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【発明の名称】 高周波回路装置およびこの高周波回路装置に用いられる高周波モジュール
【発明者】 【氏名】喜多 輝道
【住所又は居所】京都府長岡京市天神２丁目２６番１０号 株式会社村田製作所内

【氏名】赤木 秀守
【住所又は居所】京都府長岡京市天神２丁目２６番１０号 株式会社村田製作所内
【要約】 【課題】低背化とともに高Ｃ／Ｎ特性を得ることが可能な高周波回路装置を提供する。

【解決手段】高周波モジュールＡは、線路電極４を挟んで上下に第１と第２の誘電体層１，２を持ち、第１誘電体層２の上面には線路電極４と対向するグランド電極５を持ち、第２誘電体層１の下面の少なくとも線路電極４と対向する部分にはグランド電極を持たず、第２誘電体層１の厚さが第１誘電体層２の厚さより薄く、第２誘電体層１の下面１ａが実装面である多層基板よりなる。実装基板１０の線路電極４と対向するグランド電極を持たない上面に高周波モジュールＡが実装され、実装基板１０の下面に線路電極４と対向するグランド電極１２が設けられる。線路電極４と第１誘電体層２の上面のグランド電極５と実装基板１０の下面のグランド電極１２とでトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線路電極を挟んで上下に第１と第２の誘電体層を持ち、第１の誘電体層の上面には上記線路電極と対向するグランド電極を持ち、第２の誘電体層の下面の少なくとも上記線路電極と対向する部分にはグランド電極を持たず、第２の誘電体層の厚さが第１の誘電体層の厚さより薄く、第２の誘電体層の下面が実装面である多層基板よりなる高周波モジュールと、
上記線路電極と対向するグランド電極を持たない上面に上記高周波モジュールが実装され、下面に上記線路電極と対向するグランド電極を持つ実装基板とからなり、
上記線路電極と上記第１の誘電体層の上面のグランド電極と実装基板の下面のグランド電極とでトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成されることを特徴とする高周波回路装置。
【請求項２】
上記第１の誘電体層の厚さは、上記第２の誘電体層および上記実装基板の厚さの和とほぼ等しく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路装置。
【請求項３】
上記第１の誘電体層の厚さは、上記第２の誘電体層および上記実装基板の厚さの和より薄く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路装置。
【請求項４】
線路電極を挟んで上下に第１と第２の誘電体層を持ち、第１の誘電体層の上面には上記線路電極と対向するグランド電極を持ち、第２の誘電体層の下面の少なくとも上記線路電極と対向する部分にはグランド電極を持たず、第２の誘電体層の厚さが第１の誘電体層の厚さより薄く、第２の誘電体層の下面が実装面である多層基板よりなる高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は携帯電話などに用いられる高周波回路装置、特に実装基板上に高周波モジュールを実装してなる高周波回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと呼ぶ）などの高周波発振器においては、多層基板の内部にストリップ線路共振器を形成し、多層基板の上部に能動素子などを搭載して、それらを接続して発振回路を構成するという構造が一般的に知られている。ストリップ線路共振器は、線路電極の上下に誘電体層を介してグランド電極が存在するトリプレート構造の共振器のことであり、多層基板の内部に形成されている。
【０００３】
図４は一般的な誘電体３層構造のＶＣＯモジュールＢの一例を示し、図５はこのＶＣＯモジュールＢを実装基板３０に実装した状態を示す。
図４において、ＶＣＯモジュールＢは誘電体層２３，２４，２５を下から順に積層したものであり、誘電体層２３の下には下側のグランド電極２１が、誘電体層２４の上には上側のグランド電極２２が、誘電体層２３と２４の間には線路電極２０が設けられている。線路電極２０と上側グランド電極２２と下側グランド電極２１とでトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成される。誘電体層２５の上には回路電極２６が設けられ、この回路電極２６上に能動素子などの複数の素子２７が搭載されている。図５のように、実装基板３０の上面および下面にはそれぞれグランド電極３１，３２が設けられ、ＶＣＯモジュールＢの下側のグランド電極２１が実装基板３０の上面のグランド電極３１に接続されている。
【０００４】
近年、ストリップ線路共振器を内蔵する多層基板を使用したＶＣＯモジュールには、低背化、高Ｃ／Ｎ特性が要求されている。低背化を実現するためには、製品高さＨ0 をさらに低くする必要がある。そこで、ＶＣＯモジュールを構成する多層基板の厚さを薄くすると、トリプレート層間厚ｄ4 ，ｄ5 も薄くなり、線路電極２０とグランド電極２１，２２との間の容量値が増加するため、共振器のＱが低くなり、結果的にＣ／Ｎ特性が劣化する。
【０００５】
特許文献１には、線路電極とこの線路電極を挟む２つのグランド電極とを有するトリプレート型のストリップ線路共振器が多層基板の内部に形成され、多層基板の表面にストリップ線路共振器と電気的に接続された回路パターンが設けられ、２つのグランド電極のうちの一方のグランド電極に、線路電極の形状に対応して導体が形成されていない領域を設けて、一方のグランド電極と線路電極との間の容量値を低減する形状としたＶＣＯモジュールが提案されている。この構造のＶＣＯモジュールでは、容量値を低くすることで共振器のＱが高くなり、Ｃ／Ｎ特性が改善される。
しかし、低背化を目的としてモジュールの高さＨ0 を低くした場合、トリプレート層間厚も薄くなり、線路電極と対向する他方のグランド電極との間の容量値は高くなる。Ｃ／Ｎ特性は線路電極と上下のグランド電極との間の層厚の薄い方、つまり線路電極と他方のグランド電極との層厚に依存するため、結局、高いＣ／Ｎ特性を得ることが困難である。
【特許文献１】特許第３１０００３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、低背化とともに高Ｃ／Ｎ特性を得ることが可能な高周波回路装置およびこの高周波回路装置に用いられる高周波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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、線路電極を挟んで上下に第１と第２の誘電体層を持ち、第１の誘電体層の上面には上記線路電極と対向するグランド電極を持ち、第２の誘電体層の下面の少なくとも上記線路電極と対向する部分にはグランド電極を持たず、第２の誘電体層の厚さが第１の誘電体層の厚さより薄く、第２の誘電体層の下面が実装面である多層基板よりなる高周波モジュールと、上記線路電極と対向するグランド電極を持たない上面に上記高周波モジュールが実装され、下面に上記線路電極と対向するグランド電極を持つ実装基板とからなり、上記線路電極と上記第１の誘電体層の上面のグランド電極と実装基板の下面のグランド電極とでトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成されることを特徴とする高周波回路装置を提供する。
【０００８】
請求項４に係る発明は、線路電極を挟んで上下に第１と第２の誘電体層を持ち、第１の誘電体層の上面には上記線路電極と対向するグランド電極を持ち、第２の誘電体層の下面の少なくとも上記線路電極と対向する部分にはグランド電極を持たず、第２の誘電体層の厚さが第１の誘電体層の厚さより薄く、第２の誘電体層の下面が実装面である多層基板よりなる高周波モジュールを提供する。
【０００９】
ストリップ線路共振器を内蔵した多層基板からなる高周波モジュールでは、高Ｃ／Ｎ特性を実現させるためには共振器のＱを高くする必要がある。ここで、共振器のＱは線路電極と上下のグランド電極との間の容量値、つまりトリプレート層間厚に関係し、この層間厚を厚くすることで共振器のＱが高くなる。しかし、単にトリプレート層間厚を厚くするだけでは、モジュールの低背化を損なうことになる。
そこで、本発明では高周波モジュールの線路電極の下層を構成する第２誘電体層の下面に設けられるグランド電極、つまり実装面に設けられているグランド電極を切除するとともに、線路電極と実装面との間の第２誘電体層を、線路電極と上層のグランド電極との間の第１誘電体層より薄くしている。そして、この高周波モジュールを実装基板の上面のグランド電極を設けていない領域に実装する。実装基板の下面にはグランド電極が設けられている。その結果、高周波モジュールの線路電極の上層には第１誘電体層を介して一方のグランド電極が設けられ、下層には第２誘電体層および実装基板を介して他方のグランド電極が設けられ、これら３つの電極によってトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成される。つまり、高周波モジュール単体ではなく、実装基板を含めた合体構造によってストリップ線路共振器が構成される。そのため、モジュールの高さは従前と同じでも、トリプレート層間厚を従前の高周波モジュールのトリプレート層間厚より厚くすることができ、共振器のＱを高くできる。つまり、高Ｃ／Ｎ特性を実現できる。逆に、トリプレート層間厚（Ｃ／Ｎ特性）が従前と同じであれば、第２誘電体層の厚さが薄い分だけモジュールの高さを低くでき、一層の低背化を実現できる。
【００１０】
高周波モジュールを構成する誘電体層の材料としては、実装基板を構成する材料とほぼ同等の誘電率を持つものが好ましい。その理由は、両者の誘電率が大きく異なると、線路電極の上下のトリプレート層間厚を等しくしても、容量値が上下で大きく異なるため、層間厚を大きくする意味がなくなるからである。また、高周波モジュールを実装基板の上面に密着状態で実装するのがよい。高周波モジュールと実装基板との間に隙間があると、容量値が大きく変動するからである。
【００１１】
請求項２のように、第１の誘電体層の厚さと、第２の誘電体層および実装基板の厚さの和とがほぼ等しく設定されているのがよい。
この場合は、トリプレート層間厚を厚くすることができ、かつ線路電極と上下のグランド電極との間の容量値が同等になるので、より高いＣ／Ｎ特性が得られる。
【００１２】
請求項３のように、第１の誘電体層の厚さは、第２の誘電体層および実装基板の厚さの和より薄く設定されていてもよい。
Ｃ／Ｎ特性は線路電極と上下のグランド電極との層厚が薄い方、つまり線路電極と上層のグランド電極との層厚に依存するため、実装基板の厚さがばらついてもＣ／Ｎ特性に影響を与えない。
【００１３】
請求項４にかかる高周波モジュールを、上面の実装位置にグランド電極を持たず、下面にグランド電極を持つ実装基板に実装すれば、高周波モジュールの線路電極と第１の誘電体層の上面のグランド電極と実装基板の下面のグランド電極とでトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成される。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、高周波モジュールの線路電極の下層を構成する第２誘電体層の下面に設けられるグランド電極を切除し、第２誘電体層を線路電極と上層のグランド電極との間の第１誘電体層より薄くしている。そして、この高周波モジュールを実装基板の上面のグランド電極を設けていない領域に実装することで、高周波モジュールの線路電極と第１誘電体層の上面のグランド電極と実装基板の下面のグランド電極とでトリプレート構造のストリップ線路共振器を構成している。そのため、トリプレート層間厚を厚くしながら、全体の高さを従来より低背化でき、低背化と高Ｃ／Ｎ特性とを両立した高周波回路装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明にかかる多層構造の高周波モジュールＡの第１実施例を示し、図２は高周波モジュールＡを実装基板１０に実装した状態を示す。ここでは、高周波モジュールとして電圧制御発振器モジュール（以下、ＶＣＯモジュールと呼ぶ）を用いた例を示す。
【００１７】
ＶＣＯモジュールＡは、３層の誘電体層１〜３からなる多層基板を備えている。ここでは、誘電体層１〜３として実装基板１０の材料とほぼ同等の誘電率を持つ樹脂が用いられているが、セラミック材料を用いてもよい。最下層の誘電体層１と中間の誘電体層２との間には、ストリップ線路共振器を構成する線路電極４が設けられ、中間の誘電体層２と最上層の誘電体層３との間にグランド電極５が設けられている。グランド電極５は線路電極４と対向する部分を含むようにほぼ全面に設けられているが、全面である必要はない。最上層３の上面には、回路電極６が設けられ、この回路電極６上にトランジスタやコンデンサなどの複数の素子７が実装されている。図１には図示していないが、回路電極６と線路電極４およびグランド電極５とは、ビア導体または端面電極を介して相互に接続されている。
最下層１の下面１ａは実装面であり、少なくとも線路電極４と対向する位置にはグランド電極が設けられていない。なお、実装面１ａの線路電極４と対向しない位置あるいはＶＣＯモジュールＡの側面に、線路電極４、グランド電極５あるいは回路電極６と接続された外部接続用の端子電極（図示せず）が設けられている。
【００１８】
最下層の誘電体層１の厚さをｄ1 とし、中間の誘電体層２の厚さをｄ2 とすると、
ｄ1 ＜ｄ2 （１）
に設定されている。
【００１９】
実装基板１０は公知のプリント基板であり、その上面には回路パターン１１が形成され、下面にはグランド電極１２がほぼ全面に形成されている。ＶＣＯモジュールＡは、実装基板１０のグランド電極が設けられていない上面に実装される。つまり、ＶＣＯモジュールＡの端子電極が回路パターン１１とはんだ付け等によって接続固定される。このとき、ＶＣＯモジュールＡの実装面１ａが実装基板１０の上面に密着するように固定するのがよい。ＶＣＯモジュールＡを実装基板１０に実装した状態において、線路電極４の上層には誘電体層２を介してグランド電極５が設けられ、下層には誘電体層１および実装基板１０を介してグランド電極１２が設けられ、これら３つの電極４，５，１２によってトリプレート構造のストリップ線路共振器が構成される。
【００２０】
誘電体層１の厚さｄ1 、誘電体層２の厚さｄ2 、実装基板１０の厚さｄ3 は次のように設定されている。
ｄ1 ＋ｄ3 ≒ｄ2 （２）
つまり、線路電極４を挟んで上層のグランド電極５と下層のグランド電極１２とがほぼ同一距離に設けられている。しかも、実装基板１０と誘電体層１，２との誘電率がほぼ同等であるため、線路電極４とグランド電極５との間の容量値と、線路電極４とグランド電極１２との間の容量値とがほぼ等しくなる。
【００２１】
ここで、本発明にかかるＶＣＯモジュールＡ（図１参照）と従来のＶＣＯモジュールＢ（図４参照）とを比較する。
本発明にかかるＶＣＯモジュールＡの全高をＨ1 、従来のＶＣＯモジュールの全高をＨ0 とし、両者の高さが等しい（Ｈ1 ＝Ｈ0 ）と仮定する。両モジュールは共に３層構造であり、最上層の誘電体層３，２５の厚さを等しいと仮定する。この場合、従来のＶＣＯモジュールにおける最下層と中間層の誘電体層の厚さをｄ4 ，ｄ5 とすると、次の関係式が成立する。
ｄ1 ＋ｄ2 ＝ｄ4 ＋ｄ5 （３）
ここで、一般にはｄ4 ＝ｄ5 である。
【００２２】
トリプレート構造のストリップ線路共振器において、そのＣ／Ｎ値を高くするには、共振器の損失を小さくする必要がある。ここで、線路電極と上下のグランド電極との間の容量値が小さいほど、共振器の損失が小さくなるので、下式に示すように線路電極と上下のグランド電極との間の誘電体層を厚くすれば、容量値Ｃを小さくすることができる。
容量値は次式で求められる。
Ｃ＝ε0 εＳ／ｄ
ここで、Ｓ：電極面積，ｄ：電極間距離、ε：誘電体層の誘電率、ε0 ：真空の誘電率である。
【００２３】
従来のＶＣＯモジュールにおいて、線路電極と上下のグランド電極との間の容量値をＣ1 ，Ｃ2 とすると、合成容量値Ｃは下式となる。
Ｃ＝１／｛（１／Ｃ1 ）＋（１／Ｃ2 ）｝
＝ε0 εＳ／（ｄ4 ＋ｄ5 ） （４）
これに対し、本発明のＶＣＯモジュールの合成容量値Ｃ’は下式となる。
Ｃ’＝ε0 εＳ／（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ） （５）
ここで、ｄ4 ＋ｄ5 ＜ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 であるから、下式が成立する。
Ｃ＞Ｃ’
このように、本発明のＶＣＯモジュールは従来のＶＣＯモジュールに比べて、線路電極と上下のグランド電極との間の容量値が小さく、共振器の損失が小さい。つまり、共振器のＱが高くなり、高Ｃ／Ｎ特性が得られる。
【００２４】
上記実施例では、式（２）のように誘電体層１の厚さｄ1 および実装基板１０の厚さｄ3 の和と、誘電体層２の厚さｄ2 とをほぼ等しく設定したが、実装基板１０の厚さｄ3 が厚い場合には、次のようになる。
ｄ1 ＋ｄ3 ＞ｄ2 （６）
この場合も、モジュールの高さＨ1 を従来Ｈ0 と同じと考えると、式（３）〜（５）と同様に、合成容量値Ｃ’が従来のＶＣＯモジュールの合成容量値Ｃより小さくなるので、共振器のＱが高くなり、高Ｃ／Ｎ特性が得られる。
なお、共振器のＱはグランド電極との層間厚の薄い方、つまり厚さｄ2 により強く依存するため、実装基板１０の厚さｄ3 がばらついてもＣ／Ｎ特性に影響を与えにくい。
【実施例２】
【００２５】
図３は第２実施例のＶＣＯモジュールＡ’を実装基板１０に実装した状態を示す。
第１実施例では、線路電極４の上側の誘電体層２の厚さｄ2 を、従来のＶＣＯモジュールＢの誘電体層２４より厚くしたが、この実施例のＶＣＯモジュールＡ’は、線路電極４の上側の誘電体層２の厚さｄ2 を、従来のＶＣＯモジュールＢの誘電体層２４と同等の厚さとしたものである。
ｄ2 ＝ｄ5
但し、ｄ1 ＋ｄ3 ＞ｄ2 になるようにｄ1 、ｄ3 が決められているものとする。
線路電極４の下側の誘電体層１の厚さｄ1 は上側の誘電体層２の厚さｄ2 より薄いので、その分だけモジュールＡ’の高さＨ1 ’を従来の高さＨ0 より低くでき、低背化できる。
また、共振器のＱはグランド電極との層間厚の薄い方ｄ2 に依存し、この厚さｄ2 は従来のモジュールの層間厚ｄ5 と同等であるから、従来と同等のＣ／Ｎ特性を得ることができる。
【００２６】
本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記説明では、誘電体層１〜３が樹脂で構成された場合を示したが、実装基板１０がセラミック材料よりなる場合には、誘電体層１〜３もセラミック材料で構成することができる。
図１〜図３では３層の誘電体層１〜３を有するモジュールについて説明したが、トリプレート構造のストリップ線路共振器より上側に位置する誘電体層数を増やすことで、４層以上の多層構造としてもよいことは勿論である。この場合、トリプレート構造のストリップ線路共振器より上側の誘電体層の間に適宜内部電極を設けて容量部を構成してもよいし、チップ抵抗やチップコンデンサなどのチップ部品を埋設してもよい。
図２，図３では、モジュールＡの底面である実装面１ａが実装基板１０の上面に密着している例を示したが、モジュールＡの実装面１ａに端子電極が設けられている場合には、この端子電極と実装基板１０の上面のパターン電極とを接続する関係上、モジュールＡの実装面１ａと実装基板１０の上面との間には隙間が発生する。しかし、隙間の誘電率は低いので、共振器のＱはグランド電極との層間厚の薄い方の厚さｄ2 に依存し、Ｃ／Ｎ特性の面からみるとこの隙間を無視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる高周波モジュールの第１実施例の断面図である。
【図２】図１に示す高周波モジュールを実装基板上に実装した高周波回路装置の断面図である。
【図３】本発明にかかる高周波モジュールの第２実施例を実装基板上に実装した高周波回路装置の断面図である。
【図４】従来の高周波モジュールの一例の断面図である。
【図５】図４に示す高周波モジュールを実装基板上に実装した高周波回路装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ ＶＣＯモジュール
１ 誘電体層（第２誘電体層）
１ａ 実装面
２ 誘電体層（第１誘電体層）
４ 線路電極
５ グランド電極
６ 回路電極
７ 素子
１０ 実装基板
１１ 回路パターン
１２ グランド電極
【出願人】 【識別番号】０００００６２３１
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
【住所又は居所】京都府長岡京市東神足１丁目１０番１号
【出願日】 平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００８５４９７
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 秀隆
【公開番号】 特開２００６−１３９８９（Ｐ２００６−１３９８９Ａ）
【公開日】 平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【出願番号】 特願２００４−１８９２１２（Ｐ２００４−１８９２１２）