JPH08274513A - 複合マイクロ波回路モジュール及びその製造方法 - Google Patents

複合マイクロ波回路モジュール及びその製造方法

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JPH08274513A
JPH08274513A JP7075098A JP7509895A JPH08274513A JP H08274513 A JPH08274513 A JP H08274513A JP 7075098 A JP7075098 A JP 7075098A JP 7509895 A JP7509895 A JP 7509895A JP H08274513 A JPH08274513 A JP H08274513A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロ波回路と導波管との接続構造におい
て、導波管と基板内のアンテナパターンの上下層とのイ
ンピーダンスの整合をとるための設計の自由度を向上さ
せるとともに、誘電体材料の誘電損による電波の減衰を
減らすことにより電気的特性の優れた接続を可能とす
る。 【構成】誘電体基板１の内層に、アンテナパターン１０
と、その周囲に導電材料を充填したシールドビア２を設
けて疑似導波管構造６とし、該疑似導波管内６に空洞か
らなるホール９を多数設け、該ホールの配置密度、ホー
ルの大きさを変えることによって疑似導波管構造６の実
効誘電率を可変に出来る構造として、導波管５とのイン
ピーダンス整合がとれた接続を可能とする。また、基板
の表面グランド３と導波管５を電気的に接続するため
に、加圧型異方性導電膜１８を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合マイクロ波回路モ
ジュール及びその製造方法に関し、特に高周波信号線路
・導波管変換に適した多層誘電体基板からなる複合マイ
クロ波回路モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】複合マイクロ波回路モジュールでは、図
４、及び、図５に示すように、多層に重ね合わせた誘電
体基板の表面と裏面とに表面グランド３、裏面グランド
４が形成されており、信号伝送のために高周波信号層２
３にある高周波信号線路８が中層に形成されている。表
面グランド３と裏面グランド４を電気的に接続してシー
ルド効果をもたせるために銀、銅等の導電性材料が充填
されたシールドビア２を設けている。表面から高周波信
号層２３までを切り欠いてキャビティ１１が形成されて
おり、ここに能動素子２０や受動素子２１が実装され
る。また、これら素子を実装し、電気的調整が終了した
ならば、ちりや湿気や各素子を保護し、電気的なシール
ドをとるためにキャビティ１１にはメタルのキャップ１
２による蓋がされる。
【０００３】高周波信号線路８はストリップ線路、マイ
クロストリップ線路、コプレーナ線路等によって実現さ
れている。
【０００４】このような多層誘電体基板からなる複合マ
イクロ波回路モジュールで、高周波信号の接続に導波管
を用いた導波管接続構造の断面図を図３（Ａ）、上面図
を同図（Ｂ）に示した。
【０００５】内層にある高周波信号線路８によってアン
テナパターン１０、その周囲に調整用パターン１４を設
け、その下層は、キャビティ構造としている。アンテナ
パターン１０と調整用パターン１４をボンディングワイ
ヤ１３によって接続して電気調整を行う。キャビティ１
１は、電気調整後にメタルのキャップ１２により封止が
行われる。
【０００６】キャビティ１１の周囲は、シールドのため
に表面グランド３と裏面グランド４に接続されたシール
ドビア２によって囲まれており、これが基板内で疑似的
に導波管としての役割をもつ。表面グランド３は導波管
断面形状と同じ形状に開口を設けており１５、ここに導
波管５が金属性のシム１９を用いることによって電気的
に接続される。
【０００７】例えば、アンテナパターン１０から放射さ
れた電波は上層のセラミックを抜けて導波管５に行くも
のと、下層のキャビティ１１に抜けメタルのキャップ１
２によって反射し導波管５に抜けるものがある。このと
きキャビティ１１の深さは、使用する周波数の管内波長
の１／４の長さにする。メタルのキャップ１２によって
反射した電波は、アンテナパターン１０に戻ったところ
で、上層にぬける電波と同相になり、強め合うことにな
る。
【０００８】以上のような構造を持っているのがマイク
ロ波回路モジュールの導波管接続構造である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、先に掲げた従
来のマイクロ波回路モジュールの導波管接続構造におい
ては、導波管のインピーダンスと基板内のアンテナパタ
ーンの上下層のインピーダンスの整合をとるための設計
の自由度が少なく、実質的にインピーダンス整合の設計
は行われていない。また、疑似導波管内は、誘電体基板
であるセラミック材があるために誘電損による電波の減
衰がある。
【００１０】本発明の目的は、上記点に鑑みなされたも
ので、複合マイクロ波回路モジュールにおいて、上記課
題を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の複合マイクロ波回路モジュールは、多層誘
電体基板と、前記多層誘電体基板に形成された裏面グラ
ンドと、導波管結合用の開口部を有する表面グランド
と、前記多層誘電体基板の内層に前記開口部に対向して
高周波信号線路により形成されたアンテナパターンと、
前記アンテナパターンの周囲に形成された導電材料を充
填したシールドビアと、前記シールドビアにより囲まれ
前記開口側の誘電体基板に形成された多数の空洞から成
るホールとを有することを特徴とする。
【００１２】そして、本発明は上記手段に加え少なくて
も以下のいずれかの手段を有する。
【００１３】１、前記アンテナパターンの裏面グランド
側の誘電体基板に多数の空洞からなるホールを形成した
ことを特徴とする。 ２、前記アンテナパターンの裏面グランド側をキャビテ
ィ構造とし、メタルのキャップにより封止したことを特
徴とする。 ３、前記ホールは前記多層誘電体基板の各層毎にホール
の位置を変えてマトリクス状に配置したことを特徴とす
る。 ４、前記多層誘電体基板は前記高周波信号線路の表面グ
ランド側及び裏面グランド側の誘電体材料が互いに誘電
率が異なることを特徴とする。 ５、前記多層誘電体基板の表面グランドの前記開口部に
導波管を結合したことを特徴とする。 ６、前記導波管は表面グランドの前記開口部との接続部
より使用周波数の管内波長の１／４を低インピーダンス
構造としたことを特徴とする。 ７、前記導波管は加圧型異方性導電膜により表面グラン
ドの前記開口部と接続したことを特徴とする。
【００１４】また、本発明は前記マイクロ波回路モジュ
ールの製造方法として、穴開け機又は金型によってセラ
ミックのグリーンシートにホール及びビア用の穴開けを
行う行程と、穴開け後のグリーンシートを重ね合わせる
行程と、重ね合わせたグリーンシートを焼成する行程と
からなる前記多層誘電体基板の前記ホールの製造行程を
含むことを特徴とする。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す図であり、
（Ａ）がマイクロ波回路モジュールの導波管接続構造の
断面図、（Ｂ）が導波管接続を行う多層基板からなる疑
似導波管構造の上面からの図である。
【００１６】本実施例の導波管接続構造は、図１に示す
ように、多層誘電体基板１の疑似導波管内のホール９と
呼ぶ空洞ビアを特徴としている。
【００１７】多層誘電体基板１からなる複合マイクロ波
回路モジュールの表面、裏面には、それぞれ表面グラン
ド３、裏面グランド４がある。その内層には高周波信号
を通す高周波信号線路８が形成されている。この高周波
信号線路８から導波管５に電波を放射するために、アン
テナパターン１０、及び調整用パターン１４を設けてい
る。このアンテナパターン１０の周囲には直径数十〜数
百［μｍ］、間隔数十〜数百［μｍ］で、銀、銅等の導
電材料によって充填されたシールドビア２があり、これ
により表面グランド３と裏面グランド４を接続すること
によってシールドし、疑似導波管構造となっている。ア
ンテナパターン１０の下層は、キャビティ構造となって
おり、アンテナパターン１０と調整用パターン１４をボ
ンディングワイヤ１３によって接続し、アンテナパター
ン１０から疑似導波管へ効率良く電波が放射されるよう
に調整する。調整後、キャビティ１１はメタルのキャッ
プ１２によって気密封止され、また電気的に導波管５の
ショート面となる。キャビティ１１の高さは使用する電
波の管内波長の１／４とする。アンテナパターンの下層
のキャビティ構造の部分を疑似導波管構造７とする。
【００１８】アンテナパターン１０の上層は、誘電体基
板のセラミック材がある。ここには、ホール９と呼ぶ直
径数十〜数百［μｍ］、間隔数十〜数百［μｍ］で空洞
が形成されている。ホール９は、シールドビア２と同じ
製造行程で形成されるが、導電材は充填されず、中空と
なっている。製造行程は後で述べる。この上層にある構
造部分を疑似導波管構造６とする。ホール９の大きさ、
間隔を変えることによって疑似導波管構造６の実効誘電
率を可変することが出来る。また、疑似導波管構造の長
さは使用する周波数の管内波長の１／４とする。
【００１９】導波管５、疑似導波管構造６、疑似導波管
構造７のそれぞれのインピーダンスをＺO 、ＺA 、ＺB
とすると、
【００２０】
【００２１】という条件が揃った際に、最も効率良く導
波管と複合マイクロ波回路モジュールの疑似導波管構造
の接続が行われる。疑似導波管内の実効誘電率をホール
９を設けることにより変え、このインピーダンスの条件
に合うように設計することが出来る。また、ホール９に
より、誘電損が減り、損失の少ない構造となる。
【００２２】表面グランド３の導波管５が接続される部
分は、矩形に抜けており１５、アンテナパターン１０か
ら放射された電波は導波管５へ導かれる。導波管５と表
面グランド３との接続には加圧型異方性導電膜１８を用
いている。
【００２３】次に、ホール９の製造行程について簡単に
説明する。多層誘電体基板の基板材であるセラミック材
は、グリーンシートと呼ばれる数十［μｍ］のセラミッ
クのシートを多数重ね合わせ焼成することによって基板
となる。このグリーンシートはあらかじめ次の行程で加
工する。 グリーンシートにビア、及び、ホール９、またキャビ
ティ１１の穴を金型等によってあける。 ビア用に穴あけした部分にメタルマスクを用いて導電
材料を充填する。このメタルマスクは、ホール９用の穴
には導電材料が入らないようにしてある。 メタルスクリーンを使い導電材料により高周波線路及
びグランドのパターンを形成する。
【００２４】この〜までの作業を各層のグリーンシ
ートに行う。次にこのグリーンシートを位置合わせして
重ね、焼成して多層誘電体基板となる。こうして、作ら
れたホール９は、中空の穴となる。
【００２５】図２に示す第２実施例について説明する。
複合マイクロ波回路モジュールの内層にあるアンテナパ
ターン１０の上層、及び下層にホール９を形成する構造
となっており、ホール９の配置も各層によってその位置
が異なり、疑似導波管内のホール９の配置を均等にして
電波が伝搬するためにより良い構造となっている。ま
た、高周波信号線路８の下層の誘電体材１７の誘電率と
上層の誘電体材１６の誘電率の異なるものを用いること
によって、疑似導波管構造のインピーダンスの設計の自
由度を向上させている。
【００２６】また、導波管５の表層グランド３に接続す
る場所から使用する周波数の管内波長の１／４を低イン
ピーダンス構造２４にすることによってさらに接続によ
る電気特性が改善される。
【００２７】以上実施例で述べてきた多層誘電体基板の
構成としては上述のものに限られるものではない。即
ち、多層誘電体基板に形成する前記ホール及びビアは断
面が円形に限らず任意の形状でよい。また、前記ホール
の配置構成は、前記図１、図２等の各形状のホールの不
均一な分布や複数の大きさの異なるホールの組合せの配
置でよく、図２に示す層毎に位置の異なるホールの場合
はホール間が一部貫通するように一部重複したホールの
マトリクス状構成としてもよい。更に、図１、図２及び
前述の構成のホールをアンテナパターンの両側又は片側
に任意に組み合わせ又は混在させて形成することもで
き、これらにより導波管と基板の接続の際のインピーダ
ンス整合等の設計の自由度を向上させ特性を改善しうる
ことは明らかである。
【００２８】また、導波管接続構造は、高周波信号の送
信系のみならず、受信系にも使用出来ることは言うまで
もない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の複合
マイクロ波回路モジュールによれば、多層誘電体基板の
内層のアンテナパターンを囲むシールドビアによって形
成された疑似導波管内に微少な空洞等からなるホールを
多数設けており、ホールの形状、配置する間隔、密度等
を可変することにより疑似導波管内の実効誘電率を制御
することができる。
【００３０】これにより、導波管と基板の接続の際のイ
ンピーダンス整合が良好となるように設計する自由度が
向上し、特性の良い接続構造を設計することが可能とな
る。また、アンテナパターンの上層と下層の誘電体基板
の材質をに異なるものを使い誘電率を変えることによ
り、上記ホールの構成と相まって疑似導波管内のインピ
ーダンスの設計の自由度を一層向上することができる。
また、前記ホールは空洞であるために疑似導波管内にお
いて誘電損による電波の減衰を減らすことが可能とな
る。
【００３１】また、アンテナパターンの裏面グランド側
をキャビティ構造とすることによりキャビティ側に輻射
した電波を導波管側に有効に反射させ効率のよい疑似導
波管を構成することができる。
【００３２】更に本発明の複合マイクロ波回路モジュー
ルの製造方法によれば、前記ホールは基板製造時に多層
セラミック基板の母材となるグリーンシートを各層毎の
ビア用の穴開けと同じ行程により行えるから多層誘電体
基板を製造する際に従来の製造行程と比べて作業工数が
増えることがない。また、導波管の接続における加圧型
異方性導電膜の使用により金属製のシム等が不要になり
コスト低減及び組立時の作業性の向上を可能にする効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図であり、（Ａ）
は、複合マイクロ波回路モジュールの断面図、（Ｂ）
は、導波管接続を行う多層誘電体基板の上面からの図で
ある。
【図２】本発明の第２実施例を示す図である。
【図３】従来のマイクロ波回路モジュールの構造、
（Ａ）は、マイクロ波回路モジュールの断面図、（Ｂ）
は、導波管接続を行う多層誘電体基板の上面からの図で
ある。
【図４】従来のマイクロ波回路モジュールの全体図であ
る。
【図５】図５に示したマイクロ波回路モジュールの詳細
断面図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板 ２ シールドビア ３ 表面グランド ４ 裏面グランド ５ 導波管 ６ 疑似導波管構造 ７ 疑似導波管構造 ８ 高周波信号線路 ９ ホール １０ アンテナパターン １１ キャビティ １２ キャップ １３ ボンディングワイヤ １４ 調整用パターン １５ 表面グランドの逃げ １６ 上層誘電体材 １７ 下層誘電体材 １８ 加圧型異方性導電膜 １９ シム ２０ 能動素子 ２１ 受動素子 ２２ 電源パターン ２３ 高周波信号層 ２４ 低インピーダンス構造

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板
    に形成された裏面グランド及び導波管結合用の開口部を
    有する表面グランドと、前記多層誘電体基板の内層に前
    記開口部に対向して高周波信号線路により形成されたア
    ンテナパターンと、前記アンテナパターンの周囲に形成
    された導電材料を充填したシールドビアと、前記シール
    ドビアにより囲まれ前記開口側の誘電体基板に形成され
    た多数の空洞から成るホールとを有することを特徴とす
    る複合マイクロ波回路モジュール。
  2. 【請求項２】 前記アンテナパターンの裏面グランド側
    の誘電体基板に多数の空洞からなるホールを形成したこ
    とを特徴とする請求項１記載の複合マイクロ波回路モジ
    ュール。
  3. 【請求項３】 前記アンテナパターンの裏面グランド側
    をキャビティ構造とし、メタルのキャップにより封止し
    たことを特徴とする前記請求項１記載の複合マイクロ波
    回路モジュール。
  4. 【請求項４】 前記ホールは前記多層誘電体基板の各層
    毎に位置を変えてマトリクス状に配置したことを特徴と
    する請求項１、２又は３記載の複合マイクロ波回路モジ
    ュール。
  5. 【請求項５】 前記多層誘電体基板は前記高周波信号線
    路の表面グランド側及び裏面グランド側で互いに誘電率
    が異なることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
    の複合マイクロ波回路モジュール。
  6. 【請求項６】 前記多層誘電体基板の表面グランドの前
    記開口部に導波管を結合したことを特徴とする請求項
    １、２、３、４、又は５記載のマイクロ波回路モジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 前記導波管は表面グランドの前記開口部
    との接続部より使用周波数の管内波長の１／４を低イン
    ピーダンス構造としたことを特徴とする請求項６記載の
    マイクロ波回路モジュール。
  8. 【請求項８】 前記導波管は加圧型異方性導電膜により
    表面グランドの前記開口部と接続したことを特徴とする
    請求項６又は７記載のマイクロ波回路モジュール。
  9. 【請求項９】 穴開け機又は金型によってセラミックの
    グリーンシートにホール及びビア用の穴開けを行う行程
    と、穴開け後のグリーンシートを重ね合わせる行程と、
    重ね合わせたグリーンシートを焼成する行程とからなる
    前記多層誘電体基板の前記ホールの製造工程を含むこと
    を特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のマイ
    クロ波回路モジュールの製造方法。
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