JP5152409B2 - 高周波スイッチモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、高周波スイッチを用いたモジュールに関し、特に入出力共用端子を備えた高周波スイッチとそれが搭載される基板とからなる高周波スイッチモジュールに関するものである。
特許文献1には、携帯電話用の高周波スイッチモジュールが開示されている。
図1は、特許文献1に記載されてい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1では、FETスイッチ回路とともに、SAWフィルタ50,55,60、キャパシタC1,C2,C3、及びインダクタL1が多層基板5上に搭載されている。前記FETスイッチ回路は、送信信号端子、受信信号端子およびアンテナ端子を備えている。そして、アンテナ端子と所定の信号端子とを選択的に接続するための制御信号端子も備えている。特許文献1には、制御信号端子に接続される制御信号用線路を介して送信信号や受信信号の一部が制御端子へ漏れ、通過帯域内において挿入損失特性が劣化するのを防止するため、制御用回路をグランド電極で隔離し、そのことにより制御信号用線路と送受信回路とのアイソレーションを向上させることが記載されている。
特開2008−271420号公報
特許文献1においては、多層基板内に複数のグランド電極を備え、それらがビアホールで接続されている。FETスイッチは、送受信信号用線路とそれに対応する接地用線路が必要であるだけでなく、スイッチを切り替えるための制御信号を印加するための接地用線路も必要である。
特許文献1のように複数のグランド電極の間に制御信号用線路を配置すれば、制御信号用線路と送受信線路間での直接の干渉は低減されるものの、送受信信号用の接地電極と制御信号用の接地電極とが共通であると、送信端子などからの高出力の信号がその共通の接地電極を介して論理回路部に回り込み、論理回路が正常に動作できないため、スイッチの高調波歪特性などの高周波特性が劣化するという問題が生じる。
そこで、この発明の目的は、高周波特性の劣化、特に高調波歪特性を改善した高周波スイッチモジュールを提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明は次のように構成する。
(1)複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子を有し、前記複数の高周波端子のうち所定の高周波端子間を選択的に導通させる高周波スイッチと、
絶縁体と電極とが交互に積層された矩形板状の多層基板と、を備え、
前記高周波スイッチの各端子が接続される上面接続電極が前記多層基板の上面に配置され、実装先の回路基板上の電極に接続される下面接続端子が前記多層基板の下面に配置され、前記上面接続電極と前記下面接続端子との間を導通させる配線電極が前記多層基板内に形成された高周波スイッチモジュールであって、
前記接地端子は高周波回路用接地端子と制御回路用接地端子とを含み、
前記高周波回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通するグランド電極を前記多層基板の内部に備え、
前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する前記配線電極が前記グランド電極から絶縁状態に配置されている。
この構成により、高周波スイッチの制御回路の接地経路と高周波信号の接地経路との干渉が抑制され、接地経路を介して高周波信号が高周波スイッチに回り込んだり、高周波スイッチの制御回路(論理回路部)で発生したノイズが高周波信号の伝送経路へ回り込んだりするのを防ぐことができる。
(2)前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極(ビアホール)は、平面視で前記グランド電極で取り囲まれない位置に配置されている。
この構成により、高周波スイッチの制御回路用の接地経路と多層基板内のグランド電極との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。
(3)前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下に配置されている。
この構成により、制御回路用接地端子が直接(不要な配線を介さずに)多層基板の下面接続端子(制御回路用下面接地端子)に接続されるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。
(4)前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下であって、前記上面接続電極と平面視で重なる位置に前記下面接続端子が配置されている。
この構成により、制御回路用接地端子が直接的に短い経路で多層基板の下面接続端子(制御回路用下面接地端子)に接続されることになるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。
(5)前記グランド電極は、前記下面接続端子のうち前記制御回路用接地端子と導通する下面接続端子に対して平面視で重ならない位置に配置されている。
この構成により、制御回路用の接地電極と多層基板の下面接続端子(制御回路用下面接地端子)との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。
(6)前記複数の高周波端子は送信信号入力端子を含み、前記送信信号入力端子には低域通過フィルタが接続され、前記低域通過フィルタは前記多層基板内の電極により構成され、前記多層基板内の積層方向での互いに異なる位置に形成された前記接地電極の間に前記低域通過フィルタが配置されている。
この構成により、前記低域通過フィルタからの送信信号の漏れを防ぐことができ、高周波スイッチの制御回路と送信回路との干渉を低減できる。
本発明によれば、送信信号などの高出力信号が高周波側の接地電極を介して高周波スイッチの制御回路(論理回路部)に回り込むのを防ぐことができる。また、高周波スイッチの制御回路(論理回路部)で発生したノイズが高周波信号の伝送経路へ回り込むのを防ぐことができる。これらのことにより、高周波特性の劣化、特に高調波歪特性を改善した高周波スイッチモジュールが構成できる。
特許文献1に記載されている高周波スイッチモジュールの斜視図である。 第1の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの回路図である。 第1の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの上面図である。 図2に示した高周波スイッチ100と多層基板101との接続関係を示す断面図である。 図3・図4に示した多層基板101の各層の構成を示す図である。 図5に続く図であり、多層基板101の各層の構成を示す図である。 第2の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて示す図である。
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて図2〜図6を参照して説明する。
図2は第1の実施形態に係る高周波スイッチモジュール201の回路図である。この高周波スイッチモジュール201は、高周波スイッチ100と、この高周波スイッチ100に接続された低域通過フィルタLPF1,LPF2、SAWフィルタF1,F2,F3,F4、及び整合回路L1,L2,L3,L4を備えている。
前記高周波スイッチ100は、複数の高周波端子Tx1,Tx2,Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,U1,U2,U3、アンテナ端子Ant、制御端子Vc1,Vc2,Vc3,Vc4、及び電源端子Vdd、さらにはグランド端子Gnd0〜Gnd4を備えている。
前記高周波端子のうち、端子Tx1はGSM850/900の送信信号入力端子、Tx2はGSM1800/1900の送信信号入力端子である。またRx1はGSM850の受信信号出力端子、Rx2はGSM900の受信信号出力端子、Rx3はGSM1800の受信信号出力端子、Rx4はGSM1900の受信信号出力端子である。さらにU1はUMTS1(例えば800MHz帯のUMTS800)の入出力端子、U2はUMTS2(例えば850MHz帯のUMTS850)の入出力端子、U3はUMTS3(例えば2100MHz帯のUMTS2100)の入出力端子である。
また前記アンテナ端子AntにはアンテナANTが接続される。
前記制御端子Vc1〜Vc4は制御電圧信号VC1〜VC4を入力して複数の高周波端子のうち任意の高周波端子とアンテナ端子Antとの間を選択的に導通させる。すなわち高周波スイッチ100はSP9T(Single pole - 9 throw)のスイッチであり、例えばGSM850/900の送信信号を出力する場合には、アンテナ端子AntとTx1とを導通させる。
図3は第1の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの上面図である。この高周波スイッチモジュール201は、多層基板101の上面に高周波スイッチ100及びSAWフィルタF1〜F4が搭載されて構成されている。図2に示した低域通過フィルタLPF1,LPF2は多層基板101の内部の配線電極及び/又は上面に搭載された部品により構成されている。多層基板101は絶縁体(誘電体セラミック)と配線電極とが交互に積層されたセラミック多層基板である。高周波スイッチ100は矩形板状の半導体基板に構成されている。高周波スイッチ100の前記複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子は前記半導体基板の一方の主面(下面)に形成されている。なお、多層基板101は、液晶ポリマーなどの樹脂で形成されてもよい。
多層基板101の上面には、高周波スイッチ100の各種端子が接続される上面電極が形成されている。そして、多層基板101の下面には図3において破線で示すように、高周波スイッチモジュール201の実装先である回路基板の電極に接続するための下面接続端子が形成されている。
図4は、図2に示した高周波スイッチ100と多層基板101との接続関係を示す断面図である。但し、図面の煩雑化を避けるため、断面部分を表すハッチングを省略している。
図4に示すように、多層基板101の内部には配線電極E401〜E414,E001〜E004,E006〜E013、グランド電極G01,G02等が形成されている。多層基板101の内部のその他の配線電極については図示を省略している。
多層基板101の上面に形成されている上面接続電極のうちの制御回路用接地端子Gnd4が接続される制御回路用上面接続電極Gnd4Pと、多層基板101の下面接続端子のうちの制御回路用下面接地端子GND4とは、前記配線電極E401〜E414を介して接続されている。
一方、多層基板101の上面に形成されている上面接続電極のうちの高周波回路用接地端子Gnd0が接続される高周波回路用上面接続電極Gnd0Pと、多層基板101の下面接続端子のうちの高周波回路用下面接地端子GND0とは、前記配線電極E001〜E004,E006〜E013を介して接続されている。また、前記高周波回路用上面接続電極Gnd0Pは、前記配線電極E001〜E004,E006〜E013を介して多層基板101内部のグランド電極G01,G02に接続されている。後述するように、この二つのグランド電極G01,G02の間に低域通過フィルタLPF1,LPF2が配置されている。
なお、本実施形態に係る高周波スイッチ100における各端子はAuバンプやはんだバンプで形成され、高周波スイッチ100はその回路形成面を多層基板101の上面側に向けてフェイスダウン実装されている。
図5・図6は多層基板101の各層の構成を示す図である。図5と図6は連続している。図5中の(A)が多層基板101の最上層、図6中の(H)が最下層である。いずれの図も各層の下面から上面方向を見た図である。したがって図5中の(A)の図は多層基板の上面に搭載される高周波スイッチ100、SAWフィルタF1〜F4の下面を見た図となっている。
各層において小円パターンはビアホール、その他のパターンは面方向に延びる線路、インダクタ形成用の電極、及び容量形成用の電極である。図5・図6中の符号は図2中に示した回路要素の符号と一致している。これらの配線電極によって、図2に示した低域通過フィルタLPF1,LPF2が構成されている。
図5において、高周波スイッチ100の制御回路用接地端子Gnd4に着目すると、E401→E402→E403→E404→E405→E406→E407→E408→E409→E410→E411→E412→E413→E414という経路で配線電極(ビアホール)を介して、最終的に制御回路用下面接地端子GND4に導通する。
一方、高周波スイッチ100の高周波回路用接地端子Gnd0に着目すると、E001→E002→E003→E004→G01→E006→E007→E008→E009→E010→E011→E012→E013→G02という経路で配線電極及びグランド電極を経由して、最終的に高周波回路用下面接地端子GND0に導通する。
多層基板101内部のグランド電極G01,G02間には、複数の配線電極によってインダクタ及びキャパシタが形成され、これらのインダクタ及びキャパシタによって、図2に示した低域通過フィルタLPF1,LPF2が構成されている。
このように、高周波スイッチ100の制御回路用接地端子Gnd4と高周波回路用接地端子Gnd0とを分離したまま、多層基板101の制御回路用下面接地端子GND4及び高周波回路用下面接地端子GND0にそれぞれ接続したので、送信回路などで発生した送信信号が接地経路を介して高周波スイッチの制御回路(論理回路部)へ回り込むのを防ぐことができる。
また、制御回路用接地端子Gnd4が接続される上面接続電極に導通する配線電極E401〜E414を、制御回路用接地端子Gnd4が接続される制御回路用上面接続電極Gnd4Pの直下に配置したことにより、さらには、制御回路用接地端子Gnd4が接続される制御回路用上面接続電極Gnd4Pの直下に制御回路用下面接地端子GND4を配置したことにより、制御回路用接地端子Gnd4が不要な配線を介さずに制御回路用下面接地端子GND4に接続されるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。
さらに、高周波スイッチ100の送信信号入力端子Tx1,Tx2に接続される低域通過フィルタLPF1,LPF2を多層基板101内の二つのグランド電極G01,G02間に配置したので、低域通過フィルタLPF1,LPF2からの送信信号の漏れを防ぐことができ、高周波スイッチの制御回路と送信回路との間の干渉を低減できる。
《第2の実施形態》
図7は第2の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて示す図である。図7では特に多層基板の各層のうち三つの層の構成を示している。第1の実施形態で図5・図6に示した多層基板と異なるのは、グランド電極G01,G02の形状である。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
第2の実施形態では、配線電極(ビアホール)E405,E414等が、平面視でグランド電極G01,G02で取り囲まれない位置に配置されている。配線電極E405,E414は、制御回路用接地端子Gnd4が接続される制御回路用上面接続電極Gnd4Pに導通する。換言すると、グランド電極G01,G02の形成領域が制御回路用上面接続電極Gnd4Pに導通する配線電極(ビアホール)E405,E414等の形成位置を平面視で取り囲まないようにグランド電極G01,G02が形成されている。
また、前記グランド電極G01,G02は平面視で前記制御回路用下面接地端子GND4と平面視で重ならない位置に配置されている。
これらの構成により、制御回路用の接地電極と多層基板内のグランド電極との間、及び制御回路用の接地電極と制御回路用下面接地端子との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。
なお、前記制御回路用下面接地端子と前記高周波回路用下面接地端子とは前記多層基板の互いに異なる辺に沿って配置してもよい。そのことによって制御回路用下面接地端子と高周波回路用下面接地端子との間に生じる容量を小さくして、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。
また、制御端子用接地端子GND4を、UMTS端子、送信信号入力端子、アンテナ端子などの電力の掛かる端子から離れた位置(隣接しない位置)に設けても良い。そのことにより、高周波スイッチ内の制御回路への高周波信号の回り込みをさらに低減できる。
ANT…アンテナ
Ant…アンテナ端子
E401〜E414,E001〜E004,E006〜E013…配線電極
F1,F2,F3,F4…SAWフィルタ
G01,G02…グランド電極
Gnd0〜Gnd4…グランド端子
GND0…高周波回路用下面接地端子
Gnd0…高周波回路用接地端子
Gnd0P…高周波回路用上面接続電極
GND4…制御回路用下面接地端子
Gnd4…制御回路用接地端子
Gnd4P…制御回路用上面接続電極
L1,L2,L3,L4…整合回路
LPF1,LPF2…低域通過フィルタ
Tx1,Tx2…送信信号入力端子
100…高周波スイッチ
101…多層基板
201…高周波スイッチモジュール

Claims (6)

  1. 複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子を有し、前記複数の高周波端子のうち所定の高周波端子間を選択的に導通させる高周波スイッチと、
    絶縁体と電極とが交互に積層された矩形板状の多層基板と、を備え、
    前記高周波スイッチの各端子が接続される上面接続電極が前記多層基板の上面に配置され、実装先の回路基板上の電極に接続される下面接続端子が前記多層基板の下面に配置され、前記上面接続電極と前記下面接続端子との間を導通させる配線電極が前記多層基板内に形成された高周波スイッチモジュールであって、
    前記接地端子は高周波回路用接地端子と制御回路用接地端子とを含み、
    前記高周波回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通するグランド電極を前記多層基板の内部に備え、
    前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する前記配線電極が前記グランド電極から絶縁状態に配置されている、高周波スイッチモジュール。
  2. 前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、平面視で前記グランド電極で取り囲まれない位置に配置されている、請求項1に記載の高周波スイッチモジュール。
  3. 前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下に配置されている、請求項1または2に記載の高周波スイッチモジュール。
  4. 前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下であって、前記上面接続電極と平面視で重なる位置に前記下面接続端子が配置されている、請求項3に記載の高周波スイッチモジュール。
  5. 前記グランド電極は、前記下面接続端子のうち前記制御回路用接地端子と導通する下面接続端子に対して平面視で重ならない位置に配置されている、請求項1〜4のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
  6. 前記グランド電極は、前記多層基板内の互いに異なる複数の層に形成され、
    前記複数の高周波端子は送信信号入力端子を含み、前記多層基板内の電極により構成された低域通過フィルタが前記送信信号入力端子に接続され、前記低域通過フィルタは、前記多層基板内の互いに異なる層に形成された前記グランド電極の間に配置されている、請求項1〜5のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
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