特開 2021-163866 高周波通信モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-163866(P2021-163866A)

(43)【公開日】2021年10月11日

(54)【発明の名称】高周波通信モジュール

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20210913BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20210913BHJP

   H04B 1/38 20150101ALI20210913BHJP

【ＦＩ】

   H05K1/02 P

   H05K9/00 K

   H05K9/00 R

   H04B1/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-64290(P2020-64290)

(22)【出願日】2020年3月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村田 龍司

【テーマコード（参考）】

5E321

5E338

5K011

【Ｆターム（参考）】

5E321AA17

5E321BB25

5E321GG05

5E338AA03

5E338CC06

5E338EE13

5E338EE22

5K011AA16

5K011DA01

5K011KA04

(57)【要約】

【課題】シールド効果を向上させ、所望する信号ライン間のアイソレーションを確保する。
【解決手段】実施形態の高周波通信モジュールは、多層基板の第１層に形成された第１のグランドパターンと、第２層に形成された第２のグランドパターンとの間の第３層に設けられた配線パターンと、前記配線パターンに沿って複数、配置されたビアホールと、前記ビアホールを電気的に接続する接続パターンと、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多層基板の第１層に形成された第１グランドパターンと、第２層に形成された第２グランドパターンとの間の第３層に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンに沿って複数、配置されたビアホールと、
前記ビアホールを電気的に接続する接続パターンと、
を備えた高周波通信モジュール。

【請求項2】

前記接続パターンは、少なくとも前記第３層に前記配線パターンに沿って設けられている、
請求項１記載の高周波通信モジュール。

【請求項3】

前記接続パターンは、前記第１層と、前記第２層と、の間の複数の層にそれぞれ設けられている、
請求項１又は請求項２記載の高周波通信モジュール。

【請求項4】

前記複数の層にそれぞれ設けられた前記接続パターンは、前記第３層からの積層方向の距離が離れた層に設けられた前記接続パターンほど幅が長くなるようにされている、
請求項３記載の高周波通信モジュール。

【請求項5】

前記接続パターンの幅方向の配置位置は、前記配線パターンから前記第１グランドパターンあるいは前記第２グランドパターンまでの距離のうち、より短い距離と等しい距離以上前記配線パターンから離間した位置とされている、
請求項３又は請求項４記載の高周波通信モジュール。

【請求項6】

前記接続パターンは、前記ビアホールのビアパッドとして機能する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の高周波通信モジュール。

【請求項7】

前記配線パターンは、搬送波周波数が互いに異なる複数のバンドの伝送信号のそれぞれに対応して設けられている、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の高周波通信モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、高周波通信モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、インターネットの利用などの、携帯電話の機能拡大が進んでおり、携帯電話に必要とされる通信データ量が増大している。
この通信データ量の増大に対応するための技術として、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の資産を継承しつつ、より周波数利用効率を高めることで、さらに高速なスループットを示現するＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄが実用化されている。

【0003】

ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、高スループット化技術としてCarrier Aggregation（以降CAと記述する）技術が用いられている。ＣＡ技術の一つであるInter Band Non Contiguous CAは、８００ＭＨｚ帯や２ＧＨｚ帯の複数バンドを共用することで広帯域化、データ通信量を拡大、高速化をはかるものである。

【0004】

また、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯型通信機器は、その小型化のため、複数のバンドを共用のアンテナで送受信している。複数のバンドの信号を共用のアンテナで送受信するため、動作しているバンドの信号は、他のバンドにとっては不要な信号であると共に、他のバンドからの漏れ分は、動作しているバンドにとって、品質に影響を与える不要な信号となる。
したがって、小型化と特性確保は、相反する関係にあり、形状や性能の制約となっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−３３１０１５号公報

【特許文献2】特開２００４−０５６１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

小型化と、特性確保の両立を図るための技術として、従来、基板（多層ＰＣＢや積層セラミック基板）では、グランドビア（シールドビア）を形成することで、アイソレーション等の干渉を軽減する手段が一般的に用いられていた。

【0007】

しかしながら、グランドビアの形成には、プロセス上の制約が存在するため必ずしも所望のシールド効果を得るためのグランドビアを形成することはできず、ひいては、信号ライン間のアイソレーションをよりいっそう確保することが困難であった。

【0008】

上記課題に鑑み、本発明の実施形態は、シールド効果を向上させ、所望する信号ライン間のアイソレーションを確保することが可能な高周波通信モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の高周波通信モジュールは、多層基板の第１層に形成された第１のグランドパターンと、第２層に形成された第２のグランドパターンとの間の第３層に設けられた配線パターンと、前記配線パターンに沿って複数、配置されたビアホールと、前記ビアホールを電気的に接続する接続パターンと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、信号ライン間をシールドビアとして機能させるビアホールのみでシールドする従来技術の説明図である。

【図2】図２は、図１の従来例における信号ラインの放射電界強度のシミュレーション結果を説明する図である。

【図3】図３は、実施形態における信号ラインの放射電界強度のシミュレーション結果の説明図である。

【図4】図４は、実施形態の高周波通信モジュールの概要構成ブロック図である。

【図5】図５は、第１実施形態の多層基板における内層ストリップラインの配置状態の説明断面図である。

【図6】図６は、第２実施形態の多層基板における内層ストリップラインの配置状態の説明断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に好適な実施形態について図面を参照して説明する。
［１］従来技術の問題点及び実施形態の原理
まず、実施形態の詳細な説明に先立ち、従来技術の問題点及び実施形態の原理を説明する。
図１は、信号ライン間をシールドビアとして機能させるビアホールのみでシールドする従来技術の説明図である。

【0012】

図１に示すように、上層のグランドパターンＧＰ１と下層のグランドパターンＧＰ２との間の層に信号ラインＬ１、Ｌ２に沿って複数のビアホール（シールドビア）ＳＶを配置することにより信号ラインＬ１、Ｌ２間のアイソレーションを確保するようにされている。

【0013】

図２は、図１の従来例における信号ラインの放射電界強度のシミュレーション結果を説明する図である。
図２においては、シミュレーション計算の都合上、ビアホールＳＶを平面視、長方形状としている。また、一対の信号ラインＬ１、Ｌ２の間には、現行の基板デザインルールに従い、限界ピッチでグランドビアを配置しており、ビアホールＳＶは０．２０ｍｍ間隔で配置されている。

【0014】

図２に示すように、ビアホールＳＶが配置されている部分は、放射された電波が吸収されているが、ビアホールＳＶの間の隙間の部分から電波が放射され、信号ラインＬ２から隣接する信号ラインＬ１に到達していることがわかる。

【0015】

図３は、実施形態における信号ラインの放射電界強度のシミュレーション結果の説明図である。
図３においては、信号ラインＬ１、Ｌ２間の放射電界強度のシミュレーション結果であり、ビアホールＳＶをライン状のパターン（以下、接続パターンという）により接続した場合のものでる。

【0016】

より詳細には、ビアホールＳＶ及びグランドラインの一部の層のグランドパッドをライン状の接続パターン、いわゆる、シールドラインにより接続している。
この結果、図３に示すように、ビアホールＳＶの隙間部分においても、接続パターンにより電界強度が低下していることがわかる。

【0017】

したがって、本実施形態によれば、信号ラインＬ１と信号ラインＬ２との間において、ビアホールＳＶをライン状の接続パターンで接続することにより、シールド効果を向上させ、信号ラインＬ１と信号ラインＬ２との間のアイソレーションを確保することができることがわかる。

【0018】

［２］実施形態
［２．１］第１実施形態
図４は、実施形態の高周波通信モジュールの概要構成ブロック図である。
高周波通信モジュール１０は、大別すると、送受信アンテナ１１と、フロントエンドモジュール１２と、送信パワーアンプ部１３と、ＲＦトランシーバＩＣ１４と、ロジック回路１５と、を備えている。

【0019】

フロントエンドモジュール１２は、送受信アンテナ１１を介して受信した受信信号をハイバンド（ＨＢ）側及びロウバンド（ＬＢ）側に分離するとともに、送信パワーアンプ部１３側から入力されたハイバンド側の送信信号をロウバンド側の送信信号と混合し送受信アンテナ１１に出力するダイプレクサ２１と、ダイプレクサ２１により分離されたロウバンド側の信号が入力されて出力先を切り替えたり、ＲＦトランシーバＩＣ１４側からのロウバンド側の入力信号の入力先を切り替えたりするバンドセレクトＲＦスイッチ（ＬＢ側）２２と、ダイプレクサ２１により分離されたハイバンド側の信号が入力されて出力先を切り替えたり、ＲＦトランシーバＩＣ１４側からのハイバンド側の入力信号の入力先を切り替えたりするバンドセレクトＲＦスイッチ（ＨＢ側）２３と、を備えている。

【0020】

また、フロントエンドモジュール１２は、バンドセレクトＲＦスイッチ（ＬＢ側）２２からのロウバンド側の入力信号をバンド毎に分離するとともに、ＲＦトランシーバＩＣ１４側から入力されたロウバンド側のバンド毎の送信信号を混合してバンドセレクトＲＦスイッチ（ＬＢ側）２２に出力するデュプレクサ２４−１、２４−２と、バンドセレクトＲＦスイッチ（ＨＢ側）２３からのハイバンド側の入力信号をバンド毎に分離するとともに、ＲＦトランシーバＩＣ１４側から入力されたハイバンド側のバンド毎の送信信号を混合してバンドセレクトＲＦスイッチ（ＨＢ側）２３に出力するデュプレクサ２５−１〜２５−４と、を備えている。

【0021】

送信パワーアンプ部１３は、ＲＦトランシーバＩＣ１４の図示しない送信端子から出力されたハイバンド側のバンド毎の送信信号を増幅して出力するパワーアンプ２６−１〜２６−４を備えている。
ＲＦトランシーバＩＣ１４は、ロウバンド側の送受信信号の増幅を行うロウノイズアンプを複数組備えた第１ロウノイズアンプ部２７と、ハイバンド側の受信信号の増幅を行うロウノイズアンプを複数個備えた第２ロウノイズアンプ部２８と、を備えている。
ロジック回路１５は、送信用信号を生成して、ＲＦトランシーバＩＣ１４に出力するとともに、ＲＦトランシーバＩＣ１４から入力された受信信号のアナログ／デジタル変換を行って各種処理を行う。

【0022】

上記構成において、フロントエンドモジュール１２と、ＲＦトランシーバＩＣとの間は、内層ストリップラインとして形成された配線パターンにより接続されている。

【0023】

図５は、第１実施形態の多層基板における内層ストリップラインの配置状態の説明断面図である。
図５の例においては、多層基板３０は、第１グランドパターン３１と、第１グランドパターン３１と対向する第２グランドパターン３２と、第１グランドパターン３１が形成された層（第１層に相当）ＬＹ１と、第２グランドパターン３２が形成された層（第２層に相当）ＬＹ２との間の内層（第３層に相当）ＬＹ３にストリップラインとして形成された第１信号ラインＬ１１と、第１信号ラインＬ１１に隣接し、ストリップラインとして形成された第２信号ラインＬ１２と、を備えている。

【0024】

さらに第１信号ラインＬ１１の両脇には、アイソレーションを確保するために、第１信号ラインＬ１１をシールドする複数のビアホールＳＶを設けている。より詳細には、それぞれ複数のビアホールＳＶで構成された第１ビアホール群ＳＶＧ１及び第２ビアホール群ＳＶＧ２が第１信号ラインＬ１１の延在方向に沿って配置されている。

【0025】

さらにまた、第２信号ラインＬ１２の両脇にも、アイソレーションを確保するために、第２信号ラインＬ１２をシールドする複数のビアホールＳＶを設けている。より詳細には、それぞれ複数のビアホールＳＶで構成された第２ビアホール群ＳＶＧ２及び第３ビアホール群ＳＶＧ３が第２信号ラインＬ１２の延在方向に沿って配置されている。

【0026】

上記構成において、第１ビアホール群ＳＶＧ１には、第１ビアホール群ＳＶＧ１を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート上の接続パターンＣＰ１が形成されている。

【0027】

同様に、第２ビアホール群ＳＶＧ２には、第２ビアホール群ＳＶＧ２を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート上の接続パターンＣＰ２が形成されている。
さらに第３ビアホール群ＳＶＧ３には、第３ビアホール群ＳＶＧ３を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート上の接続パターンＣＰ３が形成されている。

【0028】

この場合において、接続パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３の幅方向の配置位置は、配線パターンである第１信号ラインＬ１１、第２信号ラインＬ１２の中心Ｘから第１グランドパターン３１及び第２グランドパターン３２までの距離を半径とする円の円周上あるいは円外の位置となるように、配線パターンである第１信号ラインＬ１１、第２信号ラインＬ１２から離間した位置とされている。

【0029】

上記構成としている理由は、第１グランドパターン３１及び第２グランドパターン３２までの距離は、第１信号ラインＬ１１及び第２信号ラインＬ１２の線路インピーダンスを所定の線路インピーダンスとするために設定されているものであり、この円ＣＲの半径の内部に、接続パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３が設けられてしまうと、線路インピーダンスに影響を与えてしまうからである。

【0030】

以上の構成を有する本第１実施形態によれば、シールド効果を向上させ、所望する信号ライン間のアイソレーションを確保することができる。

【0031】

［２．２］第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態の多層基板における内層ストリップラインの配置状態の説明断面図である。

【0032】

本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、接続パターンが第１グランドパターン３１と、第２グランドパターン３２との間の複数の層（図６の例では、３層）にそれぞれ設けられている点である。

【0033】

本第２実施形態の構成によれば、より同軸ケーブルにおけるシールドのようによりアイソレーションを確実に確保できる。
図６において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。

【0034】

第２実施形態の高周波通信モジュールの多層基板３０が第１実施形態とは、第１ビアホール群ＳＶＧ１を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ１、第２ビアホール群ＳＶＧ２を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート上の接続パターンＣＰ２及び第３ビアホール群ＳＶＧ３を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート上の接続パターンＣＰ３が形成されている点では、同様である。

【0035】

さらに第２実施形態では、第１信号ラインＬ１１及び第２信号ラインＬ１２が形成されている層の上層側に第１ビアホール群ＳＶＧ１を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ１１、第２ビアホール群ＳＶＧ２を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ１２及び第３ビアホール群ＳＶＧ３を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ１３が形成されている。

【0036】

さらにまた、第２実施形態では、第１信号ラインＬ１１及び第２信号ラインＬ１２が形成されている層の下層側に第１ビアホール群ＳＶＧ１を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ２１、第２ビアホール群ＳＶＧ２を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ２２及び第３ビアホール群ＳＶＧ３を構成する複数のビアホールＳＶを電気的に接続するプレート状の接続パターンＣＰ２３が形成されている。

【0037】

この場合において、接続パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ３３、ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３の幅方向の配置位置は、それぞれ、配線パターンである第１信号ラインＬ１１、第２信号ラインＬ１２の中心Ｘから第１グランドパターン３１及び第２グランドパターン３２までの距離を半径とする円の円周上あるいは円外の位置となるように、配線パターンである第１信号ラインＬ１１、第２信号ラインＬ１２から離間した位置とされている。

【0038】

これらの結果、接続パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ３３、ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３は、第１信号ラインＬ１１あるいは第２信号ラインＬ１２を同心円状に囲うこととなり、実効的に同軸ケーブルでシールドを行う状態と同様となる。
この場合においても、同心円の半径の内部に、接続パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ１１、ＣＰ１２、ＣＰ３３、ＣＰ２１、ＣＰ２２、ＣＰ２３が設けられることはない。

【0039】

したがって、本第２実施形態によれば、線路インピーダンスに影響を与えることはなく、第１実施形態と比較して、よりいっそうシールド効果を向上させ、所望する信号ライン間のアイソレーションを確保することができる。

【0040】

［３］実施形態の効果
実際に従来のシールドビアＳＶのみでシールドを行う場合、図５に示した第１実施形態の場合及び第２実施形態の場合について、電界強度をシミュレーションしてみた結果、従来のシールドビアＳＶのみでシールドを行う場合のアイソレーションが−４０ｄＢである状況で、第１実施形態では、−６０ｄＢ、第２実施形態では、−８０ｄＢとなった。

【0041】

すなわち、従来と比較して、第１実施形態では、およそ１０倍、第２実施形態では、およそ１００倍のアイソレーションを確保することができた。

【0042】

したがって、本実施形態を携帯電話等の高周波通信装置に適用することで、動作バンドの電波（希望波）の信号強度を確保しつつ、他のバンドに影響を与える電波（妨害波）を抑制することが可能となる。

【0043】

［４］実施形態の変形例
以上の説明においては、接続パターンを３層までしか設けていなかったが、４層以上設けるように構成することも可能である。

【符号の説明】

【0044】

１０ 高周波通信モジュール
１１ 送受信アンテナ
１２ フロントエンドモジュール
１３ 送信パワーアンプ部
１４ ＲＦトランシーバＩＣ
１５ ロジック回路
２１ ダイプレクサ
２４−１、２４−２ デュプレクサ
２５−１〜２５−４ デュプレクサ
２６ パワーアンプ
２７ 第１ロウノイズアンプ部
２８ 第２ロウノイズアンプ部
３０ 多層基板
３１ 第１グランドパターン
３２ 第２グランドパターン
３３ 第２グランドパターン
ＣＰ１〜３ 接続パターン
ＣＰ１１〜１３ 接続パターン
ＣＰ２１〜２３ 接続パターン
Ｌ１、Ｌ２ 信号ライン
Ｌ１１ 第１信号ライン
Ｌ１２ 第２信号ライン
Ｘ 中心
ＳＶ ビアホール
ＳＶＧ１ 第１ビアホール群
ＳＶＧ２ 第２ビアホール群
ＳＶＧ３ 第３ビアホール群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】