JP4680277B2 - High frequency circuit module - Google Patents
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Description
この発明は、高周波回路モジュールに関し、特に、小型化に有効な高周波回路モジュールに関する。 The present invention relates to a high-frequency circuit module, and more particularly to a high-frequency circuit module effective for miniaturization.
従来から無線通信機器の小型化を図るべく、無線通信回路のRFフロントエンド部やベースバンド部をモジュール化した高周波回路モジュールが検討されている。このような高周波回路モジュールは、ブルートゥースや無線LAN等の通信規格に合わせて設計され、携帯電話やPC等のアプリケーション機器に組み込まれた後、これらアプリケーション機器に無線通信機能を与えるモジュールとして機能する。 Conventionally, in order to reduce the size of wireless communication devices, high-frequency circuit modules in which the RF front end portion and baseband portion of a wireless communication circuit are modularized have been studied. Such a high-frequency circuit module is designed in accordance with a communication standard such as Bluetooth or wireless LAN, and functions as a module that gives a wireless communication function to these application devices after being incorporated in an application device such as a mobile phone or a PC.
ここで、この種の高周波回路モジュールの中には、高周波回路と該高周波回路の基準発振器として機能する水晶発振回路を一体化したものが知られており、例えば、特許文献1および特許文献2に開示された構造が既に検討されている。 Here, among this type of high-frequency circuit module, one in which a high-frequency circuit and a crystal oscillation circuit that functions as a reference oscillator of the high-frequency circuit are integrated is known. The disclosed structure has already been considered.
また、水晶発振回路の例としては、特許文献3に開示されたものが知られている。 As an example of the crystal oscillation circuit, the one disclosed in Patent Document 3 is known.
特許文献1には、同文献の図1に記載されたように、多層基板に表裏にキャビティを設け、表面側のキャビティ内に水晶振動子とICを配置し、裏面側のキャビティ内に受動部品を配置した構造が開示されている。しかし、この構造では、水晶発振子とICとが同じキャビティ内に収容されるため、実装面積が必要となり、ICのチップサイズに近いモジュールを構成することが困難である。
In
特許文献2には、同文献の図1に示されたように、多層基板の表面側に水晶発振子と、ベースバンドICと、メモリICとを配置し、裏面側のキャビティ内に高周波ICを配置した構造が開示されている。しかし、この構造でも、水晶発振子と他のICとが同じ面に配置されるため、特許文献1と同様に実装面積が必要になる。
In Patent Document 2, as shown in FIG. 1 of the same document, a crystal oscillator, a baseband IC, and a memory IC are arranged on the front surface side of a multilayer substrate, and a high frequency IC is placed in a cavity on the back surface side. Arranged structures are disclosed. However, even in this structure, since the crystal oscillator and the other IC are arranged on the same surface, a mounting area is required as in
近年、高周波回路ブロックとベースバンド回路ブロックとを集積したシングルチップICが検討されており、また、ICのチップサイズ相当のモジュールが求められている等の諸事情を考慮すると、特許文献1および特許文献2の構造では小型化に限界があった。 一方、水晶発振回路は、特許文献3に記載されたように、水晶振動子と反転増幅器と帰還回路とで構成され、水晶振動子は機械的な封止構造を必要とするとともに、反転増幅器や帰還回路は最短配線で配置することが求められることから、水晶発振回路の特性を満足させつつ小型化に有効なモジュール構造が求められていた。
そこで、本発明は、高周波回路と水晶発振回路を備えた高周波回路モジュールの小型化に有効な手法を提供する。 Therefore, the present invention provides a method effective for miniaturization of a high-frequency circuit module including a high-frequency circuit and a crystal oscillation circuit.
上記目的を達成するため、本発明は、高周波回路と水晶発振回路とメモリ回路とが多層基板上で構成された高周波回路モジュールにおいて、前記多層基板の表面側に前記高周波回路の信号処理部と前記水晶発振回路の調整部とを集積したRFICが配置され、前記多層基板の裏面側に設けられた第1のキャビティ内に前記水晶発振回路の一部を構成する水晶振動子が配置、封止され、前記多層基板の裏面側に設けられた第2のキャビティ内に前記メモリ回路を構成するメモリ素子が配置されたことを特徴とする。
また、本発明では、前記水晶振動子をAuSn合金で形成される封止キャップを用いて封止することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a high-frequency circuit module in which a high-frequency circuit, a crystal oscillation circuit, and a memory circuit are configured on a multilayer substrate. An RFIC integrated with an adjustment unit of a crystal oscillation circuit is disposed, and a crystal resonator constituting a part of the crystal oscillation circuit is disposed and sealed in a first cavity provided on the back surface side of the multilayer substrate. characterized in that the memory elements constituting the memory circuit in a second cavity provided on the back surface side of the multilayer substrate is disposed.
In the present invention, the crystal resonator is sealed with a sealing cap formed of an AuSn alloy.
ここで、高周波回路とは、無線通信回路を構成するRFフロントエンド部やベースバンド処理部を意味し、この高周波回路の一部を集積したRFICが多層基板上に実装される。RFIC内に集積される回路ブロックとしては、RFフロントエンド部のみでもベースバンド部のみでも良いが、これらの両ブロックを1チップ内に集積化したRFICを用いることが望ましい。RFフロントエンド部とベースバンド部を別のチップで構成する場合は、RFフロントエンド部を集積したRFICとベースバンド部を集積したBBICの2チップを多層基板の表面側に併置すれば良い。 Here, the high-frequency circuit means an RF front end unit or a baseband processing unit constituting a wireless communication circuit, and an RFIC in which a part of the high-frequency circuit is integrated is mounted on a multilayer substrate. As a circuit block integrated in the RFIC, only the RF front end unit or the baseband unit may be used. However, it is desirable to use an RFIC in which these blocks are integrated in one chip. When the RF front end portion and the baseband portion are configured by separate chips, two chips, that is, an RFIC in which the RF front end portion is integrated and a BBIC in which the baseband portion is integrated may be arranged on the surface side of the multilayer substrate.
また、高周波回路として、ブルートゥース用の回路を構成する場合には、特許文献2の図2に示された回路構成を利用しても良く、無線LAN用の回路を構成する場合には、周知の回路構成を利用すれば良い。尚、高周波回路を構成するフィルタ、インダクタ、コンデンサ等の受動要素は、RFIC内に集積しても、多層基板内に内装構成しても、多層基板の表面に部品として実装しても良い。 When a Bluetooth circuit is configured as a high-frequency circuit, the circuit configuration shown in FIG. 2 of Patent Document 2 may be used. When a wireless LAN circuit is configured, a well-known circuit is used. A circuit configuration may be used. Passive elements such as filters, inductors, and capacitors constituting the high-frequency circuit may be integrated in the RFIC, built in the multilayer substrate, or mounted as components on the surface of the multilayer substrate.
水晶発振回路は、高周波回路の基準発振器として利用される回路であり、C−MOSインバータを備えた発振用半導体と、水晶振動子および発振周波数を決定するコンデンサによって構成される。ここで、水晶発振回路は、水晶振動子の共振作用により所定周波数のクロック信号を生成し、高周波回路に入力する。水晶発振回路の構成は、特許文献3に記載されたものを用いることが可能である。 The crystal oscillation circuit is a circuit used as a reference oscillator of a high-frequency circuit, and includes an oscillation semiconductor provided with a C-MOS inverter, a crystal resonator, and a capacitor that determines an oscillation frequency. Here, the crystal oscillation circuit generates a clock signal having a predetermined frequency by the resonance action of the crystal resonator and inputs the clock signal to the high frequency circuit. As the configuration of the crystal oscillation circuit, the one described in Patent Document 3 can be used.
多層基板は、高周波回路内の配線の一部、水晶発振回路内の配線の一部または高周波回路と水晶発振回路との結線を基板上で実現する要素であり、セラミック製の基板で構成しても樹脂製の基板で構成しても良い。セラミック製の基板で構成する場合には、例えば、低温焼成材料を用いて形成された基板上に銀や銅の導電材料を塗布して配線パターンを形成し、このように形成した基板を複数積層した後、900°〜1000°で焼成することで、多層基板を形成することができる。 The multilayer substrate is an element that realizes part of the wiring in the high-frequency circuit, part of the wiring in the crystal oscillation circuit, or the connection between the high-frequency circuit and the crystal oscillation circuit on the substrate. Alternatively, a resin substrate may be used. In the case of a ceramic substrate, for example, a wiring pattern is formed by applying a silver or copper conductive material on a substrate formed using a low-temperature fired material, and a plurality of such substrates are stacked. Then, the multilayer substrate can be formed by baking at 900 ° to 1000 °.
この多層基板の裏面には、所定形状のキャビティが形成され、このキャビティ内に水晶振動子が収容される。このように、キャビティの壁面が水晶振動子の収容した構造になるため、水晶振動子封止用のパッケージングが不要になり、かつ、水晶振動子をRFICと重ねて配置できるため、RFICの面積が大きい場合であっても、チップサイズ相当のモジュールを提供することが可能になる。 A cavity having a predetermined shape is formed on the back surface of the multilayer substrate, and a crystal resonator is accommodated in the cavity. As described above, since the cavity wall has a structure in which the crystal unit is accommodated, packaging for crystal unit sealing is not necessary, and the crystal unit can be placed on top of the RFIC. It is possible to provide a module corresponding to the chip size even when the value is large.
また、メモリ回路は、信号処理用のソフトウェアや各種設定データが格納された記憶領域を構成し、特許文献3の図2に記載されたように、EEPROMを用いて構成すれば良い。 Further, the memory circuit may constitute a storage area in which signal processing software and various setting data are stored, and may be configured using an EEPROM as described in FIG.
このように、水晶振動子を収容するキャビティと、メモリ素子を収容するキャビティとを別々に設けることで、水晶振動子の封止を容易にするとともに、多層基板の裏面領域を有効に活用できるため、最も大きな素子となり得るRFICと同等の小型化が期待できる。 As described above, since the cavity for housing the crystal unit and the cavity for storing the memory element are separately provided, the crystal unit can be easily sealed and the back surface region of the multilayer substrate can be effectively utilized. Therefore, it can be expected that the RFIC, which can be the largest element, can be miniaturized.
RFフロントエンド部とベースバンド部の双方を集積したRFICは、水晶振動子の封止に必要な面積とEEPROMの収容に必要な面積よりも大きくなるため、多層基板の表面側にRFICを配置し、多層基板の裏面側に水晶振動子とメモリ素子を配置した構成が有効である。 An RFIC that integrates both the RF front end and baseband is larger than the area required for sealing the crystal unit and the area required for housing the EEPROM, so the RFIC is placed on the surface side of the multilayer board. A configuration in which a crystal resonator and a memory element are arranged on the back side of the multilayer substrate is effective.
以上説明したように、本発明によれば、水晶発振回路の特性を満足させつつ、高周波回路モジュールの小型化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the size of the high-frequency circuit module while satisfying the characteristics of the crystal oscillation circuit.
以下、本発明に係る高周波回路モジュールを添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。 Hereinafter, a high-frequency circuit module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified as appropriate.
図1は、本発明に係る高周波回路モジュールの基本構造を示す断面図である。同図に示すように、本回路モジュールは、多層基板20の表面側に集積回路素子12と、受動部品14−1〜14−5とが実装され、多層基板20の内層に内装コンデンサ30が内装形成され、多層基板20の裏面側にキャビティ22が設けられ、このキャビティ内に導電性接着剤26で固定された水晶片24が設置される。この固定された水晶片24により水晶振動子23が構成される。
FIG. 1 is a sectional view showing the basic structure of a high-frequency circuit module according to the present invention. As shown in the figure, in this circuit module, the
集積回路素子12は、高周波回路のRFフロントエンド部と、ベースバンド部と、水晶発振回路の調整部とが集積されたフリップチップ型のICであり、複数のバンプを介して多層基板の表面に設けられた図示しない電極パッドに接続される。また、受動部品14−1〜14−5は、アンテナ、フィルタ、コンデンサ、インダクタ等の受動部品であり、これら受動部品は、該各部品の壁面に形成された外部電極を介して、多層基板表面に設けられた電極パッドに接続される。
The
多層基板20は、複数のセラミック配線基板の積層により形成され、その内部には、内装コンデンサ30やGND電極40、その他、電源ラインや各種配線パターンが内装形成される。ここで、内装コンデンサ30は、一のセラミック基板を介して上下に配置されたコンデンサ上部電極32とコンデンサ下部電極34とで構成され、水晶発振回路内のコンデンサ素子として機能する。コンデンサ下部電極34は、ビアホールを介してGND電極40に接続され、これにより、内装コンデンサ30は接地型のコンデンサとなる。
The
集積回路素子12と水晶振動子23とを接続するビアホールは、コンデンサ上部電極32を貫通する形で水晶片24から集積回路素子12に向けて直線的に形成され、その結果、水晶発振回路が最短配線で構成される。このように、水晶振動子から集積回路までの配線を直線的に形成することで、他配線との並走距離を短縮することができるため、浮遊容量や回路損失の低減が図られ、発振回路特性が安定する。
The via hole connecting the
封止キャップ28は、多層基板20の裏面と同一面に収まる形でキャビティ22の開口部を封止し、多層基板20の外周に配置された外部端子50とともに、半田52を介してマザーボード100上に設けられた電極パッドに接続される。この封止キャップ28は、AuSn合金で形成される。
The sealing
図2は、図1に示した水晶振動子の平面構造を示す拡大底面図である。同図に示すように、水晶片24は、コンデンサ下部電極34と平面的に重なる位置に配置され、その一端が開放端となり、他端が導電性接着剤26を介して接続パターン25に接続される。接続パターン25は、キャビティ22の壁面から突出させた内装パターンで形成され、この接続パターン25に水晶片24を固定することにより、片端支持構造の水晶振動子が構成される。
FIG. 2 is an enlarged bottom view showing a planar structure of the crystal unit shown in FIG. As shown in the figure, the
尚、図1に示した集積回路素子12と接続するためのビアホールは、この接続パターン25に接続される。また、水晶片24は、キャビティ22の壁面から一定の間隔を隔てて設置され、振動可能な状態で固定される。
A via hole for connecting to the
図3は、図1に示した回路モジュールで実現される無線通信回路の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すように、本回路モジュールでは、電波の送受信を行うアンテナANTと、所定の通信帯域を通過させるバンドパスフィルタBPFと、送信パスTXと受信パスRXを切り替える高周波スイッチRF−SWと、送信パス上に配置されたパワーアンプPAと、RFフロントエンド部を集積したRF−ICと、ベースバンド部を集積したBB−ICと、BB−ICのクロック信号を生成する水晶振動子XTALと、メモリ素子として機能するEEPROMとで構成された無線通信回路が具現化される。 FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration of a wireless communication circuit realized by the circuit module shown in FIG. As shown in the figure, in this circuit module, an antenna ANT that transmits and receives radio waves, a bandpass filter BPF that passes a predetermined communication band, a high-frequency switch RF-SW that switches between a transmission path TX and a reception path RX, A power amplifier PA disposed on the transmission path, an RF-IC integrated with an RF front end unit, a BB-IC integrated with a baseband unit, and a crystal resonator XTAL that generates a clock signal of the BB-IC; A wireless communication circuit composed of an EEPROM functioning as a memory element is realized.
図4は、図1に示した回路モジュールで実現される水晶発振回路の構成を示す回路ブロック図である。同図に示すように、水晶発振回路は、反転増幅器60と抵抗Rとで構成された増幅回路と、可変コンデンサCと固定コンデンサC1およびC2とで構成された帰還回路と、該帰還回路内に配置された水晶振動子XTALとで構成される。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a configuration of a crystal oscillation circuit realized by the circuit module shown in FIG. As shown in the figure, the crystal oscillation circuit includes an amplifier circuit composed of an inverting
ここで、水晶発振回路に供給が投入されて、反転増幅器60に信号が入力されると、該信号に含まれる所定の周波数に水晶振動子XTALが共振した共振信号が生成される。この共振信号は、帰還回路を介して再び反転増幅器60に入力され、帰還と共振の繰り返しにより、所定周波数の発振信号が生成される。
Here, when a supply is supplied to the crystal oscillation circuit and a signal is input to the inverting
水晶発振回路の発振周波数は、帰還回路を構成する可変コンデンサCと固定コンデンサC1およびC2の合成容量で決定され、可変コンデンサの容量値を調整することで、発振周波数を制御することができる。水晶発振回路の構成および動作については、特許文献3にも詳しく説明されているため、本願明細書では省略する。 The oscillation frequency of the crystal oscillation circuit is determined by the combined capacitance of the variable capacitor C and the fixed capacitors C1 and C2 constituting the feedback circuit, and the oscillation frequency can be controlled by adjusting the capacitance value of the variable capacitor. Since the configuration and operation of the crystal oscillation circuit are described in detail in Patent Document 3, they are omitted in this specification.
本発明に係る水晶発振回路は、図4の符号Aで示した領域、即ち、反転増幅器60、可変コンデンサCおよび抵抗Rが図1の集積回路素子12内に集積形成され、符号Bで示した領域、即ち、固定コンデンサC1およびC2が図1の多層基板20内に内装形成され、符号Cで示した領域、即ち、水晶振動子XTALが図1のキャビティ22内に形成される。
In the crystal oscillation circuit according to the present invention, the region indicated by the symbol A in FIG. 4, that is, the inverting
図5は、本発明に係る高周波回路モジュールの位置実施例を示す断面図である。同図に示す回路モジュールは、図1に示した集積回路素子12と水晶振動子23に加えて、さらに、多層基板20の裏面にEEPROMを搭載した構造を有する。
FIG. 5 is a sectional view showing a position example of the high-frequency circuit module according to the present invention. The circuit module shown in the figure has a structure in which an EEPROM is mounted on the back surface of the
この回路モジュールでは、多層基板20の表面側に、アンテナANTと集積回路素子12とが実装され、図1では部品として実装したフィルタやインダクタ等の受動素子および図4に示した水晶発振回路の反転増幅器60と可変コンデンサCおよび抵抗Rは、集積回路素子12内に集積される。
In this circuit module, the antenna ANT and the
多層基板20の内部には、図4に示した水晶発振回路の固定コンデンサC1およびC2がそれぞれ独立のビアホールに接して形成され、内装グランド電極GNDを利用して、接地型コンデンサが構成される。固定コンデンサC1およびC2に接続された各ビアホールは、集積回路素子12と水晶振動子XTALとの接続ラインとして機能する。
In the
内装グランド電極GNDの下層には、内装電源電極PWRが配置され、電源ラインとGNDラインが併走した形で提供される。この内装グランド電極GNDと内装電源電極PWRのうち、集積回路素子12と水晶振動子XTALとを接続する各ビアホールが形成される部分には、所定形状のスリットが設けられ、各ビアホールとの接触が防止される。
An internal power supply electrode PWR is disposed below the internal ground electrode GND, and the power supply line and the GND line are provided in parallel. Of the interior ground electrode GND and the interior power supply electrode PWR, a slit having a predetermined shape is provided in a portion where each via hole for connecting the
多層基板20の裏面側には、EEPROMを収容する第1のキャビティ22−1と、水晶振動子XTALを収容する第2のキャビティ22−2が形成され、第2のキャビティには水晶振動子XTALを封止する封止キャップ28が設けられる。水晶振動子XTALは、図1に示した構造と同様に、水晶片24を用いて構成される。
A first cavity 22-1 for accommodating an EEPROM and a second cavity 22-2 for accommodating a crystal resonator XTAL are formed on the back side of the
本発明によれば、水晶発振回路を備えた高周波回路モジュールの小型化を図ることができるため、より小型化が要求される携帯電話やモバイル機器等の移動体通信機器への適用が期待される。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of a high-frequency circuit module including a crystal oscillation circuit. Therefore, application to mobile communication devices such as mobile phones and mobile devices that are required to be further downsized is expected. .
12…集積回路素子、14…受動部品、20…多層基板、22…キャビティ、23…水晶振動子、24…水晶片、25…接続パターン、26…導電性接着剤、28…封止キャップ、30…内装コンデンサ、32…コンデンサ上部電極、34…コンデンサ下部電極、40…GND電極、50…外部端子、52…半田、60…反転増幅器、100…マザーボード
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記多層基板の表面側に前記高周波回路の信号処理部と前記水晶発振回路の調整部とを集積したRFICが配置され、
前記多層基板の裏面側に設けられた第1のキャビティ内に前記水晶発振回路の一部を構成する水晶振動子が配置、封止され、
前記多層基板の裏面側に設けられた第2のキャビティ内に前記メモリ回路を構成するメモリ素子が配置された
ことを特徴とする高周波回路モジュール。 In a high-frequency circuit module in which a high-frequency circuit, a crystal oscillation circuit, and a memory circuit are configured on a multilayer substrate,
An RFIC in which the signal processing unit of the high-frequency circuit and the adjustment unit of the crystal oscillation circuit are integrated on the surface side of the multilayer substrate is disposed,
A crystal resonator constituting a part of the crystal oscillation circuit is arranged and sealed in a first cavity provided on the back side of the multilayer substrate ,
A high-frequency circuit module, wherein a memory element constituting the memory circuit is disposed in a second cavity provided on a back surface side of the multilayer substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の高周波回路モジュール。The high-frequency circuit module according to claim 1.
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