JP5152409B2

JP5152409B2 - 高周波スイッチモジュール

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Publication number: JP5152409B2
Application number: JP2011518354A
Authority: JP
Inventors: 孝紀上嶋; 永徳村瀬
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: DE112010001927T5; CN102460985A; CN102460985B; JPWO2010143472A1; DE112010001927B4; WO2010143472A1; US8253483B2; US20120075002A1

Description

本発明は、高周波スイッチを用いたモジュールに関し、特に入出力共用端子を備えた高周波スイッチとそれが搭載される基板とからなる高周波スイッチモジュールに関するものである。

特許文献１には、携帯電話用の高周波スイッチモジュールが開示されている。
図１は、特許文献１に記載されている高周波スイッチモジュールの斜視図である。この高周波スイッチモジュール１では、ＦＥＴスイッチ回路とともに、ＳＡＷフィルタ５０，５５，６０、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３、及びインダクタＬ１が多層基板５上に搭載されている。前記ＦＥＴスイッチ回路は、送信信号端子、受信信号端子およびアンテナ端子を備えている。そして、アンテナ端子と所定の信号端子とを選択的に接続するための制御信号端子も備えている。特許文献１には、制御信号端子に接続される制御信号用線路を介して送信信号や受信信号の一部が制御端子へ漏れ、通過帯域内において挿入損失特性が劣化するのを防止するため、制御用回路をグランド電極で隔離し、そのことにより制御信号用線路と送受信回路とのアイソレーションを向上させることが記載されている。

特開２００８−２７１４２０号公報

特許文献１においては、多層基板内に複数のグランド電極を備え、それらがビアホールで接続されている。ＦＥＴスイッチは、送受信信号用線路とそれに対応する接地用線路が必要であるだけでなく、スイッチを切り替えるための制御信号を印加するための接地用線路も必要である。

特許文献１のように複数のグランド電極の間に制御信号用線路を配置すれば、制御信号用線路と送受信線路間での直接の干渉は低減されるものの、送受信信号用の接地電極と制御信号用の接地電極とが共通であると、送信端子などからの高出力の信号がその共通の接地電極を介して論理回路部に回り込み、論理回路が正常に動作できないため、スイッチの高調波歪特性などの高周波特性が劣化するという問題が生じる。

そこで、この発明の目的は、高周波特性の劣化、特に高調波歪特性を改善した高周波スイッチモジュールを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は次のように構成する。
（１）複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子を有し、前記複数の高周波端子のうち所定の高周波端子間を選択的に導通させる高周波スイッチと、
絶縁体と電極とが交互に積層された矩形板状の多層基板と、を備え、
前記高周波スイッチの各端子が接続される上面接続電極が前記多層基板の上面に配置され、実装先の回路基板上の電極に接続される下面接続端子が前記多層基板の下面に配置され、前記上面接続電極と前記下面接続端子との間を導通させる配線電極が前記多層基板内に形成された高周波スイッチモジュールであって、
前記接地端子は高周波回路用接地端子と制御回路用接地端子とを含み、
前記高周波回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通するグランド電極を前記多層基板の内部に備え、
前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する前記配線電極が前記グランド電極から絶縁状態に配置されている。

この構成により、高周波スイッチの制御回路の接地経路と高周波信号の接地経路との干渉が抑制され、接地経路を介して高周波信号が高周波スイッチに回り込んだり、高周波スイッチの制御回路（論理回路部）で発生したノイズが高周波信号の伝送経路へ回り込んだりするのを防ぐことができる。

（２）前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極（ビアホール）は、平面視で前記グランド電極で取り囲まれない位置に配置されている。
この構成により、高周波スイッチの制御回路用の接地経路と多層基板内のグランド電極との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。

（３）前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下に配置されている。
この構成により、制御回路用接地端子が直接（不要な配線を介さずに）多層基板の下面接続端子（制御回路用下面接地端子）に接続されるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。

（４）前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下であって、前記上面接続電極と平面視で重なる位置に前記下面接続端子が配置されている。
この構成により、制御回路用接地端子が直接的に短い経路で多層基板の下面接続端子（制御回路用下面接地端子）に接続されることになるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。

（５）前記グランド電極は、前記下面接続端子のうち前記制御回路用接地端子と導通する下面接続端子に対して平面視で重ならない位置に配置されている。
この構成により、制御回路用の接地電極と多層基板の下面接続端子（制御回路用下面接地端子）との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。

（６）前記複数の高周波端子は送信信号入力端子を含み、前記送信信号入力端子には低域通過フィルタが接続され、前記低域通過フィルタは前記多層基板内の電極により構成され、前記多層基板内の積層方向での互いに異なる位置に形成された前記接地電極の間に前記低域通過フィルタが配置されている。

この構成により、前記低域通過フィルタからの送信信号の漏れを防ぐことができ、高周波スイッチの制御回路と送信回路との干渉を低減できる。

本発明によれば、送信信号などの高出力信号が高周波側の接地電極を介して高周波スイッチの制御回路（論理回路部）に回り込むのを防ぐことができる。また、高周波スイッチの制御回路（論理回路部）で発生したノイズが高周波信号の伝送経路へ回り込むのを防ぐことができる。これらのことにより、高周波特性の劣化、特に高調波歪特性を改善した高周波スイッチモジュールが構成できる。

特許文献１に記載されている高周波スイッチモジュールの斜視図である。第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの回路図である。第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの上面図である。図２に示した高周波スイッチ１００と多層基板１０１との接続関係を示す断面図である。図３・図４に示した多層基板１０１の各層の構成を示す図である。図５に続く図であり、多層基板１０１の各層の構成を示す図である。第２の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて示す図である。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて図２〜図６を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュール２０１の回路図である。この高周波スイッチモジュール２０１は、高周波スイッチ１００と、この高周波スイッチ１００に接続された低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２、ＳＡＷフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４、及び整合回路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を備えている。

前記高周波スイッチ１００は、複数の高周波端子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３、アンテナ端子Ａｎｔ、制御端子Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４、及び電源端子Ｖｄｄ、さらにはグランド端子Ｇｎｄ０〜Ｇｎｄ４を備えている。

前記高周波端子のうち、端子Ｔｘ１はＧＳＭ８５０／９００の送信信号入力端子、Ｔｘ２はＧＳＭ１８００／１９００の送信信号入力端子である。またＲｘ１はＧＳＭ８５０の受信信号出力端子、Ｒｘ２はＧＳＭ９００の受信信号出力端子、Ｒｘ３はＧＳＭ１８００の受信信号出力端子、Ｒｘ４はＧＳＭ１９００の受信信号出力端子である。さらにＵ１はＵＭＴＳ１（例えば８００ＭＨｚ帯のＵＭＴＳ８００）の入出力端子、Ｕ２はＵＭＴＳ２（例えば８５０ＭＨｚ帯のＵＭＴＳ８５０）の入出力端子、Ｕ３はＵＭＴＳ３（例えば２１００ＭＨｚ帯のＵＭＴＳ２１００）の入出力端子である。

また前記アンテナ端子ＡｎｔにはアンテナＡＮＴが接続される。
前記制御端子Ｖｃ１〜Ｖｃ４は制御電圧信号ＶＣ１〜ＶＣ４を入力して複数の高周波端子のうち任意の高周波端子とアンテナ端子Ａｎｔとの間を選択的に導通させる。すなわち高周波スイッチ１００はＳＰ９Ｔ(Single pole - 9 throw)のスイッチであり、例えばＧＳＭ８５０／９００の送信信号を出力する場合には、アンテナ端子ＡｎｔとＴｘ１とを導通させる。

図３は第１の実施形態に係る高周波スイッチモジュールの上面図である。この高周波スイッチモジュール２０１は、多層基板１０１の上面に高周波スイッチ１００及びＳＡＷフィルタＦ１〜Ｆ４が搭載されて構成されている。図２に示した低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２は多層基板１０１の内部の配線電極及び／又は上面に搭載された部品により構成されている。多層基板１０１は絶縁体（誘電体セラミック）と配線電極とが交互に積層されたセラミック多層基板である。高周波スイッチ１００は矩形板状の半導体基板に構成されている。高周波スイッチ１００の前記複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子は前記半導体基板の一方の主面（下面）に形成されている。なお、多層基板１０１は、液晶ポリマーなどの樹脂で形成されてもよい。

多層基板１０１の上面には、高周波スイッチ１００の各種端子が接続される上面電極が形成されている。そして、多層基板１０１の下面には図３において破線で示すように、高周波スイッチモジュール２０１の実装先である回路基板の電極に接続するための下面接続端子が形成されている。

図４は、図２に示した高周波スイッチ１００と多層基板１０１との接続関係を示す断面図である。但し、図面の煩雑化を避けるため、断面部分を表すハッチングを省略している。
図４に示すように、多層基板１０１の内部には配線電極Ｅ４０１〜Ｅ４１４，Ｅ００１〜Ｅ００４，Ｅ００６〜Ｅ０１３、グランド電極Ｇ０１，Ｇ０２等が形成されている。多層基板１０１の内部のその他の配線電極については図示を省略している。
多層基板１０１の上面に形成されている上面接続電極のうちの制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が接続される制御回路用上面接続電極Ｇｎｄ４Ｐと、多層基板１０１の下面接続端子のうちの制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４とは、前記配線電極Ｅ４０１〜Ｅ４１４を介して接続されている。

一方、多層基板１０１の上面に形成されている上面接続電極のうちの高周波回路用接地端子Ｇｎｄ０が接続される高周波回路用上面接続電極Ｇｎｄ０Ｐと、多層基板１０１の下面接続端子のうちの高周波回路用下面接地端子ＧＮＤ０とは、前記配線電極Ｅ００１〜Ｅ００４，Ｅ００６〜Ｅ０１３を介して接続されている。また、前記高周波回路用上面接続電極Ｇｎｄ０Ｐは、前記配線電極Ｅ００１〜Ｅ００４，Ｅ００６〜Ｅ０１３を介して多層基板１０１内部のグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２に接続されている。後述するように、この二つのグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２の間に低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２が配置されている。

なお、本実施形態に係る高周波スイッチ１００における各端子はＡｕバンプやはんだバンプで形成され、高周波スイッチ１００はその回路形成面を多層基板１０１の上面側に向けてフェイスダウン実装されている。

図５・図６は多層基板１０１の各層の構成を示す図である。図５と図６は連続している。図５中の（Ａ）が多層基板１０１の最上層、図６中の（Ｈ）が最下層である。いずれの図も各層の下面から上面方向を見た図である。したがって図５中の（Ａ）の図は多層基板の上面に搭載される高周波スイッチ１００、ＳＡＷフィルタＦ１〜Ｆ４の下面を見た図となっている。

各層において小円パターンはビアホール、その他のパターンは面方向に延びる線路、インダクタ形成用の電極、及び容量形成用の電極である。図５・図６中の符号は図２中に示した回路要素の符号と一致している。これらの配線電極によって、図２に示した低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２が構成されている。

図５において、高周波スイッチ１００の制御回路用接地端子Ｇｎｄ４に着目すると、Ｅ４０１→Ｅ４０２→Ｅ４０３→Ｅ４０４→Ｅ４０５→Ｅ４０６→Ｅ４０７→Ｅ４０８→Ｅ４０９→Ｅ４１０→Ｅ４１１→Ｅ４１２→Ｅ４１３→Ｅ４１４という経路で配線電極（ビアホール）を介して、最終的に制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４に導通する。

一方、高周波スイッチ１００の高周波回路用接地端子Ｇｎｄ０に着目すると、Ｅ００１→Ｅ００２→Ｅ００３→Ｅ００４→Ｇ０１→Ｅ００６→Ｅ００７→Ｅ００８→Ｅ００９→Ｅ０１０→Ｅ０１１→Ｅ０１２→Ｅ０１３→Ｇ０２という経路で配線電極及びグランド電極を経由して、最終的に高周波回路用下面接地端子ＧＮＤ０に導通する。

多層基板１０１内部のグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２間には、複数の配線電極によってインダクタ及びキャパシタが形成され、これらのインダクタ及びキャパシタによって、図２に示した低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２が構成されている。

このように、高周波スイッチ１００の制御回路用接地端子Ｇｎｄ４と高周波回路用接地端子Ｇｎｄ０とを分離したまま、多層基板１０１の制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４及び高周波回路用下面接地端子ＧＮＤ０にそれぞれ接続したので、送信回路などで発生した送信信号が接地経路を介して高周波スイッチの制御回路（論理回路部）へ回り込むのを防ぐことができる。

また、制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が接続される上面接続電極に導通する配線電極Ｅ４０１〜Ｅ４１４を、制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が接続される制御回路用上面接続電極Ｇｎｄ４Ｐの直下に配置したことにより、さらには、制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が接続される制御回路用上面接続電極Ｇｎｄ４Ｐの直下に制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４を配置したことにより、制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が不要な配線を介さずに制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４に接続されるため、高周波スイッチの制御回路の接地経路と送受信信号を伝送する線路との干渉を防ぐことができる。

さらに、高周波スイッチ１００の送信信号入力端子Ｔｘ１，Ｔｘ２に接続される低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２を多層基板１０１内の二つのグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２間に配置したので、低域通過フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２からの送信信号の漏れを防ぐことができ、高周波スイッチの制御回路と送信回路との間の干渉を低減できる。

《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係る高周波スイッチモジュールについて示す図である。図７では特に多層基板の各層のうち三つの層の構成を示している。第１の実施形態で図５・図６に示した多層基板と異なるのは、グランド電極Ｇ０１，Ｇ０２の形状である。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態では、配線電極（ビアホール）Ｅ４０５，Ｅ４１４等が、平面視でグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２で取り囲まれない位置に配置されている。配線電極Ｅ４０５，Ｅ４１４は、制御回路用接地端子Ｇｎｄ４が接続される制御回路用上面接続電極Ｇｎｄ４Ｐに導通する。換言すると、グランド電極Ｇ０１，Ｇ０２の形成領域が制御回路用上面接続電極Ｇｎｄ４Ｐに導通する配線電極（ビアホール）Ｅ４０５，Ｅ４１４等の形成位置を平面視で取り囲まないようにグランド電極Ｇ０１，Ｇ０２が形成されている。
また、前記グランド電極Ｇ０１，Ｇ０２は平面視で前記制御回路用下面接地端子ＧＮＤ４と平面視で重ならない位置に配置されている。

これらの構成により、制御回路用の接地電極と多層基板内のグランド電極との間、及び制御回路用の接地電極と制御回路用下面接地端子との間に不要な容量が発生するのを抑えることができ、高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。

なお、前記制御回路用下面接地端子と前記高周波回路用下面接地端子とは前記多層基板の互いに異なる辺に沿って配置してもよい。そのことによって制御回路用下面接地端子と高周波回路用下面接地端子との間に生じる容量を小さくして、前記高周波信号及びノイズの回り込みをさらに防ぐことができる。

また、制御端子用接地端子ＧＮＤ４を、ＵＭＴＳ端子、送信信号入力端子、アンテナ端子などの電力の掛かる端子から離れた位置（隣接しない位置）に設けても良い。そのことにより、高周波スイッチ内の制御回路への高周波信号の回り込みをさらに低減できる。

ＡＮＴ…アンテナ
Ａｎｔ…アンテナ端子
Ｅ４０１〜Ｅ４１４，Ｅ００１〜Ｅ００４，Ｅ００６〜Ｅ０１３…配線電極
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４…ＳＡＷフィルタ
Ｇ０１，Ｇ０２…グランド電極
Ｇｎｄ０〜Ｇｎｄ４…グランド端子
ＧＮＤ０…高周波回路用下面接地端子
Ｇｎｄ０…高周波回路用接地端子
Ｇｎｄ０Ｐ…高周波回路用上面接続電極
ＧＮＤ４…制御回路用下面接地端子
Ｇｎｄ４…制御回路用接地端子
Ｇｎｄ４Ｐ…制御回路用上面接続電極
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…整合回路
ＬＰＦ１，ＬＰＦ２…低域通過フィルタ
Ｔｘ１，Ｔｘ２…送信信号入力端子
１００…高周波スイッチ
１０１…多層基板
２０１…高周波スイッチモジュール

Claims

複数の高周波端子、制御端子、電源端子、及び接地端子を有し、前記複数の高周波端子のうち所定の高周波端子間を選択的に導通させる高周波スイッチと、
絶縁体と電極とが交互に積層された矩形板状の多層基板と、を備え、
前記高周波スイッチの各端子が接続される上面接続電極が前記多層基板の上面に配置され、実装先の回路基板上の電極に接続される下面接続端子が前記多層基板の下面に配置され、前記上面接続電極と前記下面接続端子との間を導通させる配線電極が前記多層基板内に形成された高周波スイッチモジュールであって、
前記接地端子は高周波回路用接地端子と制御回路用接地端子とを含み、
前記高周波回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通するグランド電極を前記多層基板の内部に備え、
前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する前記配線電極が前記グランド電極から絶縁状態に配置されている、高周波スイッチモジュール。
前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、平面視で前記グランド電極で取り囲まれない位置に配置されている、請求項１に記載の高周波スイッチモジュール。
前記配線電極のうち、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極に導通する配線電極は、前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下に配置されている、請求項１または２に記載の高周波スイッチモジュール。
前記制御回路用接地端子が接続される上面接続電極の直下であって、前記上面接続電極と平面視で重なる位置に前記下面接続端子が配置されている、請求項３に記載の高周波スイッチモジュール。
前記グランド電極は、前記下面接続端子のうち前記制御回路用接地端子と導通する下面接続端子に対して平面視で重ならない位置に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
前記グランド電極は、前記多層基板内の互いに異なる複数の層に形成され、
前記複数の高周波端子は送信信号入力端子を含み、前記多層基板内の電極により構成された低域通過フィルタが前記送信信号入力端子に接続され、前記低域通過フィルタは、前記多層基板内の互いに異なる層に形成された前記グランド電極の間に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。