JP3141671B2 - 超高周波回路モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘電体基板の裏面に被
着形成された金属導体層により該誘電体基板を金属面上
の所定位置に取り付け固定させ該誘電体基板の表面にパ
ターン形成された超高周波伝送用の導電性線路と隣接す
る他の導電性線路との間を帯状の金属導電体で導電接続
させるに適用し、好適な超高周波回路モジュールの製造
方法に関する。

【０００２】マイクロ波帯、準ミリ波帯ないしはミリ波
帯域の超高周波信号を扱う回路に用いられる超高周波回
路モジュールには、通常誘電体基板の裏面に金属導体層
が被着形成され表面に超高周波伝送用の導電性線路がパ
ターン形成された回路基板が用いられる。

【０００３】この回路基板は金属基板または金属筐体の
金属面上所定位置に金属導体層を導電接続状態に取り付
け固定させ、回路基板表面の分布定数平面回路の導電性
線路をマイクロストリップ線路として超高周波信号が伝
送される。

【０００４】一方、超高周波回路における増幅素子など
としての半導体素子の利用は、通常のセラミックスなど
からなるパッケージに収容した状態ではパッケージおよ
びパッケージ近傍の浮遊容量などの影響を受け、超高周
波の整合回路などの接続回路の整合特性を良好に構成さ
せることが困難であるといった問題点がある。

【０００５】以上のようなことから、超高周波回路では
半導体素子をチップの状態で回路基板の分布定数平面回
路と接続させるようにして、できるだけ複合化させて同
一空間の金属筐体に実装し機能モジュールとして構成さ
せることが行なわれる。

【０００６】このような機能モジュールは半導体素子チ
ップなどを保護するために、実装された筐体内を不活性
ガス雰囲気として外部とは気密に封止させることが必要
である。

【０００７】また、機能モジュールは他の機能回路であ
る立体回路の方形導波管との接続や、機能モジュールの
超高周波回路特性の評価試験に、評価の再現性を確実と
するために測定系との接続が同様の導波管で行なわれ
る。

【０００８】したがって、機能モジュールの超高周波信
号の入出力部分には簡易にしてコンパクトな導波管構成
の筐体が望ましいものである。このためには、機能モジ
ュールのパッケージの導波管内の所定位置に垂直に設け
た導波管／同軸線路変換用のアンテナで同軸線路に変換
するとともに、この同軸線路をガラス端子などの気密端
子で構成させることにより、気密同軸線路端子と平面回
路との接続が行なえ、同軸線路モードとマイクロストリ
ップ線路モードに可逆的に変換される。

【０００９】上記同軸線路端子の大きさおよびマイクロ
ストリップ線路の幅は伝送される超高周波信号の周波数
（波長）により周波数が高く（信号波長が短く）なるに
したがって小さくなる。また、平面回路の分布定数パタ
ーンの寸法も全体が小さくなる。

【００１０】このようなことから、損失を少なくするこ
と、不整合をなくすことなどから接続部などの不連続な
伝送線路は極力短くすることが必要である。一方、ミリ
波帯域の５０ＧＨｚ帯における平面回路基板は誘電率が
１０程度のアルミナセラミックを誘電体基板として、厚
さが０．２５４ｍｍの基板が用いられ、線路インピーダ
ンス５０Ωの伝送用の導電性線路幅は約０．２５ｍｍと
なり、気密同軸線路端子の中心導体の直径はφ０．２５
ｍｍ程度となることから、製造作業性の困難な形状寸法
となる。

【００１１】このような小形化と脆弱な形状寸法の機能
モジュールの伝送特性の低下を防止し特性向上と製造上
の歪み除去を行なう伝送線路の接続構造の改善を図るこ
とが必要である。

【００１２】図２は本発明にかかる機能モジュールであ
る超高周波回路モジュールの一実施例の組み立て状態斜
視図、図３は図２の分離状態斜視図、図４は組み立て状
態の側断面図、図５は図４の分離状態側断面図、を示
す。

【００１３】各図を参照し、超高周波回路モジュール１
の主体は中間のモジュール本体２と図示上部筐体３およ
び図示下部筐体４とからなる。これらの組み立て状態に
おいては両端側に超高周波信号の入出力のためのミリ波
帯域の方形導波管５，６と、他の導波管回路との接続の
ための方形フランジ７，８とがそれぞれ構成されるよう
になっている。

【００１４】モジュール本体２の中央部凹所９は超高周
波回路の収容部であり蓋板１１で覆われその周囲で気密
に溶接封止されている。なお、図２，図３では蓋板１１
が図示省略されて内部の超高周波平面回路基板１３など
が示されている。

【００１５】凹所９の底部金属面１２上には超高周波平
面回路基板１３でなる集積回路（ＭＩＣ）が複数配列固
定されており、それらの間には超高周波信号増幅用の半
導体チップ１４が配置固定されている。

【００１６】これらの超高周波平面回路基板（以下、回
路基板と称する）１３上にパターン形成された超高周波
伝送用の導電性線路と入出力用の方形導波管５，６と
は、両端部分で同軸／導波管変換素子１５，１５によっ
て伝送モードの変換が行なわれるように構成されてい
る。

【００１７】図示下方に貫通導出されているリード端子
１６は回路基板１３を介してそれぞれの半導体チップ１
４に供給されるバイアス電源接続用のものである。図３
によく示されるようにモジュール本体２の２個所に設け
られた基準ピン１７，１７に対して、上部筐体２と下部
筐体３の基準孔１８，１９が嵌まり合って位置決めさ
れ、他のねじ用孔２１，２２，２３に図示省略のねじを
適用して結合固定されることで組み立てられる。

【００１８】フランジ７，８の面に示される孔２４は他
の導波管線路のフランジとの接続用ねじ用のものであ
る。図６に回路基板１３と同軸／導波管変換素子１５部
分の詳細拡大断面図が示される。図６において、モジュ
ール本体２の筐体面上にはセラミックからなる誘電体基
板２５の裏面全体に接地層である金属導体層２６が被着
形成され、表面にパターン形成された超高周波伝送用の
金属層でなる導電性線路２７とからなる回路基板１３が
金属面１２上の所定位置に取り付け固定されている。

【００１９】モジュール本体２の金属筐体の材質は回路
基板１３のセラミックやガラスの熱膨張率にほぼ近い値
の金属、たとえばコバール（Ｋｏｖａｒ；商品名）であ
り、その表面には金（Ａｕ）めっきによる被覆がくまな
く全面に施される。

【００２０】回路基板１３の金属導体層２６および導電
性線路２７の材料金属もまた金（Ａｕ）である。以上の
ような構成であるから回路基板１３と金属面１２との接
合固定手段は半田付けではなくフラックスを使用しない
金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）の合金ろうが適用される。この理
由は半導体チップが半田付けに使用されるフラックスの
蒸気によって汚染されることをなくすためと、半導体チ
ップの耐熱温度がＡｕ−Ｓｎろうのろう付け温度である
約２８０°Ｃの温度に十分耐えることができるからであ
る。

【００２１】表面の導電性線路２７と導波管５との間に
は同軸／導波管変換素子１５が介在される。この変換素
子１５は誘電体であるガラス３１により中心導体３２が
融着封止されており筐体の貫通孔３３を通って金属面１
２に端部３４が覗くようになっている。

【００２２】回路基板１３の導電性線路２７どうし、お
よび導電性線路２７と同軸線路の導電性線路である中心
導体端部３４との間は図示のように帯状金属導電体３
５，３６を架設配置し円弧状のたわみを与えて両側をそ
れぞれ導電接続させる。

【００２３】伝送信号が超高周波信号の帯域がミリ波帯
域ともなると前述のように導電性線路２７幅がきわめて
狭く細いものとなる。また同軸線路の中心導体３２の直
径も当然のことながら同様に細いものとなる。

【００２４】帯状の金属導電体３５，３６に以上のよう
な円弧状のたわみを形成付与させる理由は、超高周波回
路モジュールが使用される環境温度の変化に十分に耐え
得るように、−４０°Ｃ〜＋８０°Ｃの広範囲な温度変
化を繰り返して耐環境性の温度試験を行なう必要があ
る。

【００２５】このような温度試験に対して金属筐体と帯
状の金属導電体３５，３６との熱膨張率の差にもとづ
き、帯状の金属導電体の方が熱膨張率が大きいために低
温時の収縮で引っ張り応力が働き、最悪切断されるとい
った問題があり、そのような障害の起こらないことを確
認するために必要なことである。

【００２６】実験によると、たわみ形状を与えずに導電
接続させた場合には上記のような温度範囲の変化を繰り
返して１００回程度行なうことにより、切断されるとい
った障害が生じた。

【００２７】

【従来の技術】このようなたわみ形状に形成させること
について特願昭５９−７１７８１号ですでに出願した方
法があるが、この内容によれば帯状の金属導体として金
リボンを用いた回路基板上の導電性線路２７同士間の接
続方法として、金リボンの両端部を最初に一旦熱圧着ボ
ンデイング法でボンデイングツールであるヒータチップ
でそれぞれボンデイング接続し、次にその内側をさらに
ボンデイング接続させることにより、その際のヒータチ
ップによる加熱で最初のボンデイング接着で両端外側の
固定された金リボンを中間方向へ延ばすことにより中間
部分にたわみ形状が形成されるものである。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によると
両側に二箇所あてのボンデイング接着を行なうものであ
るから、当然にそのための接続部分に相当の面積と長さ
を要するものであり、ミリ波帯域のような超高周波帯域
ともなるとそのような面積ならびに長さを確保すること
ができないものとなり、上記従来のような技術を適用す
ることが不可能となる。

【００２９】本発明は上記従来技術の適用をすることが
できないことを解決し、最小のスペースで可能ならしめ
ることを発明の課題とするものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明手段の構成要旨とするところは、誘電体基板の
裏面に被着形成された金属導体層により該誘電体基板を
金属面上の所定位置に取り付け固定させ該誘電体基板の
表面にパターン形成された超高周波伝送用の導電性線路
と隣接する他の導電性線路との間に上記誘電体基板を取
り付け固定させる金属面の材質よりも熱膨張率の大きな
帯状の金属導電体を架設配置し該帯状の金属導電体の両
側端部を上記それぞれの導電性線路に導電接続した後
に、上記誘電体基板を含む全体を上記帯状の金属導電体
の再結晶温度に加温し該帯状の金属導電体の組成を再結
晶させるとともに帯状の金属導電体の中間部にたわみ形
状部を形成させるようにしたことを特徴とする超高周波
回路モジュールの製造方法であり、最適な態様として
は、上記帯状の金属導電体の材質は金であり隣接する他
の導電性線路は同軸線路の中心導体である。

【００３１】

【作用】上記本発明の構成手段によると、誘電体基板を
含む全体を帯状の金属導電体の再結晶温度に加温するこ
とにより、金属面を構成する筐体よりも帯状の金属導電
体の熱膨張が大きいことから、常温への冷却にともなっ
て帯状の金属導電体に自然にたわみ形状が付与される。
この際帯状の金属導電体はその再結晶温度状態となるこ
とから組成が再結晶化されて組成が安定な組織となり一
挙両得な作用、効果が得られるものである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の超高周波回路モジュールの製
造方法について図を参照しながら好適実施例で具体的詳
細に説明する。なお、前述と同等の部分には同一の符号
を付して示してある。

【００３３】図１は本発明方法の一実施例を説明するた
めの図であり要部のみの側断面図が示される。図１の図
（ａ）によると、超高周波回路モジュール１のモジュー
ル本体２の密封されるべき凹所９の底部金属面１２上に
回路基板１３が所定位置に配置され、取り付け固定され
ている。

【００３４】具体的には、この回路基板１３はセラミッ
クからなる誘電体基板２５の裏面全体に接地層である金
の金属導体層２６が被着形成されており、２８０°Ｃで
Ａｕ−Ｓｎろう３８によるろう付け（ダイボンデイン
グ）固定が行なわれる。

【００３５】モジュール本体２の金属筐体の材質は熱膨
張率の小さいコバールであり、その表面には金めっきが
施されているので、ろう付けは容易確実に行なわれるも
のである。

【００３６】誘電体基板２５の上面には導電性線路２７
が同様に金でパターン形成されており、隣接する他の回
路基板１３の導電性線路２７、およびモジュール本体２
を貫通する同軸線路の外部導体となる貫通孔３３の中心
に配置された中心導体３２の端部３４との間に、帯状の
金属導電体たとえば平坦な帯状の金リボン３５，３６を
それぞれに架設配置させる。この中心導体３２ももちろ
んに金めっきが施されている。

【００３７】これらの回路基板１３、同軸線路はミリ波
帯域に適用されることから前述のように、きわめて小形
であって細幅であるとともに細径なものである。帯状の
金リボン３５，３６の幅は導電性線路２７、同軸線路の
導電性線路である中心導体３２の幅と同等か若干広いも
のである。

【００３８】配置された帯状の金リボン３５、３６の上
からその両端部分をそれぞれに導電性線路２７，２７お
よび２７，３４（中心導体の端部）に、熱圧着法でボン
デイングツールであるヒータチップ３９を順次交互に押
し当て熱圧着させる。これにより相互間は導電接続され
る。

【００３９】ヒータチップ３９の直径は微小なものであ
り、導電接続させるに必要な最低限度のものであるか
ら、超高周波回路の接続の不整合や接続損失をきわめて
少ないものとし、回路の効率的な接続が行なわれる。

【００４０】以上のようにして導電接続が行なわれた
後、回路基板１３を含む全体を金リボン３５，３６の再
結晶温度である２００°Ｃ〜２３０°Ｃに加温させ３０
分程度の時間維持し、金リボンの組成を再結晶させる。

【００４１】この際、筐体の材質コバールの熱膨張率
４．７９×１０^-6／°Ｃに対して金の熱膨張率１４．２
×１０^-6／°Ｃであるから、再結晶温度において金リボ
ンが筐体よりも大きく変形膨張し、中間部分にたわみ形
状が形成されることになる。

【００４２】常温に冷却されるにつれたわみ形状は若干
縮小されるが必要とする形状は残留されて永久変形とし
て残存される。この状態は図１の図（ｂ）に示されるた
わみ形状４１，４２が得られる。また、再結晶温度にお
いて金リボン３５，３６の内部組成が再結晶されること
から組織が調質され安定した状態が得られるものとな
る。本発明の着目点の主たる点は回路基板の取り付け固
定手段であるろうの溶融温度が帯状の金属導電体の再結
晶温度よりも十分に高温度であることによるものであ
り、製造品質が低下することなく安定状態が得られるこ
とにある。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の超高
周波回路モジュールの製造方法によれば、超高周波帯域
とりわけミリ波帯域における回路基板のパターン、ある
いは構成部材の微細化されるなかで、接続による超高周
波回路に特性変動を与えることなく、実用的で実施効果
の顕著な超高周波回路モジュールを提供することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施例を説明する要部側断面図

【図２】本発明にかかる超高周波回路モジュールの斜視
図

【図３】図２の分離状態斜視図

【図４】本発明にかかる超高周波回路モジュールの側断
面図

【図５】図４の分離状態側断面図

【図６】超高周波回路モジュールの要部拡大側断面図

【符号の説明】

１ 超高周波回路モジュール ２ モジュール本体 ５，６ 方形導波管 ９ 凹所 １２ 金属面 １３ 回路基板 １４ 半導体チップ １５ 同軸／導波管変換素子 ２５ 誘電体基板 ２６ 金属導体層 ２７ 導電性線路 ３２ 中心導体 ３３ 貫通孔 ３４ 端部 ３５，３６ 帯状の金属導電体 ３８ ろう ３９ ヒータチップ ４１，４２ たわみ形状

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の裏面に被着形成された金属
   導体層により該誘電体基板を金属面上の所定位置に取り
   付け固定させ該誘電体基板の表面にパターン形成された
   超高周波伝送用の導電性線路と隣接する他の導電性線路
   との間に上記誘電体基板を取り付け固定させる金属面の
   材質よりも熱膨張率の大きな帯状の金属導電体を架設配
   置し該帯状の金属導電体の両側端部をそれぞれの導電性
   線路に導電接続した後に、 上記誘電体基板を含む全体を上記帯状の金属導電体の再
   結晶温度に加温し該帯状の金属導電体の組成を再結晶さ
   せるとともに帯状の金属導電体の中間部にたわみ形状部
   を形成させるようにしたことを特徴とする超高周波回路
   モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 上記帯状の金属導電体の材質は金であり
   隣接する他の導電性線路は同軸線路の中心導体であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の超高周波回路モジュー
   ルの製造方法。