JP4222433B2

JP4222433B2 - 電子部品

Info

Publication number: JP4222433B2
Application number: JP2008166826A
Authority: JP
Inventors: 康志永田; 充三宅; 祐己佐藤; 武雄安保; 智之岩崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2008259245A

Description

本発明は、主として通信機器に用いられる電子部品に関するものである。

従来、電子部品として代表される積層型の高周波スイッチモジュールは図１０に示す如く、誘電体からなる積層体１の内部に所定の回路電極（図示せず）を形成し、積層体１の側面部分に一部の回路電極と接続された高周波信号の入出力端となる高周波端子２を形成していた。

しかしながら、携帯電話などの高周波機器の小型化が進む中、高周波機器に用いられる高周波スイッチモジュールの使用周波数が数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚと高いことから、特に高周波信号の入出力経路となる高周波端子２を積層体１の側面に形成することで、この高周波端子２がアンテナとして機能してしまい小型高密度化が進む高周波機器内において近接する他の部分からの影響を受け易いものとなっていた。

そこで本発明はこのような問題を解決し、外部からの影響を受けにくい高周波スイッチモジュール及びそれを用いた高周波機器を提供するものである。

そこで、この目的を達成するため本発明は、特に電子部品を形成する積層体の内層部分に設けられた回路電極と積層体の上面に実装された回路部品とで所定の高周波回路を形成するとともに、積層体の内層部分にアース電極を配置し、積層体の側面を高周波端子の非電極形成面として高周波端子を積層体の実装面の外周端から所定の間隔をあけて形成するとともに、積層体の積層方向から見て複数の高周波端子間にアース電極を配置し、アース電極の外周端から近接する積層体の外周端までの距離を、高周波端子の外周端から近接する実装面の外周端までの距離よりも短くした構成としたのである。

本発明によれば、外部からの影響を受けにくい電子部品を提供するものである。

以下本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。なお、前述した従来の技術と同様の構成については同じ符号を付すものとする。

図１は携帯電話などの高周波機器のＲＦ部に用いられる高周波スイッチモジュールの斜視図である。

この高周波スイッチモジュールは、誘電体からなる積層体１の内部に図２に示すスイッチ回路３とフィルタ回路４を後述する各回路電極で形成し、その上面にスイッチ回路３やフィルタ回路４の一部を形成するダイオードやコンデンサやインダクタなどの回路部品５を搭載した構成となっている。

なお、積層体１の上面に実装される回路部品５は、特に積層体１内で形成することができない部品、あるいは形成できてもその素子値が大きくて小型化が図りにくい部品が、積層体１上に実装されており、このような積層体内で形成できない素子や、形成できてもその値が大きくて小型化が図りにくい素子、あるいはノイズ対策が図りにくい素子等については、積層体１の表層に実装することにより、１チップ化を可能にするとともに、トータル的な小型化を図ることができる。本実施の形態では積層体１の上面に回路部品５としてダイオードとチップインダクタのみが実装された構成となっているが、これに限定されるものではない。

次に、図２においてフィルタ回路４は、高周波スイッチモジュールの後段に接続されるアンプ回路など（特に図示せず）から出力される高調波成分を除去するためのもので、送信ポート６とスイッチ回路３との間をコイル７で接続し、その両端をそれぞれコンデンサ８ａ，８ｂを介して接地したπ型のローパスフィルタで構成している。さらに、コイル７にはコンデンサ９を並列接続することにより、コイル電極７とコンデンサ９とを並列共振させ、必要とする周波数領域における減衰量を確保している。

また、スイッチ回路３はアンテナポート１０に対して送信ポート６或いは受信ポート１１の一方を選択的に接続するためのものでありシングルポート・ダブルターミナル（ＳＰＤＴ）型の高周波スイッチで構成されている。

すなわち、このスイッチ回路３は、送信ポート６側にアノードが接続されアンテナポート１０側にカソードが接続されたダイオード１２と、ダイオード１２のアノード側に接続された制御ポート１３と、一端がダイオード１２とアンテナポート１０間に接続されて他端が受信ポート１１側に接続され、送信周波数の略１／４波長となるストリップライン１４と、アノード側がストリップライン１４と受信ポート１１側に接続されカソード側がアースに接続されたダイオード１５とから形成されている。

そして、このスイッチ回路３によって、送信時には制御電圧を制御ポート１３からダイオード１２，１５に印加して２つのダイオード１２，１５を共にスルー状態として、送信ポート６とアンテナポート１０を接続状態とするとともに、ストリップライン１４の受信ポート１１側が接地されて、アンテナポート１０からみた受信ポート１１側がオープン状態となるので、送信ポート６から入力された送信信号が効率よくアンテナポート１０に出力される。

また、受信時には制御ポート１３からの制御電圧を印加せず２つのダイオード１２，１５をオープン状態とすることで、アンテナポート１０と送信ポート６間が遮蔽状態となり、アンテナポート１０から入力された受信信号が受信ポート１１に効率よく出力されるのである。なお、ダイオード１２に並列接続されたコンデンサ１６とコイル１７は受信時に生じるダイオード１２の端子間容量による影響を抑制するためのものである。

また、アンテナポート１０、送信ポート６、受信ポート１１のそれぞれに設けられた各コンデンサ１８，１９，２０は、制御ポート１３から印加される制御電圧に対するＤＣカットの役割を果たしている。

そして、このような高周波スイッチモジュールの回路を図１に示すように積層構成化するには、積層体１を図３に示すように矩形状の誘電体シート１ａ〜１ｋを縦方向に積み重ね、その内層部分及び上面部分に後述する所定の回路電極を形成するのである。また、積層体１の下面すなわち積層型高周波スイッチモジュールの実装面には図４に示すように回路電極と接続された図２におけるアンテナポート１０となるアンテナ端子２ａ、送信ポート６となる送信端子２ｂ、受信ポート１１となる受信端子２ｃ、制御ポート１３となる制御端子４０、およびアース接地用のアース端子４１が設けられている。

図３に戻り、誘電体シート１ａ，１ｃには、その略全面にアース電極２０ａ，２０ｂが設けられ、誘電体シート１ｆの右側部分にはアース電極２０ｃが設けられている。そして、それぞれのアース電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃはビアホールを介して図４に示す所定のアース端子４１に接続されている。

誘電体シート１ｂ上には接地用のコンデンサ電極２１，２２ａ，２２ｂが設けられておりそれぞれがアース電極２０ａ，２０ｂと対向することで、コンデンサ電極２１は一端がビアホールを介して図４に示す制御端子４０に接続されて図２におけるコンデンサ２３を形成し、コンデンサ電極２２ａは一端がビアホールを介して図４に示す送信端子２ｂに接続されて図２に於けるコンデンサ８ａを形成し、コンデンサ電極２２ｂはビアホールを介して後述するコイル電極２４の一端に接続され図２に於けるコンデンサ８ｂを形成している。

誘電体シート１ｄ上には、一端がビアホールを介して図４に示す送信端子２ｂに接続されて図２に於けるコイル７を形成するコイル電極２４と、一端がビアホールを介して図４に示す受信端子２ｃに接続されて図２に於けるストリップライン１４の一部を形成するストリップライン電極２５ａが設けられている。

誘電体シート１ｅ上には、一端がビアホールを介してストリップライン２５ａと接続され図２におけるストリップライン１４の残部を形成するストリップライン電極２５ｂが設けられている。またこのストリップライン電極２５ｂの左側にはビアホールを介してコイル電極２４の一端と接続されたコンデンサ電極２６が設けられている。

誘電体シート１ｆ，１ｇ，１ｈのそれぞれ左側部分には、コンデンサ電極２７，２８，２９が設けられ、コンデンサ電極２８はコンデンサ電極２７，２９と対向し図２に於けるコンデンサ１６を形成している。またコンデンサ電極２７はコンデンサ電極２６と対向し図２に於けるコンデンサ９を形成している。

誘電体シート１ｉには一端が制御端子４０に接続され図２に於ける制御ポート１３とダイオード１２間に接続されたストリップライン３０を形成するストリップライン電極３１が設けられている。

誘電体シート１ｋには、回路部品５の一つであるチップダイオードを実装するための実装電極３２と、チップインダクタを実装するための実装電極３３が設けられている。そしてこれらの実装電極３２，３３は誘電体シート１ｊに設けられた接続電極３４を経て所定の回路電極に接続されて積層型の高周波スイッチモジュールを形成している。

なお、本実施の形態ではストリップライン１４，３０は積層体１内にそれぞれストリップライン電極２５ａ，２５ｂおよびストリップライン電極３１として形成されているが、その一部を積層体１の外部、すなわち積層体１が実装されるマザー基板側に形成することができる。これにより、ストリップラインの電気長を外部に形成されたストリップライン電極をトリミングすることにより簡単に調整することができるため、回路のマッチングが取りやすくなり、マッチングロスを大幅に低減することができる。

特に、制御ポート１３とダイオード１２間に接続されたストリップライン３０について、その一部を積層体１内に形成し、残部を基板側に形成するとより効果的である。これはダイオード１２単体自身が保有する端子間容量、ダイオード１２が実装される実装電極３２間に発生する浮遊容量、および実装電極３２に至るまでの引き回しによるラインパターン間で発生する浮遊容量、さらにはダイオード１２を実装電極３２に実装した際の位置ずれ等により、これらの容量を足し合わせると、コンデンサ１６とコイル１７とで形成される共振回路に大きな影響を与えるため、例えば携帯電話等で使用される高周波帯域においては、足し合わせた結果が０．１ｐＦ増加するだけでコイル１７のＬ値は所定の設定値に対して数ｎＨ変化してしまうため、これを基板側のストリップラインの線路長をトリミングするだけで簡単にこの変化量を低減させることができるので、非常に簡単な調整で高周波特性の劣化抑制を図ることができ、非常に効果的である。

また積層体側に形成されるストリップラインのインピーダンス（Ｚ１）を基板側に形成されるストリップラインのインピーダンス（Ｚ２）よりも小さく形成することにより、トータルの電気長をλ／４よりも短く形成することができ、積層体内に形成されるパターン長を短くすることができるため、積層体内のパターン設計をより行いやすくするとともに、より小型化を図ることができる。これは、開放端側（図２（ｂ）中のＡ点近傍）で特性インピーダンスが低くなり、それによって開放端での容量性および短絡端側での誘導性が大きくなるため、波長短縮が可能となる。

次に、この高周波スイッチモジュールは、図４に示すように高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）を、図１に示す積層体１の下面である実装面に設け、積層体１の側面を高周波端子２の非電極形成面３５としている。この構成により高周波スイッチモジュールは、積層体１の側面の高さ方向全てにわたって高周波的にアンテナの役割を果たす高周波端子２が構成されず、高周波端子２からの放射損失ならびに寄生インピーダンスを理想的に低減できるのである。

さらに、積層体１の実装面のみに高周波端子２を形成することで、特に図示はしないが高周波スイッチモジュールを回路基板に実装した際においても、従来積層体１の側面に形成されていた実装用ハンダのハンダフィレットが形成されず、より高密度実装が可能になるとともに、特に他のディバイスと共に回路基板に実装した際に隣接する他のディバイスとの電磁界干渉及びノイズも著しく低減することができ、安定した性能が確保できる。

また、積層体１の側面を高周波端子２の非電極形成面３５とするには、具体的に高周波端子２と回路電極との接続をビアホールで行うことが望ましいものであって、積層体１の製造過程においても特別な工程を設けることなく、またビアホールの伝送ロスが従来の電極パターンのものに比べ非常に小さいものであることから、高周波スイッチモジュールの高周波特性を向上することができるのである。

なお、回路部品５が実装される積層体１の上面は、特に図示していないがアースに接続された金属製のシールドカバーで覆うものであり、この部分におけるシールド性はこのシールドカバーによって十分に確保されている。

また、積層体１において側面を高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）の非電極形成面３５としたことから、図３に示す誘電体シート１ａ（１ｃ，１ｆ）上に設けられたアース電極２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）を誘電体シート１ａ（１ｃ，１ｆ）の外周端にまで形成することができ、さらに積層体１のシールド性を高めることができるのである。

これは、図１０に示す積層体１の側面に高周波端子２を形成した場合、例えば図３に示すアース電極２０ａは高周波端子２との短絡を防止するため、誘電体シート１ａの外周端においてアース端子１９と接続する部分を除く外周端部分に電極形成ができないものとなるのであるが、高周波端子２を積層体１の下面のみに配置し、この接続をビアホールを介して行うものとすることで、ビアホールの位置が誘電体シート１ａの外周端から内方に配置されるのでビアホールに対して所定の間隔をあけることでアース電極２０ａが誘電体シート１ａの外周端まで電極形成でき、外部影響を一番受けやすい積層体１の外周端部分にまでアース電極２０ａが形成でき、結果として積層体１のシールド性を向上することができるのである。

また、高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）の形状を図４に示すように、積層体１の外周端に位置する電極幅を内方側の電極幅より広くなるように設定している。

これは積層体１を回路基板に実装した際に、積層体１と回路基板の熱収縮差による応力や、外部衝撃などによる応力が積層体１の外周端部分に集中するため、これによる高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）の剥離を防止するべく積層体１の外周端側に位置する高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）の電極幅を広く設定し、その応力集中を抑制するとともに、積層体１の内方に向けて高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）の電極幅を細く設定することで高周波端子２（アンテナ端子２ａ、送信端子２ｂ、受信端子２ｃ）と積層体１内に設けられた回路電極との不要な結合（例えば高周波端子２とコンデンサ電極２１との結合）を抑制しているのである。

すなわち、図１０に示す従来の高周波端子２は積層体１の下面から側面に回り込んだものであるため、回路基板上に実装した際この側面部分に形成された高周波端子２部分にハンダフィレットを形成するため、前述した応力はこの側面部分にまで分散されるのでその剥離強度が高くなり、また、高周波端子２に対する応力集中の高い実装面の外周端部分に高周波端子２の端部が形成されないので剥離強度がさらに高いものとなるのであるが、上述したように高周波スイッチモジュールをシールド性の高いものとするために高周波端子２を積層体１の実装面にのみ形成したことで高周波端子２の剥離強度が低下するためこの剥離強度の低下を抑制することが非常に重要となるのであり、高周波端子２が積層体１と回路基板との接続強度を確保する上で、接続面積を大きくする必要があり、この面積確保において積層体１の応力集中の高い外周端部分の電極幅を広く形成し内方に向けて電極幅を狭くするという構造が非常に有効な手段となるのである。

また、高周波端子２の具体的な形状としては、図４に示すように略Ｄ字状とすれば、積層体１の外周端部分の電極幅を広く形成し内方に向けて電極幅を狭くするという構造が形成できるとともに、Ｄ字の円弧部分には応力集中しやすい角部がなく高周波端子２の実装信頼性を確保できるのである。

さらに、高周波端子２を形成する上で、高周波端子２の端部と積層体１の外周端との間に所定の間隔を設けることで高周波端子２の剥離強度を向上できるのである。

これは積層体１を形成する際、通常大判の誘電体シートに対して複数個の電極パターンを形成しこの大判の誘電体シートを積層した後に個々の積層体１に切断加工するものであり、積層体には印刷による電極パターンの寸法ばらつきや積層による位置ばらつきを含むため、高周波端子２の端と積層体１の外周端との間に所定の間隔を設けなければ、切断加工時に高周波端子２の電極部分を含むように切断してしまうことになる。この場合切断による外力で高周波端子２が積層体１表面から剥離してしまうこととなり、高周波端子２の端を積層体１の外周端から所定間隔を設けることでこのような問題を解消でき、所定の剥離強度を確保することができるのである。

また、積層体１の実装面に形成する電極は上述した端子電極２の他に、図２に示す高周波スイッチのオン−オフを制御する制御ポート１３に相当する制御端子４０および外部アースに接続するアース端子４１が設けられるものであるが、この他にも図５に示すように積層体１を回路基板と接続するための接続電極３６を別途設けることで、積層体１の回路基板に対する接続面積を増加し、高周波スイッチモジュールの回路構成に重要な高周波端子２や制御端子４０に加わる外部応力を分散することができ、製品の実装信頼性を高めることができる。

そして、このような接続電極３６は積層体１が矩形状であることから、応力集中の激しい積層体１の角部に形成することが特に有効となる。

また、高周波端子２と制御端子５は積層体１を実装する回路基板設計において積層体１の外周端部分に配置することが要望されるもので、高周波スイッチモジュールの小型化に伴い積層体１の実装面における各電極も必然的に小さくなってしまうため、この高周波端子や制御端子にかかる応力緩和が実装信頼性の確保に重要となり、実装面の内方部分において他の端子（高周波端子２、制御端子４０、アース端子４１）とは独立した接続電極３６を設けて外部との接続面積を増加することが非常に有効となる。

さらに、接続電極３６は、積層体１の実装面における中央に設ける或いは中央に対して対称の位置となるように設けることが望ましく、これは積層体１を回路基板に実装する際においてクリームハンダを用いたリフロー実装がなされるものであり、ハンダ溶融に伴うセルフアライメントが効果的になされ、高周波端子２とこれが接続される回路基板の実装ランドとの位置決め精度が高くなり高周波性能における寄生インダクタンス成分となる接続ハンダ部分が安定化できることになり、高周波スイッチモジュールを実装した高周波機器の特性安定化を図ることができる。

なお、実装ランドの大きさを高周波端子２のものより小さく設定することで、高周波信号の信号経路となる実装ランドと積層体１内に設けられた各回路電極の結合が抑制でき、回路基板に実装したことによる高周波スイッチモジュールの高周波特性の低下を防止できる。

また、回路基板に形成される実装ランド形状は丸形もしくは、コーナーにＲをもつ矩形状のランド（Ｒは好ましくは０．０５ｍｍ以上）とすることにより、エッジ効果による電磁界結合の増大を抑制できより効果的に寄生インピーダンスの低減を図ることができる。

そして、このような接続電極３６は、図２に示す高周波スイッチモジュール回路とは独立して、積層体１の実装性を高めるためだけに浮き電極として設けても良いのであるが、アース端子４１と同様に積層体１の最下層に設けられたアース電極２０ａとビアホールを介して接続すれば、高周波スイッチモジュールのアース接続性を高めることができ高周波特性の向上を図ることができる。

さらに、高周波端子２を含む各外部接続用の電極に予めハンダボールを形成しておくことで、他端子構造であり且つ実装面の内方に接続端子３６を有する高周波スイッチモジュールであったとしても、回路基板に対して確実に実装できる。

なお、図２に示す高周波スイッチモジュールにおいて、各高周波端子２に相当するアンテナポート１０、送信ポート６、受信ポート１１にそれぞれ直接接続されたコンデンサ１８，１９，２０を形成するには、特に図示はしていないが例えば送信ポート６に接続されたコンデンサ１９であれば、図３に示す送信端子と対向する図２に示す誘電体シート上にアース電極と分離されたコンデンサ電極を形成することで形成でき、送信端子をコンデンサ形成用の電極として共用できるので積層体１の小型化を図ることができる。

また、積層体１の上面に積層される回路部品５であるが、この回路部品５を積層コンデンサとした場合、積層コンデンサは図７に示すように積層体５ａの内層にコンデンサ電極５ｂを多層にわたり形成するものであり、図８に示すように積層体５ａの積層方向ａと上述した高周波スイッチモジュールを形成する積層体１の積層方向ｂをほぼ垂直となるように積層コンデンサを積層体１上に載置すると、積層コンデンサのコンデンサ電極５ｂと積層体１内に形成される各種電極パターンとの間に発生する浮遊容量を低減することができ、高周波スイッチモジュールの高周波特性の低下をより低減することができる。

また、回路部品５をチップインダクタとした場合、図９に示すように高周波スイッチモジュールを形成する積層体１内にスパイラル状の伝送線路３９が形成されたものであれば、この伝送線路３９のスパイラルパターンの巻き軸方向ｃとチップインダクタのコイル電極５ｃの巻き軸方向ｄがほぼ垂直となるようにチップインダクタを積層体１上に載置すると、スパイラルパターンとチップインダクタとの間で発生するカップリングを低減させることができ、高周波スイッチモジュールの高周波特性の低下をより低減することができる。

さらに、上述した実施形態においては図２に示すＳＰＤＴ型の高周波スイッチモジュールについて説明したが、図６に示すような２つのＳＰＤＴ型の高周波スイッチモジュール３７をダイプレクサ３８で並列接続したデュアルバンド対応高周波スイッチモジュールのようなものであれば、さらに多端子構造となり上述した作用効果がより効果的に現れるものとなる。

本発明にかかる電子部品は、外部からの影響を受けにくい電子部品を提供できるという効果を有し、主として通信機器に用いられる電子部品において有用である。

本発明の一実施の形態における高周波スイッチモジュールの斜視図同高周波スイッチモジュールの等価回路図同高周波スイッチモジュールの分解斜視図同高周波スイッチモジュールの下面図他の実施の形態における高周波スイッチモジュールの下面図さらに他の実施の形態における高周波スイッチモジュールの等価回路図また他の実施の形態における高周波スイッチモジュールに用いられる積層コンデンサの分解斜視図同積層コンデンサを用いた高周波スイッチモジュールの斜視図さらにまた他の実施の形態における高周波スイッチモジュールの斜視図従来の高周波スイッチモジュールの斜視図

符号の説明

１積層体
１ａ〜１ｋ誘電体シート
２高周波端子
２ａアンテナ端子
２ｂ送信端子
２ｃ受信端子
３スイッチ回路
４フィルタ回路
３５非電極形成面
３６接続端子
４０制御端子
４１アース端子

Claims

複数の誘電体シートを積み重ねた積層体と、この積層体の外表面に設けられた複数の高周波端子と、前記積層体の内層部分に設けられた回路電極と、前記積層体の内層部分に設けられたアース電極と、前記積層体の上面に実装され前記回路電極と電気的に接続することで所定の高周波回路を形成する回路部品とを備え、前記高周波端子と前記高周波回路との接続を前記積層体の内層部分に設けたビアホールで行い前記積層体の側面を前記高周波端子の非電極形成面とするとともに、前記高周波端子を前記積層体の実装面においてその外周端から内方に間隔をあけて形成し、かつ前記積層体の積層方向から見て前記複数の高周波端子に接続された前記ビアホール間に前記アース電極を配置し、前記アース電極の外周端から近接する前記積層体の外周端までの距離を、前記高周波端子の外周端から近接する前記実装面の外周端までの距離よりも短くしたことを特徴とする電子部品。
アース電極を積層体の外周端に達するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子部品。
高周波端子は、電子部品のアンテナポートとなるアンテナ端子、前記電子部品の送信ポートとなる送信端子、および前記電子部品の受信ポートとなる受信端子からなり、積層体の積層方向から見て前記送信端子に接続されたビアホールと前記受信端子に接続されたビアホール間にアース電極を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の電子部品。