WO2022124035A1 - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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WO2022124035A1
WO2022124035A1 PCT/JP2021/042353 JP2021042353W WO2022124035A1 WO 2022124035 A1 WO2022124035 A1 WO 2022124035A1 JP 2021042353 W JP2021042353 W JP 2021042353W WO 2022124035 A1 WO2022124035 A1 WO 2022124035A1
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high frequency
base material
frequency module
switch
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幸哉 山口
孝紀 上嶋
基嗣 津田
佑二 竹松
俊二 吉見
聡 荒屋敷
充則 佐俣
聡 後藤
将之 青池
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a high frequency module and a communication device.
  • Patent Document 1 discloses a high-frequency module including a power amplifier and a controller arranged on a package substrate.
  • the high-frequency module of Patent Document 1 is downsized by arranging the power amplifier and the controller in a stacked manner.
  • the present invention provides a miniaturized multi-band compatible high frequency module and communication device.
  • the high-frequency module is a first unit in which a module substrate having a first main surface and a second main surface facing each other and at least a part thereof are made of a first semiconductor material to form an electronic circuit.
  • a second substrate composed of a material, a second semiconductor material at least partially different from the first semiconductor material, and a power amplifier formed therein, and a first switch connected to an input terminal or an output terminal of the power amplifier.
  • the first substrate is arranged on the first main surface
  • the second substrate is arranged between the module substrate and the first substrate, and is bonded to the first substrate, and the first electrode is provided.
  • the first switch is arranged on the second main surface.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a high frequency module and a communication device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the high frequency module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional configuration of the high frequency module according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the semiconductor IC according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of the second base material according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the high frequency module according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional configuration of the high frequency module according to the second embodiment.
  • A is arranged on the first main surface of the substrate.
  • A is not only mounted directly on the first main surface but also on the first main surface side separated by the substrate. It means that A is arranged in the space on the first main surface side among the space on the second main surface side and the space on the second main surface side. That is, it includes that A is mounted on the first main surface via other circuit elements, electrodes, and the like.
  • connection includes not only the case of being directly connected by a connection terminal and / or a wiring conductor, but also the case of being electrically connected via other circuit components. .. Also, “connected between A and B” means connected to both A and B between A and B.
  • the x-axis and the y-axis are axes orthogonal to each other on a plane parallel to the main surface of the module substrate.
  • the z-axis is an axis perpendicular to the main surface of the module substrate, the positive direction thereof indicates an upward direction, and the negative direction thereof indicates a downward direction.
  • planar view means that an object is projected orthographically projected onto the xy plane from the positive side of the z-axis.
  • Parts are placed on the main surface of the board means that in addition to the parts being placed on the main surface in contact with the main surface of the board, the parts are placed on the main surface without contacting the main surface. It includes being arranged above and having a part of the component embedded in the substrate from the main surface side.
  • C is arranged between A and B in the plan view of the substrate (or the main surface of the substrate)" means that the substrate is used. It means that at least one of a plurality of line segments connecting an arbitrary point in A and an arbitrary point in B passes through the region C in a plan view.
  • the plan view of the substrate means that the substrate and the circuit elements mounted on the substrate are orthographically projected onto a plane parallel to the main surface of the substrate.
  • the "transmission path” is a transmission line composed of a wiring through which a high-frequency transmission signal propagates, an electrode directly connected to the wiring, and a wiring or a terminal directly connected to the electrode.
  • the "reception path” means a transmission line composed of a wiring through which a high-frequency reception signal propagates, an electrode directly connected to the wiring, and a wiring or a terminal directly connected to the electrode. do.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a high frequency module 1 and a communication device 5 according to an embodiment.
  • the communication device 5 includes a high frequency module 1, an antenna 2, an RF signal processing circuit (RFIC) 3, and a baseband signal processing circuit (BBIC) 4.
  • RFIC RF signal processing circuit
  • BBIC baseband signal processing circuit
  • the RFIC 3 is an RF signal processing circuit that processes high frequency signals transmitted and received by the antenna 2. Specifically, the RFIC 3 processes the received signal input via the reception path of the high frequency module 1 by down-conversion or the like, and outputs the received signal generated by the signal processing to the BBIC 4. Further, the RFIC 3 outputs the high frequency transmission signal processed based on the signal input from the BBIC 4 to the transmission path of the high frequency module 1.
  • the BBIC 4 is a circuit that processes data using a signal having a frequency lower than that of the high frequency signal transmitted through the high frequency module 1.
  • the signal processed by the BBIC 4 is used, for example, as an image signal for displaying an image, or as an audio signal for a call via a speaker.
  • the RFIC 3 has a function as a control unit for controlling the connection of the switches 51, 52, 53 and 54 of the high frequency module 1 based on the communication band (frequency band) used. Specifically, the RFIC 3 switches the connection of the switches 51 to 54 of the high frequency module 1 by a control signal (not shown).
  • the control unit may be provided outside the RFIC 3, and may be provided, for example, in the high frequency module 1 or the BBIC 4.
  • the RFIC 3 also has a function as a control unit for controlling the gain of the power amplifier 21 of the high frequency module 1, the power supply voltage Vcc supplied to the power amplifier 21, and the bias voltage Vbias. Specifically, the RFIC 3 outputs a digital control signal to the control signal terminal 110 of the high frequency module 1.
  • the PA control circuit 11 adjusts the gain of the power amplifier 21 by outputting a control signal, a power supply voltage Vcc, or a bias voltage Vbias to the power amplifier 21 by a digital control signal input via the control signal terminal 110.
  • a control signal terminal that receives a digital control signal that controls the gain of the power amplifier 21 from the RFIC 3, and a control signal terminal that receives a digital control signal that controls the power supply voltage Vcc and the bias voltage Vbias supplied to the power amplifier 21 from the RFIC 3. May be different.
  • the antenna 2 is connected to the antenna connection terminal 100 of the high frequency module 1, emits a high frequency signal output from the high frequency module 1, receives a high frequency signal from the outside, and outputs the high frequency signal to the high frequency module 1.
  • the antenna 2 and the BBIC 4 are not essential components.
  • the high frequency module 1 has an antenna connection terminal 100, a transmission input terminal 121 and 122, a reception output terminal 130, a power amplifier 21, a control signal terminal 110, a PA control circuit 11, and a low frequency module 1. It includes a noise amplifier 31, transmission filters 61T and 62T, reception filters 61R and 62R, matching circuits 42, 43, 44 and 45, and switches 51, 52, 53 and 54.
  • the antenna connection terminal 100 is an antenna common terminal connected to the antenna 2.
  • the power amplifier 21 is an amplifier circuit that amplifies the high frequency signals of the first communication band and the second communication band input from the transmission input terminals 121 and 122.
  • the power amplifier 21 is included in the second base material 20.
  • the second base material 20 is made of, for example, at least a part of GaAs.
  • the power amplifier 21 includes, for example, a heterojunction bipolar transistor (HBT: Heterojunction Bipolar Transistor).
  • the PA control circuit 11 is an example of a control circuit that adjusts the gain of the power amplifier 21 by a digital control signal or the like input via the control signal terminal 110.
  • the PA control circuit 11 is included in the first base material 10, and is composed of, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor).
  • CMOS Complementary Metal Oxide Sensor
  • the PA control circuit 11 is formed by an SOI (Silicon On Insulator) process. This makes it possible to manufacture the PA control circuit 11 at low cost.
  • the first base material 10 is, for example, at least partially composed of Si.
  • the low noise amplifier 31 is an amplifier that amplifies the high frequency signals of the communication band A and the communication band B with low noise and outputs them to the reception output terminal 130.
  • the transmission filter 61T is an example of the first transmission filter, and is arranged in the transmission path connecting the power amplifier 21 and the antenna connection terminal 100, and is the transmission band of the communication band A among the transmission signals amplified by the power amplifier 21. Pass the transmission signal.
  • the transmission filter 62T is an example of a second transmission filter, which is arranged in a transmission path connecting the power amplifier 21 and the antenna connection terminal 100, and among the transmission signals amplified by the power amplifier 21, the transmission of the communication band B is transmitted. Pass the transmission signal in the band.
  • the reception filter 61R is arranged in the reception path connecting the low noise amplifier 31 and the antenna connection terminal 100, and passes the reception signal in the reception band of the communication band A among the reception signals input from the antenna connection terminal 100. Further, the reception filter 62R is arranged in the reception path connecting the low noise amplifier 31 and the antenna connection terminal 100, and among the reception signals input from the antenna connection terminal 100, the reception signal in the reception band of the communication band B is passed. ..
  • the transmission filter 61T and the reception filter 61R constitute a duplexer 61 having a communication band A as a pass band. Further, the transmission filter 62T and the reception filter 62R constitute a duplexer 62 having a communication band B as a pass band.
  • Each of the duplexers 61 and 62 may be one filter transmitted by a time division duplex (TDD: Time Division Duplex) method.
  • TDD Time Division Duplex
  • a switch for switching between transmission and reception is arranged at least one of the front stage and the rear stage of the one filter.
  • the matching circuit 42 is arranged in the transmission path connecting the power amplifier 21 and the transmission filters 61T and 62T, and performs impedance matching between the power amplifier 21 and the transmission filters 61T and 62T.
  • the matching circuit 43 is arranged in the reception path connecting the low noise amplifier 31 and the reception filters 61R and 62R, and performs impedance matching between the low noise amplifier 31 and the reception filters 61R and 62R.
  • the matching circuit 44 is arranged in the path connecting the switch 54 and the duplexer 61, and impedance matching is performed between the antenna 2 and the switch 54 and the duplexer 61.
  • the matching circuit 45 is arranged in a path connecting the switch 54 and the duplexer 62, and performs impedance matching between the antenna 2 and the switch 54 and the duplexer 62.
  • the switch 51 is an example of the first switch and has a common terminal and two selection terminals.
  • the common terminal of the switch 51 is connected to the input terminal of the power amplifier 21.
  • One selection terminal of the switch 51 is connected to the transmission input terminal 121, and the other selection terminal of the switch 51 is connected to the transmission input terminal 122. That is, the switch 51 is connected to the input terminal of the power amplifier 21 and switches between connection and non-connection between the transmission input terminal 121 and the input terminal. Further, the switch 51 is connected to the input terminal of the power amplifier 21 and switches between connection and non-connection between the transmission input terminal 122 and the input terminal.
  • the switch 51 is composed of, for example, a SPDT (Single Pole Double Throw) type switch circuit.
  • the transmission signal of the communication band A is input from the transmission input terminal 121
  • the transmission signal of the communication band B is input from the transmission input terminal 122, for example.
  • a transmission signal of the communication band A or B in the 4th generation mobile communication system (4G) is input from the transmission input terminal 121, and for example, the 5th generation mobile communication system (5G) is input from the transmission input terminal 122. ),
  • the transmission signal of the communication band A or B may be input.
  • a common terminal is connected to one transmission input terminal, one selection terminal is connected to a first power amplifier that amplifies a transmission signal of the communication band A, and the other selection terminal is a transmission of the communication band B. It may have a configuration connected to a second power amplifier that amplifies the signal.
  • the switch 51 may be configured by a DPDT (Double Pole Double Throw) type switch circuit having two common terminals and two selection terminals.
  • the transmission input terminal 121 is connected to one common terminal
  • the transmission input terminal 122 is connected to the other common terminal.
  • one selection terminal is connected to a first power amplifier that amplifies the transmission signal of the communication band A
  • the other selection terminal is connected to the second power amplifier that amplifies the transmission signal of the communication band B.
  • the switch 51 switches the connection between one common terminal and one selection terminal, the connection between one common terminal and the other selection terminal, and the other common terminal and one selection terminal. Switch the connection and the connection between the other common terminal and the other selection terminal.
  • the transmission signal of the communication band A is input from the transmission input terminal 121
  • the transmission signal of the communication band B is input from the transmission input terminal 122.
  • the transmission signals of the communication band A and the communication band B at the transmission input terminal 121 to 4G may be input
  • the transmission signals of the communication band A and the communication band B at the transmission input terminal 122 to 5G may be input.
  • the switch 52 is an example of the first switch, and has a common terminal and two selection terminals.
  • the common terminal of the switch 52 is connected to the output terminal of the power amplifier 21 via the matching circuit 42.
  • One selection terminal of the switch 52 is connected to the transmission filter 61T, and the other selection terminal of the switch 52 is connected to the transmission filter 62T. That is, the switch 52 is connected between the output terminal of the power amplifier 21 and the transmission filters 61T and 62T, and switches the connection between the output terminal and the transmission filter 61T and the connection between the output terminal and the transmission filter 62T. ..
  • the switch 52 is composed of, for example, a SPDT type switch circuit.
  • the switch 53 has a common terminal and two selection terminals.
  • the common terminal of the switch 53 is connected to the input terminal of the low noise amplifier 31 via the matching circuit 43.
  • One selection terminal of the switch 53 is connected to the reception filter 61R, and the other selection terminal of the switch 53 is connected to the reception filter 62R.
  • the switch 53 switches between the connection between the common terminal and one of the selection terminals and the connection between the common terminal and the other selection terminal. That is, the switch 53 switches between the connection between the low noise amplifier 31 and the reception path for transmitting the reception signal of the communication band A and the connection between the low noise amplifier 31 and the reception path for transmitting the reception signal of the communication band B. ..
  • the switch 53 is composed of, for example, a SPDT type switch circuit.
  • the switch 54 is an example of an antenna switch and is connected to the antenna connection terminal 100. (1) The connection between the antenna connection terminal 100 and the signal path for transmitting the transmission signal and the reception signal of the communication band A, and (2) the antenna. The connection between the connection terminal 100 and the signal path for transmitting the transmission signal and the reception signal of the communication band B is switched.
  • the switch 54 may be a multi-connection type switch circuit capable of simultaneously performing the above (1) and (2).
  • a multiplexer may be arranged between the switch 54 and the antenna connection terminal 100.
  • the transmission filters 61T and 62T and the reception filters 61R and 62R are, for example, a surface acoustic wave filter using SAW (Surface Acoustic Wave), a surface acoustic wave filter using BAW (Bulk Acoustic Wave), an LC resonance filter, and a dielectric. It may be any of the filters, and is not limited to these.
  • the power amplifier 21 and the low noise amplifier 31 are composed of, for example, a field effect transistor (FET) or a heterobipolar transistor (HBT) made of Si-based CMOS or GaAs.
  • FET field effect transistor
  • HBT heterobipolar transistor
  • the low noise amplifier 31, the switch 53 and 54 may be formed in one semiconductor IC.
  • the semiconductor IC is composed of, for example, CMOS. Specifically, it is formed by the SOI process. This makes it possible to manufacture semiconductor ICs at low cost.
  • the semiconductor IC may be composed of at least one of GaAs, SiGe, and GaN. This makes it possible to output a high frequency signal having high quality amplification performance and noise performance.
  • the high frequency module 1 can independently transmit, receive, or transmit / receive either the high frequency signal of the communication band A or the high frequency signal of the communication band B. Further, the high frequency module 1 can execute the high frequency signal of the communication band A and the high frequency signal of the communication band B by at least one of simultaneous transmission, simultaneous reception, and simultaneous transmission / reception.
  • the high frequency module 1 may include at least a power amplifier 21 and a switch 51 or 52 among the circuit components and circuit elements shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the high frequency module 1A according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the high-frequency module 1A according to the first embodiment, and specifically, is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 2A shows a layout of circuit components of the main surfaces 91a and 91b of the module board 91 facing each other when the main surface 91a is viewed from the positive direction side of the z-axis. ..
  • FIG. 2B shows a perspective view of the arrangement of circuit components when the main surface 91b is viewed from the positive direction side of the z-axis.
  • a mark indicating the function of each circuit component is attached so that the arrangement relationship of each circuit component can be easily understood, but the mark is attached to the actual high frequency module 1A. do not have.
  • the high frequency module 1A according to the first embodiment specifically shows the arrangement configuration of each circuit element constituting the high frequency module 1 according to the embodiment.
  • the high-frequency module 1A according to the present embodiment further includes a module substrate 91, resin members 92 and 93, and an external connection terminal 150. It has a metal shield layer 85 and a semiconductor IC 70.
  • the semiconductor IC 70 includes the power amplifier 21 and the PA control circuit 11 shown in FIG.
  • the module board 91 has a main surface 91a and a main surface 91b facing each other, and is a board on which circuit components constituting the high frequency module 1A are mounted.
  • the module substrate 91 include a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate having a laminated structure of a plurality of dielectric layers, a high temperature co-fired ceramics (HTCC) substrate, and the like.
  • LTCC low temperature co-fired ceramics
  • HTCC high temperature co-fired ceramics
  • a board having a built-in component, a board having a redistribution layer (RDL), a printed circuit board, or the like is used.
  • the main surface 91a corresponds to the first main surface
  • the main surface 91b corresponds to the second main surface
  • the antenna connection terminal 100, the control signal terminal 110, the transmission input terminals 121 and 122, and the reception / output terminal 130 may be formed on the main surface 91b.
  • the resin member 92 is arranged on the main surface 91a and covers a part of the circuit components constituting the high frequency module 1A and the main surface 91a.
  • the resin member 93 is arranged on the main surface 91b and covers a part of the circuit components constituting the high frequency module 1A and the main surface 91b.
  • the resin members 92 and 93 have a function of ensuring reliability such as mechanical strength and moisture resistance of the circuit components constituting the high frequency module 1A.
  • the resin members 92 and 93 are not essential components for the high frequency module 1 according to the present embodiment.
  • the matching circuits 42, 43, 44 and 45 each include an inductor.
  • the semiconductor IC 70, the duplexers 61 and 62, and the matching circuits 43, 44 and 45 are arranged on the main surface 91a.
  • the low noise amplifier 31, the switches 51 to 54, and the matching circuit 42 are arranged on the main surface 91b.
  • the wiring for connecting the circuit components shown in FIG. 1 is formed inside the module board 91 on the main surfaces 91a and 91b. Further, the wiring may be a bonding wire whose both ends are joined to any of the main surfaces 91a and 91b and the circuit components constituting the high frequency module 1A, or on the surface of the circuit components constituting the high frequency module 1A. It may be a formed terminal, electrode or wiring.
  • a plurality of external connection terminals 150 are arranged on the main surface 91b.
  • the high frequency module 1A exchanges electric signals with an external board arranged on the negative side of the z-axis of the high frequency module 1A via a plurality of external connection terminals 150. Further, some of the plurality of external connection terminals 150 are set to the ground potential of the external board.
  • circuit components that are difficult to reduce in height are not arranged on the main surface 91b facing the external board, and low noise amplifiers 31 and switches 51 to 54 that are easy to reduce in height are arranged. ing.
  • the inductor of the matching circuit 42 may be, for example, an integrated passive element (IPD: Integrated Passive Device) integrated and mounted inside or on the surface of a Si substrate.
  • IPD integrated passive element
  • the inductor of the matching circuit 42 is composed of an IPD capable of reducing the height, the height of the main surface 91b can be reduced.
  • the external connection terminal 150 may be a columnar electrode penetrating the resin member 93 in the z-axis direction, and the external connection terminal 150 may be on the main surface 91b. It may be a formed bump electrode. In this case, the resin member 93 on the main surface 91b may be omitted.
  • the semiconductor IC 70 is arranged on the main surface 91a and at least one of the switches 51 and 52 is arranged on the main surface 91b. It may be arranged on either the main surface 91a or 91b.
  • the semiconductor IC 70 includes a first base material 10 and a second base material 20.
  • At least a part of the first base material 10 is made of a first semiconductor material, and an electronic circuit is formed.
  • the PA control circuit 11 is an example of the above electronic circuit, and examples of the first semiconductor material include a simple substance semiconductor, and in particular, silicon (Si) or gallium nitride (GaN). That is, in this embodiment, at least a part of the first base material 10 is made of Si or GaN, and the PA control circuit 11 is formed.
  • the first semiconductor material is not limited to silicon or gallium nitride.
  • examples of the first semiconductor material include gallium arsenide, aluminum arsenide (AlAs), indium arsenide (InAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP), indium antimonide (InSb), and gallium nitride.
  • the second base material 20 is at least partially composed of a second semiconductor material different from the first semiconductor material, and an amplifier circuit is formed.
  • the power amplifier 21 is an example of the amplifier circuit, and examples of the second semiconductor material include compound semiconductors, and in particular, gallium arsenide (GaAs) or silicon germanium (SiGe). That is, in this embodiment, at least a part of the second base material 20 is made of GaAs or SiGe, and the power amplifier 21 is formed.
  • the second semiconductor material is not limited to gallium arsenide or silicon germanium.
  • the second base material 20 is arranged between the module substrate 91 and the first base material 10, is bonded to the first base material 10, and is connected to the main surface 91a via the electrode 23. Has been done.
  • the semiconductor IC 70 is arranged on the main surface 91a, and the switches 51 and 52 are arranged on the main surface 91b.
  • the circuit components constituting the high-frequency module 1A are distributed and arranged on both sides of the module board 91, so that the high-frequency module 1A can be miniaturized.
  • the PA control circuit 11 and the switches 51 and 52 formed on the first base material 10 are compared with the configuration in which the semiconductor IC 70, the switches 51 and 52 are arranged on the same main surface of the module substrate 91. Since the control wiring to be connected and the transmission signal wiring connecting the power amplifier 21 and the switches 51 and 52 can be shortened, the transmission loss of the transmission signal and the control signal can be reduced.
  • At least one of the first base material 10 and the second base material 20 may overlap with at least one of the switches 51 and 52.
  • at least one of the control wiring and the transmission signal wiring can be shortened, so that the transmission loss of the high frequency module 1A can be reduced.
  • the semiconductor IC 70 includes a first base material 10 and a second base material 20.
  • FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the semiconductor IC 70 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of the second base material 20 according to the first embodiment.
  • the first base material 10 and the second base material 20 are laminated in the z-axis direction (vertical direction of the main surface 91a).
  • the first base material 10 includes, for example, a Si substrate 12, an insulating layer 13, a Si layer 14, a wiring layer 15, and a SiN layer 17, and includes a SiN layer 17, a wiring layer 15, a Si layer 14, and insulation.
  • the layer 13 and the Si substrate 12 are laminated in this order from the main surface 91a.
  • the Si substrate 12 is made of, for example, a silicon single crystal.
  • the Si layer 14 is, for example, a layer made of silicon, and is a layer on which circuit elements constituting the PA control circuit 11 are formed.
  • the wiring layer 15 is, for example, a layer in which a via wiring 16 for transmitting a control signal from the PA control circuit 11 to the second base material 20 and the module substrate 91 is formed inside a layer made of silicon oxide. ..
  • the SiN layer 17 is, for example, a protective layer made of silicon nitride, and is a layer for ensuring reliability such as moisture resistance of the first base material 10.
  • the first base material 10 is connected to the main surface 91a via an electrode 24 (second electrode) extending from the first base material 10 toward the main surface 91a.
  • the electrode 24 is composed of, for example, a columnar conductor 24a and a bump electrode 24b. One end of the columnar conductor 24a is bonded to the electrode 18 formed on the SiN layer 17, and the other end is bonded to the bump electrode 24b.
  • the bump electrode 24b is connected to an electrode formed on the main surface 91a.
  • the electronic circuit of the first base material 10 can directly exchange the high frequency signal and the digital signal with the module substrate 91, the signal transmission loss can be reduced.
  • the first base material 10 may include a Si substrate 12 and an electronic circuit such as a PA control circuit 11, and may not have other layers. Further, the switches 53 and 54 may be included in the first base material 10.
  • the first base material 10 has main surfaces 10a and 10b facing each other.
  • the main surface 10b may be in contact with the metal shield layer 85.
  • the heat generated by the power amplifier 21 of the second base material 20 can be dissipated to the outside via the first base material 10 and the metal shield layer 85. Therefore, the heat dissipation of the high frequency module 1A is improved.
  • thermal conductivity of the first semiconductor material constituting the first substrate 10 may be higher than the thermal conductivity of the second semiconductor material constituting the second substrate 20.
  • the heat dissipation from the second base material 20 to the first base material 10 is improved.
  • the resin member 71 is arranged on the main surface 10a of the first base material 10. Further, the resin member 71 covers the second base material 20.
  • the second base material 20 includes, for example, a GaAs base material layer 20n and an epitaxial layer 20d.
  • the GaAs base material layer 20n is, for example, a single crystal substrate made of gallium arsenide.
  • the epitaxial layer 20d is, for example, a layer in which GaAs is epitaxially grown on the GaAs base material layer 20n.
  • the power amplifier 21 is formed on, for example, the epitaxial layer 20d.
  • the GaAs base material layer 20n is joined to the SiN layer 17 of the first base material 10. That is, the second base material 20 is joined to the first base material 10.
  • the power amplifier 21 includes an amplification transistor, which has a collector layer 21C, a base layer 21B, and an emitter layer 21E.
  • the collector layer 21C, the base layer 21B, and the emitter layer 21E are laminated on the epitaxial layer 20d in this order. That is, in the amplification transistor, the collector layer 21C, the base layer 21B, and the emitter layer 21E are laminated in this order from the first base material 10 side.
  • the second base material 20 is connected to the main surface 91a via an electrode 23 (first electrode) extending from the second base material 20 toward the main surface 91a.
  • the electrode 23 is composed of, for example, a columnar conductor 23a and a bump electrode 23b, one end of the columnar conductor 23a is joined to the electrode 22 formed on the main surface of the second base material 20, and the other end is connected to the bump electrode 23b. It is joined.
  • the bump electrode 23b is connected to an electrode formed on the main surface 91a.
  • the amplifier circuit of the second base material 20 can directly exchange signals with the module substrate 91, the signal transmission loss can be reduced.
  • the amplifier circuit of the second base material 20 may receive a digital control signal, a DC signal, or the like from the electronic circuit of the first base material 10 via the via wiring 16.
  • the second base material 20 may be thinner than the first base material 10.
  • the thickness of the second base material 20 in the thickness direction (z-axis direction) may be smaller than the thickness of the first base material 10 in the thickness direction (z-axis direction).
  • the second base material 20 having a low thermal conductivity is relatively thin and the first base material 10 having a high thermal conductivity is relatively thick, the second base material 20 is changed to the first base material 10. Heat conduction is promoted and heat dissipation is improved.
  • the second base material 20 does not protrude from the outer edge of the first base material 10.
  • the area of the second base material 20 is smaller than the area of the first base material 10 in the above plan view.
  • the high frequency module 1A is further formed in the module substrate 91 and includes a via conductor 91V connecting the main surfaces 91a and 91b.
  • One end of the via conductor 91V is connected to the ground electrode of the power amplifier 21 on the main surface 91a, and the other end of the via conductor 91V is an external connection set to the ground potential of the plurality of external connection terminals 150 on the main surface 91b. It is connected to the terminal 150t.
  • the power amplifier 21 is a component having a large amount of heat generation among the circuit components of the high frequency module 1A. In order to improve the heat dissipation of the high frequency module 1A, it is important to dissipate the heat generated by the power amplifier 21 to the external substrate through a heat dissipation path having a small thermal resistance. If the power amplifier 21 is mounted on the main surface 91b, the electrode wiring connected to the power amplifier 21 is arranged on the main surface 91b. Therefore, the heat dissipation path includes the heat dissipation path only via the plane wiring pattern (along the xy plane direction) on the main surface 91b. Since the plane wiring pattern is formed of a metal thin film, it has a large thermal resistance. Therefore, when the power amplifier 21 is arranged on the main surface 91b, the heat dissipation property is deteriorated.
  • the high frequency module 1A is connected to the ground electrode of the power amplifier 21 on the main surface 91a for heat dissipation from the main surface 91a to the main surface 91b.
  • a via conductor 91V is further provided. Further, the via conductor 91V is connected to the external connection terminal 150t set to the ground potential on the main surface 91b.
  • the power amplifier 21 and the external connection terminal 150t can be connected via the via conductor 91V for heat dissipation. Therefore, as the heat dissipation path of the power amplifier 21, it is possible to eliminate the heat dissipation path via only the plane wiring pattern along the xy plane direction having a large thermal resistance among the wiring in the module board 91. Therefore, it is possible to provide a small high frequency module 1A having improved heat dissipation from the power amplifier 21 to the external substrate.
  • the switches 51 and 52 are included in the semiconductor IC 75. According to this, the high frequency module 1A can be miniaturized.
  • the low noise amplifier 31, the switch 53 and 54 are included in the semiconductor IC 76. According to this, the high frequency module 1A can be miniaturized.
  • the semiconductor IC 70 and the low noise amplifier 31 do not overlap.
  • the matching circuit 43 (second impedance matching circuit) connected to the input terminal of the low noise amplifier 31 is arranged on the main surface 91a and connected to the output terminal of the power amplifier 21.
  • the matching circuit 42 (first impedance matching circuit) is arranged on the main surface 91b.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the high frequency module 1B according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional configuration diagram of the high frequency module 1B according to the second embodiment, and specifically, is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
  • FIG. 6A shows a layout of circuit components of the main surfaces 91a and 91b of the module board 91 facing each other when the main surface 91a is viewed from the positive direction side of the z-axis. ..
  • FIG. 6B shows a perspective view of the arrangement of circuit components when the main surface 91b is viewed from the positive direction side of the z-axis.
  • each circuit component is marked to indicate its function so that the arrangement relationship of each circuit component can be easily understood, but the mark is attached to the actual high frequency module 1B. do not have.
  • the high frequency module 1B according to the second embodiment specifically shows the arrangement configuration of each circuit element constituting the high frequency module 1 according to the embodiment.
  • the high-frequency module 1B according to the present embodiment further includes a module substrate 91, resin members 92 and 93, and an external connection terminal 150. It has a metal shield layer 85 and a semiconductor IC 70.
  • the high frequency module 1B according to the present embodiment differs from the high frequency module 1A according to the first embodiment only in the arrangement configuration of the semiconductor IC 70, the switches 51 and 52, and the matching circuit 42.
  • the same configuration as the high frequency module 1A according to the first embodiment will be omitted, and different configurations will be mainly described.
  • the module board 91 has a main surface 91a and a main surface 91b facing each other, and is a board on which circuit components constituting the high frequency module 1B are mounted.
  • the main surface 91a corresponds to the second main surface
  • the main surface 91b corresponds to the first main surface.
  • the switches 51 and 52, the duplexers 61 and 62, and the matching circuits 42, 43, 44 and 45 are arranged on the main surface 91a.
  • the semiconductor IC 70, the low noise amplifier 31, and the switches 53 and 54 are arranged on the main surface 91b.
  • a plurality of external connection terminals 150 are arranged on the main surface 91b.
  • the semiconductor IC 70 is arranged on the main surface 91b and at least one of the switches 51 and 52 is arranged on the main surface 91a. It may be arranged on either the main surface 91a or 91b.
  • the second base material 20 is arranged between the module substrate 91 and the first base material 10, is bonded to the first base material 10, and is connected to the main surface 91b via the electrode 23. Has been done.
  • the semiconductor IC 70 is arranged on the main surface 91b, and the switches 51 and 52 are arranged on the main surface 91a.
  • the circuit components constituting the high frequency module 1B are distributed and arranged on both sides of the module board 91, so that the high frequency module 1B can be miniaturized.
  • the PA control circuit 11 and the switches 51 and 52 formed on the first base material 10 are compared with the configuration in which the semiconductor IC 70, the switches 51 and 52 are arranged on the same main surface of the module substrate 91. Since the control wiring to be connected and the transmission signal wiring connecting the power amplifier 21 and the switches 51 and 52 can be shortened, the transmission loss of the transmission signal and the control signal can be reduced.
  • At least one of the first base material 10 and the second base material 20 may overlap with at least one of the switches 51 and 52.
  • at least one of the control wiring and the transmission signal wiring can be shortened, so that the transmission loss of the high frequency module 1B can be reduced.
  • a ground terminal 150 g arranged on the main surface 91b is arranged between the semiconductor IC 70 and the low noise amplifier 31.
  • the ground terminal 150g is a terminal set to the ground potential among the plurality of external connection terminals 150, and may be a columnar electrode penetrating the resin member 93 in the z-axis direction, or may be a main surface 91b. It may be a bump electrode formed on the top.
  • the ground terminal 150 g is arranged between the semiconductor IC 70 including the power amplifier 21 and the low noise amplifier 31, the isolation between transmission and reception is improved.
  • the high frequency module 1A according to the first embodiment and the high frequency module 1B according to the second embodiment are composed of a module substrate 91 having main surfaces 91a and 91b facing each other and at least a part thereof made of a first semiconductor material, and are electronic circuits.
  • the switch 51 or 52 is the main. It is arranged on the other side of the surfaces 91a and 91b.
  • the first base material 10 and the second base material 20 are arranged on the main surface 91a, and the switch 51 or 52 is arranged on the main surface 91b.
  • the high frequency modules 1A and 1B can be miniaturized. Therefore, it is possible to provide miniaturized multi-band compatible high frequency modules 1A and 1B.
  • At least a part of the first base material 10 is made of silicon or gallium nitride
  • at least a part of the second base material is composed of silicon or gallium nitride. It may be composed of gallium arsenide or silicon germanium.
  • the high frequency module 1A according to the first embodiment and the high frequency module 1B according to the second embodiment when the module substrate 91 is viewed in a plan view, at least one of the first base material 10 and the second base material 20 and the switch 51 or 52 are used. May overlap at least partially.
  • the PA control formed on the first base material 10 is compared with the configuration in which the first base material 10, the second base material 20, the switches 51 and 52 are arranged on the same main surface of the module board 91. Since the control wiring connecting the circuit 11 and the switches 51 and 52 and the transmission signal wiring connecting the power amplifier 21 and the switches 51 and 52 can be shortened, the transmission loss of the transmission signal and the control signal can be reduced.
  • the high frequency module 1A according to the first embodiment and the high frequency module 1B according to the second embodiment further include a transmission filter 61T having at least a part of the transmission band of the communication band A as a pass band, and a transmission band of the communication band B.
  • a transmission filter 62T having at least a part of the pass band, and a switch 52 are connected between the output terminal of the power amplifier 21 and the transmission filters 61T and 62T, and the output terminal and the transmission filter 61T are connected to each other. Then, the connection between the output terminal and the transmission filter 62T may be switched.
  • the switch 51 is connected to the input terminal of the power amplifier 21, and the transmission input terminal 121 and the input terminal into which the transmission signal is input. You may switch between connected and disconnected.
  • the thermal conductivity of the first semiconductor material may be higher than the thermal conductivity of the second semiconductor material.
  • the heat dissipation from the second base material 20 to the first base material 10 is improved.
  • the first base material 10 may be connected to one of the main surfaces 91a and 91b via the electrode 24.
  • the electronic circuit of the first base material 10 can directly exchange the high frequency signal and the digital signal with the module substrate 91, the signal transmission loss can be reduced.
  • the power amplifier 21 includes an amplification transistor having a collector layer 21C, a base layer 21B, and an emitter layer 21E, and is on the first base material 10 side. Therefore, the collector layer 21C, the base layer 21B, and the emitter layer 21E may be laminated in this order.
  • the electronic circuit may include a PA control circuit 11 for controlling the power amplifier 21.
  • control wiring connecting the power amplifier 21 and the PA control circuit 11 can be shortened.
  • the high frequency module 1A according to the first embodiment and the high frequency module 1B according to the second embodiment may further include a plurality of external connection terminals 150 arranged on the main surface 91b.
  • the high frequency module 1A is further formed in the module substrate 91 and includes a via conductor 91V connecting the main surfaces 91a and 91b, and one end of the via conductor 91V is a power amplifier 21 on the main surface 91a.
  • the other end of the via conductor 91V connected to the ground electrode may be connected to the external connection terminal 150t set to the ground potential among the plurality of external connection terminals 150 on the main surface 91b.
  • the heat dissipation path of the power amplifier 21 it is possible to eliminate the heat dissipation path via only the plane wiring pattern along the xy plane direction having a large thermal resistance among the wiring in the module board 91. Therefore, it is possible to provide a small high frequency module 1A having improved heat dissipation from the power amplifier 21 to the external substrate.
  • the switches 51 and 52 may be included in the semiconductor IC 75.
  • the high frequency modules 1A and 1B can be miniaturized.
  • the high frequency module 1A further includes a low noise amplifier 31 arranged on the main surface 91b, and when the module substrate 91 is viewed in a plan view, it is as low as the first substrate 10 and the second substrate 20. It does not have to overlap with the noise amplifier 31.
  • the high frequency module 1A is further connected to the output terminal of the power amplifier 21, the matching circuit 42 arranged on the main surface 91b, and the input terminal of the low noise amplifier 31, and is connected to the main surface 91a.
  • the matching circuit 43 arranged in may be provided.
  • the module substrate 91 when the module substrate 91 is viewed in a plan view, the module substrate 91 is arranged on the main surface 91b between the first substrate 10 and the second substrate 20 and the low noise amplifier 31.
  • the ground terminal 150 g may be arranged.
  • the communication device 5 includes an RFIC 3 that processes a high frequency signal transmitted and received by the antenna 2, and a high frequency module 1 that transmits a high frequency signal between the antenna 2 and the RFIC 3.
  • the present invention can be widely used in communication devices such as mobile phones as a high-frequency module arranged in a multi-band compatible front end portion.
  • RFIC RF Signal Processing Circuit
  • BBIC Baseband signal processing circuit
  • Communication device 10 1st base material 10a, 10b, 91a, 91b Main surface 11 PA control circuit 12 Si substrate 13 Insulation layer 14 Si layer 15 Wiring layer 16 Via wiring 17 SiN layer 18, 22, 23, 24 Electrode 20 Second Base material 20d epitaxial layer 20n GaAs base material layer 21 power amplifier 21B base layer 21C collector layer 21E emitter layer 23a, 24a columnar conductor 23b, 24b bump electrode 31 low noise amplifier 42, 43, 44, 45 matching circuit 51, 52, 53 , 54 Switch 61, 62 Duplexer 61R, 62R Receive filter 61T, 62T Transmit filter 70, 75, 76 Semiconductor IC 71, 92, 93 Resin member 85 Metal shield layer 91 Module board 91V Via conductor 100 Antenna connection terminal 110 Control signal terminal 121, 122 Transmission input terminal 130 Reception output terminal 150,

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Abstract

高周波モジュール（１Ａ）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、少なくとも一部が第１半導体材料で構成され、電子回路が形成された第１基材（１０）と、少なくとも一部が第１半導体材料と異なる第２半導体材料で構成され、電力増幅器（２１）が形成された第２基材（２０）と、電力増幅器（２１）の出力端子に接続されたスイッチ（５２）と、を備え、第１基材（１０）は主面（９１ａ）に配置されており、第２基材（２０）は、モジュール基板（９１）および第１基材（１０）の間に配置され、第１基材（１０）と接合されており、電極（２３）を介して主面（９１ａ）に接続されており、スイッチ（５２）は主面（９１ｂ）に配置されている。

Description

高周波モジュールおよび通信装置
　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、パッケージ基板上に配置された電力増幅器およびコントローラを備える高周波モジュールが開示されている。特許文献１の高周波モジュールでは、電力増幅器とコントローラとを積層配置することで高周波モジュールの小型化を図っている。
米国特許出願公開第２０１７／０３３８８４７号明細書
　しかしながら、移動体通信におけるマルチバンド化の進展に伴い、スイッチなどの回路部品の部品点数が多くなり、上記従来技術だけでは、高周波モジュールをさらに小型化することが困難となっている。
　そこで、本発明は、小型化されたマルチバンド対応の高周波モジュールおよび通信装置を提供する。
　本発明の一態様に係る高周波モジュールは、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、少なくとも一部が第１半導体材料で構成され、電子回路が形成された第１基材と、少なくとも一部が第１半導体材料と異なる第２半導体材料で構成され、電力増幅器が形成された第２基材と、電力増幅器の入力端子または出力端子に接続された第１スイッチと、を備え、第１基材は第１主面に配置されており、第２基材は、モジュール基板および第１基材の間に配置され、第１基材と接合されており、第１電極を介して第１主面に接続されており、第１スイッチは第２主面に配置されている。
　本発明によれば、小型化されたマルチバンド対応の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。
図１は、実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置の回路構成図である。 図２は、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。 図３は、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。 図４は、実施例１に係る半導体ＩＣの断面構成図である。 図５は、実施例１に係る第２基材の断面構成図である。 図６は、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。 図７は、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、いずれも包括的また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または大きさの比は、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または簡略化する場合がある。
　また、以下において、平行および垂直等の要素間の関係性を示す用語、矩形状等の要素の形状を示す用語、ならびに、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、「Ａが基板の第１主面に配置されている」とは、Ａが第１主面上に直接実装されているだけでなく、基板で隔された第１主面側の空間および第２主面側の空間のうち、Ａが第１主面側の空間に配置されていることを意味する。つまり、Ａが第１主面上に、その他の回路素子や電極などを介して実装されていることを含む。
　また、本開示の回路構成において、「接続される」とは、接続端子および／または配線導体で直接接続される場合だけでなく、他の回路部品を介して電気的に接続される場合も含む。また、「ＡおよびＢの間に接続される」とは、ＡおよびＢの間でＡおよびＢの両方に接続されることを意味する。
　以下の各図において、ｘ軸およびｙ軸は、モジュール基板の主面と平行な平面上で互いに直交する軸である。また、ｚ軸は、モジュール基板の主面に垂直な軸であり、その正方向は上方向を示し、その負方向は下方向を示す。
　また、本開示のモジュール構成において、「平面視」とは、ｚ軸正側からｘｙ平面に物体を正投影して見ることを意味する。「部品が基板の主面に配置される」とは、部品が基板の主面と接触した状態で主面上に配置されることに加えて、部品が主面と接触せずに主面の上方に配置されること、および、部品の一部が主面側から基板内に埋め込まれて配置されることを含む。
　また、以下において、基板に実装されたＡ、ＢおよびＣにおいて、「基板（または基板の主面）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複数の線分の少なくとも１つが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の主面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。
　（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、実施の形態に係る高周波モジュール１および通信装置５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から入力された信号に基づいて処理された高周波送信信号を、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い周波数の信号を用いてデータ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、５３および５４の接続を制御する制御部としての機能を有する。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５１～５４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が有する電力増幅器２１の利得、電力増幅器２１に供給される電源電圧Ｖｃｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓ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１１０に出力する。ＰＡ制御回路１１は、制御信号端子１１０を介して入力されたディジタル制御信号によって、電力増幅器２１に制御信号、電源電圧Ｖｃｃまたはバイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力することで、電力増幅器２１の利得を調整する。なお、電力増幅器２１の利得を制御するディジタル制御信号をＲＦＩＣ３から受ける制御信号端子と、電力増幅器２１に供給される電源電圧Ｖｃｃおよびバイアス電圧Ｖｂｉａｓを制御するディジタル制御信号をＲＦＩＣ３から受ける制御信号端子とは、異なっていてもよい。
　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、送信入力端子１２１および１２２と、受信出力端子１３０と、電力増幅器２１と、制御信号端子１１０と、ＰＡ制御回路１１と、低雑音増幅器３１と、送信フィルタ６１Ｔおよび６２Ｔと、受信フィルタ６１Ｒおよび６２Ｒと、整合回路４２、４３、４４および４５と、スイッチ５１、５２、５３および５４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。
　電力増幅器２１は、送信入力端子１２１および１２２から入力された第１通信バンドおよび第２通信バンドの高周波信号を増幅する増幅回路である。電力増幅器２１は、第２基材２０に含まれている。第２基材２０は、例えば、少なくとも一部がＧａＡｓで構成されている。電力増幅器２１は、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。
　ＰＡ制御回路１１は、制御信号端子１１０を介して入力されたディジタル制御信号などによって、電力増幅器２１の利得を調整する制御回路の一例である。ＰＡ制御回路１１は、第１基材１０に含まれており、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）で構成されている。具体的には、ＰＡ制御回路１１は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）プロセスにより形成されている。これにより、ＰＡ制御回路１１を安価に製造することが可能となる。なお、第１基材１０は、例えば、少なくとも一部がＳｉで構成されている。
　低雑音増幅器３１は、通信バンドＡおよび通信バンドＢの高周波信号を低雑音で増幅し、受信出力端子１３０へ出力する増幅器である。
　送信フィルタ６１Ｔは、第１送信フィルタの一例であり、電力増幅器２１とアンテナ接続端子１００とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器２１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２送信フィルタの一例であり、電力増幅器２１とアンテナ接続端子１００とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器２１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。
　受信フィルタ６１Ｒは、低雑音増幅器３１とアンテナ接続端子１００とを結ぶ受信経路に配置され、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、低雑音増幅器３１とアンテナ接続端子１００とを結ぶ受信経路に配置され、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。
　送信フィルタ６１Ｔおよび受信フィルタ６１Ｒは、通信バンドＡを通過帯域とするデュプレクサ６１を構成している。また、送信フィルタ６２Ｔおよび受信フィルタ６２Ｒは、通信バンドＢを通過帯域とするデュプレクサ６２を構成している。
　なお、デュプレクサ６１および６２のそれぞれは、時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式で伝送する１つのフィルタであってもよい。この場合には、上記１つのフィルタの前段および後段の少なくとも一方に、送信および受信を切り替えるスイッチが配置される。
　整合回路４２は、電力増幅器２１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、電力増幅器２１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４３は、低雑音増幅器３１と受信フィルタ６１Ｒおよび６２Ｒとを結ぶ受信経路に配置され、低雑音増幅器３１と受信フィルタ６１Ｒおよび６２Ｒとのインピーダンス整合をとる。
　整合回路４４は、スイッチ５４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５４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４５は、スイッチ５４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５４と、デュプレクサ６２とのインピーダンス整合をとる。
　スイッチ５１は、第１スイッチの一例であり、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、電力増幅器２１の入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入力端子１２１に接続され、スイッチ５１の他方の選択端子は送信入力端子１２２に接続されている。つまり、スイッチ５１は、電力増幅器２１の入力端子に接続され、送信入力端子１２１と当該入力端子との接続および非接続を切り替える。また、スイッチ５１は、電力増幅器２１の入力端子に接続され、送信入力端子１２２と当該入力端子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。
　なお、送信入力端子１２１からは、例えば、通信バンドＡの送信信号が入力され、送信入力端子１２２からは、例えば、通信バンドＢの送信信号が入力される。
　また、送信入力端子１２１からは、例えば、第４世代移動通信システム（４Ｇ）における通信バンドＡまたはＢの送信信号が入力され、送信入力端子１２２からは、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）における通信バンドＡまたはＢの送信信号が入力されてもよい。
　また、スイッチ５１は、共通端子が１つの送信入力端子に接続され、一方の選択端子が通信バンドＡの送信信号を増幅する第１電力増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドＢの送信信号を増幅する第２電力増幅器に接続された構成を有していてもよい。
　また、スイッチ５１は、２つの共通端子と２つの選択端子とを有するＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｐｏｌｅ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチ回路で構成されていてもよい。この場合には、送信入力端子１２１が一方の共通端子と接続され、送信入力端子１２２が他方の共通端子と接続される。また、一方の選択端子が通信バンドＡの送信信号を増幅する第１電力増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドＢの送信信号を増幅する第２電力増幅器に接続される。この接続構成において、スイッチ５１は、一方の共通端子と一方の選択端子との接続および一方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替え、また、他方の共通端子と一方の選択端子との接続および他方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替える。
　この場合には、例えば、送信入力端子１２１から通信バンドＡの送信信号が入力され、送信入力端子１２２から通信バンドＢの送信信号が入力される。また、例えば、送信入力端子１２１から４Ｇにおける通信バンドＡおよび通信バンドＢの送信信号が入力され、送信入力端子１２２から５Ｇにおける通信バンドＡおよび通信バンドＢの送信信号が入力されてもよい。
　スイッチ５２は、第１スイッチの一例であり、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４２を介して電力増幅器２１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フィルタ６１Ｔに接続され、スイッチ５２の他方の選択端子は送信フィルタ６２Ｔに接続されている。つまり、スイッチ５２は、電力増幅器２１の出力端子と送信フィルタ６１Ｔおよび６２Ｔとの間に接続され、当該出力端子と送信フィルタ６１Ｔとの接続、および、当該出力端子と送信フィルタ６２Ｔとの接続を切り替える。スイッチ５２は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。
　スイッチ５３は、共通端子および２つの選択端子を有する。スイッチ５３の共通端子は、整合回路４３を介して低雑音増幅器３１の入力端子に接続されている。スイッチ５３の一方の選択端子は受信フィルタ６１Ｒに接続され、スイッチ５３の他方の選択端子は受信フィルタ６２Ｒに接続されている。この接続構成において、スイッチ５３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５３は、低雑音増幅器３１と通信バンドＡの受信信号を伝送する受信経路との接続、および、低雑音増幅器３１と通信バンドＢの受信信号を伝送する受信経路との接続、を切り替える。スイッチ５３は、例えば、ＳＰＤＴ型のスイッチ回路で構成される。
　スイッチ５４は、アンテナスイッチの一例であり、アンテナ接続端子１００に接続され、（１）アンテナ接続端子１００と通信バンドＡの送信信号および受信信号を伝送する信号経路との接続、ならびに（２）アンテナ接続端子１００と通信バンドＢの送信信号および受信信号を伝送する信号経路との接続、を切り替える。なお、スイッチ５４は、上記（１）および（２）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あってもよい。
　なお、スイッチ５４とアンテナ接続端子１００との間に、マルチプレクサが配置されていてもよい。
　なお、送信フィルタ６１Ｔ、６２Ｔ、受信フィルタ６１Ｒ、６２Ｒ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、電力増幅器２１および低雑音増幅器３１は、例えば、Ｓｉ系のＣＭＯＳ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）などで構成される。
　また、低雑音増幅器３１、スイッチ５３および５４は、１つの半導体ＩＣに形成されていてもよい。半導体ＩＣは、例えば、ＣＭＯＳで構成されている。具体的には、ＳＯＩ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、半導体ＩＣ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。
　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の高周波信号および通信バンドＢの高周波信号のいずれかを、単独で送信、受信、または送受信することが可能である。さらに、高周波モジュール１は、通信バンドＡの高周波信号と、通信バンドＢの高周波信号とを、同時送信、同時受信、および同時送受信の少なくともいずれかで実行することも可能である。
　なお、本実施の形態に係る高周波モジュール１では、図１に示された回路部品および回路素子のうち、電力増幅器２１と、スイッチ５１または５２とを少なくとも備えていればよい。
　ここで、移動体通信におけるマルチバンド化の進展に伴い、高周波モジュールの回路部品の部品点数が多くなり、高周波モジュールを小型化することが困難となっている。
　これに対して、以下では、小型化されたマルチバンド対応の高周波モジュール１の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２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３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２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。なお、図２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部品の配置図が示されている。一方、図２の（ｂ）には、主面９１ｂをｚ軸正方向側から見た場合の回路部品の配置を透視した図が示されている。また、図２では、各回路部品の配置関係が容易に理解されるよう各回路部品にはその機能を表すマークが付されているが、実際の高周波モジュール１Ａには、当該マークは付されていない。
　実施例１に係る高周波モジュール１Ａは、実施の形態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２および図３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、外部接続端子１５０と、金属シールド層８５と、半導体ＩＣ７０と、を有している。
　半導体ＩＣ７０には、図１に示された電力増幅器２１およびＰＡ制御回路１１が含まれる。
　モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａおよび主面９１ｂを有し、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品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。
　なお、本実施例では、主面９１ａは第１主面に相当し、主面９１ｂは第２主面に相当する。
　なお、図２の（ｂ）に示すように、主面９１ｂ上に、アンテナ接続端子１００、制御信号端子１１０、送信入力端子１２１および１２２、ならびに受信出力端子１３０が形成されていてもよい。
　樹脂部材９２は、主面９１ａに配置され、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品の一部および主面９１ａを覆っている。樹脂部材９３は、主面９１ｂに配置され、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品の一部および主面９１ｂを覆っている。樹脂部材９２および９３は、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品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、本実施の形態に係る高周波モジュール１に必須の構成要素ではない。
　本実施例では、整合回路４２、４３、４４および４５は、それぞれインダクタを含む。
　図２および図３に示すように、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、半導体ＩＣ７０、デュプレクサ６１および６２、整合回路４３、４４および４５は、主面９１ａに配置されている。一方、低雑音増幅器３１、スイッチ５１～５４、および整合回路４２は、主面９１ｂに配置されている。
　なお、図２には図示していないが、図１に示された、各回路部品を接続する配線は、モジュール基板９１の内部、主面９１ａおよび９１ｂに形成されている。また、上記配線は、両端が主面９１ａ、９１ｂおよび高周波モジュール１Ａを構成する回路部品のいずれかに接合されたボンディングワイヤであってもよく、また、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品の表面に形成された端子、電極または配線であってもよい。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａでは、主面９１ｂ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。また、複数の外部接続端子１５０のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定される。主面９１ａおよび９１ｂのうち、外部基板と対向する主面９１ｂには、低背化が困難な回路部品が配置されず、低背化が容易な低雑音増幅器３１およびスイッチ５１～５４が配置されている。なお、本実施例に係る高周波モジュール１Ａにおいて、整合回路４２のインダクタは、例えば、Ｓｉ基板の内部または表面に集積実装された集積型受動素子（ＩＰＤ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。この構成によれば、整合回路４２のインダクタが、低背化が可能なＩＰＤで構成されているので、主面９１ｂ側を低背化できる。
　なお、外部接続端子１５０は、図２および図３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、外部接続端子１５０は、主面９１ｂ上に形成されたバンプ電極であってもよい。この場合には、主面９１ｂ上の樹脂部材９３はなくてもよい。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａにおいて、半導体ＩＣ７０が主面９１ａに配置され、スイッチ５１および５２の少なくとも１つが主面９１ｂに配置されていることは必須であり、その他の回路部品は、主面９１ａおよび９１ｂのいずれに配置されていてもよい。
　半導体ＩＣ７０は、第１基材１０および第２基材２０を含む。
　第１基材１０は、少なくとも一部が第１半導体材料で構成され、電子回路が形成されている。ＰＡ制御回路１１は上記電子回路の一例であり、第１半導体材料の一例として、単体半導体が挙げられ、特にシリコン（Ｓｉ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）が挙げられる。つまり、本実施例では、第１基材１０は、少なくとも一部がＳｉまたはＧａＮで構成され、ＰＡ制御回路１１が形成されている。なお、第１半導体材料は、シリコンまたは窒化ガリウムに限定されない。例えば、第１半導体材料としては、ガリウムヒ素、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、窒化ガリウム、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、および、酸化ガリウム（III）（Ｇａ２Ｏ３）のいずれかを含む材料またはこれら材料のうち複数の材料からなる多元系混晶材料を用いることができ、これらに限定されない。
　第２基材２０は、少なくとも一部が第１半導体材料と異なる第２半導体材料で構成され、増幅回路が形成されている。電力増幅器２１は、上記増幅回路の一例であり、第２半導体材料の一例として、化合物半導体が挙げられ、特にガリウムヒ素（ＧａＡｓ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）が挙げられる。つまり、本実施例では、第２基材２０は、少なくとも一部がＧａＡｓまたはＳｉＧｅで構成され、電力増幅器２１が形成されている。なお、第２半導体材料は、ガリウムヒ素またはシリコンゲルマニウムに限定されない。例えば、第２半導体材料としては、ガリウムヒ素、ヒ化アルミニウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム、リン化ガリウム、アンチモン化インジウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、酸化ガリウム（III）、および、ガリウムビスマス（ＧａＢｉ）のいずれかを含む材料またはこれら材料のうち複数の材料からなる多元系混晶材料を用いることができ、これらに限定されない。
　図３に示すように、第２基材２０は、モジュール基板９１および第１基材１０の間に配置され、第１基材１０と接合されており、電極２３を介して主面９１ａに接続されている。
　上記構成によれば、半導体ＩＣ７０が主面９１ａに配置され、スイッチ５１および５２が主面９１ｂに配置されている。これにより、高周波モジュール１Ａを構成する回路部品が、モジュール基板９１の両面に振り分けられて配置されているので、高周波モジュール１Ａを小型化できる。
　また、図２および図３に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０と、スイッチ５１および５２とは、少なくとも一部重なっている。
　これによれば、半導体ＩＣ７０、スイッチ５１および５２がモジュール基板９１の同一主面に配置された構成と比較して、第１基材１０に形成されたＰＡ制御回路１１とスイッチ５１および５２とを接続する制御配線、および、電力増幅器２１とスイッチ５１および５２とを接続する送信信号配線を短くできるので、送信信号および制御信号の伝送損失を低減できる。
　なお、第１基材１０および第２基材２０の少なくとも一方と、スイッチ５１および５２の少なくとも一方とが重なっていてもよい。これにより、上記制御配線および上記送信信号配線の少なくとも一方を短くできるので、高周波モジュール１Ａの伝送損失を低減できる。
　以下、半導体ＩＣ７０について詳細に説明する。上述したように、半導体ＩＣ７０は、第１基材１０および第２基材２０を含む。
　図４は、実施例１に係る半導体ＩＣ７０の断面構成図である。また、図５は、実施例１に係る第２基材２０の断面構成図である。
　図４に示すように、第１基材１０と第２基材２０とは、ｚ軸方向（主面９１ａの垂直方向）に積層されている。
　第１基材１０は、例えば、Ｓｉ基板１２と、絶縁層１３と、Ｓｉ層１４と、配線層１５と、ＳｉＮ層１７と、を備え、ＳｉＮ層１７、配線層１５、Ｓｉ層１４、絶縁層１３、およびＳｉ基板１２が、主面９１ａからこの順で積層されている。
　Ｓｉ基板１２は、例えば、シリコン単結晶で構成されている。
　Ｓｉ層１４は、例えば、シリコンからなる層であり、ＰＡ制御回路１１を構成する回路素子が形成されている層である。
　配線層１５は、例えば、酸化シリコンからなる層の内部に、ＰＡ制御回路１１からの制御信号を第２基材２０およびモジュール基板９１に伝達するためのビア配線１６が形成されている層である。
　ＳｉＮ層１７は、例えば、窒化シリコンからなる保護層であり、第１基材１０の耐湿性などの信頼性を確保するための層である。
　第１基材１０は、第１基材１０から主面９１ａに向かって延びる電極２４（第２電極）を介して主面９１ａに接続されている。電極２４は、例えば、柱状導体２４ａおよびバンプ電極２４ｂで構成されており、柱状導体２４ａの一端がＳｉＮ層１７に形成された電極１８に接合され、他端がバンプ電極２４ｂに接合されている。バンプ電極２４ｂは、主面９１ａに形成された電極と接続される。
　これによれば、第１基材１０の電子回路は、モジュール基板９１と高周波信号およびディジタル信号を直接やりとりできるので、信号の伝送損失を低減できる。
　なお、第１基材１０は、Ｓｉ基板１２と、ＰＡ制御回路１１などの電子回路と、を備えていればよく、その他の各層はなくてもよい。また、スイッチ５３および５４は、第１基材１０に含まれていてもよい。
　また、図４に示すように、第１基材１０は、互いに対向する主面１０ａおよび１０ｂを有する。なお、主面１０ｂは、金属シールド層８５と接触していてもよい。
　これによれば、第２基材２０の電力増幅器２１で発生した熱を、第１基材１０および金属シールド層８５を介して外部へ放熱できる。よって、高周波モジュール１Ａの放熱性が向上する。
　また、第１基材１０を構成する第１半導体材料の熱伝導率は、第２基材２０を構成する第２半導体材料の熱伝導率よりも高くてもよい。
　これによれば、第２基材２０から第１基材１０への放熱性が向上する。
　また、第１基材１０の主面１０ａ上には、樹脂部材７１が配置されている。また、樹脂部材７１は、第２基材２０を覆っている。
　次に、図５に示すように、第２基材２０は、例えば、ＧａＡｓ基材層２０ｎと、エピタキシャル層２０ｄとを備える。
　ＧａＡｓ基材層２０ｎは、例えば、ガリウムヒ素からなる単結晶基板である。
　エピタキシャル層２０ｄは、例えば、ＧａＡｓ基材層２０ｎ上に、ＧａＡｓがエピタキシャル成長した層である。
　電力増幅器２１は、例えば、エピタキシャル層２０ｄ上に形成されている。
　ＧａＡｓ基材層２０ｎは、第１基材１０のＳｉＮ層１７と接合されている。つまり、第２基材２０は、第１基材１０と接合されている。
　電力増幅器２１は、増幅トランジスタを含み、当該増幅トランジスタは、コレクタ層２１Ｃ、ベース層２１Ｂおよびエミッタ層２１Ｅを有する。コレクタ層２１Ｃ、ベース層２１Ｂおよびエミッタ層２１Ｅは、エピタキシャル層２０ｄ上にこの順で積層されている。つまり、増幅トランジスタにおいて、コレクタ層２１Ｃ、ベース層２１Ｂおよびエミッタ層２１Ｅが、第１基材１０側からこの順で積層されている。
　また、第２基材２０は、第２基材２０から主面９１ａに向かって延びる電極２３（第１電極）を介して主面９１ａと接続されている。電極２３は、例えば、柱状導体２３ａおよびバンプ電極２３ｂで構成されており、柱状導体２３ａの一端が第２基材２０の主面に形成された電極２２に接合され、他端がバンプ電極２３ｂに接合されている。バンプ電極２３ｂは、主面９１ａに形成された電極と接続される。
　これによれば、第２基材２０の増幅回路は、モジュール基板９１と直接、信号のやりとりができるので、信号の伝送損失を低減できる。
　また、第２基材２０の増幅回路は、第１基材１０の電子回路からビア配線１６を介してディジタル制御信号および直流信号などを受けてもよい。
　また、図４に示すように、第２基材２０は、第１基材１０よりも薄くてもよい。言い換えると、第２基材２０の厚み方向（ｚ軸方向）の厚みは、第１基材１０の厚み方向（ｚ軸方向）の厚みよりも小さくてもよい。
　これによれば、熱伝導率が低い第２基材２０が相対的に薄く、熱伝導率が高い第１基材１０が相対的に厚いので、第２基材２０から第１基材１０への熱伝導が促進され、放熱性が向上する。
　また、図３および図４に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、第２基材２０は第１基材１０の外縁からはみ出さない。言い換えると、第２基材２０の面積は第１基材１０の面積よりも上記平面視において小さい。
　図２および図３に戻り、実施例１に係る高周波モジュール１Ａの配置構成について、さらに説明する。
　高周波モジュール１Ａは、さらに、モジュール基板９１内に形成され、主面９１ａおよび９１ｂを繋ぐビア導体９１Ｖを備えている。ビア導体９１Ｖの一端は、主面９１ａにおいて電力増幅器２１のグランド電極と接続され、ビア導体９１Ｖの他端は、主面９１ｂにおいて複数の外部接続端子１５０のうちのグランド電位に設定された外部接続端子１５０ｔと接続されている。
　電力増幅器２１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、電力増幅器２１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、電力増幅器２１を主面９１ｂに実装した場合、電力増幅器２１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、電力増幅器２１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、本実施例に係る高周波モジュール１Ａは、図３に示すように、主面９１ａにて電力増幅器２１のグランド電極に接続され、主面９１ａから主面９１ｂに到る放熱用のビア導体９１Ｖをさらに備える。また、ビア導体９１Ｖは、主面９１ｂにてグランド電位に設定された外部接続端子１５０ｔと接続されている。
　これによれば、放熱用のビア導体９１Ｖを介して、電力増幅器２１と外部接続端子１５０ｔとを接続できる。よって、電力増幅器２１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、電力増幅器２１から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。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａにおいて、スイッチ５１および５２は、半導体ＩＣ７５に含まれている。これによれば、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において、低雑音増幅器３１、スイッチ５３および５４は、半導体ＩＣ７６に含まれている。これによれば、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において、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０と低雑音増幅器３１とは、重ならない。
　これによれば、電力増幅器２１と低雑音増幅器３１とがモジュール基板９１を挟んで両面に振り分けられていることに加えて、電力増幅器２１と低雑音増幅器３１との距離を大きく確保できる。よって、送受信間のアイソレーションを向上できる。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ａにおいて、低雑音増幅器３１の入力端子に接続された整合回路４３（第２インピーダンス整合回路）は主面９１ａに配置され、電力増幅器２１の出力端子に接続された整合回路４２（第１インピーダンス整合回路）は主面９１ｂに配置されている。
　これによれば、整合回路４３のインダクタと整合回路４２のインダクタとが磁界結合することを抑制できるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。
　［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］
　図６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７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６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。なお、図６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部品の配置図が示されている。一方、図６の（ｂ）には、主面９１ｂをｚ軸正方向側から見た場合の回路部品の配置を透視した図が示されている。また、図６では、各回路部品の配置関係が容易に理解されるよう各回路部品にはその機能を表すマークが付されているが、実際の高周波モジュール１Ｂには、当該マークは付されていない。
　実施例２に係る高周波モジュール１Ｂは、実施の形態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６および図７に示すように、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂ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、外部接続端子１５０と、金属シールド層８５と、半導体ＩＣ７０と、を有している。
　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、半導体ＩＣ７０、スイッチ５１および５２、ならびに整合回路４２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と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
　モジュール基板９１は、互いに対向する主面９１ａおよび主面９１ｂを有し、高周波モジュール１Ｂを構成する回路部品を実装する基板である。なお、本実施例では、主面９１ａは第２主面に相当し、主面９１ｂは第１主面に相当する。
　図６および図７に示すように、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂでは、スイッチ５１および５２、デュプレクサ６１および６２、整合回路４２、４３、４４および４５は、主面９１ａに配置されている。一方、半導体ＩＣ７０、低雑音増幅器３１、ならびにスイッチ５３および５４は、主面９１ｂに配置されている。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂでは、主面９１ｂに複数の外部接続端子１５０が配置されている。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、半導体ＩＣ７０が主面９１ｂに配置され、スイッチ５１および５２の少なくとも１つが主面９１ａに配置されていることは必須であり、その他の回路部品は、主面９１ａおよび９１ｂのいずれに配置されていてもよい。
　図７に示すように、第２基材２０は、モジュール基板９１および第１基材１０の間に配置され、第１基材１０と接合されており、電極２３を介して主面９１ｂに接続されている。
　上記構成によれば、半導体ＩＣ７０が主面９１ｂに配置され、スイッチ５１および５２が主面９１ａに配置されている。これにより、高周波モジュール１Ｂを構成する回路部品が、モジュール基板９１の両面に振り分けられて配置されているので、高周波モジュール１Ｂを小型化できる。
　また、図６および図７に示すように、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０と、スイッチ５１および５２とは、少なくとも一部重なっている。
　これによれば、半導体ＩＣ７０、スイッチ５１および５２がモジュール基板９１の同一主面に配置された構成と比較して、第１基材１０に形成されたＰＡ制御回路１１とスイッチ５１および５２とを接続する制御配線、および、電力増幅器２１とスイッチ５１および５２とを接続する送信信号配線を短くできるので、送信信号および制御信号の伝送損失を低減できる。
　なお、第１基材１０および第２基材２０の少なくとも一方と、スイッチ５１および５２の少なくとも一方とが重なっていてもよい。これにより、上記制御配線および上記送信信号配線の少なくとも一方を短くできるので、高周波モジュール１Ｂの伝送損失を低減できる。
　また、本実施例に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、モジュール基板９１を平面視した場合、半導体ＩＣ７０と低雑音増幅器３１との間には、主面９１ｂに配置されたグランド端子１５０ｇが配置されている。
　なお、グランド端子１５０ｇは、複数の外部接続端子１５０のうちのグランド電位に設定された端子であり、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。
　これによれば、電力増幅器２１を含む半導体ＩＣ７０と低雑音増幅器３１との間にグランド端子１５０ｇが配置されているので、送受信間のアイソレーションが向上する。
　［４．効果など］
　以上、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂ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、少なくとも一部が第１半導体材料で構成され、電子回路が形成された第１基材１０と、少なくとも一部が第１半導体材料と異なる第２半導体材料で構成され、電力増幅器２１が形成された第２基材２０と、電力増幅器２１の入力端子に接続されたスイッチ５１または電力増幅器２１の出力端子に接続されたスイッチ５２と、を備え、第１基材１０は主面９１ａおよび９１ｂの一方に配置されており、第２基材２０は、モジュール基板９１および第１基材１０の間に配置され、第１基材１０と接合されており、電極２３を介して主面９１ａおよび９１ｂの一方に接続されており、スイッチ５１または５２は、主面９１ａおよび９１ｂの他方に配置されている。
　これによれば、第１基材１０および第２基材２０が主面９１ａに配置され、スイッチ５１または５２が主面９１ｂに配置されている。これにより、第１基材１０および第２基材２０とスイッチ５１または５２とが、モジュール基板９１の両面に振り分けられて配置されているので、高周波モジュール１Ａおよび１Ｂを小型化できる。よって、小型化されたマルチバンド対応の高周波モジュール１Ａおよび１Ｂを提供できる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、第１基材１０は、少なくとも一部がシリコンまたは窒化ガリウムで構成され、第２基材は、少なくとも一部がガリウムヒ素またはシリコンゲルマニウムで構成されていてもよい。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、モジュール基板９１を平面視した場合、第１基材１０および第２基材２０の少なくとも一方とスイッチ５１または５２とは、少なくとも一部重なっていてもよい。
　これによれば、第１基材１０、第２基材２０、スイッチ５１および５２がモジュール基板９１の同一主面に配置された構成と比較して、第１基材１０に形成されたＰＡ制御回路１１とスイッチ５１および５２とを接続する制御配線、および、電力増幅器２１とスイッチ５１および５２とを接続する送信信号配線を短くできるので、送信信号および制御信号の伝送損失を低減できる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂは、さらに、通信バンドＡの送信帯域の少なくとも一部を通過帯域とする送信フィルタ６１Ｔと、通信バンドＢの送信帯域の少なくとも一部を通過帯域とする送信フィルタ６２Ｔと、を備え、スイッチ５２は、電力増幅器２１の出力端子と送信フィルタ６１Ｔおよび６２Ｔとの間に接続され、当該出力端子と送信フィルタ６１Ｔとの接続、および、当該出力端子と送信フィルタ６２Ｔとの接続を切り替えてもよい。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、スイッチ５１は、電力増幅器２１の入力端子に接続され、送信信号が入力される送信入力端子１２１と当該入力端子との接続および非接続を切り替えてもよい。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、第１半導体材料の熱伝導率は、第２半導体材料の熱伝導率よりも高くてもよい。
　これによれば、第２基材２０から第１基材１０への放熱性が向上する。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、第１基材１０は、電極２４を介して主面９１ａおよび９１ｂの一方に接続されていてもよい。
　これによれば、第１基材１０の電子回路は、モジュール基板９１と高周波信号およびディジタル信号を直接やりとりできるので、信号の伝送損失を低減できる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、電力増幅器２１は、コレクタ層２１Ｃ、ベース層２１Ｂおよびエミッタ層２１Ｅを有する増幅トランジスタを含み、第１基材１０側から、コレクタ層２１Ｃ、ベース層２１Ｂ、エミッタ層２１Ｅの順で積層されていてもよい。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、上記電子回路は、電力増幅器２１を制御するＰＡ制御回路１１を含んでもよい。
　これによれば、電力増幅器２１とＰＡ制御回路１１とを接続する制御配線を短くできる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂは、さらに、主面９１ｂに配置された複数の外部接続端子１５０を備えてもよい。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａは、さらに、モジュール基板９１内に形成され、主面９１ａおよび９１ｂを繋ぐビア導体９１Ｖを備え、ビア導体９１Ｖの一端は、主面９１ａにおいて電力増幅器２１のグランド電極と接続され、ビア導体９１Ｖの他端は、主面９１ｂにおいて複数の外部接続端子１５０のうちのグランド電位に設定された外部接続端子１５０ｔと接続されていてもよい。
　これによれば、電力増幅器２１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、電力増幅器２１から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。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａおよび実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、スイッチ５１および５２は、半導体ＩＣ７５に含まれてもよい。
　これによれば、高周波モジュール１Ａおよび１Ｂを小型化できる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａは、さらに、主面９１ｂに配置された低雑音増幅器３１を備え、モジュール基板９１を平面視した場合、第１基材１０および第２基材２０と低雑音増幅器３１とは、重ならなくてもよい。
　これによれば、電力増幅器２１と低雑音増幅器３１とがモジュール基板９１を挟んで両面に振り分けられていることに加えて、電力増幅器２１と低雑音増幅器３１との距離を大きく確保できる。よって、送受信間のアイソレーションを向上できる。
　また、実施例１に係る高周波モジュール１Ａは、さらに、電力増幅器２１の出力端子に接続され、主面９１ｂに配置された整合回路４２と、低雑音増幅器３１の入力端子に接続され、主面９１ａに配置された整合回路４３と、を備えてもよい。
　これによれば、整合回路４３のインダクタと整合回路４２のインダクタとが磁界結合することを抑制できるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。
　また、実施例２に係る高周波モジュール１Ｂにおいて、モジュール基板９１を平面視した場合、第１基材１０および第２基材２０と低雑音増幅器３１との間には、主面９１ｂに配置されたグランド端子１５０ｇが配置されていてもよい。
　これによれば、送受信間のアイソレーションが向上する。
　また、通信装置５は、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。
　これによれば、小型化されたマルチバンド対応の通信装置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
　１０　　第１基材
　１０ａ、１０ｂ、９１ａ、９１ｂ　　主面
　１１　　ＰＡ制御回路
　１２　　Ｓｉ基板
　１３　　絶縁層
　１４　　Ｓｉ層
　１５　　配線層
　１６　　ビア配線
　１７　　ＳｉＮ層
　１８、２２、２３、２４　　電極
　２０　　第２基材
　２０ｄ　　エピタキシャル層
　２０ｎ　　ＧａＡｓ基材層
　２１　　電力増幅器
　２１Ｂ　　ベース層
　２１Ｃ　　コレクタ層
　２１Ｅ　　エミッタ層
　２３ａ、２４ａ　　柱状導体
　２３ｂ、２４ｂ　　バンプ電極
　３１　　低雑音増幅器
　４２、４３、４４、４５　　整合回路
　５１、５２、５３、５４　　スイッチ
　６１、６２　　デュプレクサ
　６１Ｒ、６２Ｒ　　受信フィルタ
　６１Ｔ、６２Ｔ　　送信フィルタ
　７０、７５、７６　　半導体ＩＣ
　７１、９２、９３　　樹脂部材
　８５　　金属シールド層
　９１　　モジュール基板
　９１Ｖ　　ビア導体
　１００　　アンテナ接続端子
　１１０　　制御信号端子
　１２１、１２２　　送信入力端子
　１３０　　受信出力端子
　１５０、１５０ｔ　　外部接続端子
　１５０ｇ　　グランド端子

Claims (17)

  1. 　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、
    　少なくとも一部が第１半導体材料で構成され、電子回路が形成された第１基材と、
    　少なくとも一部が前記第１半導体材料と異なる第２半導体材料で構成され、電力増幅器が形成された第２基材と、
    　前記電力増幅器の入力端子または出力端子に接続された第１スイッチと、を備え、
    　前記第１基材は、前記第１主面に配置されており、
    　前記第２基材は、前記モジュール基板および前記第１基材の間に配置され、前記第１基材と接合されており、第１電極を介して前記第１主面に接続されており、
    　前記第１スイッチは、前記第２主面に配置されている、
    　高周波モジュール。
  2. 　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、
    　少なくとも一部がシリコンまたは窒化ガリウムで構成され、電子回路が形成された第１基材と、
    　少なくとも一部がガリウムヒ素またはシリコンゲルマニウムで構成され、電力増幅器が形成された第２基材と、
    　前記電力増幅器の入力端子または出力端子に接続された第１スイッチと、を備え、
    　前記第１基材および前記第２基材は、前記第１主面に配置されており、
    　前記第２基材は、前記モジュール基板および前記第１基材の間に配置され、前記第１基材と接合されており、第１電極を介して前記第１主面に接続されており、
    　前記第１スイッチは、前記第２主面に配置されている、
    　高周波モジュール。
  3. 　前記モジュール基板を平面視した場合、前記第１基材および前記第２基材の少なくとも一方と前記第１スイッチとは、少なくとも一部重なっている、
    　請求項１または２に記載の高周波モジュール。
  4. 　さらに、
    　第１通信バンドの送信帯域の少なくとも一部を通過帯域とする第１送信フィルタと、
    　第２通信バンドの送信帯域の少なくとも一部を通過帯域とする第２送信フィルタと、を備え、
    　前記第１スイッチは、前記出力端子と前記第１送信フィルタおよび前記第２送信フィルタとの間に接続され、前記出力端子と前記第１送信フィルタとの接続、および、前記出力端子と前記第２送信フィルタとの接続を切り替える、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  5. 　前記第１スイッチは、前記入力端子に接続され、送信信号が入力される送信入力端子と前記入力端子との接続および非接続を切り替える、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  6. 　前記第１半導体材料の熱伝導率は、前記第２半導体材料の熱伝導率よりも高い、
    　請求項１に記載の高周波モジュール。
  7. 　前記第１基材は、第２電極を介して前記第１主面に接続されている、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  8. 　前記電力増幅器は、コレクタ層、ベース層およびエミッタ層を有する増幅トランジスタを含み、
    　前記コレクタ層、前記ベース層および前記エミッタ層は、前記第１基材側から、前記コレクタ層、前記ベース層、前記エミッタ層という順で積層されている、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  9. 　前記電子回路は、前記電力増幅器を制御する制御回路を含む、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  10. 　さらに、
    　前記第２主面に配置された複数の外部接続端子を備える、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  11. 　さらに、
    　前記モジュール基板内に形成され、前記第１主面および前記第２主面を繋ぐビア導体を備え、
    　前記ビア導体の一端は、前記第１主面において前記電力増幅器のグランド電極と接続され、前記ビア導体の他端は、前記第２主面において前記複数の外部接続端子のうちのグランド電位に設定された外部接続端子と接続されている、
    　請求項１０に記載の高周波モジュール。
  12. 　前記第１スイッチは、半導体ＩＣに含まれる、
    　請求項１０または１１に記載の高周波モジュール。
  13. 　さらに、前記第２主面に配置された低雑音増幅器を備え、
    　前記モジュール基板を平面視した場合、前記第１基材および前記第２基材と前記低雑音増幅器とは、重ならない、
    　請求項１０～１２のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  14. 　さらに、
    　前記出力端子に接続され、前記第２主面に配置された第１インピーダンス整合回路と、
    　前記低雑音増幅器の入力端子に接続され、前記第１主面に配置された第２インピーダンス整合回路と、を備える、
    　請求項１３に記載の高周波モジュール。
  15. 　さらに、
    　前記第１主面に配置された複数の外部接続端子を備える、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
  16. 　さらに、前記第１主面に配置された低雑音増幅器を備え、
    　前記モジュール基板を平面視した場合、前記第１基材および前記第２基材と前記低雑音増幅器との間には、前記第１主面に配置されたグランド端子が配置されている、
    　請求項１５に記載の高周波モジュール。
  17. 　アンテナで送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１～１６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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