JP6311822B2 - High frequency module - Google Patents
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Description
この発明は、高周波モジュールに関するものである。 The present invention relates to a high frequency module.
従来、樹脂基材の一方面に半導体素子を実装し、樹脂基材の他方面をスティフナに載せて、アルミニウム製の導波管アダプタを介し、樹脂基材の一方面をアンテナモジュールに接続した高周波モジュールが知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a semiconductor element is mounted on one side of a resin base, the other side of the resin base is placed on a stiffener, and one side of the resin base is connected to an antenna module via an aluminum waveguide adapter. Modules are known (see, for example, Patent Document 1).
また、ミキサ、発振器等の半導体素子が実装されたRF基板をRFシャーシの一方面に面接続し、RFシャーシの他方面をアンテナシャーシおよびアンテナ基板に面接続したレーダ装置用の高周波モジュールがある(例えば特許文献2参照)。 Further, there is a high-frequency module for a radar apparatus in which an RF substrate on which semiconductor elements such as a mixer and an oscillator are mounted is surface-connected to one surface of the RF chassis, and the other surface of the RF chassis is surface-connected to the antenna chassis and the antenna substrate ( For example, see Patent Document 2).
従来の高周波モジュールは、半導体素子の実装された樹脂基板(樹脂基材またはRF基板からなる基板)をアンテナに接続するため、樹脂基板とアンテナの間に、樹脂基板およびアンテナとは別体となる金属製の導波管アダプタまたはRFシャーシ等の金属板を配置していた。この種の金属板は、アルミダイカスト、切削加工等により金属を機械加工した金属加工部品から形成される。一般に、この種の金属板は部品価格が高価になるので、それに応じて高周波モジュールの部品価格も高くなるという問題があった。 Since the conventional high-frequency module connects a resin substrate (a substrate made of a resin base material or an RF substrate) on which a semiconductor element is mounted to an antenna, the resin substrate and the antenna are separated from each other between the resin substrate and the antenna. A metal plate such as a metal waveguide adapter or an RF chassis has been disposed. This type of metal plate is formed from a metal processed part obtained by machining a metal by aluminum die casting, cutting or the like. In general, this type of metal plate has a high component price, and accordingly, there is a problem that the component price of the high-frequency module increases accordingly.
また、金属板と樹脂基板の接合面に隙間を生じると、金属板に形成された導波管から電波が漏洩する。この電波の漏洩を防ぐように、樹脂基板の表面に実装される半導体素子および複数の導波管を覆う電磁遮蔽空間を形成し、当該電磁遮蔽空間の外壁にて金属板を樹脂基板の接合面に密着させる。このためには、樹脂基板の裏面から樹脂基板を金属板に押し当てるためのゴム部材、ねじ、接着剤等の特別な機構を設ける必要があり、特別な機構を設けることで部品価格がさらに高くなるという問題があった。加えて、特許文献2に記載の高周波モジュールは、金属板の上面にアンテナ基板を取り付けるとともに、金属板の裏面に樹脂基板を取り付ける構造となっている。ここで所要利得のアンテナを得るようにアンテナ基板の外形寸法が大きくなることから、アンテナ基板に応じて金属板の外形寸法が大きくなる。金属板の外形部分はねじで固定し、半導体素子を収納する電磁遮蔽空間の外壁は樹脂基板との接合面をゴム部材により押圧して、金属板と樹脂基板を密着する。このとき、ねじ固定される金属板の外形寸法が半導体素子を収納する電磁遮蔽空間の外壁の寸法よりも大きく、かつ電磁遮蔽空間の外壁がゴム部材で押圧されることから、電磁遮蔽空間の外壁と樹脂基板との接合面の密着力が弱くなり、電波漏洩を抑える性能が劣化し、延いては高周波モジュールの電気特性が劣化するという問題があった。
Further, when a gap is generated in the joint surface between the metal plate and the resin substrate, radio waves leak from the waveguide formed on the metal plate. In order to prevent leakage of the radio wave, an electromagnetic shielding space is formed to cover the semiconductor element and the plurality of waveguides mounted on the surface of the resin substrate, and the metal plate is bonded to the resin substrate on the outer wall of the electromagnetic shielding space. Adhere to. For this purpose, it is necessary to provide a special mechanism such as a rubber member, a screw, and an adhesive for pressing the resin substrate against the metal plate from the back side of the resin substrate. There was a problem of becoming. In addition, the high-frequency module described in
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、半導体素子を収納する電磁遮蔽空間が形成された別体の金属板を、樹脂基板に実装された半導体素子とアンテナとの間に挟み込まない構造で、高周波モジュールを構成することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and a separate metal plate in which an electromagnetic shielding space for housing a semiconductor element is formed is sandwiched between a semiconductor element mounted on a resin substrate and an antenna. The object is to construct a high-frequency module with no structure.
この発明による高周波モジュールは、半導体素子と、上記半導体素子が裏面に接合され、上記半導体素子の対向する接地導体が形成されるとともに、内層に導波管が形成されて、裏面にマイクロストリップ線路と当該マイクロストリップ線路と当該導波管の間で信号接続を行う変換器が設けられた樹脂基板と、上記樹脂基板の表面に接合され、複数配列されたアンテナ素子と、当該アンテナ素子に接続されたマイクロストリップ線路と、当該マイクロストリップ線路と上記樹脂基板の導波管の間で信号接続を行う変換器とを有したアンテナ基板と、複数の導電性接合部材により上記樹脂基板の裏面に接合されて、上記樹脂基板とともに上記半導体素子を収納し、上記樹脂基板の裏面と対向する表面に接地導体が形成された樹脂製の誘電体からなるカバー基板と、を備え、上記樹脂基板の導波管は、上記樹脂基板の変換器と上記アンテナ基板の変換器との間を垂直に接続するように配置され、上記樹脂基板の接地導体と上記カバー基板の接地導体と上記複数の導電性接合部材により、グランド面で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成され、上記半導体素子は、上記電磁遮蔽空間に収納される。 The high-frequency module according to the present invention includes a semiconductor element, the semiconductor element is bonded to the back surface, a ground conductor facing the semiconductor element is formed, a waveguide is formed in the inner layer, and a microstrip line is formed on the back surface. A resin substrate provided with a converter for signal connection between the microstrip line and the waveguide, a plurality of antenna elements bonded to the surface of the resin substrate, and connected to the antenna element An antenna substrate having a microstrip line, a converter for performing signal connection between the microstrip line and the waveguide of the resin substrate, and a plurality of conductive bonding members bonded to the back surface of the resin substrate. The semiconductor element is housed together with the resin substrate, and a dielectric made of resin in which a ground conductor is formed on the surface facing the back surface of the resin substrate. A resin substrate, and the waveguide of the resin substrate is arranged to vertically connect between the converter of the resin substrate and the converter of the antenna substrate, and a ground conductor of the resin substrate, An electromagnetic shielding space surrounded by a ground surface is formed by the ground conductor of the cover substrate and the plurality of conductive bonding members, and the semiconductor element is accommodated in the electromagnetic shielding space.
この発明によれば、樹脂基板に実装された半導体素子とアンテナとの間に、半導体素子を収納する電磁遮蔽空間が形成された別体の金属板を挟み込むことなく、より安価な構造で、半導体素子またはマイクロストリップ線路から生じる電波の外部漏洩を遮蔽することができる。 According to the present invention, a semiconductor with a cheaper structure without sandwiching a separate metal plate in which an electromagnetic shielding space for housing the semiconductor element is formed between the semiconductor element mounted on the resin substrate and the antenna is provided. External leakage of radio waves generated from the element or the microstrip line can be shielded.
実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1による高周波モジュールの構成を示す図であって、(a)は高周波モジュールの上面図、(b)は高周波モジュールの下面図である。図2は、実施の形態1による高周波モジュールの構成を示す図であって、(a)は高周波モジュールのAA断面図、(b)は高周波モジュールのBB断面図、(c)は高周波モジュールのCC断面図である。
1A and 1B are diagrams showing the configuration of a high-frequency module according to
図1、2において、実施の形態1の高周波モジュールは、樹脂基板1と、アンテナ基板2と、カバー基板3と、導電性接続部材50と、半導体素子からなる半導体部品6と、電子部品7を備えて構成される。アンテナ基板2は、接着剤により裏面(下面)が樹脂基板1の表面(上面)に接合される。カバー基板3は、複数の導電性接合部材50により、樹脂基板1の裏面(下面)に接合される。半導体部品6および電子部品7は、樹脂基板1の裏面(下面)に取り付けられ、当該裏面上に実装されている。導電性接続部材50は、半田バンプ、金バンプ等からなる。樹脂基板1とカバー基板3は、複数の導電性接続部材50によりバンプ接合される。
1 and 2, the high-frequency module according to the first embodiment includes a
樹脂基板1は、ガラスエポキシ樹脂、ポリィミド樹脂等の樹脂製の多層プリント配線基板からなる。樹脂基板1表面側の誘電体20の表面は接地導体27,71が形成されている。樹脂基板1裏面側の誘電体11の表面には、半導体部品6および電子部品7が接続される配線回路パターンと、接地導体52が形成されている。また、樹脂基板1の内層には、接地導体70が形成されている。半導体部品6は、ミリ波、マイクロ波等の高周波のRF(Radio Frequency)信号を処理する高周波半導体素子からなり、例えばSiGe(シリコンゲルマン)半導体により回路が形成される。半導体部品6は、受信用(RX)、送信用(TX)のチップがある。受信用の半導体部品6(RX)は、アンプ、ミキサ(周波数混合回路)等の高周波半導体素子からなる。送信用の半導体部品6(TX)は、アンプ、電力分配器、発振器等の高周波半導体素子からなる。電子部品7は、マイコン、メモリ、システムIC、ADコンバータ、DAコンバータ、コンデンサ、抵抗等から構成される。電子部品7は、FFT(高速フーリエ変換)、レーダ信号処理、電源変圧処理等を行う。樹脂基板1は、樹脂基板1の表面側の接地導体27と裏面側の誘電体11裏面の間で、内層に複数の導波管13が形成されている。すなわち、導波管13上方の開口穴はアンテナ基板2により塞がれ、導波管13下方の開口穴は誘電体11によって塞がれている。樹脂基板1の裏面側には、変換器14と、伝送線路18,19が形成されている。伝送線路18,19は、それぞれマイクロストリップ線路により構成される。伝送線路19は変換器14に接続され、また半導体部品6に接続されている。半導体部品6は、複数の導電性接続部材61を介したフリップチップ接続により、配線パターン17に接続されている。導電性接続部材61は、金バンプからなる。送信用の半導体部品6(TX)と受信用の半導体部品6(RX)の間は、伝送線路18により接続されている。樹脂基板1の接地導体52上には、複数の導電性接続部材50が配置される。導電性接続部材50が接触する接地導体52の周囲は、半田密着性の悪い半田非接合領域が形成されている。複数の導電性接続部材50は、変換器14の周囲を取り囲むように配置される。導波管13を伝送するRF信号は、変換器14に接続される。樹脂基板1表面の接地導体27と樹脂基板1内層の接地導体70と裏面の接地導体52は、導体ビア12により接続されている。
The
アンテナ基板2は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなるフッ素樹脂基板、液晶ポリマ(Liquid Crystal Polymer)基板等の誘電体20から形成される。複数のアンテナ素子21、複数の給電線路23および複数の変換器25は、アンテナ基板2の誘電体20の表面(上面)に形成されて、複数のサブアレーアンテナ26からなるアレーアンテナを構成している。サブアレーアンテナ26は、送信用に1つまたは複数チャンネル、受信用に複数チャンネル設けられている。図1は、送信用に1チャンネル、受信用に2チャンネルの給電系統を設けた例を示している。例えば、送信用のサブアレーアンテナ26からレーダの送信電波が放射される。また、2チャンネル分の受信用のサブアレーアンテナ26は、レーダから送信され、目標で反射されて返ってきた電波をそれぞれ受信し、導波管13を介して変換器14に受信信号を伝送する。変換器14に伝送された受信信号は、受信用の半導体部品6(RX)で低雑音増幅、フィルタリング、周波数混合処理等の信号処理が施された後、レーダ信号処理用の電子部品7にて検波処理され、検波された信号について測距処理、測角処理等のレーダ信号処理が行われる。複数のアンテナ素子21はそれぞれ給電線路23に接続される。給電線路23は変換器25に接続される。複数のアンテナ素子21は、給電線路23を介して変換器25に接続される。給電線路23は、マイクロストリップ線路により構成される。変換器25は送信用のチャンネル数分、および受信用のチャンネル数分だけ設けられている。変換器25は、給電端子24と、シールド板22から構成される。給電端子24は、給電線路23の末端に形成される。シールド板22は、凹形状の切れ込みが形成された導体板で形成される。給電端子24は、シールド板22の切れ込みの内側に非接触で配置され、周囲がシールド板22の導電面に囲まれる。給電端子24は、シールド板22の切れ込みを介して導波管13に電磁気的に結合する。これにより、導波管13は、樹脂基板1裏面の変換器14とアンテナ基板2表面の変換器25との間を、基板面(樹脂基板1の表面または裏面)に垂直に接続する。すなわち、導波管13を介して、変換器14と変換器25の間でRF信号が伝送される。アンテナ基板2表面の接地導体22と裏面の接地導体27は、導体ビア28により接続されている。
The
カバー基板3は、ガラスエポキシ樹脂、ポリィミド樹脂等の樹脂製の誘電体30から構成される。カバー基板3の誘電体30の表面は、接地導体32が形成されている。カバー基板3の誘電体30の裏面は、接地導体31が形成されている。カバー基板3表面の接地導体32と裏面の接地導体31は、導体ビア33により接続されている。複数の導電性接続部材50を介して樹脂基板1の裏面(下面)にカバー基板3の表面(上面)を接続することで、樹脂基板1とカバー基板3と複数の導電性接続部材50により、グランド面で取り囲まれた電磁遮蔽空間100が形成される。これによって、樹脂基板1とカバー基板3の間で、グランド面で囲まれた電磁遮蔽空間100の中に、半導体部品6を収納することができるので、半導体部品6から生じる電波の外部漏洩を遮蔽することができる。
The
また、複数の導電性接続部材50は、送信用の半導体部品6(TX)と受信用の半導体部品6(RX)の間に配列されることで、送信用の半導体部品6(TX)と受信用の半導体部品6(RX)の間の電磁干渉を防ぐことができる。このとき、一部の2つの導電性接続部材50(導電性接続部材501,導電性接続部材502)は、それらの間に、送信用の半導体部品6(TX)と受信用の半導体部品6(RX)の間を接続する伝送線路18を配置している。この導電性接続部材501と導電性接続部材502の距離は、伝送線路18におけるRF信号の信号伝搬波長λの4分の1よりも小さくなっている。
In addition, the plurality of
このようにして、図1、図2に示す高周波モジュールは、樹脂基板1に実装された半導体素子とアンテナ基板2の間に、樹脂基板1およびアンテナ基板2とは別体の金属板を設けることなく、半導体素子を電磁遮蔽空間100内に収納することができる。このため部品価格の高価な別体の金属板がないので、特許文献1、2に示す従来の高周波モジュールに比べて、高周波モジュール全体の部品価格をより安くすることができる。加えて、樹脂基板1とカバー基板3のバンプ接合により半導体素子を取り囲む電磁遮蔽空間が形成されるので、当該接合面の密着力が強固になり、接合面からの電波漏洩を抑えることができるので、高周波モジュールの電気特性劣化を防止することができる。
As described above, in the high-frequency module shown in FIGS. 1 and 2, a metal plate separate from the
なお、カバー基板は、金属を機械加工して形成した金属板で構成しても良い。
図3は、金属素材で形成したカバー基板301を樹脂基板1に接合した他の態様の構成例を示す図である。図3において、カバー基板301は、樹脂基板と線膨張係数差の小さい金属素材により形成される。カバー基板301は、半田密着性を良くした半田接合部302が形成されている。隣接する半田接合部302の間には、溝もしくは半田密着性の悪い半田非接合領域が形成されている。カバー基板301の半田接合部302は導電性接続部材50に接続されて、導電性接続部材50を介して樹脂基板1に接合される。カバー基板301と複数の導電性接続部材50と樹脂基板1の接地導体70によって、半導体部品6を取り囲む電磁遮蔽空間105が形成される。これによって、図1、図2に示したカバー基板3と同様に、樹脂基板1およびアンテナ基板2とは別体の金属板を設けることなく、半導体部品6を電磁遮蔽空間105内に収納することができる。
The cover substrate may be composed of a metal plate formed by machining a metal.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of another aspect in which a
図4は、金属で形成したカバー基板310を樹脂基板1に接合した他の態様の別の構成例を示す図である。図4において、カバー基板310は、板金加工、押出し成型、または切削加工、アルミダイカスト等により構成された金属ケースをなし、例えば一面に開口を有した六面体から構成される。カバー基板310は、半導体部品6を収納する電磁遮蔽空間110の一部を形成する外壁を有している。カバー基板310と樹脂基板1の接地導体70によって、半導体部品6を取り囲む電磁遮蔽空間105が形成される。カバー基板310は、半田接合により、樹脂基板1の接地導体52に接合される。これによって、図1、図2に示したカバー基板3と同様に、樹脂基板1およびアンテナ基板2とは別体の金属板を、樹脂基板1とびアンテナ基板2の間に挿入することなく、半導体部品6を電磁遮蔽空間105内に収納することができる。また、特許文献2に示したRFシャーシに比べて、カバー基板310をより小型な金属ケースで構成することができる。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of another aspect in which the cover substrate 310 formed of metal is bonded to the
以上説明した通り、実施の形態1による高周波モジュールは、半導体素子(半導体部品6)と、複数配列されたアンテナ素子21と、当該アンテナ素子21に接続されたマイクロストリップ線路(伝送線路23)と、当該マイクロストリップ線路(伝送線路23)と導波管13の間で信号接続を行う変換器25とを有したアンテナ基板2と、上記アンテナ基板2が表面に接合され、上記半導体素子(半導体部品6)が裏面に接合されるとともに、内層に導波管13が形成されて、裏面にマイクロストリップ線路(伝送線路23)と当該マイクロストリップ線路(伝送線路23)と導波管13の間で信号接続を行う変換器14が設けられた樹脂基板1と、上記樹脂基板1の裏面に接合され、上記樹脂基板1とともに上記半導体素子(半導体部品6)を収納するカバー基板3と、を備え、上記樹脂基板1の導波管13は、上記樹脂基板1の変換器14と上記アンテナ基板2の変換器25との間を、基板面に垂直に接続するように配置されたことを特徴とする。
As described above, the high-frequency module according to
これによって、半導体素子を収納する電磁遮蔽空間が形成された別体の金属板を、樹脂基板に実装された半導体素子とアンテナとの間に挟み込まないより安価な構造で、半導体素子またはマイクロストリップ線路から生じる電波の外部漏洩を遮蔽することができる。また、半導体素子が樹脂基板1の裏面に実装され、カバー基板3に実装されないことから、カバー基板3の配線回路パターンをより簡易にかつ安価に構成することができる。
As a result, a separate metal plate in which an electromagnetic shielding space for housing a semiconductor element is formed is a less expensive structure that does not sandwich the semiconductor element mounted on the resin substrate and the antenna, and the semiconductor element or microstrip line It is possible to shield the external leakage of radio waves generated from the. Further, since the semiconductor element is mounted on the back surface of the
また、カバー基板は、複数の導電性接合部材50により上記樹脂基板1の裏面に接合されても良い。
Further, the cover substrate may be bonded to the back surface of the
また、カバー基板は、金属素材により形成されたカバー基板301、310により構成されても良い。
Further, the cover substrate may be constituted by
1 樹脂基板、2 アンテナ基板、3 カバー基板、6 半導体部品、7 電気部品、13 導波管、14 変換器、23 伝送線路、25 変換器、50 導電性接続部材、61 導電性接続部材、301 カバー基板、310 カバー基板。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記半導体素子が裏面に接合され、上記半導体素子に対向する内層の接地導体が形成されるとともに、内層に導波管が形成されて、裏面にマイクロストリップ線路と当該マイクロストリップ線路と当該導波管の間で信号接続を行う変換器と裏面の接地導体が設けられた樹脂基板と、
上記樹脂基板の表面に接合され、複数配列されたアンテナ素子と、当該アンテナ素子に接続されたマイクロストリップ線路と、当該マイクロストリップ線路と上記樹脂基板の導波管の間で信号接続を行う変換器とを有したアンテナ基板と、
複数の導電性接合部材により上記樹脂基板の裏面の接地導体に接合されて、上記樹脂基板とともに上記半導体素子を収納し、上記樹脂基板の裏面と対向する表面に接地導体が形成された樹脂製の誘電体からなるカバー基板と、
を備え、
上記樹脂基板の導波管は、上記樹脂基板の変換器と上記アンテナ基板の変換器との間を垂直に接続するように配置され、
上記樹脂基板の裏面の接地導体及び内層の接地導体と上記カバー基板の接地導体と上記複数の導電性接合部材により、グランド面で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成され、
上記半導体素子は、上記電磁遮蔽空間に収納される高周波モジュール。 A semiconductor element;
The semiconductor element is bonded to the back surface, an inner-layer ground conductor facing the semiconductor element is formed, and a waveguide is formed in the inner layer. A microstrip line, the microstrip line, and the waveguide are formed on the back surface. A resin substrate provided with a converter for performing signal connection between and a ground conductor on the back surface ;
A plurality of arrayed antenna elements joined to the surface of the resin substrate, a microstrip line connected to the antenna element, and a converter for performing signal connection between the microstrip line and the waveguide of the resin substrate An antenna substrate having
A resin-made member bonded to a ground conductor on the back surface of the resin substrate by a plurality of conductive bonding members, housing the semiconductor element together with the resin substrate, and having a ground conductor formed on a surface facing the back surface of the resin substrate. A cover substrate made of a dielectric;
With
The resin substrate waveguide is arranged to connect vertically between the resin substrate converter and the antenna substrate converter,
An electromagnetic shielding space surrounded by a ground surface is formed by the ground conductor on the back surface of the resin substrate and the ground conductor of the inner layer, the ground conductor of the cover substrate, and the plurality of conductive bonding members,
The semiconductor element is a high frequency module housed in the electromagnetic shielding space.
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