JPWO2017109878A1 - 高周波回路の電磁シールド構造及び高周波モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に示された高周波モジュールでは、半導体チップが実装された高周波モジュールの空間、即ち、キャビティを、凸型あるいは2段の凸型とすることで、そのキャビティ共振周波数、あるいは、導波管遮断周波数を高くしている。
また、高周波パッケージは一般的に発熱の大きい部品であり、その排熱構造も必要である。
例えば、特許文献2に示された高周波モジュールでは、高周波パッケージを実装する金属ケースに排熱フィンを一体に備えるとともに、高周波パッケージと金属ケースとの間に熱伝導性シートを配置することで、高周波パッケージの排熱性を向上させている。
また、上記特許文献2に記載の高周波モジュールにおいては、高周波パッケージが配置された空間に熱伝導性シートが配置されており、その熱伝導性シートが持つ比誘電率により波長は短縮され、キャビティ共振周波数あるいは導波管遮断周波数が低くなるという課題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、キャビティ共振周波数あるいは導波管遮断周波数を高めることができ、さらに、高周波回路の排熱性に優れた高周波回路の電磁シールド構造を得ることを目的とする。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る高周波回路の電磁シールド構造を示すための、高周波モジュールの断面図である。高周波回路の電磁シールド構造は、高周波モジュールに備えられる。そして、当該高周波モジュールは、無線通信機器、レーダ装置等で用いられる。
誘電体基板100には、高周波回路を備えた略直方体の高周波パッケージ200が、はんだバンプ201によりBGA(Ball Grid Array)実装されている。
第1空間303は、熱伝導性材料400を挟んで高周波パッケージ200に対向する第1底面305と、第1底面305から誘電体基板100に向けて立ち上がる第1側面306とで区画される略直方体の空間である。第1側面306は、第1底面305と後述の第2底面307とをつなぐ一連の面を意味する。
第2空間304は、高周波パッケージ200に対向して第1底面305よりも窪みが浅い位置にある第2底面307と、第2底面307から誘電体基板100に向けて立ち上がる第2側面308とで区画される略直方体の空間である。
ここで、図1に示した高周波回路の電磁シールド構造の理解を助けるための参考例を、図2に示す。図2に示す高周波回路の電磁シールド構造は、金属筐体500が、断面が矩形の窪み501を有している点で、図1の高周波回路の電磁シールド構造と異なる。
電磁界解析では、高周波パッケージ200を比誘電率10のシリコンM1、熱伝導性材料400を比誘電率4の熱伝導性材料M2、第2空間304及び窪み501が成す空間を比誘電率1の空気M3に対応させ、図3A及び図3Bにおける各寸法をa:6.0[mm]、b:1.5[mm]、c:0.5[mm]、d:5.0[mm]、e:0.3[mm]、f:4.0[mm]としてモデル化した。なお、図3A及び図3B中、同一記号は同一寸法又は同一材料である。
また、排熱性は、高周波パッケージ200が熱伝導性材料400を介して排熱フィン301付きの金属筐体300に接触しているために高く、またその際、熱伝導性材料400が高周波パッケージ200に接する面積、および、熱伝導性材料400が金属筐体300に接する面積が大きいと、排熱性はさらに高くなる。図1のように、第1側面306に接触して熱伝導性材料400が配置されることで、その分、実施の形態1に係る高周波回路の電磁シールド構造は、さらに排熱性が高いものとなっている。
このように、熱伝導性材料400と金属筐体300との接触量を変えることで、遮断周波数と排熱性のバランスを調整することが可能である。
図6は、この発明の実施の形態2に係る高周波回路の電磁シールド構造を示すための、高周波モジュールの断面図である。
実施の形態2に係る高周波回路の電磁シールド構造は、熱伝導性材料400が略直方体の空隙を形成する窪み401を有している点で、実施の形態1に係る高周波回路の電磁シールド構造と異なる。具体的には、金属筐体300の第1底面305に対向する面402の中央部、つまり、キャビティ構造によって生じる共振器の中心付近であって電界分布の集中する箇所に、窪み401が形成されている。
図7は、電磁界解析の構造図であり、導波管断面図である。
電磁界解析では、高周波パッケージ200を比誘電率10のシリコンM1、熱伝導性材料400を比誘電率4の熱伝導性材料M2、第2空間304及び窪み401により形成される空隙を比誘電率1の空気M3に対応させ、図7における各寸法をa:6.0[mm]、b:1.5[mm]、c:0.5[mm]、d:5.0[mm]、e:0.3[mm]、f:4.0[mm]、g:1.0[mm]、h:0.6[mm]としてモデル化した。
また、熱伝導性材料400と金属筐体300との間に、窪み401による空隙が形成されるため、組立時に熱伝導性材料400と金属筐体300の界面における気泡が発生しにくい。従って、製造性が向上し、製造コストが低減される効果を奏する。
図8に示す高周波回路の電磁シールド構造の効果について、有限要素法による電磁界解析の実施結果を用いて説明する。図9は、電磁界解析の構造図であり、導波管断面図である。
電磁界解析の結果、図9の導波管における遮断周波数は、16.5[GHz]であった。このように、貫通孔403を設けることでも、遮断周波数がさらに高くなる。
図12は、この発明の実施の形態3に係る高周波回路の電磁シールド構造を示すための、高周波モジュールの断面図である。
実施の形態3に係る高周波回路の電磁シールド構造では、金属筐体300が有する窪み302の断面が、2段の凸形状となっている。この断面が2段の凸形状の窪み302は、第1空間303と第2空間304に加え、第1底面305の一部が窪んだ空間である第3空間309を有する。第3空間309は、熱伝導性材料400を挟んで高周波パッケージ200に対向する第3底面310と、第3底面310から誘電体基板100に向けて立ち上がる第3側面311とで区画される略直方体の空間である。第3側面311は、第1底面305と第3底面310とをつなぐ一連の面を意味する。
図13は、電磁界解析の構造図であり、導波管断面図である。
電磁界解析では、高周波パッケージ200を比誘電率10のシリコンM1、熱伝導性材料400を比誘電率4の熱伝導性材料M2、第2空間304及び第3底面310と熱伝導性材料400との間に形成される空隙を比誘電率1の空気M3に対応させ、図13における各寸法をa:6.0[mm]、b:1.5[mm]、c:0.5[mm]、d:5.0[mm]、e:0.3[mm]、f:4.0[mm]、i:2.0[mm]、j:2.0[mm]、k:1.0[mm]としてモデル化した。
また、実施の形態2と同様に、組立時に熱伝導性材料400と金属筐体300の界面における気泡が発生しにくく、実施の形態1の場合と比べて製造性が向上し、製造コストが低減される効果を奏する。
図14に示す高周波回路の電磁シールド構造の効果について、有限要素法による電磁界解析の実施結果を用いて説明する。図15は、電磁界解析の構造図であり、導波管断面図である。
電磁界解析の結果、図15の導波管における遮断周波数は、16.2[GHz]であった。このように、第3底面310と熱伝導性材料400との間の空隙を大きくすることで、遮断周波数がさらに高くなる。
図16のようにして第1底面305と熱伝導性材料400との間に空隙を設けることでも、図12及び図14に示した構成と同様の効果を奏する。
Claims (9)
- 接地導体が設けられ、高周波回路が実装される誘電体基板と、
前記高周波回路を収納する窪みを有し、前記接地導体と導通して前記誘電体基板に固定される金属筐体と、
電気的絶縁性を有する熱伝導性材料とを備え、
前記金属筐体には、排熱機構が設けられ、
前記窪みは、前記高周波回路に対向する第1底面と当該第1底面から立ち上がる第1側面とで区画される第1空間、及び、前記高周波回路に対向して前記第1底面よりも窪みが浅い位置にある第2底面と当該第2底面から立ち上がる第2側面とで区画され、前記第1空間よりも外周側に張り出した第2空間を有し、
前記高周波回路が前記金属筐体と間隔を空けて前記第2空間に収納され、前記熱伝導性材料が前記第1又は第2底面と前記高周波回路とに挟まれることを特徴とする高周波回路の電磁シールド構造。 - 前記熱伝導性材料は、前記第1底面と前記高周波回路とに挟まれることを特徴とする請求項1記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 前記熱伝導性材料は、前記第1側面に接触して配置されることを特徴とする請求項2記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 前記熱伝導性材料は、前記第1側面及び前記第2底面に接触して配置されることを特徴とする請求項2記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 前記熱伝導性材料は、前記第1側面と間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項2記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 前記熱伝導性材料は、前記第1底面又は前記高周波回路に対向する面に形成された窪み、又は、前記第1底面に対向する面と前記高周波回路に対向する面とを貫く貫通孔を、有することを特徴とする請求項2記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 前記窪みは、前記第1底面の一部が窪んだ空間であって、第3底面と当該第3底面から立ち上がる第3側面とで区画される第3空間を有し、
前記熱伝導性材料は、前記第3底面と間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項2記載の高周波回路の電磁シールド構造。 - 前記熱伝導性材料は、前記第1底面と間隔を空けた状態で、前記第2底面と前記高周波回路とに挟まれることを特徴とする請求項1記載の高周波回路の電磁シールド構造。
- 請求項1記載の高周波回路の電磁シールド構造と高周波回路とを備えることを特徴とする高周波モジュール。
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