JP3930803B2 - 送信ラインとモジュールとの間の自己整列型遷移部 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、送信ラインと、この送信ラインに接続されるべきモジュールとの間に自己整列型遷移部を形成する方法に係る。又、本発明は、このようなモジュール、このような送信ライン、おそらくこのようなモジュールと送信ラインとの間に配置される中間要素、及び更にはこのような遷移部を含むシステムにも係る。
【０００２】
【背景技術】
送信ラインと他のモジュールとの間の遷移部が、種々のシステムに使用されている。一般的な接続は、例えば、導波管対マイクロストリップの遷移部である。通常、接続の精度に関する要求は高いものである。というのは、僅かなずれがあっても性能が低下し、著しい挿入ロスを招くからである。特に、導波管対マイクロストリップの遷移部は、幾何学的なエラーに著しく敏感である。シミュレーションによれば、マイクロストリップに５０ミクロンの長さの差があるだけでも、０．５ｄＢないし１．２ｄＢの挿入ロス増加を招くことが示されている。
【０００３】
実際に、送信ライン及び他のモジュールは機械的に接続されて、必要な遷移部を形成する。このため、ねじ止め、半田付け又は同様の方法が使用される。しかしながら、このような方法は、むしろ不正確な結果を招き、交差がかなり大きなものとなって、要求を充分に満たすことができない。送信ラインを他のモジュールに機械的に接続するには、非常に困難で且つ時間のかかる組み立て段階も必要となる。加えて、整列器具やＣＡＥツールのような特殊なツールも必要となる。
【０００４】
【発明の開示】
そこで、本発明の目的は、送信ラインを他の何らかのモジュールに簡単且つ正確に接続することのできる方法を提供し、送信ラインに容易に且つ正確に接続することのできるモジュールを提供し、モジュールを送信ラインに容易に且つ正確に接続するのに使用できる中間要素を提供し、そして正確な接続により構成される送信ラインとモジュールとの遷移部を備えたシステムを提供することである。
【０００５】
この目的は、一方では、送信ラインと、該送信ラインに接続されるべきモジュールとの間に自己整列型遷移部を形成する方法であって、請求項１又は２に記載の段階を備えた方法により達成される。
他方、この目的は、送信ラインとの自己整列遷移部を形成するよう構成された請求項５の特徴を与えるモジュール、請求項１０の特徴を与える中間要素、及びモジュールとの自己整列遷移部を形成するように構成された請求項１１又は１２の特徴を与える送信ラインによって達成される。
【０００６】
更に、本発明の目的は、請求項１４又は１５の特徴を与えるシステムによって達成される。
本発明は、送信ラインと別のモジュールとの間の正確な接続は、リフロー処理のもとでの半田粒子の振舞いの利点を取り入れることにより実現できるという考え方から生じた。半田ボール及び他の半田粒子は、リフロー処理のもとで、半田材料の表面張力現象により自己整列することが当業者に知られている。従って、リフロー処理のもとでは、僅かな不整列が表面張力により修正され、整列のために付加的な手順を使用することを不必要にする。本発明により提案されるように、送信ラインとモジュールとの間の遷移部に半田粒子のリフロー半田付けを使用するときには、送信ライン及びモジュールの非常に正確な接続を得ることができ、これにより、挿入ロスを著しく減少することができる。
【０００７】
又、ここに提案する方法、及びそれに対応するモジュール、送信ライン、中間要素並びにシステムは、現在知られているものよりも低廉である。というのは、現状の方法でも実行できる簡単なリフロー処理に加えて、余計なツール及び作業段階を必要としないからである。
本発明による方法、モジュール、送信ライン及びシステムに対して２つの基本的な形態が提案され、両形態は、上述した原理に基づく。第１の形態によれば、モジュール及び送信ラインは、互いに直接接続されるか又はそのように接続されることが意図される。第２の形態によれば、モジュール及び送信ラインは、中間要素、例えば、プリント回路板を経て互いに接続されるか又はそのように接続されることが意図される。第２の形態は、半田パッドを容易に適用できそしてリフロー半田付けにより容易に接続できるという利点を有する。
【０００８】
本発明の効果的な実施形態は、従属請求項から明らかとなろう。
本発明による方法の好ましい実施形態では、半田マスクを使用し、特に、ホトリソグラフィックパターン化プロセスを使用することにより、半田パッドが設けられる。このようなプロセスの使用により、モジュールと送信ライン又は中間要素をリフロー半田付けにより各々接続するときに特に優れた精度が得られる。中間要素が使用される場合に、この要素は、送信ラインに機械的に、例えば、スクリューにより、固定することができる。
【０００９】
ここに提案する方法及び要素では、モジュール、即ちシステムモジュール又は単一チップを、優れた精度で送信ラインに取り付けることができる。本発明は、ストリップライン、同一平面導波管又は同様のものであるマイクロストリップ、或いはＴ／Ｒ（送信器／受信器）又は同様のモジュールを送信ラインに取り付けることに特に向けられる。というのは、これらの接続は、特定の位置設定精度を必要とするからである。当該送信ラインが導波管である場合には、いかなる所要断面を有してもよく、例えば、長方形断面、うね状の断面又は円形断面を有してもよい。
モジュールに設けられる半田粒子は、全システムモジュールではなく、単一チップだけが取り付けられる場合には、ボールグリッドアレー（ＢＧＡ）型、カラムグリッドアレー（ＣＧＡ）型、又はフリップ−フロップ型でもよい。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の原理を示すもので、本発明によるシステムの要素を、接続前の状態で示す断面図である。
部分的に示された長方形の導波管１は、システムの送信ラインを形成する。その開放端３において、導波管１は拡大リム４を有し、その上に、中央開口をもつ中間要素５が固定されている。
【００１１】
導波管１の開放端３の上に、簡単なマイクロストリップ構造体２が示されている。このマイクロストリップ２は、導波管１に接続されるべきシステムモジュールを表わす。マイクロストリップ２は、そのグランドプレーン７にアパーチャー６を有し、これにより、導波管１の開放端３に接続されて遷移部を形成する。
マイクロストリップ２は、そのグランドプレーン７に、ボールグリッドアレー（ＢＧＡ）又は同様の形式の接合技術で半田ボール８が設けられ、これらの半田ボール８は、グランドプレーン７においてアパーチャー６の周りに密接に配列される。
【００１２】
中間要素５の頂部には、半田マスクを使用することにより半田ボール８の配列体に対応して半田パッド（図示せず）が形成される。半田マスクの形成は、ホトリソグラフィックパターン化を使用して行われる。
図１に示した状態に続き、マイクロストリップ２は、半田ボール８が中間要素５の半田パッド上に乗せられるように導波管１に配置される。その後、リフロー半田付けプロセスが実行されて、マイクロストリップ２を中間要素５に結合し、ひいては、導波管１に結合する。
【００１３】
この手順により、導波管１は、非常に良好な精度でマイクロストリップ２に取り付けられる。中間要素５におけるマイクロストリップ２の最初の配置がたとえ若干不正確であっても、半田付けプロセスは、半田材料の表面張力によりマイクロストリップ２を厳密に正しい位置にセットする。
図２に示す第２の実施形態は、全システムモジュールが導波管に接続されて、導波管対マイクロストリップの遷移部を形成するような本発明による更に複雑なシステムを表わしている。対応部分は、図１と同じ参照番号で示されている。
【００１４】
図２の下部には、アルミニウムで作られた導波管１が示されている。この導波管１は、低ロス特性を維持するために金のような不活性金属でメッキされる。
中央開口を含むＦＲ−４（熱硬化性ガラスファイバ−エポキシ積層体）プリント回路板５が、システムの中間要素を形成し、導波管１の開放端３のリム４にスクリュー９で取り付けられる。導波管１のリム４と、プリント回路板５と、その両方に設けられたスクリュー用の穴は、固定時に、導波管１と回路板５との間にある定められた相対的な位置を保証するように構成される。ＦＲ−４プリント配線板５の頂部には、コバールの蓋１０をもつセラミックモジュール２がＢＧＡ型の半田ボール８により取り付けられる。モジュール２のグランドプレーン７のアパーチャー６は、導波管１の開放端３においてその開口上に厳密に配置される。
【００１５】
このシステムは、次のように組み立てられる。
セラミックモジュール２に、ＢＧＡ型の半田ボール８が設けられ、そしてＦＲ−４プリント配線板５に、半田パッドの対応配列体が設けられる。その際に、ＦＲ−４プリント配線板５は、リフローによりセラミックモジュール２に半田付けされる。その後にのみ、モジュール２とプリント配線板５より成る全エンティティが導波管構造体１の頂部に配置される。最終的に、ＦＲ−４プリント配線板５とセラミックモジュール２の結合体がスクリュー９で導波管構造体１に機械的に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態を概略的に示す図である。

Claims (12)

1. 導波管（１）と、この導波管（１）に接続されるべきモジュール（２）との間に自己整列型遷移部を形成する方法において、
   （ａ）上記モジュール（２）を導波管（１）に接続するように指定されたエリアにおいて上記モジュール（２）に半田粒子（８）の配列体を設け、
   （ｂ）上記モジュール（２）へ接続するよう指定された上記導波管（１）の開放端（３）のフランジ（４）に、上記モジュール（２）上の半田粒子（８）の配列体に対応する半田パッドの配列体を設け、そして
   （ｃ）半田粒子（８）を伴う上記モジュール（２）を上記半田パッド上に配置し、そして上記モジュール（２）を、リフロー半田付けにより上記導波管（１）の開放端（３）のフランジ（４）に接続する、
   という段階を備えた方法。
2. 導波管（１）と、この導波管（１）に接続されるべきモジュール（２）との間に自己整列型遷移部を形成する方法において、
   （ａ）上記モジュール（２）を導波管（１）に接続するように指定されたエリアにおいて上記モジュール（２）に半田粒子（８）の配列体を設け、
   （ｂ）上記モジュール（２）へ接続するよう指定された上記導波管（１）の開放端（３）のフランジ（４）に固定されるか又は固定するのに適した中間要素（５）に、上記モジュール（２）上の半田粒子（８）の配列体に対応する半田パッドの配列体を設け、
   （ｃ）半田粒子（８）を伴う上記モジュール（２）を上記半田パッド上に配置し、そして上記モジュール（２）を、リフロー半田付けにより上記中間要素（５）に接続し、そして
   （ｄ）上記中間要素（５）が上記導波管（１）に固定されない場合には、上記中間要素（５）を、その面が上記半田パッドに対向する状態で、上記導波管（１）に固定する、
   という段階を備えた方法。
3. 上記段階（ｄ）において、最後に、上記中間要素（５）は、上記導波管（１）に機械的に、特にスクリューで固定される請求項２に記載の方法。
4. 上記段階（ｂ）において、上記半田パッドは、半田マスクを使用することにより設けられ、特に、ホトリソグラフィックパターン化プロセスを使用することにより設けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 導波管（１）との自己整列型遷移部を形成するように構成され、そして半田粒子（８）の配列体が設けられたモジュール（２）であって、それら半田粒子は、モジュール（２）と接続するように指定された導波管（１）の開放端（３）のフランジ（４）、或いは導波管（１）のフランジ（４）に固定されるか又は固定するのに適した中間要素（５）に配列された半田パッドに一致しそしてリフローによりそれら半田パッドに半田付けするのに適したものであるモジュール。
6. 上記モジュールは、マイクロストリップ、特に、ストリップライン又は同一平面導波管であって、導波管（１）への遷移部を形成するためにグランドプレーンにアパーチャー（６）があり、このアパーチャー（６）を取り巻くように半田粒子（８）が配列される請求項５に記載のモジュール（２）。
7. 上記モジュールは、送信器／受信器（Ｔ／Ｒ）モジュールである請求項５に記載のモジュール（２）。
8. 上記モジュールは、システムモジュール又は単一チップである請求項５ないし７のいずれかに記載のモジュール（２）。
9. 上記半田粒子（８）は、ボールグリッドアレー（ＢＧＡ）型、カラムグリッドアレー（ＣＧＡ）型、又はフリップ−フロップ型である請求項５ないし８のいずれかに記載のモジュール。
10. モジュール（２）に接続するように指定された導波管（１）の開放端（３）のフランジ（４）に固定されるか又は固定するのに適した中間要素（５）であって、上記導波管（１）に接続されるべきモジュール（２）に配列された半田粒子（８）に一致し且つリフローによりそれに半田付けされて、自己整列遷移部を形成するのに適した半田パッドの配列体を備えた中間要素。
11. 請求項１０に記載の中間要素（５）がスクリュー（９）により固定されるか又は固定するのに適した導波管（１）であって、モジュール（２）との自己整列遷移部を形成するように構成された導波管（１）。
12. モジュール（２）との自己整列遷移部を形成するよう構成された導波管（１）であって、モジュール（２）へ接続するように指定された開放端（３）のフランジ（４）に、モジュール（２）に配列された半田粒子（８）に一致し且つリフローによりそれに半田付けするのに適した半田パッドの配列体を備えた導波管（１）。

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