JP4395103B2 - 導波路基板および高周波回路モジュール - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波およびミリ波帯において、回路基板から導波管に信号を変換する際に用いて好適の、導波路基板および高周波回路モジュールに関するものである。

高周波の信号、特にミリ波のような波長が短い帯域の信号を、送信及び受信回路を用いて信号をアンテナから放射および受信させる場合には、送信および受信回路とアンテナとの間は、空洞導波管での信号伝搬モードに信号の形態を一旦変換させて接続することが行なわれている。
すなわち、高周波信号においては、送信回路のごとき回路チップからの信号を直接アンテナに供給するよりも、空洞導波管での信号伝搬モードに一旦変換してからアンテナに供給する場合のほうか、伝送損失を低減させることが可能であることが知られている。この送信および受信回路をなす回路チップ等と空洞導波管との間の信号をインタフェースする部材としては、例えば下記の特許文献１に示すものが知られている。

この特許文献１においては、例えば図１９に上視図として示すような部材１００について記載されている。この図１９に示す部材１００は、図示しない誘電体板の両面に金属等からなる導電性膜１０２が形成されるとともに、誘電体板を貫通して誘電体板両面の導電性膜１０２間を電気的に接続する貫通導体１０３が、複数個２列に配置されている。
そして、これらの２列の貫通導体１０３および誘電体板両面の導電性膜１０２により包囲される経路をポスト壁導波管１０４として構成することにより、図示しない回路チップからの信号を、このポスト壁導波管１０４を通じて空洞導波管１０５に供給している。具体的には、ポスト壁導波管１０４の一方の開口を貫通導体列１０３ｃで塞ぎ、貫通導体列１０３ｃから所定の距離Ｌ１離れた位置に結合窓１０４ｗを形成する。

この結合窓１０４ｗはポスト壁導波管１０４におけるＨ面に形成されている導電性膜１０２を一部取り除くことで形成されたものである。尚、空洞導波管１０５は、空洞導波管１０５の開口がこの結合窓１０４ｗに突き当たるような位置に固設する。これにより、ポスト壁導波管１０４を伝搬する高周波信号は、結合窓１０４ｗを通じて空洞導波管１０５側に導かれるようになっている。

このとき、結合窓１０４ｗと貫通導体列１０３ｃとの間に設けられる距離Ｌ１は、使用周波数の１／４波長付近として、整合用の空間とすることが望ましい。即ち、ポスト壁導波管１０４を伝搬してきた高周波信号は、貫通導体列１０３ｃをショート壁として共振されるようにすることが可能である。このとき、使用周波数における１／４波長付近の距離を置いて結合窓１０４ｗを形成することにより、共振により発生する定在波の腹に相当する成分を窓１０４ｗから空洞導波管１０５に導くことができるようになる。

その他、本発明に関連する技術として、下記の特許文献２および３に記載された技術もある。
特開２００３−２８９２０１号公報 特開２０００−１５１２２５号公報 特開２００４−１５４０４号公報

しかしながら、上述の図１９に示す部材１００においては次のような課題がある。
すなわち、上述のショート壁をなす貫通導体列１０３ｃおよび結合窓１０４ｗは、通常は、別々の製造工程において形成するものであり、同一の工程において同時に形成するものではない。即ち、貫通導体列１０３ｃは、通常は、レーザ又はドリル等により孔を開けてから導電部材を充填する工程により形成される一方、結合窓１０４ｗは、エッチング等の技術を用いることにより、導電性膜１０２を形成する工程において、結合窓１０４ｗに相当する部分を取り除くことで形成される。

このため、上述の貫通導体列１０３ｃと結合窓１０４ｗとの間で確保すべき距離Ｌ１は、工程ごとの製造バラツキによって、正確に使用波長の１／４とすることが困難である。図２０は上述の結合窓１０４ｗと貫通導体列１０３ｃとの距離Ｌ１を３つの値（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ；Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ）に変化させて部材１００を製造した場合の、各ポスト壁導波管１０４についての空洞導波管への信号変換特性を示す図である。横軸は高周波信号の周波数成分であり、縦軸は対応する高周波信号の反射量である。この縦軸の反射量が多くなると、ポスト壁導波管１０４に導かれる高周波信号成分の量が低下することになる。

この図２０に示すように、結合窓１０４ｗと貫通導体列１０３ｃとの距離が変化すると、高周波信号の周波数に対する反射特性に比較的大きなバラツキが生じてしまう。この場合には、使用する高周波信号の周波数によって、空洞導波管への伝搬特性が大きく変化することになる。即ち、ポスト壁導波管１０４としての特性の改善のためには、反射特性に対する周波数依存性を低減させることが望まれる。

上述の特許文献１には、広帯域又は所望の通過帯域幅を得るために、２セクションの導波管バンドパスフィルタを構成しているが、空洞導波管に信号を導く箇所、即ち、貫通導体列１０３ｃと結合窓１０４との間の距離Ｌ１の製造誤差に起因した、ポスト壁導波管１０４における空洞導波管への信号変換特性を改善するための技術については提供するものではない。

また、特許文献２および３に記載された技術においても、上述の場合と同様、空洞導波管に信号を導く箇所の製造誤差に起因した、ポスト壁導波管における空洞導波管への信号変換特性を改善するための技術については提供するものではない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、空洞導波管に信号を導く箇所の製造誤差に起因した、ポスト壁導波管における空洞導波管への信号変換特性を改善することを目的とする。

このため、本発明の導波路基板は、空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板であって、誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、該変換部が、該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号が強めあう位置にそれぞれ形成されたことを特徴としている。

また、該高周波信号が強めあう位置は、該導波路遮断用導通ポストにより形成されるポスト壁を固定端としてもよい。

さらに、本発明の導波路基板は、空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板であって、誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、該変換部が、該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の２分の１に実質的に相当する距離を置いて形成されたことを特徴としている。
ここで、該下流側における該スリット状の領域は、該導波路遮断用導通ポストに対して、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に実質的に相当する距離を置いて形成されていてもよい。
また、該変換部における導波路箇所を構成する該２列の導通ポストの間隔は、該変換部における導波路箇所以外の箇所よりも、該２列の導通ポストの間隔が広くなるように構成することとしてもよい。この場合においては、該上流および下流のスリット状の領域が形成される中間域に、該誘電体板の両面の導体層間を導通させる導通ポストが２つ設けることとしてもよい。

また、本発明の高周波回路モジュールは、空洞導波管と、該空洞導波管が搭載されて、該空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板と、該導波路基板上に実装された半導体回路チップと、をそなえ、該半導体回路チップからの信号が該高周波信号として該導波路を伝搬するように構成された高周波回路モジュールであって、該導波路基板は、誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、該変換部が、該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、結合部該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号が強めあう位置にそれぞれ形成されたことを特徴としている。
さらに、本発明の高周波回路モジュールは、空洞導波管と、該空洞導波管が搭載されて、該空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板と、該導波路基板上に実装された半導体回路チップと、をそなえ、該半導体回路チップからの信号が該高周波信号として該導波路を伝搬するように構成された高周波回路モジュールであって、該導波路基板は、誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、該変換部が、該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、結合部該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の２分の１に実質的に相当する距離を置いて形成されたことを特徴としている。

さらに、好ましくは、該半導体回路チップの信号線が接続される金属パッドが、当該半導体回路チップが実装される側の導波路基板面上に設けられ、かつ、該金属パッドは、該導波路基板の両面に形成されている該導体層のうちで、該半導体回路チップが実装される側の導体層との間にはギャップが設けられて直接接続されないように構成される一方、該金属パッドと、該半導体回路チップが実装される側の導体層とは反対側の導波路基板面に形成されている導体層と、の間を電気的に導通させる金属パッド用導通ポストを設けることとしてもよい。

この場合においては、好ましくは、該半導体回路チップは、該信号線を挟んで形成される接地層をそなえるとともに、該信号線は該金属パッドと、該接地層は該半導体回路チップが実装される側の導体層と、それぞれ電気的に接続されるように該半導体基板にフリップチップ実装され、かつ、該導波路基板における該金属パッドと該半導体回路チップが実装される側の導体層との間隔に比べて、該導波路基板における金属パッドと該半導体回路チップの接地層との間隔を近接させる。

さらには、該半導体回路チップをなす信号線は、外側を誘電体層で覆われた第１部分と、該第１部分から導通して該金属パッドとの接続箇所として該誘電体層から露出する第２部分と、をそなえるとともに、該半導体回路チップをなす接地層は、該誘電体層を覆い且つ該第２部分を挟むように形成されることとする。

このように、本発明によれば、導体層が形成されていないスリット状の２つの領域をそなえたことにより、空洞導波管に信号を導く箇所の製造誤差に起因した、ポスト壁導波管における空洞導波管への信号変換特性、特に、空洞導波管への信号変換特性についての周波数依存を従来技術の場合よりも改善させることができる利点がある。

以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなるものである。
〔Ａ〕一実施形態の説明
・構成
図１は本発明の一実施形態にかかる高周波回路モジュール１を示す模式的斜視図である。この図１に示す高周波回路モジュール１は、例えば図２に示す無線信号の送受信ユニット１０にそなえられるものである。この図２に示す送受信ユニット１０は、特にマイクロ波、ミリ波等の高周波信号を送受信するものであって、バイアス基板１１に搭載された高周波回路モジュール１をそなえるとともに、平面アンテナ１２が設けられている。

なお、この図２は送受信ユニット１０についての後述する図７のＤＤ′矢視断面に相当するものであって、１３は高周波回路モジュール１と平面アンテナ１２とを固定させるメタル枠、１４は蓋部、１５はバイアス基板１１に設けられた回路素子である。
上述の高周波回路モジュール１は、図１に示すように、空洞導波管２と、空洞導波管２が搭載されて、空洞導波管２に結合される高周波信号のための導波路（ポスト壁導波管）３Ａが形成された導波路基板３と、導波路基板３上に実装された半導体回路チップ４と、をそなえている。ここで、図１に示す空洞導波管２は、図２に示すメタル枠１３によって包囲される空洞導波管２の空洞部分に着目して模式的に図示されている。

高周波回路モジュール１の半導体回路チップ４としては、上述の図２に示すようなミリ波帯ＩＣ４ａやマイクロ波帯ＩＣ４ｂ等を用いることができる。又、図１中において、図２において図示されているメタル枠１３や蓋部１４等については図示を省略している。更に、図１および図２における符号６は、導波路基板３を支持する支持部材であり、例えば樹脂スティフナ等の部材を用いることができる。

そして、半導体回路チップ４からの信号は、導波路３Ａの伝搬モードに変換された高周波信号として、導波路３Ａを伝搬するようになっている。即ち、この導波路基板３は、半導体回路チップ４からの信号を、一度、導波路３Ａを通じて導波管モードで伝送させ、その信号を空洞導波管２に変換する構造を有している。
また、導波路基板３は、樹脂基板等からなる誘電体板３１と、誘電体板３１の両面に形成された導体層３２ａ，３２ｂと、をそなえるとともに、誘電体板３１の両面の導体層３２ａ，３２ｂの間を電気的に導通させる導通ポスト３３が２列にそれぞれ複数形成されて、これら２列の導通ポスト３３および導体層３２ａ，３２ｂで囲まれた誘電体部分が、上述の導波路３Ａとして構成されている。

すなわち、樹脂基板である誘電体板３１の表面（図１中半導体回路チップ４および空洞導波管２が形成される側の面）および裏面に、それぞれ、誘電体板３１内を導波管モードで伝送させるため導体層３２ａ，３２ｂとして金属膜を有する。更に、誘電体板３１内の導波管モードを伝送させる導波路を形成するための側壁を、２列に配列された導通ポスト３３で形成する。

また、この導波路基板３においては、導波路３Ａからの高周波信号を、空洞導波管２を伝搬する高周波信号に変換させる変換部３Ｂがそなえられている。この変換部３Ｂは、導波路遮断用導通ポスト３３ｃと、スリット（又はスロット）３４ａ，３４ｂと、をそなえている。
ここで、導波路遮断用導通ポスト３３ｃは、前述の導通ポスト３３と同様の構成を有するものであるが、導波路３Ａの一端を遮断するように複数個配列されている。この導波路遮断用導通ポスト３３ｃの複数個の配列は、前述の図１９における貫通導体列１０３ｃに相当する。即ち、貫通導体列１０３ｃと同様、複数配列された導波路遮断用導通ポスト３３ｃによって、導波路３Ａが塞がれ、導波路３Ａを伝搬する高周波信号に対するショート壁を構成する。

また、スリット３４ａ，３４ｂは、空洞導波管２が搭載される側の導波路基板３の表面にあたる導体層３２ａ側の基板面において、スリット状に導体層３２ａが形成されていない領域を指すものである。このスリット３４ａ，３４ｂは、導波路３Ａを高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられている。即ち、このスリット３４ａ，３４ｂを通じて、導波路３Ａを伝搬してきた高周波信号が空洞導波管２側に導かれ、空洞導波管２においては、スリット３４ａ，３４ｂからの高周波信号を伝搬させることができるようになっている。

さらに、スリット３４ａ，３４ｂは、導波路遮断用導通ポスト３３ｃにより形成されるポスト壁を固定端として、高周波信号が強めあう位置に形成することができるようになっている。具体的には、２つのスリット３４ａ，３４ｂは、導波路３Ａを伝搬する高周波信号の波長の２分の１に実質的に相当する距離を置いて形成することができる。
なお、下流側のスリット３４ｂ、即ち導波路遮断用導通ポスト３３ｃ側のスリット３４ｂと、導波路遮断用導通ポスト３３ｃとの間隔は、整合用の間隔が設けられている。具体的には、導波路遮断用導通ポスト３３ｃの配列からなるショート壁とスリット３４ｂとの距離Ｌ１は、前述の図１９の場合と同様に、整合用の間隔として、導波路３Ａを伝搬する高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に実質的に相当する距離を置いて形成する。

本実施形態においても、導波路遮断用導通ポスト３３ｃの配列からなるショート壁とスリット３４ｂとの距離Ｌ１は、前述の図１９の場合と同様に、整合用の間隔として、導波路３Ａを伝搬する高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に実質的に相当する距離を置いている。
前述したように、上述のスリット３４ａ，３４ｂと導波路遮断用導通ポスト３３ｃは、通常は別工程によって形成されるものであって、上述のごとき整合用の間隔には製造バラツキが生じうるものである。これに対し、２つのスリット３４ａ，３４ｂについては同一工程において同時に形成することが可能である。

したがって、これらスリット３４ａ，３４ｂの間隔については製造バラツキを最小限に抑制して、意図した間隔を正確に再現することが可能であり、このように形成されたスリット３４ａ，３４ｂにより、以下に示すように、前述の図１９に示す場合に比べて製造誤差に対する影響を少なくさせることができるようになる。
前述の図１９に示す場合においても、導電性膜１０３の不形成領域である窓１０４ｗを通じてポスト壁導波管１０４を伝搬する高周波信号を空洞導波管１０５に導かれるようにしている点は、本実施形態の場合と共通する。しかし、この空洞導波管２（１０５）に導かれる導体層３２ａ（導電性膜１０３）の不形成領域の形状は、本実施形態の場合と図１９の場合とでは異なっている。

すなわち、図１に示す導体層３２ａの不形成領域であるスリット３４ａ，３４ｂは、導波路３Ａにおける高周波信号の伝搬方向について比較的短尺のものであって、上流側および下流側に２つ設けられているのに対して、図１９に示す窓１０４ｗは、単一の導電性膜１０３の不形成領域であり、ポスト壁導波管１０４における高周波信号の伝搬方向について比較的長尺のものである。

ここで、図１９の場合や本実施形態の場合においては、ともに、ショート壁によって、導波路３Ａ（ポスト壁導波管１０４）を伝搬する高周波信号に対して定在波を生じさせることができる。
このとき、図１９に示すものにおいては、上述のごとく窓１０４ｗが高周波信号の伝搬方向について比較的長尺であるため、ショート壁に反射される前段の高周波信号が窓１０４ｗの領域を伝搬する過程で、空洞導波管１０５へ漏れ出す成分が比較的大きくなる。従って、貫通導体列１０３ｃからなるショート壁によって定在波が生じさたとしても、上述の漏れ出し成分があるために、共振による振幅値は比較的小さくなってしまう。

これに対し、本実施形態の場合においては、図１に示すように、導波路３Ａにおける高周波信号の伝搬方向について比較的短尺の２つのスリット３４ａ，３４ｂで構成しているので、ショート壁に反射される前段の高周波信号がスリット３４ａ，３４ｂを通過する過程で空洞導波管２へ漏れ出す成分は、前述の図１９の場合よりも小さくすることができる。即ち、導波路遮断用導通ポスト３３ｃからなるショート壁によって定在波が生じると、上述の漏れ出し成分が比較的少ないので、共振による振幅値も前述の図１９の場合よりも比較的大きくすることができる。

そして、このように共振によって振幅値が大きくなった２カ所の位置（即ち、定在波の腹に相当する２カ所の位置）にスリット３４ａ，３４ｂを設けることによって、空洞導波管２に対する高周波信号を、損失を少なくして効率的に与えることができるようになる。このとき、これらスリット３４ａ，３４ｂの間隔については製造バラツキを最小限に抑制して、共振による振幅が強められた成分が効率的に空洞導波管２に導かれるように設定することができる。尚、スリット３４ａ，３４ｂの中間位置については、定在波の節部分となる。

すなわち、仮に導波路遮断用導通ポスト３３ｃと下流側のスリット３４ｂとの間隔に製造誤差が生じていたとしても、スリット３４ａ，３４ｂの相対的な間隔は製造バラツキを抑制させることができるので、上述の導波路遮断用導通ポスト３３ｃと下流側のスリット３４ｂとの間隔に製造誤差が与える、空洞導波管２に導かれる高周波信号の伝搬特性への影響については、図１９の場合よりも小さくさせることができる。

図４は、図３に示すようにスリット３４ｂと導波路遮断用導通ポスト３３ｃとの間の距離を変動させた場合の高周波信号の反射特性（空洞導波管２に導かれない成分の特性）を示すものであり、前述の図２０の場合に対応して、横軸は高周波信号の周波数成分であり、縦軸は対応する高周波信号の反射量である。
この図４に示すように、スリット３４ｂと導波路遮断用導通ポスト３３ｃとの距離Ｌ１を３つの値（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ；Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ）に変化させた場合、前述の図２０の場合に比べて、高周波信号の周波数成分に対する特性変化が受ける影響を少なくできることがわかる。換言すれば、２つのスリット３４ａ，３４ｂにより所望の周波数帯において共振させ誘電体板３１内の進行方向にショート壁までの距離依存が、図１９の窓１０４ｗのごとく単純な１つ開口を用いた変換構造に比べて軽減できる。

なお、上述のスリット３４ａ，３４ｂの間隔としては、当該スリット３４ａ，３４ｂの実際の距離による設定のみならず、上述の変換部３Ｂ箇所の導波路３Ａを構成する導通ポスト３３の列間隔（即ち導波路３Ａの幅）についても適宜調整（広げるまたは狭める）しておくことで、スリット３４ａ，３４ｂ間の間隔を伝搬する高周波信号の波長に対して半波長となるように設定している。本実施形態においては、変換部３Ｂの箇所における導通ポスト３３の列間隔を、変換部３Ｂ以外の箇所におけるそれよりも広くなるように設定している。

特に、２つのスリット３４ａ，３４ｂは、接続させる空洞導波管２の開口内に収まらなければならない。２つのスリット３４ａ，３４ｂと空洞導波管２の位置合わせ精度の許容範囲を広げるには、導波管壁である導波路遮断用導通ポスト３３ｃとスリット３４ｂまでの距離を増やすことができるように、スリット３４ａ，３４ｂの間隔を狭める必要が生じてくる。その場合、変換部３Ｂにおける２列の導通ポスト３３の列間の距離を広げることで導波路内の波長を短くすることで可能である。

なお、ポスト壁導波管をなす導波路３Ａにおける基本伝送モードの管内波長（導波路３Ａを伝搬する際の波長）λ_gは、式（１）に示すようにあらわすことができる。この式（１）において、ｆは周波数、ｃは光速、λ₀はｃ／ｆ、ε_rは導波路３Ａ内の誘電体の比誘電率、ａは導波管断面の長辺の長さ（２列の導通ポスト３３の列間隔に相当）である。この式（１）に示すように、管内波長λ_gは、導通ポスト３３の列間隔を広げる（ａの値を大きく設定する）ことで、小さくすることができるようになるのである。

このように空洞導波管２の開口部がスリット３４ａ，３４ｂを適正に収められるようにするため、スリット３４ａ，３４ｂの間隔を狭めることに対応して導通ポスト３３の列間の距離を広げる場合には、高次伝送モードが発生する場合もある。この点、変換部３Ｂにおける導通ポスト３３の列間の距離のみを広げるようにしているので、上述の高次伝送モードの発生を最低限に抑制することができる。

ところが、図５に示すように、上述のごとく２列の導通ポスト３３の間隔を一部広げた場合においては、製造時のばらつきなどの理由で、上述のスリット３４ａ，３４ｂの位置と、間隔が広げられた２列の導通ポスト３３の配置とが、誘電体板３１内の導波管伝送モードの進行方向に対して横方向Ｂにずれた場合、高次モードＨＭが発生してしまう。
本実施形態における導波路基板３においては、このような高次モードの発生を抑制するため、例えば図６に示すように、スリット３４ａ，３４ｂの距離の中心線Ｃの位置上に、等価的に導波路幅を狭めるように、高周波信号の進行方向について左右対称となる位置に導通ポスト３６を２つ配置している。この導通ポスト３６は、前述の導通ポスト３３，３３ｃと同様、導体層３２ａ，３２ｂを貫通して電気的に導通させるものである。スリット３４ａ，３４ｂの距離の中心線Ｃの位置は定在波の節部分となっているため、導通ポスト３６を配置させても高周波信号の伝送への影響が少ない。２つの導通ポスト３６により伝送路幅を等価的に狭くすることにより高次モードの発生を抑制している。これにより、空洞導波管２に信号を変換する変換部３Ｂの製造時の位置あわせバラツキに対する高周波信号の伝搬特性への影響を抑制した構造を実現することができる。また、この場合、導通ポスト３６を左右対称となる位置に片側1つずつ配置しているが、導波路幅を狭め過ぎない程度に複数であってもよい。

また、導波路基板３における半導体回路チップ４が実装される側の表面上には、導体層３２ａとの間にギャップ３７ａを介して設けられた島状の金属パッド３７をそなえている。この金属パッド３７は、周囲にギャップ３７ａがそなえられているので、導体層３２ａには直接接続されない構成となっている。そして、金属パッド３７は、導波路３Ａの上流側位置において、半導体回路チップ４の信号線４１（図７，図８参照）に接続される。

さらに、導波路基板３においては、金属パッド用導通ポスト３３ｄが設けられている。図９は図７に示す高周波回路モジュール１のＤＤ′矢視断面図である。この図９に示すように、金属パッド用導通ポスト３３ｄは、上述の金属パッド３７と、半導体回路チップ４が実装される側の導体層３２ａとは反対側の導波路基板面に形成されている導体層３２ｂと、の間を誘電体板３１を貫通して電気的に導通させるものである。

すなわち、金属パッド３７に接続される半導体回路チップ４の信号線４１は、この金属パッド用導通ポスト３３ｄにより、導体層３２ａではなく裏面の導体層３２ｂに直接導通される。これにより、半導体回路チップ４の信号線４１からの高周波信号を、金属パッド用導通ポスト３３ｄを通じて、導波路３Ａを伝搬するモードに変換させることができるようになっている。

図８は、半導体回路チップ４を導波路基板３表面に対向する面から見た図である。半導体回路チップ４には、この図８に示すように、信号線４１とともに、ギャップ４１ａを介して信号線４１を挟むように形成されたグランド接地用の接地層４２がそなえられ、これらの信号線４１および接地層４２によってコプレーナ伝送線路を構成する。
また、図７に示すように、半導体回路チップ４の信号線４１は単一のメタルバンプ４１ｂを通じて上述の金属パッド３７に接続され、半導体回路チップ４の接地層４２は複数のメタルバンプ４２ｂを通じて導体層３２ｂに接続される。そして、図９に示すように、上述の半導体回路チップ４と導波路基板３とのメタルバンプ４１ｂ，４２ｂを通じた接続を安定化させるためのアンダーフィル材４３が充填され、これにより、半導体回路チップ４と導波路基板３とがフリップチップ実装されるようになっている。

ところで、図１０は上述の導波路基板３における、半導体回路チップ４および空洞導波管２が搭載される側の表面部を示す図であり、図１１は導波路基板３における上述の表面部とは反対側にあたる裏面部を示す図である。これら図１０，図１１に示すように、上述の導通ポスト３３，３３ｃ，３３ｄ，３６は、導波路基板３を貫通して形成されている。尚、本実施形態においては、導波路３Ａにおける導波路遮断用導通ポスト３３ｃとは反対側端部についても、導波路３Ａを封止するための導通ポスト３３ｅが設けられている。

また、図１２，図１３は、上述の半導体回路チップ４の導波路基板３へのフリップチップ実装について着目して示す図であり、図１２は半導体チップ４および導波路基板３を示す上視図、図１３は図１２のＥＥ′矢視断面図である。この図１３に示すように、導波路基板３における金属パッド３７と半導体回路チップ４が実装される側の導体層３２ａとの間隔に比べて、導波路基板３における金属パッド３７と半導体回路チップ４の接地層４２との間隔をより近接させている。尚、図１２、図１３中においては、アンダーフィル材４３については図示を省略している。

すなわち、半導体回路チップ４をフリップチップ実装する場合、導波路基板３側のコプレーナ伝送線路とした接続部である、信号線としての金属パッド３７とグランドである導体層３２ａとの間隔よりも、金属パッド３７と半導体回路チップ４のグランドである接地層４２との距離を近くしている。これにより、導波路基板３側のコプレーナ伝送線路である金属パッド３７および導体層３２ａが、パターンエッチングなどにより高いインピーダンスになったときでも、その部分での反射を抑えることができるので、半導体回路チップ４からの高周波信号が、裏面の金属膜である導体層３２ｂに電気的に接続させる導通ポスト３３ｄを介して導波路３Ａの伝送モードに変換されるのである。

一般に、導波路基板３のメタルパターンの実現し得る最小の信号線の幅（金属パッド３７における信号線４１と接続される箇所の幅）とギャップ３７ａの幅は、半導体回路チップ４の信号線４１の幅とギャップ４１ａに比べ広くなってしまう。導波路基板３上に半導体回路チップ４側に合わせたトータル幅の狭いコプレーナ伝送線路を作ろうとすると、メタルパターンのオーバーエッチングも助けて、特性インピーダンスが高くなってしまいがちである（５０Ωより高くなって）。

特性インピーダンスが高くなってしまうと、その部分での反射が大きくなり特性劣化を招いてしまう。導波路基板３側のコプレーナ伝送線路とした接続部の信号線である金属パッド３７とグランドである導体層３２ａとの間隔にくらべ、金属パッド３７と半導体回路チップ４のグランドである接地層４２との距離を近くすることにより、等価的に接続部近傍の導波路基板３側のコプレーナ伝送線路の特性インピーダンスが高くなることを抑え、反射特性の劣化を抑えることが可能となる。

・作用効果
上述の構成により、本実施形態にかかる高周波回路モジュール１においては、半導体回路チップ４からの高周波信号が、信号線４１およびメタルバンプ４１ｂを通じて、導波路基板３をなす金属パッド３７に導通されて、導通ポスト３３ｄを通じて導波路３Ａを伝搬するモード（導波管モード）に変換され、導波路３Ａを伝搬する。そして、導波路３Ａからの高周波信号は、変換部３１Ｂにおいて、空洞導波管２を伝搬する高周波信号に変換される。

このとき、変換部３Ｂにおいては、相対的な間隔についての製造バラツキが抑制されている２つのスリット３４ａ，３４ｂを通じて、空洞導波管２への高周波信号を導くことができる。従って、仮に導波路遮断用導通ポスト３３ｃと下流側のスリット３４ｂとの間隔に製造誤差が生じていたとしても、空洞導波管２に導かれる高周波信号の伝搬特性の影響については、従来技術の場合よりも小さくさせることができる（図４，図２０参照）。

このように、本発明の一実施形態によれば、導体層３２ａが形成されていないスリット状の領域である２つのスリット３４ａ，３４ｂにより、空洞導波管に信号を導く箇所の製造誤差に起因した、ポスト壁導波管における空洞導波管への信号変換特性、特に、空洞導波管２への信号変換特性についての周波数依存を、従来技術の場合よりも改善させることができる利点がある。

〔Ｂ〕本実施形態の変形例の説明
本発明によれば、上述した実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
たとえば、図１４に示す高周波回路モジュール１Ａのように、半導体回路チップ４Ａとして、上述の半導体回路チップ４と異なる構成のものを採用することとしてもよい。この図１４に示す半導体回路チップ４Ａにおいては、前述の半導体チップ回路４とは異なる構成によってコプレーナ伝送線路を構成するものである。

すなわち、このコプレーナ伝送線路をなす信号線４１Ａは、外側を誘電体層４４で覆われた第１部分４１Ａ−１と、第１部分４１Ａ−１から導通して金属パッド３７との接続箇所として誘電体層４４から露出する第２部分４１Ａ−２と、をそなえている。又、信号線４１Ａとともにコプレーナ伝送線路を構成する接地層４２Ａは、誘電体層４４を覆い且つ第２部分４１Ａ−２を挟むように形成されている。このように構成された半導体回路チップ４Ａにおいては、前述の半導体回路チップ４に比べて、伝送特性をより向上させることができる。

図１５は、このように構成された高周波回路モジュール１Ａにおける導波路基板３の半導体回路チップ４Ａが実装される側の表面部について示すものである。この図１５に示すように、導波路３１が形成される外側領域の全面にわたって、導通ポスト３３Ａを四方等間隔にまんべんなく配置することとしてもよい。尚、図１４，図１５において、図１〜図１３と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。

また、図１，図１４に示す高周波回路モジュール１，１Ａにおいては、空洞導波管２は、半導体回路チップ４，４Ａと同一導波路基板３面上に搭載しているが、本発明によればこれに限定されず、例えば図１６に示す高周波回路モジュール１Ｂのように、半導体回路チップ４Ａが搭載される側とは反対側の導波路基板３面（裏面）に空洞導波管２を搭載することとしてもよい。

この場合においては、半導体チップ回路４Ａが搭載される側の導波路基板３面（表面）には、図１７に示すような導体層３２Ｂａが形成され、空洞導波管２が搭載される側の導波路基板３面（裏面）には、図１８に示すような導体層３２Ｂｂが形成される。この図１７に示すように、導波路基板３Ｂの表面には、空洞導波管２への高周波信号を導くためのスリット３４ａ，３４ｂは設けられず、図１８に示すように、導波路基板３Ｂの裏面にスリット３４ａ，３４ｂを形成することとなる。尚、図１６〜図１８中、図１〜図１５と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。

その他、上述の実施の形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。

本発明の一実施形態にかかる高周波回路モジュールを示す模式的斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる高周波回路モジュールが適用される無線信号の送受信ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態における導波路基板の要部構成を示す図である。 本発明の一実施形態における作用効果について説明するための図である。 本発明の一実施形態における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における高周波回路モジュールをなす半導体回路チップの構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例における高周波回路モジュールの要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 本発明の一実施形態の変形例における導波路基板の要部構成について説明するための図である。 従来技術を示す図である。 従来技術における作用効果について説明するための図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 高周波回路モジュール
２ 空洞導波管
３ 導波路基板
３Ａ 導波路
３Ｂ 変換部
３１ 誘電体板
３２ａ，３２ｂ，３２Ｂａ，３２Ｂｂ 導体層
３３，３３ｅ，３６ 導通ポスト
３３ｃ 導波路遮断用導通ポスト
３３ｄ 金属パッド用導通ポスト
３４ａ，３４ｂ スリット
３７ 金属パッド
３７ａ ギャップ
４，４Ａ 半導体回路チップ
４ａ ミリ波ＩＣ
４ｂ マイクロ波ＩＣ
４１，４１Ａ 信号線
４１Ａ−１ 第１部分（信号線）
４１Ａ−２ 第２部分（信号線）
４１ａ ギャップ
４１ｂ，４２ｂ メタルバンプ
４２，４２Ａ 接地層
４３ アンダーフィル材
４４ 誘電体層
６ 樹脂スティフナ
１２ 平面アンテナ
１３ メタル枠
１４ 蓋部
１００ 部材
１０２ 導電性膜
１０３ 貫通導体
１０３ｃ 貫通導体列
１０４ ポスト壁導波管
１０４ｗ 結合窓
１０５ 空洞導波管

Claims (11)

1. 空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板であって、
   誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、
   かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、
   該変換部が、
   該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、
   該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、
   該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号が強めあう位置にそれぞれ形成されたことを特徴とする、導波路基板。
2. 該高周波信号が強めあう位置は、該導波路遮断用導通ポストにより形成されるポスト壁を固定端とすることを特徴とする、請求項１記載の導波路基板。
3. 空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板であって、
   誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、
   かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、
   該変換部が、
   該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、該誘電体板の両面の導体層間を貫通して電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、
   該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、
   該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の２分の１に実質的に相当する距離を置いて形成されたことを特徴とする、導波路基板。
4. 該下流側における該スリット状の領域は、該導波路遮断用導通ポストに対して、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に実質的に相当する距離を置いて形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の導波路基板。
5. 該変換部における導波路箇所を構成する該２列の導通ポストの間隔は、該変換部における導波路箇所以外の箇所よりも、該２列の導通ポストの間隔が広くなるように構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の導波路基板。
6. 該上流および下流のスリット状の領域が形成される中間域に、該誘電体板の両面の導体層間を導通させる導通ポストが２つ設けられたことを特徴とする、請求項５記載の導波路基板。
7. 空洞導波管と、該空洞導波管が搭載されて、該空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板と、該導波路基板上に実装された半導体回路チップと、をそなえ、該半導体回路チップからの信号が該高周波信号として該導波路を伝搬するように構成された高周波回路モジュールであって、
   該導波路基板は、
   誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、
   かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、
   該変換部が、
   該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、結合部該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、
   該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、
   該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号が強めあう位置にそれぞれ形成されたことを特徴とする、高周波回路モジュール。
8. 空洞導波管と、該空洞導波管が搭載されて、該空洞導波管に結合される高周波信号のための導波路が形成された導波路基板と、該導波路基板上に実装された半導体回路チップと、をそなえ、該半導体回路チップからの信号が該高周波信号として該導波路を伝搬するように構成された高周波回路モジュールであって、
   該導波路基板は、
   誘電体板と、該誘電体板の両面に形成された導体層と、をそなえるとともに、該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導通ポストが２列にそれぞれ複数形成されて、該２列の導通ポストおよび該導体層で囲まれた誘電体部分が、該導波路として構成され、
   かつ、該導波路は、当該導波路を伝搬する高周波信号を、該空洞導波管を伝搬する高周波信号に変換させる変換部がそなえられ、
   該変換部が、
   該導波路の一端を遮断する位置にそなえられ、結合部該誘電体板の両面の導体層間を電気的に導通させる導波路遮断用導通ポストと、
   該導波路から該導波路遮断用導通ポストに向けて高周波信号が伝搬する方向に対する上流側および下流側に並列して２つ設けられた、該導体層が形成されていないスリット状の領域と、をそなえ、
   該２つのスリット状の領域は、該導波路を伝搬する高周波信号の波長の２分の１に実質的に相当する距離を置いて形成されたことを特徴とする、高周波回路モジュール。
9. 該半導体回路チップの信号線が接続される金属パッドが、当該半導体回路チップが実装される側の導波路基板面上に設けられ、
   かつ、該金属パッドは、該導波路基板の両面に形成されている該導体層のうちで、該半導体回路チップが実装される側の導体層との間にはギャップが設けられて直接接続されないように構成される一方、
   該金属パッドと、該半導体回路チップが実装される側の導体層とは反対側の導波路基板面に形成されている導体層と、の間を電気的に導通させる金属パッド用導通ポストが設けられたことを特徴とする、請求項７又は８記載の高周波回路モジュール。
10. 該半導体回路チップは、該信号線を挟んで形成される接地層をそなえるとともに、該信号線は該金属パッドと、該接地層は該半導体回路チップが実装される側の導体層と、それぞれ電気的に接続されるように該半導体基板にフリップチップ実装され、
    かつ、該導波路基板における該金属パッドと該半導体回路チップが実装される側の導体層との間隔に比べて、該導波路基板における金属パッドと該半導体回路チップの接地層との間隔を近接させることを特徴とする、請求項９記載の高周波回路モジュール。
11. 該半導体回路チップをなす信号線は、外側を誘電体層で覆われた第１部分と、該第１部分から導通して該金属パッドとの接続箇所として該誘電体層から露出する第２部分と、をそなえるとともに、
    該半導体回路チップをなす接地層は、該誘電体層を覆い且つ該第２部分を挟むように形成されたことを特徴とする、請求項１０記載の高周波回路モジュール。

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