JP3684524B2 - 高周波集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波集積回路装置に関するものであり、特に、移動体端末装置等に用いる送信増幅器等の高周波集積回路装置における高周波特性の劣化防止のための導電性キャップ構造に特徴のある高周波集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より移動体端末装置としての携帯電話の開発が活発に行われており、この様な携帯電話に使用される高効率低歪送信増幅器としては、高周波増幅回路が形成されているMIC(MIC:Microwave IC)基板に金属キャップをはめ込んでシールド性を持たせた高周波集積回路装置(MIC)が用いられている。
【0003】
近年、この様な携帯電話に対する小型化・軽量化の要求が極めて強くなってきており、それに伴って、携帯電話を構成する各部品にも小型化・軽量化が要請され、その内の高効率低歪送信増幅器等の高周波集積回路装置に対しても小型化・軽量化が要請されている。
【0004】
ここで、図5を参照して従来の高周波集積回路装置を説明する。
なお、説明を簡単にするために、整合素子及び能動素子等は夫々1つだけ概略的に図示する。
図5(a)及び(b)参照
図5(a)は高周波集積回路をシールドするための金属キャップ12の斜視図であり、また、図5(b)に示すようにMIC基板11上には高周波集積回路を構成する整合素子13及び能動素子14を、電極パターン15,16とアースパターン17,18との間に跨がるようにマウントして電気的に接続する。
なお、側面の電極パターン27はMIC基板11の裏側に形成されているアースとつながっており、また、各電極パターン15,16及びアースパターン17,18等もスルーホール(図示せず)を介してMIC基板11の裏側に形成された裏パターンと接続される。
【0005】
この場合、能動素子14とは、増幅機能、発振機能、或いは、ミキシング機能を有する高周波半導体能動素子であり、例えば、HEMT(高電子移動度トランジスタ)、MESFET、或いは、MMIC(Monolithic Microwave IC)等を意味するものであり、また、整合素子13とは、能動素子14とソース側或いは負荷側のインピーダンスとの間に構成される入出力整合回路であり、コンデンサ、インダクタンス、或いは、抵抗から構成されるものである。
【0006】
図5(c)参照
図5(a)に示した金属キャップ12の側面に設けた凸部を、図5(b)に示したMIC基板11の側面に設けた凹部にはめ込み、半田付けすることによって高周波集積回路装置(MIC)が完成する。
なお、金属キャップ12は、MIC基板11の側面に設けた電極パターン27、或いは、MIC基板11の表面の金属キャップ12のエッジと接触する部分に設けた電極パターン(図示せず)を介して半田付けすることによってアースされる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小型化・軽量化のさらなる要請に伴い、最近では金属キャップの高さまで出来るだけ低いことが要求されるため、MIC基板上に形成されている高周波回路とその上にくる金属キャップまでの距離が近接することになり、それによって、高周波特性が劣化するという問題が生ずる。
【0008】
即ち、高周波領域で回路を構成する場合には、増幅器や発振器などの様に各機能毎に分割して構成し、それらを別個のポート上で接続して最終的にシステムとしての機能を果たすようにするが、各機能毎に分割された高周波回路装置は各々独立した部品とするため、金属キャップ付きのユニットとして構成されることになり、この金属キャップの有無によりMIC基板上の電磁界分布に変化が生じ、高周波特性の変化を誘発する。
【0009】
そして、金属キャップがない場合の高周波特性が良好であっても、金属キャップをした場合に高周波特性が悪くなってしまい、再度、整合回路素子を調整しても元に戻すことができなくなる場合があり、この様な現象を高周波特性の劣化といい、特に、入出力整合回路を構成する整合素子において問題となる。
【0010】
例えば、整合素子を構成するコンデンサの電極等はMIC基板表面よりも金属キャップの天井に近く位置することになり、両者の間に浮遊容量が形成されるが、小型化・軽量化のために金属キャップの高さを低くした場合、その浮遊容量が大きく変化するため、コンデンサの実効容量、即ち、コンデンサ固有の容量と外部に並列に負荷される浮遊容量との和も大きく変化することになり高周波特性に影響を与えることになる。
【0011】
したがって、本発明は、高周波集積回路装置における、高周波特性の劣化を抑制することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図1は、高周波集積回路装置の部分透視斜視図である。
(1)本発明は、高周波集積回路基板1、高周波集積回路基板1上に設けられた能動素子4、回路パターン5,6及び整合素子3からなる高周波回路、及び、高周波回路を被覆する導電性キャップ2からなる高周波集積回路装置において、導電性キャップ2の整合素子3の真上の位置に導電性部材で覆わない孔9を設けるとともに、導電性キャップ2の少なくとも一部の能動素子4の真上の位置にも孔10を設けたことを特徴とする。
【0013】
この様に、高周波特性に影響を受けやすい整合素子3の真上に孔9を設けることによって、導電性キャップ2の有無による浮遊容量の変化を少なくすることができ、それによって、高周波特性の変化を抑制することができる。
【0015】
また、能動素子4の一部が導電性キャップ2の有無により高周波特性が変化しやすい場合には、当該能動素子4の真上にも孔10を設けることによって高周波特性の変化を抑制することができる。
【0016】
(2)また、本発明、上記(1)において、導電性キャップ2に設けた孔9,10を絶縁性樹脂で充填したことを特徴とする。
【0017】
この様に、導電性キャップ2に設けた孔9,10を絶縁性樹脂、特に、不透明樹脂で充填することによって、高周波特性の劣化を誘発することなく、従来のキャップと同様の外観にすることができる。
【0018】
(3)本発明は、高周波集積回路基板1、高周波集積回路基板1上に設けられた能動素子4、回路パターン5,6及び整合素子3からなる高周波回路、及び、高周波回路を被覆する導電性キャップ2からなる高周波集積回路装置において、導電性キャップ2の一部に絶縁性樹脂で充填したスリットを設けたことを特徴とする。
【0019】
この様に、導電性キャップ2の一部にスリットを設けることによって、導電性キャップ2の天井部のインピーダンス(Za )を高くすることができ、それによって金属キャップによる高周波特性への影響を軽減することができる。
また、導電性キャップ2に設けたスリットを絶縁性樹脂、特に、不透明樹脂で充填することによって、高周波特性の劣化を誘発することなく、従来のキャップと同様の外観にすることができる。
【0020】
(4)また、本発明は、上記(3)において、スリットを導電性キャップの周辺部に設けたことを特徴とする。
【0021】
この様に、スリットを導電性キャップ2の周辺部に設けることによって、導電性キャップ2の天井部とアースとの間の距離(L)及びインピーダンス(Z0 )を大きくすることができ、それによって導電性キャップ2の天井部のインピーダンス(Za )を効果的に大きくすることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
ここで、図2を参照して、本発明の第1の実施の形態及びその変形例を説明する。
なお、説明を簡単にするために、整合素子及び能動素子等は夫々1つだけ概略的に図示する。
図2(a)参照
図2(a)は、本発明の第1の実施の形態の高周波集積回路装置の部分透視斜視図であり、MIC基板11側の構成は従来の高周波集積回路装置と同様であり、MIC基板11上には入出力整合回路を構成するコンデンサ、インダクタンス、抵抗等からなる整合素子13、及び、増幅機能、発振機能、或いは、ミキシング機能を有する高周波半導体素子からなる能動素子14が、ストリップ線路によって構成される電極パターン15,16とスルーホール(図示せず)を介してMIC基板11の裏側に形成された裏パターンと接続されているアースパターン17,18との間に跨がるようにマウントされて電気的に接続されており、また、側面にも従来と同様にMIC基板11の裏面に形成されたアースとつながる電極パターン(図示せず)が設けられている。
【0025】
この様な構成のMIC基板11に従来とほぼ同様の洋白製の金属キャップ12を、金属キャップ12の側面に設けた凸部が、MIC基板11の側面に設けた凹部にはめ込まれるようにし、半田付けすることによって高周波集積回路装置(MIC)を作り上げることになるが、本発明の第1の実施の形態においては、金属キャップ12の整合素子13及び高周波特性が変化しやすい機能素子14の真上の位置に孔19,20を設けておく。
【0026】
この場合の孔19,20の大きさは、MIC基板11と金属キャップ12との距離に依存するものであるが、実用的な距離、例えば、0.7mm以下においては、孔19,20に対応する整合素子13或いは機能素子14の電極部の寸法の1〜3倍で十分な効果が得られるものであり、例えば、整合素子を構成するコンデンサの電極の大きさが0.5mm角である場合には、孔19の直径を0.5〜1.5mmφにすれば良く、或いは、0.5〜1.5mm角の矩形にしても良い。
【0027】
本発明の第1の実施の形態においては、上述の様な大きさの孔19,20を設けることによって、金属キャップ12による電磁シールド効果を損なうことなく浮遊容量の変化を小さくすることができ、それによって、高周波特性の変化を軽減することができる。
なお、全ての整合素子13に対して孔19を設ける必要は必ずしもなく、また、機能素子14に対する孔20は、機能素子14が金属キャップ12の有無により高周波特性にあまり影響を受けないものである場合には、必ずしも設ける必要がない。
【0028】
次に、図2(b)を参照して、本発明の第1の実施の形態の変形例を説明する。
図2(b)参照
図2(b)は、本発明の第1の実施の形態の変形例の高周波集積回路装置の部分透視斜視図であり、孔19,20に不透明な絶縁性樹脂21,22を充填した以外は、上記の第1の実施の形態と全く同様である。
【0029】
この様に、孔19,20に不透明な絶縁性樹脂21,22を充填することによって、孔19,20を設けない場合の金属キャップと同様の外観にすることができ、特に、不透明樹脂を用いることによって不所望な光の入射を防止することができる。
【0030】
次に、図3及び図4を参照して、本発明の第2の実施の形態を説明する。
なお、説明を簡単にするために、整合素子及び能動素子等は夫々1つだけ概略的に図示する。
図3(a)参照
図3(a)は、本発明の第2の実施の形態の製造途中の高周波集積回路装置の部分透視斜視図であり、上記の第1の実施の形態と全く同様に、MIC基板11上には入出力整合回路を構成するコンデンサ、インダクタンス、抵抗等からなる整合素子13、及び、増幅機能、発振機能、或いは、ミキシング機能を有する高周波半導体素子からなる能動素子14が、ストリップ線路によって構成される電極パターン15,16とスルーホール(図示せず)を介してMIC基板11の裏側に形成された裏パターンと接続されているアースパターン17,18との間に跨がるようにマウントされて電気的に接続されており、また、側面にも従来と同様にMIC基板11の裏面に形成されたアースとつながる電極パターン(図示せず)を設ける。
【0031】
この様な構成のMIC基板11に第1の実施の形態と同様に洋白製の金属キャップ12を、金属キャップ12の側面に設けた凸部が、MIC基板11の側面に設けた凹部にはめ込むようにし、半田付けすることによって高周波集積回路装置(MIC)を作り上げることになるが、本発明の第2の実施の形態においては、金属キャップ12の4辺に沿って金属キャップ12の天井部のインピーダンスを高くするために幅細のスリット23を設けておく。
【0032】
この場合のスリット23の大きさは、例えば、幅3mm、長さ7.7mmで、MIC基板のアース端部からの距離を5.25mmとしており、スリット23の大きさは所要周波数の波長の1/4であればシールド性が損なわれることはほとんどなく、例えばf=1GHzの場合には、λ/4=75mmとなるので、上記の寸法の場合には問題にならない。
【0033】
このように、上述の様なスリット23を設けることによって、金属キャップ12による電磁シールド効果を損なうことなく、金属キャップ12の天井部のインピーダンスを高くすることができ、それによって、高周波特性の劣化を軽減することができるものであり、この事情を図4を参照して説明する。
【0034】
図4(a)及び(b)参照
図4は、高周波におけるアース部を境界条件とした場合のインピーダンスを説明するための図であり、図4(b)は図4(a)におけるC−C′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
この場合、ストリップ線路25の幅をWとした場合、点AにおけるインピーダンスZa は、点Aからアース26までの距離L、及び、幅Wに依存するストリップ線路25の特性インピーダンスZ0 に依存し、
Za =jZ0 tan(βL)
で表される。
なお、jは虚数であり、βは高周波の周波数をλとした場合、β=2π/λである。
【0035】
したがって、この考え方を金属キャップ12の天井部に適用すると、金属キャップ12の天井部のインピーダンス(Za )を高くするためには、定性的にはアース部からの距離を長くし、且つ、天井部とアース部とを高いインピーダンス(Z0 )で接続すれば良いことになる。
【0036】
例えば、金属キャップ12のない場合のMIC基板11の上のインピーダンスは十分高く、因に空気中のインピーダンスは120πΩ(≒377Ω)と十分高いものであるが、本発明の第2の実施の形態においてはスリット23を設けることにより、定性的には金属キャップ12において半田付けでアースを取った部分から金属キャップ12の天井部までの接続部、即ち、導電通路の長さを長く(上記の式におけるLを大きくすることに相当)且つ、幅を細く(上記の式におけるWを小さくしZ0 を大きくすることに相当)することができるため、金属キャップが無い場合の空気中のインピーダンスに近づけることができ、それによって、高周波特性に対する影響を低減することができる。
【0037】
図3(b)参照
次いで、スリット23に不透明な絶縁性樹脂24を充填することによって、本発明の第2の実施の形態の高周波集積回路装置が完成する。
【0038】
この様に、スリット23に不透明な絶縁性樹脂24を充填することによって、スリット23を設けない場合の金属キャップと同様の外観にすることができ、特に、不透明樹脂を用いることによって不所望な光の入射を防止することができる。
【0039】
以上、本発明の各実施の形態及び変形例を説明してきたが、本発明は実施の形態等に記載した構成に限られるものでなく、各種の変更が可能であり、例えば、第1の実施の形態の孔と第2の実施の形態のスリットを組み合わせて用いても良く、また、第2の実施の形態におけるスリットは必ずしも4つ設ける必要は無いものであり、或いは、一か所につき幅数本(n本)並列に設けて、計4n本設けても良いものである。
【0040】
また、金属キャップとしては洋白を用いているが、洋白に限られるものでなく、各種の金属を用いても良いものであり、さらには、シールド効果を損なわない程度の導電性を有するものであれば、金属以外の導電性部材を用いても良いものである。
【0041】
また、本発明の各実施の形態の説明においては、携帯電話用高周波集積回路装置を前提に説明しているが、本発明は、この様な携帯電話用高周波集積回路装置に限られるものではなく、各種の移動体端末装置に用いられる高周波集積回路装置も対象にするものであり、更には、非移動型装置に用いられる高周波集積回路装置も対象にするものである。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、金属キャップに孔或いはスリットを設けているので、整合素子や機能素子等の高周波回路素子が金属キャップに近接しても高周波特性があまり変化することがないので、高周波集積回路装置を小型化・軽量化することができ、且つ、高周波特性の調整が容易になるので量産時におけるバラツキを小さくすることができ、それによって携帯電話等の移動体端末装置のさらなる普及化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態及び変形例の部分透視斜視図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態の部分透視斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態における原理の説明図である。
【図5】従来の高周波集積回路装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 高周波集積回路基板
2 導電性キャップ
3 整合素子
4 能動素子
5 回路パターン
6 回路パターン
7 アースパターン
8 アースパターン
9 孔
10 孔
11 MIC基板
12 金属キャップ
13 整合素子
14 能動素子
15 電極パターン
16 電極パターン
17 アースパターン
18 アースパターン
19 孔
20 孔
21 絶縁性樹脂
22 絶縁性樹脂
23 スリット
24 絶縁性樹脂
25 ストリップ線路
26 アース
27 電極パターン
Claims (4)
- 高周波集積回路基板、高周波集積回路基板上に設けられた能動素子、回路パターン及び整合素子からなる高周波回路、及び、高周波回路を被覆する導電性キャップからなる高周波集積回路装置において、前記導電性キャップの前記整合素子の真上の位置に導電性部材で覆わない孔を設けるとともに、前記導電性キャップの少なくとも一部の能動素子の真上の位置にも孔を設けたことを特徴とする高周波集積回路装置。
- 上記導電性キャップに設けた孔を、絶縁性樹脂で充填したことを特徴とする請求項1記載の高周波集積回路装置。
- 高周波集積回路基板上に設けられた能動素子、回路パターン及び整合素子からなる高周波回路、及び、高周波回路を被覆する導電性キャップからなる高周波集積回路装置において、前記導電性キャップの一部に絶縁性樹脂で充填したスリットを設けたことを特徴とする高周波集積回路装置。
- 上記スリットを導電性キャップの周辺部に設けたことを特徴とする請求項3記載の高周波集積回路装置。
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