WO2013018674A1 - 高周波モジュール - Google Patents

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▲徳▼田大輔
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency module including a circuit composed of passive elements and a circuit including active elements.
  • a wireless communication terminal such as a mobile phone to share one antenna among a plurality of communication systems.
  • a conventional wireless communication terminal includes a switch circuit that switches and connects an antenna to a transmission / reception circuit of each communication system.
  • a filter circuit such as a bandpass filter must be connected to the antenna connection terminal. There is. For this reason, in a current mobile phone, a high-frequency module that connects an antenna and a switch circuit with a band-pass filter may be used.
  • the bandpass filter is composed of passive elements such as inductors and capacitors.
  • the switch circuit includes an active element such as an FET.
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of a conventional high-frequency module 10P. In FIG. 8, a pattern for connecting each element and a land connected to an external circuit is omitted.
  • a switch (SW) forming unit 101, a power amplifier (PA) forming unit 102, and a low noise amplifier (LNA) forming unit 103 formed of an active element group are formed on a base substrate 100P made of a semiconductor.
  • the base substrate 100P includes spiral electrodes 111P, 112P, and 113P serving as inductors that are passive elements constituting a bandpass filter, and flat plates serving as capacitors 121, 122, and 123 serving as passive elements constituting the bandpass filter.
  • An electrode is formed.
  • land electrodes 131P, 141P, 142P, 143P, 151P, 152P, and 153P for connection to an external circuit are formed on the surface of the base substrate 100P.
  • the area of the passive circuit forming region 902P constituting the bandpass filter is SW Generally, it becomes larger than the active circuit forming region 901P constituting the class. This is because the spiral electrodes 111P, 112P, 113P constituting the inductor included in the passive element group are larger than the other circuit elements. Therefore, there exists a problem that a high frequency module will enlarge. Furthermore, in order to improve the characteristics of the bandpass filter, if an inductor having a high Q value is to be formed, the electrode width and the electrode interval of the spiral electrode must be increased, and the area occupied by the inductor increases. For this reason, there exists a problem that a high frequency module will further enlarge.
  • an object of the present invention is to provide a high-frequency module that can be reduced in size while obtaining necessary transmission characteristics.
  • the high-frequency module of the present invention includes a first circuit including a passive element group including at least one inductor and at least one capacitor, and a second circuit including at least one active element.
  • the capacitor of the first circuit and the active element of the second circuit are formed in a single chip element.
  • the inductor that requires a large formation area is not necessarily formed in the chip element in which the capacitor is formed in the passive element group, and thus the chip element is small.
  • the inductor is realized by a lead electrode formed on the chip element, a bonding wire described later, and a pattern electrode formed on the external circuit board on which the chip element is mounted, the first circuit can be configured. It is.
  • the inductor of the high frequency module of the present invention is preferably realized including a conductive wire for mounting the chip element on the external circuit board.
  • the inductor is realized by a conductive wire (bonding wire), and the inductor of the first circuit can be realized without forming the pattern electrode for the inductor on the chip element and the external circuit board.
  • the high-frequency module can be reduced in size.
  • a conductive wire (bonding wire) is originally required to connect the chip element to the external circuit board, the conductive wire for connection and the inductor can be used together, and the size can be further reduced. .
  • the high-frequency module of the present invention preferably has the following configuration.
  • an inductor and a capacitor are grounded.
  • the chip element of the high-frequency module includes a ground via that grounds the capacitor.
  • the land for bonding the conductive wire formed on the external circuit board and the electrode to which the ground via formed on the external circuit board is connected are an integrated common ground electrode.
  • the inductor ground electrode and the capacitor ground electrode are shared. This stabilizes the transmission characteristics of the first circuit without being affected by the impedance (inductance or the like) of the external circuit board.
  • the first circuit is a bandpass filter connected to the antenna
  • the second circuit is a switch circuit connected to the bandpass filter
  • This configuration shows a specific example of the first circuit and the second circuit.
  • the above-described configuration can be applied to the front-end circuit for wireless communication. Therefore, the high-frequency module for the wireless communication front-end circuit can be reduced in size.
  • a high-frequency module including a circuit composed of a passive element group and a circuit composed of an active element group can be formed in a small size while obtaining necessary transmission characteristics.
  • FIG. 1A is a circuit block diagram of a high-frequency module 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a circuit block diagram of a composite circuit 11 of a bandpass filter BPF and a switch SW included in the high-frequency module 10.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor chip element 20 constituting the high-frequency module 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the high-frequency module 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing a schematic configuration of the high-frequency module 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2, 3, and 4 are for explaining only the characteristic configuration of the present invention in an easy-to-understand manner.
  • the connection pattern between the elements and the detailed pattern for configuring the circuit in FIG. 1 are as follows. Omitted where appropriate. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 are different (small) in the number of capacitors, but this is partially omitted for easy understanding. Actually, the number of capacitors corresponding to the circuit configuration is formed.
  • the high frequency module 10 includes a band pass filter BPF, a switch SW, power amplifiers PA1, PA2, and PA3, and low noise amplifiers LNA1, LNA2, and LNA3.
  • the bandpass filter BPF and the switch SW constitute a composite circuit 11.
  • the switch SW selectively connects any of the power amplifiers PA1, PA2, and PA3 and the low noise amplifiers LNA1, LNA2, and LNA3 to the bandpass filter BPF.
  • the power amplifier PA1 and the low noise amplifier LNA1 are for the first communication signal that uses the first frequency band as a use band.
  • the power amplifier PA2 and the low noise amplifier LNA2 are for the second communication signal that uses the second frequency band as a use band.
  • the power amplifier PA3 and the low noise amplifier LNA3 are for a third communication signal that uses the third frequency band as a use band. It should be noted that the first communication signal, the second communication signal, and the third communication signal may partially overlap in frequency bands, but do not completely match.
  • the power amplifier PA1 amplifies the transmission signal of the first communication signal from the external circuit and outputs it to the switch SW.
  • the power amplifier PA2 amplifies the transmission signal of the second communication signal from the external circuit and outputs it to the switch SW.
  • the power amplifier PA3 amplifies the transmission signal of the third communication signal from the external circuit and outputs it to the switch SW.
  • the low noise amplifier LNA1 amplifies the received signal of the first communication signal from the switch SW and outputs it to an external circuit.
  • the low noise amplifier LNA2 amplifies the received signal of the second communication signal from the switch SW and outputs it to an external circuit.
  • the low noise amplifier LNA3 amplifies the received signal of the third communication signal from the switch SW and outputs it to an external circuit.
  • the band pass filter BPF has one end connected to the switch SW and the other end connected to the antenna ANT.
  • the bandpass filter BPF is a bandpass filter that uses the frequency bands of the first, second, and third communication signals as passbands and uses the other frequency bands as attenuation bands.
  • the band-pass filter BPF has such characteristics that a sufficient amount of attenuation with respect to the harmonic component of each communication signal can be ensured, and in particular, it is preferable that there are attenuation poles on the upper limit side and the lower limit side of the passband.
  • the bandpass filter BPF has a circuit configuration as shown in FIG. 1B.
  • a series circuit of capacitors C10 and C20 is connected between the antenna ANT side end and the switch SW side end.
  • the end of the capacitor C10 on the antenna ANT side is grounded via a parallel circuit of the inductor L01 and the capacitor C01.
  • a connection point between the capacitor C10 and the capacitor C20 is grounded via a parallel circuit of the inductor L02 and the capacitor C02.
  • the end of the capacitor C20 on the switch SW side is grounded via a parallel circuit of an inductor L03 and a capacitor C03.
  • a capacitor C12 is connected in parallel to the series circuit of the capacitors C10 and C20.
  • the high-frequency module 10 having such a circuit configuration is realized by mounting the semiconductor chip element 20 on an external circuit board 300 as shown in FIGS. At this time, the shaded circuit range in FIG. 1 is realized by the semiconductor chip element 20.
  • the semiconductor chip element 20 includes a base substrate 100.
  • the base substrate 100 is formed in a flat plate shape, and includes a semiconductor substrate 111 and an insulating layer 112 as shown in FIG.
  • the semiconductor substrate 111 is made of, for example, a p-type semiconductor and partially has an n-type doping region 111d.
  • a predetermined electrode pattern and an insulating layer 112 are formed on one main surface (hereinafter referred to as a surface) of the semiconductor substrate 111.
  • a predetermined electrode pattern is also formed on the surface of the insulating layer 112 opposite to the semiconductor substrate 111 side.
  • These electrode patterns include the above-described capacitor C of the bandpass filter BPF, and the field effect transistor FET (hereinafter simply referred to as FET) constituting the switch SW, the power amplifiers PA1, PA2, and PA3, and the low noise amplifiers LNA1, LNA2, and LNA3. .) Is formed to realize the group.
  • FET field effect transistor
  • a first plate electrode 121 ⁇ / b> D for forming a capacitor C is formed in the capacitor formation region on the surface of the semiconductor substrate 111. Then, the second flat plate electrode 121U is formed so as to face the first flat plate electrode 121D with a predetermined area with the insulating layer 112 interposed therebetween.
  • the source electrode PS and the drain are respectively provided in two different n-type doping regions 111d.
  • a working electrode PD is formed.
  • a gate electrode PG is formed on the surface opposite to the semiconductor substrate 111 side of the insulating layer 112 between the source electrode PS and the drain electrode PD.
  • the power amplifier forming unit 102 includes the above-described power amplifiers PA1, PA2, and PA3, and the low-noise amplifier forming unit 103 includes the above-described low-noise amplifiers LNA1, LNA2, and LNA3. These constitute an active circuit formation region 901.
  • capacitors 121, 122, and 123 are formed when the base substrate 100 is viewed in plan. Thereby, a passive circuit forming region 902U is configured. As described above, the passive circuit formation region 902U on the base substrate 100 is formed only by the capacitors 121, 122, and 123, and an inductor having a large formation area is not formed on the base substrate 100.
  • the substrate 100 can be formed in a small size.
  • external connection land electrodes 131, 141, 142, 143, 151, 152, 153, 201, 202, 203 is formed on the surface of the base substrate 100 (the surface on which the FET and capacitor are formed). These land electrodes are arranged in a predetermined pattern. For example, as shown in FIG. 2, the land electrode 131 is formed in the vicinity of the first side in plan view of the base substrate 100.
  • the land electrode 131 is a land electrode for antenna connection.
  • the land electrodes 151, 152, and 153 are formed in the vicinity of the second side along the second side facing the first side.
  • the land electrodes 151, 152, and 153 are lands for transmitting signal input.
  • the land electrodes 141, 142, and 143 are formed in the vicinity of the third side along the third side orthogonal to the first side and the second side.
  • the land electrodes 141, 142, and 143 are lands for outputting received signals.
  • the land electrodes 201, 202, and 203 are formed in the vicinity of the fourth side along the fourth side facing the third side.
  • the land electrodes 201, 202, and 203 are lands for forming a conductive wire for an inductor.
  • the semiconductor chip element 20 having the above-described configuration is mounted on the external circuit board 300 in a so-called face-up state so that each of the land electrodes faces the side opposite to the external circuit board 300 side. Is done. At this time, the semiconductor chip element 20 is mounted on the external circuit board 300 with a conductive or insulating adhesive according to specifications.
  • on-substrate land electrodes 311, 312, and 313 for ground connection are formed.
  • the on-substrate land electrodes 311, 312, 313 are connected to the ground electrode 350.
  • the on-substrate land electrodes 311, 312, 313 are arranged so as to face the land electrodes 201, 202, 203 of the semiconductor chip element 20.
  • the on-substrate land electrode 311 and the land 201 are connected by wire bonding made of Cu.
  • the on-substrate land electrode 311 and the land 201 are connected by the conductive wire 211 having a predetermined loop shape.
  • the wire length and the wire thickness of the conductive wire 211 are set so as to obtain the inductance required for the inductor L01.
  • the land electrode 312 on the substrate and the land 202 are also connected by wire bonding made of Cu. Thereby, the on-substrate land electrode 312 and the land 202 are connected by the conductive wire 212 having a predetermined loop shape.
  • the wire length and the wire thickness of the conductive wire 212 are set so that the inductance required for the inductor L02 is obtained.
  • the substrate land electrode 313 and the land 203 are also connected by wire bonding made of Cu. Thereby, the land electrode 313 on the substrate and the land 203 are connected by the conductive wire 213 having a predetermined loop shape.
  • the wire length and the wire thickness of the conductive wire 213 are set so that the inductance required for the inductor L03 is obtained.
  • Cu is used as the wire material, but Au, Ag, or the like can also be used.
  • Cu is larger than Au, and Ag is larger than Cu. For this reason, it is more preferable to use Cu or Ag as a material constituting the wire.
  • the bandpass filter BPF can be realized without forming the inductor on the semiconductor chip element 20.
  • the passive circuit formation region 902 in which the inductor and the capacitor are formed can be reduced, and the high-frequency module 10 can be downsized.
  • an inductor having a small area and a high Q value can be realized as compared with the case of using a planar spiral electrode. Thereby, a small high-frequency module excellent in transmission characteristics (passage characteristics and attenuation characteristics) can be realized.
  • the conductive wires 211, 212, and 213 are formed substantially in parallel with a predetermined interval. With this configuration, the area occupied by the inductor formation region can be further reduced. Thereby, a small high-frequency module having more excellent characteristics can be realized.
  • on-board land electrodes 321, 322 and 323 for receiving signal output are formed.
  • the on-substrate land electrodes 321, 322, 323 are arranged so as to face the land electrodes 141, 142, 143 of the semiconductor chip element 20.
  • the on-substrate land electrodes 321, 322, 323 and the land electrodes 141, 142, 143 are connected by wire bonding, respectively.
  • the on-substrate land electrode 321 and the land electrode 141 are connected by the conductive wire 221
  • the on-substrate land electrode 322 and the land electrode 142 are connected by the conductive wire 222
  • the on-substrate land electrode 323 and the land electrode 143 are connected.
  • on-board land electrodes 331, 332, 333 for inputting transmission signals are formed.
  • the on-substrate land electrodes 331, 332, 333 are arranged so as to face the land electrodes 151, 152, 153 of the semiconductor chip element 20.
  • the on-substrate land electrodes 331, 332, 333 and the land electrodes 151, 152, 153 are respectively connected by wire bonding.
  • the on-substrate land electrode 331 and the land electrode 151 are connected by the conductive wire 231
  • the on-substrate land electrode 332 and the land electrode 152 are connected by the conductive wire 232
  • the on-substrate land electrode 333 and the land electrode 153 are connected.
  • an on-substrate land electrode 341 for an antenna is formed on the external circuit board 300.
  • the on-substrate land electrode 341 is disposed so as to face the land electrode 131 of the semiconductor chip element 20.
  • the on-substrate land electrode 341 and the land electrode 131 are respectively connected by wire bonding. Thereby, the land electrode 341 on the substrate and the land electrode 131 are connected by the conductive wire 241.
  • a high-frequency module including a circuit including a passive element group and a circuit including an active element group can be formed in a small size while having excellent transmission characteristics.
  • FIG. 5 is a plan view showing a mounting state of the high-frequency module 10A according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side cross-sectional view of the high-frequency module 10A according to the second embodiment of the present invention. 5 and 6 are also omitted as appropriate so that the characteristic configuration can be easily understood, similarly to FIGS.
  • the high-frequency module 10A of the present embodiment is the same as the high-frequency module 10 shown in the first embodiment, except that the ground via electrodes 401, 402, and 403 are provided and the common ground electrode 350A is provided on the external circuit board 300A. It is. Therefore, only these different points will be described.
  • the ground via electrodes 401, 402, and 403 are formed by through-holes penetrating the semiconductor substrate 111 from the front surface (formation surface of the insulating layer 112) to the back surface (contact surface to the external circuit board 300A).
  • the through hole is filled with a conductive material.
  • the ground via electrodes 401, 402, and 403 are electrically connected to each capacitor on the surface of the semiconductor substrate 111 and a ground connection electrode (not shown) on the back surface side of the semiconductor substrate 111.
  • the ground via electrodes 401, 402, and 403 are not limited to being formed within the range of the plate electrode of the capacitor, and may be formed in the vicinity of the plate electrode of the capacitor.
  • An element ground electrode 352 is formed on the surface of the external circuit board 300A (the mounting surface of the semiconductor chip element 20A) so as to include a region related to the semiconductor chip element 20A in the passive circuit formation region 902A of the high-frequency module 10A. .
  • the element ground electrode 352 is integrally formed with the on-substrate land electrodes 311A, 312A, and 313A and the common electrode 351 that connects them in common. Thereby, a ground electrode 350A shared by the inductor and the capacitor is formed.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating pass characteristics of the bandpass filter of the high frequency module 10A according to the second embodiment
  • FIG. 7B illustrates pass characteristics of the bandpass filter of the high frequency module 10 according to the first embodiment.
  • the pass characteristic shown by the broken line and the pass characteristic shown by the solid line differ in the impedance (inductance) of the external circuit board.
  • the influence of the impedance of the external circuit board can be reduced by using the configuration of the high-frequency module 10A according to the second embodiment. That is, by sharing the ground of the inductor and the capacitor, a high-frequency module having stable pass characteristics can be realized. As described above, if the configuration of the second embodiment is used, a high-frequency module capable of obtaining more stable and excellent characteristics can be formed in a small size.
  • the high-frequency module including the bandpass filter BPF, the switch SW, the power amplifier PA, and the low-noise amplifier LNA has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the above-described configuration can be applied to any high-frequency module including at least one circuit including a passive element group including at least one inductor and at least one capacitor and at least one circuit including at least one active element. .

Abstract

　高周波モジュール（１０）は、外部回路基板（３００）上にワイヤボンディングによって実装した半導体チップ素子（２０）を備える。半導体チップ素子（２０）には、能動素子であるＦＥＴ群によって実現されるスイッチ形成部（１０１）、パワーアンプ形成部（１０２）、ローノイズアンプ形成部（１０３）が形成されている。さらに、半導体チップ素子（２０）には、キャパシタ（１２１，１２２，１２３）を形成する平板電極が形成されている。外部回路基板（３００）と半導体チップ素子２０とを接続する導電性ワイヤ（２１１，２１２，２１３）は、インダクタとしても機能する。これにより、インダクタとキャパシタとを備える受動素子群が形成される。その結果、必要な伝送特性を得ながら小型化が可能な高周波モジュールを提供することができる。

Description

高周波モジュール
　本発明は、受動素子から構成される回路と、能動素子を含む回路とを備えた高周波モジュールに関する。
　現在、携帯電話機等の無線通信端末では、１つのアンテナを複数の通信システムで共用することが一般的になっている。このようなアンテナの共用を実現するために、従来の無線通信端末は、アンテナを各通信システムの送受信回路に切り替えて接続するスイッチ回路を備える。また、現在の高調波規制等の制限から、アンテナから外部へ高調波信号やノイズ等の不要波が伝搬しないようにするために、アンテナの接続端子にバンドパスフィルタ等のフィルタ回路を接続することがある。このため、現在の携帯電話機では、アンテナとスイッチ回路とを、バンドパスフィルタで接続する高周波モジュールが用いられることがある。
　この従来の高周波モジュールでは、バンドパスフィルタは、インダクタやキャパシタ等の受動素子で構成される。スイッチ回路は、ＦＥＴ等の能動素子を含んで構成される。
　そして、これらバンドパスフィルタとスイッチ回路とは、特許文献１に示すように、１つのベース基板上に集約して形成される。図８は、従来の高周波モジュール１０Ｐの構造を概略的に示す平面図である。なお、図８では、各素子と外部回路へ接続するランドとを接続するパターンは省略している。
　半導体からなるベース基板１００Ｐには、能動素子群から形成されるスイッチ（ＳＷ）形成部１０１、パワーアンプ（ＰＡ）形成部１０２、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）形成部１０３が形成されている。また、ベース基板１００Ｐには、バンドパスフィルタを構成する受動素子であるインダクタとなるスパイラル電極１１１Ｐ，１１２Ｐ，１１３Ｐ、および、バンドパスフィルタを構成する受動素子であるキャパシタ１２１，１２２，１２３となる平板電極が形成されている。また、ベース基板１００Ｐの表面には、これらとは別に、外部回路へ接続するためのランド電極１３１Ｐ，１４１Ｐ，１４２Ｐ，１４３Ｐ，１５１Ｐ，１５２Ｐ，１５３Ｐが形成されている。
特開２００５－２２９０５７号公報
　受動素子群からなるバンドパスフィルタを、能動素子群からなるＳＷ類と同じ基板上に形成する場合、図８に示したように、バンドパスフィルタを構成する受動回路形成領域９０２Ｐの面積が、ＳＷ類を構成する能動回路形成領域９０１Ｐよりも、一般的に大きくなる。これは、受動素子群に含まれるインダクタを構成するスパイラル電極１１１Ｐ，１１２Ｐ，１１３Ｐが、他の回路素子よりも大きくなるからである。したがって、高周波モジュールが大型化してしまう、という問題がある。さらに、バンドパスフィルタの特性を向上させるために、Ｑ値の高いインダクタを形成しようとすると、スパイラル電極の電極幅および電極間隔を広くしなければならず、インダクタの専有面積が大きくなる。このため、高周波モジュールがさらに大型化してしまう、という問題がある。
　したがって、本発明の目的は、必要な伝送特性を得ながら小型化が可能な高周波モジュールを提供することにある。
　この発明の高周波モジュールは、少なくとも１つのインダクタおよび少なくとも１つのキャパシタを含む受動素子群からなる第１の回路と、少なくとも１つの能動素子を含む第２の回路と、を備える。高周波モジュールでは、第１の回路のキャパシタおよび第２の回路の能動素子が、単一のチップ素子に形成されている。
　この構成では、受動素子群の中でも、大きな形成面積を必要とするインダクタが、キャパシタが形成されているチップ素子に必ずしも形成されていないので、チップ素子が小型になる。この際、インダクタは、チップ素子に形成した引き回し電極や、後述するボンディングワイヤ、当該チップ素子が実装される外部回路基板に形成したパターン電極で実現すれば、第１の回路を構成することが可能である。
　また、この発明の高周波モジュールのインダクタは、チップ素子を外部回路基板へ実装する導電性ワイヤを含んで実現されることが好ましい。
　この構成では、インダクタを導電性ワイヤ（ボンディングワイヤ）で実現しており、チップ素子および外部回路基板へインダクタ用のパターン電極を形成せずとも、第１の回路のインダクタを実現できる。これにより、高周波モジュールの小型化が可能になる。また、元来、チップ素子を外部回路基板に接続するために、導電性ワイヤ（ボンディングワイヤ）が必要であるので、接続用の導電性ワイヤとインダクタとを兼用でき、より小型化が可能になる。
　また、この発明の高周波モジュールは、次の構成であることが好ましい。高周波モジュールは、インダクタおよびキャパシタが接地されている。高周波モジュールのチップ素子は、キャパシタを接地するグランドビアを備える。そして、外部回路基板に形成される導電性ワイヤをボンディングするランドと、外部回路基板に形成されるグランドビアが接続される電極とが、一体化された共通グランド電極である。
　この構成では、インダクタとキャパシタが接地する回路構成である場合に、インダクタ用のグランド電極とキャパシタ用のグランド電極とが共通化される。これにより、外部回路基板のインピーダンス（インダクタンス等）に影響されることなく、第１の回路の伝送特性が安定する。
　また、この発明の高周波モジュールは、第１の回路がアンテナに接続するバンドパスフィルタであり、第２の回路がバンドパスフィルタに接続するスイッチ回路であることが好ましい。
　この構成では、第１の回路と第２の回路との具体例を示している。このように、第１の回路にバンドパスフィルタを適用し、第２の回路にスイッチ回路を適用することで、無線通信のフロントエンド回路に、上述の構成を適用できる。したがって、無線通信のフロントエンド回路用の高周波モジュールを小型化することができる。
　この発明によれば、受動素子群からなる回路と能動素子群からなる回路を備えた高周波モジュールを、必要な伝送特性を得ながら小型に形成することができる。
本発明の実施形態に係る高周波モジュールの回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係る高周波モジュールに含まれるバンドパスフィルタとスイッチの複合回路の回路ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールを構成する半導体チップ素子の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュールの概略構成を示す側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュールの実装状態を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュールの側面断面図である。 第２の実施形態に係る高周波モジュールのバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。 第１の実施形態に係る高周波モジュールのバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。 従来の高周波モジュールの構造を概略的に示す平面図である。
　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。図１Ａは、本発明の実施形態に係る高周波モジュール１０の回路ブロック図であり、図１Ｂは、高周波モジュール１０に含まれるバンドパスフィルタＢＰＦとスイッチＳＷの複合回路１１の回路ブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０を構成する半導体チップ素子２０の平面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０の平面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０の概略構成を示す側面断面図である。なお、図２、図３、図４は、本願発明の特徴的な構成のみを分かりやすく説明するためのものであり、各素子間の接続パターンや図１の回路構成するための詳細のパターンは適宜省略している。また、図１の回路構成に対して、図２、図３、図４では、キャパシタ数が異なる（少ない）が、これは説明を分かりやすくするために部分的に図示を省略したものであり、実際には、回路構成に応じた数のキャパシタが形成されている。
　まず、後述の高周波モジュール１０の構造の理解を容易にするために、本実施形態の高周波モジュール１０の回路構成について、図１を参照して説明する。
　高周波モジュール１０は、バンドパスフィルタＢＰＦ、スイッチＳＷ、パワーアンプＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３、ローノイズアンプＬＮＡ１，ＬＮＡ２，ＬＮＡ３を備える。バンドパスフィルタＢＰＦとスイッチＳＷとで複合回路１１が構成される。
　スイッチＳＷは、バンドパスフィルタＢＰＦに対して、パワーアンプＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３、ローノイズアンプＬＮＡ１，ＬＮＡ２，ＬＮＡ３のいずれかを選択的に接続する。パワーアンプＰＡ１およびローノイズアンプＬＮＡ１は、第１の周波数帯域を使用帯域とする第１通信信号用である。パワーアンプＰＡ２およびローノイズアンプＬＮＡ２は、第２の周波数帯域を使用帯域とする第２通信信号用である。パワーアンプＰＡ３およびローノイズアンプＬＮＡ３は、第３の周波数帯域を使用帯域とする第３通信信号用である。なお、第１通信信号、第２通信信号、第３通信信号は、部分的に周波数帯域が重なっても構わないが、完全には一致しない。
　パワーアンプＰＡ１は、外部回路からの第１通信信号の送信信号を増幅し、スイッチＳＷへ出力する。パワーアンプＰＡ２は、外部回路からの第２通信信号の送信信号を増幅し、スイッチＳＷへ出力する。パワーアンプＰＡ３は、外部回路からの第３通信信号の送信信号を増幅し、スイッチＳＷへ出力する。ローノイズアンプＬＮＡ１は、スイッチＳＷからの第１通信信号の受信信号を増幅し、外部回路へ出力する。ローノイズアンプＬＮＡ２は、スイッチＳＷからの第２通信信号の受信信号を増幅し、外部回路へ出力する。ローノイズアンプＬＮＡ３は、スイッチＳＷからの第３通信信号の受信信号を増幅し、外部回路へ出力する。
　バンドパスフィルタＢＰＦは、一方端がスイッチＳＷに接続し、他方端がアンテナＡＮＴに接続する。バンドパスフィルタＢＰＦは、第１、第２、第３の通信信号の周波数帯域を通過帯域とし、他の周波数帯域を減衰域とする帯域通過型フィルタである。バンドパスフィルタＢＰＦは、各通信信号の高調波成分に対する減衰量が十分確保できるような特性であり、特に、通過帯域の上限側及び下限側に減衰極があることが好ましい。
　このため、バンドパスフィルタＢＰＦは、図１Ｂに示すような回路構成からなる。バンドパスフィルタＢＰＦでは、アンテナＡＮＴ側端とスイッチＳＷ側端との間に、キャパシタＣ１０，Ｃ２０の直列回路が接続されている。キャパシタＣ１０のアンテナＡＮＴ側の端部は、インダクタＬ０１とキャパシタＣ０１の並列回路を介して接地されている。キャパシタＣ１０とキャパシタＣ２０の接続点は、インダクタＬ０２とキャパシタＣ０２の並列回路を介して接地されている。キャパシタＣ２０のスイッチＳＷ側の端部は、インダクタＬ０３とキャパシタＣ０３との並列回路を介して接地されている。キャパシタＣ１０，Ｃ２０の直列回路には、キャパシタＣ１２が並列接続されている。この回路構成によって、上述のような通過特性および減衰特性からなる伝送特性のバンドパスフィルタを実現できる。
　このような回路構成からなる高周波モジュール１０は、図２、図３、図４に示すように、半導体チップ素子２０を外部回路基板３００に実装することによって実現される。この際、図１における網掛けの回路範囲が、半導体チップ素子２０によって実現される。
　半導体チップ素子２０は、ベース基板１００を備える。ベース基板１００は、平板状に形成されており、図４に示すように、半導体基板１１１と絶縁層１１２とからなる。半導体基板１１１は、例えばｐ型半導体からなり、部分的にｎ型ドーピング領域１１１ｄを有する。
　半導体基板１１１の一方主面（以下、表面とする。）には、所定の電極パターンが形成されるとともに、絶縁層１１２が形成される。そして、絶縁層１１２の半導体基板１１１側と反対側の面にも、所定の電極パターンが形成されている。
　これらの電極パターンは、上述のバンドパスフィルタＢＰＦのキャパシタＣ、および、スイッチＳＷ、パワーアンプＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３、ローノイズアンプＬＮＡ１，ＬＮＡ２，ＬＮＡ３を構成する電界効果トランジスタＦＥＴ（以下、単にＦＥＴとする。）群を実現するように形成されている。
　具体的な構成例としては、図４に示すように、半導体基板１１１の表面のキャパシタ形成領域には、キャパシタＣを形成するための第１平板電極１２１Ｄが形成されている。そして、絶縁層１１２を介在させて、第１平板電極１２１Ｄに所定面積で対向するように、第２平板電極１２１Ｕが形成されている。
　また、図４に示すように、半導体基板１１１の表面の２つの隣接するｎ型ドーピング領域１１１ｄを含むＦＥＴ形成領域には、異なる２つのｎ型ドーピング領域１１１ｄのそれぞれに、ソース用電極ＰＳとドレイン用電極ＰＤとが形成されている。そして、これらソース用電極ＰＳとドレイン用電極ＰＤとの間の絶縁層１１２の半導体基板１１１側と反対側の面に、ゲート用電極ＰＧが形成されている。
　このような構造によってキャパシタＣおよびＦＥＴを形成することで、図２、図３に示すように、ベース基板１００を平面視して、スイッチ形成部１０１、パワーアンプ形成部１０２、ローノイズアンプ形成部１０３が配列して形成される。なお、パワーアンプ形成部１０２には、上述の各パワーアンプＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３が形成されており、ローノイズアンプ形成部１０３には、上述の各ローノイズアンプＬＮＡ１，ＬＮＡ２，ＬＮＡ３が形成されている。これらにより、能動回路形成領域９０１が構成される。
　また、図２、図３に示すように、ベース基板１００を平面視して、キャパシタ１２１，１２２，１２３が形成される。これにより、受動回路形成領域９０２Ｕが構成される。このように、ベース基板１００上の受動回路形成領域９０２Ｕを、キャパシタ１２１，１２２，１２３のみで形成し、形成面積の大きなインダクタをベース基板１００上に形成しないことで、半導体基板を主体とするベース基板１００を小型に形成することができる。
　ベース基板１００の表面（ＦＥＴやキャパシタが形成される側の面）には、上述の機能回路とともに、外部接続用のランド電極１３１，１４１，１４２，１４３，１５１，１５２，１５３，２０１，２０２，２０３が形成されている。これらのランド電極は、所定パターンで配列して形成されており、例えば、図２に示すように、ランド電極１３１は、ベース基板１００を平面視した第１辺の近傍に形成されている。ランド電極１３１は、アンテナ接続用のランド電極である。
　ランド電極１５１，１５２，１５３は、第１辺に対向する第２辺に沿って、当該第２辺の近傍に形成されている。ランド電極１５１，１５２，１５３は、送信信号入力用のランドである。
　ランド電極１４１，１４２，１４３は、第１辺および第２辺に直交する第３辺に沿って、当該第３辺の近傍に形成されている。ランド電極１４１，１４２，１４３は、受信信号出力用のランドである。
　ランド電極２０１，２０２，２０３は、第３辺に対向する第４辺に沿って、当該第４辺の近傍に形成されている。ランド電極２０１，２０２，２０３は、インダクタ用の導電性ワイヤを形成するためのランドである。
　上述の構成からなる半導体チップ素子２０は、図３に示すように、上述の各ランド電極が外部回路基板３００側と反対側に向くように、所謂フェイスアップの状態で、外部回路基板３００へ実装される。この際、半導体チップ素子２０は、仕様に応じて導電性もしくは絶縁性の接着剤によって、外部回路基板３００へ装着される。
　外部回路基板３００には、グランド接続用の基板上ランド電極３１１，３１２，３１３が形成されている。基板上ランド電極３１１，３１２，３１３は、グランド電極３５０に接続されている。基板上ランド電極３１１，３１２，３１３は、半導体チップ素子２０のランド電極２０１，２０２，２０３に対向するように配置されている。基板上ランド電極３１１とランド２０１は、Ｃｕからなるワイヤボンディングによって結線される。これにより、基板上ランド電極３１１とランド２０１とは、所定のループ形状からなる導電性ワイヤ２１１によって接続される。導電性ワイヤ２１１のワイヤ長およびワイヤの太さは、上述のインダクタＬ０１として必要とするインダクタンスが得られるように設定されている。
　基板上ランド電極３１２とランド２０２も、Ｃｕからなるワイヤボンディングによって結線される。これにより、基板上ランド電極３１２とランド２０２とは、所定のループ形状からなる導電性ワイヤ２１２によって接続される。導電性ワイヤ２１２のワイヤ長およびワイヤの太さは、上述のインダクタＬ０２として必要とするインダクタンスが得られるように設定されている。
　基板上ランド電極３１３とランド２０３も、Ｃｕからなるワイヤボンディングによって結線される。これにより、基板上ランド電極３１３とランド２０３とは、所定のループ形状からなる導電性ワイヤ２１３によって接続される。導電性ワイヤ２１３のワイヤ長およびワイヤの太さは、上述のインダクタＬ０３として必要とするインダクタンスが得られるように設定されている。
　なお、ワイヤの太さは、より太いほうがＱ値が良くなるため、好ましい。
　また、本実施形態では、ワイヤの材料としてＣｕを用いたが、ＡｕやＡｇ等も用いることができる。ここで、材料の導電率としては、ＡｕよりＣｕのほうが大きく、さらにＣｕよりもＡｇのほうが大きい。このため、ワイヤを構成する材料として、ＣｕやＡｇを用いるほうがより好ましい。
　このように、インダクタを導電性ワイヤ２１１，２１２，２１３で実現することで、半導体チップ素子２０上にインダクタを形成しなくても、バンドパスフィルタＢＰＦを実現することができる。そして、このような導電性ワイヤ２１１，２１２，２１３からなるインダクタを用いることで、インダクタとキャパシタが形成される受動回路形成領域９０２を小さくすることができ、高周波モジュール１０の小型化が可能になる。また、導電性ワイヤ２１１，２１２，２１３を用いることで、平面状のスパイラル電極を用いる場合よりも、小さい面積でＱ値の高いインダクタを実現することができる。これにより、伝送特性（通過特性および減衰特性）に優れた小型の高周波モジュールを実現することができる。
　また、これら導電性ワイヤ２１１，２１２，２１３は、所定間隔をおいて、略平行に形成されている。この構成により、インダクタ形成領域の専有面積をさらに小さくできる。これにより、より特性に優れた小型の高周波モジュールを実現することができる。
　外部回路基板３００には、受信信号出力用の基板上ランド電極３２１，３２２，３２３が形成されている。基板上ランド電極３２１，３２２，３２３は、半導体チップ素子２０のランド電極１４１，１４２，１４３に対向するように配置されている。基板上ランド電極３２１，３２２，３２３とランド電極１４１，１４２，１４３は、それぞれワイヤボンディングで結線されている。これにより、基板上ランド電極３２１とランド電極１４１は、導電性ワイヤ２２１で接続され、基板上ランド電極３２２とランド電極１４２は、導電性ワイヤ２２２で接続され、基板上ランド電極３２３とランド電極１４３は、導電性ワイヤ２２３で接続される。
　外部回路基板３００には、送信信号入力用の基板上ランド電極３３１，３３２，３３３が形成されている。基板上ランド電極３３１，３３２，３３３は、半導体チップ素子２０のランド電極１５１，１５２，１５３に対向するように配置されている。基板上ランド電極３３１，３３２，３３３とランド電極１５１，１５２，１５３は、それぞれワイヤボンディングで結線されている。これにより、基板上ランド電極３３１とランド電極１５１は、導電性ワイヤ２３１で接続され、基板上ランド電極３３２とランド電極１５２は、導電性ワイヤ２３２で接続され、基板上ランド電極３３３とランド電極１５３は、導電性ワイヤ２３３で接続される。
　外部回路基板３００には、アンテナ用の基板上ランド電極３４１が形成されている。基板上ランド電極３４１は、半導体チップ素子２０のランド電極１３１に対向するように配置されている。基板上ランド電極３４１とランド電極１３１は、それぞれワイヤボンディングで結線されている。これにより、基板上ランド電極３４１とランド電極１３１は、導電性ワイヤ２４１で接続される。
　以上のような構成を用いることで、受動素子群からなる回路と能動素子群を有する回路とを含む高周波モジュールを、優れた伝送特性を有しながら、小型に形成することができる。
　次に、本発明の第２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。図５は、本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュール１０Ａの実装状態を示す平面図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係る高周波モジュール１０Ａの側面断面図である。なお、図５、図６も、図２、図３と同様に、特徴的な構成が分かりやすいように、適宜省略して図示している。
　本実施形態の高周波モジュール１０Ａは、グランドビア電極４０１，４０２，４０３を備える点、外部回路基板３００Ａに共通グランド電極３５０Ａを備える点を除いて、第１の実施形態に示した高周波モジュール１０と同じである。したがって、これら異なる点のみを、説明する。
　グランドビア電極４０１，４０２，４０３は、半導体基板１１１を表面（絶縁層１１２の形成面）から裏面（外部回路基板３００Ａへの当接面）に亘って貫通する貫通孔によって形成される。貫通孔内には導電性材料が充填されている。グランドビア電極４０１，４０２，４０３は、半導体基板１１１の表面の各キャパシタと、半導体基板１１１の裏面側のグランド用接続電極（図示せず）を導通している。なお、グランドビア電極４０１，４０２，４０３は、キャパシタの平板電極の範囲内に形成される態様に限るものではなく、キャパシタの平板電極の近傍に形成してもよい。
　外部回路基板３００Ａの表面（半導体チップ素子２０Ａの実装面）には、高周波モジュール１０Ａの受動回路形成領域９０２Ａにおける半導体チップ素子２０Ａに係る領域を含むように、素子用グランド電極３５２が形成されている。素子用グランド電極３５２は、基板上ランド電極３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ、およびこれらを共通に接続する共通化電極３５１とともに、一体形成されている。これにより、インダクタとキャパシタとで共通化されたグランド電極３５０Ａが構成される。
　このように、インダクタとキャパシタを接地するためのグランド電極を共通化することで、次のような効果が得られる。図７Ａは、第２の実施形態に係る高周波モジュール１０Ａのバンドパスフィルタの通過特性を示す図であり、図７Ｂは、第１の実施形態に係る高周波モジュール１０のバンドパスフィルタの通過特性を示す図である。各図において、破線に示す通過特性と実線に示す通過特性は、外部回路基板のインピーダンス（インダクタンス）が異なる。
　図７に示すように、第２の実施形態に係る高周波モジュール１０Ａの構成を用いることで、外部回路基板のインピーダンスによる影響を少なくすることができる。すなわち、インダクタとキャパシタのグランドを共通化することで、安定した通過特性の高周波モジュールを実現することができる。このように、第２の実施形態の構成を用いれば、より安定して優れた特性が得られる高周波モジュールを小型に形成することができる。
　なお、上述の各実施形態では、バンドパスフィルタＢＰＦ、スイッチＳＷ、パワーアンプＰＡ、およびローノイズアンプＬＮＡを含む高周波モジュールを例に説明したが、これに限られるものではない。少なくとも１つのインダクタと少なくとも１つのキャパシタを含む受動素子群からなる回路と、少なくとも１つの能動素子を含む回路とをそれぞれ少なくとも１つずつ備える高周波モジュールであれば、上述の構成を適用することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｐ：高周波モジュール、
１１：複合回路、
２０：半導体チップ素子、
１００，１００Ｐ：ベース基板、
１０１：スイッチ形成部、１０２：パワーアンプ形成部、１０３：ローノイズアンプ形成部、
１１１Ｐ，１１２Ｐ，１１３Ｐスパイラル電極、
１２１，１２２，１２３：キャパシタ、
１２１Ｄ：第１平板電極、１２１Ｕ：第２平板電極、
１３１，１４１，１４２，１４３，１５１，１５２，１５３，２０１，２０２，２０３，１３１Ｐ，１４１Ｐ，１４２Ｐ，１４３Ｐ，１５１Ｐ，１５２Ｐ，１５３Ｐ：ランド電極、
２１１，２１２，２１３，２２１，２２２，２２３，２３１，２３２，２３３，２４１：導電性ワイヤ、
３００，３００Ａ：外部回路基板、
３１１，３１２，３１３，３２１，３２２，３２３，３３１，３３２，３３３，３４１：基板上ランド電極、
３５０，３５０Ａ：グランド電極、３５１：共通化電極、３５２：素子用グランド電極、
４０１，４０２，４０３：グランドビア電極、
９０１，９０１Ｐ：能動回路形成領域、９０２，９０２Ｕ，９０２Ｐ：受動回路形成領域、
Ｃ０１，Ｃ０２，Ｃ０３，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ１２：キャパシタ、
Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ０３：インダクタ、
ＢＰＦ：バンドパスフィルタ、
ＳＷ：スイッチ、
ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３：パワーアンプ、
ＬＮＡ１，ＬＮＡ２，ＬＮＡ３：ローノイズアンプ、
ＡＮＴ：アンテナ

Claims (4)

  1. 　少なくとも１つのインダクタおよび少なくとも１つのキャパシタを含む受動素子群からなる第１の回路と、
    　少なくとも１つの能動素子を含む第２の回路と、を備え、
    　前記第１の回路の前記キャパシタおよび前記第２の回路の前記能動素子が、単一のチップ素子に形成されている、高周波モジュール。
  2. 　前記インダクタは、該チップ素子を外部回路基板へ実装する導電性ワイヤを含んで実現される、請求項１に記載の高周波モジュール。
  3. 　前記インダクタおよび前記キャパシタが接地されており、
    　前記チップ素子は、前記キャパシタを接地するグランドビアを備え、
    　前記外部回路基板に形成される前記導電性ワイヤをボンディングするランドと、前記外部回路基板に形成される前記グランドビアが接続される電極とが、一体化された共通グランド電極である、請求項２に記載の高周波モジュール。
  4. 　前記第１の回路は、アンテナに接続するバンドパスフィルタであり、
    　前記第２の回路は、前記バンドパスフィルタに接続するスイッチ回路である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
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