JPH10126115A

JPH10126115A - 高周波モジュール

Info

Publication number: JPH10126115A
Application number: JP27581496A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 貴史小川; Hideyuki Nagaishi; 英幸永石; Korenori Oka; 維▲禮▼ 丘; Juichi Nishino; 壽一西野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波・ミリ波帯では金属導体による信
号減衰が大きく、金属導体による信号伝送距離は短く保
ちつつ、信号伝送路の特性インピーダンスを一定に維持
する必要がある。【解決手段】導波路６を支持基板５に設け、支持基板
の両面にある導波路の開口部に信号変換用プローブ２の
一端を接続し、他端をＩＣチップに接続し電磁的に結合
することで、特性インピーダンスの整合をとり、支持基
板両面に実装されたＩＣチップ１ａ，１ｃ間を導通させ
る。【効果】信号の通過損失を大きくすることなく、反射
を減らすことにより低損失な信号伝送が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路の実装、
特に高品質な信号伝送を可能とし且つ小型化できる、通
信分野におけるマイクロ波・ミリ波帯のアナログ及びデ
ィジタル信号回路モジュール実装に関する。

【０００２】

【従来の技術】異なる回路基板上の回路を電気的に接続
する方法として例えば特開平０５−６７９１９号に開示
されているように、基板に設けられたバイアホールを介
して接続する方法が用いられている。基板表面に設けら
れた回路からの信号は金属導体の封入されたバイアホー
ルを介して基板裏面に設けられた回路へ伝達される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
ＩＣチップを支持基板両面に実装する場合において、上
述の従来技術には次のような問題がある。第１に、マイ
クロ波，ミリ波の高周波信号では金属導体を通過する際
に生じる損失が大きい。第２に、信号伝送路とバイアホ
ールの接続点が特性インピーダンス不連続点となり、そ
れにより生じる反射による損失が大きい。一方、従来の
バイアホールによる接続方法では接続点での特性インピ
ーダンスの整合が難しく、反射を抑えることはできな
い。

【０００４】また、一般にマイクロ波・ミリ波において
はマイクロストリップ線路で信号を伝送することになる
ため、線路における基板の誘電体損失、線路の抵抗損失
が信号減衰の原因となり、信号伝送路が長くなれば信号
品質が劣化する。

【０００５】上記の課題を解決するために、本発明は、
支持基板両面に接続した高周波ＩＣチップの接続に際
し、信号伝送路の延長を伴うことなく、特性インピーダ
ンスの不連続を最小にした高周波モジュールを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、表裏面
を貫通する長方形の開口部を有する支持基板と、マイク
ロ波もしくはミリ波帯のＩＣチップが実装され、支持基
板上の開口部に近接して支持基板の表裏面のそれぞれに
設けられた第一の回路基板と第二の回路基板と、支持基
板の開口部の内壁を導体板により覆ってなる導波路と、
一方の端部が導波路内部に挿入され、他方の端部が第一
の回路基板に実装されたＩＣチップに接続された第一の
信号変換用プローブと、一方の端部が導波路内部に挿入
され、他方の端部が第二の回路基板に実装されたＩＣチ
ップに接続された第二の信号変換用プローブとを有する
高周波モジュールにより達成される。

【０００７】または、支持基板と、マイクロ波もしくは
ミリ波帯のＩＣチップが実装され、支持基板の表裏面の
それぞれに設けられた第一の回路基板と第二の回路基板
と、支持基板の端部に設けられた導波管と、一方の端部
が導波管内部に挿入され、他方の端部が第一の回路基板
に実装されたＩＣチップに接続された第一の信号変換用
プローブと、一方の端部が導波管内部に挿入され、他方
の端部が第二の回路基板に実装されたＩＣチップに接続
された第二の信号変換用プローブとを有する高周波モジ
ュールにより達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
である。（ａ）にその斜視図、（ｂ）に平面図、（ｃ）
に断面図を示す。マイクロ波・ミリ波ＩＣチップ（以下
「ＩＣチップ」という）１ａ，１ｂは回路基板４ａ上
に、ＩＣチップ１ｃ，１ｄは回路基板４ｂ上に実装され
ている。また、回路基板４ａ、４ｂは支持基板５の表面
及び裏面にそれぞれ実装されている。ＩＣチップ１ａと
ＩＣチップ１ｃは導波路６を通して導通がとられてい
る。導波路６は、支持基板５に設けた貫通孔の側面を金
属板（導体板）で覆って構成される。

【０００９】導波路６は、その開口サイズを伝送される
信号の周波数に対応する導波管の規格に一致させて設け
ることができる。すなわち、導波路６はハイパスフィル
タとして機能し、その遮断周波数以上の周波数の信号の
みを通過させる。遮断周波数の波長は導波路６の長辺の
２倍として決定されるから、伝送信号の周波数から導波
路６の開口サイズを決定することができる。

【００１０】導波路６の長辺の中心部に支持基板の表面
側、裏面側にそれぞれスリットを設ける。図１（ｃ）に
示すように、このスリットのそれぞれに信号変換用プロ
ーブ２ａ，２ｂの一端を挿入し固定する。図１（ｂ）に
信号変換用プローブ２の形状を示す。導波路内に挿入さ
れた部分はその先端が広がった形状となっている。

【００１１】信号変換用プローブ２とＩＣチップ１とは
電気的に接続される。図１（ｃ）では電気的接続手段８
としてワイヤーボンドで接続された例を示しているが、
ワイヤーボンドに限らず、バンプを用いたフリップチッ
プ等で電気的接続を行うことも可能である。ＩＣチップ
１とマイクロストリップ線路（以下、「線路」という）
３との電気的接続もこれと全く同様である。

【００１２】図１におけるＩＣチップ、導波路等の接続
関係を概観し、本発明の原理について説明する。同一の
回路基板（４ａ，４ｂ）上のＩＣチップ１ａと１ｂ、ま
たはＩＣチップ１ｃと１ｄは、それぞれ線路３ａ，３ｂ
で接続する。また、回路基板４ｂにおいては、ＩＣチッ
プ１ｃと信号変換用プローブ２ｂの間が離れているため
にＩＣチップ１ｃから信号変換用プローブ２ｂの近くま
で線路３ｃを設ける。これらは相互に電気的接続手段８
により接続される。

【００１３】ＩＣチップ１ａとＩＣチップ１ｃとの間で
信号は、信号変換用プローブ２ａ、信号変換用プローブ
２ｂ、線路３ｃで形成される信号伝送路を通して伝送さ
れる。これらの信号伝送路の構成要素はそれぞれ電気的
接続手段８で接続され、その接続点でインダクタンス成
分が付加され、特性インピーダンスの不連続点となる。
そこで、信号変換用プローブ２では、導波路を接地面と
して生じるキャパシタンス成分により付加されたインダ
クタンス成分を十分無視できるように構成する。具体的
には信号変換用プローブ２の長さ（線路３からプローブ
の先端までの長さ、実質的には広がった先端部の長さ）
を導波路６の短辺の１／２以上、幅（導波路６の長辺に
平行な方法の長さ）を線路３の線幅以上とすることが望
ましい。また、この信号伝送路は伝送される電磁波の波
長より十分短い距離となるようにすることも望ましい。

【００１４】以上のように構成することにより、信号伝
送路の特性インピーダンス不整合を最小にすることが可
能となり、また信号伝送路の長さは短く抑えられるため
に低損失な信号伝送を実現することができる。

【００１５】なお、導波路端面に短絡距離が固定された
短絡器９を半田や導電性接着剤等を用いて強固に接続す
ることにより、導波路６−信号変換用プローブ２間の変
換効率を高くすることができる。この場合、短絡距離は
管内波長の１／４とすることが望ましい。

【００１６】また、支持基板５と回路基板４とは、圧
着、半田、ネジ、等で接続することにより着脱可能なモ
ジュールを構成することも可能である。

【００１７】図２は本発明の第２の実施の形態である。
（ａ）にその斜視図、（ｂ）に平面図、（ｃ）に断面図
を示す。ＩＣチップ１、回路基板４、支持基板５の実装
は図１において説明したところと同様である。図２の実
施の形態においては、支持基板５内に接続された導波管
７の開口部を通してＩＣチップ１ａとＩＣチップ１ｃの
導通が取られている。

【００１８】第１の実施の形態と同様に、導波管７の長
辺の中心部にはスリットを設け、このスリットに信号変
換用プローブ２の一端を挿入し固定する。この信号変換
用プローブの導波路内に挿入された部分は先端に幅の広
い部分を有する。その長さは導波路の短辺の１／２以
上、幅は信号伝送路の線幅以上とするのが望ましい。ま
た、導波管端面に短絡距離が固定された短絡器９を半田
や導電性接着剤等を用いて強固に接続し、導波管７−信
号変換用プローブ２間の変換効率が高くすることが望ま
しい。ＩＣチップ１、線路３、信号変換用プローブ２
は、電気的接続手段８で電気的に接続されている。

【００１９】支持基板５の端面に近接した位置にＩＣチ
ップ１ａが実装された場合や導波路６を支持基板５上に
設けることができない場合には、図２の導波管７を用い
る構成が適している。

【００２０】図３は本発明の第３の実施の形態であり、
本発明の高周波モジュールを用いたハイブリッド高周波
モジュールの断面図である。電磁シールド基板１１は、
誘電体−接地導体−誘電体の積層構造からなり電磁シー
ルド効果を有する。また、電磁シールド基板１１は使用
する電磁波の周波数に適した開口サイズを持つ内面が金
属導体で覆われた貫通孔（導波路）または導波管を設け
ている。電磁シールド基板１１の表裏面に図１または図
２に示したモジュール１０ａ及びモジュール１０ｂを配
置される。

【００２１】電磁シールド基板１１の両面に接続された
モジュール１０ａ，１０ｂは、導波路もしくは導波管の
開口部を通して導通する。モジュール１０ａの信号変換
用プローブ２ｃ、モジュール１０ｂの信号変換用プロー
ブ２ｄは電磁シールド基板１１の開口部付近に位置する
ように接続する。また、短絡器は、モジュールの支持基
板５上に信号変換用プローブ２との変換効率が最適にな
るように短絡距離が与えられる（管内波長の１／４が望
ましい）深さを持ち、かつシールド基板に設けられた導
波路（導波管）の開口サイズと一致する開口部を持つく
ぼみ１３を設け、そのくぼみの内壁に導電性膜を被覆さ
せて構成する。

【００２２】各モジュールに設けられた導波路（導波
管）の短絡器についても電磁シールド基板１１上にくぼ
み１２を設けることによって同様に構成することができ
る。

【００２３】また、シールド基板両面にかかる積層され
たハイブリッド高周波モジュールを実装することによ
り、高積層ハイブリッド高周波モジュールを実現するこ
とが可能になる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の高周波モジュールは、支持基板
両面に実装されたマイクロ波・ミリ波帯ＩＣチップの接
続方法として、導波路及び導波管を用いることによりワ
イヤーボンド等の電気的接続手段のインダクタンス成分
は、信号変換用プローブの幅の広い部分のキャパシタン
ス成分により等価的に無視できる。

【００２５】また、かかる構成は従来技術と比較して、
ＩＣチップ間の信号伝送路の長さを延長するものではな
いため、通過損失を大きくすることなく、信号伝送路の
特性インピーダンスは整合が容易となり、特性インピー
ダンスの不連続点により生じる反射による損失を最小に
することができる効果がある。

【００２６】また支持基板とマイクロ波・ミリ波帯ＩＣ
チップの実装された回路基板を支持基板に圧着、半田、
ネジ等により着脱可能に構成すれば、回路基板単位での
回路の交換が容易にできる効果がある。

【００２７】また本発明のモジュールは、シールド基板
を介して積み重ね、モジュールどうしを本発明と同様な
貫通孔及び導波管の開口部を介した信号変換用プローブ
どうしの結合により導通をとることで容易に高積層ハイ
ブリッド高周波モジュールを構成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】支持基板内に導波路を設けて構成した本発明の
高周波モジュールである。

【図２】支持基板に導波管を設けて構成した本発明の高
周波モジュールである。

【図３】本発明のモジュールを積層したハイブリッド高
周波モジュールの断面図である。

【符号の説明】

１・・・マイクロ波・ミリ波ＩＣチップ、２・・・信号
変換用プローブ、３・・・マイクロストリップ線路、４
・・・回路基板、５・・・支持基板、６・・・導波路、
７・・・導波管、８・・・電気的接続手段、９・・・短
絡器、１０ａ，１０ｂ・・・高周波モジュール、１１・
・・電磁シールド基板、１１ａ，１１ｃ・・・誘電体基
板、１１ｂ・・・導電体、１２・・シールド基板に設け
られたくぼみ、１３・・・支持基板に設けられたくぼ
み。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西野壽一東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表裏面を貫通する長方形の開口部を有する
支持基板と、マイクロ波もしくはミリ波帯のＩＣチップが実装され、
上記支持基板上の上記開口部に近接して上記支持基板の
表裏面のそれぞれに設けられた第一の回路基板と第二の
回路基板と、上記支持基板の上記開口部の内壁を導体板により覆って
なる導波路と、一方の端部が上記導波路内部に挿入され、他方の端部が
上記第一の回路基板に実装されたＩＣチップに接続され
た第一の信号変換用プローブと、一方の端部が上記導波路内部に挿入され、他方の端部が
上記第二の回路基板に実装されたＩＣチップに接続され
た第二の信号変換用プローブと、を有することを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】請求項１に記載した高周波モジュールにお
いて、上記第一及び第二の信号変換用プローブの上記導波路内
部に挿入された端部は幅のより広い先端部を有し、上記
先端部の長さは導波路の短辺の１／２以上であり、その
それぞれは上記導波路の中心線に沿って挿入されてお
り、上記導波路の上面及び下面に短絡器を設け、上記導波路
を塞いだことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項３】支持基板と、マイクロ波もしくはミリ波帯のＩＣチップが実装され、
上記支持基板の表裏面のそれぞれに設けられた第一の回
路基板と第二の回路基板と、上記支持基板の端部に設けられた導波管と、一方の端部が上記導波管内部に挿入され、他方の端部が
上記第一の回路基板に実装されたＩＣチップに接続され
た第一の信号変換用プローブと、一方の端部が上記導波管内部に挿入され、他方の端部が
上記第二の回路基板に実装されたＩＣチップに接続され
た第二の信号変換用プローブと、を有することを特徴とする高周波モジュール。
【請求項４】誘電体と接地導体とが積層された電磁シー
ルド基板と、上記電磁シールド基板を貫通しその内壁を導体板により
覆ってなる導波路もしくは上記電磁シールド基板の端部
に設けられた導波管のいずれかと、上記電磁シールド基板の表裏面のそれぞれに設けられた
第一の高周波モジュールと第二の高周波モジュールと、一方の端部が上記導波路もしくは導波管内部に挿入さ
れ、他方の端部が上記第一の高周波モジュールに接続さ
れた第一の信号変換用プローブと、一方の端部が上記導波路もしくは導波管内部に挿入さ
れ、他方の端部が上記第二の高周波モジュールに接続さ
れた第二の信号変換用プローブと、を有することを特徴とするハイブリッド高周波モジュー
ル。