JP5950586B2

JP5950586B2 - 高周波モジュール

Info

Publication number: JP5950586B2
Application number: JP2012013718A
Authority: JP
Inventors: 直也瀧見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2013152886A

Description

本発明は、配線部材に形成された高周波導線に接続導線が電気的に接続されて構成される高周波モジュールに関する。

通信装置やレーダ装置などに用いられる高周波モジュールとして、誘電体基板に形成された高周波導線に同軸コネクタの芯線が電気的に接続されて構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の高周波モジュールでは、同軸コネクタの芯線の軸径とほぼ等しい形状の溝または穴が形成された導体ブロックが高周波導線に接続され、この導体ブロックの溝または穴に同軸コネクタの芯線が挿入されて、高周波導線と同軸コネクタの芯線が電気的に接続されている。特許文献１に記載の高周波モジュールでは、高周波導線と同軸コネクタの芯線が最短距離で接続されるので良好な反射特性が得られるとともに、同軸コネクタの芯線が導体ブロックに対して軸方向に移動することができるので簡易な構成で熱膨張や歪みによって接続部位にストレスがかかるのを抑制することができる。

特開２００８−６００４２号公報

近年、こうした高周波モジュールでは、複雑、多様な機能が求められ、高周波導線が形成される配線部材や同軸ケーブルなどの被接続部材が複雑化、大型化している。そして、限られたスペース内で高周波導体に被接続部材の接続導線が接続されるため、熱膨張や歪みによって、高周波導線と接続導線の接続部位に、接続導線の軸方向のストレスだけでなく接続導線の軸方向とは垂直な方向にストレスがかかってしまう場合がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で高周波導線と接続導線の接続部位に接続導線の軸方向及びその垂直な方向にストレスがかかるのを抑制できる高周波モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高周波モジュールは、配線部材に形成された高周波導線に接続導線が電気的に接続されて構成される高周波モジュールである。この高周波モジュールは、高さが接続導線の高さとほぼ等しく幅が接続導線の幅より所定の移動許容長さだけ大きい挿入部が形成され、高周波導線に固着される接続部材を備える。この高周波モジュールでは、接続導線と接続部材とが同一の素材からなる。この高周波モジュールでは、接続導線が接続部材の挿入部に挿入されて高周波導線と接続導線が電気的に接続されている。

本発明によれば、簡易な構成で高周波導線と接続導線の接続部位に接続導線の軸方向及びその垂直な方向にストレスがかかるのを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る高周波モジュールの構成を示す平面図である。実施の形態１に係る高周波導線の接続部分を拡大して示す図である。実施の形態１に係る接続部材を示す斜視図である。実施の形態１に係る高周波導線の接続部分を示す模式図である。実施の形態１に係る高周波導線の接続部分の断面を示す断面図である。実施の形態１に係る接続部材の他の例を示す斜視図である。実施の形態２に係る接続部材を示す斜視図である。実施の形態２に係る接続部材の他の例を拡大して示す斜視図である。第１の変形例の接続部材を示す斜視図である。第２の変形例の接続部材を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る高周波モジュール２０は、例えば通信装置やレーダ装置などの一部として構成されている。高周波モジュール２０は、図１に示すように、ベース体２２上に複数の配線部２４ａ、２４ｂが設けられ、この複数の配線部２４ａ、２４ｂにおける高周波導線２６ａ、２６ｂ同士が接続導線２８と接続部材３０とによって電気的に接続されて構成されている。なお、図１では、配線部２４ａ、２４ｂについて、接続導線２８と接続部材３０によって電気的に接続される付近の高周波導線２６ａ、２６ｂのみを図示しており、その他の配線などについては本発明の中核をなさないため、図示を省略している。

ベース体２２は、例えば線膨張係数が比較的大きいアルミニウム（線膨張係数２４ｐｐｍ／℃）からなる。ベース体２２上には、複数の配線部２４ａ、２４ｂやその他の図示しない部品などが接着やはんだ付け、ビス止めなどで固着されている。一例として、この実施の形態では、図２に示すように、ベース体２２上に固着材（接着剤やはんだ材など）２３を介して２つの配線部２４ａ、２４ｂが固着されている。

配線部２４ａ、２４ｂは、この実施の形態では、図１に示すように、それぞれの一辺の端近傍が互いに対向するようにベース体２２上に配置されている。配線部２４ａ、２４ｂは、例えば、アルミナ・セラミックスの積層パッケージ（７〜９ｐｐｍ／℃）、銅モリブデン（９〜１１ｐｐｍ／℃）、コバール（４〜５ｐｐｍ／℃）などのメタルウォールパッケージや、ＦＲ−４、ＢＴレジン（１４〜１６ｐｐｍ／℃）といった有機基板などで構成されており、ベース体２２と比較して線膨張係数が小さく構成されている。配線部２４ａ、２４ｂのそれぞれには、高周波導線２６ａ、２６ｂがパターン形成されている。

高周波導線２６ａ、２６ｂのそれぞれは、高周波モジュール２０における高周波回路の一部を構成し、ミリ波帯やマイクロ波帯の電気信号が流れる。高周波導線２６ａ、２６ｂは、一方の高周波導線２６ａに接続導線２８が取り付けられるとともに他方の高周波導線２６ｂに接続部材３０が取り付けられ、接続導線２８と接続部材３０を介して互いに電気的に接続される。ここで、高周波導線２６ａ、２６ｂの接続部分は、低インピーダンスとなるように、それぞれの接続端が互いに同軸に位置するように形成されることが望ましい。また、高周波導線２６ａ、２６ｂのうち接続部材３０が取り付けられる部位は、接続部材３０の大きさに合わせて幅広に形成されている。一例として、高周波導線２６ａ、２６ｂのそれぞれは、幅Ｗａが０．４ｍｍで形成されるとともに、接続部材３０が取り付けられる部位の幅Ｗｂが０．８ｍｍで形成されている。なお、接続部材３０が取り付けられる高周波導線２６ａ、２６ｂの部位は、接続部材３０より若干大きく又は若干小さく形成されてもよい。

接続導線２８は、高周波導線２６ａ、２６ｂを最短距離で電気的に接続するように設けられ、一方の高周波導線２６ａに固着されて他方の高周波導線２６ｂに向けて延出する。接続導線２８は、例えばコバールやリン青銅、ベリリウム銅などを用いることができる。一例として、接続導線２８は、機械加工やウェットエッチングで個別に製作されて金めっき等が施された直径φが０．３ｍｍ程度の丸型の導線や、幅が０．３ｍｍ、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のリボン型の導線を用いることができる。また、接続導線２８と高周波導線２６ａの固着は、例えばろう付けやはんだ付けなどを用いることができる。ただし、接続導線２８は、高周波導線２６ａに固着するものに限定されず、予め配線部２４ａに形成されているものを用いてもよい。

接続部材３０は、接続導線２８と同一の素材からなり、機械加工やウェットエッチングで個別に製作される。接続部材３０は、高周波導線２６ｂに固着可能なように、例えばニッケルや金でめっきするなどの表面処理が施されている。接続部材３０は、図３に示すように、全体として直方体状であり、接続導線２８を挿入するための凹部（挿入部）３０ａが底面に形成されている。凹部３０ａは、その高さＨｃが、接続部材３０が高周波導線２６ｂに取り付けられたときに接続部材３０と高周波導線２６ｂの隙間の高さが接続導線２８の高さと等しいかやや小さくなるように設計され、幅Ｗｃが、接続導線２８の幅より十分に大きく設計されている。なお、凹部３０ａの高さＨｃは、接続導線２８との固着によって生じる厚み（例えばろう材やはんだ材などの接着材２７の厚み）を考慮して設計することが望ましい。また、幅Ｗｃの設計については後述する。一例として、接続導線２８として直径φが０．３ｍｍ（許容精度＋０．０５ｍｍ〜−０．００ｍｍ）の丸型の導線を用いた場合には、接続部材３０の凹部３０ａの高さＨｃを０．２５ｍｍ（許容精度＋０．００ｍｍ〜−０．０５ｍｍ）、幅Ｗｃを０．６ｍｍ、凹部３０ａの外縁の厚さｔを一律に０．１ｍｍなどと設計することができる。

高周波導線２６ａ、２６ｂに接続導線２８や接続部材３０を固着するときには、まず、高周波導線２６ａ、２６ｂを橋渡しするように接続導線２８を配置し、ろう付けやはんだ付けなどによって接続導線２８を高周波導線２６ａに固着する。続いて、図４に示すように、接続部材３０の凹部３０ａに接続導線２８が位置して高周波導線２６ｂと接続導線２８が接触するように接続部材３０を高周波導線２６ｂ上に配置して固着する。高周波導線２６ｂと接続部材３０の固着としては、例えば、糸はんだを用いて手はんだ付けしたり、予め高周波導線２６ｂ上に、ペースト状のはんだをディスペンサやスクリーン印刷、めっきなどの公知の方法で予備はんだ（例えば、厚さ２０μｍ程度）を施しておいて接続部材３０の上面側から抵抗溶接機などで荷重及び熱を加えてはんだ付けすることなどが考えられる。接続部材３０は、図５に示すように、接続導線２８の先端が接続部材３０の凹部３０ａ内に位置するように配置することが好ましく、一例として、接続部材３０における接続導線２８の軸方向（延出方向）の長さＬを０．４ｍｍとし、接続導線２８が接続部材３０の内側に０．２５ｍｍ位置するように設計することができる（図５中、長さＬａ＝０．２５ｍｍ）。ただし、接続導線２８の先端が接続部材３０の凹部３０ａ内に位置するものに限定されず、接続導線２８の先端が接続部材３０の端より突出するように設計してもよい。このように高周波導線２６ａ、２６ｂに接続導線２８と接続部材３０が固着されることにより、図４及び図５に示すように、接続導線２８が高周波導線２６ｂと接続部材３０とに挟まれて接触し、高周波導線２６ａ、２６ｂが電気的に接続される。

この実施の形態の高周波モジュール２０では、一方の高周波導線２６ａに固着された接続導線２８が他方の高周波導線２６ｂと接続部材３０とに挟まれて接触し、接続導線２８と高周波導線２６ｂや接続部材３０とは固着されていない。また、接続部材３０の凹部３０ａは、幅Ｗｃが接続導線２８の幅より大きく形成されている。このため、接続導線２８は、接続部材３０に対して軸方向に移動することができるとともに、接続部材３０の凹部３０ａ内で軸方向に垂直な方向（以下、「垂直方向」ともいう）に移動することができ、簡易な構成で高周波導線２６ａ、２６ｂの接続部位に接続導線２８の軸方向及び垂直方向にストレスがかかるのを抑制することができる。つまり、接続部材３０の凹部３０ａは、接続導線２８が接続部材３０に対して垂直方向に移動する場合を考慮して、その幅Ｗｃが接続導線２８の幅より所定の移動許容長さだけ大きく形成されているのである。例えば、ベース体２２が線膨張係数２４ｐｐｍ／℃のアルミニウムで形成され、配線部２４ａ、２４ｂが線膨張係数７．０ｐｐｍ／℃のアルミナ・セラミックスで形成されているものとし、温度変化が５０℃生じて配線部２４ａ、２４ｂが互いに接続導線２８の垂直方向に１００ｍｍ離れた部位を基点に膨張収縮するものとすると、接続導線２８は、接続部材３０に対して垂直方向に０．０９５ｍｍ変位する。上述した寸法で接続部材３０が形成されている場合には、接続導線２８は接続部材３０の凹部３０ａ内で垂直方向に±０．１５ｍｍまで移動することができるので、こうした温度変化で高周波導線２６ａ、２６ｂの接続部分にストレスがかかるのを抑制することができる。接続部材３０の凹部３０ａの幅Ｗｃは、ベース体２２や配線部２４ａ、２４ｂの材質や寸法、想定される温度変化などに基づいて適宜設計すればよい。また、この実施の形態では、接続導線２８と接続部材３０が同一の材料で形成されているので、温度変化による膨張収縮などによって接続導線２８と接続部材３０とに高さ方向のストレスや隙間が生じるのも抑制できる。

また、近年、高周波モジュールでは、用いられる電気信号が高周波化しており、例えば配線部２４ａ、２４ｂの高周波導線２６ａ、２６ｂが金ワイヤなどで接続されている場合には、金ワイヤなどの余長部位によって高周波導線２６ａ、２６ｂ間の反射特性が大きく低下してしまう。これに対して、この実施の形態の高周波モジュール２０では、直線状の接続導線２８によって高周波導線２６ａ、２６ｂが最短距離で電気的に接続されているので、良好な反射特性を得ることができる。

この実施の形態では、接続部材３０には凹部３０ａが形成されており、この凹部３０ａによって生じる接続部材３０と高周波導線２６ｂとの隙間に接続導線２８が挿入されるものとしたが、図６に示すように、接続部材３０Ａを貫通して挿入孔（挿入部）３０Ａａが形成され、接続導線２８が挿入孔３０Ａａに挿入されて接続部材３０Ａが高周波導線２６ｂに固着されてもよい。この場合には、接続部材３０Ａを介して接続導線２８と高周波導線２６ｂが電気的に接続される。挿入孔３０Ａａは、高さＨｈが接続導線２８の高さとほぼ同一かやや小さく設計され、幅Ｗｈが、接続部材３０の凹部３０ａの幅Ｗｃと同様に、接続導線２８の幅より十分に大きく設計されている。一例として、接続導線２８として直径φが０．３ｍｍ（許容精度＋０．０５ｍｍ〜−０．００ｍｍ）の丸型の導線を用いた場合には、接続部材３０Ａの挿入孔３０Ａａの高さＨｈを０．３ｍｍ（許容精度＋０．００ｍｍ〜−０．０５ｍｍ）、幅Ｗｈを０．６ｍｍ、挿入孔３０Ａａの外縁の厚さｔを一律に０．１ｍｍなどと設計することができる。なお、この寸法で接続部材３０Ａを形成した場合には、一般に挿入孔３０Ａａの高さＨｈは接続導線２８の高さより小さくなる。挿入孔３０Ａａが形成された接続部材３０Ａを用いる場合、先に接続導線２８を高周波導線２６ａに固着してから挿入孔３０Ａａに接続導線２８を挿入して接続部材３０Ａを高周波導線２６ｂに固着してもよいし、先に接続部材３０Ａを高周波導線２６ｂに固着してから挿入孔３０Ａａに接続導線２８を挿入させて接続導線２８を高周波導線２６ａに固着してもよい。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る高周波モジュールの構成は、接続部材１３０を除いて実施の形態１に係る高周波モジュール２０の構成と同一である。実施の形態２に係る高周波モジュールの接続部材１３０では、実施の形態１に係る接続部材３０と同様に底面に凹部３０ａが形成され、図７に示すように、凹部３０ａの上面が肉薄に形成されるとともに、凹部３０ａの高さＨｃが接続導線２８の高さよりやや小さく形成されている。一例として、接続部材１３０の凹部３０ａの寸法を実施の形態１と同様とし、凹部３０ａの側面の厚みｔａを０．１ｍｍ、上面の厚みｔｂを０．０５ｍｍなどと設計することができる。このように凹部３０ａの上面が肉薄に形成されることによって、凹部３０ａの上面がばね性を有する。実施の形態２に係る高周波モジュールでは、凹部３０ａによって生じる接続部材１３０と高周波導線２６ｂの隙間に接続導線２８が挿入されると、接続部材１３０の上面がやや上方に撓み、接続部材１３０の復元力によって接続導線２８と接続部材１３０及び高周波導線２６ｂとの接触が好適に保持される。

また、図８の他の例の接続部材１３０Ａに示すように、接続部材１３０Ａを貫通して挿入孔３０Ａａが形成され、挿入孔３０Ａａの上面が肉薄に形成されるとともに、挿入孔３０Ａａの高さＨｈが接続導線２８の高さよりやや小さく形成されてもよい。この場合、挿入孔３０Ａａの底面はある程度肉厚に形成される方が好ましい。一例として、接続部材１３０Ａの挿入孔３０Ａａの寸法を実施の形態１の接続部材３０Ａの挿入孔３０Ａａの寸法と同様とし、挿入孔３０Ａａの側面の厚みｔｈ及び底面の厚みｔｄを０．１ｍｍ、上面の厚みｔｕを０．０５ｍｍなどと設計することができる。このように挿入孔３０Ａａの底面がある程度肉厚に形成されることによって、接続部材１３０Ａと高周波導線２６ｂの接続平面を確保することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上述した実施の形態に限定されず、種々の変形および応用が可能である。例えば、上述した実施の形態では、接続部材３０、１３０は、直方体の底面に凹部３０ａが形成された形状のものとしたが、図９の接続部材３０Ｂに示すように、接続部材３０Ｂの底面側に幅方向に延出する固着部３０ｂが形成されていてもよい。また、こうした固着部３０ｂは、挿入孔３０Ａａが形成された接続部材３０Ａ、１３０Ａに設けられてもよい。

上述した実施の形態では、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａの凹部３０ａや挿入孔３０Ａａの上面は、平面状のものとしたが、例えば図１０の接続部材３０Ｃに示すように、上面に下側に凸となる凸部３０ｃが形成されてもよい。この場合、凸部３０ｃの下端と高周波導体２６ｂ（挿入孔３０Ａａが形成されている接続部材３０Ａ、１３０Ａの場合には挿入孔３０Ａａの底面）との高さが接続導線２８の高さよりやや小さく設計される。また、この場合、接続部材３０Ｃの上面や凸部３０ｃが弾性を有するように形成されてもよい。このように接続部材３０Ｃの上面に下側に凸となる凸部３０ｃが形成されることにより、凸部３０ｃを接続導線２８に確実に接触させて接続導線２８と接続部材３０との接触を確保することができる。

上述した実施の形態では、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａの凹部３０ａや挿入孔３０Ａａは、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａを貫通して直方体状に形成されるものとしたが、例えば四隅が丸角に形成されるなど、直方体状以外の凹部３０ａや挿入孔３０Ａａが形成されてもよい。また、凹部３０ａや挿入孔３０Ａａは、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａを貫通して形成されるものに限定されず、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａを貫通していなくてもよい。また、接続部材３０、３０Ａ、１３０、１３０Ａ自体も全体として直方体状のものに限定されず、凹部３０ａや挿入孔３０Ａａが形成されていれば如何なる形状としても構わない。

２０高周波モジュール
２２ベース体
２４ａ、２４ｂ配線部
２６ａ、２６ｂ高周波導線
２８接続導線
３０、１３０接続部材
３０ａ凹部
３０Ａ、１３０Ａ接続部材
３０Ａａ挿入孔
３０Ｂ、３０Ｃ接続部材
３０ｂ固着部
３０ｃ凸部

Claims

配線部材に形成された高周波導線に接続導線が電気的に接続されて構成される高周波モジュールであって、
高さが前記接続導線の高さとほぼ等しく幅が前記接続導線の幅より所定の移動許容長さだけ大きい挿入部が形成され、前記高周波導線に固着される接続部材を備え、
前記接続導線と前記接続部材とが同一の素材からなり、
前記接続導線が前記接続部材の挿入部に挿入されて前記高周波導線と前記接続導線が電気的に接続されている、
高周波モジュール。
前記挿入部は、前記接続部材に形成された凹部であり、
前記接続導線は、前記接続部材の凹部と前記高周波導線とに接触している、
請求項１に記載の高周波モジュール。
前記挿入部は、前記接続部材に形成された孔部であり、
前記接続導線は、前記接続部材を介して前記高周波導線と電気的に接続されている、
請求項１に記載の高周波モジュール。
前記接続部材は、弾性部材からなり、前記挿入部の上面が肉薄に形成されているとともに前記挿入部の高さが前記接続導線の高さよりやや小さく形成されている、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の高周波モジュール。
前記接続部材の挿入部の上面には、下側に凸となる凸部が形成されている、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の高周波モジュール。
前記接続導線は、前記配線部材に形成された高周波導線とは異なる高周波導線に固着されている、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高周波モジュール。