WO2022209729A1 - 高周波モジュール及び通信装置 - Google Patents

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filter
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module
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孝紀 上嶋
宏通 北嶋
清志 相川
義弘 大門
隆司 山田
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to high frequency modules and communication devices.
  • Patent Literature 1 discloses a technique for miniaturizing a high-frequency module using two module substrates.
  • the present invention provides a high-frequency module capable of suppressing structural changes and characteristic deterioration while achieving miniaturization.
  • a high frequency module has a first module substrate having a first main surface and a second main surface facing each other, a third main surface and a fourth main surface facing each other, and a third main surface a second module substrate having a surface facing the second main surface and a fourth main surface facing the external substrate; a plurality of electronic components arranged on the main surface; and a plurality of external connection terminals arranged on the fourth main surface and joined to the second module substrate and the external substrate;
  • the absolute value of the difference between the coefficient of expansion and the coefficient of thermal expansion of the external substrate is smaller than the absolute value of the difference between the coefficient of thermal expansion of the first module substrate and the coefficient of thermal expansion of the external substrate.
  • a high frequency module has a first module substrate having a first principal surface and a second principal surface facing each other, a third principal surface and a fourth principal surface facing each other, and a A second module substrate having three main surfaces facing the second main surface, and a plurality of modules arranged between the second and third main surfaces and on the first and fourth main surfaces and a plurality of external connection terminals arranged on the fourth main surface, the second module substrate is a printed circuit board, and the first module substrate is a low temperature co-fired ceramics substrate or a high temperature co-fired ceramics substrate. It is a ceramic substrate.
  • the high-frequency module According to the high-frequency module according to one aspect of the present invention, structural changes and characteristic deterioration can be suppressed while miniaturization is achieved.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a high-frequency circuit and a communication device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a first filter according to the embodiment;
  • FIG. 3 is a plan view of the first main surface of the high frequency module according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of the second main surface of the high frequency module according to the example.
  • FIG. 5 is a plan view of the fourth main surface of the high frequency module according to the example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a high frequency module according to an example.
  • each drawing is a schematic diagram that has been appropriately emphasized, omitted, or adjusted in proportion to show the present invention, and is not necessarily strictly illustrated, and the actual shape, positional relationship, and ratio may differ.
  • substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified.
  • the x-axis and the y-axis are axes orthogonal to each other on a plane parallel to the main surface of the module substrate.
  • the x-axis is parallel to the first side of the module substrate
  • the y-axis is parallel to the second side orthogonal to the first side of the module substrate.
  • the z-axis is an axis perpendicular to the main surface of the module substrate, and its positive direction indicates an upward direction and its negative direction indicates a downward direction.
  • connection includes not only direct connection with connection terminals and/or wiring conductors, but also electrical connection via other circuit elements.
  • Connected between A and B means connected to both A and B between A and B; It includes parallel connection (shunt connection) between the path and the ground.
  • planar view means viewing an object by orthographic projection from the positive side of the z-axis onto the xy plane.
  • a overlaps B in plan view means that the area of A orthogonally projected onto the xy plane overlaps the area of B orthogonally projected onto the xy plane.
  • a is arranged between B and C means that at least one of a plurality of line segments connecting any point in B and any point in C passes through A.
  • a joined to B means that A is physically connected to B.
  • the component is placed on the board includes the component being placed on the main surface of the board and the component being placed inside the board.
  • a component is arranged on the main surface of the board means that the component is arranged in contact with the main surface of the board, and that the component is arranged on the main surface side without contacting the main surface. (e.g., a component laminated onto another component placed in contact with the major surface).
  • the component is arranged on the main surface of the substrate may include that the component is arranged in a concave portion formed in the main surface.
  • Components are located within a substrate means that, in addition to encapsulating components within a module substrate, all of the components are located between major surfaces of the substrate, but some of the components are located between major surfaces of the substrate. Including not covered by the substrate.
  • the part is placed between two major surfaces means that the part is placed in contact with both of the two major surfaces, and that the part is in contact with only one of the two major surfaces. It includes placing and placing the part without contacting either of the two major surfaces.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a high-frequency circuit 1 and a communication device 5 according to this embodiment.
  • a communication device 5 includes a high frequency circuit 1, an antenna 2, an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) 3, and a BBIC (Baseband Integrated Circuit) 4.
  • RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
  • BBIC Baseband Integrated Circuit
  • the high frequency circuit 1 transmits high frequency signals between the antenna 2 and the RFIC 3 .
  • the internal configuration of the high frequency circuit 1 will be described later.
  • the antenna 2 is connected to the antenna connection terminal 100 of the high frequency circuit 1, transmits a high frequency signal output from the high frequency circuit 1, and receives a high frequency signal from the outside and outputs it to the high frequency circuit 1.
  • the RFIC 3 is an example of a signal processing circuit that processes high frequency signals. Specifically, the RFIC 3 performs signal processing such as down-conversion on the high-frequency received signal input via the receiving path of the high-frequency circuit 1 , and outputs the received signal generated by the signal processing to the BBIC 4 . Further, the RFIC 3 performs signal processing such as up-conversion on the transmission signal input from the BBIC 4 , and outputs the high-frequency transmission signal generated by the signal processing to the transmission path of the high-frequency circuit 1 . Further, the RFIC 3 has a control section that controls the switches, amplifiers, etc. of the high-frequency circuit 1 . Some or all of the functions of the RFIC 3 as a control unit may be implemented outside the RFIC 3, for example, in the BBIC 4 or the high frequency circuit 1. FIG.
  • the BBIC 4 is a baseband signal processing circuit that performs signal processing using an intermediate frequency band that is lower in frequency than the high frequency signal transmitted by the high frequency circuit 1 .
  • Signals processed by the BBIC 4 include, for example, image signals for image display and/or audio signals for calling through a speaker.
  • the antenna 2 and the BBIC 4 are not essential components in the communication device 5 according to the present embodiment.
  • the high frequency circuit 1 includes power amplifiers (PA) 11 and 12, low noise amplifiers (LNA) 21 and 22, matching circuits (MN) 401, 411 to 413, 422, 431 to 433, 441 to 443, 452 and 461 to 463, switches (SW) 51 to 55, filters 61 to 66, PA controller (PAC) 71, antenna connection terminal 100, high frequency input terminals 111 and 112, high frequency It has output terminals 121 and 122 and a control terminal 131 .
  • PA power amplifiers
  • LNA low noise amplifiers
  • MN matching circuits
  • SW switches
  • PAC PA controller
  • the antenna connection terminal 100 is connected to the antenna 2 outside the high frequency circuit 1 .
  • Each of the high frequency input terminals 111 and 112 is a terminal for receiving a high frequency transmission signal from the outside of the high frequency circuit 1 .
  • the high frequency input terminals 111 and 112 are connected to the RFIC 3 outside the high frequency circuit 1 .
  • Each of the high-frequency output terminals 121 and 122 is a terminal for supplying a high-frequency received signal to the outside of the high-frequency circuit 1 .
  • the high frequency output terminals 121 and 122 are connected to the RFIC 3 outside the high frequency circuit 1 .
  • the control terminal 131 is a terminal for transmitting control signals. That is, the control terminal 131 is a terminal for receiving a control signal from the outside of the high frequency circuit 1 and/or a terminal for supplying a control signal to the outside of the high frequency circuit 1 .
  • a control signal is a signal relating to control of an electronic circuit included in the high-frequency circuit 1 .
  • the control signal is a digital signal for controlling at least one of the power amplifiers 11 and 12, the low noise amplifiers 21 and 22, and the switches 51-55, for example.
  • the power amplifier 11 is connected between the high frequency input terminal 111 and the filters 61 and 62, and can amplify the transmission signals of the bands A and B. Specifically, the input terminal of the power amplifier 11 is connected to the high frequency input terminal 111 . On the other hand, the output terminal of the power amplifier 11 is connected to the filter 61 via the matching circuit 413 , the switch 52 and the matching circuit 412 . Furthermore, the output end of the power amplifier 11 is connected to the filter 62 via the matching circuit 413 , the switch 52 and the matching circuit 422 .
  • the power amplifier 12 is connected between the high frequency input terminal 112 and the filters 64 and 65, and can amplify the transmission signals of the bands C and D. Specifically, the input end of the power amplifier 12 is connected to the high frequency input terminal 112 . On the other hand, the output terminal of the power amplifier 12 is connected to the filter 64 via the matching circuit 443 , the switch 54 and the matching circuit 442 . Furthermore, the output terminal of the power amplifier 12 is connected to the filter 65 via the matching circuit 443 , the switch 54 and the matching circuit 452 .
  • the power amplifiers 11 and 12 are electronic components that obtain an output signal with greater energy than the input signal (transmission signal) based on the power supplied from the power supply.
  • Each of power amplifiers 11 and 12 includes an amplification transistor and may further include an inductor and/or capacitor.
  • the internal configurations of the power amplifiers 11 and 12 are not particularly limited.
  • each of power amplifiers 11 and 12 may be a multi-stage amplifier, a differential amplification type amplifier, or a Doherty amplifier.
  • the low noise amplifier 21 is connected between the filters 62 and 63 and the high frequency output terminal 121, and can amplify the received signals of the bands A and B. Specifically, the input terminal of the low noise amplifier 21 is connected to the filter 62 via the matching circuit 433 , switches 53 and 52 and the matching circuit 422 . Furthermore, the input end of the low noise amplifier 21 is connected to the filter 63 via the matching circuit 433 , the switch 53 and the matching circuit 432 . On the other hand, the output end of the low noise amplifier 21 is connected to the high frequency output terminal 121 .
  • the low noise amplifier 22 is connected between the filters 65 and 66 and the high frequency output terminal 122 and can amplify the received signals of bands C and D. Specifically, the input terminal of the low noise amplifier 22 is connected to the filter 65 via the matching circuit 463 , the switches 55 and 54 and the matching circuit 452 . Furthermore, the input terminal of the low noise amplifier 22 is connected to the filter 66 via the matching circuit 463 , the switch 55 and the matching circuit 462 . On the other hand, the output end of the low noise amplifier 22 is connected to the high frequency output terminal 122 .
  • the low-noise amplifiers 21 and 22 are electronic components that obtain an output signal with greater energy than the input signal (received signal) based on the power supplied from the power supply.
  • Each of low noise amplifiers 21 and 22 includes an amplifying transistor and may further include inductors and/or capacitors.
  • the internal configurations of the low noise amplifiers 21 and 22 are not particularly limited.
  • Each of the matching circuits 401, 411 to 413, 422, 431 to 433, 441 to 443, 452 and 461 to 463 is connected between two circuit elements to perform impedance matching between the two circuit elements. can be done. That is, each of the matching circuits 401, 411-413, 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463 is an impedance matching circuit. Each of matching circuits 401, 411-413, 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463 includes at least one of an inductor and a capacitor.
  • a matching circuit 411 is an example of a first inductor and is connected between the switch 51 and the filter 61 .
  • a matching circuit 431 is an example of a first inductor and is connected between the switch 51 and the filter 63 .
  • a matching circuit 441 is an example of a first inductor and is connected between the switch 51 and the filter 64 .
  • a matching circuit 461 is an example of a first inductor and is connected between the switch 51 and the filter 66 .
  • the matching circuit 412 is an example of a second inductor and is connected between the power amplifier 11 and the filter 61.
  • a matching circuit 413 is an example of a second inductor and is connected between the power amplifier 11 and the filters 61 and 62 .
  • Matching circuit 442 is an example of a second inductor and is connected between power amplifier 12 and filter 64 .
  • Matching circuit 443 is an example of a second inductor and is connected between power amplifier 12 and filters 64 and 65 .
  • the matching circuit 401 is an example of a third inductor and is connected between the antenna connection terminal 100 and the switch 51.
  • the matching circuit 432 is an example of a fourth inductor and is connected between the low noise amplifier 21 and the filter 63.
  • a matching circuit 433 is an example of a fourth inductor and is connected between the low noise amplifier 21 and the filter 63 .
  • a matching circuit 462 is an example of a fourth inductor and is connected between the low noise amplifier 22 and the filter 66 .
  • a matching circuit 463 is an example of a fourth inductor and is connected between the low noise amplifier 22 and the filter 66 .
  • the switch 51 is an example of a first switch, and is connected between the antenna connection terminal 100 and the filters 61-66.
  • the switch 51 has terminals 511-517.
  • Terminal 511 is connected to antenna connection terminal 100 .
  • Terminal 512 is connected to filter 61 via matching circuit 411 .
  • Terminal 513 is connected to filter 62 .
  • Terminal 514 is connected to filter 63 via matching circuit 431 .
  • Terminal 515 is connected to filter 64 via matching circuit 441 .
  • Terminal 516 is connected to filter 65 .
  • Terminal 517 is connected to filter 66 via matching circuit 461 .
  • the switch 51 can connect the terminal 511 to at least one of the terminals 512 to 517 based on a control signal from the RFIC 3, for example. That is, the switch 51 can switch connection and disconnection between the antenna connection terminal 100 and each of the filters 61 to 66 .
  • the switch 51 is composed of, for example, a multi-connection switch circuit, and is sometimes called an antenna switch.
  • the switch 52 is connected between the output end of the power amplifier 11 and the filters 61 and 62 and between the input end of the low noise amplifier 21 and the filter 62 .
  • the switch 52 has terminals 521-524.
  • Terminal 521 is connected to filter 61 via matching circuit 412 .
  • Terminal 522 is connected to filter 62 via matching circuit 422 .
  • Terminal 523 is connected to the output terminal of power amplifier 11 via matching circuit 413 .
  • Terminal 524 is connected to the input end of low noise amplifier 21 via switch 53 and matching circuit 433 .
  • the switch 52 can connect the terminal 523 to at least one of the terminals 521 and 522 and connect the terminal 522 to either of the terminals 523 and 524 based on a control signal from the RFIC 3, for example. be able to. That is, the switch 52 can switch connection and disconnection between the power amplifier 11 and each of the filters 61 and 62 , and can switch the connection of the filter 62 between the power amplifier 11 and the low noise amplifier 21 .
  • the switch 52 is composed of, for example, a multi-connection switch circuit.
  • the switch 53 is connected between the input end of the low noise amplifier 21 and the filters 62 and 63 .
  • the switch 53 has terminals 531-533.
  • Terminal 531 is connected to the input end of low noise amplifier 21 via matching circuit 433 .
  • Terminal 532 is connected to terminal 524 of switch 52 and to filter 62 via switch 52 and matching circuit 422 .
  • Terminal 533 is connected to filter 63 via matching circuit 432 .
  • the switch 53 can connect the terminal 531 to at least one of the terminals 532 and 533 based on a control signal from the RFIC 3, for example. That is, the switch 53 can switch connection and disconnection between the low noise amplifier 21 and each of the filters 62 and 63 .
  • the switch 53 is composed of, for example, a multi-connection switch circuit.
  • the switch 54 is connected between the output of the power amplifier 12 and the filters 64 and 65 and between the input of the low noise amplifier 22 and the filter 65 .
  • the switch 54 has terminals 541-544.
  • Terminal 541 is connected to filter 64 via matching circuit 442 .
  • Terminal 542 is connected to filter 65 via matching circuit 452 .
  • Terminal 543 is connected to the output end of power amplifier 12 via matching circuit 443 .
  • Terminal 544 is connected to the input terminal of low noise amplifier 22 via switch 55 and matching circuit 463 .
  • the switch 54 can connect the terminal 543 to at least one of the terminals 541 and 542 and connect the terminal 542 to either of the terminals 543 and 544 based on a control signal from the RFIC 3, for example. be able to. That is, the switch 54 can switch connection and disconnection between the power amplifier 12 and each of the filters 64 and 65 , and can switch the connection of the filter 65 between the power amplifier 12 and the low noise amplifier 22 .
  • the switch 54 is composed of, for example, a multi-connection switch circuit.
  • a switch 55 is connected between the input of the low noise amplifier 22 and the filters 65 and 66 .
  • the switch 55 has terminals 551-553.
  • Terminal 551 is connected to the input terminal of low noise amplifier 22 via matching circuit 463 .
  • Terminal 552 is connected to terminal 544 of switch 54 and to filter 65 via switch 54 and matching circuit 452 .
  • Terminal 553 is connected to filter 66 via matching circuit 462 .
  • the switch 55 can connect the terminal 551 to at least one of the terminals 552 and 553 based on a control signal from the RFIC 3, for example. That is, the switch 55 can switch connection and disconnection between the low noise amplifier 22 and each of the filters 65 and 66 .
  • the switch 55 is composed of, for example, a multi-connection switch circuit.
  • the filter 61 (A-Tx) is an example of a first filter and an example of a third filter, and is connected between the power amplifier 11 and the antenna connection terminal 100 . Specifically, one end of the filter 61 is connected to the antenna connection terminal 100 via the matching circuit 411 , the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of filter 61 is connected to the output end of power amplifier 11 via matching circuit 412 , switch 52 and matching circuit 413 . Filter 61 has a passband that includes the Band A uplink operation band for Frequency Division Duplex (FDD) and is capable of passing Band A transmitted signals.
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the filter 62 (B-TRx) is an example of a first filter and is connected between the antenna connection terminal 100 and the power amplifier 11 and between the antenna connection terminal 100 and the low noise amplifier 21. Specifically, one end of the filter 62 is connected to the antenna connection terminal 100 via the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of the filter 62 is connected to the output end of the power amplifier 11 via the matching circuit 422, the switches 52 and 413, and is connected to the output end of the power amplifier 11 via the matching circuit 422, the switches 52 and 53, and the matching circuit 433. It is connected to the input terminal of the noise amplifier 21 .
  • Filter 62 has a passband that includes Band B for Time Division Duplex (TDD) and is capable of passing Band B transmit and receive signals.
  • TDD Time Division Duplex
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the filter 62 according to the embodiment.
  • the filter 62 includes series arm resonators S1 and S2 arranged on a path connecting the input/output terminals 101 and 102, and parallel arm resonators P1 and P2 connected between the path and the ground. , and P3, and inductors L1 and L2.
  • Each of the series arm resonators S1 to S2 and the parallel arm resonators P1 to P3 is, for example, an elastic resonator.
  • the filter 62 constitutes a ladder-type elastic wave filter.
  • the inductor L1 is connected between the parallel arm resonator P1 and ground.
  • Inductor L2 is connected between parallel arm resonator P2 and ground, and between parallel arm resonator P3 and ground.
  • connection configuration and number of series arm resonators and parallel arm resonators and the connection configuration and number of inductors are not limited to the circuit configuration shown in FIG.
  • the filter 63 also has a circuit configuration similar to that of the filter 62. Specifically, the filter 63 includes series arm resonators S3 and S4 arranged on a path connecting the input and output terminals, parallel arm resonators P4, P5 and P6 connected between the path and the ground, inductors and L3 and L4.
  • inductors L3 and L4 may be capacitors, or may be composite elements of inductors and capacitors.
  • the filter 63 (A-Rx) is an example of a first filter and an example of a second filter, and is connected between the low noise amplifier 21 and the antenna connection terminal 100 . Specifically, one end of the filter 63 is connected to the antenna connection terminal 100 via the matching circuit 431 , the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of filter 63 is connected to the input end of low noise amplifier 21 via matching circuit 432 , switch 53 and matching circuit 433 . Filter 63 has a passband that includes the Band A downlink operation band for FDD and is capable of passing Band A received signals.
  • the filter 64 (C-Tx) is an example of a first filter and an example of a third filter, and is connected between the power amplifier 12 and the antenna connection terminal 100. Specifically, one end of the filter 64 is connected to the antenna connection terminal 100 via the matching circuit 441 , the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of filter 64 is connected to the output end of power amplifier 12 via matching circuit 442 , switch 54 and matching circuit 443 . Filter 64 has a passband that includes the Band C uplink operating band for FDD and is capable of passing Band C transmitted signals.
  • the filter 65 (D-TRx) is an example of a first filter, is connected between the antenna connection terminal 100 and the power amplifier 12, and is connected between the antenna connection terminal 100 and the low noise amplifier 22. Specifically, one end of the filter 65 is connected to the antenna connection terminal 100 via the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of the filter 65 is connected to the output end of the power amplifier 12 through the matching circuit 452, the switches 54 and 443, and is connected to the output end of the power amplifier 12 through the matching circuit 452, the switches 54 and 55, and the matching circuit 463. It is connected to the input terminal of the noise amplifier 22 .
  • Filter 65 has a passband that includes band D for TDD and can pass band D transmit and receive signals.
  • the filter 66 (C-Rx) is an example of a first filter and an example of a second filter, and is connected between the low noise amplifier 22 and the antenna connection terminal 100. Specifically, one end of the filter 66 is connected to the antenna connection terminal 100 via the matching circuit 461 , the switch 51 and the matching circuit 401 . On the other hand, the other end of filter 66 is connected to the input end of low noise amplifier 22 via matching circuit 462 , switch 55 and matching circuit 463 . Filter 66 has a passband that includes the Band C downlink operating band for FDD and is capable of passing Band C received signals.
  • the PA controller 71 can control the power amplifiers 11 and 12.
  • PA controller 71 receives a digital control signal from RFIC 3 via control terminal 131 and outputs the control signal to power amplifiers 11 and 12 .
  • Bands A to D are frequency bands for communication systems built using radio access technology (RAT). Bands A to D are defined in advance by standardization organizations (eg, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) and IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)). Examples of communication systems include a 5GNR (5th Generation New Radio) system, an LTE (Long Term Evolution) system, and a WLAN (Wireless Local Area Network) system.
  • RAT radio access technology
  • Bands A to D are defined in advance by standardization organizations (eg, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) and IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)). Examples of communication systems include a 5GNR (5th Generation New Radio) system, an LTE (Long Term Evolution) system, and a WLAN (Wireless Local Area Network) system.
  • 5GNR Fifth Generation New Radio
  • LTE Long Term Evolution
  • WLAN Wireless Local Area Network
  • Bands A and B and bands C and D may be included in different band groups, or may be included in the same band group.
  • a band group means a frequency range including a plurality of bands.
  • an ultra high band group (3300 to 5000 MHz), a high band group (2300 to 2690 MHz), a mid band group (1427 to 2200 MHz), and a low band group (698 to 960 MHz) can be used. It is not limited to these.
  • a band group including unlicensed bands of 5 gigahertz or higher or a band group of millimeter wave bands may be used.
  • bands A and B may be included in the high band group, and bands C and D may be included in the mid band group. Also, for example, bands A and B may be included in the mid band group or high band group, and bands C and D may be included in the low band group.
  • the high-frequency circuit 1 shown in FIG. 1 is an example and is not limited to this.
  • the bands supported by the high-frequency circuit 1 are not limited to bands A to D.
  • the high frequency circuit 1 may support five or more bands.
  • the high-frequency circuit 1 may comprise filters for bands E, F, G, . . .
  • the high-frequency circuit 1 may support only the A and B bands and not support the C and D bands.
  • the high frequency circuit 1 does not need to include the power amplifier 12, the low noise amplifier 22, the matching circuits 441 to 443, 452 and 461 to 463, the high frequency input terminal 112, and the high frequency output terminal 122. .
  • the high-frequency circuit 1 may be a transmission-only circuit.
  • the high frequency circuit 1 does not include low noise amplifiers 21 and 22, matching circuits 431 to 433 and 461 to 463, switches 53 and 55, filters 63 and 66, and high frequency output terminals 121 and 122.
  • the high-frequency circuit 1 may be a reception-only circuit. In this case, the high frequency circuit 1 does not have power amplifiers 11 and 12, matching circuits 411 to 413 and 441 to 443, switches 52 and 54, filters 61 and 64, and high frequency input terminals 111 and 112. good too.
  • the high-frequency circuit 1 may not include some of the matching circuits 401, 411-413, 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463. Further, for example, the high-frequency circuit 1 may be connected to a plurality of antennas and may include a plurality of antenna connection terminals. Also, the high-frequency circuit 1 may have more high-frequency input terminals. In this case, a switch capable of switching the connection of the power amplifier between the plurality of high frequency input terminals may be inserted between the power amplifier and the plurality of high frequency input terminals. Also, the high-frequency circuit 1 may have more high-frequency output terminals. In this case, a switch capable of switching the connection of the low noise amplifier between the plurality of high frequency output terminals may be inserted between the low noise amplifier and the plurality of high frequency output terminals.
  • FIG. 3 is a plan view of the main surface 91a of the high frequency module 1A according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of the main surface 91b of the high-frequency module 1A according to the present embodiment, and is a diagram seen through the main surface 91b side of the module substrate 91 from the z-axis positive side.
  • FIG. 5 is a plan view of the main surface 92b of the high-frequency module 1A according to the present embodiment, and is a diagram seen through the main surface 92b side of the module substrate 92 from the z-axis positive side.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a high frequency module 1A according to this embodiment. The cross-section of the high-frequency module 1A in FIG. 6 is taken along line vi-vi in FIGS. 3-5.
  • the high-frequency module 1A includes module substrates 91 and 92, resin members 93 to 95, a shield electrode layer 96, and a plurality of external connection terminals in addition to a plurality of electronic components including a plurality of circuit elements shown in FIG. 150 and a plurality of inter-board connection terminals 151 .
  • the module substrate 91 is an example of a first module substrate, and has main surfaces 91a and 91b facing each other.
  • the main surfaces 91a and 91b are examples of a first main surface and a second main surface, respectively.
  • the module board 92 is an example of a second module board, and has main surfaces 92a and 92b facing each other.
  • the main surfaces 92a and 92b are examples of a third main surface and a fourth main surface, respectively.
  • the module substrates 91 and 92 are arranged such that the main surface 91b of the module substrate 91 faces the main surface 92a of the module substrate 92. Moreover, the module substrates 91 and 92 are arranged apart from each other by a distance that allows electronic components to be arranged between the main surfaces 91b and 92a. A plurality of electronic components are arranged on the two module substrates 91 and 92. Specifically, the electronic components are divided into three layers: between the main surfaces 91b and 92a, on the main surface 91a, and on the main surface 92b. are placed. Furthermore, in the high-frequency module 1A, one or more electronic components can be arranged in each of the module substrate 91 and the module substrate 92. FIG.
  • the module substrates 91 and 92 have rectangular shapes of the same size in plan view, but may have different sizes and/or different shapes. Also, the shape of the module substrates 91 and 92 is not limited to a rectangle.
  • a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate having a laminated structure of a plurality of dielectric layers, a high temperature co-fired ceramics (HTCC) substrate, or the like. can be used, but are not limited to these.
  • a printed circuit board (PCB) or the like can be used as the module board 92, but the module board 92 is not limited to this.
  • a ground conductor 911 may be formed inside the module substrate 91 in a direction parallel to the main surfaces 91a and 91b. This enhances the isolation between the electronic components arranged on main surface 91a and the electronic components arranged on main surface 91b. Also, inside the module substrate 92, a ground conductor 921 may be formed in a direction parallel to the main surfaces 92a and 92b. This enhances the isolation between the electronic components arranged on the principal surface 92a and the electronic components arranged on the principal surface 92b.
  • a plurality of external connection terminals 150 are arranged on the main surface 92b (lower layer).
  • the plurality of external connection terminals 150 includes a ground terminal in addition to the antenna connection terminal 100, high frequency input terminals 111 and 112, high frequency output terminals 121 and 122, and control terminal 131 shown in FIG.
  • Each of the plurality of external connection terminals 150 is joined to an input/output terminal and/or a ground terminal or the like on the mother board 1000 arranged in the z-axis negative direction of the high frequency module 1A.
  • the mother board 1000 is an example of an external board, and for example, a PCB board is used.
  • copper post electrodes can be used as the plurality of external connection terminals 150, but the shape and material are not limited to this. Some of the plurality of external connection terminals 150 overlap the power amplifiers 11 and 12 in plan view, and function as heat radiation electrodes for the power amplifiers 11 and 12 together with the board-to-board connection terminals 151 connected to the power amplifiers 11 and 12. do.
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficients of the module substrate 92 and the mother substrate 1000 is smaller than the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficients of the module substrate 91 and the mother substrate 1000 .
  • Each of the matching circuits is composed of a chip inductor.
  • a chip inductor is a surface mount device (SMD) that constitutes an inductor.
  • SMD surface mount device
  • Each of the matching circuits should include at least one of a chip inductor and a chip capacitor.
  • each of the matching circuits may be arranged on the main surface 91 b or may be arranged in the module substrate 91 .
  • the inductors L1 and L2 of the filter 62 and the inductors L3 and L4 of the filter 63 are arranged in the module substrate 91 .
  • Each of the inductors L1 to L4 is a coil conductor formed by laminating a plurality of conductor patterns parallel to the main surfaces 91a and 91b in the module substrate 91 in a direction perpendicular to the main surfaces 91a and 91b. It is configured.
  • Each of inductors L1 to L4 may be arranged on main surface 91a or on main surface 91b.
  • the power amplifiers 11 and 12 may be configured using, for example, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and specifically manufactured by SOI (Silicon on Insulator) process. This makes it possible to manufacture the power amplifiers 11 and 12 at low cost.
  • Power amplifiers 11 and 12 may be made of at least one of gallium arsenide (GaAs), silicon germanium (SiGe), and gallium nitride (GaN). Thereby, high-quality power amplifiers 11 and 12 can be realized.
  • the semiconductor materials of the power amplifiers 11 and 12 are not limited to the materials described above.
  • the filters 61 and 64 may be configured using, for example, a surface acoustic wave (SAW) filter, a bulk acoustic wave (BAW) filter, an LC resonance filter, or a dielectric filter. , and are not limited to these.
  • SAW surface acoustic wave
  • BAW bulk acoustic wave
  • LC resonance filter an LC resonance filter
  • dielectric filter a dielectric filter
  • the resin member 93 covers the main surface 91a and the electronic components on the main surface 91a.
  • the resin member 93 has a function of ensuring reliability such as mechanical strength and moisture resistance of the electronic components on the main surface 91a. Note that the resin member 93 may not be included in the high frequency module 1A.
  • a resin member 94 is injected between the main surfaces 91b and 92a to cover the electronic components arranged between the main surfaces 91b and 92a.
  • Each of the filters 62 and 63 is an example of a fourth filter, and may be configured using, for example, any of a SAW filter, a BAW filter, an LC resonance filter, and a dielectric filter. not.
  • Each of the filters 65 and 66 may be configured using, for example, any of SAW filters, BAW filters, LC resonance filters, and dielectric filters, and is not limited to these.
  • Each of the plurality of electronic components (here, filters 62, 63, 65 and 66) arranged between main surfaces 91b and 92a is connected to module substrate 91 via electrodes provided on the side facing module substrate 91. electrically connected. Note that each of the plurality of electronic components (filters 62, 63, 65 and 66 in this case) arranged between the main surfaces 91b and 92a is connected to the module substrate via electrodes provided on the side facing the module substrate 92. 92 may be electrically connected.
  • the plurality of inter-board connection terminals 151 are electrodes for electrically connecting the module boards 91 and 92 . Some of the inter-substrate connection terminals 151 overlap the power amplifiers 11 and 12 in a plan view, are connected to the external connection terminals 150 , and function as heat dissipation electrodes for the power amplifiers 11 and 12 .
  • a copper post electrode is used as the inter-substrate connection terminal 151, but the shape and material are not limited to this.
  • the resin member 94 covers the main surfaces 91b and 92a and the electronic components between the main surfaces 91b and 92a.
  • the resin member 94 has a function of ensuring reliability such as mechanical strength and moisture resistance of the electronic component between the main surfaces 91b and 92a. Note that the resin member 94 may not be included in the high frequency module 1A.
  • a plurality of external connection terminals 150, integrated circuits 20 and 70, and a switch 51 are arranged on the main surface 92b (lower layer).
  • the integrated circuit 20 includes low noise amplifiers 21 and 22 and switches 53 and 55 . Circuit elements forming the low noise amplifiers 21 and 22 and the switches 53 and 55 are formed on the circuit surface of the integrated circuit 20 . As the circuit surface, for example, the main surface of the integrated circuit 20 that faces the module substrate 92 is used.
  • Integrated circuit 70 includes switches 52 and 54 and PA controller 71 . Circuit elements forming the switches 52 and 54 and the PA controller 71 are formed on the circuit surface of the integrated circuit 70 . As the circuit surface, for example, the main surface of the integrated circuit 70 that faces the module substrate 92 is used.
  • Integrated circuit 50 includes switch 51 . Note that switch 51 may be included in integrated circuit 20 or 70 .
  • Each of the integrated circuits 20, 50 and 70 may be configured using, for example, CMOS, and specifically manufactured by an SOI process. Also, each of the integrated circuits 20, 50 and 70 may be constructed of at least one of GaAs, SiGe and GaN. It should be noted that the semiconductor materials of integrated circuits 20, 50 and 70 are not limited to the materials described above.
  • the circuit elements that make up the switch 51 are formed on the circuit surface of the switch device.
  • As the circuit surface for example, the main surface of the switch device and facing the module substrate 92 is used.
  • the switch 51 is configured using CMOS, for example, and may be specifically manufactured by an SOI process. Also, the switch 51 may be made of at least one of GaAs, SiGe and GaN.
  • the semiconductor material of switch 51 is not limited to the materials mentioned above. Note that the switch 51 may be included in the integrated circuit 20 .
  • the main surface 92b at least the first electronic components having transistors (here, the integrated circuits 20 and 70 and the switch 51) are arranged, and the second electronic components not having transistors (here, , filters 61-66 and matching circuits 401, 411-413, 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463) are not arranged. That is, only the first electronic component among the plurality of electronic components is arranged on main surface 92b. As a result, the lower surface of the high-frequency module 1A can be machined, and the thickness of each of the resin member 95, the integrated circuits 20 and 70, and the switch 51 can be reduced.
  • the resin member 95 covers the main surface 92b and the electronic components on the main surface 92b.
  • the resin member 95 has a function of ensuring reliability such as mechanical strength and moisture resistance of the electronic components on the main surface 92b. Note that the resin member 95 may not be included in the high frequency module 1A.
  • the shield electrode layer 96 is a metal thin film formed by sputtering, for example, and is formed so as to cover the upper surface of the resin member 93 and the side surfaces of the resin members 93 to 95 and the module substrates 91 and 92 .
  • the shield electrode layer 96 is connected to the ground and suppresses external noise from entering the electronic components forming the high frequency module 1A. Note that the shield electrode layer 96 does not have to be included in the high frequency module 1A.
  • the high-frequency module 1A has the module substrate 91 having the main surfaces 91a and 91b facing each other, and the main surfaces 92a and 92b facing each other.
  • the stress from the mother substrate 1000 increases step by step as the distance from the mother substrate 1000 increases. Therefore, the thermal stress generated in the high-frequency module 1A can be minimized, and for example, the external connection terminals 150 can be prevented from being damaged by the thermal stress, so that structural change and characteristic deterioration of the high-frequency module 1A can be suppressed. Become.
  • the high-frequency module 1A has a module substrate 91 having main surfaces 91a and 91b facing each other, and main surfaces 92a and 92b facing each other, with the main surface 92a facing the main surface 91b.
  • the module substrate 92 is a PCB
  • the module substrate 91 is a low temperature co-fired ceramics substrate or a high temperature co-fired ceramics substrate.
  • the module board 92 when the mother board 1000 is a PCB, the module board 92 can be prevented from receiving thermal stress from the mother board 1000 .
  • ceramic-based or Si-based electronic components can be mounted on the module substrate 91 with low thermal stress. Therefore, since the thermal stress generated in the high frequency module 1A can be minimized, it is possible to suppress the structural change and characteristic deterioration of the high frequency module 1A.
  • the plurality of electronic components are surface-mounted inductors or capacitors (matching circuits 401, 411 to 413, 422, 431 to 433, 441 to 443, 452 and 461 to 463 ), the surface mount inductor or capacitor may be disposed on major surface 91a or major surface 91b.
  • the surface mount inductors or capacitors are ceramic or Si electronic components.
  • the thermal stress generated between it and the module substrate 91 which is a ceramic substrate, can be reduced. Therefore, since the thermal stress generated in the high frequency module 1A can be minimized, it is possible to suppress the structural change and characteristic deterioration of the high frequency module 1A.
  • the plurality of electronic components further includes a first filter and a switch 51 for switching between connection and non-connection between the antenna connection terminal 100 and the first filter.
  • a surface mount inductor or capacitor may be connected between the switch 51 and the first filter.
  • the switch 51 and the first filter are included in the matching circuit constituting the high-frequency module 1A.
  • the matching circuit (first inductor) connected in between should have a high Q value.
  • the first inductor is a surface mount type and is arranged on the module substrate 91, which is a ceramic substrate, the heat generated between the first inductor and the module substrate 91 is increased while the Q value of the first inductor is increased. Stress can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the transmission characteristics, the structural change, and the deterioration of the characteristics of the high-frequency module 1A.
  • the plurality of electronic components further include a second filter and low noise amplifiers 21 and/or 22, and the surface mount inductor or capacitor (fourth inductors) may be connected between the low noise amplifiers 21 and/or 22 and the second filter.
  • the matching circuit (fourth inductor) connected in connection between 22 and the second filter should have a high Q value.
  • the fourth inductor is a surface mount type and is arranged on the module substrate 91 which is a ceramic substrate, the Q value of the fourth inductor is increased and the heat generated between the fourth inductor and the module substrate 91 is reduced. Stress can be reduced. Therefore, it is possible to suppress deterioration of reception sensitivity, structural change, and characteristic deterioration of the high-frequency module 1A.
  • the low noise amplifiers 21 and/or 22 may be arranged on the main surface 92b.
  • the plurality of electronic components further include a third filter and power amplifiers 11 and/or 12, and the surface-mounted inductor or capacitor (second inductor ) may be connected between the power amplifiers 11 and/or 12 and the third filter.
  • the power amplifiers 11 and/or 12 of the matching circuits constituting the high-frequency module 1A should have a high Q value.
  • the second inductor is a surface mount type and is arranged on the module substrate 91, which is a ceramic substrate, the heat generated between the second inductor and the module substrate 91 is increased while the Q value of the second inductor is increased. Stress can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the transmission characteristics, the structural change, and the deterioration of the characteristics of the high-frequency module 1A.
  • the power amplifiers 11 and/or 12 may be arranged on the main surface 91a.
  • the power amplifiers 11 and/or 12 are arranged on the main surface 91a, and the low noise amplifiers 21 and/or 22 are arranged on the main surface 92b, thereby improving the isolation between transmission and reception.
  • the plurality of electronic components may include inductors or capacitors, and the inductors or capacitors (inductors L1 to L4) may be formed inside the module substrate 91.
  • the inductor or capacitor is built in the module substrate 91, which is a ceramic-based substrate on which it is easy to form them, so the thermal stress generated between the module substrate 91 and the module substrate 91 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the transmission characteristics, the structural change, and the deterioration of the characteristics of the high-frequency module 1A.
  • the high-frequency module 1A further includes filters 62 and/or 63 (fourth filter), and the fourth filter is a series arm resonator arranged on a path connecting the input terminal and the output terminal.
  • S1 and S2, and parallel arm resonators P1, P2, and P3 connected between the path and the ground, and the series arm resonators S1 to S2 and the parallel arm resonators P1 to P3 are connected to the main surface 91a.
  • the inductors or capacitors may be arranged on the main surface 91b and connected between the parallel arm resonators P1 to P3 and the ground.
  • a large inductance value is required for the inductors L1 to L4 of the filters 62 and 63, but a high Q value is not required. For this reason, a board-embedded type inductor is suitable instead of a surface-mounted type. By arranging the inductors L1 to L4 inside the module substrate 91, the size of the high frequency module 1A can be reduced.
  • the communication device 5 includes an RFIC 3 that processes high frequency signals, and a high frequency module 1A that transmits high frequency signals between the RFIC 3 and the antenna 2 .
  • the effect of the high-frequency module 1A can be realized by the communication device 5.
  • another circuit element, wiring, or the like may be inserted between the paths connecting the circuit elements and signal paths disclosed in the drawings.
  • matching circuits may be inserted between switch 51 and filter 62 and/or between switch 51 and filter 65 .
  • the arrangement of the plurality of electronic components in each of the above examples is an example, and is not limited to each of the above examples.
  • the position of any electronic component in any of the above embodiments may be replaced with the position of that electronic component in other embodiments.
  • integrated circuit 70 containing PA controller 71 may be stacked above power amplifiers 11 and/or 12 .
  • the power amplifiers 11 and 12 may be arranged between the main surfaces 91b and 92a.
  • the present invention is not limited to this.
  • bump electrodes may be used as the plurality of external connection terminals 150 .
  • the high frequency module does not need to include the resin member 95 .
  • the present invention can be widely used in communication equipment such as mobile phones as a high-frequency module placed in the front end section.

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Abstract

高周波モジュール(1A)は、互いに対向する主面(91a及び91b)を有するモジュール基板(91)と、互いに対向する主面(92a及び92b)を有し、主面(92a)が主面(91b)に対面して配置されたモジュール基板(92)と、主面(91b及び92a)の間と主面(91a)上と主面(92b)上とに配置された複数の電子部品と、主面(92b)上に配置され、モジュール基板(92)及びマザー基板(1000)に接合された複数の外部接続端子(150)と、を備え、モジュール基板(92)の熱膨張係数とマザー基板(1000)の熱膨張係数との差の絶対値は、モジュール基板(91)の熱膨張係数とマザー基板(1000)の熱膨張係数との差の絶対値よりも小さい。

Description

高周波モジュール及び通信装置
 本発明は、高周波モジュール及び通信装置に関する。
 携帯電話などの移動体通信機器では、特に、マルチバンド化の進展に伴い、高周波フロントエンドモジュールが複雑化している。特許文献1には、2つのモジュール基板を用いて高周波モジュールを小型化する技術が開示されている。
国際公開第2020/022180号
 しかしながら、上記従来の技術では、2つのモジュール基板の熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力により、高周波モジュールの構造変化及び特性劣化が生じることが懸念される。
 そこで、本発明は、小型化を図りつつ、構造変化及び特性劣化を抑制することができる高周波モジュールを提供する。
 本発明の一態様に係る高周波モジュールは、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する第1モジュール基板と、互いに対向する第3主面及び第4主面を有し、第3主面が第2主面に対面し、第4主面が外部基板に対面して配置された第2モジュール基板と、第2主面及び第3主面の間と第1主面上と第4主面上とに配置された複数の電子部品と、第4主面上に配置され、第2モジュール基板及び外部基板に接合された複数の外部接続端子と、を備え、第2モジュール基板の熱膨張係数と外部基板の熱膨張係数との差の絶対値は、第1モジュール基板の熱膨張係数と外部基板の熱膨張係数との差の絶対値よりも小さい。
 また、本発明の一態様に係る高周波モジュールは、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する第1モジュール基板と、互いに対向する第3主面及び第4主面を有し、第3主面が第2主面に対面して配置された第2モジュール基板と、第2主面及び第3主面の間と第1主面上と第4主面上とに配置された複数の電子部品と、第4主面上に配置された複数の外部接続端子と、を備え、第2モジュール基板は、プリント基板であり、第1モジュール基板は、低温同時焼成セラミックス基板又は高温同時焼成セラミックス基板である。
 本発明の一態様に係る高周波モジュールによれば、小型化を図りつつ、構造変化及び特性劣化を抑制することができる。
図1は、実施の形態に係る高周波回路及び通信装置の回路構成図である。 図2は、実施の形態に係る第1フィルタの回路構成の一例を示す図である。 図3は、実施例に係る高周波モジュールの第1主面の平面図である。 図4は、実施例に係る高周波モジュールの第2主面の平面図である。 図5は、実施例に係る高周波モジュールの第4主面の平面図である。 図6は、実施例に係る高周波モジュールの断面図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
 なお、各図は、本発明を示すために適宜強調、省略、又は比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、及び比率とは異なる場合がある。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡素化される場合がある。
 以下の各図において、x軸及びy軸は、モジュール基板の主面と平行な平面上で互いに直交する軸である。具体的には、平面視においてモジュール基板が矩形状を有する場合、x軸は、モジュール基板の第1辺に平行であり、y軸は、モジュール基板の第1辺と直交する第2辺に平行である。また、z軸は、モジュール基板の主面に垂直な軸であり、その正方向は上方向を示し、その負方向は下方向を示す。
 本発明の回路構成において、「接続される」とは、接続端子及び/又は配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路素子を介して電気的に接続される場合も含む。「A及びBの間に接続される」とは、A及びBの間でA及びBの両方に接続されることを意味し、A及びBを結ぶ経路に直列接続されることに加えて、当該経路とグランドとの間に並列接続(シャント接続)されることを含む。
 本発明の部品配置において、「平面視」とは、z軸正側からxy平面に物体を正投影して見ることを意味する。「Aは平面視においてBと重なる」とは、xy平面に正投影されたAの領域が、xy平面に正投影されたBの領域と重なることを意味する。「AがB及びCの間に配置される」とは、B内の任意の点とC内の任意の点とを結ぶ複数の線分のうちの少なくとも1つがAを通ることを意味する。「AがBに接合される」とは、AがBに物理的に接続されることを意味する。また、「平行」及び「垂直」などの要素間の関係性を示す用語、及び、「矩形」などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の誤差をも含むことを意味する。
 また、本発明の部品配置において、「部品が基板に配置される」とは、部品が基板の主面上に配置されること、及び、部品が基板内に配置されることを含む。「部品が基板の主面上に配置される」とは、部品が基板の主面に接触して配置されることに加えて、部品が主面と接触せずに当該主面側に配置されること(例えば、部品が主面と接触して配置された他の部品上に積層されること)を含む。また、「部品が基板の主面上に配置される」は、主面に形成された凹部に部品が配置されることを含んでもよい。「部品が基板内に配置される」とは、部品がモジュール基板内にカプセル化されることに加えて、部品の全部が基板の両主面の間に配置されているが部品の一部が基板に覆われていないことを含む。「部品が2つの主面の間に配置される」とは、部品が2つの主面の両方に接触して配置されることに加えて、部品が2つの主面の一方のみに接触して配置されること、及び、部品が2つの主面のいずれにも接触せずに配置されることを含む。
 (実施の形態)
 [1 高周波回路1及び通信装置5の回路構成]
 本実施の形態に係る高周波回路1及び通信装置5の回路構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態に係る高周波回路1及び通信装置5の回路構成図である。
 [1.1 通信装置5の回路構成]
 まず、通信装置5の回路構成について説明する。図1に示すように、本実施の形態に係る通信装置5は、高周波回路1と、アンテナ2と、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)3と、BBIC(Baseband Integrated Circuit)4と、を備える。
 高周波回路1は、アンテナ2とRFIC3との間で高周波信号を伝送する。高周波回路1の内部構成については後述する。
 アンテナ2は、高周波回路1のアンテナ接続端子100に接続され、高周波回路1から出力された高周波信号を送信し、また、外部から高周波信号を受信して高周波回路1へ出力する。
 RFIC3は、高周波信号を処理する信号処理回路の一例である。具体的には、RFIC3は、高周波回路1の受信経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバート等により信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をBBIC4へ出力する。また、RFIC3は、BBIC4から入力された送信信号をアップコンバート等により信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波回路1の送信経路に出力する。また、RFIC3は、高周波回路1が有するスイッチ及び増幅器等を制御する制御部を有する。なお、RFIC3の制御部としての機能の一部又は全部は、RFIC3の外部に実装されてもよく、例えば、BBIC4又は高周波回路1に実装されてもよい。
 BBIC4は、高周波回路1が伝送する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理するベースバンド信号処理回路である。BBIC4で処理される信号としては、例えば、画像表示のための画像信号、及び/又は、スピーカを介した通話のために音声信号が用いられる。
 なお、本実施の形態に係る通信装置5において、アンテナ2及びBBIC4は、必須の構成要素ではない。
 [1.2 高周波回路1の回路構成]
 次に、高周波回路1の回路構成について説明する。図1に示すように、高周波回路1は、電力増幅器(PA)11及び12と、低雑音増幅器(LNA)21及び22と、整合回路(MN)401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463と、スイッチ(SW)51~55と、フィルタ61~66と、PA制御器(PAC)71と、アンテナ接続端子100と、高周波入力端子111及び112と、高周波出力端子121及び122と、制御端子131と、を備える。以下に、高周波回路1の構成要素について順に説明する。
 アンテナ接続端子100は、高周波回路1の外部でアンテナ2に接続されている。
 高周波入力端子111及び112の各々は、高周波回路1の外部から高周波送信信号を受けるための端子である。本実施の形態では、高周波入力端子111及び112は、高周波回路1の外部でRFIC3に接続されている。
 高周波出力端子121及び122の各々は、高周波回路1の外部に高周波受信信号を供給するための端子である。本実施の形態では、高周波出力端子121及び122は、高周波回路1の外部でRFIC3に接続されている。
 制御端子131は、制御信号を伝送するための端子である。つまり、制御端子131は、高周波回路1の外部から制御信号を受けるための端子、及び/又は、高周波回路1の外部に制御信号を供給するための端子である。制御信号とは、高周波回路1に含まれる電子回路の制御に関する信号である。具体的には、制御信号は、例えば電力増幅器11及び12と、低雑音増幅器21及び22と、スイッチ51~55とのうちの少なくとも1つを制御するためのデジタル信号である。
 電力増幅器11は、高周波入力端子111とフィルタ61及び62との間に接続され、バンドA及びBの送信信号を増幅することができる。具体的には、電力増幅器11の入力端は、高周波入力端子111に接続されている。一方、電力増幅器11の出力端は、整合回路413、スイッチ52、及び、整合回路412を介してフィルタ61に接続される。さらに、電力増幅器11の出力端は、整合回路413、スイッチ52、及び、整合回路422を介してフィルタ62に接続される。
 電力増幅器12は、高周波入力端子112とフィルタ64及び65との間に接続され、バンドC及びDの送信信号を増幅することができる。具体的には、電力増幅器12の入力端は、高周波入力端子112に接続されている。一方、電力増幅器12の出力端は、整合回路443、スイッチ54、及び、整合回路442を介してフィルタ64に接続される。さらに、電力増幅器12の出力端は、整合回路443、スイッチ54、及び、整合回路452を介してフィルタ65に接続される。
 なお、電力増幅器11及び12は、電源から供給される電力を基に入力信号(送信信号)よりも大きなエネルギーの出力信号を得る電子部品である。電力増幅器11及び12の各々は、増幅トランジスタを含み、さらにインダクタ及び/又はキャパシタを含んでもよい。電力増幅器11及び12の内部構成は、特に限定されない。例えば、電力増幅器11及び12の各々は、多段増幅器であってもよく、差動増幅型の増幅器又はドハティ増幅器であってもよい。
 低雑音増幅器21は、フィルタ62及び63と高周波出力端子121との間に接続され、バンドA及びBの受信信号を増幅することができる。具体的には、低雑音増幅器21の入力端は、整合回路433、スイッチ53及び52、並びに、整合回路422を介してフィルタ62に接続される。さらに、低雑音増幅器21の入力端は、整合回路433、スイッチ53、及び、整合回路432を介してフィルタ63に接続される。一方、低雑音増幅器21の出力端は、高周波出力端子121に接続されている。
 低雑音増幅器22は、フィルタ65及び66と高周波出力端子122との間に接続されバンドC及びDの受信信号を増幅することができる。具体的には、低雑音増幅器22の入力端は、整合回路463、スイッチ55及び54、並びに、整合回路452を介してフィルタ65に接続される。さらに、低雑音増幅器22の入力端は、整合回路463、スイッチ55、及び、整合回路462を介してフィルタ66に接続される。一方、低雑音増幅器22の出力端は、高周波出力端子122に接続されている。
 なお、低雑音増幅器21及び22は、電源から供給される電力を基に入力信号(受信信号)よりも大きなエネルギーの出力信号を得る電子部品である。低雑音増幅器21及び22の各々は、増幅トランジスタを含み、さらにインダクタ及び/又はキャパシタを含んでもよい。低雑音増幅器21及び22の内部構成は、特に限定されない。
 整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463の各々は、2つの回路素子の間に接続され、当該2つの回路素子の間のインピーダンス整合をとることができる。つまり、整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463の各々は、インピーダンス整合回路である。整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463の各々は、インダクタおよびキャパシタの少なくとも1つを含む。
 整合回路411は、第1インダクタの一例であり、スイッチ51及びフィルタ61の間に接続されている。整合回路431は、第1インダクタの一例であり、スイッチ51及びフィルタ63の間に接続されている。整合回路441は、第1インダクタの一例であり、スイッチ51及びフィルタ64の間に接続されている。整合回路461は、第1インダクタの一例であり、スイッチ51及びフィルタ66の間に接続されている。
 整合回路412は、第2インダクタの一例であり、電力増幅器11及びフィルタ61の間に接続されている。整合回路413は、第2インダクタの一例であり、電力増幅器11とフィルタ61及び62との間に接続されている。整合回路442は、第2インダクタの一例であり、電力増幅器12及びフィルタ64の間に接続されている。整合回路443は、第2インダクタの一例であり、電力増幅器12とフィルタ64及び65との間に接続されている。
 整合回路401は、第3インダクタの一例であり、アンテナ接続端子100及びスイッチ51の間に接続されている。
 整合回路432は、第4インダクタの一例であり、低雑音増幅器21及びフィルタ63の間に接続されている。整合回路433は、第4インダクタの一例であり、低雑音増幅器21及びフィルタ63の間に接続されている。整合回路462は、第4インダクタの一例であり、低雑音増幅器22及びフィルタ66の間に接続されている。整合回路463は、第4インダクタの一例であり、低雑音増幅器22及びフィルタ66の間に接続されている。
 スイッチ51は、第1スイッチの一例であり、アンテナ接続端子100とフィルタ61~66との間に接続されている。スイッチ51は、端子511~517を有する。端子511は、アンテナ接続端子100に接続されている。端子512は、整合回路411を介してフィルタ61に接続されている。端子513は、フィルタ62に接続されている。端子514は、整合回路431を介してフィルタ63に接続されている。端子515は、整合回路441を介してフィルタ64に接続されている。端子516は、フィルタ65に接続されている。端子517は、整合回路461を介してフィルタ66に接続されている。
 この接続構成において、スイッチ51は、例えばRFIC3からの制御信号に基づいて、端子511を端子512~517の少なくとも1つに接続することができる。つまり、スイッチ51は、アンテナ接続端子100とフィルタ61~66の各々との接続及び非接続を切り替えることができる。スイッチ51は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成され、アンテナスイッチと呼ばれる場合もある。
 スイッチ52は、電力増幅器11の出力端とフィルタ61及び62との間に接続され、かつ、低雑音増幅器21の入力端とフィルタ62との間に接続される。スイッチ52は、端子521~524を有する。端子521は、整合回路412を介してフィルタ61に接続されている。端子522は、整合回路422を介してフィルタ62に接続されている。端子523は、整合回路413を介して電力増幅器11の出力端に接続されている。端子524は、スイッチ53及び整合回路433を介して低雑音増幅器21の入力端に接続される。
 この接続構成において、スイッチ52は、例えばRFIC3からの制御信号に基づいて、端子523を端子521及び522の少なくとも1つに接続することができ、端子522を端子523及び524のいずれかに接続することができる。つまり、スイッチ52は、電力増幅器11とフィルタ61及び62の各々との接続及び非接続を切り替えることができ、フィルタ62の接続を電力増幅器11及び低雑音増幅器21の間で切り替えることができる。スイッチ52は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
 スイッチ53は、低雑音増幅器21の入力端とフィルタ62及び63との間に接続されている。スイッチ53は、端子531~533を有する。端子531は、整合回路433を介して低雑音増幅器21の入力端に接続されている。端子532は、スイッチ52の端子524に接続され、スイッチ52及び整合回路422を介してフィルタ62に接続される。端子533は、整合回路432を介してフィルタ63に接続されている。
 この接続構成において、スイッチ53は、例えばRFIC3からの制御信号に基づいて、端子531を端子532及び533の少なくとも一方に接続することができる。つまり、スイッチ53は、低雑音増幅器21とフィルタ62及び63の各々との接続及び非接続を切り替えることができる。スイッチ53は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
 スイッチ54は、電力増幅器12の出力端とフィルタ64及び65との間に接続され、かつ、低雑音増幅器22の入力端とフィルタ65の間に接続される。スイッチ54は、端子541~544を有する。端子541は、整合回路442を介してフィルタ64に接続されている。端子542は、整合回路452を介してフィルタ65に接続されている。端子543は、整合回路443を介して電力増幅器12の出力端に接続されている。端子544は、スイッチ55及び整合回路463を介して低雑音増幅器22の入力端に接続される。
 この接続構成において、スイッチ54は、例えばRFIC3からの制御信号に基づいて、端子543を端子541及び542の少なくとも1つに接続することができ、端子542を端子543及び544のいずれかに接続することができる。つまり、スイッチ54は、電力増幅器12とフィルタ64及び65の各々との接続及び非接続を切り替えることができ、フィルタ65の接続を電力増幅器12及び低雑音増幅器22の間で切り替えることができる。スイッチ54は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
 スイッチ55は、低雑音増幅器22の入力端とフィルタ65及び66との間に接続されている。スイッチ55は、端子551~553を有する。端子551は、整合回路463を介して低雑音増幅器22の入力端に接続されている。端子552は、スイッチ54の端子544に接続され、スイッチ54及び整合回路452を介してフィルタ65に接続される。端子553は、整合回路462を介してフィルタ66に接続されている。
 この接続構成において、スイッチ55は、例えばRFIC3からの制御信号に基づいて、端子551を端子552及び553の少なくとも一方に接続することができる。つまり、スイッチ55は、低雑音増幅器22とフィルタ65及び66の各々との間の接続及び非接続を切り替えることができる。スイッチ55は、例えばマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
 フィルタ61(A-Tx)は、第1フィルタの一例及び第3フィルタの一例であり、電力増幅器11とアンテナ接続端子100との間に接続される。具体的には、フィルタ61の一端は、整合回路411、スイッチ51及び整合回路401を介して、アンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ61の他端は、整合回路412、スイッチ52及び整合回路413を介して、電力増幅器11の出力端に接続される。フィルタ61は、周波数分割複信(FDD:Frequency Division Duplex)のためのバンドAのアップリンク動作バンド(uplink operation band)を含む通過帯域を有し、バンドAの送信信号を通過させることができる。
 フィルタ62(B-TRx)は、第1フィルタの一例であり、アンテナ接続端子100と電力増幅器11との間に接続され、アンテナ接続端子100と低雑音増幅器21との間に接続される。具体的には、フィルタ62の一端は、スイッチ51及び整合回路401を介してアンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ62の他端は、整合回路422、スイッチ52及び整合回路413を介して電力増幅器11の出力端に接続され、整合回路422、スイッチ52及び53、並びに、整合回路433を介して低雑音増幅器21の入力端に接続される。フィルタ62は、時分割複信(TDD:Time Division Duplex)のためのバンドBを含む通過帯域を有し、バンドBの送信信号及び受信信号を通過させることができる。
 図2は、実施の形態に係るフィルタ62の回路構成の一例を示す図である。同図に示すように、フィルタ62は、入出力端子101及び102を結ぶ経路に配置された直列腕共振子S1及びS2と、当該経路及びグランドの間に接続された並列腕共振子P1、P2及びP3と、インダクタL1及びL2と、を有する。
 直列腕共振子S1~S2及び並列腕共振子P1~P3のそれぞれは、例えば弾性共振子である。これにより、フィルタ62は、ラダー型の弾性波フィルタを構成する。
 インダクタL1は、並列腕共振子P1及びグランドの間に接続されている。インダクタL2は、並列腕共振子P2及びグランドの間、ならびに、並列腕共振子P3及びグランドの間に接続されている。インダクタL1及びL2の配置により、フィルタ62の通過帯域の拡張、及び、減衰特性の改善などをすることが可能となる。なお、インダクタL1およびL2は、キャパシタであってもよく、さらに、インダクタおよびキャパシタの複合素子であってもよい。
 なお、フィルタ62において、直列腕共振子及び並列腕共振子の接続構成及び数、ならびに、インダクタの接続構成及び数は、図2に示された回路構成に限定されない。
 なお、フィルタ63も、フィルタ62と同様の回路構成を有する。具体的には、フィルタ63は、入出力端子を結ぶ経路に配置された直列腕共振子S3及びS4と、当該経路及びグランドの間に接続された並列腕共振子P4、P5及びP6と、インダクタL3及びL4と、を有する。なお、インダクタL3およびL4は、キャパシタであってもよく、さらに、インダクタおよびキャパシタの複合素子であってもよい。
 フィルタ63(A-Rx)は、第1フィルタの一例及び第2フィルタの一例であり、低雑音増幅器21とアンテナ接続端子100との間に接続される。具体的には、フィルタ63の一端は、整合回路431、スイッチ51及び整合回路401を介して、アンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ63の他端は、整合回路432、スイッチ53及び整合回路433を介して、低雑音増幅器21の入力端に接続される。フィルタ63は、FDDのためのバンドAのダウンリンク動作バンド(downlink operation band)を含む通過帯域を有し、バンドAの受信信号を通過させることができる。
 フィルタ64(C-Tx)は、第1フィルタの一例及び第3フィルタの一例であり、電力増幅器12とアンテナ接続端子100との間に接続される。具体的には、フィルタ64の一端は、整合回路441、スイッチ51及び整合回路401を介して、アンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ64の他端は、整合回路442、スイッチ54及び整合回路443を介して、電力増幅器12の出力端に接続される。フィルタ64は、FDDのためのバンドCのアップリンク動作バンドを含む通過帯域を有し、バンドCの送信信号を通過させることができる。
 フィルタ65(D-TRx)は、第1フィルタの一例であり、アンテナ接続端子100と電力増幅器12との間に接続され、アンテナ接続端子100と低雑音増幅器22との間に接続される。具体的には、フィルタ65の一端は、スイッチ51及び整合回路401を介してアンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ65の他端は、整合回路452、スイッチ54及び整合回路443を介して電力増幅器12の出力端に接続され、整合回路452、スイッチ54及び55、並びに、整合回路463を介して低雑音増幅器22の入力端に接続される。フィルタ65は、TDDのためのバンドDを含む通過帯域を有し、バンドDの送信信号及び受信信号を通過させることができる。
 フィルタ66(C-Rx)は、第1フィルタの一例及び第2フィルタの一例であり、低雑音増幅器22とアンテナ接続端子100との間に接続される。具体的には、フィルタ66の一端は、整合回路461、スイッチ51及び整合回路401を介して、アンテナ接続端子100に接続される。一方、フィルタ66の他端は、整合回路462、スイッチ55及び整合回路463を介して、低雑音増幅器22の入力端に接続される。フィルタ66は、FDDのためのバンドCのダウンリンク動作バンドを含む通過帯域を有し、バンドCの受信信号を通過させることができる。
 PA制御器71は、電力増幅器11及び12を制御することができる。PA制御器71は、RFIC3から制御端子131を介してデジタル制御信号を受けて、電力増幅器11及び12に制御信号を出力する。
 バンドA~Dは、無線アクセス技術(RAT:Radio Access Technology)を用いて構築される通信システムのための周波数バンドである。バンドA~Dは、標準化団体など(例えば3GPP(3rd Generation Partnership Project)及びIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)等)によって予め定義される。通信システムの例としては、5GNR(5th Generation New Radio)システム、LTE(Long Term Evolution)システム及びWLAN(Wireless Local Area Network)システム等を挙げることができる。
 バンドA及びBと、バンドC及びDとは、互いに異なるバンド群に含まれてもよく、同じバンド群に含まれてもよい。ここで、バンド群とは、複数のバンドを含む周波数範囲を意味する。バンド群としては、例えばウルトラハイバンド群(3300~5000MHz)、ハイバンド群(2300~2690MHz)、ミッドバンド群(1427~2200MHz)、及びローバンド群(698~960MHz)等を用いることができるが、これらに限定されない。例えば、バンド群として、5ギガヘルツ以上のアンライセンスバンドを含むバンド群又はミリ波帯域のバンド群が用いられてもよい。
 例えば、バンドA及びBは、ハイバンド群に含まれ、バンドC及びDは、ミッドバンド群に含まれてもよい。また例えば、バンドA及びBは、ミッドバンド群又はハイバンド群に含まれ、バンドC及びDは、ローバンド群に含まれてもよい。
 なお、図1に表された高周波回路1は、例示であり、これに限定されない。例えば、高周波回路1が対応するバンドは、バンドA~Dに限定されない。例えば、高周波回路1は、5以上のバンドに対応してもよい。この場合、高周波回路1は、バンドE、F、G・・・のためのフィルタを備えてもよい。また例えば、高周波回路1は、バンドA及びBのみに対応し、バンドC及びDに対応しなくてもよい。この場合、高周波回路1は、電力増幅器12と、低雑音増幅器22と、整合回路441~443、452及び461~463と、高周波入力端子112と、高周波出力端子122と、を備えなくてもよい。また例えば、高周波回路1は、送信専用回路であってもよい。この場合、高周波回路1は、低雑音増幅器21及び22と、整合回路431~433及び461~463と、スイッチ53及び55と、フィルタ63及び66と、高周波出力端子121及び122と、を備えなくてもよい。また例えば、高周波回路1は、受信専用回路であってもよい。この場合、高周波回路1は、電力増幅器11及び12と、整合回路411~413及び441~443と、スイッチ52及び54と、フィルタ61及び64と、高周波入力端子111及び112と、を備えなくてもよい。
 なお、高周波回路1は、整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463のうちのいくつかを備えなくてもよい。また例えば、高周波回路1は、複数のアンテナに接続されてもよく、複数のアンテナ接続端子を備えてもよい。また、高周波回路1は、さらに多くの高周波入力端子を備えてもよい。この場合、電力増幅器の接続を複数の高周波入力端子の間で切り替え可能なスイッチが電力増幅器と複数の高周波入力端子との間に挿入されてもよい。また、高周波回路1は、さらに多くの高周波出力端子を備えてもよい。この場合、低雑音増幅器の接続を複数の高周波出力端子の間で切り替え可能なスイッチが低雑音増幅器と複数の高周波出力端子との間に挿入されてもよい。
 [2 高周波回路1の実施例]
 上記実施の形態に係る高周波回路1の実施例として、高周波回路1が実装された高周波モジュール1Aを図3~図6を参照しながら説明する。
 [2.1 高周波モジュール1Aの部品配置]
 図3は、本実施例に係る高周波モジュール1Aの主面91aの平面図である。図4は、本実施例に係る高周波モジュール1Aの主面91bの平面図であり、z軸正側からモジュール基板91の主面91b側を透視した図である。図5は、本実施例に係る高周波モジュール1Aの主面92bの平面図であり、z軸正側からモジュール基板92の主面92b側を透視した図である。図6は、本実施例に係る高周波モジュール1Aの断面図である。図6における高周波モジュール1Aの断面は、図3~図5のvi-vi線における断面である。
 なお、図3~図6において、モジュール基板91及び92に配置された複数の電子部品をそれぞれ接続する配線の図示が省略されている。また、図3~図6において、複数の電子部品を覆う樹脂部材93~95及び樹脂部材93~95の表面を覆うシールド電極層96の図示が省略されている。
 高周波モジュール1Aは、図1に示された複数の回路素子を含む複数の電子部品に加えて、モジュール基板91及び92と、樹脂部材93~95と、シールド電極層96と、複数の外部接続端子150と、複数の基板間接続端子151と、を備える。
 モジュール基板91は、第1モジュール基板の一例であり、互いに対向する主面91a及び91bを有する。主面91a及び91bは、それぞれ第1主面及び第2主面の一例である。
 モジュール基板92は、第2モジュール基板の一例であり、互いに対向する主面92a及び92bを有する。主面92a及び92bは、それぞれ第3主面及び第4主面の一例である。
 モジュール基板91及び92は、モジュール基板91の主面91bがモジュール基板92の主面92aに対面するように配置されている。また、モジュール基板91及び92は、主面91b及び92aの間に電子部品を配置可能な距離だけ離れて配置されている。複数の電子部品は、2つのモジュール基板91及び92に配置され、具体的には、主面91b及び92aの間と、主面91a上と、主面92b上と、の3つの階層に分けて配置されている。さらに、高周波モジュール1Aでは、モジュール基板91内及びモジュール基板92内のそれぞれに、1以上の電子部品を配置することも可能である。
 なお、図3~図6において、モジュール基板91及び92は、平面視において、同一サイズの矩形状を有するが、異なるサイズ及び/又は異なる形状を有してもよい。また、モジュール基板91及び92の形状は、矩形に限定されない。
 モジュール基板91としては、例えば、複数の誘電体層の積層構造を有する低温同時焼成セラミックス(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics)基板又は高温同時焼成セラミックス(HTCC:High Temperature Co-fired Ceramics)基板等を用いることができるが、これらに限定されない。
 また、モジュール基板92としては、プリント基板(PCB:Printed Circuit Board)等を用いることができるが、これらに限定されない。
 なお、モジュール基板91の内部には、主面91a及び91bに平行な方向に形成されたグランド導体911が形成されていてもよい。これにより、主面91a上に配置された電子部品と主面91b上に配置された電子部品とのアイソレーションが強化される。また、モジュール基板92の内部には、主面92a及び92bに平行な方向に形成されたグランド導体921が形成されていてもよい。これにより、主面92a上に配置された電子部品と主面92b上に配置された電子部品とのアイソレーションが強化される。
 主面92b上(下層)には、複数の外部接続端子150と、が配置されている。複数の外部接続端子150は、図1に示したアンテナ接続端子100、高周波入力端子111及び112、高周波出力端子121及び122、並びに、制御端子131に加えて、グランド端子を含む。複数の外部接続端子150の各々は、高周波モジュール1Aのz軸負方向に配置されたマザー基板1000上の入出力端子及び/又はグランド端子等に接合される。マザー基板1000は、外部基板の一例であり、例えばPCB基板が用いられる。
 複数の外部接続端子150としては、例えば銅ポスト電極を用いることができるが、形状及び材質はこれに限定されない。複数の外部接続端子150のいくつかは、平面視において電力増幅器11及び12と重なっており、電力増幅器11及び12に接続された基板間接続端子151とともに電力増幅器11及び12の放熱用電極として機能する。
 モジュール基板92の熱膨張係数とマザー基板1000の熱膨張係数との差の絶対値は、モジュール基板91の熱膨張係数とマザー基板1000の熱膨張係数との差の絶対値よりも小さい。
 主面91a上(上層)には、電力増幅器11及び12と、整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463と、フィルタ61及び64と、が配置されている。上記整合回路の各々は、チップインダクタで構成されている。チップインダクタは、インダクタを構成する表面実装デバイス(SMD:Surface Mount Device)である。なお、上記整合回路の各々は、チップインダクタおよびチップキャパシタの少なくとも1つを含んでいればよい。また、上記整合回路の各々は、主面91b上に配置されてもよいし、モジュール基板91内に配置されてもよい。
 また、モジュール基板91内には、フィルタ62のインダクタL1及びL2、並びに、フィルタ63のインダクタL3及びL4が配置されている。インダクタL1~L4の各々は、モジュール基板91内の主面91a及び91bに平行な方向に形成された導体パターンが、主面91a及び91bに垂直な方向に複数積層されて形成されたコイル導体で構成されている。なお、インダクタL1~L4の各々は、主面91a上又は主面91b上に配置されてもよい。
 電力増幅器11及び12は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いて構成され、具体的にはSOI(Silicon on Insulator)プロセスにより製造されてもよい。これにより、電力増幅器11及び12を安価に製造することが可能となる。なお、電力増幅器11及び12は、ガリウムヒ素(GaAs)、シリコンゲルマニウム(SiGe)及び窒化ガリウム(GaN)のうちの少なくとも1つで構成されてもよい。これにより、高品質な電力増幅器11及び12を実現することができる。なお、電力増幅器11及び12の半導体材料は、上述した材料に限定されない。
 フィルタ61及び64は、例えば、弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルタ、バルク弾性波(BAW:Bulk Acoustic Wave)フィルタ、LC共振フィルタ、及び誘電体フィルタのいずれを用いて構成されてもよく、さらには、これらには限定されない。
 樹脂部材93は、主面91a及び主面91a上の電子部品を覆っている。樹脂部材93は、主面91a上の電子部品の機械強度及び耐湿性等の信頼性を確保する機能を有する。なお、樹脂部材93は、高周波モジュール1Aに含まれなくてもよい。
 主面91b及び92aの間(中層)には、フィルタ62(の一部)、63(の一部)、65及び66と、複数の基板間接続端子151と、が配置されている。主面91b及び92aの間には、樹脂部材94が注入されており、主面91b及び92aの間に配置された電子部品を覆っている。
 フィルタ62及び63の各々は、第4フィルタの一例であり、例えば、SAWフィルタ、BAWフィルタ、LC共振フィルタ、及び誘電体フィルタのいずれを用いて構成されてもよく、さらには、これらには限定されない。
 フィルタ65及び66の各々は、例えば、SAWフィルタ、BAWフィルタ、LC共振フィルタ、及び誘電体フィルタのいずれを用いて構成されてもよく、さらには、これらには限定されない。
 主面91b及び92aの間に配置された複数の電子部品(ここではフィルタ62、63、65及び66)の各々は、モジュール基板91に対面する側に設けられた電極を介してモジュール基板91に電気的に接続されている。なお、主面91b及び92aの間に配置された複数の電子部品(ここではフィルタ62、63、65及び66)の各々は、モジュール基板92に対面する側に設けられた電極を介してモジュール基板92に電気的に接続されていてもよい。
 複数の基板間接続端子151は、モジュール基板91及び92を電気的に接続するための電極である。基板間接続端子151のいくつかは、平面視において電力増幅器11及び12と重なっており、外部接続端子150と接続され、電力増幅器11及び12の放熱用電極として機能する。基板間接続端子151としては、例えば銅ポスト電極が用いられるが、形状及び材質はこれに限定されない。
 樹脂部材94は、主面91b及び92aと、主面91b及び92aの間の電子部品と、を覆っている。樹脂部材94は、主面91b及び92aの間の電子部品の機械強度及び耐湿性等の信頼性を確保する機能を有する。なお、樹脂部材94は、高周波モジュール1Aに含まれなくてもよい。
 主面92b上(下層)には、複数の外部接続端子150のほか、集積回路20及び70と、スイッチ51と、が配置されている。
 集積回路20は、低雑音増幅器21及び22と、スイッチ53及び55と、を含む。低雑音増幅器21及び22とスイッチ53及び55とを構成する回路素子は、集積回路20の回路面に形成されている。回路面としては、例えば、集積回路20の主面であってモジュール基板92に対面する主面が用いられる。集積回路70は、スイッチ52及び54並びにPA制御器71を含む。スイッチ52及び54並びにPA制御器71を構成する回路素子は、集積回路70の回路面に形成されている。回路面としては、例えば、集積回路70の主面であってモジュール基板92に対面する主面が用いられる。集積回路50は、スイッチ51を含む。なお、スイッチ51は、集積回路20又は70に含まれてもよい。
 集積回路20、50及び70の各々は、例えばCMOSを用いて構成され、具体的にはSOIプロセスにより製造されてもよい。また、集積回路20、50及び70の各々は、GaAs、SiGe及びGaNのうちの少なくとも1つで構成されてもよい。なお、集積回路20、50及び70の半導体材料は、上述した材料に限定されない。
 スイッチ51を構成する回路素子は、スイッチデバイスの回路面に形成されている。回路面としては、例えば、スイッチデバイスの主面であってモジュール基板92に対面する主面が用いられる。スイッチ51は、例えばCMOSを用いて構成され、具体的にはSOIプロセスにより製造されてもよい。また、スイッチ51は、GaAs、SiGe及びGaNのうちの少なくとも1つで構成されてもよい。スイッチ51の半導体材料は、上述した材料に限定されない。なお、スイッチ51は、集積回路20に含まれてもよい。
 このように、主面92b上には、少なくともトランジスタを有する第1電子部品(ここでは、集積回路20及び70、並びに、スイッチ51)が配置され、トランジスタを有さない第2電子部品(ここでは、フィルタ61~66、並びに、整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463)が配置されない。すなわち、主面92b上には、複数の電子部品のうち第1電子部品のみが配置されている。これにより、高周波モジュール1Aの下面の削り出しが可能となり、樹脂部材95と、集積回路20及び70と、スイッチ51との各々の厚みを減少させることができる。
 樹脂部材95は、主面92b及び主面92b上の電子部品を覆っている。樹脂部材95は、主面92b上の電子部品の機械強度及び耐湿性等の信頼性を確保する機能を有する。なお、樹脂部材95は、高周波モジュール1Aに含まれなくてもよい。
 シールド電極層96は、例えばスパッタ法により形成された金属薄膜であり、樹脂部材93の上面と、樹脂部材93~95並びにモジュール基板91及び92の側面と、を覆うように形成されている。シールド電極層96は、グランドに接続され、外来ノイズが高周波モジュール1Aを構成する電子部品に侵入することを抑制する。なお、シールド電極層96は、高周波モジュール1Aに含まれなくてもよい。
 [2.2 高周波モジュール1Aの効果]
 以上のように、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、互いに対向する主面91a及び91bを有するモジュール基板91と、互いに対向する主面92a及び92bを有し、主面92aが主面91bに対面して配置されたモジュール基板92と、主面91b及び92aの間と主面91a上と主面92b上とに配置された複数の電子部品と、主面92b上に配置され、モジュール基板92及びマザー基板1000に接合された複数の外部接続端子150と、を備え、モジュール基板92の熱膨張係数とマザー基板1000の熱膨張係数との差の絶対値は、モジュール基板91の熱膨張係数とマザー基板1000の熱膨張係数との差の絶対値よりも小さい。
 これによれば、高周波モジュール1Aは、マザー基板1000からの距離が大きくなるにつれて、段階的にマザー基板1000からの応力が大きくなっていく。よって、高周波モジュール1Aで発生する熱応力を最小限にでき、例えば、外部接続端子150が熱応力により破損することを回避できるので、高周波モジュール1Aの構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、互いに対向する主面91a及び91bを有するモジュール基板91と、互いに対向する主面92a及び92bを有し、主面92aが主面91bに対面して配置されたモジュール基板92と、主面91b及び92aの間と主面91a上と主面92b上とに配置された複数の電子部品と、主面92b上に配置された複数の外部接続端子150と、を備え、モジュール基板92はPCBであり、モジュール基板91は低温同時焼成セラミックス基板又は高温同時焼成セラミックス基板である。
 これによれば、マザー基板1000がPCBである場合に、モジュール基板92がマザー基板1000からの熱応力を受けることを回避できる。一方で、モジュール基板91には、セラミック系又はSi系の電子部品を、熱応力を小さく実装できる。よって、高周波モジュール1Aで発生する熱応力を最小限にできるので、高周波モジュール1Aの構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、複数の電子部品は、表面実装型のインダクタ又はキャパシタ(整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463)を含み、当該表面実装型のインダクタ又はキャパシタは、主面91a上又は主面91b上に配置されていてもよい。
 これによれば、表面実装型のインダクタ又はキャパシタ(整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463)は、セラミック系又はSi系の電子部品であるので、セラミック系基板であるモジュール基板91との間で発生する熱応力を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aで発生する熱応力を最小限にできるので、高周波モジュール1Aの構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、複数の電子部品は、さらに、第1フィルタと、アンテナ接続端子100と第1フィルタとの接続及び非接続を切り替えるスイッチ51と、を含み、上記表面実装型のインダクタ又はキャパシタ(第1インダクタ)は、スイッチ51及び第1フィルタの間に接続されていてもよい。
 整合回路の前後に接続される電子部品間のアイソレーションを確保して高周波モジュール1Aの伝送特性を向上させるという観点から、高周波モジュール1Aを構成する整合回路のうちで、スイッチ51及び第1フィルタの間に接続に接続された整合回路(第1インダクタ)は、高Q値を有する必要がある。これに対して、第1インダクタが表面実装型であってセラミック系基板であるモジュール基板91に配置されているので、第1インダクタのQ値を高くしつつモジュール基板91との間で発生する熱応力を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aの伝送特性の劣化、構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、複数の電子部品は、さらに、第2フィルタと、低雑音増幅器21及び/又は22と、を含み、上記表面実装型のインダクタ又はキャパシタ(第4インダクタ)は、低雑音増幅器21及び/又は22と第2フィルタとの間に接続されていてもよい。
 整合回路の前後に接続される電子部品間のアイソレーションを確保して高周波モジュール1Aの受信感度の劣化を抑制するという観点から、高周波モジュール1Aを構成する整合回路のうちで、低雑音増幅器21及び/又は22と第2フィルタとの間に接続に接続された整合回路(第4インダクタ)は、高Q値を有する必要がある。これに対して、第4インダクタが表面実装型であってセラミック系基板であるモジュール基板91に配置されているので、第4インダクタのQ値を高くしつつモジュール基板91との間で発生する熱応力を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aの受信感度の劣化、構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、低雑音増幅器21及び/又は22は主面92b上に配置されていてもよい。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、複数の電子部品は、さらに、第3フィルタと、電力増幅器11及び/又は12と、を含み、上記表面実装型のインダクタ又はキャパシタ(第2インダクタ)は、電力増幅器11及び/又は12と第3フィルタとの間に接続されていてもよい。
 整合回路の前後に接続される電子部品間のアイソレーションを確保して高周波モジュール1Aの伝送特性を向上させるという観点から、高周波モジュール1Aを構成する整合回路のうちで、電力増幅器11及び/又は12と第3フィルタとの間に接続に接続された整合回路(第2インダクタ)は、高Q値を有する必要がある。これに対して、第2インダクタが表面実装型であってセラミック系基板であるモジュール基板91に配置されているので、第2インダクタのQ値を高くしつつモジュール基板91との間で発生する熱応力を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aの伝送特性の劣化、構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、電力増幅器11及び/又は12は主面91a上に配置されていてもよい。
 これによれば、電力増幅器11及び/又は12が主面91aに配置され、低雑音増幅器21及び/又は22が主面92b上に配置されることで、送受信間のアイソレーションが向上する。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、複数の電子部品は、インダクタ又はキャパシタを含み、当該インダクタ又はキャパシタ(インダクタL1~L4)は、モジュール基板91内に形成されていてもよい。
 これによれば、上記インダクタ又はキャパシタが、これらを形成し易いセラミック系基板であるモジュール基板91に内蔵されているので、モジュール基板91との間で発生する熱応力を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aの伝送特性の劣化、構造変化及び特性劣化を抑制することが可能となる。
 また例えば、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、さらに、フィルタ62及び/又は63(第4フィルタ)を含み、第4フィルタは、入力端子及び出力端子を結ぶ経路に配置された直列腕共振子S1及びS2と、当該経路及びグランドの間に接続された並列腕共振子P1、P2及びP3と、を有し、直列腕共振子S1~S2及び並列腕共振子P1~P3は、主面91a又は主面91bに配置され、上記インダクタ又はキャパシタ(インダクタL1~L4)は、並列腕共振子P1~P3及びグランドの間に接続されていてもよい。
 フィルタ62及び63が有するインダクタL1~L4には、大きなインダクタンス値が必要とされるが、高Q値は要求されない。このため、表面実装型でなく、基板内蔵型のインダクタが適している。インダクタL1~L4が、モジュール基板91内に配置されることにより、高周波モジュール1Aを小型化できる。
 また、本実施例に係る通信装置5は、高周波信号を処理するRFIC3と、RFIC3とアンテナ2との間で高周波信号を伝送する高周波モジュール1Aと、を備える。
 これによれば、上記高周波モジュール1Aの効果を通信装置5で実現することができる。
 (変形例)
 以上、本発明に係る高周波モジュール及び通信装置について、実施の形態及び実施例に基づいて説明したが、本発明に係る高周波モジュール及び通信装置は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。上記実施例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施例や、上記実施の形態及び上記実施例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記高周波モジュールを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
 例えば、上記実施の形態に係る高周波回路及び通信装置の回路構成において、図面に開示された各回路素子及び信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子及び配線などが挿入されてもよい。例えば、スイッチ51とフィルタ62との間、及び/又は、スイッチ51とフィルタ65との間に、整合回路が挿入されてもよい。
 なお、上記各実施例における複数の電子部品の配置は、例示であり、上記各実施例に限定されない。例えば、上記の任意の実施例における任意の電子部品の位置を他の実施例における当該電子部品の位置に置き換えてもよい。例えば、各実施例において、PA制御器71を含む集積回路70は、電力増幅器11及び/又は12の上に積層されてもよい。また例えば、実施例に係る高周波モジュール1Aにおいて、電力増幅器11及び12は、主面91b及び92aの間に配置されてもよい。
 なお、各実施例において、複数の外部接続端子150として、銅ポスト電極が用いられていたが、これに限定されない。例えば、複数の外部接続端子150として、バンプ電極が用いられてもよい。この場合、高周波モジュールは、樹脂部材95を備えなくてもよい。
 本発明は、フロントエンド部に配置される高周波モジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
 1 高周波回路
 1A 高周波モジュール
 2 アンテナ
 3 RFIC
 4 BBIC
 5 通信装置
 11、12 電力増幅器
 20、50、70 集積回路
 21、22 低雑音増幅器
 51、52、53、54、55 スイッチ
 61、62、63、64、65、66 フィルタ
 71 PA制御器
 91、92 モジュール基板
 91a、91b、92a、92b 主面
 93、94、95 樹脂部材
 96 シールド電極層
 100 アンテナ接続端子
 101、102 入出力端子
 111、112 高周波入力端子
 121、122 高周波出力端子
 131 制御端子
 150 外部接続端子
 151 基板間接続端子
 401、411、412、413、422、431、432、433、441、442、443、452、461、462、463 整合回路
 511、512、513、514、515、516、517、521、522、523、524、531、532、533、541、542、543、544、551、552、553 端子
 911、921  グランド導体
 1000 マザー基板

Claims (11)

  1.  互いに対向する第1主面及び第2主面を有する第1モジュール基板と、
     互いに対向する第3主面及び第4主面を有し、前記第3主面が前記第2主面に対面し、前記第4主面が外部基板に対面して配置された第2モジュール基板と、
     前記第2主面及び前記第3主面の間と前記第1主面上と前記第4主面上とに配置された複数の電子部品と、
     前記第4主面上に配置され、前記第2モジュール基板及び前記外部基板に接合された複数の外部接続端子と、を備え、
     前記第2モジュール基板の熱膨張係数と前記外部基板の熱膨張係数との差の絶対値は、前記第1モジュール基板の熱膨張係数と前記外部基板の熱膨張係数との差の絶対値よりも小さい、
     高周波モジュール。
  2.  互いに対向する第1主面及び第2主面を有する第1モジュール基板と、
     互いに対向する第3主面及び第4主面を有し、前記第3主面が前記第2主面に対面して配置された第2モジュール基板と、
     前記第2主面及び前記第3主面の間と前記第1主面上と前記第4主面上とに配置された複数の電子部品と、
     前記第4主面上に配置された複数の外部接続端子と、を備え、
     前記第2モジュール基板は、プリント基板であり、
     前記第1モジュール基板は、低温同時焼成セラミックス基板又は高温同時焼成セラミックス基板である、
     高周波モジュール。
  3.  前記複数の電子部品は、表面実装型のインダクタ又はキャパシタを含み、
     前記表面実装型のインダクタ又はキャパシタは、前記第1主面上又は前記第2主面上に配置されている、
     請求項1又は2に記載の高周波モジュール。
  4.  前記複数の電子部品は、さらに、
     第1フィルタと、
     アンテナ接続端子と前記第1フィルタとの接続及び非接続を切り替える第1スイッチと、を含み、
     前記表面実装型のインダクタ又はキャパシタは、前記第1スイッチ及び前記第1フィルタの間に接続されている、
     請求項3に記載の高周波モジュール。
  5.  前記複数の電子部品は、さらに、
     第2フィルタと、
     低雑音増幅器と、を含み、
     前記表面実装型のインダクタ又はキャパシタは、前記低雑音増幅器及び前記第2フィルタの間に接続されている、
     請求項3に記載の高周波モジュール。
  6.  前記低雑音増幅器は、前記第4主面上に配置されている、
     請求項5に記載の高周波モジュール。
  7.  前記複数の電子部品は、さらに、
     第3フィルタと、
     電力増幅器と、を含み、
     前記表面実装型のインダクタ又はキャパシタは、前記電力増幅器及び前記第3フィルタの間に接続されている、
     請求項3に記載の高周波モジュール。
  8.  前記電力増幅器は、前記第1主面上に配置されている、
     請求項7に記載の高周波モジュール。
  9.  前記複数の電子部品は、インダクタ又はキャパシタを含み、
     前記インダクタ又はキャパシタは、前記第1モジュール基板内に形成されている、
     請求項1又は2に記載の高周波モジュール。
  10.  前記複数の電子部品は、さらに、
     第4フィルタを含み、
     前記第4フィルタは、
     入力端子及び出力端子を結ぶ経路に配置された直列腕共振子と、
     前記経路及びグランドの間に接続された並列腕共振子と、を有し、
     前記直列腕共振子及び前記並列腕共振子は、前記第1主面又は前記第2主面に配置され、
     前記インダクタ又はキャパシタは、前記並列腕共振子及びグランドの間に接続されている、
     請求項9に記載の高周波モジュール。
  11.  高周波信号を処理する信号処理回路と、
     前記信号処理回路とアンテナとの間で前記高周波信号を伝送する、請求項1~10のいずれか1項に記載の高周波モジュールと、を備える、
     通信装置。
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