JP5262840B2

JP5262840B2 - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP5262840B2
Application number: JP2009049532A
Authority: JP
Inventors: 大中川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP2010206502A

Description

この発明は、複数種類の高周波信号を切り替えて送受信する高周波モジュールに関するものである。

従来、異なる周波数帯域を利用する複数の高周波信号を１つのアンテナで送受信するための高周波モジュールが各種考案されている。このような高周波モジュールは、一般的に、高周波信号間の切り替えや各高周波信号における送受信の切り替え等を行うスイッチ（以下、単に「ＳＷ」と称する。）モジュール、送信側のパワーアンプ（以下、単に「ＰＡ」と称する。）モジュール、受信側のＳＡＷフィルタモジュールを備えており、最終的に全体がパッケージされた一体型のモジュールに形成されている。

例えば、特許文献１の高周波モジュールは、所定形状からなるメインモジュールに対して、複数のキャビティを形成し、当該キャビティ内に、上述のＰＡモジュール、ＳＡＷフィルタモジュール等を実装した構造になっている。より具体的には、ＰＡモジュール、ＳＡＷフィルタモジュールは、それぞれに別体の基板上に回路素子を実装して金属パッケージした個別モジュールとして形成されている。また、メインモジュールも同様にＰＡモジュールやＳＡＷフィルタモジュールとは別体の積層体と当該積層体に実装された回路素子とにより形成されている。そして、当該メインモジュールの各キャビティに、別体からなるＰＡモジュールやＳＡＷフィルタモジュールを実装することで、一体化された高周波モジュールが形成される。

特開２００２−２９９７８５号公報

ところが、上述のように、各個別モジュールを形成した後に、メインモジュールに実装する構造を用いる場合、高周波モジュール全体としての構造が複雑になったり、実装箇所が増加することによる実装不良の発生率が高くなる可能性がある。また、個別モジュールを組み合わせて形成するため、各個別モジュールとメインモジュールとの間のインピーダンス整合をそれぞれに行わなければならない。このため、各整合箇所に対して整合回路を設けなければならず、高周波モジュール全体として大型化したり、整合回路を個別に設計しなければならず、高周波モジュール全体としての設計が難しくなる。

したがって、本発明の目的は、製造時の不良率を抑制することができるとともに、設計が容易で且つ小型化が可能な高周波モジュールを実現することにある。

この発明は、１つのアンテナを用いてそれぞれに異なる複数種類の周波数からなる通信信号を送受信する高周波モジュールに関するものである。この高周波モジュールは、送信信号を増幅するパワーアンプ素子と、受信信号の周波数帯域のみを通過させるＳＡＷフィルタ素子と、アンテナに対して複数の通信信号を切り替えるまたは各通信信号の送受信を切り替えるスイッチ部と、を単一の積層基板に対して実装もしくは形成してなる。

この構成では、高周波モジュールを構成するパワーアンプ機能部、スイッチ機能部、ＳＡＷフィルタ機能部が、それぞれ個別の回路モジュールで形成された後に一体化したものではなく、最初から単体の積層モジュールとして一体に形成される。これにより、各機能部間のインピーダンス整合が容易になるとともに、部品点数が低減する。

また、この発明の高周波モジュールの積層基板は、パワーアンプ素子の実装領域を略囲む形状のグランド電極が形成されている。

この構成では、パワーアンプ素子がグランド電極で囲まれていることで、積層基板に形成される回路素子や実装される他の実装型回路素子に対する、パワーアンプ素子からの不要な信号放射が防止される。これにより、各回路素子が集約的に配置された小型の積層基板にパワーアンプ素子が配置されても、パワーアンプ素子からの不要放射信号による高周波モジュールの特性の劣化を防止できる。

また、この発明の高周波モジュールは、複数の実装型回路素子を有し、ＳＡＷフィルタ素子およびスイッチ部を構成する実装型回路素子は積層基板の天面に実装される。さらに、高周波モジュールのパワーアンプ素子は、該パワーアンプ素子の天面が積層基板の天面よりも下側の位置となるように実装されている。

この構成では、パワーアンプ素子が他の実装型回路素子よりも積層基板の底面側に配置されるので、パワーアンプ素子からの熱が積層基板の底面側を介して放熱されやすくなり、当該パワーアンプ素子の熱による実装型回路素子への影響を緩和できる。

また、この発明の高周波モジュールの積層基板は天面側から開口したキャビティを有する。そして、パワーアンプ素子はキャビティ内に実装されている。

この構成では、パワーアンプ素子がキャビティ内に配置されることで、よりパワーアンプ素子からの熱が実装型回路素子へ伝搬されにくくなり、当該熱による実装型回路素子への影響を緩和できる。さらに、高周波モジュールの低背化をすることができる。

また、この高周波モジュールのキャビティは、所定の開口面積からなり積層基板の上面側から所定深さまで形成された第１凹部と、該第１凹部よりも下側に形成された第１凹部よりも開口面積の狭い第２凹部と、からなる。そして、第１凹部と第２凹部との境界に形成される段差部にグランド電極が形成されている。

この構成では、パワーアンプ素子の天面に形成されたボンディングパッドと積層基板のグランド電極との距離が短くなることで、パワーアンプ素子の天面のグランド端子を積層基板のグランド電極にワイヤボンディングする際に、ワイヤ長が短くなる。これにより、寄生インダクタを低減できるとともに、当該ワイヤからの不要放射を抑制できる。
また、パワーアンプ素子の天面が高さ方向において積層基板の天面と段差部との間に配置され、パワーアンプ素子の天面と積層基板の天面に設けた電極とがワイヤで接続され、パワーアンプ素子の天面とグランド電極とがワイヤで接続されている。
これにより、パワーアンプ素子と積層基板の電極とを接続するワイヤが短くなるため、ワイヤによる寄生インダクタを低減できる。また、パワーアンプ素子と積層基板の電極とを接続するワイヤとグランド電極との間隔が近くなるので、ワイヤからの不要信号の放射をグランド電極で抑制できる。

また、この発明の高周波モジュールの積層基板は、パワーアンプ素子へ電源供給するための高周波側電源供給電極と低周波側電源供給電極とを備える。そして、高周波側電源供給電極と低周波側電源供給電極とは、積層基板の互いに異なる層に形成されている。

この構成では、パワーアンプに対する高周波数側の電源ラインと、低周波数側の電源ラインとが積層基板の異なる層に形成されることで、それぞれの電源ライン間及び高周波数側の回路と低周波数側の回路間のアイソレーションを向上できる。

この発明によれば、パワーアンプ機能部、スイッチ機能部、ＳＡＷフィルタ機能部を含む高周波モジュールが、単体の積層体に形成された電極パターンや当該積層体に実装される実装型素子で実現されるので、各機能部間のインピーダンス整合の設計が容易になるとともに、整合回路の面積を小さくすることができ、さらに部品点数を低減することができる。これにより、小型で且つ特性の優れる高周波モジュールを実現することができる。

第１の実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。積層基板１０の最上層（天面）における各回路素子の実装状態を示す平面図およびＰＡ素子の実装状態を示す概略側面断面図である。第１の実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールを形成する積層基板１０の積層図である。トリプルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。クワッドバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。第２の実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。ＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたトリプルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。ＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたクワッドバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。

本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールについて、図を参照して説明する。
本実施形態の高周波モジュールは、１つのアンテナを用いてＧＳＭ９００信号の送信、受信、ＧＳＭ１８００信号の送信、受信を切り替えて行うデュアルバンド高周波スイッチモジュールである。

まず、本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールの回路構成について図１を参照して説明する。
図１は本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。

図１に示すように、デュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ダイプレクサＤＰＸ、送受信切替回路ＳＷＧ、送受信切替回路ＳＷＤ、ローパスフィルタＬＰＦｇ、ローパスフィルタＬＰＦｄ、ＳＡＷフィルタＳＡＷ９００，ＳＡＷ１８００、ＰＡ（パワーアンプ）素子ＰＡを備える。単一のアンテナＡＮＴは、ダイプレクサＤＰＸに接続している。ダイプレクサＤＰＸは、送受信切替回路ＳＷＧに接続し、送受信切替回路ＳＷＧは、ローパスフィルタＬＰＦｇおよびＳＡＷフィルタＳＡＷ９００に接続している。ローパスフィルタＬＰＦｇは、ＰＡ素子ＰＡを介してＧＳＭ９００送信信号入力端子（ＧＳＭ９００Ｔｘ）に接続している。ＳＡＷフィルタＳＡＷ９００は、ＧＳＭ９００受信信号出力端子（ＧＳＭ９００Ｒｘ）に接続している。

また、ダイプレクサＤＰＸは、送受信切替回路ＳＷＤに接続し、送受信切替回路ＳＷＤは、ローパスフィルタＬＰＦｄおよびＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００に接続している。ローパスフィルタＬＰＦｄは、ＰＡ素子ＰＡを介してＧＳＭ１８００送信信号入力端子（ＧＳＭ１８００Ｔｘ）に接続している。ＳＡＷフィルタ１８００は、ＧＳＭ１８００受信信号出力端子（ＧＳＭ１８００Ｒｘ）に接続している。

より具体的な回路構成を次に示す。ダイプレクサＤＰＸは、キャパシタＣ１を介してアンテナＡＮＴに接続し、キャパシタＣ１のアンテナＡＮＴ側はインダクタＬ１を介してグランドに接続している。ダイプレクサＤＰＸのアンテナ入出力部とＧＳＭ９００入出力部との間には、インダクタＬｔ１とキャパシタＣｔ１との並列回路が接続しており、この並列回路のＧＳＭ９００入出力部側は、キャパシタＣｕを介してグランドに接続している。これらインダクタＬｔ１とキャパシタＣｔ１，Ｃｕとでローパスフィルタを構成している。また、ダイプレクサＤＰＸのアンテナ入出力部とＧＳＭ１８００入出力部との間には、二つのキャパシタＣｃ１，Ｃｃ２の直列回路が接続しており、これらキャパシタＣｃ１，Ｃｃ２の接続点はインダクタＬｔ２とキャパシタＣｔ２との直列回路を介してグランドに接続している。これらインダクタＬｔ２とキャパシタＣｃ１，Ｃｃ２，Ｃｔ２とでハイパスフィルタを構成している。なお、これらダイプレクサＤＰＸを構成する各回路素子は、積層基板１０の回路電極パターンにより形成されている。

送受信切替回路ＳＷＧにおいてＧＳＭ９００の送信信号の流入を防ぐための位相器として機能するインダクタＧＳＬ２は、積層基板１０の内層電極により形成されている。インダクタＧＳＬ２の各端は、ダイプレクサＤＰＸとＳＡＷフィルタＳＡＷ９００とにそれぞれ接続している。

インダクタＧＳＬ２のダイプレクサＤＰＸ側端部は、ダイオードＧＤ１のアノードに接続している。ダイオードＧＤ１のカソードはキャパシタＧＣを介してＧＳＭ９００用ローパスフィルタＬＰＦｇに接続している。さらに、ダイオードＧＤ１のカソードは、インダクタＧＳＬ１を介してグランドに接続している。これらダイオードＧＤ１、インダクタＧＳＬ１は、ディスクリート部品で構成されており、積層基板１０の天面に実装されている。

インダクタＧＳＬ２のＳＡＷフィルタＳＡＷ９００側端部は、ダイオードＧＤ２のカソードに接続している。ダイオードＧＤ２のアノードは抵抗Ｒｇを介してＧＳＭ９００送受切替信号入力端子ＢＳ１に接続している。さらに、ダイオードＧＤ２のアノードは、キャパシタＧＣ５を介してグランドに接続している。これらダイオードＧＤ２、キャパシタＧＣ５、および抵抗Ｒｇは、ディスクリート部品で構成されており、積層基板１０の天面に実装されている。

ローパスフィルタＬＰＦｇの送受信切替回路ＳＷＧ側端部は、インダクタＧＬｔ１とキャパシタＧＣｃ１との並列回路の一方端に接続している。この並列回路の他方端はＰＡ素子ＰＡに接続している。並列回路の送受信切替回路ＳＷＧ側はキャパシタＧＣｕ１を介してグランドに接続し、並列回路のＰＡ素子ＰＡ側はキャパシタＧＣｕ２を介してグランドに接続している。これらローパスフィルタＬＰＦｇを構成する各回路素子は、積層基板１０に形成された回路電極により形成されている。

送受信切替回路ＳＷＤにおいてＧＳＭ１８００の送信信号の流入を防ぐための位相器として機能するインダクタＤＳＬ２は、積層基板１０の内層電極により形成されている。インダクタＤＳＬ２の各端は、ダイプレクサＤＰＸとＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００とにそれぞれ接続している。

インダクタＤＳＬ２のダイプレクサＤＰＸ側端部は、ダイオードＤＤ１のアノードとキャパシタＤＰＣｔの一方端に接続している。キャパシタＤＰＣｔの他方端は、インダクタＤＰＳＬを介してダイオードＤＤ１のカソードに接続している。この接続点は、キャパシタＤＣを介してＧＳＭ１８００用ローパスフィルタＬＰＦｄに接続するとともに、インダクタＤＳＬ１を介してグランドに接続している。これらダイオードＤＤ１、インダクタＤＰＳＬ，ＤＳＬ１、キャパシタＤＰＣｔは、ディスクリート部品で構成されており、積層基板１０の天面に実装されている。

インダクタＤＳＬ２のＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００側端部は、ダイオードＤＤ２のカソードに接続している。ダイオードＤＤ２のアノードは抵抗Ｒｄを介してＧＳＭ１８００送受切替信号入力端子ＢＳ２に接続している。さらに、ダイオードＤＤ２のアノードは、キャパシタＤＣ５を介してグランドに接続している。これらダイオードＤＤ２、抵抗Ｒｇは、ディスクリート部品で構成されており、積層基板１０の天面に実装されている。キャパシタＤＣ５は積層基板１０に形成された回路電極により形成されている。

ローパスフィルタＬＰＦｄの送受信切替回路ＳＷＤ側端部は、インダクタＤＬｔ１とキャパシタＤＣｃ１との並列回路の一方端に接続している。この並列回路の他方端はインダクタＤＬｔ２とキャパシタＤＣｃ２との並列回路の一方端に接続している。インダクタＤＬｔ２とキャパシタＤＣｃ２との並列回路の他方端は、ＰＡ素子ＰＡに接続している。

インダクタＤＬｔ１とキャパシタＤＣｃ１との並列回路の送受信切替回路ＳＷＤ側はキャパシタＤＣｕ１を介してグランドに接続している。二つの並列回路の接続点は、キャパシタＤＣｕ２を介してグランドに接続している。インダクタＤＬｔ２とキャパシタＤＣｃ２との並列回路のＰＡ素子ＰＡ側はキャパシタＤＣｕ３を介してグランドに接続している。これらローパスフィルタＬＰＦｄの各並列回路を構成する各回路素子は、積層基板１０に形成された回路電極により形成されている。また、ローパスフィルタＬＰＦｄのグランド接続用キャパシタは、ディスクリート部品で構成されており、積層基板１０の天面に実装されている。

このような構成のデュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ＧＳＭ９００送信信号を送信する場合には、ＧＳＭ９００送受切替信号入力端子ＢＳ１に送信制御信号を入力することでダイオードＧＤ１，ＧＤ２をオンにし、送受信切替回路ＳＷＧのインダクタＧＳＬ２による位相調整効果によって、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ９００送信信号入力端子とをＧＳＭ９００送信信号の周波数帯域で導通状態とし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ９００受信信号出力端子とを開放状態とする。また、デュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ＧＳＭ９００受信信号を受信する場合には、ＧＳＭ９００送受切替信号入力端子ＢＳ１に受信制御信号を入力することでダイオードＧＤ１，ＧＤ２をオフにし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ９００送信信号入力端子とをＧＳＭ９００受信信号の周波数帯域で開放状態とし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ９００受信信号出力端子とを導通状態とする。

また、デュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ＧＳＭ１８００送信信号を送信する場合には、ＧＳＭ１８００送受切替信号入力端子ＢＳ２に送信制御信号を入力することでダイオードＤＤ１，ＤＤ２をオンにし、送受信切替回路ＳＷＤのインダクタＤＳＬ２による位相調整効果によって、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ１８００送信信号入力端子とをＧＳＭ１８００送信信号の周波数帯域で導通状態とし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ１８００受信信号出力端子とを開放状態とする。また、デュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ＧＳＭ１８００受信信号を受信する場合には、ＧＳＭ１８００送受切替信号入力端子ＢＳ２に受信制御信号を入力することでダイオードＤＤ１，ＤＤ２をオフにし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ１８００送信信号入力端子とをＧＳＭ１８００受信信号の周波数帯域で開放状態とし、ダイプレクサＤＰＸとＧＳＭ１８００受信信号出力端子とを導通状態とする。

次に、このようなデュアルバンド高周波スイッチモジュールを単一の積層基板１０により実現する構造について、図２および図３を参照して説明する。

また、図２（Ａ）は、積層基板１０の最上層（天面）における各回路素子の実装状態を示す平面図であり、図２（Ｂ）は積層基板１０に対するＰＡ素子ＰＡの実装状態を示す概略側面断面図である。

図３は本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールを形成する積層基板１０の積層図である。なお、本図は、天面側の１２層である誘電体層１０１〜１１２は天面側の回路パターンを示し、底面側の６層である誘電体層１１３〜１１８は底面側の回路パターンを示す。また、各誘電体層１０１〜１１２に記載されている円マークは、各誘電体層の電極同士を積層方向に導通するビアホールである。

本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールは、図３に示すような誘電体層１０１〜１１８を積層してなる積層基板１０により実現される。デュアルバンド高周波スイッチモジュールを構成するＰＡ素子ＰＡ以外の各回路素子は、誘電体層１０１〜１１８の所定層に形成された回路電極および積層基板１０の天面に形成されたランド電極に実装されたディスクリート部品（実装型回路素子：図２（Ａ）のＥｄ（ＥｄＤ，ＥｄＣ，ＥｄＲ，ＥｄＬ）やＳＡＷ）により実現される。ＰＡ素子ＰＡは、図３に示すように、積層基板１０の天面側から所定の深さで形成されたキャビティ２０内に設置されている。

キャビティ２０は、積層基板１０の天面側の二層となる誘電体層１０１，１０２に形成された所定開口面積の第１凹部２０１と、誘電体層１０１，１０２に続く誘電体層１０３〜１１０に形成された第２凹部２０２とにより形成されている。ここで、第２凹部２０２は、第１凹部２０１よりも小さい開口面積で形成されている。これにより、キャビティ２０の第１凹部２０１と第２凹部２０２との境界部すなわち誘電体層１０３の天面側には、段差面２０３が形成される。そして、この段差面２０３には、グランド電極ＧＮＤが形成されている。

また、キャビティ２０は、ＰＡ素子ＰＡをキャビティ２０内に配置した状態で、ＰＡ素子ＰＡの天面が積層基板１０の天面よりも低くなる深さで形成されている。具体的には、ＰＡ素子ＰＡの天面が、積層基板１０の天面と段差面２０３との中間位置に配置されるような深さに、キャビティ２０が形成されている。

ＰＡ素子ＰＡは、このような形状に形成されたキャビティ２０内に配置された後、素子天面に配置されたボンディングパッドと、積層基板１０の天面に形成された回路電極および段差面２０３に形成されたグランド電極ＧＮＤや回路電極との間でワイヤ接続がなされている。

次に、積層基板１０を構成する各誘電体層１０１〜１１８の詳細な構成について示す。

積層基板１０の天面を構成する積層基板１０の最上層の誘電体層１０１には、第１凹部２０１を構成する開口部２１１が形成されている。この開口部２１１の周辺部にはＰＡ素子ＰＡの所定のボンディングパッドとワイヤ接続される回路電極が形成されている。また、誘電体層１０１の天面には、ディスクリート部品を実装するために複数の回路素子実装用ランド１１が形成されている。この際、誘電体層１０１の長手方向の略中央から左右の二領域に分割して、一方領域に開口部２１１が形成され、他方領域に全ての回路素子実装用ランド１１が形成されている。また、誘電体層１０１の開口部２１１を周辺部の回路電極中には、ＰＡ素子ＰＡに対する高周波数側の信号（本実施形態であればＧＳＭ１８００送信信号）を増幅するための電源供給配線パターンが含まれている。

誘電体層１０２には、誘電体層１０１と同様の開口部２１１が形成されるとともに、誘電体層１０１の各回路素子実装用ランド１１と誘電体層１０３以下の各層に形成された回路素子とを導通するための回路電極パターンが形成されている。また、誘電体層１０２には、所定位置において積層基板１０の積層方向で回路電極パターン同士を導通するためのビアホールが形成されている。なお、以下の誘電体層１０２〜１１８において、ビアホールは適宜形成されており、以下の各層については説明を特に必要な場合を除いて省略する。

誘電体層１０３には、誘電体層１０１，１０２に形成された開口部２１１よりも開口面積の小さい開口部２２２が形成されるとともに、当該開口部２２２の略全周囲を囲むように所定線幅からなるグランド電極ＧＮＤが形成されている。誘電体層１０３には、キャパシタＤＣＣ２の対向電極、キャパシタＣＣ２の対向電極、およびグランド電極ＧＮＤが形成されている。

誘電体層１０４には、誘電体層１０３と同様の開口部２２２が形成されるとともに、キャパシタＤＣＣ１，ＤＣＣ２で兼用する対向電極、および、キャパシタＣＣ１，ＣＣ２で兼用する対向電極が形成されている。

誘電体層１０５には、誘電体層１０３，１０４と同様の開口部２２２が形成されるとともに、キャパシタＤＣＣ１の対向電極、およびキャパシタＣＣ１、Ｃｔ１で兼用する対向電極が形成されている。

誘電体層１０６には、誘電体層１０３〜１０５と同様の開口部２２２が形成されるとともに、キャパシタＣｔ１の対向電極が形成されている。

誘電体層１０７には、誘電体層１０３〜１０６と同様の開口部２２２が形成されている。また、誘電体層１０７には、回路素子や回路電極パターンを構成する誘電体層の面に沿って延びる形状や広がりのある形状の電極は形成されておらず、ビアホールのみが形成されている。

誘電体層１０８には、誘電体層１０３〜１０７と同様の開口部２２２が形成されるとともに、インダクタＧＬｔ１，ＧＳＬ２，ＤＳＬ２，およびＬｔ２をそれぞれに構成する回路素子用電極パターンが形成されている。

誘電体層１０９，１１０には、誘電体層１０３〜１０８と同様の開口部２２２が形成されるとともに、インダクタＧＬｔ１，ＧＳＬ２，ＤＳＬ２，Ｌｔ２，Ｌｔ１，ＤＬｔ１，およびＤＬｔ２をそれぞれに構成する回路素子用電極パターンが形成されている。また、誘電体層１０９，１１０には、ＰＡ素子ＰＡに対する低周波数側の信号（本実施形態であればＧＳＭ９００送信信号）を増幅するための電源供給配線パターンが含まれている。

誘電体層１１１には、開口部２１１，２２２に対応する位置にグランド電極ＧＮＤが形成されるとともに、インダクタＧＬｔ１，ＧＳＬ２，ＤＳＬ２，Ｌｔ２，Ｌｔ１，ＤＬｔ１，およびＤＬｔ２をそれぞれに構成する回路素子用電極パターンが形成されている。また、誘電体層１１１以下の各層には、開口部２１１，２２２に対向する位置のグランド電極ＧＮＤの形成領域に対して、広い面積範囲で配列して複数のビアホールが形成されている。

誘電体層１１２には、回路素子や回路電極パターンを構成する誘電体層の面に沿って延びる形状や広がりのある形状の電極は形成されておらず、ビアホールのみが形成されている。

誘電体層１１３には、キャパシタＧＣｃ１の対向電極が形成されている。

誘電体層１１４には、回路素子や回路電極パターンを構成する誘電体層の面に沿って延びる形状や広がりのある形状の電極は形成されておらず、ビアホールのみが形成されている。

誘電体層１１５には、グランド電極ＧＮＤと、キャパシタＧＣｃ１の対向電極が形成されている。

誘電体層１１６には、キャパシタＧＣｕ１，ＧＣｕ２，Ｃｕ，Ｃｔ２およびＤＣ５の対向電極が形成されている。

誘電体層１１７には、略全面にグランド電極ＧＮＤが形成されており、キャパシタＧＣｕ１，ＧＣｕ２，Ｃｕ，Ｃｔ２およびＤＣ５の対向電極としても機能している。

積層基板１０の底面を構成する積層基板１０の最下層の誘電体層１１８には、層の周辺に沿って複数の積層基板実装用電極１２が配列して形成されている。また、誘電体層１１８のこれら積層基板実装用電極１２群に囲まれる領域内には、開口部２１１，２２２に対応する位置と、当該位置と異なる位置の二箇所にグランド電極ＧＮＤが形成されている。

以上のような構造を用いることで、本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールは次に示す各種の効果を奏することができる。

まず、ＰＡ機能部、ＳＷ機能部、ＳＡＷフィルタ機能部が、それぞれ個別モジュールで形成された後に一つの高周波モジュールとして組み立てられる構造ではなく、単一の積層基板に回路素子を実装したり形成することで高周波モジュールを形成するので、各個別モジュール間の整合のための整合回路を必要としない。これにより、高周波モジュールを構成する部品点数が低減し、小型且つ安価に高周波モジュールを形成することができる。また、個別モジュール同士を組み立てる、例えば、一つの個別モジュールを別の個別モジュールに実装する等の製造工程を省略できるので、当該製造時の不良率を抑圧できる。

また、従来の個別モジュールの組み合わせでは、ユーザ側で個別モジュール間に挿入する整合回路を設計、形成して組み立てを行わなければならないが、本実施形態のような元々一体型の高周波モジュールを用いることで、このようにユーザに対して煩雑な作業を行わせることを防止できる。

また、従来ではＰＡ機能部とＳＷ機能部とが一体化され、ＳＡＷフィルタ機能部が別形成された場合、ＳＡＷフィルタ機能部の整合素子を調整することで、送信側と受信側とのアイソレーションが変動したり、送信信号の位相が変化してしまい、送信特性が劣化してしまうことがあるが、全ての機能部が単一の積層基板により実現されていることで、上記整合素子を最適化することができる。これにより、このような送信特性の劣化を抑制することができる。

また、送受信切替のための位相器に利用するインダクタＧＳＬ２，ＤＳＬ２、ダイプレクサＤＰＸとインダクタＧＳＬ２，ＤＳＬ２との間の配線、インダクタＧＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ９００との間の配線、およびインダクタＤＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００との間の配線が積層基板の回路電極パターンにより形成されるので、これらの回路パターンを最適な特性となるように調整して設計できる。これにより、送信信号の位相を調整でき、スプリアス特性を改善することができる。

また、ＰＡ素子が積層基板に形成されたキャビティ内に設置され、ＰＡ素子の天面が積層基板の天面よりも低い位置に配置されることで、発熱性の高いＰＡ素子からの熱が積層基板の天面に実装された他の回路素子に伝達されにくく、積層基板の底面側から放熱される。これにより、積層基板に実装されたＳＡＷフィルタ素子やダイオード素子等の各回路素子の温度特性に影響を与えず、優れた特性の高周波スイッチモジュールを実現できる。この際、ＰＡ素子が配置される領域の下層側の各誘電体層では、他の領域と比較して最下層まで直接接続するスルーホールを密集して形成しているので、放熱効果が向上するとともに、ＰＡ素子をより確実に設置することができる。

また、ＰＡ素子が設置されるキャビティの周囲にグランド電極が形成されることで、高出力であるＰＡ素子から放射される不要信号を、当該グランド電極で抑制できる。

また、ＰＡ素子を囲むグランド電極ＧＮＤが形成されたキャビティ内の段差部が、積層基板の天面に近い位置（例えば本実施形態では、１８層の内の３層目）に配置され、ＰＡ素子の天面がこの段差部および積層基板の天面の近い位置（例えば、積層基板の天面と段差部との中間位置）になるようにＰＡ素子を配置することで、ＰＡ素子と積層基板の電極とを接続するワイヤを短くできる。これにより、当該ワイヤによる寄生インダクタを低減できる。さらに、ＰＡ素子と積層基板の電極とを接続するワイヤとグランド電極との間隔が近くなるので、ワイヤからの不要信号の放射をグランド電極で抑制できる。

また、ＰＡ素子に対する高周波数側の信号のための電源供給電極と低周波数側の信号のための電源供給電極とが、複数層（本実施形態では１８層中の７層分）離れた異なる誘電体層に形成されているので、高周波数側の電源供給ラインと低周波側の電源供給ラインとの間のアイソレーションを向上することができる。

また、一つの積層基板に回路素子を形成もしくは実装して高周波スイッチモジュールの全ての回路素子を実現することで、積層基板の上層域の位置に直接グランド接続しないキャパシタ群を形成し、中層域にインダクタ群を形成し、下層域にグランド接続するキャパシタ群を形成する構成が実現できる。そして、これら各層域間に回路素子用の電極が形成されていない層を設けることもできる。これにより、各素子間のアイソレーションを向上したり、グランドに対する浮遊成分を抑圧できる等のより優れた特性を容易に実現できる。

なお、上述の説明では、デュアルバンド高周波スイッチモジュールを例に説明したが、図４や図５に示すようなトリプルバンド高周波スイッチモジュールやクワッドバンド高周波スイッチモジュールに対しても、上述のような単一の積層基板を用いて実現する構成を適用することができる。

図４はトリプルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。図５はクワッドバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。

（Ａ）トリプルバンド高周波スイッチモジュール（図４）
図４に示すトリプルバンド高周波スイッチモジュールは、図１に示したデュアルバンド高周波スイッチモジュールに対して、ＧＳＭ１８００側の回路をＧＳＭ１８００信号とＧＳＭ１９００信号で利用できるように設計変更した回路であり、ローパスフィルタＬＰＦｄ、送受信切替回路ＳＷＤは特性をＧＳＭ１８００送信信号およびＧＳＭ１９００送信信号用に設定しただけで、回路素子の構成は同じである。

また、送受信切替回路ＳＷＤの位相器であるインダクタＤＳＬ２のダイプレクサＤＰＸと対向する側には、位相回路ＰＣＣ１を介して、ＧＳＭ１８００受信信号を通過するＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００、ＧＳＭ１９００受信信号を通過するＳＡＷフィルタＳＡＷ１９００が接続されている。位相回路ＰＣＣ１のインダクタＬ２は、インダクタＤＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００との間に設置されており、ＳＡＷフィルタＳＡＷ１８００側がキャパシタＣ２を介してグランドに接続されている。位相回路ＰＣＣ１のキャパシタＣ３は、インダクタＤＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ１９００との間に設置されており、ＳＡＷフィルタＳＡＷ１９００側がインダクタＬ３を介してグランドに接続されている。そして、これら位相回路ＰＣＣ１を構成するインダクタＬ２，Ｌ３、キャパシタＣ２，Ｃ３も積層基板１０に形成もしくは実装される回路素子により実現することができる。これにより、上述のデュアルバンド高周波スイッチモジュールと同様の作用効果を得ることができる。

（Ｂ）クワッドバンド高周波スイッチモジュール（図５）
図５に示すクワッドバンド高周波スイッチモジュールは、図４に示したトリプルバンド高周波スイッチモジュールに対して、ＧＳＭ９００側の回路をＧＳＭ８５０信号とＧＳＭ９００信号で利用できるように設計変更した回路であり、ローパスフィルタＬＰＦｇ、送受信切替回路ＳＷＧは特性をＧＳＭ８５０送信信号およびＧＳＭ９００送信信号用に設定しただけで、回路素子の構成は同じである。

また、送受信切替回路ＳＷＧの位相器であるインダクタＧＳＬ２のダイプレクサＤＰＸと対向する側には、位相回路ＰＣＣ２を介して、ＧＳＭ８５０受信信号を通過するＳＡＷフィルタＳＡＷ８５０、ＧＳＭ９００受信信号を通過するＳＡＷフィルタＳＡＷ９００が接続されている。位相回路ＰＣＣ２のインダクタＬ４は、インダクタＧＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ８５０との間に設置されており、ＳＡＷフィルタＳＡＷ８５０側がキャパシタＣ４を介してグランドに接続されている。位相回路ＰＣＣ２のキャパシタＣ５は、インダクタＧＳＬ２とＳＡＷフィルタＳＡＷ９００との間に設置されており、ＳＡＷフィルタＳＡＷ９００側がインダクタＬ５を介してグランドに接続されている。そして、これら位相回路ＰＣＣ２を構成するインダクタＬ４，Ｌ５、キャパシタＣ４，Ｃ５も積層基板１０に形成もしくは実装される回路素子により実現することができる。これにより、上述のデュアルバンド高周波スイッチモジュールやトリプルバンド高周波スイッチモジュールと同様の作用効果を得ることができる。

次に、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、図を参照して説明する。なお、本実施形態の高周波スイッチモジュールは、第１の実施形態の図１に示した高周波スイッチモジュールと同様に、ＧＳＭ９００信号とＧＳＭ１８００信号との送受信を行うデュアルバンド高周波スイッチモジュールを例に説明する。

図６は本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。

本実施形態のデュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ＦＥＴスイッチ素子等を用いたＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷによって、ＧＳＭ９００帯域とＧＳＭ１８００帯域との切り替え、および各帯域での送受信の切り替えを行う。

図６に示すように、本実施形態デュアルバンド高周波スイッチモジュールは、ダイプレクサＤＰＸと送受信切替回路ＳＷＧ，ＳＷＤの代わりに、ＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたものであり、他の構成は第１の実施形態の図１に示したデュアルバンド高周波スイッチモジュールと同じである。そして、本実施形態で用いるＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷは積層基板の天面に実装されるものである。このような構成を用いても、上述の第１の実施形態と同様に、小型且つ設計が容易な特性の優れる高周波スイッチモジュールを実現することができる。

なお、本実施形態のようなＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いる場合でも、上述の第１の実施形態に示したように、トリプルバンド高周波スイッチモジュールやクワッドバンド高周波スイッチモジュールを実現することができる。

図７はＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたトリプルバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。図８はＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたクワッドバンド高周波スイッチモジュールの回路図である。

図７に示すトリプルバンド高周波スイッチモジュールは、図４に示したトリプルバンド高周波スイッチモジュールのダイプレクサＤＰＸと送受信切替回路ＳＷＧ，ＳＷＤの代わりに、ＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたものである。図８に示すクワッドバンド高周波スイッチモジュールは、図５に示したクワッドバンド高周波スイッチモジュールのダイプレクサＤＰＸと送受信切替回路ＳＷＧ，ＳＷＤの代わりに、ＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷを用いたものである。そして、このように図７、図８の構成で用いるＩＣスイッチ素子ＩＣＳＷも積層基板の天面に実装されるものである。これにより、上述の各高周波スイッチモジュールと同様に、小型且つ設計が容易な特性の優れる高周波スイッチモジュールを実現することができる。

１０−積層基板、１１−回路素子実装用ランド、１２−積層基板実装用電極、２０−キャビティ、２０１−第１凹部、２０２−第２凹部、２３−段差部、１０１〜１１８−誘電体層

Claims

１つのアンテナを用いてそれぞれに異なる複数種類の周波数からなる通信信号を送受信する高周波モジュールであって、
送信信号を増幅するパワーアンプ素子と、
受信信号の周波数帯域のみを通過するＳＡＷフィルタ素子と、
前記アンテナに対して複数の前記通信信号を切り替えるまたは各通信信号の送受信を切り替えるスイッチ部と、
が単一の積層基板に対して実装もしくは形成された高周波モジュールにおいて、
前記ＳＡＷフィルタ素子および前記スイッチ部を構成する実装型回路素子は、前記積層基板の天面に実装され、
前記積層基板は、天面側から開口したキャビティを有し、
前記キャビティは、所定の開口面積からなり前記積層基板の天面側から所定深さまで形成された第１凹部と、該第１凹部よりも下側に形成された前記第１凹部よりも開口面積の狭い第２凹部と、からなり、
前記パワーアンプ素子は、前記第２凹部に実装され、
前記第１凹部と第２凹部との境界に形成される段差部に、前記パワーアンプ素子の実装領域を略囲む形状のグランド電極が形成され、
前記パワーアンプ素子の天面が高さ方向において前記積層基板の天面と前記段差部との間に配置され、
前記パワーアンプ素子の天面と前記積層基板の天面に設けた電極とがワイヤで接続され、
前記パワーアンプ素子の天面と前記グランド電極とがワイヤで接続されている、高周波モジュール。
前記積層基板は、前記パワーアンプ素子へ電源供給するための高周波側電源供給電極と低周波側電源供給電極とを備え、
前記高周波側電源供給電極と前記低周波側電源供給電極とは、前記積層基板の互いに異なる層に形成されている、請求項１に記載の高周波モジュール。