JP2005130406A

JP2005130406A - 導波管部材および導波管ならびに高周波モジュール

Info

Publication number: JP2005130406A
Application number: JP2003366562A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Koriyama; 慎一郡山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】高周波部品の接続部における高周波信号の反射を低減し、高周波モジュールの組立て歩留まりを高める。
【解決手段】導波管部材10は、一側面に一端から他端にわたって溝12が形成された四角柱状の誘電体11と、溝12の内面に被着された導体層13と、誘電体11の一端面の溝12の開口縁に被着された、導体13に連続する端面導体層14とから成り、主面に配線パターン９が形成された配線基板８の配線パターン９上に溝12を塞ぐように一側面がろう付けされることにより導波管を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波やミリ波の領域において使用される導波管を用いた高周波モジュールにおいて、システムの実装を容易に行なうことが可能な導波管部材および導波管ならびに高周波モジュールに関するものである。

近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる周波数として、１〜30ＧＨｚのマイクロ波領域から30〜300ＧＨｚのミリ波領域までを活用することが検討されており、例えば、車間レーダーのようなミリ波を用いた応用システムも提案されるようになってきている（例えば、下記の特許文献１参照）。

このような高周波用のシステムにおいては、信号の周波数が高いことにより、回路を構成する高周波部品の接続部における高周波信号の反射が大きくなるという問題点があった。例えば、高周波部品と伝送線路とをワイヤボンディングで接続する場合、ワイヤのインダクタンスが0.1ｎＨのとき、30ＧＨｚの高周波信号に対するリアクタンスは約19Ωになり、回路の特性インピーダンスを50Ωで設計した場合、ワイヤボンディング部でインピーダンス不整合により高周波信号の反射が大きくなるという問題点があった。

このような接続部による高周波信号の反射を小さくするため、ワイヤボンディングによる接続の数を少なくした高周波モジュールが提案されている。これによれば、通常、ＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）を収納した高周波部品どうしを接続する場合、一方の高周波部品と配線基板上の伝送線路とをワイヤボンディングで接続し、その伝送線路の他端と他方の高周波部品とをワイヤボンディングで接続しており、ワイヤボンディングによる接続部が２ヶ所発生することによって損失が大きくなっていたのに対し、高周波部品どうしを直接ワイヤボンディングで接続することにより接続部を１ヶ所に低減することができ、高周波信号の反射損失が小さくなるというものである。

図４は、そのような高周波モジュールの高周波部品の接続部を説明するための断面図である。図４によれば、高周波部品30は、ＭＭＩＣ31と基板32と蓋33とから構成されており、金属筐体34には高周波部品30を搭載するための穴35が形成され、高周波部品30どうしはワイヤ36で接続されている。このような構成にすることにより、高周波部品30どうしの接続を１ヶ所のワイヤボンディングで実現することができ、接続部による高周波信号の反射を低減することができる。
特開２００１−１１１３１０号公報

しかし、このような特許文献１に記載の構成では高周波部品30どうしを接続するのに依然としてワイヤボンディングを用いているため、ワイヤ36のループ形状によりそのインダクタンスが変動し、高周波信号の反射が大きくなったり、あるいは接続部の特性がばらついたりして、高周波モジュールの組立て歩留まりが小さくなり易いという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、高周波部品の接続部における高周波信号の反射を低減し、高周波モジュールの組立て歩留まりを高めるための導波管部材および導波管ならびに高周波モジュールを提供することにある。

本発明の導波管部材は、一側面に一端から他端にわたって溝が形成された四角柱状の誘電体と、前記溝の内面に被着された導体層と、前記誘電体の一端面の前記溝の開口縁に被着された、前記導体層に連続する端面導体層とから成り、主面に配線パターンが形成された配線基板の前記配線パターン上に前記溝を塞ぐように前記一側面がろう付けされることにより導波管を構成することを特徴とする。

本発明の導波管部材において、好ましくは、前記端面導体層の幅が前記溝で伝送される電磁波の波長の４分の１であることを特徴とする。

本発明の導波管部材において、好ましくは、前記誘電体は、前記一端面の前記端面導体層の外周縁に沿って、内面に前記端面導体層に連続する内面導体層が被着された、深さが溝で伝送される電磁波の波長の４分の１である凹部が形成されていることを特徴とする。

本発明の導波管は、上記本発明の導波管部材と、主面に形成された配線パターン上に前記導波管部材の前記一側面が前記溝を塞ぐようにろう付けされた配線基板とを具備していることを特徴とする。

本発明の高周波モジュールは、上記本発明の導波管と、前記配線基板の前記主面で前記導波管部材の前記一端面側に搭載されるとともに前記導波管に電磁気的に結合された高周波部品とを具備していることを特徴とする。

本発明の導波管部材は、一側面に一端から他端にわたって溝が形成された四角柱状の誘電体と、溝の内面に被着された導体層と、誘電体の一端面の溝の開口縁に被着された、導体層に連続する端面導体層とから成ることにより、配線基板表面に配設された配線パターン上に、導波管部材の溝を塞ぐようにろう材で接合すれば、配線基板の配線パターンと溝の内面の導体層とで導波管をきわめて容易に構成することができ、この導波管を高周波部品どうし、あるいは高周波部品と外部電気回路との接続に用いると、ワイヤボンディングを用いる必要はないので接続部における高周波信号の反射損失を有効に低減することができる。その結果、高周波モジュールの組立て歩留まりを高めることができる。

さらに、誘電体の一端面の溝の開口縁に導体層に連続する端面導体層が被着されていることから、高周波部品あるいは外部電気回路との接続部においてすき間が生じた場合でも、端面導体層をオープンスタブとして作用させ、溝の開口近傍の電位を端面導体層の開放端の電位よりも低くし、接地電位に近づけることができ、結果として接続部からの電磁波の漏洩を低減することができる。

本発明の導波管部材は、端面導体層の幅が溝で伝送される電磁波の波長の４分の１であることから、端面導体層における溝の開口近傍の電位と開放端との電位差をきわめて大きくすることができ、溝の開口近傍の電位を接地電位と同じにできて高周波部品あるいは外部電気回路との接続部においてすき間が生じた場合でも、接続部からの電磁波の漏洩をより低減することができる。

本発明の導波管部材は、誘電体が、一端面の端面導体層の外周縁に沿って、内面に端面導体層に連続する内面導体層が被着された、深さが溝で伝送される電磁波の波長の４分の１である凹部が形成されていることから、凹部をショートスタブとして作用させることができ、高周波部品あるいは外部電気回路との接続部においてすき間が生じた場合でも、すき間から出ようとする電磁波を、凹部で発生した反射波で打ち消すことができ、接続部からの電磁波の漏洩をきわめて有効に低減することができる。

本発明の導波管は、上記本発明の導波管部材と、主面に形成された配線パターン上に導波管部材の一側面が溝を塞ぐようにろう付けされた配線基板とを具備していることから、導波管を非常に容易に作製することができるとともに、高周波部品を配線基板に表面実装してモジュール化する場合、高周波部品の実装と同時に導波管部材も実装することができ、高周波モジュールの組立て工程を簡素化することができ、高周波モジュールの量産性を非常に向上させることができる。

また、配線基板に導波管部材をろう付けする際、加熱により溶融したろう材の表面張力によるセルフアライメント効果により、実装位置を精密にコントロールすることが可能になり、接続部における高周波特性のばらつきをさらに小さくして組立て歩留まりを向上させることができる。

本発明の高周波モジュールは、上記本発明の導波管と、配線基板の主面で導波管部材の一端面側に搭載されるとともに導波管に電磁気的に結合された高周波部品とを具備していることから、高周波部品どうしを、あるいは高周波部品と外部電気回路とを上記導波管で接続するので、接続部における余分なインダクタンス成分が付加されず、高周波信号の反射を低減できるので、高周波モジュールの組立て歩留まりを高めることができる。

以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−ＡＡ線断面図である。また、図２は本発明の導波管部材の実施の形態の一例を示す斜視図である。

これらの図において、１は高周波部品、２はＭＭＩＣ、３は基板、４は蓋、５はワイヤ、６は導波管型接続端子、７はろう材、８は配線基板、９は配線パターン、10は導波管部材、11は誘電体、12は溝、13は導体層、14は端面導体層である。

導波管部材10は、一側面に一端から他端にわたって溝12が形成された四角柱状の誘電体11と、溝12の内面に被着された導体層13と、誘電体11の一端面の溝12の開口縁に被着された、導体層13に連続する端面導体層14とから成る。

誘電体11は、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック材料からなる。また、誘電体11の溝12の内面には、例えば、タングステンを主成分とするメタライズが被着形成され、さらにその表面にニッケル、金等を主成分とするメッキが施されている。

この導波管部材10を配線基板８表面の配線パターン９上にろう材７で接合することにより、導波管部材10と配線パターン９とで導波管を構成する。なお、配線パターン９は導波管部材10の一側面の溝12の開口を覆っており、導波管部材10の一側面の溝12の開口面積よりも大きい。

この導波管の断面寸法、即ち、導体層13と配線パターン９とで形成される空洞部の断面寸法は、使用周波数においてＴＥ01等の導波管伝送モードが伝送できる寸法になっている。たとえば使用周波数が76ＧＨｚの場合、導波管の断面寸法（導体層13と配線パターン９とで形成される空洞部の断面寸法）の長辺は2.54ｍｍ、短辺は1.27ｍｍにすれば良い。

また、導波管部材10は、図３（ａ）に正面図および伝送方向に平行な断面図で示すように、溝12の開口縁に端面導体層14が被着形成されている。これにより、高周波部品１あるいは外部電気回路と導波管との接続部においてすき間が生じた場合でも、端面導体層14をオープンスタブとして作用させ、溝12の開口近傍の電位を端面導体層14の開放端の電位よりも低くし、接地電位に近づけることができ、結果として接続部からの電磁波の漏洩を低減することができる。

端面導体層14は、溝12の内面の導体層13と同様、タングステン等を主成分とするメタライズで形成すればよく、セラミックスを用いた通常の印刷、積層技術で作製することができる。また、端面導体層14の幅Ｌ１は、溝12で伝送される電磁波の波長の４分の１とすることが好ましい。これにより、端面導体層14における溝12の開口近傍の電位と開放端との電位差をきわめて大きくすることができ、溝の開口近傍の電位を接地電位と同じにできて高周波部品１あるいは外部電気回路との接続部においてすき間が生じた場合でも、接続部からの電磁波の漏洩をより低減することができる。

さらに、導波管部材10は、図３（ｂ）に示すように、一端面の端面導体層14の外周縁に沿って、内面に端面導体層14に連続する内面導体層16が被着された、深さＬ２が溝12で伝送される電磁波の波長の４分の１である凹部15が形成されている。これにより、凹部15をショートスタブとして作用させることができ、高周波部品１あるいは外部電気回路との接続部においてすき間が生じた場合でも、すき間から出ようとする電磁波を、凹部15で発生した反射波で打ち消すことができ、接続部からの電磁波の漏洩をきわめて有効に低減することができる。

凹部15は、端面導体層14の外周縁の一部でもよいが、好ましくは、端面導体層14の外周縁の全周に沿って形成されているのがよい。これにより、電磁波の漏洩をより有効に低減できる。

このような内面導体層16は、導体層13および端面導体層14と同様、タングステンを主成分とするメタライズで形成すればよく、セラミックスを用いた通常の印刷、積層技術で作製することができる。

本発明の高周波モジュールは、上記本発明の導波管と、配線基板８の主面で導波管部材10の一端面に搭載されるとともに導波管に電磁気的に結合された高周波部品１とを具備している。図１の例においては、高周波部品１はＭＭＩＣ２、基板３、蓋４、ワイヤ５、導波管型接続端子６から成る。

ＭＭＩＣ２は基板３表面に搭載され、基板３表面の線路導体とワイヤ５で接続されている。そして、基板３表面の線路導体は、例えばプローブを使った変換構造等により導波管型接続端子６に接続されている。このような高周波部品１は配線基板８表面にろう材７で接合されている。

導波管型接続端子６は、導波管が接続されて高周波部品１と導波管との間に電磁波を入出力させるためのものであり、例えば、上下に誘電体層を介して積層された配線導体層と、これらの配線導体層間を電気的に接続する２列の貫通導体群とから構成したものが用いられる。この構成により、誘電体層の四方を配線導体層と貫通導体群とによる擬似的な導体壁で囲むことができ、この導体壁内領域を電磁波の伝送路として、高周波部品１に接続された導波管から伝送された電磁波を高周波部品１に入力、あるいは高周波部品１から導波管に出力することができる。

導波管型接続端子６と基板３表面の線路導体との接続は、例えば、プローブを使った変換構造により行なわれる。この変換構造は、線路導体に接続されたビア導体から成るプローブの先端を導波管型接続端子６の内部に挿入することにより構成することができ、これにより、導波管型接続端子６の擬似導体壁内領域を伝送する電磁波を線路導体に入力、あるいは線路導体から導波管型接続端子６に出力することができる。

また、導波管部材10は配線基板８表面の配線パターン９上にろう材７で接合されて導波管が形成され、高周波部品１の導波管型接続端子６と電磁気的に接続される。このように高周波部品１どうしを導波管部材10と配線パターン９で構成した導波管で接続することにより、接続部における余分なインダクタンス成分が発生せず、接続部における高周波信号の反射を低減でき、高周波モジュールの組立て歩留まりを向上させることができる。

また高周波部品１と導波管部材10とを、ろう材７を塗布した後、リフロー処理で同時に実装することにより、組立工程を簡略化でき、さらに配線基板８表面の配線パターン９を精度良く作製することにより、リフロー時のろう材７の表面張力によるセルフアライメント効果により、実装位置を精密にコントロールすることが可能になり、接続部における高周波特性のばらつきをさらに小さくして組立て歩留まりを向上させることができる。

好ましくは、配線基板の配線パターン９において、導波管部材10がろう付けされる部位の幅は、導波管部材10の伝送方向に直角な方向における幅と同じか小さくなっているのがよい。これにより、導波管部材10を配線パターン９にろう付けする際にろう材が溶融して導波管部材10が動いても、セルフアライメント効果により導波管部材10が配線パターン９の両辺に平行に位置精度良くろう付けされることとなり、導波管部材10と高周波部品１との位置精度をきわめて良好とし、これらの接続信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。

本発明は、特に、比較的周波数が高い車間レーダー（76GHｚ）用の高周波モジュールの作製に好適である。

（ａ）は本発明の高周波モジュールの実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の高周波モジュールのＡ−ＡＡ線における断面図である。本発明の導波管部材の実施の形態の一例を示す斜視図である。（ａ）は図２の導波管部材の正面図および断面図、（ｂ）は本発明の導波管部材の実施の形態の他の例を示す正面図および断面図である。従来の高周波モジュールの断面図である。

符号の説明

１・・・・・高周波部品
２・・・・・ＭＭＩＣ
３・・・・・基板
４・・・・・蓋
５・・・・・ワイヤ
６・・・・・導波管型接続端子
７・・・・・ろう材
８・・・・・配線基板
９・・・・・配線パターン
10・・・・・導波管部材
11・・・・・誘電体
12・・・・・溝
13・・・・・導体層
14・・・・・端面導体層
15・・・・・凹部
16・・・・・内面導体層

Claims

一側面に一端から他端にわたって溝が形成された四角柱状の誘電体と、前記溝の内面に被着された導体層と、前記誘電体の一端面の前記溝の開口縁に被着された、前記導体に連続する端面導体層とから成り、主面に配線パターンが形成された配線基板の前記配線パターン上に前記溝を塞ぐように前記一側面がろう付けされることにより導波管を構成することを特徴とする導波管部材。
前記端面導体層の幅が前記溝で伝送される電磁波の波長の４分の１であることを特徴とする請求項１記載の導波管部材。
前記誘電体は、前記一端面の前記端面導体層の外周縁に沿って、内面に前記端面導体層に連続する内面導体層が被着された、深さが前記溝で伝送される電磁波の波長の４分の１である凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の導波管部材。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導波管部材と、主面に形成された配線パターン上に前記導波管部材の前記一側面が前記溝を塞ぐようにろう付けされた配線基板とを具備していることを特徴とする導波管。
請求項４記載の導波管と、前記配線基板の前記主面で前記導波管部材の前記一端面側に搭載されるとともに前記導波管に電磁気的に結合された高周波部品とを具備していることを特徴とする高周波モジュール。