタ部品に向かって伝搬され、フィルタ５０によって反射された高調波（以下、反射高調波）は、アンテナスイッチ３１からアンテナ側に向かって伝搬している基本波、および高調波に重畳されるが、このとき、反射高調波が反射前の高調波成分を少なくとも一部相殺させる。その結果、アンテナ側の信号伝達線路ＡＮＴを通りアンテナ２から放射される信号の高周波成分が、効果的に除去または抑制される。
【００３３】
以上述べてきた本発明の実施の形態に係るフロントエンドモジュールは、リードフレーム上にアンテナスイッチとフィルタ部品を搭載し、これらをモールド樹脂で封止したものであるため、小型化、特に低背化が達成されている。また、この構成はマルチバンド化してもパッケージの大きさが変わらないという大きな利点を有する。
従来のＬＴＴＣ基板を用いたモジュールでは、その縦横のサイズがデュアルバンド対応型で４．５×３．２ｍｍ、高さが１．５〜１．８ｍｍであり、トリプルバンド対応型では縦横のサイズが５．４×３．２ｍｍ、クワッドバンド対応型では、さらに大きくなってしまう。これは、マルチバンド化に伴いＬＴＴＣ基板内部に形成できないＰＩＮダイオード等の実装部品の点数が増えるため、その実装面積の確保の点で基板面積の縮小維持が図れないからである。
【００３４】
これに対し、図５に示す本実施の形態の場合、従来のデュアルバンド対応型と同じパッケージ規格の４．５×３．２ｍｍで、クワッドバンドまで対応ができる。これは、マルチバンド化にともないＧａＡｓチップに集積化される素子数は増えるが、それが全体のサイズに与える影響は従来のＬＴＣＣ基板に比べてはるかに小さいからである。なお、図５ではダイボンド領域に余裕があり、さらにチップ面積が増大しても対応可能である。
【００３５】
本実施の形態では、送受信信号のバンド数に応じてＧａＡｓチップを適宜選択するだけでマルチバンド化が達成されるため、汎用性および設計の自由度が高く、開発費用の抑制およびＴＡＴの短縮ができる。
一方、従来型フロントエンドモジュールのＬＴＣＣ基板自体のＲＦ的な評価は困難であり歩留が懸念される。これに対し本実施の形態では、アンテナスイッチとしてのＧａＡｓチップ、および、２つのＬＰＦを内蔵したフィルタ部品が機能部品として独立して存在しているので、事前にこれらのＲＦ的な特性評価が可能となり、総合的に歩留への劣化要因が減少する。また、ＬＴＣＣ基板は焼成時に基板が変形し特性が変化することがあるが、ＧａＡｓチップではそのようなことがない。
さらに、コスト的に高いＬＴＣＣをサイズの大きい基板として使用することが避けられるため、安価にできる。本実施の形態の場合、「ＳＰ＊Ｔ」構成のチップを用いるため分波用のダイプレクサが不要となり、その分コスト的に有利である。また、特性面では、ダイプレクサで発生するロス分が減り、挿入損失が低くできるメリットがある。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係るフロントエンドモジュールは、リードフレーム上に半導体チップとフィルタ部品を配置し樹脂封止しているため、小型で高さが低いパッケージ部品となっている。また、半導体チップを適宜選択すれば、モジュール全体の大きさを変えることなくマルチバンド化が可能である。さらに、半導体チップはアンテナスイッチという機能部品であり、フィルタ部品とともに独立して特性が測れる。このために、部品選別が容易であり、モジュール全体の特性向上が図りやすい。リードフレームおよび樹脂を用いるためコストを抑制できる。また、アンテナスイッチを用いることでダイプレクサを省略でき、コスト的に有利であるとともに、信号ロスの低減により特性が向上する。
本発明に係る無線通信端末装置は、上記したフロントエンドモジュールを用いているため、コストを抑えながら実現でき体積容量が小さく薄い端末装置となっている。
本発明に係るリードフレームは、半導体チップとフィルタ部品それぞれを配置する領域を有しているため、上記したフロントエンドモジュールの製造に適した形状のリードフレームとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体通信端末装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るリードフレームに各構成部品を搭載した状態の上面図である。
【図６】ワイヤボンド後のモジュールの一部を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るリードフレームの平面図である。
【図８】ＧａＡｓチップに形成されているアンテナスイッチの等価回路図である。
【図９】従来のデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの構成例を示すブロック図である。
【図１０】（Ａ）は、従来のデュアルバンド対応のフロントエンドモジュールの多層基板の上面図である。（Ｂ）は、その側面からみた構造図である。
【図１１】従来のトリプルバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図である。
【図１２】従来のクワッドバンド対応のフロントエンドモジュールのブロック図である。
【符号の説明】
１…無線通信端末装置、２…アンテナ、３…フロントエンドモジュール、４…送受信回路、５…受信部、６…送信部、２０…リードフレーム、２１Ｂ，２１Ｃ，２２，２３Ａ〜２３Ｄ…リード端子、３１Ａ〜３１Ｄ…アンテナスイッチまたは半導体チップ、３２…フィルタ部品、ＳＴ１〜ＳＴ６…スイッチング素子、Ａ…半導体チップの配置領域、Ｂ…フィルタ部品の配置領域
Claims (5)
- アンテナと送受信回路との間に接続され、前記アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換える無線通信用フロントエンドモジュールであって、
前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップと、
前記半導体チップと前記送受信回路側に接続され、前記半導体チップと隣接した位置に独立して設けられたフィルタ部品と、を有し、
前記半導体チップおよび前記フィルタ部品が同一のパッド部に固着されると共に同一リードフレーム内に搭載され、樹脂封止されている
ことを特徴とする無線通信用フロントエンドモジュール。 - 前記フィルタ部品はモジュール内の複数のフィルタを集積化したセラミック多層基板で形成され、前記半導体チップは化合物半導体のスイッチング素子で形成された
請求項１に記載の無線通信用フロントエンドモジュール。 - 前記無線通信用フロントエンドモジュールは、前記フィルタ部品のフィルタ出力端子と前記半導体チップの半導体スイッチング素子の入力端子の共通接続点にフィルタを設けた
請求項１記載の無線通信用フロントエンドモジュール。 - アンテナと、送受信回路と、前記アンテナと送受信回路との間に接続され、前記アンテナを介して送信または受信する信号の伝達経路を周波数の違いに応じて切り換えるフロントエンドモジュールとを有する無線通信端末装置であって、
前記フロントエンドモジュールが、
前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップと、
前記半導体チップの送受信回路側に接続され、前記半導体チップと隣接した位置に独立して設けられたフィルタ部品と、を有し、
前記半導体チップおよび前記フィルタ部品が同一のパッド部に固着されると共に同一リードフレーム内に搭載され、樹脂封止されている
ことを特徴とする無線通信端末装置。 - アンテナと送受信回路との間に接続されるフロントエンドモジュール用のリードフレームであって、
前記送受信回路の送信部と受信部のそれぞれに周波数ごとに設けられている複数の端子と前記アンテナとの電気的接続状態を切り換えるアンテナスイッチが形成されている半導体チップを配置する領域と、
前記半導体チップの接地用パッドと連続して接続され、前記半導体チップの送受信回路側に接続されるフィルタ部品を配置する領域とし、さらに該フレームの周囲にフィルタ用リード端子と
を有することを特徴とするリードフレーム。
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