JP2006507740A - ミリメートル周波数でのアプリケーション用パッケージ電子部品 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、４５ＧＨｚをこえた高周波数でのアプリケーション用ミリメートルパッケージ電子部品に関するものである。
本発明によれば、これら周波数で動作するＭＭＩＣチップを含んだシステムの設計を促進するために、１個あるいは複数のチップ（２２）を含んだパッケージを利用することが提案されており、これらのパッケージは、これらの周波数で動作を可能にするとともに、２通りのタイプからなるポートを含んでいる。すなわち、導波管を介して高使用周波数Ｆでアンテナとの接合をもたらす無接点電磁結合によるトランジションを有するポート（３０）、そして、使用周波数の低調波周波数Ｆ／Ｎ（好ましくはＮ＝６、あるいは４、あるいは必要であれば３）で接続できるようにするマイクロストリップ線あるいは同軸線タイプのトランジションを有するポート（４０）である。
アプリケーション：レーダシステム

Description

本発明は、４５ＧＨｚを超える、「ミリメートル周波数」とも呼ばれる、非常に高い周波数で動作する電子回路に関するものである。

これらの電子回路は、ミリメートル周波数で電磁波を送り、かつ、障害物によって反射された波がアンテナで受信されて、この障害物と波の伝搬源との間で、この波から一方では距離情報を、そして他方では相対速度情報を抽出するレーダタイプのアプリケーションに使用される。

このミリメートル周波数回路は、短距離および非常に高ビットレートの伝達アプリケーション用としても用いることができる。

いかなるアプリケーションであっても、ミリメートル周波数での信号を電子処理する場合には、プリント回路上に実装されたシリコン集積回路によって実現することができる低周波処理部を備える。非常に利用頻度の高い、かつ低価格の技術を利用することにより、全く同一の集積回路チップ上の回路素子間に、あるいは異なる集積回路チップ間に、生産が容易である接続部を有したこの処理部を、生産できるようになる。この処理には、非常に高い周波数の部分（４５ＧＨｚを超える）も含まれる。そして、これは、シリコン以外の（ヒ化ガリウムＧａＡｓおよび特にその誘導体、もしくはＳｉＧｅ）半導体材料からなる部品および集積回路によってのみ、実現可能となる。これらの集積回路は「マイクロ波モノリシック集積回路」すなわちＭＭＩＣと呼ばれる。この高周波数部分は生産が難しいという問題を生じており、また通常、この部分は非常に費用がかかるということが判明している。

実際には、比較的複雑な機能に関しては、全く同一チップに配置されうる回路素子の量に対して、シリコンからなる低周波数回路よりもＭＭＩＣ回路のほうに相当な限界があるので、ＭＭＩＣ集積回路チップが多数必要とされる。さらにまた、相互接続する基板上にこれらのチップが実装された場合、非常に高い使用周波数となると、生産は難しい。相互接続の設計は困難であり、また生産コストがかかる。その理由は、寸法入れに高精密さが要求されてはじめて、ミリメートル周波数信号の伝送が確実となるからである。このことは、システム内のＭＭＩＣチップ数が増加するにつれ、さらなる真実度を増す。また、生産される機能が複雑となるにつれて、チップ数も増加する。

チップ数が増加すると、ハイブリッド基板上にチップを実装すること（通常、ハイブリッド基板にチップをリンクさせるワイヤを用いて実装すること）それ自体が非常に費用を要す。

本発明の目的は、４５ＧＨｚを超える（そして好ましくは６０ＧＨｚを超える）ミリメートル周波数で動作してＭＭＩＣチップを備えた電子システムのコストを低減させるためのものである。

このようなコスト削減を達成するために、本発明において新しいタイプの部品を用いたシステムをもたらすことが提案される。この電子部品は、個別のパッケージ内に実装された電子部品であり、例えばプリント回路基板上に多数の部品を備えた電子システムからなる別の部品へと接続されることとなり、４５ＧＨｚを超える主ミリメートル周波数Ｆのあたりで動作する少なくとも１個の集積回路チップＭＭＩＣを備える。このパッケージは、電気信号をパッケージの内部と外部との間に伝達する少なくとも２個のポートを有する。この第１のポートは、４５ＧＨｚを超える主使用周波数での伝送の場合に電磁結合による（すなわち物理的電気結合のない）トランジションを有するポートであり、さらに、第２のポートは、主周波数Ｆの分周波である使用周波数Ｆ／Ｎでの伝送の場合にマイクロストリップあるいは同軸タイプのトランジションを有するポートである。

低調波周波数は次の４種のうちいずれか１種であることが好ましい：Ｆ／６、あるいはＦ／４、あるいはＦ／３（あるいは、極端な場合には、Ｆ／２であることがある）。
したがって、７７ＧＨｚでの使用周波数用としては、低調波周波数が７７ＧＨｚの１／６、あるいは１／４、あるいは１／３となる。

このポート付近に主使用周波数で電磁的短絡を構成するように、第１のポートから一定間隔離れて配置された導電性カバーを、このパッケージが備えていることが好ましい。そして、この短絡が波反射器を形成して第１のポートを介したこの周波数の無接点伝送を促進する。

第１のポートの上部にある導電性カバーの高さは、この短絡および反射機能を果たすために、主使用周波数の波長の４分の１に等しいことが好ましい。また、この高さは、波長の４分の１の奇数倍であってもよい。

パッケージ内にあるＭＭＩＣチップ、あるいは個々のＭＭＩＣチップは、好ましくは、低調波周波数から主使用周波数への変化に応じた比率Ｎで逓倍する手段を有する。また、ある場合には、このチップは比率Ｎで周波数を分周する手段も含むことがある。

したがって、この部品には、主周波数で信号を通過させるような専用物理的接点がないポートと、さらに、低調波周波数で信号を通過させるような専用接点があるポートを備えるという特徴がある。

本発明の他の特徴および利点は、以下に続く詳細な説明を読めば明らかとなろう。またそれは、添付図面を参照することによってなしうる。

本発明による部品が使われることがある典型的アプリケーションは、レーダアプリケーションであり、一方、４５ＧＨｚを超えるミリメートル周波数は、本実施例においては７７ＧＨｚの周波数であり、これは第１のアンテナで送信され、また他方、障害物により反射される電磁波は数種の異なるアンテナで受信されることとなる。したがって、これは複数ビームレーダに関係する。数種の受信アンテナが存在することにより、より高角度にわたる磁界で障害物の存在を観察することを可能にするとともに、検知された障害物をより高精度で位置付けすることも可能にする。

本発明により、密封されたパッケージ内に個々にＭＭＩＣチップを置くことが提案されており、それは、ミリメートルパッケージと呼ばれ、４５ＧＨｚを超える周波数で動作することができ、また使用周波数で無接点の電磁結合によるリンクができるようにする外部ポートを有し、本実施例での７７ＧＨｚでは、送受信アンテナ、あるいはこれらのアンテナに導く導波管を有する。

これらの非常に高い周波数での電磁結合による送信は、パッケージ内の電磁信号が、とりわけ、内側と外側との間で自由伝搬する特性を利用した場合に実現される。特に、このパッケージは、チップからの信号伝搬用配線、あるいはチップへの信号伝搬用配線が封入される導電性カバー（金属カバー、あるいは金属化したカバー）を備える。（このカバーに対して主使用周波数で部品を設計し）電磁短絡がこのポートを介して自由伝搬モードで信号伝送の促進をするような距離で、この導電性カバーが無接点外部ポート上に置かれている。

４５ＧＨｚを超える使用周波数Ｆでのポートは、空気中（あるいはガス、または真空中）での電磁結合によるトランジションであり、特に、これらの素子に沿って配置された導波管に向かって放射することができるか、あるいは、正面に配置された導波管の出力で電磁的な放射を受信することができる。ＭＭＩＣチップを封入したパッケージには、これら導電性素子に沿った非導電性部があり、電磁エネルギーが導波管と導電性素子との間を通過できる。

好ましくは、このパッケージには、４５ＧＨｚをこえて効率よく結合できる１個、あるいは複数の外部の無接点ポートに加えて、４５ＧＨｚを超える周波数で効率よく動作できないが、使用周波数の低調波周波数で動作するように設計されたポートが備えられる。したがって、さらに好ましくは、これらの部品に封入されるチップは、低調波周波数から主周波数へと変化し、必要な周波数を逓倍する手段を有する。

マイクロストリップ線、あるいは同軸線を用いることにより、７７ＧＨｚでは動作できないが、１０ＧＨｚを上回り、最大２５ＧＨｚにまでも、あるいはそれよりやや上回って動作できるポートが形成される。搬送される周波数はミリメートル使用周波数よりもかなり低いので、同様の基板上に配置される他の部品とこの部品との接触が容易に実現されるであろう。

図１は本発明による部品の断面図である。この実施例は、部品パッケージ内の単一のＭＭＩＣチップを示すが、２個であっても、例外としては３個であってもよい。

パッケージは導電性の、たとえば、金属、あるいは部分的金属である。好ましくは、このパッケージ上にＭＭＩＣチップ２２の裏面が直接実装されるような基板としての役目をする金属ベース２０と、パッケージの内部での相互接続およびパッケージの外側方向への相互接続をもたらす両面セラミック基板２４と、ベースおよびカバー、ならびに単一あるいは複数チップおよびセラミック基板の間を封入するためにベースをカバーする金属あるいは金属化されたカバー２５とが、このパッケージには含まれる。ＭＭＩＣチップ２２がベース上に直接溶接されているので、セラミック基板２４はチップが挿入された開口部を含む。セラミック基板２４は両側が金属化された基板が望ましい。すなわち、表面側上は伝送ラインを形成するメタライゼーション２６と、裏面側上は接地平面を形成するメタライゼーション２８である。種々の誘電性かつ導電性部品の寸法は、部品が該当する使用周波数（７７ＧＨｚ）で正しく動作するような寸法である。メタライゼーション２６と２８とは、一方は、チップ間に相互接続を作るため、そして他方は、外部ポートのパッケージを作るために使用され、何れも、７７ＧＨｚで動作できるポートであり、また７７ＧＨｚで低調波である周波数を伝送するよう設計されたポートである。

図１の実施例において、７７ＧＨｚ周波数で伝送が可能なポート３０には、無接点の電磁結合によることで、信号が７７ＧＨｚ周波数で導波管からチップへと、あるいはその逆方向に、接触しないで通過できるトランジションが備えられる。

電磁結合によるこのトランジションは、パッケージ内の、さらに詳細には、金属ベース２０内の開口部３２を介すことが好ましい。この開口部３２は、図１には示されていない導波管と連通する。この開口部は、物理的には、ただし電磁気的ではないが、セラミック基板２４により閉じられている。この開口部は、セラミック基板の裏側のメタライゼーション２８内にある非金属化域３４に沿ってある。表側のメタライゼーション２６上には、ＭＭＩＣチップ２２からポート３０へのマイクロストリップ線が形成され、マイクロストリップ線の端部３６は、ベース２０の開口部３２の中心に沿って正確に終端をなす。接地平面を形成するメタライゼーション２８によって囲まれた非金属化域３４と共に、この端部３６は放射素子を形成し、したがって、アンテナが、例えば、開口部３２の表側に置かれた導波管と連通して、電磁的手段によって導波管とマイクロストリップ線とを直接結合させる。マイクロストリップ線の端部３６上には、この線によって伝送される信号の主使用周波数の波長に適した距離を隔てて、カバーの導電性面が位置している。そして、この距離は、このカバーが電磁短絡を形成するようなものである。それ故アンテナ用反射器がマイクロストリップ線の端部３６で放射する。たとえば、セラミック基板２４のメタライゼーション上のカバーの高さＨは、この周波数に対応する波長の４分の１に等しいか、あるいはこの値に非常に近い。また、それは波長の４分の１の奇数倍であってもよい。

マイクロストリップ線の他端部には、ワイヤリンク３８がチップとラインとの間に設けられる。７７ＧＨｚで結合動作した結果、主周波数７７ＧＨｚに対応した波長に適合して金属化あるいは非金属化した領域の寸法と、セラミック基板厚と、セラミック基板内の開口部幅とが正確に選択されるということが示された。

考えられる主なアプリケーションは、導波管が反射されたレーダ波を受信（あるいは送信）するアンテナに接続しており、またマイクロストリップ線の端部３６がパッケージ内に入る電磁波の受信用素子として働くことである。

図１中に示された他方のポートは直接ポート４０であり、これは、マイクロストリップ線により、７７ＧＨｚではなく、好ましくはＦ／６の低調波周波数であり、しかしながらＦ／４かＦ／３でもよく、また場合によりＦ／２ですらもよい低調波周波数で通信できるようにするものである。このポートに対応するマイクロストリップ線は、金属化セラミック基板２４の上部メタライゼーション２６内に形成される。下部メタライゼーション２８は接地平面としての役目を果たす。カバーからマイクロストリップ線を絶縁すること、たとえば、ラインとカバー端部との間に介挿された絶縁ワッシャー４２によって、あるいはカバー内ノッチを介すことにより、パッケージの内部から外部へと、導電性カバー２５という局所的な遮断を経て、このラインが通過する。

あるいは、この低調波周波数ポート４０の側面上で、ワイヤリンク４４によりマイクロストリップ線にＭＭＩＣチップもまたリンクする。

ポート４０によって、同一ハイブリッド基板上に実装されたもう一つの同様な部品と、あるいは同一ハイブリッド基板上か従来のプリント回路上に実装された、異なる部品と、この部品とが外部で接続されてもよい。パッケージの外側に延びた上方メタライゼーション面２６から直接この接続がされてもよい。たとえば、この上面に、ワイヤがハンダ付けされてもよく、あるいはリード４６を介してメタライゼーション２６の外部に、ワイヤがハンダ付けされてから、部品の一体部分が形成されてもよい。

この部品を用いた電子システムにおいては、共通の基板が既に述べたタイプの個々のチップ上ではなく部品に実装して、このシステムの設計および製造を極めて容易にするということが理解されよう。

図２は、図１の部品をレーダ・電子システムに使用する場合の図である。図２においては、図１の部品のアセンブリ（ベース２０、チップ２２、カバー２５）を識別することができる。カバーは、導波管プレートである金属プレート５０と直接接触して実装される。すなわち、このプレート内で導波管５２が形成され、その出力端部がベース２０の開口部３２にきっちり沿っており、したがってこの導電性の端部３６に沿って、導波管とパッケージとの間に電磁結合がもたらされる。

この導波管の他端、すなわちこのアプリケーションにおける入力端部は、導波管プレート５０に接設された金属プレート６０内に工作された、レーダ受信パラボラアンテナ６２の伝送中心に沿う。この導波管プレート５０には、多数の導波管が含まれていてもよく、たとえば、同一のアンテナプレート６０内で工作された第２のアンテナ６４へと導く第２のガイド５４などである。このガイドは、第２のアンテナから第２のミリパッケージ入り部品へと受信した電磁波に向きを合わせている。この第２の部品は、図１の部品（図示せず）と同様であり、プレート５０上の図１の部品にあるように実装されて本発明による多数の部品に共通する基板を形成する。

図１および２の実施形態では、セラミック基板２４が金属ベース上に固定されたものと仮定した。金属ベースや、両側を金属化したセラミック基板により形成されるパッケージや、金属カバーなしでも考えることが可能である。この場合、全く同一の方法で、電磁結合によるトランジションを有するポート３０が製造される。すなわち、裏メタライゼーション２８に設けられた非金属化域３４がベースの非存在による非存在の開口部３２を代替する。この導波管は、この非メタライゼーションに正確に沿っている。

別の実施形態においては、図１および２中の場合のように、セラミック基板により伝えられる替わりに、（チップ２２と同一かチップ２２以外の）ＭＭＩＣチップにより伝えられるために、その自由端が無接点電磁トランジションとして用いられるマイクロストリップ線を備えることが可能である。したがって、この場合は、電磁トランジションとして用いられるＭＭＩＣチップは、パッケージの金属ベース上に固定される。そして、そのチップの一部がベースに設けられた開口部に沿って延び、開口部それ自体が導波管に沿う。したがって、ＭＭＩＣチップにより伝えられるマイクロストリップ線の自由端が上記ベース内の開口部に沿い、この開口部を介して無接点電磁トランジションを形成する。

上述の記載により、トランジションを生成する反射器として、パッケージのカバーを利用した電磁結合によるトランジションを提案する。しかし、パッケージの種々の素子の形状を用いて電磁結合を促進する、たとえば、非反射器のトランジションを結合することにより別のタイプのトランジションを考えることもできる。たとえば、トランジションは、表面側の基板２４（あるいはチップ２２）上のマイクロストリップ線と、裏面側の（スロットの形をした非メタライゼーション３４）上のスロット線との間に生じる電磁結合を利用する。したがって、反射器は必ずしも必要ではなく、さらに、パッケージのカバーがプラスチック材からなる場合には、この実施形態が特に適したものとなろう。

完備された電子システムを作るために、低周波数部品（低周波で動作する集積回路チップ、あるいは他の部品）と、約２５ＧＨｚまで動作する部品とを組み合わせた、低価格のプリント回路基板（樹脂をベースとする基板）上に、本発明による部品を利用してもよい。マイクロストリップ接合によって、本発明のミリメートルパッケージ部品に、これらの部品がリンクし、無接続電磁結合を有するトランジションと導波管とにより、このミリメートルパッケージ部品がアンテナに接続する。

本発明のミリメートルパッケージ部品を示す。 レーダアンテナに関連する本発明の部品を示す。

Claims (8)

1. 個々のパッケージ内に実装されるとともに、電子システムの他の部品に接続される電子部品において、
   前記部品が４５ＧＨｚを超える主ミリメートル周波数Ｆのあたりで動作する少なくとも１個の集積回路チップ（２２）を備えているとともに、
   前記パッケージが電気信号を前記パッケージの内部と外部との間に伝達する少なくとも２個のポート（３０および４０）を有しており、
   前記第１のポート（３０）は、４５ＧＨｚを超える前記主使用周波数での信号伝送の場合には無接点電磁結合によるトランジションを有するポートであり、
   前記第２のポート（４０）は、前記主周波数Ｆの低調波である使用周波数Ｆ／Ｎでの伝送の場合には、マイクロストリップあるいは同軸タイプのトランジションを有するポートである
   ことを特徴とする電子部品。
2. 前記パッケージが前記ポート上に前記主使用周波数で電磁的短絡を構成するように前記第１のポートから一定間隔離れて配置された導電性カバー（２５）を備え、
   したがって波反射器を形成して第１のポートを介した前記周波数の伝送を促進する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. ポートの上部にある前記導電性カバーの高さは、
   前記使用周波数の波長の４分の１に等しいか、あるいは前記使用周波数の波長の４分の１の奇数倍である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
4. 前記パッケージ内に封入された前記チップのうちの１個が前記低調波周波数から前記主使用周波数への変化に応じた比率Ｎで周波数を逓倍する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品。
5. 前記部品がセラミック基板（２４）を備え、
   該基板の第１の金属化された側がエッチングされて自由端（３６）を有するマイクロストリップ線（２６）を形成するとともに、
   該基板のもう一方の側も金属化されて接地平面を形成し、
   前記マイクロストリップ線端部を介して前記パッケージの外側と内側との間に無接点電磁結合をもたらすために、前記自由端に面して前記接地平面が遮断される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品。
6. 前記導電性カバーは、
   前記マイクロストリップ線の前記自由端上の高さが前記使用周波数の波長の４分の１に等しいか、あるいは前記使用周波数の波長の４分の１の奇数倍である
   ことを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
7. 前記マイクロストリップ線端部（３６）に金属ベース（２０）が開口して面している
   ことを特徴とする請求項５および６のいずれかに記載の電子部品。
8. 前記部品がベースに固定された１個あるいは複数のＭＭＩＣチップを含み、
   該チップの１個がマイクロストリップ線を含み、
   該ラインの一自由端が無接点電磁トランジションとして用いられ、
   該開口部を介して無接点電磁トランジションを形成するために前記ラインの自由端が前記開口部に沿って位置付けられるような、前記チップが前記ベース内の開口部を覆って延びている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品。

Images