WO2022209742A1 - 高周波モジュール及び通信装置 - Google Patents

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WO2022209742A1
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filter
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switch
high frequency
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清志 相川
孝紀 上嶋
宏通 北嶋
隆司 山田
義弘 大門
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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 radio frequency module and a communication device that can reduce the number of board-to-board connection terminals that connect two module boards and achieve 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 principal surface; and a plurality of electrons disposed between the second principal surface and the third principal surface and on the first principal surface and the fourth principal surface.
  • the plurality of electronic components includes: a first electronic component including a first switch; a second electronic component including a first filter connected to the power amplifier via the first switch; and a third electronic component including a second filter connected to the power amplifier via a is placed on one side of the plurality of electronic components
  • the number of board-to-board connection terminals that connect two module boards can be reduced, and miniaturization can be 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 plan view of the first main surface of the high frequency module according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the third main surface of the high frequency module according to the example.
  • FIG. 4 is a plan view of the fourth main surface of the high frequency module according to the example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a high frequency module according to an embodiment.
  • 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 the substrate means that the components are encapsulated within the module substrate, with all of the components located between the major surfaces of the substrate, but some of the components It does not include not being covered by the substrate and that only part of the component is arranged within 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 high frequency circuit 1 can receive digital signals for controlling the power amplifiers 11 and 12 from the RFIC 3 via the control terminal 131 .
  • 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 power amplifier 11 may correspond to the first power class that allows a higher maximum output power than the second power class. In this case, the power amplifier 11 can amplify the transmission signal to power that satisfies the maximum output power allowed by the first power class.
  • the power amplifier 12 may support a second power class that allows a lower maximum output power than the first power class. In this case, the power amplifier 12 can amplify the transmission signal to power that satisfies the maximum output power allowed by the second power class.
  • a power class is a classification of terminal output power defined by maximum output power, etc.
  • a smaller power class value indicates a higher power output.
  • the maximum output power for power class 1 is 31 dBm
  • the maximum output power for power class 1.5 is 29 dBm
  • the maximum output power for power class 2 is 26 dBm
  • the maximum output power for power class 3 is 23 dBm. .
  • the terminal's maximum output power is defined as the output power at the terminal's antenna end. Measurement of the maximum output power of the terminal is performed, for example, by a method defined by 3GPP or the like. For example, in FIG. 1 the maximum output power is measured by measuring the radiated power at antenna 2 . Instead of measuring the radiation power, it is also possible to measure the output power of the antenna 2 by providing a terminal near the antenna 2 and connecting a measuring instrument (such as a spectrum analyzer) to the terminal.
  • a measuring instrument such as a spectrum analyzer
  • the power class that the power amplifier supports can be specified by the maximum output power of the power amplifier.
  • the maximum output power of a power amplifier corresponding to power class 1 is greater than 31 dBm.
  • the maximum output power of a power amplifier depends on the size and material of the semiconductor devices that make up the power amplifier. For example, the higher the maximum output power, the larger the size of the semiconductor device. Therefore, by comparing the semiconductor device sizes for two power amplifiers constructed of the same semiconductor material, it may be possible to make a relative comparison of the power classes supported by the two power amplifiers.
  • a semiconductor device that constitutes a power amplifier with a high maximum output power may use a special semiconductor material for high power (eg, gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), etc.). Therefore, by comparing the semiconductor materials used in the two semiconductor devices, it may be possible to make a relative comparison of the power classes supported by the two power amplifiers.
  • a semiconductor material for high power eg, gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), etc.
  • 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 .
  • filters 62 and 63 are connected to the same low noise amplifier 21 in this embodiment, the present invention is not limited to this.
  • filters 62 and 63 may each be connected to a different low noise amplifier.
  • the high frequency circuit 1 does not have to include the switch 53 .
  • 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 an inductor and may further include a capacitor.
  • the switch 51 is an example of a second 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 an example of a first switch and 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 an example of a third switch, and 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 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 second 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 can pass band B transmit and receive signals. Note that band B may or may not be capable of simultaneous transmission with band A.
  • TDD Time Division Duplex
  • the filter 63 (A-Rx) is an example of a third 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 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 connected between the antenna connection terminal 100 and the power amplifier 12 and 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 .
  • the filter 65 has a passband including band D for TDD, and can pass band D transmission and reception signals.
  • the filter 66 (C-Rx) 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. For example, 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 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. 2 is a plan view of the main surface 91a of the high frequency module 1A according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the main surface 92a of the high-frequency module 1A according to the present embodiment, and is a perspective view of the main surface 92a side of the module substrate 92 from the z-axis positive side.
  • FIG. 4 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. 5 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. 5 is taken along line vv in FIGS. 2-4.
  • the wiring for connecting the plurality of electronic components arranged on the module substrates 91 and 92 is omitted except for some. 2 to 4, illustration of the resin members 93 to 95 covering the plurality of electronic components and the shield electrode layer 96 covering the surface of the resin members 93 to 95 is omitted.
  • 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.
  • a ground electrode pattern 911 is formed in the module substrate 91 .
  • the ground electrode pattern 911 is connected to a ground terminal and set to a ground potential.
  • 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.
  • a ground electrode pattern 921 and via conductors 922 and 923 are formed in the module substrate 92 .
  • the ground electrode pattern 921 is connected to the ground terminal and set to the ground potential.
  • 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.
  • 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, or a high temperature co-fired ceramics (HTCC) substrate for example, a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate having a laminated structure of a plurality of dielectric layers, or a high temperature co-fired ceramics (HTCC) substrate.
  • LTCC low temperature co-fired ceramics
  • HTCC high temperature co-fired ceramics
  • a substrate, a component-embedded substrate, a substrate having a redistribution layer (RDL), a printed substrate, or the like can be used, but is not limited to these.
  • Matching circuits 401, 411 to 413, 422, 431 to 433, 441 to 443, 452 and 461 to 463, and filters 63 and 66 are arranged on the main surface 91a (upper layer).
  • Each of the matching circuits 401, 411-413, 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463 is composed of a chip inductor.
  • a chip inductor is a surface mount device (SMD) that constitutes an inductor.
  • the chip inductors are arranged on main surface 91a and are not arranged between main surfaces 91b and 92a and on main surface 92b. That is, chip inductors are arranged only in the upper layer among the three layers.
  • each matching circuit may include a chip capacitor as well as a chip inductor, and the arrangement of the chip capacitors is not particularly limited. Also, some of the matching circuits may not be surface mounted. For example, inductors and/or capacitors included in matching circuits may be formed in module substrates 91 and/or 92 .
  • the electronic component including the filter 63 is an example of the sixth electronic component.
  • Electronic components including each of the filters 63 and 66 are, for example, surface acoustic wave (SAW) filters, bulk acoustic wave (BAW) filters, LC resonance filters, and dielectric filters. It may also be configured as such, and is not limited to these.
  • the present invention is not limited to this.
  • the electronic components, including the filters may be taller or the same height as the chip inductors.
  • electronic components including filters may be brought into contact with the shield electrode layer 96 . As a result, it is possible to improve the heat dissipation of the electronic component including the filter and improve the temperature characteristics of the 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.
  • Filters 61, 62, 64 and 65 and a plurality of inter-board connection terminals 151 are arranged between the main surfaces 91b and 92a (middle layer).
  • 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.
  • the electronic component including the filter 61 is an example of a second electronic component
  • the electronic component including the filter 62 is an example of a third electronic component.
  • Electronic components including each of the filters 61, 62, 64 and 65 may be configured using, for example, SAW filters, BAW filters, LC resonance filters, and dielectric filters, and are not limited to these. not.
  • a plurality of electronic components including filters 61, 62, 64 and 65, respectively, arranged between the main surfaces 91b and 92a are connected to the main surface of the module substrate 92 via electrodes provided on the side facing the module substrate 92. 92a.
  • a plurality of inter-board connection terminals 151 connect the module board 91 to the module board 92 . That is, the plurality of inter-board connection terminals 151 electrically connect the electronic components arranged on the module board 91 and the electronic components arranged on the module board 92 .
  • 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.
  • the power amplifiers 11 and 12, the integrated circuits 20, 50 and 70, and a plurality of external connection terminals 150 are arranged on the main surface 92b (lower layer).
  • the electronic component including the power amplifier 11 is an example of the fourth electronic component.
  • the power amplifiers 11 and 12 are configured using, for example, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and more specifically, may be manufactured by an 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 integrated circuit 20 is an example of a fifth electronic component, and includes low noise amplifiers 21 and 22 and switches 53 and 55.
  • the integrated circuit 50 is an example of a seventh electronic component and includes a switch 51. Note that switch 51 may be included in integrated circuit 20 or 70 .
  • the integrated circuit 70 is an example of a first electronic component and includes switches 52 and 54 and a PA controller 71.
  • PA controller 71 can receive digital control signals to control power amplifiers 11 and 12 .
  • At least part of the integrated circuit 70 overlaps at least part of the electronic component (second electronic component) including the filter 61 in plan view.
  • Integrated circuit 70 is connected to electronic components including filter 61 through via conductors 922 in module substrate 92 .
  • integrated circuit 70 overlaps at least part of the electronic component (third electronic component) including the filter 62 in plan view.
  • Integrated circuit 70 is connected to electronic components including filter 62 through via conductors 923 in module substrate 92 .
  • 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.
  • An electronic circuit set included in each of the plurality of electronic components arranged on the main surface 92b is formed on the main surface side facing the module substrate 92. Therefore, each of the plurality of electronic components can be cut from the side opposite to the main surface on which the electronic circuit set is formed.
  • machinable power amplifiers 11 and 12 and integrated circuits 20, 50 and 70 are arranged on main surface 92b, filters 61 to 66, and matching circuits (chip inductors) 401, 411 to 413. , 422, 431-433, 441-443, 452 and 461-463 are not arranged.
  • the lower surface of the high frequency module 1A can be machined, and the thickness of the resin member 95 and the integrated circuits 20, 50 and 70 can be reduced.
  • the plurality of external connection terminals 150 include ground terminals 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. Copper post electrodes, for example, can be used as the plurality of external connection terminals 150, but the shape and material are not limited to this.
  • 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.
  • a module substrate 92 arranged facing each other, a plurality of electronic components arranged between and on the main surfaces 91b and 92a, and a plurality of external components arranged on the main surface 92b.
  • a connection terminal 150 and a plurality of inter-board connection terminals 151 disposed between the main surfaces 91 b and 92 a and connecting the module substrate 91 to the module substrate 92 .
  • a second electronic component including an electronic component (integrated circuit 70), a filter 61 connected to the power amplifier 11 via a switch 52, and a third electronic component including a filter 62 connected to the power amplifier 11 via a switch 52.
  • the first electronic component, the second electronic component and the third electronic component are arranged on one of the module substrates 91 and 92 (the module substrate 92 in this embodiment).
  • the plurality of electronic components are arranged in three layers between the main surfaces 91b and 92a (middle layer), on the main surface 91a (upper layer), and on the main surface 92b (lower layer).
  • the area of the high frequency module 1A can be reduced, that is, the size of the high frequency module 1A can be reduced.
  • the first electronic component (integrated circuit 70) including the switch 52 and the second and third electronic components including the filters 61 and 62 connected to the switch 52 are arranged on the same module substrate 92. . Therefore, the board-to-board connection terminals for connecting the switch 52 and the filters 61 and 62 are not required, and the number of required board-to-board connection terminals 151 can be reduced.
  • the wiring length between the switch 52 and the filters 61 and 62 can be shortened, the wiring loss and mismatch loss due to wiring variations can be reduced, and the electrical characteristics of the high frequency module 1A can be improved.
  • the first electronic component integrated circuit 70
  • the first electronic component may be arranged on the main surface 92b.
  • the lower layer can be cut out, so that the height of the high frequency module 1A can be reduced.
  • the second electronic component and the third electronic component may be arranged on the main surface 92a.
  • two electronic components each including the filters 61 and 62 are arranged between the module substrates 91 and 92, so that external noise can be suppressed from entering the filters 61 and 62.
  • At least part of the first electronic component may overlap at least part of the second electronic component in plan view.
  • the distance between the first electronic component and the second electronic component can be shortened, which contributes to shortening the wiring length between the switch 52 and the filter 61.
  • the first electronic component may be connected to the second electronic component through via conductors 922 formed in the module substrate 92.
  • the via conductors 922 can connect the first electronic component and the second electronic component that at least partially overlap each other in a plan view, and the wiring length between the switch 52 and the filter 61 can be further shortened. can contribute.
  • At least part of the first electronic component may overlap at least part of the third electronic component in plan view.
  • the distance between the first electronic component and the third electronic component can be shortened, which contributes to shortening the wiring length between the switch 52 and the filter 62.
  • the first electronic component may be connected to the third electronic component via via conductors 923 formed in the module substrate 92 .
  • the via conductors 923 can connect the first electronic component and the third electronic component that at least partially overlap each other in plan view, and the wiring length between the switch 52 and the filter 62 can be further shortened. can contribute.
  • the plurality of electronic components includes a fourth electronic component including the power amplifier 11, and the fourth electronic component is arranged on the same module substrate 92 as the first electronic component. good too.
  • the fourth electronic component including the power amplifier 11 connected to the switch 52 is placed on the same module substrate 92 as the first electronic component (integrated circuit 70) including the switch 52. Therefore, the board-to-board connection terminals for connecting the switch 52 and the power amplifier 11 are not required, and the required number of the board-to-board connection terminals 151 can be reduced. Furthermore, the wiring length between the switch 52 and the power amplifier 11 can be shortened, the wiring loss and the mismatch loss due to wiring variations can be reduced, and the electrical characteristics of the high frequency module 1A can be improved.
  • the fourth electronic component may be arranged on the main surface 92b.
  • the fourth electronic component including the power amplifier 11 is arranged in the lower layer of the high frequency module 1A, the lower layer is allowed to be cut out, so that the height of the high frequency module 1A can be reduced.
  • the filter 62 may be connected to the low noise amplifier 21 via the switch 52.
  • the switch 52 is used not only to switch the connection of the power amplifier 11 between the two filters 61 and 62, but also to switch the connection of the band B filter 62 for TDD between the power amplifier 11 and the low noise amplifier 21. It can also be used to switch between
  • the low noise amplifier 21 may be connected to the filter 63 via the switch 53 and connected to the filter 62 via the switches 53 and 52.
  • the low noise amplifier 21 can be connected to the filters 62 and 63, and the low noise amplifier can be shared by two bands. Therefore, it is possible to reduce the number of necessary low-noise amplifiers and contribute to miniaturization of the high-frequency module 1A.
  • the plurality of electronic components includes a fifth electronic component (integrated circuit 20) including the switch 53, and the fifth electronic component is mounted on the same module substrate as the first electronic component. may be placed.
  • the fifth electronic component including the switch 53 connected to the switch 52 is placed on the same module substrate 92 as the first electronic component including the switch 52 (integrated circuit 70). Therefore, the board-to-board connection terminal for connecting the switch 52 and the switch 53 becomes unnecessary, and the number of the required board-to-board connection terminals 151 can be reduced. Furthermore, the wiring length between the switches 52 and 53 can be shortened, the wiring loss and the mismatch loss due to wiring variations can be reduced, and the electrical characteristics of the high-frequency module 1A can be improved.
  • the fifth electronic component may include the low-noise amplifier 21.
  • the switch 53 and the low noise amplifier 21 are included in one integrated circuit 20, the number of parts can be reduced, contributing to miniaturization of the high frequency module 1A.
  • the fifth electronic component (integrated circuit 20) may be arranged on the main surface 92b.
  • the lower layer can be machined, so that the height of the high-frequency module 1A can be reduced.
  • the plurality of electronic components may include a sixth electronic component including the filter 63, and the sixth electronic component may be arranged on the main surface 91a.
  • the sixth electronic component including the filter 63 can be arranged on the main surface 91a, and a plurality of electronic components can be arranged in three layers in a well-balanced manner.
  • the plurality of electronic components includes a seventh electronic component (integrated circuit 70) including a switch 51 connected between the filters 61 to 63 and the antenna connection terminal 100.
  • the seventh electronic component may be arranged on the major surface 92b.
  • the switch 51 can be arranged in the vicinity of the external connection terminal 150 functioning as a ground terminal. Therefore, the distortion generated by the switch 51 can be released to the outside of the high frequency module 1A from the nearby ground terminal, thereby improving the signal quality.
  • the filter 61 may have a passband including the uplink operating band of band A for FDD, and the filter 62 may have a passband including band B for TDD.
  • the filter 63 may have a passband that includes the downlink operating band of Band A for FDD.
  • the high-frequency module 1A can support both the FDD band and the TDD band.
  • the first electronic component may include a PA controller 71 that controls the power amplifier 11.
  • the switch 52 and the PA controller 71 are included in one integrated circuit 70, it is possible to reduce the number of parts and contribute to miniaturization of the high frequency module 1A.
  • 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 filter 61 having a passband including the uplink operating band of band A for FDD is used as the first filter, but the first filter is not limited to this.
  • a filter having a passband including the TDD band may be used as the first filter.
  • the filter 62 having a passband including band B for TDD is used as the second filter, but the second filter is not limited to this.
  • the second filter may be a filter having a passband that includes the uplink operating band of the band for FDD.
  • the arrangement of the plurality of electronic components in the above embodiment is an example and is not limited to the above embodiment.
  • the first electronic component (integrated circuit 70) including the switch 52, the second electronic component including the filter 61, and the third electronic component including the filter 62 are not the module substrate 92 but the module. It may be arranged on the substrate 91 .
  • the first electronic component, the second electronic component, and the third electronic component are arranged on the main surfaces facing each other, but this is not the only option.
  • the first electronic component, the second electronic component and/or the third electronic component may be arranged on the same main surface of the same module substrate.
  • the second electronic component and the third electronic component may be arranged on the main surfaces facing each other of the same module substrate.
  • the present invention is not limited to this.
  • bump electrodes may be used as the external connection terminals 150 .
  • the high frequency module does not need to include the resin member 95 .
  • switch 51 is included in the integrated circuit 50 in the above embodiment, it is not limited to this.
  • switch 51 may be included in integrated circuit 20 . According to this, since the switch 51 is included in the integrated circuit 20 in addition to the low noise amplifier 21 and the switch 53, it is possible to reduce the number of parts and contribute to miniaturization of the high frequency module 1A.
  • 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.

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(92b)上に配置された複数の外部接続端子(150)と、主面(91b及び92a)の間に配置され、モジュール基板(91)をモジュール基板(92)に接続する複数の基板間接続端子(151)と、スイッチ(52)を含む第1電子部品(集積回路(70))と、スイッチ(52)を介して電力増幅器(11)に接続されるフィルタ(61)を含む第2電子部品と、スイッチ(52)を介して電力増幅器(11)に接続されるフィルタ(62)を含む第3電子部品と、を備え、第1電子部品、第2電子部品及び第3電子部品は、同じモジュール基板に配置されている。

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に複数の電子部品が配置されるため、2つのモジュール基板を接続する基板間接続端子の数が増え、小型化が難しくなる場合がある。
 そこで、本発明は、2つのモジュール基板を接続する基板間接続端子の数を削減し、小型化を図ることができる高周波モジュール及び通信装置を提供する。
 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、第2主面及び第3主面の間に配置され、第1モジュール基板を第2モジュール基板に接続する複数の基板間接続端子と、を備え、複数の電子部品は、第1スイッチを含む第1電子部品と、第1スイッチを介して電力増幅器に接続される第1フィルタを含む第2電子部品と、第1スイッチを介して電力増幅器に接続される第2フィルタを含む第3電子部品と、を含み、第1電子部品、第2電子部品及び第3電子部品は、第1モジュール基板及び第2モジュール基板のうちの一方に配置されている。
 本発明の一態様に係る高周波モジュールによれば、2つのモジュール基板を接続する基板間接続端子の数を削減し、小型化を図ることができる。
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3は、実施例に係る高周波モジュールの第3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4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を意味し、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、及び、部品の一部のみが基板内に配置されていることを含まない。「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。高周波回路1は、RFIC3から、制御端子131を介して、電力増幅器11及び12を制御するためのデジタル信号を受けることができる。
 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。
 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。
 なお、電力増幅器11は、第2パワークラスよりも高い最大出力パワーを許容する第1パワークラスに対応してもよい。この場合、電力増幅器11は、第1パワークラスが許容する最大出力パワーを満たすパワーまで送信信号を増幅することができる。また、電力増幅器12は、第1パワークラスよりも低い最大出力パワーを許容する第2パワークラスに対応してもよい。この場合、電力増幅器12は、第2パワークラスが許容する最大出力パワーを満たすパワーまで送信信号を増幅することができる。
 パワークラスとは、最大出力パワーなどで定義される端末の出力パワーの分類であり、パワークラスの値が小さいほど高いパワーの出力に対応することを示す。例えば、3GPPでは、パワークラス1の最大出力パワーは31dBmであり、パワークラス1.5の最大出力パワーは29dBmであり、パワークラス2の最大出力パワーは26dBmであり、パワークラス3の最大出力パワーは23dBmである。
 端末の最大出力パワーは、端末のアンテナ端における出力パワーで定義される。端末の最大出力パワーの測定は、例えば、3GPP等によって定義された方法で行われる。例えば、図1において、アンテナ2における放射パワーを測定することで最大出力パワーが測定される。なお、放射パワーの測定の代わりに、アンテナ2の近傍に端子を設けて、その端子に計測器(例えばスペクトルアナライザなど)を接続することで、アンテナ2の出力パワーを測定することもできる。
 なお、電力増幅器が対応するパワークラスは、電力増幅器の最大出力パワーにより特定することができる。例えば、パワークラス1に対応する電力増幅器の最大出力パワーは31dBmよりも大きい。一般的に、電力増幅器の最大出力パワーは、電力増幅器を構成する半導体デバイスのサイズ及び半導体材料に依存する。例えば、最大出力パワーが高いほど半導体デバイスのサイズが増大する。したがって、同じ半導体材料で構成された2つの電力増幅器のための半導体デバイスのサイズを比較することで、2つの電力増幅器が対応するパワークラスの相対的な比較を行うことができる場合もある。また、例えば、最大出力パワーが高い電力増幅器を構成する半導体デバイスには、ハイパワー用の特別な半導体材料(例えば、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)等)が用いられる場合がある。したがって、2つの半導体デバイスに用いられた半導体材料を比較することで、2つの電力増幅器が対応するパワークラスの相対的な比較を行うことができる場合もある。
 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。
 なお、本実施の形態では、フィルタ62及び63は、同じ低雑音増幅器21に接続されるが、これに限定されない。例えば、フィルタ62及び63は、それぞれ異なる低雑音増幅器に接続されてもよい。この場合、高周波回路1は、スイッチ53を備えなくてもよい。
 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、インダクタを含み、さらにキャパシタを含んでもよい。
 スイッチ51は、第2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、第1スイッチの一例であり、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、第3スイッチの一例であり、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)用のバンド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2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)用のバンド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。なお、バンドBは、バンドAと、同時送信可能であってもよく、同時送信不可能であってもよい。
 フィルタ63(A-Rx)は、第3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用のバンド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、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用のバンド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、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用のバンド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、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用のバンド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。例えば、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。
 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2~図5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2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3は、本実施例に係る高周波モジュール1Aの主面92aの平面図であり、z軸正側からモジュール基板92の主面92a側を透視した図である。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5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5における高周波モジュール1Aの断面は、図2~図4のv-v線における断面である。
 なお、図2~図5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は一部を除いて省略されている。また、図2~図4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91内には、グランド電極パターン911が形成されている。グランド電極パターン911は、グランド端子に接続され、グランド電位に設定される。
 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92内には、グランド電極パターン921並びにビア導体922及び923が形成されている。グランド電極パターン921は、グランド端子に接続され、グランド電位に設定される。
 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。
 なお、図2~図5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及び92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)基板もしくは高温同時焼成セラミックス(HTCC:High Temperature Co-fired Ceramics)基板、部品内蔵基板、再配線層(RDL:Redistribution Layer)を有する基板、又は、プリント基板等を用いることができるが、これらに限定されない。
 主面91a上(上層)には、整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463と、フィルタ63及び66と、が配置されている。
 整合回路401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463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。チップインダクタは、主面91a上に配置され、主面91b及び92aの間と主面92b上とには配置されていない。つまり、チップインダクタは、3つの階層のうち上層のみに配置されている。
 なお、各整合回路は、チップインダクタだけでなく、チップキャパシタを含んでもよく、チップキャパシタの配置は特に限定されない。また、整合回路のいくつかは、表面実装されなくてもよい。例えば、整合回路に含まれるインダクタ及び/又はキャパシタは、モジュール基板91及び/又は92内に形成されてもよい。
 フィルタ63を含む電子部品は、第6電子部品の一例である。フィルタ63及び66の各々を含む電子部品は、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。
 なお、図5では、フィルタを含む電子部品は、チップインダクタよりも高さが低いが、これに限定されない。例えば、フィルタを含む電子部品は、チップインダクタよりも高い又は同じ高さであってもよい。この場合、フィルタを含む電子部品を、シールド電極層96と接触させてもよい。これにより、フィルタを含む電子部品の放熱性を向上させて、フィルタの温度特性を改善することができる。
 樹脂部材93は、主面91aと主面91a上の電子部品とを覆っている。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61、62、64及び65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61を含む電子部品は、第2電子部品の一例であり、フィルタ62を含む電子部品は、第3電子部品の一例である。フィルタ61、62、64及び65の各々を含む電子部品は、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、フィルタ61、62、64及び65をそれぞれ含む複数の電子部品は、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の主面92aに電気的に接続されている。
 複数の基板間接続端子151は、モジュール基板91をモジュール基板92に接続する。つまり、複数の基板間接続端子151は、モジュール基板91に配置された電子部品とモジュール基板92に配置された電子部品とを電気的に接続する。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、電力増幅器11及び12と、集積回路20、50及び70と、複数の外部接続端子150と、が配置されている。
 電力増幅器11を含む電子部品は、第4電子部品の一例である。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。
 集積回路20は、第5電子部品の一例であり、低雑音増幅器21及び22と、スイッチ53及び55と、を含む。
 集積回路50は、第7電子部品の一例であり、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70は、第1電子部品の一例であり、スイッチ52及び54とPA制御器71とを含む。PA制御器71は、デジタル制御信号を受けて、電力増幅器11及び12を制御することができる。
 集積回路70(第1電子部品)の少なくとも一部は、平面視において、フィルタ61を含む電子部品(第2電子部品)の少なくとも一部と重なっている。集積回路70は、モジュール基板92内のビア導体922を介してフィルタ61を含む電子部品に接続されている。
 さらに、集積回路70(第1電子部品)の少なくとも一部は、平面視において、フィルタ62を含む電子部品(第3電子部品)の少なくとも一部と重なっている。集積回路70は、モジュール基板92内のビア導体923を介してフィルタ62を含む電子部品に接続されている。
 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。
 主面92b上に配置された複数の電子部品の各々に含まれる電子回路セットは、モジュール基板92と対面する主面側に形成されている。したがって、複数の電子部品の各々は、電子回路セットが形成された主面と反対側から削られ得る。
 このように、主面92b上には、削り出し可能な電力増幅器11及び12並びに集積回路20、50及び70が配置され、フィルタ61~66、及び、整合回路(チップインダクタ)401、411~413、422、431~433、441~443、452及び461~463が配置されない。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、50及び70との厚みを減少させることができる。
 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。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。
 樹脂部材95は、主面92bと主面92b上の電子部品とを覆っている。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上に配置された複数の外部接続端子150と、主面91b及び92aの間に配置され、モジュール基板91をモジュール基板92に接続する複数の基板間接続端子151と、を備え、複数の電子部品は、スイッチ52を含む第1電子部品(集積回路70)と、スイッチ52を介して電力増幅器11に接続されるフィルタ61を含む第2電子部品と、スイッチ52を介して電力増幅器11に接続されるフィルタ62を含む第3電子部品と、を含み、第1電子部品、第2電子部品及び第3電子部品は、モジュール基板91及び92のうちの一方(本実施例ではモジュール基板92)に配置されている。
 これによれば、複数の電子部品が主面91b及び92aの間(中層)と主面91a上(上層)と主面92b上(下層)との3つの階層に配置されるので、平面視における高周波モジュール1Aの小面積化、つまり高周波モジュール1Aの小型化を図ることができる。また、スイッチ52を含む第1電子部品(集積回路70)と、スイッチ52に接続されるフィルタ61及び62をそれぞれ含む第2電子部品及び第3電子部品とが、同じモジュール基板92に配置される。したがって、スイッチ52とフィルタ61及び62とを接続するための基板間接続端子が不要となり、必要な基板間接続端子151の数を削減することができる。さらに、スイッチ52とフィルタ61及び62との間の配線長を短縮することができ、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損を低減して高周波モジュール1Aの電気特性を改善することができる。
 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、第1電子部品(集積回路70)は、主面92b上に配置されてもよい。
 これによれば、スイッチ52を含む集積回路70が高周波モジュール1Aの下層に配置されても下層の削り出しが許容されるので、高周波モジュール1Aの低背化を図ることができる。
 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、第2電子部品及び第3電子部品は、主面92a上に配置されてもよい。
 これによれば、フィルタ61及び62をそれぞれ含む2つの電子部品がモジュール基板91及び92の間に配置されるので、フィルタ61及び62に外来ノイズが侵入することを抑制することができる。
 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、第1電子部品の少なくとも一部は、平面視において第2電子部品の少なくとも一部と重なってもよい。
 これによれば、第1電子部品及び第2電子部品間の距離を短縮することができ、スイッチ52とフィルタ61との間の配線長の短縮に貢献することができる。
 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、第1電子部品は、モジュール基板92内に形成されたビア導体922を介して第2電子部品に接続されてもよい。
 これによれば、平面視において少なくとも部分的に重なる第1電子部品及び第2電子部品の間をビア導体922で接続することができ、スイッチ52とフィルタ61との間の配線長のさらなる短縮に貢献することができる。
 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、第1電子部品の少なくとも一部は、平面視において第3電子部品の少なくとも一部と重なってもよい。
 これによれば、第1電子部品及び第3電子部品間の距離を短縮することができ、スイッチ52とフィルタ62との間の配線長の短縮に貢献することができる。
 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、第1電子部品は、モジュール基板92内に形成されたビア導体923を介して第3電子部品に接続されてもよい。
 これによれば、平面視において少なくとも部分的に重なる第1電子部品及び第3電子部品の間をビア導体923で接続することができ、スイッチ52とフィルタ62との間の配線長のさらなる短縮に貢献することができる。
 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、電力増幅器11を含む第4電子部品を含み、第4電子部品は、第1電子部品と同じモジュール基板92に配置されてもよい。
 これによれば、スイッチ52に接続された電力増幅器11を含む第4電子部品が、スイッチ52を含む第1電子部品(集積回路70)と同じモジュール基板92に配置される。したがって、スイッチ52と電力増幅器11とを接続するための基板間接続端子が不要となり、必要な基板間接続端子151の数を削減することができる。さらに、スイッチ52と電力増幅器11との間の配線長を短縮することができ、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損を低減して高周波モジュール1Aの電気特性を改善することができる。
 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、第4電子部品は、主面92b上に配置されてもよい。
 これによれば、電力増幅器11を含む第4電子部品が高周波モジュール1Aの下層に配置されても下層の削り出しが許容されるので、高周波モジュール1Aの低背化を図ることができる。
 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、フィルタ62は、スイッチ52を介して低雑音増幅器21に接続されてもよい。
 これによれば、スイッチ52を電力増幅器11の接続を2つのフィルタ61及び62の間で切り替えるためだけでなく、TDD用のバンドBのフィルタ62の接続を電力増幅器11及び低雑音増幅器21の間で切り替えるためにも用いることができる。
 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は、スイッチ53を介してフィルタ63に接続され、スイッチ53及び52を介してフィルタ62に接続されてもよい。
 これによれば、低雑音増幅器21をフィルタ62及び63に接続することができ、低雑音増幅器を2つのバンドで共用することができる。したがって、必要な低雑音増幅器の数を削減して、高周波モジュール1Aの小型化に貢献することができる。
 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、スイッチ53を含む第5電子部品(集積回路20)を含み、第5電子部品は、第1電子部品と同じモジュール基板に配置されてもよい。
 これによれば、スイッチ52に接続されるスイッチ53を含む第5電子部品が、スイッチ52を含む第1電子部品(集積回路70)と同じモジュール基板92に配置される。したがって、スイッチ52とスイッチ53とを接続するための基板間接続端子が不要となり、必要な基板間接続端子151の数を削減することができる。さらに、スイッチ52とスイッチ53との間の配線長を短縮することができ、配線ロス及び配線ばらつきによる不整合損を低減して高周波モジュール1Aの電気特性を改善することができる。
 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、第5電子部品(集積回路20)は、低雑音増幅器21を含んでもよい。
 これによれば、スイッチ53と低雑音増幅器21とが1つの集積回路20に含まれるので、部品点数を削減して、高周波モジュール1Aの小型化に貢献することができる。
 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、第5電子部品(集積回路20)は、主面92b上に配置されてもよい。
 これによれば、低雑音増幅器21を含む集積回路20が高周波モジュール1Aの下層に配置されても下層の削り出しが許容されるので、高周波モジュール1Aの低背化を図ることができる。
 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、フィルタ63を含む第6電子部品を含み、第6電子部品は、主面91a上に配置されてもよい。
 これによれば、フィルタ63を含む第6電子部品を主面91a上に配置することができ、複数の電子部品を、3つの階層にバランスよく配置することができる。
 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、フィルタ61~63とアンテナ接続端子100との間に接続されたスイッチ51を含む第7電子部品(集積回路70)を含み、第7電子部品は、主面92b上に配置されてもよい。
 これによれば、グランド端子として機能する外部接続端子150の近傍にスイッチ51を配置することができる。したがって、スイッチ51で発生した歪みを近傍のグランド端子から高周波モジュール1Aの外部に放出することができ、信号品質の向上を図ることができる。
 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、フィルタ61は、FDD用のバンドAのアップリンク動作バンドを含む通過帯域を有してもよく、フィルタ62は、TDD用のバンドBを含む通過帯域を有してもよく、フィルタ63は、FDD用のバンドAのダウンリンク動作バンドを含む通過帯域を有してもよい。
 これによれば、高周波モジュール1AでFDD用バンド及びTDD用バンドの両方に対応することができる。
 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、第1電子部品(集積回路70)は、電力増幅器11を制御するPA制御器71を含んでもよい。
 これによれば、スイッチ52とPA制御器71とが1つの集積回路70に含まれるので、部品点数を削減して、高周波モジュール1Aの小型化に貢献することができる。
 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、上記実施の形態では、第1フィルタとして、FDD用のバンドAのアップリンク動作バンドを含む通過帯域を有するフィルタ61が用いられていたが、第1フィルタは、これに限定されない。例えば、第1フィルタとして、TDD用バンドを含む通過帯域を有するフィルタが用いられてもよい。
 また、上記実施の形態では、第2フィルタとして、TDD用のバンドBを含む通過帯域を有するフィルタ62が用いられていたが、第2フィルタは、これに限定されない。例えば、第2フィルタとして、FDD用バンドのアップリンク動作バンドを含む通過帯域を有するフィルタが用いられてもよい。
 なお、上記実施例における複数の電子部品の配置は、例示であり、上記実施例に限定されない。例えば、上記実施例において、スイッチ52を含む第1電子部品(集積回路70)と、フィルタ61を含む第2電子部品と、フィルタ62を含む第3電子部品とは、モジュール基板92ではなく、モジュール基板91に配置されてもよい。
 また、上記実施例では、第1電子部品と、第2電子部品及び第3電子部品とは、互いに対向する主面上に配置されていたが、これに限定されない。例えば、第1電子部品と、第2電子部品及び/又は第3電子部品とは、同じモジュール基板の同じ主面上に配置されてもよい。また、第2電子部品及び第3電子部品は、同じモジュール基板の互いに対向する主面上に配置されてもよい。
 なお、上記各実施例において、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、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。
 なお、上記実施例では、スイッチ51は、集積回路50に含まれていたが、これに限定されない。例えば、スイッチ51は、集積回路20に含まれてもよい。これによれば、低雑音増幅器21及びスイッチ53に加えてスイッチ51が集積回路20に含まれるので、部品点数を削減して、高周波モジュール1Aの小型化に貢献することができる。
 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
 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 グランド電極パターン
 922、923 ビア導体
 1000 マザー基板

Claims (20)

  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、
     前記第2主面及び前記第3主面の間に配置され、前記第1モジュール基板を前記第2モジュール基板に接続する複数の基板間接続端子と、を備え、
     前記複数の電子部品は、
     第1スイッチを含む第1電子部品と、
     前記第1スイッチを介して電力増幅器に接続される第1フィルタを含む第2電子部品と、
     前記第1スイッチを介して前記電力増幅器に接続される第2フィルタを含む第3電子部品と、を含み、
     前記第1電子部品、前記第2電子部品及び前記第3電子部品は、前記第1モジュール基板及び前記第2モジュール基板のうちの一方に配置されている、
     高周波モジュール。
  2.  前記第1電子部品は、前記第4主面上に配置されている、
     請求項1に記載の高周波モジュール。
  3.  前記第2電子部品及び前記第3電子部品は、前記第3主面上に配置されている、
     請求項2に記載の高周波モジュール。
  4.  前記第1電子部品の少なくとも一部は、平面視において前記第2電子部品の少なくとも一部と重なっている、
     請求項3に記載の高周波モジュール。
  5.  前記第1電子部品は、前記第2モジュール基板内に形成されたビア導体を介して前記第2電子部品に接続されている、
     請求項4に記載の高周波モジュール。
  6.  前記第1電子部品の少なくとも一部は、平面視において前記第3電子部品の少なくとも一部と重なっている、
     請求項3~5のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  7.  前記第1電子部品は、前記第2モジュール基板内に形成されたビア導体を介して前記第3電子部品に接続されている、
     請求項6に記載の高周波モジュール。
  8.  前記複数の電子部品は、前記電力増幅器を含む第4電子部品を含み、
     前記第4電子部品は、前記第1電子部品と同じモジュール基板に配置されている、
     請求項1~7のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  9.  前記第4電子部品は、前記第4主面上に配置されている、
     請求項8に記載の高周波モジュール。
  10.  前記第2フィルタは、前記第1スイッチを介して低雑音増幅器に接続される、
     請求項1~9のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  11.  前記低雑音増幅器は、第3スイッチを介して第3フィルタに接続され、前記第3スイッチ及び前記第1スイッチを介して前記第2フィルタに接続される、
     請求項10に記載の高周波モジュール。
  12.  前記複数の電子部品は、前記第3スイッチを含む第5電子部品を含み、
     前記第5電子部品は、前記第1電子部品と同じモジュール基板に配置されている、
     請求項11に記載の高周波モジュール。
  13.  前記第5電子部品は、前記低雑音増幅器を含む、
     請求項12に記載の高周波モジュール。
  14.  前記第5電子部品は、前記第4主面上に配置されている、
     請求項13に記載の高周波モジュール。
  15.  前記複数の電子部品は、前記第3フィルタを含む第6電子部品を含み、
     前記第6電子部品は、前記第1主面上に配置されている、
     請求項12~14のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  16.  前記複数の電子部品は、前記第1フィルタ、前記第2フィルタ及び前記第3フィルタとアンテナ接続端子との間に接続された第2スイッチを含む第7電子部品を含み、
     前記第7電子部品は、前記第4主面上に配置されている、
     請求項15に記載の高周波モジュール。
  17.  前記第5電子部品は、前記第1フィルタ、前記第2フィルタ及び前記第3フィルタとアンテナ接続端子との間に接続された第2スイッチを含む、
     請求項12~16のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  18.  前記第1フィルタは、周波数分割複信用バンドのアップリンク動作バンドを含む通過帯域を有し、
     前記第2フィルタは、時分割複信用バンドを含む通過帯域を有し、
     前記第3フィルタは、前記周波数分割複信用バンドのダウンリンク動作バンドを含む通過帯域を有する、
     請求項11~17のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  19.  前記第1電子部品は、前記電力増幅器を制御するPA制御器を含む、
     請求項1~18のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  20.  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1~19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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