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JP2021048565A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

高周波モジュールおよび通信装置 Download PDF

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Takayuki Shinozaki
崇行 篠崎
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Abstract

【課題】複数の通信バンドの高周波信号を同時受信する場合に受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールを提供する。【解決手段】高周波モジュール1は、第1受信信号と第2受信信号とを同時受信する。高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、第1半導体IC25に形成され、第1受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21と、第1半導体IC25と異なる第2半導体IC26に形成され、第2受信信号を増幅する受信低雑音増幅器23と、主面91bに配置され、外部接続端子150と、を備え、第1半導体IC25および第2半導体IC26の少なくとも一方は、主面91bに配置されている。【選択図】図2A

Description

本発明は、高周波モジュールおよ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回路を構成する回路素子の配置構成が複雑化されている。
特許文献1には、両面実装可能な配線基板の上面にフィルタが実装され、下面に送信電力増幅器および受信低雑音増幅器が実装された構成を有する半導体モジュールが開示されている。送信電力増幅器および受信低雑音増幅器はそれぞれ、半導体チップで構成されている。
特開2011−40602号公報
しかしながら、特許文献1に開示された半導体モジュールにおいて、複数の通信バンドによる同時受信を実行しようとする場合、異なる通信バンドの高周波信号を受信する受信経路同士のアイソレーションを確保しなければならない。上記受信経路同士のアイソレーションが低下すると、各通信バンドにおける受信感度が低下するという問題が発生する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、複数の通信バンドの高周波信号を同時受信する場合に受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールおよびそれを備えた通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波モジュールは、第1受信信号と第2受信信号とを同時受信する高周波モジュールであって、互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、第1半導体ICに形成され、前記第1受信信号を増幅する第1受信低雑音増幅器と、前記第1半導体ICと異なる第2半導体ICに形成され、前記第2受信信号を増幅する第2受信低雑音増幅器と、前記第2主面に配置された外部接続端子と、を備え、前記第1半導体ICおよび前記第2半導体ICの少なくとも一方は、前記第2主面に配置されている。
本発明によれば、複数の通信バンドの高周波信号を同時受信する場合に受信感度の劣化が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することが可能となる。
実施の形態に係る高周波モジュールの回路構成図である。 実施例1に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例1に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。 実施例2に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例2に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。
以下、本発明の実施の形態につ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等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例及び変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
また、以下において、平行及び垂直等の要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状等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%程度の差異をも含むことを意味する。
また、以下において、基板に実装されたA、B及びCにおいて、「基板(又は基板の主面)の平面視において、AとBとの間にCが配置されている」とは、基板の平面視においてA内の任意の点とB内の任意の点とを結ぶ直線がCの領域を通ることを意味する。また、基板の平面視とは、基板および基板に実装された回路素子を基板に平行な平面に正投影して見ることを意味する。
また、以下において、「送信経路」とは、高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「受信経路」とは、高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「信号経路」とは、高周波信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。
(実施の形態)
[1.高周波モジュール1および通信装置5の回路構成]
図1は、実施の形態1に係る高周波モジュール1の回路構成図である。同図に示すように、通信装置5は、高周波モジュール1と、アンテナ2と、RF信号処理回路(RFIC)3と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)4と、を備える。
RFIC3は、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC3は、高周波モジュール1の受信経路を介して入力された受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、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などにより信号処理し、当該信号処理して生成された送信信号を、高周波モジュール1の送信経路に出力する。
BBIC4は、高周波モジュール1を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回路である。BBIC4で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
また、RFIC3は、使用される通信バンド(周波数帯域)に基づいて、高周波モジュール1が有するスイッチ51、52および55の接続を制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、制御信号(図示せず)により高周波モジュール1が有するスイッチ51〜55の接続を切り替える。なお、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、高周波モジュール1またはBBIC4に設けられていてもよい。
また、RFIC3は、高周波モジュール1が有する受信低雑音増幅器21〜24の利得などを制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、MIPIおよびGPIOなどのディジタル制御信号を高周波モジュール1の制御信号端子に出力する。また、RFIC3は、受信低雑音増幅器21〜24に供給される電源電圧Vccおよびバイアス電圧Vbiasのための直流電圧信号VDCを高周波モジュール1の制御信号端子に出力する。高周波モジュール1の制御回路80は、制御信号端子を介して入力されたディジタル制御信号および直流電圧信号によって、受信低雑音増幅器21〜24の利得などを調整する。なお、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、BBIC4に設けられていてもよい。
アンテナ2は、高周波モジュール1のアンテナ接続端子100に接続され、高周波モジュール1から出力された高周波信号を放射し、また、外部からの高周波信号を受信して高周波モジュール1へ出力する。
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およびBBIC4は、必須の構成要素ではない。
次に、高周波モジュール1の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、高周波モジュール1は、アンテナ接続端子100と、送信電力増幅器11および12と、受信低雑音増幅器21、22、23および24と、送信フィルタ61T、62T、63Tおよび64Tと、受信フィルタ61R、62R、63Rおよび64Rと、送信出力整合回路30と、受信入力整合回路40と、整合回路71、72、73および74と、スイッチ51、52、および55と、ダイプレクサ60と、制御回路80と、を備える。
アンテナ接続端子100は、アンテナ2に接続されるアンテナ共通端子である。
送信電力増幅器11は、送信入力端子111から入力された第1周波数帯域群に属する通信バンドA(第1通信バンド)の第1送信信号および通信バンドB(第3通信バンド)の第3送信信号を増幅する増幅器である。また、送信電力増幅器12は、送信入力端子112から入力された、第1周波数帯域群と周波数が異なる第2周波数帯域群に属する通信バンドC(第2通信バンド)の第2送信信号および通信バンドD(第4通信バンド)の第4送信信号を増幅する増幅器である。
受信低雑音増幅器21は、通信バンドA(第1通信バンド)の第1受信信号を低雑音で増幅し、受信出力端子121へ出力する増幅器である。受信低雑音増幅器22は、通信バンドB(第3通信バンド)の第3受信信号を低雑音で増幅し、受信出力端子122へ出力する増幅器である。受信低雑音増幅器23は、通信バンドC(第2通信バンド)の第2受信信号を低雑音で増幅し、受信出力端子123へ出力する増幅器である。受信低雑音増幅器24は、通信バンドD(第4通信バンド)の第4受信信号を低雑音で増幅し、受信出力端子124へ出力する増幅器である。
受信低雑音増幅器21および22は、第1半導体IC(Integrated Circuit)25に形成されている。つまり、受信低雑音増幅器21および22は、1つの半導体チップに形成されている。また、受信低雑音増幅器23および24は、第2半導体IC26に形成されている。つまり、受信低雑音増幅器23および24は、1つの半導体チップに形成されている。
第1半導体IC25および第2半導体IC26のそれぞれは、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成されている。具体的には、SOI(Silicon On Insulator)プロセスにより形成されている。これにより、半導体ICを安価に製造することが可能となる。なお、第1半導体IC25および第2半導体IC26のそれぞれは、GaAs、SiGeおよびGaNの少なくともいずれかで構成されていてもよい。これにより、高品質な増幅性能および雑音性能を有する高周波信号を出力することが可能となる。
なお、受信低雑音増幅器21と受信低雑音増幅器22とは、異なる半導体ICに形成されていてもよい。また、受信低雑音増幅器23と受信低雑音増幅器24とは、異なる半導体ICに形成されていてもよい。
制御回路80は、制御信号端子を介して入力されたディジタル制御信号MIPIおよびGPIOおよび直流電圧信号によって、受信低雑音増幅器21〜24の利得などを調整する。制御回路80は、第1半導体IC25または第2半導体IC26に形成されていてもよい。
送信フィルタ61Tは、第1送信フィルタの一例であり、送信電力増幅器11とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路ATに配置され、送信電力増幅器11で増幅された送信信号のうち、通信バンドAの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ62Tは、第3送信フィルタの一例であり、送信電力増幅器11とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路BTに配置され、送信電力増幅器11で増幅された送信信号のうち、通信バンドBの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ63Tは、第2送信フィルタの一例であり、送信電力増幅器12とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路CTに配置され、送信電力増幅器12で増幅された送信信号のうち、通信バンドCの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ64Tは、第4送信フィルタの一例であり、送信電力増幅器12とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路DTに配置され、送信電力増幅器12で増幅された送信信号のうち、通信バンドDの送信帯域の送信信号を通過させる。
受信フィルタ61Rは、第1受信フィルタの一例であり、受信低雑音増幅器21とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路ARに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドAの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ62Rは、第3受信フィルタの一例であり、受信低雑音増幅器22とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路BRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドBの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ63Rは、第2受信フィルタの一例であり、受信低雑音増幅器23とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路CRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドCの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ64Rは、第4受信フィルタの一例であり、受信低雑音増幅器24とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路DRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドDの受信帯域の受信信号を通過させる。
デュプレクサ61は、第1デュプレクサの一例であり、送信フィルタ61Tおよび受信フィルタ61Rで構成されている。また、デュプレクサ62は、第3デュプレクサの一例であり、送信フィルタ62Tおよび受信フィルタ62Rで構成されている。また、デュプレクサ63は、第2デュプレクサの一例であり、送信フィルタ63Tおよび受信フィルタ63Rで構成されている。また、デュプレクサ64は、第4デュプレクサの一例であり、送信フィルタ64Tおよび受信フィルタ64Rで構成されている。
送信経路ATは、通信バンドAの送信信号を伝送する。送信経路ATの一端は送信電力増幅器11の出力端子に接続され、送信経路ATの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信経路BTは、通信バンドBの送信信号を伝送する。送信経路BTの一端は送信電力増幅器11の出力端子に接続され、送信経路BTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信経路CTは、通信バンドCの送信信号を伝送する。送信経路CTの一端は送信電力増幅器12の出力端子に接続され、送信経路CTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信経路DTは、通信バンドDの送信信号を伝送する。送信経路DTの一端は送信電力増幅器12の出力端子に接続され、送信経路DTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。
受信経路ARは、通信バンドAの受信信号を伝送する。受信経路ARの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路ARの他端は受信低雑音増幅器21の入力端子に接続されている。受信経路BRは、通信バンドBの受信信号を伝送する。受信経路BRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路BRの他端は受信低雑音増幅器22の入力端子に接続されている。受信経路CRは、通信バンドCの受信信号を伝送する。受信経路CRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路CRの他端は受信低雑音増幅器23の入力端子に接続されている。受信経路DRは、通信バンドDの受信信号を伝送する。受信経路DRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路DRの他端は受信低雑音増幅器24の入力端子に接続されている。
送信出力整合回路30は、整合回路31および32を有する。整合回路31は、送信電力増幅器11と送信フィルタ61Tおよび62Tとを結ぶ送信経路に配置され、送信電力増幅器11と送信フィルタ61Tおよび62Tとのインピーダンス整合をとる。整合回路32は、送信電力増幅器12と送信フィルタ63Tおよび64Tとを結ぶ送信経路に配置され、送信電力増幅器12と送信フィルタ63Tおよび64Tとのインピーダンス整合をとる。
受信入力整合回路40は、整合回路41、42、43および44を有する。整合回路41は、受信低雑音増幅器21と受信フィルタ61Rとを結ぶ受信経路ARに配置され、受信低雑音増幅器21と受信フィルタ61Rとのインピーダンス整合をとる。整合回路42は、受信低雑音増幅器22と受信フィルタ62Rとを結ぶ受信経路BRに配置され、受信低雑音増幅器22と受信フィルタ62Rとのインピーダンス整合をとる。整合回路43は、受信低雑音増幅器23と受信フィルタ63Rとを結ぶ受信経路CRに配置され、受信低雑音増幅器23と受信フィルタ63Rとのインピーダンス整合をとる。整合回路44は、受信低雑音増幅器24と受信フィルタ64Rとを結ぶ受信経路DRに配置され、受信低雑音増幅器24と受信フィルタ64Rとのインピーダンス整合をとる。
スイッチ51は、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ51の共通端子は、整合回路31を介して送信電力増幅器11の出力端子に接続されている。スイッチ51の一方の選択端子は送信経路ATに配置されたデュプレクサ61に接続され、スイッチ51の他方の選択端子は送信経路BTに配置されたデュプレクサ62に接続されている。この接続構成において、スイッチ51は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ51は、送信電力増幅器11とデュプレクサ61および62との接続および非接続を切り替える。スイッチ51は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ52は、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ52の共通端子は、整合回路32を介して送信電力増幅器12の出力端子に接続されている。スイッチ52の一方の選択端子は送信経路CTに配置されたデュプレクサ63に接続され、スイッチ52の他方の選択端子は送信経路DTに配置されたデュプレクサ64に接続されている。この接続構成において、スイッチ52は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ52は、送信電力増幅器12とデュプレクサ63および64との接続および非接続を切り替える。スイッチ52は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
なお、受信低雑音増幅器21および22は、第1周波数帯域群の受信信号を増幅可能な1つの受信低雑音増幅器で構成されていてもよい。この場合には、上記1つの受信低雑音増幅器と受信経路ARおよびBRとの接続を切り替えるスイッチが、上記1つの受信低雑音増幅器と受信経路ARおよびBRとの間に配置されていてもよい。
また、受信低雑音増幅器23および24は、第2周波数帯域群の受信信号を増幅可能な1つの受信低雑音増幅器で構成されていてもよい。この場合には、上記1つの受信低雑音増幅器と受信経路CRおよびDRとの接続を切り替えるスイッチが、上記1つの受信低雑音増幅器と受信経路CRおよびDRとの間に配置されていてもよい。
スイッチ55は、アンテナスイッチの一例であり、ダイプレクサ60を介してアンテナ接続端子100に接続され、(1)アンテナ接続端子100とデュプレクサ61との接続および非接続、(2)アンテナ接続端子100とデュプレクサ62との接続および非接続、(3)アンテナ接続端子100とデュプレクサ63との接続および非接続、ならびに(4)アンテナ接続端子100とデュプレクサ64との接続および非接続、を切り替える。なお、スイッチ55は、上記(1)〜(4)のうちの2以上の接続を同時に行うことが可能なマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
整合回路71は、スイッチ55とデュプレクサ61とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ61とのインピーダンス整合をとる。整合回路72は、スイッチ55とデュプレクサ62とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ62とのインピーダンス整合をとる。整合回路73は、スイッチ55とデュプレクサ63とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ63とのインピーダンス整合をとる。整合回路74は、スイッチ55とデュプレクサ64とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ64とのインピーダンス整合をとる。
ダイプレクサ60は、マルチプレクサの一例であり、フィルタ60Lおよび60Hで構成されている。フィルタ60Lは、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群を含む周波数範囲を通過帯域とするフィルタであり、フィルタ60Hは、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群と周波数が異なる他の周波数帯域群を含む周波数範囲を通過帯域とするフィルタである。フィルタ60Lの一方の端子とフィルタ60Hの一方の端子とは、アンテナ接続端子100に共通接続されている。フィルタ60Lおよび60Hのそれぞれは、例えば、チップ状のインダクタおよびキャパシタの少なくとも一方で構成されたLCフィルタである。なお、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群が上記他の周波数帯域群より低周波数側に位置する場合には、フィルタ60Lはローパスフィルタであってもよく、また、フィルタ60Hはハイパスフィルタであってもよい。
なお、上記の送信フィルタ61T〜64Tおよび受信フィルタ61R〜64Rは、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、LC共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかであってもよく、さらには、これらには限定されない。
また、送信電力増幅器11および12、ならびに、受信低雑音増幅器21〜24は、例えば、Si系のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはGaAsを材料とした、電界効果型トランジスタ(FET)またはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)などで構成されている。
なお、整合回路31、32、41〜44、71〜74、ダイプレクサ60、ならびにスイッチ51、52および55は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
上記高周波モジュール1の構成において、送信電力増幅器11、整合回路31、スイッチ51、送信フィルタ61T、整合回路71、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドAの送信信号を伝送する第1送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路71、受信フィルタ61R、整合回路41、および受信低雑音増幅器21は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドAの受信信号を伝送する第1受信回路を構成する。
また、送信電力増幅器11、整合回路31、スイッチ51、送信フィルタ62T、整合回路72、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドBの送信信号を伝送する第3送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路72、受信フィルタ62R、整合回路41、および受信低雑音増幅器22は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドBの受信信号を伝送する第3受信回路を構成する。
また、送信電力増幅器12、整合回路32、スイッチ52、送信フィルタ63T、整合回路73、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドCの送信信号を伝送する第2送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路73、受信フィルタ63R、整合回路42、および受信低雑音増幅器23は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドCの受信信号を伝送する第2受信回路を構成する。
また、送信電力増幅器12、整合回路32、スイッチ52、送信フィルタ64T、整合回路74、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドDの送信信号を伝送する第4送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路74、受信フィルタ64R、整合回路42、および受信低雑音増幅器24は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドDの受信信号を伝送する第4受信回路を構成する。
上記回路構成によれば、高周波モジュール1は、通信バンドAおよび通信バンドBのいずれかの通信バンドの受信信号と、通信バンドCおよび通信バンドDのいずれかの通信バンドの受信信号とを、同時受信することが可能である。
また、高周波モジュール1は、通信バンドAの第1受信信号と通信バンドBの第3受信信号とを、同時受信しない。また、高周波モジュール1は、通信バンドCの第2受信信号と通信バンドDの第4受信信号とを、同時受信しない。
なお、本発明に係る高周波モジュールでは、上記4つの送信回路および上記4つの受信回路がスイッチ55を介してアンテナ接続端子100に接続されていなくてもよく、上記4つの送信回路および上記4つの受信回路が、異なる端子を介してアンテナ2に接続されていてもよい。また、本発明に係る高周波モジュールは、第1受信回路および第2受信回路を、少なくとも有していればよい。
また、本発明に係る高周波モジュールにおいて、第1受信回路は、少なくとも受信低雑音増幅器21を有していればよい。また、第2受信回路は、少なくとも受信低雑音増幅器23を有していればよい。
ここで、上記高周波モジュール1を構成する各回路素子を、小型のフロントエンド回路として1つのモジュールで構成する場合、例えば、第1〜第4送信回路および第1〜第4受信回路を近接配置しなければならない。この場合、同時受信する通信バンドAの第1受信信号と通信バンドCの第2受信信号とが干渉することで、同時受信する受信信号間のアイソレーションが劣化する。上記受信信号間のアイソレーションが劣化すると、通信バンドAおよびCにおける受信感度が低下するという問題が発生する。
これに対して、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、第1受信回路と第2受信回路とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制する構成を有している。以下では、本実施の形態に係る高周波モジュール1の上記電界結合、上記磁界結合、または電磁界結合を抑制する構成について説明する。
[2.実施例1に係る高周波モジュール1Aの回路素子配置構成]
図2Aは、実施例1に係る高周波モジュール1Aの平面構成概略図である。また、図2Bは、実施例1に係る高周波モジュール1Aの断面構成概略図であり、具体的には、図2AのIIB−IIB線における断面図である。なお、図2Aの(a)には、モジュール基板91の互いに対向する主面91aおよび91bのうち、主面91aをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図2Aの(b)には、主面91bをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。
実施例1に係る高周波モジュール1Aは、実施の形態1に係る高周波モジュール1を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。
図2Aおよび図2Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、図1に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板91と、樹脂部材92および93と、を有している。
モジュール基板91は、互いに対向する主面91a(第1主面)および主面91b(第2主面)を有し、上記送信回路および上記受信回路を実装する基板である。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(Low Temperature Co−fired Ceramics:LTCC)基板、高温同時焼成セラミックス(High Temperature Co−fired Ceramics:HTCC)基板、部品内蔵基板、再配線層(Redistribution Layer:RDL)を有する基板、または、プリント基板等が用いられる。
樹脂部材92は、モジュール基板91の主面91aに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91aを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。樹脂部材93は、モジュール基板91の主面91bに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91bを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。なお、樹脂部材92および93は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
図2Aおよび図2Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、受信低雑音増幅器21および22、ならびに制御回路80は、第1半導体IC25に形成されている。また、受信低雑音増幅器23および24は、第2半導体IC26に形成されている。第1半導体IC25および第2半導体IC26は、主面91bに配置されている。また、モジュール基板91の主面91b側に、複数の外部接続端子150が配置されている。高周波モジュール1Aは、高周波モジュール1Aのz軸負方向側に配置される外部基板と、複数の外部接続端子150を経由して、電気信号のやりとりを行う。なお、外部接続端子150は、図2Aおよび2Bに示すように、樹脂部材93をz軸方向に貫通する柱状電極であってもよいし、また、主面91b上に形成されたバンプ電極であってもよい。
上記構成によれば、通信バンドAの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21と、通信バンドCの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器23とが、異なる半導体ICに形成されている。また、通信バンドBの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器22と、通信バンドDの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器24とが、異なる半導体ICに形成されている。つまり、同時受信する2つの受信信号を増幅する2つの受信低雑音増幅器が、異なる半導体ICに形成されている。これにより、上記2つの受信低雑音増幅器が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できるので、同時受信する2つの受信信号間のアイソレーションを向上させることが可能となる。よって、各通信バンドA〜Dにおける受信感度の劣化を抑制できる。また、外部基板と対向する主面91bには、低背化が容易な受信低雑音増幅器21〜24が配置されているので、高周波モジュール1A全体を低背化することが可能となる。また、受信感度に大きく影響する受信低雑音増幅器21〜24の周囲に、グランド電極として適用される外部接続端子150を複数配置できるので、受信感度の劣化を抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、同時受信しない通信バンドAの受信信号と通信バンドBの受信信号とをそれぞれ増幅する受信低雑音増幅器21および22が、同一の第1半導体IC25に形成されている。また、同時受信しない通信バンドCの受信信号と通信バンドDの受信信号とをそれぞれ増幅する受信低雑音増幅器23および24が、同一の第2半導体IC26に形成されている。
これによれば、アイソレーションを考慮する必要がない2つの受信信号を増幅する2つの受信低雑音増幅器を同一の半導体ICに形成することにより、モジュール基板91の表面の実装レイアウト面積を小さくできるので、高周波モジュール1Aを小型化できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、制御回路80は第1半導体IC25に形成されている。ここで、モジュール基板91を平面視した場合、第1半導体IC25と第2半導体IC26との間には、グランド電位を有する外部接続端子150gが配置されている。
これによれば、制御回路80に入出力されるディジタル制御信号が、ディジタルノイズとして受信低雑音増幅器23および24に流入することを抑制できる。よって、通信バンドCおよびDの受信感度の劣化を抑制できる。
なお、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、送信電力増幅器11および12、デュプレクサ61〜64、スイッチ51および52、整合回路31、32、41〜44、ならびにダイプレクサ60は、主面91aに表面実装されており、第1半導体IC25、第2半導体IC26、およびスイッチ55は、主面91bに表面実装されているが、これに限られない。送信電力増幅器11および12、デュプレクサ61〜64、スイッチ51、52および55、整合回路31、32、41〜44、ならびにダイプレクサ60は、主面91aおよび91bのいずれに配置されてもよい。また、なお、整合回路71〜74は、図2Aおよび図2Bには図示されていないが、モジュール基板91の主面91aおよび91bのいずれに表面実装されていてもよいし、またモジュール基板91に内蔵されていてもよい。
なお、本実施例に係る高周波モジュール1Aに示すように、送信電力増幅器11および12は、主面91aに実装されていることが望ましい。
送信電力増幅器11および12は、高周波モジュール1Aが有する回路部品のなかで発熱量が大きい部品である。高周波モジュール1Aの放熱性を向上させるには、送信電力増幅器11および12の発熱を、小さな熱抵抗を有する放熱経路で外部基板に放熱することが重要である。仮に、送信電力増幅器11および12を主面91bに実装した場合、送信電力増幅器11および12に接続される電極配線は主面91b上に配置される。このため、放熱経路としては、主面91b上の(xy平面方向に沿う)平面配線パターンのみを経由した放熱経路を含むこととなる。上記平面配線パターンは、金属薄膜で形成されるため熱抵抗が大きい。このため、送信電力増幅器11および12を主面91b上に配置した場合には、放熱性が低下してしまう。
これに対して、送信電力増幅器11および12を主面91aに実装した場合、主面91aと主面91bとの間を貫通する貫通電極を介して、送信電力増幅器11および12と外部接続端子150とを接続できる。よって、送信電力増幅器11および12の放熱経路として、モジュール基板91内の配線のうち熱抵抗の大きいxy平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、送信電力増幅器11および12からの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール1Aを提供することが可能となる。
なお、制御回路80は、第1半導体IC25に形成されず、第2半導体IC26に形成されていてもよい。さらには、制御回路80は、第1半導体IC25および第2半導体IC26のいずれにも形成されていなくてもよい。
また、第1半導体IC25と、デュプレクサ61および62、ならびに整合回路41および42とは、モジュール基板91を平面視した場合、重複していることが望ましい。
これにより、受信低雑音増幅器21とデュプレクサ61とを接続する配線長を短くできるので、受信経路ARの伝送損失を低減できる。また、受信低雑音増幅器22とデュプレクサ62とを接続する配線長を短くできるので、受信経路BRの伝送損失を低減できる。
また、第2半導体IC26と、デュプレクサ63および64、ならびに整合回路43および44とは、モジュール基板91を平面視した場合、重複していることが望ましい。
これにより、受信低雑音増幅器23とデュプレクサ63とを接続する配線長を短くできるので、受信経路CRの伝送損失を低減できる。また、受信低雑音増幅器24とデュプレクサ64とを接続する配線長を短くできるので、受信経路DRの伝送損失を低減できる。
[3.実施例2に係る高周波モジュール1Bの回路素子配置構成]
実施例1では、第1半導体IC25および第2半導体IC26の双方が、主面91bに配置された構成としたが、実施例2に係る高周波モジュール1Bは、第1半導体IC25と第2半導体IC26とが、モジュール基板91を挟んで配置された構成を有する。
図3Aは、実施例2に係る高周波モジュール1Bの平面構成概略図である。また、図3Bは、実施例2に係る高周波モジュール1Bの断面構成概略図であり、具体的には、図3AのIIIB−IIIB線における断面図である。なお、図3Aの(a)には、モジュール基板91の互いに対向する主面91aおよび91bのうち、主面91aをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図3Aの(b)には、主面91bをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。
実施例2に係る高周波モジュール1Bは、実施の形態1に係る高周波モジュール1を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。
本実施例に係る高周波モジュール1Bは、実施例1に係る高周波モジュール1Aと比較して、高周波モジュール1Bを構成する回路素子の配置構成のみが異なる。以下、本実施例に係る高周波モジュール1Bについて、実施例1に係る高周波モジュール1Aと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
図3Aおよび図3Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Bでは、受信低雑音増幅器21および22、ならびに制御回路80は、第1半導体IC25に形成されている。また、受信低雑音増幅器23および24は、第2半導体IC26に形成されている。第1半導体IC25は主面91bに配置されており、第2半導体IC26は主面91aに配置されている。また、モジュール基板91の主面91b側に、複数の外部接続端子150が配置されている。高周波モジュール1Aは、高周波モジュール1Aのz軸負方向側に配置される外部基板と、複数の外部接続端子150を経由して、電気信号のやりとりを行う。
上記構成によれば、通信バンドAの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21と、通信バンドCの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器23とが、異なる半導体ICに形成されている。また、通信バンドBの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器22と、通信バンドDの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器24とが、異なる半導体ICに形成されている。つまり、同時受信する2つの受信信号を増幅する2つの受信低雑音増幅器が、異なる半導体ICに形成されている。これにより、上記2つの受信低雑音増幅器が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できるので、同時受信する2つの受信信号間のアイソレーションを向上させることが可能となる。さらに、本実施例では、第1半導体IC25および第2半導体IC26が、モジュール基板91を挟んで配置されているので、同時受信する2つの受信低雑音増幅器が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することをより一層抑制できる。よって、各通信バンドA〜Dにおける受信感度の劣化をより一層抑制できる。
なお、モジュール基板91は、複数の誘電体層が積層された多層構造を有し、当該複数の誘電体層の少なくとも1つには、グランド電極パターンが形成されていることが望ましい。これにより、モジュール基板91の電磁界遮蔽機能がさらに向上する。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、デュプレクサ61および62が主面91bに配置され、モジュール基板91を平面視した場合、第1半導体チップ15とデュプレクサ61および62との間には、グランド電位を有する外部接続端子150gが配置されている。
これによれば、制御回路80に入出力されるディジタル制御信号が、ディジタルノイズとしてデュプレクサ61および62に流入することを抑制できる。よって、通信バンドAおよびBの受信感度の劣化を抑制できる。
なお、主面91bにて、第1半導体IC25と外部接続端子150gを挟んで配置される回路部品は、デュプレクサ61および62に限られない。上記回路部品は、アンテナ接続端子100と受信低雑音増幅器21とを結ぶ受信経路AR、または、アンテナ接続端子100と受信低雑音増幅器22とを結ぶ受信経路BRに配置された回路部品であればよく、例えば、整合回路41および42、スイッチ55、ならびにダイプレクサ60の少なくとも1つであってもよい。
なお、本実施例に係る高周波モジュール1Bでは、第2半導体IC26、送信電力増幅器11および12、デュプレクサ63および64、スイッチ51および52、整合回路31、32、41〜44、ならびにダイプレクサ60は、主面91aに表面実装されており、第1半導体IC25、デュプレクサ61および62、ならびにスイッチ55は、主面91bに表面実装されているが、これに限られない。送信電力増幅器11および12、デュプレクサ63および64、スイッチ51、52および55、整合回路31、32、41〜44、ならびにダイプレクサ60は、主面91aおよび91bのいずれに配置されてもよい。
[4.効果など]
以上、本実施の形態に係る高周波モジュール1は、第1受信信号と第2受信信号とを同時受信する。高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、第1半導体IC25に形成され、第1受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21と、第1半導体IC25と異なる第2半導体IC26に形成され、第2受信信号を増幅する受信低雑音増幅器23と、主面91bに配置された外部接続端子150と、を備え、第1半導体IC25および第2半導体IC26の少なくとも一方は、主面91bに配置されている。
これによれば、同時受信する2つの受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21および23が、異なる半導体ICに形成されている。これにより、受信低雑音増幅器21および23が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できるので、同時受信する2つの受信信号間のアイソレーションを向上させることが可能となる。よって、通信バンドAおよびCにおける受信感度の劣化を抑制できる。また、受信感度に大きく影響する受信低雑音増幅器21および23の少なくとも1つの周囲に、グランド電極として適用され得る外部接続端子150を配置できるので、受信感度の劣化を抑制できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、第1半導体IC25に形成され、第3受信信号を増幅する受信低雑音増幅器22を備え、高周波モジュール1は、第1受信信号と第3受信信号とを同時受信しなくてもよい。
これによれば、アイソレーションを考慮する必要がない第1受信信号および第3受信信号を増幅する受信低雑音増幅器21および22を同一の半導体ICに形成することにより、モジュール基板91の表面の実装レイアウト面積を小さくできるので、高周波モジュール1を小型化できる。
また、第1半導体IC25および第2半導体IC26の双方は、主面91bに配置されていてもよい。
これにより、外部基板と対向する主面91bには、低背化が容易な受信低雑音増幅器21および23が配置されているので、高周波モジュール1全体を低背化することが可能となる。
また、モジュール基板91を平面視した場合、第1半導体IC25と第2半導体IC26との間には、グランド電位を有する外部接続端子150gが配置されていてもよい。
これにより、受信低雑音増幅器21および23が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを、より一層抑制できるので、同時受信する2つの受信信号間のアイソレーションを、より一層向上させることが可能となる。
また、さらに、第1半導体IC25に形成され、受信低雑音増幅器21をディジタル制御信号で制御する制御回路80を備え、モジュール基板91を平面視した場合、第1半導体IC25と第2半導体IC26との間には、グランド電位を有する外部接続端子150gが配置されていてもよい。
これにより、制御回路80に入出力されるディジタル制御信号が、ディジタルノイズとして受信低雑音増幅器23に流入することを抑制できる。よって、通信バンドCの受信感度の劣化を抑制できる。
また、第1半導体IC25は主面91aおよび91bの一方に配置されており、第2半導体IC26は主面91aおよび91bの他方に配置されていてもよい。
これにより、第1半導体IC25および第2半導体IC26が、モジュール基板91を挟んで配置されているので、同時受信する受信低雑音増幅器21および23が電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを、より一層抑制できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、第1半導体IC25に形成され、受信低雑音増幅器21をディジタル制御信号で制御する制御回路80と、アンテナ接続端子100と、アンテナ接続端子100と受信低雑音増幅器21とを結ぶ受信経路ARまたはアンテナ接続端子100と受信低雑音増幅器23とを結ぶ受信経路CRに配置された回路部品と、を備え、第1半導体IC25および上記回路部品は主面91bに配置されており、第2半導体IC26は主面91aに配置されており、モジュール基板91を平面視した場合、第1半導体IC25と上記回路部品との間には、グランド電位を有する外部接続端子150gが配置されていてもよい。
これによれば、制御回路80に入出力されるディジタル制御信号が、ディジタルノイズとして上記回路部品に流入することを抑制できる。よって、通信バンドAおよびCの受信感度の劣化を抑制できる。
また、通信装置5は、アンテナ2と、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRFIC3と、アンテナ2とRFIC3との間で高周波信号を伝送する高周波モジュール1と、を備える。
これにより、複数の通信バンドの高周波信号を同時受信する場合に受信感度の劣化が抑制された通信装置5を提供することが可能となる。
(その他の実施の形態など)
以上、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置について、実施の形態および実施例を挙げて説明したが、本発明に係る高周波モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではない。上記実施の形態および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の形態や、上記実施の形態および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および通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態およびその実施例に係る高周波モジュールおよび通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、マルチバンド対応の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、1A、1B 高周波モジュール
2 アンテナ
3 RF信号処理回路(RFIC)
4 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
5 通信装置
11、12 送信電力増幅器
21、22、23、24 受信低雑音増幅器
25 第1半導体IC
26 第2半導体IC
30 送信出力整合回路
31、32、41、42、43、44、71、72、73、74 整合回路
40 受信入力整合回路
51、52、55 スイッチ
60 ダイプレクサ
60H、60L フィルタ
61、62、63、64 デュプレクサ
61R、62R、63R、64R 受信フィルタ
61T、62T、63T、64T 送信フィルタ
80 制御回路
91 モジュール基板
91a、91b 主面
92、93 樹脂部材
100 アンテナ接続端子
111、112 送信入力端子
121、122、123、124 受信出力端子
150、150g 外部接続端子

Claims (8)

  1. 第1受信信号と第2受信信号とを同時受信する高周波モジュールであって、
    互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、
    第1半導体ICに形成され、前記第1受信信号を増幅する第1受信低雑音増幅器と、
    前記第1半導体ICと異なる第2半導体ICに形成され、前記第2受信信号を増幅する第2受信低雑音増幅器と、
    前記第2主面に配置された外部接続端子と、を備え、
    前記第1半導体ICおよび前記第2半導体ICの少なくとも一方は、前記第2主面に配置されている、
    高周波モジュール。
  2. 前記高周波モジュールは、さらに、前記第1半導体ICに形成され、第3受信信号を増幅する第3受信低雑音増幅器を備え、
    前記高周波モジュールは、前記第1受信信号と前記第3受信信号とを同時受信しない、
    請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記第1半導体ICおよび前記第2半導体ICの双方は、前記第2主面に配置されている、
    請求項1または2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記モジュール基板を平面視した場合、前記第1半導体ICと前記第2半導体ICとの間には、グランド電位を有する前記外部接続端子が配置されている、
    請求項3に記載の高周波モジュール。
  5. さらに、
    前記第1半導体ICに形成され、前記第1受信低雑音増幅器をディジタル制御信号で制御する制御回路を備える、
    請求項4に記載の高周波モジュール。
  6. 前記第1半導体ICは、前記第1主面および前記第2主面の一方に配置されており、
    前記第2半導体ICは、前記第1主面および前記第2主面の他方に配置されている、
    請求項1または2に記載の高周波モジュール。
  7. 前記高周波モジュールは、さらに、
    前記第1半導体ICに形成され、前記第1受信低雑音増幅器をディジタル制御信号で制御する制御回路と、
    アンテナ接続端子と、
    前記アンテナ接続端子と前記第1受信低雑音増幅器とを結ぶ第1受信経路、または、前記アンテナ接続端子と前記第2受信低雑音増幅器とを結ぶ第2受信経路に配置された回路部品と、を備え、
    前記第1半導体ICおよび前記回路部品は、前記第2主面に配置されており、
    前記第2半導体ICは、前記第1主面に配置されており、
    前記モジュール基板を平面視した場合、前記第1半導体ICと前記回路部品との間には、グランド電位を有する前記外部接続端子が配置されている、
    請求項6に記載の高周波モジュール。
  8. アンテナと、
    前記アンテナで送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、
    前記アンテナと前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝送する請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波モジュールと、を備える、
    通信装置。
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