JP4436249B2 - タイルｔ／ｒモジュール用の電磁遮蔽および水素吸収体を含む誘電体相互接続フレーム - Google Patents

タイルｔ／ｒモジュール用の電磁遮蔽および水素吸収体を含む誘電体相互接続フレーム Download PDF

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Description

本発明は、フレーム部品に関し、それは特に、タイル送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールの３次元（３Ｄ）相互接続において使用される。
本出願は、ＧａＡｓハーメティックシールパッケージ中で使用される水素ゲッターに関係している米国特許出願09/965,759号（2001年 9月22日出願、発明の名称“Multilayer Thin Film Hydrogen Getter”）と関連している。
送信／受信モジュールは位相シフトアンテナ用のレーダ送信／受信モジュールおよび電磁スペクトルの予め定められた範囲の部分の電磁放射を送信、受信するその他の種々の装置の１形態である。３次元Ｔ／Ｒタイルモジュールでは、それぞれは砒化ガリウム（ＧａＡｓ）のような半導体材料を含んでいる可能性がある幾つかの回路部品が相互接続装置によって互いに相互接続され、相互接続装置は典型的に相互接続フレームおよび複数の電気コネクタを備えている。電気コネクタは互いに絶縁される必要があり、モジュールは接地接続および電磁放射妨害（ＥＭＩ）に対する遮蔽を有することが必要である。電気コネクタは典型的に、技術的によく知られているファズボタン(Fuzz Button) またはポゴ(Pogo)ピンのようなコンプライアントな装置により回路部品と接続されている。
３Ｄ送信／受信タイルモジュールの従来知られている相互接続フレームは機械加工されたアルミニウムフレーム部品を含んでおり、それらは組立てられ、電気コネクタを支持している。フレーム部品は典型的にコネクタに対する個々の通路および各コネクタ通路に挿入され、通路中でコネクタを囲んでいる誘電体を含んでいる。アルミニウムフレーム部品はモジュールの接地接続およびＥＭＩ電磁遮蔽を行っている。
アルミニウム金属の相互接続フレームの形成において、フレームは相互接続を構成するために一般的に多数の部品（例えば２２の異なるタイプの部品）を必要とする。ＧａＡｓ装置に加えてＧａＡｓ材料を汚染する可能性のある水素のような材料に対するゲッター処理が重要であるが、前記米国特許出願09/965,759号明細書に記載されているように、伝統的なゲッター技術には限界があり、特に水素ゲッターが設けられることができる表面が制限される。
アルミニウムフレームの鋳造および誘電体挿入物のモールドはコストを減少できることが示唆されている。しかしながら、そのような構造は本発明の概念よりも著しく高価になると考えられる。さらに、全金属製のフレームはフレームと送信／受信モジュールのその他の部品との境界部分においてフレームに圧縮力を与えない。それはこのような送信／受信モジュールに対して有効な接地を行うためには、非常に正確な製造公差で、エラーに対する実質的な余裕がないことが必要であることを意味している。
本発明は、電磁スペクトルの予め定められた範囲の部分の電磁放射を送信および受信するように構成された送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールのための新しい、有用な相互接続フレームを提供する。
本発明の相互接続フレームは３次元送信／受信モジュールで特に有用であり、低いコストの構造に設計され、このような相互接続フレームの有効な設計と関連して上述したような形式の装置を提供する。
本発明によれば、相互接続フレームは、合成樹脂誘電体材料により単一部材（例えばモールド物体）として形成された少なくとも１つのフレーム部品を備えている。そのフレーム部品は複数の電気コネクタを支持するように構成され、フレーム構造が送信／受信モジュール中に設置されたとき接地接続およびＥＭＩ電磁遮蔽を行うように構成され薄膜被覆を備えている。誘電体材料の選択は、誘電定数と誘電体損失角度を選択することにより種々の高周波（ＲＦ）応用に対して調整されることができる。
薄膜被覆は前記米国特許出願09/965,759号明細書の記載にしたがって形成されることが好ましい。この特許文献は参考文献とされる。この薄膜被覆は、
（ｉ）接地接続およびＥＭＩ遮蔽を行うための金属（例えば、アルミニウム）層と、
(ii)金属層とフレーム部品との間の薄い材料（例えばチタニウム）接着層と、
(iii) 送信／受信モジュールの高性能ＧａＡｓ装置を汚染する水素を吸収するためのゲッター層（例えば、予め定められた厚さのチタニウム層）と、および
(iv)ゲッター層の酸化を阻止しながら、水素がゲッター層に通過することができるようにゲッター層の上部に設けられたパラジウム層とを含んでいる。
本発明によれば、フレーム部品が送信／受信モジュールの部品と境界を接しているとき、フレーム部品がある圧縮性の範囲で有効な接地接続を送信／受信モジュールに与えるような圧縮性を有するフレーム部品が合成樹脂誘電体材料によって提供される。
本発明の好ましい実施形態によれば、フレーム構造は１対のフレーム部品を有し、そのそれぞれは上述の構造および形状を有し、それぞれ複数の電気コネクタの各部分を支持するように構成されている。
本発明のその他の特徴は添付図面を参照にした以下の詳細な説明により明らかにされるであろう。
上述したように、本発明は、電磁スペクトルの予め定められた範囲の部分の電磁放射を送受信する送信／受信モジュールに対する相互接続フレームを提供する。本発明の原理を以下ＲＦ信号を送受信するように構成された送信／受信モジュールに対する一般的な構成と関連して説明する。しかしながら、その説明から、本発明が当業者に明白な種々の形式の送信／受信モジュールにどのように適用するかは明らかであろう。
図１は本発明の原理による相互接続フレームを有する３次元（３Ｄ）送信／受信モジュール100 の基本的構成要素を示している。送信／受信モジュール100 は１対の送信／受信回路部品102 , 104 およびそれらの送信／受信回路部品の間に配置された相互接続フレーム106 を備えている。各送信／受信回路部品102 , 104 は例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ）半導体によるモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であることができる。相互接続フレーム106 は本発明の原理にしたがって形成され、送信／受信回路部品102 , 104 を相互接続している複数の電気コネクタ112 を備えている。３Ｄタイル送信／受信モジュールでは、付加的な回路部品およびそれらの回路部品を相互接続している付加的な電気コネクタを備えていてもよく、あるいは当業者に明らかなモジュールのための入力／出力（Ｉ／Ｏ）接続を設けることもできるい。
相互接続フレーム106 は１対のフレーム部品108, 110（図２，３，５も参照）により形成され、そのそれぞれは合成樹脂材料の単一部材（例えばモールド物品）として形成されている。好ましくは各フレーム部品は登録商標ＶＥＣＴＲＡ（ニューヨークのCelanse 社の登録商標）で販売されている合成樹脂材料で注入モールドされ、その樹脂は種々の高性能プラスティック応用に対して注入モールド、押出し成形、熱変形、および機械加工することができる。ここに示された実施形態では、モールドされた材料は特定のＲＦ応用に基づいて誘電体定数および損失タンジェント角に対して選択されることができる。このフレーム部品は金属フレーム部品よりも軽量であり、金属フレーム部品を製作するのに比較して廉価である。さらに、フレーム部品を単一部材構造として形成することによって、送信／受信タイルモジュールに対する相互接続フレームを形成するために必要とされる部品の数は、そのようなモジュールを金属相互接続フレームを形成するために必要な部品の数に比較して少なくすることができる。
フレーム部品108, 110がそれぞれ複数の電気コネクタ112 を支持するように構成され、それらの電気コネクタ112 は送信／受信回路部品102, 104間に延在している（図２および５参照）。各フレーム部品108, 110は複数の孔111 を有し（図２，３，５参照）、それらの孔はそれぞれ円筒形であることが好ましく、そのそれぞれは単一の電気コネクタ112 のそれぞれの部分を支持するように構成されている。１対のフレーム部品108, 110が複数の電気コネクタ112 を支持するとき、それらの電気コネクタは１対のフレーム部品を通って延在し、送信／受信回路部品102, 104のそれぞれの部分と結合している。ポゴピンおよびファズボタンとして技術的に知られているコンプライアントな導電接続の概念は、電気導体と送信／受信回路部品との間のコンプライアントな接続を行うために使用される。
本発明による相互接続フレームを有する送信／受信タイルモジュールでは、フレーム部品の各部分は、各送信／受信モジュール中にフレーム部品が含まれるとき、各送信／受信モジュールの部品の一部と境界を接するように構成されている。図１および５に示されているように、フレーム部品は送信／受信モジュールの部分と有効にコンタクトするように設計され、それらのコンタクトの１つの目的はは送信／受信モジュール回路部品に対する有効な接地接続を与えることである。合成樹脂誘電体材料は、送信／受信タイルモジュールの回路部品による有効な接地接続が５乃至７ミルまでの平坦さの偏差を有するフレーム部品について行うことができるように各フレーム部品にある範囲の圧縮性を与える。このような圧縮性はフレーム部品がその圧縮性の範囲で良好な接地接続をモジュールに与えることを可能にする。
各フレーム部品108, 110は、フレーム構造が送信／受信タイルモジュールに含まれるとき、接地接続およびＥＭＩ遮蔽を行うように構成された薄膜被覆114 を有している（図４および５）。このＥＭＩ遮蔽は単一のモジュール内の多数のチャンネル間および単一チャンネル内の送信および受信路間に設けられる。薄膜被覆114 は参考文献とされている前記米国特許出願09/965,759号明細書の記載にしたがって形成されることが好ましい。薄膜被覆114 は図４に概略的に示されており、
（ｉ）接地接続およびＥＭＩ遮蔽を行うための金属層116 （例えば、アルミニウムまたは銅で形成される）と、
(ii)金属層116 をフレーム部品108, 110に結合するための薄い接続（接着）材料層118 （例えば２０ｎｍの厚さのチタニウム層）と、
(iii) 送信／受信モジュールの高性能のＧａＡｓ装置を汚染する可能性のある材料（例えば水素）を吸収するためのゲッター層120 （例えば、約４０乃至８０マイクロインチの厚さのチタニウムゲッター層）と、および
(iv)ゲッター層120 の上に設けられたパラジウム層122 （約８マイクロインチの厚さ）とを含んでいる。パラジウム層はゲッター層120 の酸化を阻止しながら、水素がゲッター層に通過することを可能にしている。
薄膜の水素ゲッター／ＥＭＩ遮蔽は図４に示されるように真空付着された多層薄膜で構成されている。ＥＭＩ薄膜は薄い（例えば２０ｎｍまたは１００乃至２５０オングストロームの厚さ）Ｔｉ接着層118 と、それに続く１００乃至２００マイクロインチの厚さのアルミニウム（Ａｌ）（または銅）の層116 とにより構成され、それは電磁波の伝搬に対して５乃至６スキン深さを与える。ゲッター層120 は４０乃至８０マイクロインチの厚さのチタニウム（Ｔｉ）層とそれを覆う８マイクロインチの厚さのパラジウム（Ｐｄ）層122 とから構成されている。全ての層は約１０-6トルの真空中で同じ処理を行うことによって付着される。薄膜は特に誘電体材料で形成され、ＧａＡｓ装置を含むマイクロ電子モジュールで使用されるように設計されたフレーム部品で有効である。交互の薄膜構造は高導電度のＡｌ薄膜が無電気メッキ金属により置換された構成である。この場合にはＴｉ接着層は除去される。続いてゲッターおよびパラジウムの薄膜が前述の真空蒸着処理を使用して付着される。
前述の薄膜被覆を備えた相互接続フレームによれば、５００度よりも低い温度に対してはチタニウムの水素の吸収がないことが予測される。さらにポンプによる排気速度はゲッターの表面積に比例しており、ヘリウムおよび窒素の存在はゲッターによる水素の吸収を妨害せず、水素のポンプによる排気速度は温度と共に増加して、前述の全ての特徴は相互接続フレームに対する薄膜被覆において有効である。さらに、前述のフレーム構造によって相互接続フレームの価格は全て金属の結合されたフレームに比較して著しく減少されることができる。最後に、前述の説明から認められるように、相互接続フレームは全て金属のフレームに比較して比較的部品数が少なく、それは高性能の送信／受信モジュールに対する高度に正確なフレームの構造における重要なファクターである。
さらに、前述の薄膜は以下のような特徴を提供し、それは高性能の送信／受信タイルモジュール環境に対して設計された相互接続フレームで有用である。すなわち、
（ｉ）ポンプによる高い水素排気速度（２３度Ｃで０．１５ｃｃ／ｃｍ2 ）、
(ii)１トルの水素圧力が毎秒２×１０-4標準ｃｃであるときの薄膜ゲッターの水素除去速度、それは密封されたパッケージ中の最悪の場合の水素放出速度の１０００倍である。 (iii) 水素容量はチタニウムのミリグラム当たり１３５トルｃｃであり、それは送信／受信モジュールの寿命期間にわたってＨ2 の約７５トルｃｃを吸収することだけが必要であるために高い値である。
(iv)水素のポンプ排気速度は０度Ｃに低下した温度に対して比較的高い値にとどまっている（０度Ｃにおけるポンプ排気速度は室温における値の約３０％である）。
（ｖ）送信／受信モジュールに対して接地接続を与え、同時に誘電体パッケージ材料で使用するためのＥＭＩ遮蔽を行うための高い導電度のサブ層薄膜または金属付着により５乃至６スキン深さが容易に得られて低抵抗の電磁波の伝搬が可能にされる。
以上の説明から認められるように、本発明はタイルモジュールに対するコスト的に有効な３次元相互接続を提供し、それは高い信頼性のＧａＡｓベースの送信／受信モジュールに対して水素のない環境を提供する。以上の説明に留意することによって当業者にはその他の変形および開発が存在することは明白である。
本発明の原理による相互接続フレームを３Ｄ送信／受信モジュールの一部の概略断面図。 本発明の原理による相互接続フレームを形成する幾つかの部品の分解図。 本発明による薄膜被覆を備えているフレーム部品の３次元の概略的な構造の斜視図。 本発明の相互接続フレーム上の薄膜被覆の概略図。 フレームにより支持された複数の電気コネクタを有する本発明による相互接続フレームの一部の概略図。

Claims (10)

  1. 送信／受信モジュール(100) 内に配置され、電磁スペクトルの予め定められた部分の電磁放射を送信および受信するように構成された２個の送信／受信回路部品(102, 104) を接続するように構成されたフレーム構造(106) において、
    合成樹脂誘電体材料によって単一部材として形成された少なくとも１つのフレーム部品(108, 110)と、
    前記フレーム部品(108, 110)の選択された部分上に設けられた薄膜被覆(114) とを具備し、
    前記フレーム部品(108, 110)は前記２個の送信／受信回路部品(102, 104) 間の電気接続を行う複数の電気コネクタ(112) を支持し、前記２個の送信／受信回路部品(102, 104)間の間隔を維持するように構成され、
    前記薄膜被覆(114) は前記２個の送信／受信回路部品(102, 104) 間に配置され、フレーム構造(106) が送信／受信モジュール(100) 中に設置されるとき接地平面を構成して電磁遮蔽を行うように構成され、
    前記薄膜被覆(114) はさらに前記送信／受信回路部品(102, 104)を汚染する可能性のある材料に対するゲッター(120) を備えているフレーム構造(106) 。
  2. 前記薄膜被覆(114) は接地平面を構成し、電磁遮蔽を行う金属層(116) を有している請求項１記載のフレーム構造(106) 。
  3. 前記金属層(116) は接続材料の薄層(118) により前記フレーム部品(108, 109)に結合されている請求項２記載のフレーム構造(106) 。
  4. 前記金属層(116) はアルミニウム層から構成され、前記接続材料の薄層はチタニウムの層から構成されている請求項３記載のフレーム構造(106) 。
  5. 前記フレーム部品(108, 109)は送信／受信モジュール(100) 中に設置されるように構成され、その送信／受信モジュール(100) はＧａＡｓ半導体材料によって構成され、前記薄膜被覆(114) は水素に対するゲッター層(120) を備えている請求項５記載のフレーム構造(106) 。
  6. 前記薄膜被覆(114) は、前記金属層(116) 上に設けられたチタニウムゲッター層(120) を備えている請求項６記載のフレーム構造(106) 。
  7. 前記薄膜被覆(114) は、前記ゲッター層(120) 上に設けられたパラジュウム層(122) を備えている請求項７記載のフレーム構造(106) 。
  8. 前記フレーム部品(108, 109)が送信／受信モジュール(100) 中に設置されるとき、前記フレーム部品(108, 109)の一部は送信／受信モジュール(100) の一部と境界を接するように構成され、前記送信／受信モジュール(100) の一部と境界を接しているフレーム部品の部分に圧縮性を与えて、フレーム部品(108, 109)の合成樹脂誘電体材料の圧縮性により前記フレーム部品(108, 109)と送信／受信モジュール(100) との有効な接地接続が行われるように構成されている請求項１記載のフレーム構造(106) 。
  9. １対の前記フレーム部品(108, 110)を具備し、それらフレーム部品のそれぞれは複数の電気コネクタ(112) のそれぞれの部分を支持するように構成されている請求項８記載のフレーム構造(106) 。
  10. １対の送信／受信回路部品(102, 104)と、それらの送信／受信回路部品(102, 104)の間に配置された請求項１乃至９のいずれか１項記載のフレーム構造(106) とを具備している請求項９記載のタイル送信／受信モジュール。
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