JP2624395B2 - 高周波回路モジュールの金属基台構造 - Google Patents

高周波回路モジュールの金属基台構造

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JP2624395B2 JP3137776A JP13777691A JP2624395B2 JP 2624395 B2 JP2624395 B2 JP 2624395B2 JP 3137776 A JP3137776 A JP 3137776A JP 13777691 A JP13777691 A JP 13777691A JP 2624395 B2 JP2624395 B2 JP 2624395B2
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波回路モジュールの
金属基台構造に関する。
【0002】近年、急速に発展したIC製造技術や印刷
配線板のパターン成形技術を応用することにより、マイ
クロ波、ミリ波帯の高周波回路においても、アルミナセ
ラミックス等の誘電体基板の一の面に導体パターンを形
成し、他の面に接地導体を形成してなるマイクロ波平面
回路(MIC)等が用いられるようになってきた。
【0003】そして、このようなMICは単独で又は他
のMICもしくは能動素子等と複合されて金属基台(金
属キャリア)上に配置・接着され、これらを適宜金リボ
ン等で接続することにより高周波回路モジュールとされ
る。これらの高周波回路モジュールは、さらに筐体等に
他の高周波回路モジュールとともに実装される。
【0004】この種の高周波回路モジュールは、例え
ば、人工衛星搭載機器等に適用されるため、信頼性が高
く、且つ小型・軽量である必要がある。
【0005】
【従来の技術】図4は従来の高周波回路モジュールの構
成を示す斜視図、図5はその断面図である。
【0006】同図において、1はMICであり、MIC
1はアルミナセラミックス等からなる誘電体基板2の両
面にスパッタリング、蒸着、あるいはメッキ等により金
属薄膜が形成された後、フォトエッチング処理等によ
り、一方の面の不要部分が除去されてストリップパター
ン3が形成され、他方の面はそのままの状態で接地導体
(アースパターン)4とされて構成されている。MIC
1は接地導体4が金属基台5に接触するかたちで、ロー
材あるいは導電性接着剤6により接着されて高周波回路
モジュールが構成される。
【0007】金属基台5は一様な板材からなり、誘電体
基板2の材料に対して熱膨張率が近いコバール等の鉄系
金属を使用している。これは、誘電体基板2と金属基台
5の接合部の熱歪みの発生を軽減するためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は、誘電
体基板と金属基台との接合部に熱歪みが発生するのを防
止するため、熱膨張率の観点から、金属基台をコバール
等の鉄系金属からなる一様な板材で構成しており、コバ
ール等の鉄系金属は比重が大きく、例えば、人工衛星搭
載機器に使用する場合に、ペイロード(ロケット打ち上
げ時に搭載する荷重)低減の妨げになるという問題があ
る。
【0009】また、コバール等の鉄系金属は、熱伝導率
が小さく、金属基台上に能動素子等の発熱部品を実装し
た場合に、放熱効率が悪いという問題がある。
【0010】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、誘電体基板と金属基台との接合部の信頼性を
維持しつつ金属基台の軽量化を達成することを目的とし
ている。また、金属基台上に能動素子等の発熱部品を実
装する場合には、良好な放熱を実現することができる構
造の提供を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】誘電体基板の一の面に導
体パターンを、他の面に接地導体を形成してなる高周波
平面回路を金属基台上に接着・実装して構成される高周
波回路モジュールの金属基台構造において、前記誘電体
基板よりも熱膨張率の小さい金属板からなる一対の外被
部材で、熱伝導率の大きい金属板にその板厚方向に貫通
する複数の通孔を形成してハニカム状(蜂の巣状)にし
たコア部材を挟持して、それぞれを接着固定することに
より前記金属基台を構成する。
【0012】また、前記金属基台上に発熱部品をも実装
する場合には、前記コア部材の該発熱部品に対応する部
分には前記通孔を形成せず、且つ、前記外被部材の該発
熱部品に対応する部分を除去して、該発熱部品は該コア
部材に直接実装するように構成する。
【0013】
【作用】本発明による金属基台は、ハニカム状に形成し
たコア部材を一対の外被部材でサンドイッチすることに
より構成しており、この場合の金属基台全体としての熱
膨張率αは、コア部材の熱膨張率をαc 、外被部材の熱
膨張率をαk 、コア部材の断面積をAc 、外被部材の断
面積をAk 、コア部材の弾性率をEc 、外被部材の弾性
率をEk とすると、
【数1】 で表される。
【0014】一般に熱伝導率の大きい金属材料は熱膨張
率も大きいが、コア部材はハニカム状に形成して負荷断
面積を小さくすることにより、誘電体基板よりも熱膨張
率の小さい材料からなる外被金属に拘束され、全体とし
ての熱膨張率を誘電体基板の熱膨張率に近づけることが
できる。
【0015】従って、この構造を採用することにより、
誘電体基板と金属基台の接合部に歪みを生じることを少
なくでき、一方、金属基台の内部には複数の空洞(コア
部材の通孔と外被部材により画成される)が存在するこ
とになるから、従来よりも軽量化を達成することができ
る。
【0016】また、金属基台上に能動素子等の発熱部品
をも実装する場合には、外被部材のこれに対応する部分
は除去しており、且つ、コア部材のこれに対応する部分
には通孔を形成しておらず、能動素子等の発熱部品をコ
ア部材に直接実装することにより、コア部材は熱伝導率
が大きいので、放熱効率を向上することができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0018】図1は本発明が適用された高周波回路モジ
ュールの構成を示す斜視図、図2は同じく断面図であ
る。尚、従来技術と同一の構成部分については同一の番
号を付して説明する。
【0019】同図において、1はMICであり、MIC
1はアルミナセラミックス等からなる誘電体基板2の両
面にスパッタリング、蒸着あるいはメッキ等により、金
属薄膜が形成された後、フォトエッチング処理等により
一方の面の不要部分が除去されて、ストリップパターン
3が形成され、他方の面はそのままの状態で接地導体
(アースパターン)4とされて構成されている。このM
IC1は接地導体4を金属基台10に当接させた状態で
ロー材あるいは導電性接着剤6により接着されて、高周
波回路モジュールが構成されている。
【0020】金属基台10は、一対の外被部材11,1
2及びコア部材13から構成されている。外被部材1
1,12は誘電体基板2よりも熱膨張率の小さい金属薄
板からなる部材であり、例えば、誘電体基板2の材質が
Al 2 3 の純度が99.5%のアルミナセラミック
(熱膨張率は6.7×10 -6 /℃)である場合には、コ
バール(鉄・ニッケル・コバルト合金)のKV−2(熱
膨張率は4.5×10 -6 /℃)、KV−15(熱膨張率
は3.0×10 -6 /℃)、KV−25(熱膨張率は1.
2×10 -6 /℃)或いは熱膨張率が2.0×10 -6 /℃
であるインバー(36Ni−Fe)を用いて外被部材1
1,12を構成することができる。
【0021】コア部材13は、熱伝導率の大きい、例え
ば無酸素銅からなる金属板に、その板厚方向に貫通する
複数の通孔14を形成してハニカム状に構成した部材で
ある。通孔14は、例えば、ワイヤカット放電加工機に
より形成することができる。
【0022】そして、一対の外被部材11,12で、コ
ア部材13を挟持するかたちで保持し、それぞれの接合
部分をロー付等により固着して一体化することにより、
金属基台10が構成される。
【0023】コア部材13の材料である無酸素銅は熱伝
導率が大きいとともに、熱膨張率も大きい材料である
が、コア部材13はハニカム状に形成されており、その
負荷断面積は小さいので、熱膨張あるいは熱収縮による
外被部材11,12に対して作用する力はそれ程大きく
ない。一方、外被金属11,12の材料はコバール等か
らなり、コバール等は誘電体基板2よりも熱膨張率が小
さく、コア部材13の熱膨張又は熱収縮を拘束し、金属
基台10全体としての熱膨張率は、誘電体基板の熱膨張
率に近く、MIC1と金属基台10との接合部に生じる
歪みを小さくすることができる。例えば、誘電体基板2
の材質として前述のアルミナセラミック(熱膨張率は
6.7×10 -6 /℃)を用い、外被部材11,12の材
質としてコバールのKV−2(熱膨張率は4.5×10
-6 /℃)を用い、コア部材13の材質として無酸素銅を
用いる場合、金属基台10の熱膨張率を誘電体基板2の
熱膨張率と実質的に同等にするためには、前述の数式よ
り金属基台10におけるコア部材13及び外被部材1
1,12の断面比率(A c /A k )は0.25となる。
従って、金属基台10の幅及び長さがそれぞれ30mm、
厚みが4mmであるとし、この厚み4mmのうち外被部材1
1,12の厚みがそれぞれ0.5mm、コア部材13の厚
みが3mmとすると、外被部材11,12の総断面積は3
0mm 2 となり、コア部材13の断面積は7.5mm 2 (=
30mm 2 ×0.25)となる。このコア部材13の断面
積は、コア部材13における通孔14を画成するための
各リブの厚みが0.5mmであるとすれば、5本のリブに
よって与えられることになる(5×0.5mm×3mm=
7.5mm 2 )。従って、無垢のコバールにより金属基台
を構成した場合に対して、この例によると重量はほぼ3
分の1になり、熱抵抗はほぼ4分の1になる。
【0024】そして、コア部材13はハニカム状である
から、従来の如く一様な板材から金属基台を構成してい
るものと比較して、軽量化を達成することができる。
【0025】図3は本発明他の実施例の構成を示す断面
図であり、金属基台上に複数のMIC及び能動素子を実
装する場合の構成を示している。図1及び図2に示した
実施例と同一の構成部分については同一の番号を付しそ
の説明を一部省略する。
【0026】同図において、30はFET等の能動素子
であり、31,32はMICである。能動素子30は金
属基台33にネジあるいは半田付等により固定されてお
り、MIC31,32はそのアースパターン4が金属基
台33に当接するかたちでロー材あるいは導電性接着剤
6により固定されている。能動素子30の端子30a,
30aはMIC31,32のストリップパターン3に半
田付されて電気的な接続がなされている。
【0027】金属基台33は、能動素子30が実装され
る部分及びその近傍を除いた部分に、その板厚方向に貫
通する複数の通孔14が形成されたコア部材35を、能
動素子30に対応する部分が除去された外被部材36及
びコア部材35の通孔非形成部35aに対応した位置が
除去された外被部材37で挟持され、それぞれロー付等
により一体化されて構成されている。
【0028】MIC31,32は金属基台33の外被部
材36上に固定されており、能動素子30はコア部材3
5の通孔非形成部35aに直接固定されている。また、
コア部材35の通孔非形成部35aの能動素子30固定
側と反対側の部分には凹部が形成されており、この凹部
に嵌合する凸部を有する筐体34上に、この高周波回路
モジュールを凹部及び凸部が嵌合するように載置し、ネ
ジ止めされることにより、高周波回路モジュールが筐体
34に実装されるようになっている。コア部材35の凹
部の底面と筐体34の凸部の先端面は一様に接触するよ
うになっている。
【0029】この実施例によると、能動素子30は金属
基台33のコア部材35に直接実装されており、さらに
コア部材35と筐体34は一様に当接しており、且つコ
ア部材35は無酸素銅等の熱伝導率のよい材料から構成
されているので、能動素子30が発生した熱は、コア部
材33の通孔非形成部35aを効率よく伝熱し、筐体3
4に放熱される。一方、金属基台33の能動素子30が
実装される部分以外の部分には通孔14が形成されてい
るから軽量である。
【0030】
【発明の効果】本発明は以上詳述したように構成したの
で、誘電体基板と金属基台との接合部に生じる熱歪みを
低く抑えつつ、金属基台の軽量化を図ることができると
いう効果を奏する。
【0031】また、金属基台上に能動素子等の発熱部品
をも実装する場合には、発熱部品による熱は効率よく金
属基台を伝達して放熱され、上記効果に加えて放熱特性
をも向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の構成を示す一部破断斜視図であ
る。
【図2】本発明実施例の構成を示す断面図である。
【図3】本発明他の実施例の構成を示す断面図である。
【図4】従来技術の構成を示す斜視図である。
【図5】従来技術の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 MIC 2 誘電体基板 3 ストリップパターン 4 接地導体 10 金属基台 11,12 外被部材 13 コア部材 14 通孔 30 能動素子 31,32 MIC 33 金属基台 35 コア部材 36,37 外被部材

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板(2) の一の面に導体パターン
    (3) を、他の面に接地導体(4) を形成してなる高周波平
    面回路(1) を金属基台上に接着・実装して構成される高
    周波回路モジュールの金属基台構造において、 前記誘電体基板(2) の平面方向の熱膨張率よりも熱膨張
    率の小さい金属板からなる一対の外被部材(11,12) で、
    熱伝導率の大きい金属板にその板厚方向に貫通する複数
    の通孔(14)を形成してハニカム状にしたコア部材(13)を
    挟持して、それぞれを接着固定して構成したことを特徴
    とする高周波回路モジュールの金属基台構造。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の高周波回路モジュール
    の金属基台構造において、前記金属基台(33)上に発熱部
    品(30)をも実装する場合には、前記コア部材(35)の該発
    熱部品(30)に対応する部分には前記通孔(14)を形成せ
    ず、且つ、前記外被部材(36)の該発熱部品(30)に対応す
    る部分を除去して、該発熱部品(30)は該コア部材(35)に
    直接実装するように構成したことを特徴とする高周波回
    路モジュールの金属基台構造。
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