JP4536467B2 - 平面回路用筐体 - Google Patents

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Description

本発明は、主にマイクロ波帯・ミリ波帯の平面回路用筐体に関し、特に平面回路基板の上方の空洞と下方の空胴とが、平面回路基板に平行な方向において実質的に同寸法であるような平面回路用筐体に関する。
図１に、従来の平面回路の筐体１００の正面断面図を示す。筐体１００の内部には、図１に示すように回路基板１２０が載置されている。回路基板１２０は、ガラスエポキシ、セラミック等の誘電体で形成される。回路基板１２０の平面形状は、通常は長方形形状であるが、円形状の場合もある。
回路基板１２０の上面、下面又は両面には、平面回路が設けられている（図示せず）。回路基板１２０上に設けられる平面回路には、マイクロ波帯や、ミリ波帯等で使用可能な、例えば高周波フィルタなどの平面回路が含まれる。平面回路は、通常、導体薄膜を用いて形成するが、高温超伝導材料で形成した薄膜等を用いて、平面回路を構成することもできる。
筐体１００は、通常、銅などの金属導体から形成され、内部に空間又は空胴（キャビティ）１８０，１８２を有する箱形の部材であり外表面を金の薄膜で覆うこともある。筐体１００の内壁には、図示のように、２段の段差部１４１が設けられている。筐体１００の下部は台座部１４２となっており、台座部１４２の下面を冷却ステージ（図示せず）に接触させて、基板を含む筐体１００全体を冷却することができる。
筐体１００の上部には、蓋部１４４が被せられている。蓋部１４４を外すことにより、回路基板１２０を筐体１００内壁の段差部１４１上に設置した後に、蓋部１４４を装着してパッケージすることができる。
図１に示すように、地導体１２６とアースとしての金属筐体１００の段差部１４１との間をボンディング１６０で導通させている。ボンディング１６０は、例えば金線（Au ワイヤ）などのような良導体で形成することができる。
このような構造を有することにより、平面回路を外部から電磁遮蔽することができる。このような構造を有する従来技術の一例としては、例えば、特開平１０‐１３１０５（特許文献１）に記載されているものを挙げることができる。
特開平１０−１３１０５号公報
上記のような従来の平面回路の筐体１００において回路基板１４０の特性を取得しようとする場合、基板上部１８０と基板下部１８２とで空胴の幅や長さが異なるので、不要な導波管伝搬モードの発生を予測することが困難になるという間題がある。
本発明は、このような従来技術の間題点に鑑みて、筐体内部の空胴が例えば直方体形状のような単純な形状となるような平面回路用筐体を提供することを目的とするものである。
そして、平面回路デバイスの特性を安定して高精度に測定あるいは利用できるようにするための、平面回路用筐体を提供することを目的とするものである。
また、極低温下における平面回路の測定あるいは利用を想定した場合に、平面回路基板と筐体との熱膨張率の差分による平面回路基板の破損への対策及び温度変化時における基板地導体・筐体間の導通手段の確保を目的とするものである。
上記の課題を達成するための本発明の一特徴に従った、平面回路を収容するための平面回路用筐体は、 平面回路基板に垂直な筐体内面のうち少なくとも一部に平面回路基板の端部を支持するための支持部を有し；
平面回路基板の上方の空洞と下方の空胴とが、平面回路基板に平行な方向において同寸法であり；
さらに、当該筐体内に収納される平面回路基板に設けた導体部分を当該筐体に電気的に接続する導通手段；及び
前記導通手段を設置する部位を前記空胴から隔離するための隔壁；
を有する； ことを特徴とする。
上記平面回路用筐体は、当該筐体が２つ以上に分割され、それらの接合面が曲面または複数の平面から構成することができる。
上記平面回路用筐体は、さらに 当該筐体内に収納される平面回路基板を弾性的に固定する固定具； を具備することができる。
上記平面回路用筐体は、 上記固定具が、導通手段として機能するように構成しても良い。
上記平面回路用筐体は、 当該筐体の下部部分が熱伝導量を向上させるための台座部となるよう構成しても良い。
上記支持部は平面回路基板を受容するために筐体内面に設けた溝として構成しても良い。
本発明の一実施例に従った平面回路用筐体によれば、筐体の内面に平面回路基板の端部を受容させ、筐体内面を単純な平面とすることにより、不要な導波管伝搬モードの発生を防止することができる。また、ボンディング等の複雑な加工を要することなく平面回路上の地導体と筐体とを導通させると同時に平面回路基板を筐体内に固定できる。
本発明の他の実施例に従った平面回路用筐体によれば、筐体を２つ以上の部品を用いて組み上げる場合の接合部を曲面あるいは複数の平面で構成することにより、外界からの電磁界の影響を遮断できかつ筐体内部のエネルギーが外界に漏出させないという効果がもたらされる。
本発明の他の実施例に従った平面回路用筐体によれば、筐体および平面回路基板の熱膨張率の差分から予め目的の極低温下で寸法が合うように設計される場合において、所望の温度に達するまでの間でも、平面回路基板を筐体内の所望の位置に固定することができる。
本発明の他の実施例に従った平面回路用筐体によれば、平面回路を極低温下で測定あるいは利用する場合において、いかなる温度においても筐体・平面回路基板上地導体間の電位差を零とする導通手段を具備し、その導通手段が熱膨張による位置・形状の変化を吸収できる。
以下、図面を参照しながら、参考例及び本発明に従った平面回路用筐体の実施例について説明する。
参考例１
図２に、参考例１に従った筐体の正面断面図を示す。
図２に示す筐体２４０は、従来技術と同様に、通常、銅などの金属導体から形成され、内部に空間又は空胴（キャビティ）２８０，２８２を有する箱形の部材であり外表面を金の薄膜で覆っても良い。図示のように、筐体２４０の内壁は段差等の凹凸がなく、溝２４１を除いて単純な平面状となっている。空胴の形状は、一般的には直方体形状であるが、円柱状でも多角柱形状でも良く、如何なる形状であっても良い。平面回路基板を支持するための支持部の一例として、筐体内面に設けた溝２４１を示す。溝２４１は、平面回路基板１２０の端部を受容して支持することができる。支持部として溝の代わりに筐体内面から突起した突起部２４１'（図７）として構成し、突起部により平面回路基板の端部を支持しても良い。突起部２４１'は、必要な長さ、幅、個数があれば良い。筐体２４０の下部は台座部２４２となっており、この部分を通じて筐体２４０全体を冷却することができる。
回路基板１２０を筐体２４０内壁に設けた溝２４１に挿着することにより、回路基板１２０を固定することができる。溝２４１が回路基板１２０に密着することにより、基板上地導体（図示せず）と筐体２４０との間の導通が確保される。
回路基板１２０は、ガラスエポキシ、セラミック等の誘電体で形成して良い。回路基板１２０の平面形状は、通常は長方形形状であるが、円形状であっても良い。回路基板１２０の上面、下面又は両面には、平面回路が設けられている（図示せず）。回路基板１２０上に設けられる平面回路には、マイクロ波帯や、ミリ波帯等で使用可能な、例えば高周波フィルタなどの平面回路が含まれる。平面回路は、通常、導体薄膜を用いて形成するが、高温超伝導材料で形成した薄膜等を用いて、平面回路を構成することもできる。
本参考例においては、回路基板上部の空胴２８０と回路基板下部の空胴２８２は、幅（図面における水平方向の長さ）が等しい。また、回路基板上部の空胴２８０と回路基板下部の空胴２８２は、長さ（図面における奥行き方向の長さ）が等しい。このように、平面回路基板の上方の空洞と下方の空胴とを、平面回路基板に平行な方向において同寸法にすることにより、キャビティの解析領域が単純な直方体となり、解析が容易になり、かつ、解析の条件が実際の測定条件にほぼ等しくなるという効果が得られる。
参考例２
参考例１の筐体２４０は、パッケージするために、従来技術と同様な単純な構造の蓋部を用いても良い。しかしながら、蓋部と筐体本体との接触面が、図１に示すように、単純な平面１４３であると、電磁波の侵入が比較的に容易であるという問題点がある。そこでこのような問題点を解決した参考例２を図３A及び図３Bに示す。
図３A及び図３Bは、参考例２に従った筐体の正面断面図である。
図３Aに示す筐体３４０は図２に示した筐体２４０とほぼ同様であるので、筐体３４０の相違点についてのみ説明する。筐体３４０は、筐体下部３４２と筐体上部３５０との２つ以上の部品を用いて筐体を組み上げている。筐体下部３４２と筐体上部３５０との接合部分は平面回路基板挿着用の溝３４１の場所にあって、図示のように、断面クランク状の１段の階段状の接合面（複数の平面の合成）になっている。本発明は１段に限らず、段数は何段あっても良い。段数が多くなると、構造は複雑になるが、電磁波侵入防止の効果が高まる。
また、図３Bに示す筐体３４０は図２に示した筐体２４０とほぼ同様であるので、図３Bの筐体３４０の相違点についてのみ説明する。筐体３４０は、筐体下部３６２と筐体上部３７０との２つ以上の部品を用いて筐体を組み上げている。筐体下部３６２と筐体上部３７０との接合部分は平面回路基板挿着用の溝３４１の場所にあって、図示のように、曲面状の接合面になっている。
これらのラビリンス的な構造により、外界からの不要な電磁波の侵入を効果的に防止し、かつ、筐体内部からのエネルギーの漏れをなくすことが可能である。
ここで、接合面は筐体のどの部位にとってもよい。また、接合面の形状についてもその面が曲面又は複数の平面であるものはすべて本発明の範囲に含まれる。
参考例３
参考例１，２の筐体２４０，３４０は、温度一定の条件下で用いるときには好適である。しかしながら、平面回路を極低温下において測定あるいは利用する場合には、平面回路基板を含めた筐体全体を冷却する必要があり、平面回路基板と筐体材料との間に熱膨張率の違いがある場合に問題がある。すなわち、筐体内部の溝２４１，３４１と回路基板１２０は、常温において間隙がなく密着しているので、筐体を冷却していくと、回路基板１２０よりも筐体の方が収縮が大きく、ついには平面回路基板を押しつぶして破損させてしまうことがある。そこでこのような問題点を解決した参考例３を図４A及び図４Bに示す。
図４A及び図４Bは、参考例３に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図である。
図４A及び図４Bに示す筐体４４０は図３Aに示した筐体３４０とほぼ同様であるので、筐体４４０の相違点についてのみ説明する。平面回路用筐体４４０は、筐体上部４５０，４７０と筐体下部４４２，４６２との接合面を平面回路基板が挿入される溝４４１の部分に設けている。溝４４１の水平方向の深さは、常温において回路基板１２０の端部との間に間隔が生じるように設計してあり、冷却時に回路基板１２０を破損しないように余裕を設けてある。平面回路基板が挿入される溝の高さは、極低温下で平面回路基板の寸法と一致するような寸法に設計する。そうすると、溝の高さは、常温においては平面回路基板よりも大きな寸法であるので、筐体内に収納される平面回路基板を確実に固定することができない。
そこで、所望の低温に下がるまでの間、平面回路基板を弾性的に固定する部材を、筐体内部に設けている。図４Aに示す参考例では、平面回路基板１２０を上面から弾性的に押圧して固定する固定具４８０を備えている。図４Ｂに示す参考例では、平面回路基板１２０を側面から弾性的に押圧して固定する固定具４９０を備えている。固定具４８０，４９０はともに複数個設けられ、図４の参考例ではそれぞれ、４個設けられている。固定具は、例えば板バネ等の弾性体であっても良いし、スプリング等を利用してバイアスをかけるタイプのものでも良い。固定具は、導電体でも良く、その場合には、ボンディングの機能を兼ねることができる。４２０は、平面回路に接続するための接続端子である。
このような構造により、筐体全体の温度が大きく変化して筐体が膨張、収縮した場合でも、平面回路基板１２０を破損させることなく平面回路を測定あるいは利用することが可能である。
ここで、筐体を構成する部品の数は２つとは限らない。また、接合面は筐体のどの部位にとってもよく、平面回路を固定する部品の数、場所、向きについてもどのようにとったものについてもすべて本発明の範囲に含まれる。
図５A及び図５Bに、本発明の実施例１に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図を示す。
平面回路を極低温下において測定あるいは利用する場合、平面回路基板１２０を含めた筐体全体を冷却して利用あるいは測定する必要があり、温度を変化させたときに熱膨張・熱収縮により筐体５４０に対する平面回路基板１２０の位置関係が変化することが考えられる。このような場合においても常に筐体５４０と平面回路基板１２０上の導体部分である地導体の導通を確実にするために、実施例１に従った平面回路用筐体５４０では、筐体５４０と平面回路基板１２０上の地導体との問に、例えばボンディングワイヤ等の導通手段５６０を設けている。
また、導通手段５６０を設置した部位５３０が遮断導波管の形状に影響を与えにくいように部位５３０を空胴５８０から隔離するために、空胴５８０と部位５３０との間に筐体材料で形成した隔壁５３２を設けている。図５Aでは、導通手段５６０を収容した部位５３０は複数個のスロット（凹部）となっている。図５Bでは、導通手段５６０を収容した部位５３０は、回路基板１２０の全周を回る連続的な溝（凹部）となっている。
このような構造により、筐体全体の温度が大きく変化した場合においても、筐体と平面回路基板上の地導体とを同電位に保って測定を行うことが可能であり、かつ、空胴の直方体形状を維持することができる。５２０は、平面回路に接続するための接続端子である。ここで、導通手段５６０を設ける場所や個数は図５に示したものには限定されない。
図６に、本発明の実施例２に従った筐体の正面断面図を示す。
実施例２は、参考例２，参考例３及び参考例４の構造を全て備えたものである。さらに、平面回路基板を極低温下で測定あるいは利用する場合を考慮し、台座部と冷却ステージとの接触面における熱伝導抵抗の問題を解決したものである。筐体台座部６４２を冷却ステージと一体形成して冷却ステージと筐体台座部との間の接触面をなくすことにより、熱伝導量を向上させている。
これにより、図２乃至図５に示した箱型の筐体よりも冷却ステージの温度変化に対してよりリニアに筐体や回路基板の温度を追従させることが可能である。
上述の実施例においては、平面回路基板の支持部として溝を用いて説明したが、本発明は溝に限定されず、例えば図７に示すように筐体内面からの突起部により平面回路基板を支持するような構成でも良く、その他いかなる形状の支持部であっても良い。
本発明に従った平面回路用筐体は、マイクロ波帯・ミリ波帯平面回路のパッケージングに用いることができ、そのパッケージされた平面回路は通信設備内において用いることができる。
従来の平面回路用筐体１００の正面断面図である。 参考例１に従った筐体の正面断面図である。 参考例２に従った筐体の正面断面図である。 参考例２に従った筐体の正面断面図である。 参考例３に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図である。 参考例３に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図である。 本発明の実施例１に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図である。 本発明の実施例１に従った筐体下部の平面図と筐体の正面断面図である。 本発明の実施例２に従った筐体の正面断面図である。 参考例１の変形例に従った筐体の正面断面図である。
２４０、３４０ 筐体
２８０，２８２ 空胴
２４１、３４１ 溝
２４１' 突起部
１２０ 平面回路基板
２４２、６４２ 台座部
３４２、３６２ 筐体下部
３５０、３７０ 筐体上部
４８０、４９０ 固定具
５６０ 導通手段
５３２ 隔壁

Claims (6)

  1. 平面回路を収容するための平面回路用筐体であって：
    平面回路基板に垂直な筐体内面のうち少なくとも一部に平面回路基板の端部を支持するための支持部を有し；
    平面回路基板の上方の空洞と下方の空胴とが、平面回路基板に平行な方向において同寸法であり；
    さらに、当該筐体内に収納される平面回路基板に設けた導体部分を当該筐体に電気的に接続する導通手段；及び
    前記導通手段を設置する部位を前記空胴から隔離するための隔壁；
    を有することを特徴とする平面回路用筐体。
  2. 請求項１に記載の平面回路用筐体であって：
    当該筐体が２つ以上に分割され、それらの接合面が曲面または複数の平面から構成される；
    ことを特徴とする平面回路用筐体。
  3. 請求項１又は２に記載の平面回路用筐体であって：さらに
    当該筐体内に収納される平面回路基板を弾性的に固定する固定具；
    を具備する平面回路用筐体。
  4. 請求項３に記載の平面回路用筐体であって：
    前記固定具が、前記導通手段として機能する；
    ことを特徴とする平面回路用筐体。
  5. 上記請求項のうちいずれかの請求項に記載の平面回路用筐体であって：
    当該筐体の下部部分が熱伝導量を向上させるための台座部となっている；
    ことを特徴とする平面回路用筐体。
  6. 上記請求項のうちいずれかの請求項に記載の平面回路用筐体であって：
    前記支持部が前記平面回路基板を受容するために筐体内面に設けた溝である；
    ことを特徴とする平面回路用筐体。
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