JP5953967B2

JP5953967B2 - 高周波モジュール

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Publication number: JP5953967B2
Application number: JP2012134346A
Authority: JP
Inventors: 小林　俊介; 俊介小林
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: JP2013258341A

Description

本発明は、基板と基板に実装した回路モジュールとを、ボンディングワイヤにより接続した構成の高周波モジュールに関する。

携帯電話機等に搭載される電子デバイスは、誘電体層が積層されてなる基板に複数の回路チップが実装されて形成されているものがあり、これによって電子デバイスはより小型化が実現されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電子デバイスを形成する基板の最上層には、グランド又はアンテナに接続するための複数の金属配線パターンが形成され、最上層に搭載された送信用及び受信用フィルタのチップの各入出力端子は、その金属配線パターンにワイヤを介して配線されている。

国際公開第２００６／０３８４２１号パンフレット

ところで、特許文献１において、チップの入出力端子と金属配線パターンとを接続するワイヤの寄生インダクタ成分を利用して、電子デバイス内の所定回路に必要なインダクタを構成している。したがって、ワイヤの長さによって、ワイヤの寄生インダクタ成分が変動し、この変動が電子デバイスの特性（共振周波数等）に影響を及ぼす場合がある。ワイヤの長さの変動は、主に基板に実装するチップの実装位置によってチップの入出力端子と基板の金属配線パターンとの距離が変わることに起因する。このため、ワイヤの長さの変動による影響を軽減するためには、チップを基板上の決められた位置に正確に実装する必要があり、製造時の手間及び時間を要する。

そこで、本発明の目的は、所定の実装部品が製造時に回路モジュールが基板上の規定位置からずれて実装されても、安定した特性を得ることができる高周波モジュールを提供することにある。

本発明に係る高周波モジュールは、一面の所定位置を基準とした点対称となる位置に設けられ、グランドに接続されている第１及び第２のグランド用導体パターンを有する基板と、互いに導通する第１及び第２の接続端子を有し、前記基板の一面に実装された共振回路部と、前記第１の接続端子と前記第１のグランド用導体パターンとを接続する第１のボンディングワイヤと、前記第２の接続端子と前記第２のグランド用導体パターンとを接続する第２のボンディングワイヤと、を備えることを特徴とする。

この構成では、基板のグランド用パターンは規定位置に対して点対称に位置しているため、共振回路部を基板の実装する位置がずれた場合、第１及び第２のボンディングワイヤの一方が長く、他方が短くなる。すなわち、第１及び第２のボンディングワイヤの寄生インダクタ成分の一方はインダクタンス値が大きくなり、他方が小さくなる。共振回路部は、第１及び第２のボンディングワイヤの寄生インダクタ成分が並列接続された並列回路を通じてグランドに接続された構成と等価である。このため、寄生インダクタ成分の一方のインダクタンス値が大きくなり、他方が小さくなることで、インピーダンスの増加分と減少分とが存在するため、並列回路のインダクタンス値の変化幅は小さく。

仮に、第１及び第２のボンディングワイヤの両方が長く（又は短く）なる場合、第１及び第２のボンディングワイヤの寄生インダクタ成分の両方のインピーダンスが大きく（又は小さく）なる。したがって、上述の点対称位置の構成とすることで、並列回路のインピーダンスの変動幅は、第１及び第２のボンディングワイヤの両方が長く（又は短く）なる場合と比べて、小さい。これにより、共振回路部の実装の際に位置ずれが生じても、共振回路部が、ボンディングワイヤの長さの変動、すなわち、寄生インダクタ成分の変動により受ける影響は小さく、安定した共振特性を得ることができる。

前記共振回路は、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子を結ぶ第１の直線が、前記第１のグランド用導体パターン及び前記第２のグランド用導体パターンを結ぶ第２の直線と交差するように実装されている構成でもよい。

この構成では、共振回路部の位置がずれた場合、より確実に第１及び第２のボンディングワイヤの一方を長く、他方を短くできる。

前記共振回路部は、前記第１の直線の中点が、前記所定位置に重なるように実装されている構成でもよい。

この構成では、共振回路部が所定位置にある場合、第１及び第２のボンディングワイヤの長さはほぼ同じとなるため、共振回路部の位置がずれた場合、より確実に第１及び第２のボンディングワイヤの一方を長く、他方を短くできる。

前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子は隣接している構成が好ましい。

前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子は一体形成されている構成が好ましい。

前記共振回路部は、信号の入力端子及び出力端子と、前記入力端子及び前記出力端子との間に接続された並列共振回路と、一端が前記入力端子に接続され、他端が前記第１の接続端子に接続された第１の直列共振回路と、一端が前記出力端子に接続され、他端が前記第２の接続端子に接続された第２の直列共振回路とを有している構成が好ましい。

この構成では、第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路の共振特性を安定させることができ、共振回路部の共振特性を安定させることができる。

本発明によれば、所定の実装部品が製造時に回路モジュールが基板上の規定位置からずれて実装されても、安定した特性を得ることができる。

実施形態に係る高周波モジュールの概略外観図。実施形態に係る高周波モジュールの回路構成を示す図。図２に示す回路の等価回路を示す図。実施形態に係る高周波モジュールと従来との対比を説明するための、従来構成の回路図。実施形態に係る高周波モジュールにおける周波数特性のシミュレーション結果を示す図。従来構成の高周波モジュールにおける周波数特性のシミュレーション結果を示す図。

以下、本発明に係る高周波モジュールの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。以下に説明する高周波モジュールは、携帯電話機等の通信機器に搭載されるものとして説明する。

図１は、本実施形態に係る高周波モジュールの外観図である。高周波モジュール１は、多層基板のプリント基板１０と、プリント基板１０に実装された半導体チップ（本発明の共振回路部）２０とを備えている。半導体チップ２０が実装されたプリント基板１０の主面を実装面とし、図１は当該実装面から高周波モジュール１を平面視した図を示している。また、図１において、紙面横方向をＸ軸、紙面縦方向をＹ軸として説明する。

プリント基板１０の実装面は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な辺からなるほぼ正方形状であって、実装面のほぼ中央には実装領域１０Ａが形成されている。実装領域１０Ａには、半導体チップ２０が導電性樹脂シートにより固定されている。半導体チップ２０の中心には、グランドに接続するためのグランド接続端子（本発明の第１及び第２の接続端子）２１Ａ，２１Ｂが近接して設けられている。グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂが実装面の中心点とほぼ重合する位置が半導体チップ２０を実装する規定位置に設計されている。ここで、実装面の中心点とは、実装面における二体の対角線が交差する点のことである。この実装面のほぼ中心点は、本発明に係る「所定位置」に相当する。

プリント基板１０の実装面において、実装面の中心点に対して点対称となる位置に、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂが接続されるボンディングパッド（以下、グランド用パッドという）Ｇｎｄ１，Ｇｎｄ２が設けられている。グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、実装面において半導体チップ２０を挟む対角部に設けられている。グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、本発明に係る「第１及び第２のグランド用導体パターン」に相当する。

なお、図１では、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは隣接しているが、所定距離離れていてもよい。この場合、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂを結ぶ直線（本発明の第１の直線）とボンディングパッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２を結ぶ直線（本発明の第２の直線）とが交差している関係であればよい。さらに、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂを結ぶ直線のほぼ中点は、前記した実装面の中心点と重なる位置であることがより好ましい。また、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは一体形成されていてもよい。

プリント基板１０の内層にはスルーホール及び電極パターンが形成され、プリント基板１０の裏面（実装面と反対側の面）には、外部端子となる電極パターンが形成されている。プリント基板の裏面の電極パターンの接続先は、マザー基板上に実装されたアンテナ装置などの他の機能部品、又はマザー基板上のグランド等である。すなわち、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、内層のスルーホール及び裏面の電極パターン等を通じて、マザー基板上のグランドに接続されている。したがって、半導体チップ２０は、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂ及びグランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２を通じて、グランドに接続されている。

また、プリント基板１０の実装面のＸ軸に沿って、ボンディングパッド１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、ボンディングパッド１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆと設けられている。ボンディングパッド１１Ａ等は、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２と同様、スルーホール及びプリント基板の裏面の電極パターンを通じて、マザー基板上に実装されたアンテナ装置などの他の機能部品に接続されている。以下では、ボンディングパッド１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆを総じてボンディングパッド１１という。

半導体チップ２０はフィルタ回路を含んでおり、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂを含む複数の接続端子（不図示）を有している。グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは、上述したように、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２とボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂにより接続されている。また、半導体チップ２０が有する不図示の接続端子は、例えば、ボンディングパッド１１とボンディングワイヤにより接続される。

なお、本発明に係る共振回路部に相当する半導体チップ２０は、フィルタ回路等の各素子が一の基板上に実装されたものであってもよいし、それぞれ別々の基板に実装されていて、それらが配線により接続されたものであってもよい。

グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは互いに導通されていて、同電位となっている。グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは、一つの金属電極から形成されることで同電位にされていてもよいし、隔離して設けられていても信号線（電極パターン）により接続されて、同電位にされていてもよい。

図２は本実施形態に係る高周波モジュール１の回路構成を示す図である。図３は、図２に示す回路と等価の回路を示す図である。

半導体チップ２０は、インダクタ２１Ｌ，２２Ｌ，２３Ｌ及びキャパシタ２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃで構成されるフィルタ回路を含み、フィルタ回路に信号を入力する入力端子Ｐｉと、フィルタ回路を通過した信号を出力する出力端子Ｐｏとを有している。

インダクタ２１Ｌ及びキャパシタ２１Ｃは並列接続され、入力端子Ｐｉと出力端子Ｐｏとの間に接続されている。そして、インダクタ２１Ｌ及びキャパシタ２１Ｃは、ＬＣ並列共振回路として動作する。

インダクタ２２Ｌ及びキャパシタ２２Ｃは直列接続され、入力端子Ｐｉとグランド接続端子２１Ａとの間に接続されている。インダクタ２２Ｌ及びキャパシタ２２Ｃは、ＬＣ直列共振回路として動作する。以下、インダクタ２２Ｌ及びキャパシタ２２ＣによるＬＣ直列共振回路は、第１の直列共振回路という。

インダクタ２３Ｌ及びキャパシタ２３Ｃは直列接続され、出力端子Ｐｏとグランド接続端子２１Ｂとの間に接続されている。インダクタ２３Ｌ及びキャパシタ２３Ｃは、ＬＣ直列共振回路として動作する。以下、インダクタ２３Ｌ及びキャパシタ２３ＣによるＬＣ直列共振回路は、第２の直列共振回路という。

第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路が接続しているグランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂを通じてそれぞれグランドに接続されている。また、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂは寄生インダクタ成分を有している。したがって、換言すれば、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂとグランドとの間には、図３に示すように、ボンディングワイヤ１２Ａのインダクタ成分１２ＡＬと、ボンディングワイヤ１２Ｂのインダクタ成分１２ＢＬとが並列接続された並列回路が形成されている。したがって、第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路の共振周波数は、並列回路のインピーダンスの変動による影響を受ける。

図１で説明したように、半導体チップ２０が規定位置からずれて実装された場合、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの一方のインピーダンスが大きくなり、他方が小さくなる。このため、図３に示す並列回路において、寄生インダクタ成分１２ＡＬ，１２ＢＬのインピーダンスの増加分と減少分とが存在するため、並列回路のインピーダンスは、全体としての変動値は少ない。

図４は、本実施形態に係る高周波モジュール１と従来との対比を説明するための、従来構成の回路図である。図４に示すように、従来では、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは導通しておらず、第１の直列共振回路と第２の直列共振回路とはそれぞれ別個に接地されている。このため、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの両方が長く（又は短く）なった場合、第１の直列共振回路と第２の直列共振回路とは、個別に共振特性が変動する。このため、半導体チップ２０の実装位置によって半導体チップ２０のフィルタ特性が変動し、安定しない。

これに対し、本実施形態では、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、実装面の中心点に対して点対称に位置しているため、半導体チップ２０が規定位置からずれて実装されても、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの合計長の変動幅を従来よりも小さくできる。この結果、この並列回路に接続されている第１の直列共振回路及び第２の直列共振回路は、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの寄生インダクタ成分の変動により受ける影響は小さく、安定したフィルタ特性を有するようになる。

具体的には、本実施形態に係る高周波モジュール１では、半導体チップ２０が規定位置からＸ軸又はＹ軸にずれて実装された場合、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂは、一方が長くなり、他方が短くなる。これに対し、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２が実装面の中心点に対して点対称に位置していない場合、すなわい、従来の構成において、例えば、Ｇｎｄ１，Ｇｎｄ２が同じ辺に設けられた場合、半導体チップ２０が規定位置からＸ軸又はＹ軸にずれて実装されると、ずれた分だけボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂは両方が長く（又は短く）なり、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂのインダクタ成分が所望値から変動する。したがって、この場合と比べて、本実施形態に係る高周波モジュール１は、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの合計長の変動幅を小さくできる。

図５は本実施形態に係る高周波モジュール１のフィルタ回路の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図６は、従来構成の高周波モジュールのフィルタ回路の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図６に係る高周波モジュールは、図１において、グランド接続端子２１Ａとグランド接続端子２１Ｂとが導通されておらず、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２が同じ辺に設けられた構成とする。

図５及び図６は、半導体チップ２０が規定位置に配置されている場合と、半導体チップ２０が規定位置からずれた場合とにおける高周波モジュールの通過特性の比較波形である。半導体チップ２０を規定位置に実装した場合のボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの長さを６００[μｍ]とし、この場合の高周波モジュールの通過特性の比較波形を図５及び図６では実線で示す。

本実施形態に係る高周波モジュール１では、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２が規定位置に対して点対称で配置されているため、半導体チップ２０の実装位置ずれが生じると、ボンディングワイヤ１２Ａ、１２Ｂの一方が短く、他方が長くなる。例えば、チップの実装位置によって、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの長さが１００μｍ変動した場合、ボンディングワイヤ１２Ａ、１２Ｂの一方は５００μｍ、他方は７００μｍとなる。この場合の高周波モジュールの通過特性の比較波形を図５では破線で示す。

図５に示すように、本実施形態に係る高周波モジュール１では、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの長さが６００[μｍ]の場合であっても、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの一方が５００[μｍ]、他方が７００[μｍ]の場合であっても、第１及び第２の直列共振回路の共振周波数は、ほぼ７．５[ＧＨｚ]であり、変動はない。

従来構成の高周波モジュールでは、半導体チップ２０の実装位置ずれが生じると、ボンディングワイヤ１２Ａ、１２Ｂの両方が短く又は長くなる。例えば、チップの実装位置によって、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの長さが１００μｍ長くなった場合、ボンディングワイヤ１２Ａ、１２Ｂの両方は７００μｍとなる。この場合の高周波モジュールの通過特性の比較波形を図６では破線で示す。また、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの長さが１００μｍ短くなった場合、ボンディングワイヤ１２Ａ、１２Ｂの両方は５００μｍとなる。この場合の高周波モジュールの通過特性の比較波形を図６では一点破線で示す。

半導体チップ２０が規定位置からＹ軸方向にずれて実装された際に、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの両方が６００[μｍ]から、５００[μｍ]又は７００[μｍ]へ変動した場合、図６に示すように、第１及び第２の直列共振回路の共振周波数は、７．５ＧＨｚより低く又は高くなり、ばらつきが生じる。

以上説明したように、本実施形態では、半導体チップ２０が規定位置からずれて実装されても、半導体チップ２０の共振特性に及ぼす影響は小さく、安定した共振特性が得られる。

なお、上述の実施形態では、半導体チップ２０がＹ軸方向にずれて実装された場合について説明したが、Ｘ軸方向にずれて実装された場合であっても、同様に、安定した共振特性が得られる。また、ボンディングワイヤ１２Ａ，１２Ｂの合計長の変動がほぼ不変となる範囲内であれば、半導体チップ２０がＸ軸及びＹ軸の両方にずれて実装されても、安定した共振特性が得られる。

また、上述の実施形態では、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、プリント基板１０の実装面の対角部に設けているが、規定位置に対し点対称となる位置であれば特に限定されない。例えば、グランド用パッドＧｎｄ１，Ｇｎｄ２は、図１における、ボンディングパッド１１Ｃ，１１Ｄの位置であってもよいし、ボンディングパッド１１Ｂ，１１Ｅの位置であってもよい。

さらに、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂは、互いに近傍位置に設けられているが、離れて設けられていてもよい。この場合、半導体チップ２０を規定位置に実装した場合、グランド接続端子２１Ａ，２１Ｂの中点が、プリント基板１０の実装面のほぼ中心点（本発明の所定位置）に重合することが好ましい。

１−高周波モジュール
１０−プリント基板
１０Ａ−実装領域
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ−ボンディングパッド
１２Ａ，１２Ｂ−ボンディングワイヤ
１２Ａｌ，１２ＢＬ−寄生インダクタ成分
２０−半導体チップ
２１Ａ，２１Ｂ−グランド接続端子
２１Ｌ，２２Ｌ，２３Ｌ−インダクタ
２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ−キャパシタ
Ｇｎｄ１，Ｇｎｄ２−グランド用パッド

Claims

一面の所定位置を基準とした点対称となる位置に設けられ、グランドに接続されている第１及び第２のグランド用導体パターンを有する基板と、
互いに導通する第１及び第２の接続端子を有し、前記基板の一面に実装された共振回路部と、
前記第１の接続端子と前記第１のグランド用導体パターンとを接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２の接続端子と前記第２のグランド用導体パターンとを接続する第２のボンディングワイヤと、
を備え、
前記共振回路部は、
前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子を結ぶ第１の直線が、前記第１のグランド用導体パターン及び前記第２のグランド用導体パターンを結ぶ第２の直線と交差するように実装されている、
高周波モジュール。
前記共振回路部は、
前記第１の直線の中点が、前記所定位置に重なるように実装されている、請求項１に記載の高周波モジュール。
前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子は隣接している、請求項１又は２に記載の高周波モジュール。
前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子は一体形成されている、請求項１から３の何れかに記載の高周波モジュール。
前記共振回路部は、
信号の入力端子及び出力端子と、
前記入力端子及び前記出力端子との間に接続された並列共振回路と、
一端が前記入力端子に接続され、他端が前記第１の接続端子に接続された第１の直列共振回路と、
一端が前記出力端子に接続され、他端が前記第２の接続端子に接続された第２の直列共振回路と
を有している、
請求項１から４の何れかに記載の高周波モジュール。