JP2015146544A - Mmic集積回路モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】MMIC集積回路モジュールにおける導波管マイクロストリップ線路変換器の特性バラツキを低減させる。【解決手段】MMIC集積回路モジュールの誘電体基板1には、段差部8に対向する金属壁9を設ける。段差部8との間の隙間(P)は、段差部8の高さ(L)と金属壁9の厚さ(M)を調整することにより狭くでき、これにより、電磁波を遮断できる。よって、導波管マイクロストリップ線路変換器10の特性バラツキを低減できる。【選択図】図3
Description
本発明は、MMIC集積回路モジュールにおける導波管マイクロストリップ線路変換器の特性バラツキを低減させる技術に関する。
図9は、従来のMMIC集積回路モジュールにおける部分的な断面図である。図10は、図9のA−A矢視図である。
従来のMMIC集積回路モジュールでは、例えば、誘電体基板1の一方面の側(図では下側)に、金属台座200から形成した導波管21が配置される。誘電体基板1には、プローブ4、導体線路5、接地導体6が形成される。誘電体基板1、導体線路5、接地導体6はマイクロストリップ線路を構成する。導波管21には、図示しないが、図では下側にアンテナ等が接続される。誘電体基板1を覆う金属フタ7には、段差部8と枠部7aが形成される。枠部7aと段差部8の間の空間であるバックショート7bにより、導波管マイクロストリップ線路変換器が構成される(非特許文献1参照)。
Yi-Chi Shih, Thuy-Nhung Ton, and Long Q.Bui ,"WAVEGUIDE-TO-MICROSTRIP TRANSITIONS FOR MILLIMETER-WAVE APPLICATIONS", IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp. 473 - 475, vol.1, MAY 1988.
Lei Xia, Ruimin Xu, Bo Yan, "LTCC-Based Highly Integrated Millimeter-Wave Receiver Front-End Module", Int J Infrared Milli Waves, pp. 975 - 983, vol.27, 2006.
従来のMMIC集積回路モジュールでは、誘電体基板1と段差部8の間には隙間(図10のQ)があり、金属フタ7の加工精度や誘電体基板1との位置合わせ精度の不足により、隙間が大きくなると、バックショート7bからの電磁波が隙間から漏れ、導波管マイクロストリップ線路変換器の特性にバラツキが生じる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、MMIC集積回路モジュールにおける導波管マイクロストリップ線路変換器の特性バラツキを低減させることにある。
上記の課題を解決するために、第1の本発明に係るMMIC集積回路モジュールは、外側に突出する凸部が形成された誘電体基板と、前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、前記開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記導体線路と立体的に交わるように設けられる段差部と、前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁とを備えることを特徴とする。
第2の本発明に係るMMIC集積回路モジュールは、開口部と前記開口部に突出する凸部とが形成された誘電体基板と、前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、前記誘電体層の開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記誘電体基板の開口部を囲むように形成される段差部と、前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、MMIC集積回路モジュールにおける導波管マイクロストリップ線路変換器の特性バラツキを低減できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールの断面図である。図2は、図1のMMIC集積回路モジュールにおける部分的な断面図である。図3は、図2のA−A矢視図である。図4は、図2のB−B矢視図である。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールの断面図である。図2は、図1のMMIC集積回路モジュールにおける部分的な断面図である。図3は、図2のA−A矢視図である。図4は、図2のB−B矢視図である。
MMIC集積回路モジュールは、外側に突出する凸部1aが形成された誘電体基板1と、誘電体基板1の一方面の側(図では下側)に積層され、凸部1aにあわせて開口部2aが形成された複数(図では3層)の誘電体層2と、開口部2aを囲むように誘電体層2に設けられる貫通ビア2bおよび金属層2cと、誘電体基板1の他方面(図では上側の面)に実装されるMMIC(モノリシックマイクロ波集積回路:monolithic microwave integrated circuit)3と、誘電体基板1の他方面(図では上側の面)において、凸部1aに形成される金属層であるプローブ4と、誘電体基板1の他方面(図では上側の面)において、プローブ4とMMIC3を接続する金属層である導体線路5と、誘電体基板1の一方面(図では下側の面)において、導体線路5に対向するように形成される金属層である接地導体6と、誘電体基板1を他方面側(図では上側)から覆う金属フタ7と、金属フタ7から誘電体基板1側に突出し、導体線路5と立体的に交わるように設けられる段差部8と、誘電体基板1の他方面(図では上側の面)において、導体線路5の箇所を除き、段差部8に対向するように配置される金属壁9とを備えることを特徴とする。
例えば、3層の誘電体層2の下には、更に2層の誘電体層2が積層される。また、誘電体基板1の他方面の側(図では上側)にも、金属フタ7の部分を除き、誘電体層2(図では4層)が積層される。金属フタ7が配置される空間をキャビティという。キャビティは例えば、長方形である。
誘電体基板1の材料は、例えば、比誘電率が4以下のポリイミド等のポリマー材料、石英、液晶ポリマーなどである。比誘電率の低い誘電体基板1を用いることで広帯域化が可能となる。誘電体基板1の厚さは、例えば、25μm(ミクロン)である。
誘電体層2の材料は、例えば,セラミックス材料の一種であるLTCC(Low Temperature Confired Ceramics)である。誘電体層2の厚さは数十〜数百μmである。なお、材料は、LTCCの他に、セラミックス、セラミックスとガラスフィラーを混入したセラミックス混合材料、ポリイミド等のポリマー材料でもよく、誘電損失が小さい材料が望ましい。なお,セラミックス材料を使用する場合は、積層後に高温で焼成を行う。
MMIC3は、例えば、化合物半導体基板で構成される受信チップを備えるものであり、キャビティにおいて、誘電体基板1上にバンプを介してフリップチップ実装される。金属フタ7の枠部7aは、キャビティの外側の誘電体層2に密着し、こうして、MMIC3は封止される。なお、MMIC3は、誘電体基板1にワイヤボンディングで実装してもよい。
誘電体基板1には、導体線路5や接地導体6以外にも、配線パターンや貫通ビアが形成される。また、誘電体層2には、貫通ビア2bや金属層2c以外にも、配線パターンや貫通ビアが形成される。また、最上層の誘電体層2には、貫通ビアに導通するように半田バンプ23が形成される。
誘電体基板1の導体線路5、接地導体6および配線パターンの材料は、銅などであり、エッチングにより形成され、表面が金メッキなどで処理される。厚さは、15μm程度である。
誘電体層2の金属層2cおよび配線パターンの材料は、金、銀、タングステン、銅などであり、厚さは数〜数十μmであり、シルクスクリーン印刷やメッキ処理により形成される。
また、基板30には、データコネクタ31が取り付けられ、その電極31aが半田バンプ23に導通する。
これにより、データコネクタ31の信号線31bは、誘電体層2と誘電体基板1の配線パターンや貫通ビア、MMIC3と誘電体基板1の間のバンプを介して、MMIC3内の配線パターンに電気的に接続される。この電気配線を介してMMIC3と外部とで信号が送受信される。
また、基板30には、DCピン32が取り付けられ、DCピン32が基板30上の配線パターンを介して、半田バンプ23に導通する。
これにより、DCピン32は、誘電体層2と誘電体基板1の配線パターンや貫通ビア、MMIC3と誘電体基板1の間のバンプを介して、MMIC3内の電源パターンに電気的に接続される。この電気配線を介して、MMIC3に外部から電力が供給される。
誘電体基板1の下の3層の誘電体層2においては、開口部2aの面積が等しく、これらの誘電体層2における貫通ビア2bおよび金属層2cが擬似的に金属の壁を形成し、すなわち、導波管21が構成される。なお、導波管21を構成する誘電体層2は1層、2層または4層以上でもよい。
貫通ビア2bの直径は、例えば、100μmである。貫通ビア2bの間隔(図2:D)は、例えば、用いる電磁波の波長の1/4以下に設定される。すなわち、周波数300GHzでは、250μm以下である。
導波管21のサイズは、所定の導波管にあわせて設定され、例えば、800μm(図2;E)×400μm(図2:F)である。また、導波管21の長さ(図では、3層の誘電体層2の合計厚)は、例えば、300μmである。
また、2層の誘電体層2においては、開口部2aの面積が段階的に大きくなり、これらの誘電体層2における金属層2cが擬似的にホーンアンテナ22を構成する。なお、ホーンアンテナ22はレンズ等に代えてもよい。
導波管21、ホーンアンテナ22は、誘電体層2と誘電体基板1の配線パターンや貫通ビア、MMIC3と誘電体基板1の間のバンプを介して、MMIC3のグランド電位配線に接続される。よって、導波管21等は、MMIC3のグランド電位と同じになる。
誘電体基板1を導体線路5と接地導体6とで挟むことで、マイクロストリップ線路が形成される。
符号5aは、インピーダンス整合部であり、プローブ4とマイクロストリップ線路のインピーダンスを整合させ、反射損失を低減する。インピーダンス整合部5aとしては、例えば、線路の幅を異ならせたλ/4整合線路を用いる。
プローブ4は、導波管21を平面視した場合の長辺方向で中央に位置する。プローブ4の幅(図2:G)は、例えば、50μmである。誘電体基板1の基板端1cは、導波管21の端21a(長辺)と揃えて実装する。このような方法により、凸部1aの長さでプローブ4の長さを規定でき、また、実装が容易となる。
凸部1aは、プローブ4のインピーダンスを低減すべく、例えば、誘電体基板1の原型となる基板から、型抜きや、レーザを用いた基板カットにより形成される。
凸部1aの幅(図2:H)は、例えば、100μmで、長さ(図2:I)は、例えば、200μmである。
凸部1aを設けたことにより、MMIC3を実装する領域のサイズは自由に選択できるので、MMIC3のサイズを自由に選択できる。
金属フタ7の枠部7aと段差部8の間の空間であるバックショート7b、バックショート7bに位置する凸部1aおよびプローブ4は、導波管マイクロストリップ線路変換器10を形成する。導波管マイクロストリップ線路変換器10は、ホーンアンテナ22等で受信されて導波管21を伝導した電磁波をマイクロストリップ線路へ伝達し、また、導波管21側とマイクロストリップ線路側のインピーダンスを整合させる
バックショート7bは、金属フタ7から切削により枠部7aと段差部8を形成することで構成される。バックショート7bのサイズは、所定の導波管にあわせて設定され、例えば、800μm(図2:E)×400μm(図2:F)である。バックショート7bの高さ(図3:J)は、例えば、波長の1/4程度であり、例えば、300μmである。
バックショート7bは、金属フタ7から切削により枠部7aと段差部8を形成することで構成される。バックショート7bのサイズは、所定の導波管にあわせて設定され、例えば、800μm(図2:E)×400μm(図2:F)である。バックショート7bの高さ(図3:J)は、例えば、波長の1/4程度であり、例えば、300μmである。
バックショート7bの高さ(図3:J)は、導波管21とマイクロストリップ線路のインピーダンス整合のために調整される。また、導波管21のインピーダンスを調整することによっても、導波管21とマイクロストリップ線路のインピーダンスを整合させることができる。
導波管21のインピーダンスは、導波管21を構成する誘電体層2の層端から貫通ビア2bまでの距離(図2:K)に依存する。しかし、距離(K)が短いと、誘電体層2が破ける可能性があるので、そうならない範囲でインピーダンスを調整するのが好ましい。
枠部7aと段差部8は、バックショート7bをMMIC3の格納領域から電磁的に遮断するためのもので、枠部7aの高さ(図3:J)は、例えば、300μmであり、段差部8の高さ(図3:L)は、例えば、200μmである。
金属壁9は、誘電体基板1の配線パターンに対し、更にメッキを行うことにより、形成される。金属壁9の厚さ(図3:M)は、30μm程度である。
マイクロストリップ線路(5、6)と金属壁9の距離(図2:N)は、100μm程度である。金属壁9は、マイクロストリップ線路(5、6)を平面視した場合、これを挟んで、両側に配置される。
段差部8と金属壁9の間の隙間(図3:P)は、段差部8の高さ(L)と金属壁9の厚さ(M)を調整することにより狭くでき、これにより、電磁波を遮断できる。よって、導波管マイクロストリップ線路変換器10の特性バラツキを低減できる。
また、金属壁9を設けることで、金属フタ7がy方向に多少ずれても、電磁波の漏れを少なくでき、導波管マイクロストリップ線路変換器10の特性バラツキを低減できる。
金属壁9は、誘電体基板1に設けられる貫通ビア1bを介して金属層2cに導通し、金属層2cはMMIC3のグランド電位配線に接続される。よって、金属壁9は、MMIC3のグランド電位と同じになる。
貫通ビア1bは、誘電体基板1の基板端1cに沿って、例えば、波長の1/4の間隔で設けられる。
また、金属フタ7の枠部7aが、キャビティの外側の誘電体層2に密着し、こうして、MMIC3を封止することで、実装誤差を低減できる。
また、金属フタ7の段差部8の高さ(L)と枠部7aの高さ(J)を調整し、段差部8がキャビティの外側の金属壁9に密着し、こうして、MMIC3を封止することでも、実装誤差を低減できる。
図5は、第1の実施形態における導波管マイクロストリップ線路変換器の300GHz帯におけるSパラメータ特性を示す図である。
挿入損失S1は、330GHzまで平坦な帯域を有する。反射特性S2は、15dB帯域で40GHz以上の帯域を有し、良好な周波数特性を示している
[第2の実施の形態]
図6は、第2の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールにおける部分的な断面図である。図7は、図6のA−A矢視図である。図8は、図6のB−B矢視図である。
[第2の実施の形態]
図6は、第2の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールにおける部分的な断面図である。図7は、図6のA−A矢視図である。図8は、図6のB−B矢視図である。
このMMIC集積回路モジュールは、図3の隙間(P)を無くし、バックショート7bからの電磁波を確実に遮断するものである。以下、第1の実施の形態に係るMMIC集積回路モジュールとの違いを説明する。
誘電体基板1には、開口部1dが形成され、凸部1aは、開口部1dに突出する。また、段差部8は、誘電体基板1を平面視した場合、誘電体基板1の開口部1dを囲むように形成される。また、金属壁9は、誘電体基板1の開口部1dを囲むように形成された段差部8に対向するように配置される。
金属壁9は、このように配置されるので、第1の実施形態のように、段差部8の厚さと異なる高さの枠部7aを設ける必要がない。よって、段差部8を例えば、同一の切削工程で形成でき、均一の厚さにできる。したがって、金属壁9と段差部8を密着でき、つまり、図3の隙間(P)を無くすことができ、電磁波の漏れを確実に防止できる。また、金属壁9と段差部8が接することで、両者を同電位(グランド電位)にできる。また、切削工程が少なく、金属フタ7を単純な構造にできるので、低コスト化が可能となる。
1…誘電体基板
1a…凸部
1b、2b…貫通ビア
1c…基板端
1d…開口部
2…誘電体層
2a…開口部
2c…金属層
3…MMIC
4…プローブ
5…導体線路
6…接地導体
7…金属フタ
7a…枠部
7b…バックショート
8…段差部
9…金属壁
10…導波管マイクロストリップ線路変換器
21…導波管
21a…導波管の端
22…ホーンアンテナ
1a…凸部
1b、2b…貫通ビア
1c…基板端
1d…開口部
2…誘電体層
2a…開口部
2c…金属層
3…MMIC
4…プローブ
5…導体線路
6…接地導体
7…金属フタ
7a…枠部
7b…バックショート
8…段差部
9…金属壁
10…導波管マイクロストリップ線路変換器
21…導波管
21a…導波管の端
22…ホーンアンテナ
上記の課題を解決するために、第1の本発明に係るMMIC集積回路モジュールは、外側に突出する凸部が形成された誘電体基板と、前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、前記開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記導体線路と立体的に交わるように設けられる段差部と、前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁とを備え、前記金属フタ側と前記段差部側を当該金属フタと当該段差部とで閉じられ、前記誘電体基板側に開口する空間であるバックショートが形成されることを特徴とする。
第2の本発明に係るMMIC集積回路モジュールは、開口部と前記開口部に突出する凸部とが形成された誘電体基板と、前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、前記誘電体層の開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記誘電体基板の開口部を囲むように形成される段差部と、前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁とを備え、前記金属フタ側と前記段差部側を当該金属フタと当該段差部とで閉じられ、前記誘電体基板側に開口する空間であるバックショートが形成されることを特徴とする。
Claims (2)
- 外側に突出する凸部が形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、
前記開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、
前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、
前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、
前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、
前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、
前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、
前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記導体線路と立体的に交わるように設けられる段差部と、
前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁と
を備えることを特徴とするMMIC集積回路モジュール。 - 開口部と前記開口部に突出する凸部とが形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方面の側に積層され、前記凸部にあわせて開口部が形成された1以上の誘電体層と、
前記誘電体層の開口部を囲むように前記誘電体層に設けられる貫通ビアおよび金属層と、
前記誘電体基板の他方面に実装されるMMICと、
前記他方面において、前記凸部に形成される金属層であるプローブと、
前記他方面において、前記プローブと前記MMICを接続する金属層である導体線路と、
前記一方面において、前記導体線路に対向するように形成される金属層である接地導体と、
前記誘電体基板を前記他方面側から覆う金属フタと、
前記金属フタから前記誘電体基板側に突出し、前記誘電体基板の開口部を囲むように形成される段差部と、
前記他方面において、前記導体線路の箇所を除き、前記段差部に対向するように配置される金属壁と
を備えることを特徴とするMMIC集積回路モジュール。
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