JP4435459B2 - 圧縮可能な中心導体による同軸またはｇｃｐｗ回路とエアラインとの間の垂直相互接続装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波装置に関し、とくに、同軸伝送ラインと懸垂したエアストリップラインとの間を相互接続する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同軸ラインにより垂直ＲＦ相互接続を行うための典型的な技術では、ハードピンが使用されている。ハードピンによる相互接続では機械加工の公差を大きく変化させることはできない。ハードピンは電気連続性を維持するためにはんだまたはエポキシ接着剤に依存するため、可視状態での設置が要求され、その結果変化する幅が大きくなり、Ｓパラメータの均一性が低くなる。
【０００３】
別の相互接続技術は、ピン／ソケットタイプのブラインド結合相互接続である。ピン／ソケット相互接続において通常使用されるソケットは、それらが捕えるピンよりはるかに大きい。いくつかのパッケージ装置では、この寸法の不整合が反射されたＲＦパワーを誘起する可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エアライン、ストリップラインまたは類似の伝送ラインに対する相互接続に関して、ピンは回路の表面上にはんだ付けされる必要があるため、組立ておよび修理に要する時間が多くなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下において、第１の基板表面上に形成された導体トレースを備えた誘電体基板を含むエアライン回路とこのエアライン回路からある分離距離だけ隔てられたＲＦ回路との間のＲＦ相互接続装置について説明する。ＲＦ相互接続装置は、分離距離より長い圧縮されていない状態の長さを有する圧縮可能な導体構造と、圧縮可能な導体構造の圧縮されていない長さの少なくとも一部分を囲んでいる誘電体スリーブ構造とを備えている。ＲＦ相互接続装置は、圧縮可能な導体が圧力を加えられて基板とＲＦ回路との間に位置されるように基板とＲＦ回路との間に配置される。
【０００６】
例示的な１実施形態において、ＲＦ回路は同軸中心導体を含む同軸伝送ラインであり、この中心導体はエアライン基板に対して垂直方向に延在する。圧縮可能な導体は同軸中心導体と基板との間において圧力を加えられる。別の実施形態において、ＲＦ回路は、導体中央トレースおよび接地導体パターンがその上に形成された第１の表面を備えている接地共面導波（ＧＣＰＷ）誘電体基板を含むＧＣＰＷ回路であり、圧縮可能な導体はこのＧＣＰＷ基板とエアライン基板との間で圧力を加えられる。
【０００７】
圧縮可能な導体は、細いワイヤが高密度にパックされた束、ベロー、またはばねで負荷された引込み式のプローブ構造を含む多くの形態をとることができる。圧縮可能な中心導体は、はんだまたは導電性エポキシを使用せずに、良好な物理的接触を維持する。
【０００８】
本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、添付図面に示されているその例示的な１実施形態の以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴による懸垂されたエアストリップラインと同軸ラインとの間の垂直相互接続は、ＲＥＸＯＬＩＴＥ（商標名）、ＴＥＦＬＯＮ（商標名）、ＴＰＸ（商標名）のような誘電体内に保持された圧縮可能な中心導体により形成され、丈夫な無はんだ垂直相互接続を実現する。例示的な実施形態における中心導体は、編まれたワイヤメッシュシリンダに巻かれた細い金メッキされた金属ワイヤ（通常は、タングステンまたはベリリウム銅）である。圧縮可能な中心導体は、同軸伝送ラインを形成するような方法で誘電体内に保持されている。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態を示す側断面図であり、同軸伝送ラインとエアラインとの間の転移が行なわれるＲＦ回路50を示している。この例示的な回路は、ベースプレート52および上部プレート構造54を備えた導電性のハウジング構造を含んでいる。誘電体基板60は、間隔を隔てて配置されたプレート間に支持されている。エアライン導体層ストリップ62は、誘電体基板の上面62A 上に形成されている。描かれている図面は、実際のスケールで描かれておらず、たとえば、基板の厚さに比例して導体ストリップ62の厚さは説明のために誇張されていることが認識されるであろう。したがって、エアライン伝送ラインは、誘電体基板、導体層ストリップ、ならびに上部および下部ハウジングプレートによって形成され、エアギャップ66および68が基板の上方および下方に形成されている。
【００１１】
水平同軸コネクタ70は、エアライン伝送ラインに接続されている。もっとも、多くの適用に対して、その代わりに、別の回路およびコネクタがエアラインと統合され、あるいはこれに結合されることができる。
【００１２】
垂直同軸伝送ライン80は誘電体基板60の平面に対して横断方向に延在し、上部プレート中の開口を貫通してエアライン導体ラインと接触する中心導体構造82を含んでいる。中心導体構造は、この例示的な実施形態では０．０２５インチの第１の直径Ｄ1 を有する固体金属導体ピン84と、この第１の直径Ｄ1 より大きい第２の直径Ｄ2 を有する圧縮可能な中心導体86とを含んでいる。ピン84は、直径が０．０４０インチのエアギャップにより取り囲まれている。さらに同軸伝送構造80は、中心導体構造を取り囲む誘電体スリーブ構造88を含んでいる。このスリーブ構造は、第１の直径を有する領域88A とそれより大きい第２の直径Ｄ4 を有する領域88B と、直径の小さいほうの領域88A がピン84を取り囲み、大きいほうの領域88B が圧縮可能な導体86を取り囲んでいる。誘電体の異なった直径のためにインピーダンス整合が行われ、ピンと圧縮可能な中心導体との寸法差による不整合を阻止する。異なった直径の誘電体スリーブは上部プレート54中の対応した異なった直径の開口により受入れられ、それによって上部プレート54を通る同軸ラインの外部導体が形成される。
【００１３】
本発明の特徴によると、エアライン回路および垂直に方向付けられた同軸伝送ラインは垂直方向においてある分離距離Ｄ_s だけ隔てられており、圧縮可能な導体86はこの分離距離よりわずかに長い圧縮されていない長さを有しているため、ＲＦ相互接続が組立てられたときに、導体86は圧縮力を加えられる。
【００１４】
この例示的な実施形態における圧縮可能な中心導体86の外側直径は０．０４０インチである。誘電体スリーブ88は、２．５の誘電率を有するモールド可能な材料のＲＥＸＯＬＩＴＥ（商標名）から製造される。このＲＥＸＯＬＩＴＥ（商標名）の内側直径は０．０４０インチであり、外側直径は領域88A で０．０６９インチであり、領域88B で０．１５７インチである。この誘電体スリーブ88中に圧縮可能な中心導体86が挿入され、５０オームの同軸伝送ラインを形成している。誘電体は上部プレートの金属構造内に捕らえられており、それによって同軸伝送ラインは外部接地を行う。誘電体構造は、それが上部プレート中に挿入されたとき、懸垂されたエアラインの表面と物理的に接触する。圧縮された中心導体86は、エアライン誘電体の上面上のエアラインのトレース62と物理的に直接接触することによってエアラインの中心導体62と電気的に接触する。エアライン基板は、たとえば厚さが０．００５インチのＣｕＣｌａｄ２５０等の薄い誘電体層から製造されている。ＣｕＣｌａｄ２５０は比較的薄いので、発泡ブロック90は、エアラインの屈曲を防止するために境界領域の下に配置される。例示的な１実施形態では、圧縮可能な導体86をエアラインに向けて加圧して圧縮させるために、直径が０．０２０インチの突出したピン82を備えたＳＭＡコネクタ92が使用される。エアラインは、ＳＭＡマイクロストリップランチ（ｌａｕｎｃｈ）コネクタ70において終端される。もちろん、別の実施形態では、エアラインおよび同軸ラインは別の回路または伝送ライン構造に接続される可能性がある。
【００１５】
図２には、本発明を使用するＲＦ回路50' の別の実施形態が示されている。この回路は、エアストリップ導体62' がエアライン基板60' の上面ではなく、下面に配置されている点で図１の回路50と異なっている。導電性パッド64は基板60' の上面上に形成され、めっきされた貫通孔64A を通ってエアライン導体トレース62' に接続されている。発泡ブロック90は、図１の実施形態のように、中央ピン82により加えられる圧縮力に対抗して基板を支持するために設けられている。
【００１６】
本発明はまた、懸垂基板ストリップライン（ＳＳＳ）のようなエアラインと接地共面導波（ＧＣＰＷ）回路との間の垂直相互接続を行うために使用されることができる。図３は、このようなＲＦ相互接続回路100 の側断面図である。エアライン回路は、その上に導体トレース104 が形成されている上面102Aと、下面102Bとを有する懸垂基板102 を備えている。この回路100 は、上部金属プレート110 と下部金属プレート112 とから構成された導電性ハウジング構造を備えている。同軸コネクタ116 が、エアライン導体104 とハウジング構造に取付けられている。このエアライン中の基板102 の下面上には、導体トレースも導電性の層も形成されていない。
【００１７】
ＧＣＰＷ回路120 は、導電性のパターンが形成された上面122Aおよび下面122Bを有する誘電体基板122 を備えている。この例示的な実施形態において、この基板は窒化アルミニウムから形成されている。上部導体パターンは図４のＡに示されており、導体中央トレース124 および上部導体接地面126 を含み、中央トレースは導電性の層が設けられていない開口また間隙領域128 によって隔てられている。図４のＢには、間隙領域134 により隔てられた下部導体接地面130 および円形パッド132 を含む下部導体パターンが示されている。上部および下部導体接地面126 および130 は、めっきされた貫通孔またはバイアホール136 によって電気的に接続されている。
【００１８】
図１および２に示されている回路と同様に、発泡誘電体支持部108 がエアライン基板の下に設けられている。
【００１９】
図４のＣには、ＧＣＰＷ回路が断面図で示されており、それには回路の下面上の中央パッド132 にろう付けされた金属球体138 もまた示されている。この例示的な実施形態では、球体は直径が０．０２５インチである。この球体により、圧縮可能な中央相互接続導体140 （図３）への電気接続が容易になる。誘電体シリンダ142 は圧縮可能な中心導体140 を保持している。球体138 は圧縮可能な中心導体140 の上面と結合して、この中心導体140 上に圧縮力を与え、エアライン中心導体104 に向けて圧縮させる。
【００２０】
基板102 は、上部ハウジングプレート領域104Aによって隔てられたＧＣＰＷ回路の下方に延在している。この領域では、下部導体層114 が基板102 上に形成されており、また、その基板にはハウジングプレート領域104Aと電気接続するためにめっきされたスルーホール118 が形成され、それによってエアライン回路とＧＣＰＷ回路との間に共通した接地が行われる。
【００２１】
図５は、ＧＣＰＷ回路と相互接続されるエアラインの別の実施形態を示している。この実施形態では、エアライン導体トレース104'がエアライン基板102'の下面上に形成され、めっきされた貫通孔105 がこの基板を通ってその上面上に形成された円形の導電性パッド107 まで延在している。
【００２２】
図６のＡ乃至Ｃには、本発明を使用する相互接続回路における使用に適した３つの異なったタイプの圧縮可能な中心導体が示されている。図６のＡは、誘電体スリーブ202 中の圧縮可能なワイヤ束200 を示しており、図１乃至５の実施形態に示されている圧縮可能な中心導体の実施形態である。図６のＢは、誘電体スリーブ212 中の電気鋳造されたベロー構造210 を示しており、このベローは圧縮可能である。図６のＣは、誘電体スリーブ222 中の“ポゴ(pogo)ピン”ばね負荷構造220 を示しており、その先端220Aが、示されている突出した位置にばねバイアスされている。
【００２３】
本発明による垂直相互接続は、優れた頑丈なＲＦ接続を提供し、はんだ付けされたハードピン、あるいはピン／ソケット相互接続の代りに使用されることが可能である。中心導体が圧縮可能であることによって、良好な広帯域のＲＦ接続を維持しながら懸垂ストリップライン上へのブラインド結合による垂直相互接続を行うことが可能になる。圧縮可能な中心導体はまた、はんだまたは導電性エポキシを使用せずに良好な物理的接触を維持する。この新しいＲＦ相互接続は回路板の両側に適用されることができる。
【００２４】
上述した実施形態は本発明の原理を表すことのできる可能な特定の実施形態の単なる例示に過ぎないことが理解される。その他の装置は、これらの原理にしたがって当業者により本発明の技術的範囲を逸脱することなく容易に考案されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるエアライン・同軸相互接続を使用するＲＦ回路装置の第１の実施形態の実際のスケールではない側断面図。
【図２】 本発明によるエアライン・同軸相互接続を使用するＲＦ回路装置の第２の実施形態の実際のスケールではない側断面図。
【図３】 エアラインと接地共面導波（ＧＣＰＷ）回路との間の相互接続に対する第３の実施形態の実際のスケールではない側断面図。
【図４】 図３のＧＣＰＷ基板の実際のスケールではない上面図および下面図、ならびに図４のＡのライン４Ｃ−４Ｃにおける実際のスケールではない断面図。
【図５】 エアラインと接地共面導波（ＧＣＰＷ）回路との間のＲＦ相互接続の第４の実施形態の実際のスケールではない側断面図。
【図６】 本発明によるＲＦ相互接続の圧縮可能な導体構造の３つの実施形態の断面図。

Claims (2)

1. 表面上に形成された導体トレース(104) を備えている誘電体基板(102) を含むエアライン回路とこのエアライン回路からある分離距離だけ垂直方向に隔てられ たＲＦ回路との間のＲＦ相互接続装置において、
   圧縮されていない状態における長さが前記分離距離より長い長さを有する圧縮可能な導体構造(140) と、
   前記圧縮可能な導体構造(140) の圧縮されていない長さの少なくとも一部分を囲む誘電体スリーブ構造(142) と、
   下部が前記圧縮可能な導体構造(140) の上面と接触し、上部がＲＦ回路の接続導体に固着されている金属球体(138) とを備え、
   前記ＲＦ相互接続装置は、前記圧縮可能な導体が前記金属球体(138) により圧力を加えられて前記基板と前記ＲＦ回路との間に位置されるように基板と前記ＲＦ回路との間に配置されているＲＦ相互接続装置。
2. 前記ＲＦ回路は、同軸中心導体(82)を含む同軸伝送ライン(80)であり、前記中心導体はエアライン基板に対して垂直方向に延在し、前記圧縮可能な導体が前記同軸中心導体と前記基板との間において圧力を加えられる請求項１記載のＲＦ相互接続装置。

Images