JP2005130060A - 高周波スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電気特性が良好で小型化が可能な高周波スイッチを提供する。
【解決手段】第１、第２、第３の回路に接続され、前記第１の回路と第３の回路との接続、および前記第２の回路と第３の回路との接続を切り換える高周波スイッチであって、前記高周波スイッチは、ダイオードと伝送線路から構成され、前記ダイオードは、多層基板上に搭載され、前記伝送線路は、多層基板内にミアンダ形状で２層以上にわたって形成されており、各層に渡って形成された伝送線路同士の折り返し方向がお互いに垂直となっている。
【選択図】
図１

Description

本発明は、例えばダイオード、インダクタ、コンデンサなどの複数の回路素子からなる回路を集積化した高周波スイッチに関する。

近年、携帯電話をはじめとする移動体通信の普及に伴い、移動体通信装置の小型化が進んでいる。特に、外観のデザインを重視した移動体通信装置の登場により、移動体通信装置の筐体に内蔵される電子回路はますます小型かつ軽量にすることが求められている。

このような移動体通信装置、特に携帯電話などの無線装置では、アンテナ直下のフロントエンド部にアンテナと送信回路または受信回路との接続を切り替える高周波スイッチが使われている。高周波スイッチは、ダイオード素子、インダクタ（伝送線路）および容量素子（コンデンサ）などから構成され、多層基板に各素子または部品が搭載若しくは内蔵されて、形成されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２７４６０３号公報（第１〜７頁、図１〜７）

高周波スイッチの構成部品の一つである伝送線路を多層基板に内蔵すると、伝送線路同士が干渉し電気特性を悪化させたり、多層基板に内蔵される他素子との干渉により電気特性を悪化させるといった問題があった。また、内蔵した伝送線路の特性を向上させる為には、内蔵された他素子との干渉を避けるために、伝送線路を他素子から離した位置に内蔵したり、ＧＮＤ電極で挟まれた領域に配置したりしているため、多層基板内での占有割合が大きくなるため、小型化の妨げになっている場合があった。

本発明は、以上において説明した背景技術の問題点を解決し、電気特性が良好で小型化が可能な高周波スイッチを提供する、ことを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、スイッチ回路の構成部品であり、多層基板に内蔵される伝送線路に関して、その内蔵の形態に着想して成されたものである。
即ち、本発明の高周波スイッチ(請求項１)は、第１、第２、第３の回路に接続され、
前記第１の回路と第３の回路との接続、および前記第２の回路と第３の回路との接続を切り換える高周波スイッチであって、前記高周波スイッチは、ダイオードと伝送線路から構成され、前記ダイオードは、多層基板上に搭載され、前記伝送線路は、多層基板内にミアンダ形状で２層以上にわたって形成されており、各層に渡って形成された伝送線路同士の折り返し方向がお互いに垂直となっている、ことを特徴とする。

また、本発明には、前記伝送線路同士の距離は、垂直方向に１００μｍ以上離れて形成されている、高周波スイッチ(請求項２)も含まれる。

更に、本発明には、前記伝送線路の電気長が、通過信号の波長（λ）の１／４である、高周波スイッチ(請求項３)も含まれる。

加えて、本発明には、前記伝送線路の線幅は、前記伝送線路同士の距離よりも小さい、高周波スイッチ(請求項４)も含まれる。

本発明によれば、上記伝送線路がミアンダ形状で、多層基板内に少なくとも２層以上にわたり形成され、各伝送線路の折り返し方向が垂直となるように配置される。このため、伝送線路間同士（上下で）重なりあう面積が少なくなり、浮遊容量の発生等のお互いの干渉が小さくなるため、高周波スイッチ自体の電気特性が向上する。特に、高周波帯域（約９００ＭＨｚから約３ＧＨｚ）での低損失化が可能となる。さらに、伝送線路同士のお互いの距離が、１００μｍ以上離れていることから、伝送線路同士の干渉がより小さくなり、より低損失化が可能となる。加えて、通過信号の波長（λ）の１／４の電気長の伝送線路を内蔵するので、または、伝送線路の線幅を小さくすることによって、ミアンダ形状の伝送線路同士が重なる面積を小さくし、更には、伝送線路自体の多層基板内での占有面積を低く抑えることができるので、高周波スイッチ自体の小型化が可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明における高周波スイッチＳＷの回路図を示す。高周波スイッチは、二つのダイオードＤ１、Ｄ２と、二つのインダクタ（伝送線路）Ｌ１、Ｌ２と、二つのコンデンサＣ２、Ｃ５と、一つの抵抗Ｒ１とで構成されている。すなわち第１のダイオードＤ１のアノードはローパスフィルタＬＰＦを介して第２の回路である送信回路ＴＸに接続され、第１のダイオードＤ１は、チョークコイルとして作用する第１のインダクタＬ１と第２のコンデンサＣ２の直列回路を介して接地され、第１のインダクタＬ１と第２のコンデンサＣ２との間には制御端子ＶＣが接続されている。また、第１のダイオードＤ１のカソードは第３の回路であるアンテナ端子ＡＮＴに接続され、他方では伝送線路である第２のインダクタＬ２の一端に接続され、第２のインダクタＬ２の他端は第１の回路である受信回路ＲＸに接続される。第２のインダクタＬ２は第２のダイオードＤ２と第５のコンデンサＣ５の直列回路を介して接地され、第５のコンデンサＣ５と並列に抵抗Ｒ１が接続されている。第２のインダクタは通過信号の波長（λ）の１／４の電気長となっている。

高周波スイッチング回路ＳＷと送信回路ＴＸとの間に接続されたローパスフィルタＬＰＦは、インダクタＬ３とコンデンサＣ８とＣ９から成り、これらの素子は図示したように接続されている。

このように構成した高周波スイッチの回路の動作において、制御端子ＶＣに正の電圧を印加すると、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は順方向にバイアスがかけられ、これらのダイオードは導通状態となる。それにより送信回路ＴＸからの送信信号は、ローパスフィルタＬＰＦ、第１のダイオードＤ１を介してアンテナＡＮＴから送信される。この場合、受信回路側に通じる回路は、第２のダイオードＤ２が導通状態にあるため第２のインダクタＬ２の片側が接地されることにより、片側短絡のインダクタＬ２（λ/4線路）の入力インピーダンスが無限大となる。従って送信回路ＴＸからの送信信号は、受信回路ＲＸ側へは伝送されない。こうして送信状態が確立される。一方、制御端子ＶＣに負の電圧を印加すると、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は逆方向にバイアスがかけられ、これらのダイオードは非導通状態となる。従ってアンテナＡＮＴからの受信信号は受信回路ＲＸへ伝送され、こうして受信状態が確立される。

図２は、多層基板２に形成された高周波スイッチを示す。多層基板は２ａから２ｈの低温焼成基板を積層して形成されている。多層基板表面には、ダイオードＤ１、Ｄ２と抵抗Ｒ１とが搭載されており、インダクタＬ２（伝送線路）などのそれ以外の素子については、多層基板内に所定の電極パターンにより形成されている。すなわち内蔵されている。本実施例では、ダイオードと抵抗のみを多層基板上に搭載したが、インダクタＬ１（チョークコイル）やコンデンサも多層基板上に搭載しても良い。

多層基板２の底面には、プリント基板に接合するための端子パッド５が設けられている。端子パッド５は、アンテナ端子パッド、送信端子パッド、受信端子パッド、制御端子パッドと接地（グランド）端子パッドで構成されている。

多層基板２の表面には、ダイオードと抵抗を実装するための実装パッド６と、金属キャップ（図示しない）を取り付けるための金属キャップパッド７が形成されている。金属キャップと金属キャップパッドとは半田によって接合されている。ダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１と実装パッドも半田によって接合されている。また、金属キャップパッドは接地端子の接続されているので、電気的にはグランド電位を示している。

この多層基板２の内部構造を図３〜図５に示す。最下層２ａの表面には、図３（ａ）で示したように、アンテナ端子パッド、送信端子パッド、受信端子パッド、制御端子パッドと接地（グランド）端子パッドが形成されている。

最下層２ａの裏面には、第１のアース電極ＧＮＤと第２のアース電極ＧＮＤが形成されている。第２のアース電極ＧＮＤはスイッチ回路の片側接地されたコンデンサＣ２、Ｃ５の一方の電極を形成する。一方、第１のアース電極はローパスフィルタの片側接地されたコンデンサＣ８、Ｃ９の一方の電極を形成する。

最下層２ａの上には、第２層２ｂが配置され、第２層２ｂには、第３のアース電極ＧＮＤと、スイッチ回路のコンデンサＣ２、Ｃ５とローパスフィルタのコンデンサＣ８、Ｃ９を形成する一方のコンデンサ電極が形成されている。

第２層２ｂの上には第３層２ｃが配置され、コンデンサＣ６を形成する一方のコンデンサ電極が形成されている。

第３層２ｃの上には第４層２ｄが配置され、スイッチ回路を構成するインダクタＬ１の電極とローパスフィルタを構成するインダクタＬ３の電極が形成されている。インダクタ電極Ｌ１、Ｌ３はそれぞれスパイラル形状となっている。

第４層２ｄの上には第５層２ｅが配置され、第４層２ｄと同様にスイッチ回路を構成するインダクタＬ１の電極とローパスフィルタを構成するインダクタＬ３の電極が形成されている。さらに、スイッチ回路を構成するインダクタＬ２の電極も形成される。インダクタＬ２には、インダクタＬ１、Ｌ３とは異なり、ミアンダ形状を成している。また、

第５層２ｅの上には第６層２ｆが配置され、スイッチ回路のインダクタＬ２の電極が形成されている。インダクタＬ２はミアンダ形状で形成されているが、第５層２ｅに形成されたインダクタＬ２とは、ミアンダの折り返し方向が異なっている。第５層２ｅに形成されたインダクタ電極Ｌ２と第６層２ｆに形成されたものとでは、それぞれ折り返し方向が垂直になっており、お互いが交差するように形成されている。このため、それぞれの電極が重なり合う面積は少なくなっている。インダクタＬ２は第４層２ｄと第５層２ｅの２層にまたがって形成されている。また、インダクタＬ２の電気長は、通過する信号の中心周波数の波長λの１/４となっている。

第６層２ｆの上に配置される第７層２ｇに第４のアース電極が形成されている。第３のアース電極ＧＮＤと第２層２ｂに形成されている第３のアース電極ＧＮＤとで挟まれる空間にインダクタＬ２か形成されている。このため、インダクタＬ２は、内層されている他の素子であるインダクタＬ１、コンデンサＣ２、Ｃ５などと干渉を引き起こす可能性が少なくなる。

第７層２ｇの上に配置される第８層には、ダイオード、抵抗を搭載するための実装パッド６と金属キャップを取り付けるための金属キャップパッド７が形成されている。

ここで本発明の具体的な実施例について比較例と併せて説明する。
多層基板の製造について簡単に説明する。まず、グリーンシートを用意し、必要な部位つまり上下に電気的に接続すべき部位に孔をあける。こうして孔のあけられた各グリーンシート上に、所定の回路素子の全部又は一部をＡｇペースト又はＡｇＰｔペーストを用いてスクリーン印刷法により印刷する。同時に各グリーンシートにおける各孔もＡｇペースト又はＡｇＰｔペーストを用いてスクリーン印刷法により孔埋めする。しかる後、それぞれのグリーンシートを積層し、そして燒結処理が施される。その後、多層基板の表面に高周波スイッチ回路を構成する別個に用意したチップ素子が搭載され、そして図２に示すように個々のモジュールに切断されて完成される。

ここで、インダクタＬ２がミアンダ形状のものとスパイラル形状のものとを作成し、両方の伝送損失（Ｉ．ＬＯＳＳ〔ｄＢ〕）を測定した。なお、測定した周波数は８８０ＭＨｚと２．１７ＧＨｚとした。その結果を表１に示す。

表１によれば、本発明のミアンダ形状のインダクタＬ２の伝送損失は、０．２６ｄＢで、比較例であるスパイラル形状のインダクタＬ２の伝送損失０．３７ｄＢよりも０．１ｄＢ程度伝送損失が少なかった。これにより、ミアンダ形状の方が、スパイラル上場の場合と比べて、伝送損失が低減できることが判明した。

また、インダクタＬ２の形状をミアンダ形状として、インダクタＬ２を２層にわたって形成したものについて、両方の伝送損失（Ｉ．ＬＯＳＳ〔ｄＢ〕）を測定した。なお、測定した周波数は８８０ＭＨｚと２．１７ＧＨｚとした。尚、２層にわたって形成した場合の各伝送線路間の間隔は、１４０μｍ（本発明）と１００μｍ（本発明）、９０μｍ（比較例）、３５μｍ（比較例）とした。その結果を表２に示す。

表２によれば、本８８０ＭＨｚにおいて、本発明の場合のインダクタＬ２の伝送損失は、比較例の場合の伝送損失よりも約０．１ｄＢ程度少なかった。また、２．１７ＧＨｚにおいては、本発明の場合のインダクタＬ２の伝送損失は、比較例の場合の伝送損失よりも０．２ｄＢ程度少なかった。これより、インダクタを２層にまたがって形成した場合には、少なくともその線路同士の間隔を１００μｍ以上離すことで、伝送損失が少なくなることが判明した。

本発明の高周波スイッチの回路図。 本発明の高周波スイッチの斜視図。 本発明の高周波スイッチの多層基板の２ａ〜２ｃ層の図。 本発明の高周波スイッチの多層基板の２ｄ〜２ｆ層の図。 本発明の高周波スイッチの多層基板の２ｇ〜２ｉ層の図。

符号の説明

高周波スイッチ ＳＷ
インダクタ Ｌ１、Ｌ２
ダイオード Ｄ１、Ｄ２
抵抗 Ｒ１
コンデンサ Ｃ２、Ｃ５
制御端子 ＶＣ
アンテナ端子 ＡＮＴ
送信回路 ＴＸ
受信回路 ＲＸ
ローパスフィルタ ＬＰＦ
多層基板 ２
端子パッド ５
実装パッド ６
金属キャップパッド ７

Claims (4)

1. 第１、第２、第３の回路に接続され、
   前記第１の回路と第３の回路との接続、および前記第２の回路と第３の回路との接続を切り換える高周波スイッチであって、
   前記高周波スイッチは、ダイオードと伝送線路から構成され、
   前記ダイオードは、多層基板上に搭載され、
   前記伝送線路は、多層基板内にミアンダ形状で２層以上にわたって形成されており、
   各層に渡って形成された伝送線路同士の折り返し方向がお互いに垂直となっている、
   ことを特徴とする高周波スイッチ。
2. 前記伝送線路同士の距離は、垂直に１００μｍ以上離れて形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ。
3. 前記伝送線路の電気長が、通過信号の波長（λ）の１／４である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波スイッチ。
4. 前記伝送線路の線幅は、前記伝送線路同士の距離よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。