WO2009123233A1 - 高周波モジュールおよびその製造方法ならびに該高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置 - Google Patents

高周波モジュールおよびその製造方法ならびに該高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置 Download PDF

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WO2009123233A1
WO2009123233A1 PCT/JP2009/056743 JP2009056743W WO2009123233A1 WO 2009123233 A1 WO2009123233 A1 WO 2009123233A1 JP 2009056743 W JP2009056743 W JP 2009056743W WO 2009123233 A1 WO2009123233 A1 WO 2009123233A1
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WO
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substrate
waveguide
circuit board
frequency signal
line
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ジュニアディ アリフィン サガラ
和樹 早田
裕司 岸田
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京セラ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/121—Hollow waveguides integrated in a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49128—Assembling formed circuit to base

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency module used in a communication device, a manufacturing method thereof, and a transmitter, a receiver, a transceiver, and a radar device including the high-frequency module.
  • a system using an information communication device using a high frequency region such as a microwave region of 1 to 30 GHz and a millimeter wave region of 30 to 300 GHz has been proposed.
  • a system using millimeter waves such as a radar device for measuring a distance between vehicles has been proposed.
  • a configuration of a high-frequency circuit board in a device using such high-frequency waves as microwaves and millimeter waves a configuration in which MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) and passive electronic components are mounted on a planar circuit such as a microstrip line is known. ing.
  • the planar circuit has a circuit configuration that obtains desired characteristics so as to satisfy system requirements by properly using each element circuit such as a power distribution circuit, a branch circuit, a matching circuit, a hybrid circuit, and a filter circuit. Further, in order to transmit and receive radio waves wirelessly on the high frequency circuit board, an antenna board on which an antenna is provided is necessary. When connecting a circuit board and an antenna board, in order to avoid the influence of mutual high frequency signals, the circuit board and the antenna board are configured independently of each other. For example, the antenna board is often connected to the back surface of the circuit board. In general, input / output ports provided on the circuit board and the antenna board are connected by a waveguide. For example, in Japanese Patent Laid-Open No.
  • a circuit board and an antenna board are arranged vertically, and a waveguide adapter is interposed between the circuit board and the antenna board, and the waveguide adapter is formed.
  • a high-frequency module is disclosed in which an input / output port on the circuit board side and an input / output port on the antenna board side are connected to each other by the waveguide.
  • the connection between the opening and the waveguide is performed by, for example, connecting the openings to each other as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-185203. A method of connecting with solder bumps is used. Further, in Japanese Patent Laid-Open No.
  • an input / output port on the circuit board side and an input / output port on the antenna board side are directly connected via solder bumps without using a waveguide adapter or the like.
  • a high frequency module is disclosed.
  • the input / output ports on the circuit board side and the input / output ports on the antenna board side face each other. Therefore, when the input / output port and the waveguide are positioned or when the input / output ports are positioned, the visibility of the input / output port is not good. For this reason, the positioning accuracy is not stable, and a large displacement may occur.
  • the transmission path may locally change at the connection portion, for example, the transmission path through which the high-frequency signal is transmitted becomes narrower between the circuit board and the antenna board. In such a portion where the transmission path is locally changed, there is a problem that a high-frequency signal is reflected and transmission loss increases.
  • solder bumps are used for connection, the number of solder bumps to be used increases as the number of input / output ports increases, and the mounting process becomes complicated.
  • An object of the present invention is to provide a high-frequency module capable of stably performing high-frequency connection between a circuit board and a substrate on which an input / output unit for inputting and outputting a high-frequency signal is formed, and a method for manufacturing the same. That is. It is another object of the present invention to provide a transmitter, a receiver, a transceiver, and a radar apparatus provided with the high frequency module.
  • a high-frequency module according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a circuit substrate, and a waveguide. The substrate has a high-frequency signal input / output section on one surface.
  • the circuit board has a dielectric waveguide line whose end face is exposed, and is arranged on the one surface so that a virtual plane extending from the end face intersects the one surface of the board.
  • the waveguide has openings at both ends, one opening is connected to the end face of the dielectric waveguide line, and the other opening is connected to the input / output part of the substrate.
  • the manufacturing method of the high frequency module concerning one Embodiment of this invention comprises a preparatory process, the arrangement
  • the preparation step is a step of preparing a substrate, a waveguide, and a circuit board.
  • the substrate has a high-frequency signal input / output section on one surface.
  • the waveguide has openings at both ends, and a virtual opening surface obtained by extending one opening intersects a virtual opening surface obtained by extending the other opening.
  • the dielectric waveguide line is exposed from the end face.
  • the circuit board arranging step is a step of arranging the circuit board on one surface side of the substrate.
  • one opening of the waveguide is connected to the end face of the dielectric waveguide line, and the other opening of the waveguide is the input / output unit of the substrate.
  • the waveguide is mounted on the substrate so as to be connected to the substrate.
  • a method for manufacturing a high-frequency module according to another embodiment of the present invention includes a preparation step, a waveguide mounting step, and a circuit board mounting.
  • the preparation step is a step of preparing a substrate, a waveguide, and a circuit board.
  • the substrate has a high-frequency signal input / output section on one surface.
  • the waveguide has openings at both ends, and a virtual opening surface obtained by extending one opening intersects a virtual opening surface obtained by extending the other opening.
  • the dielectric waveguide line is exposed from the end face.
  • the step of mounting the waveguide is a step of mounting the waveguide on the substrate so as to connect the other opening to the input / output unit.
  • the circuit board mounting step is a step of mounting the circuit board on the substrate such that the end face of the dielectric waveguide line is connected to one opening of the waveguide.
  • a transmitter includes the high-frequency module, an oscillator, and an antenna.
  • the oscillator generates a high frequency signal mounted on the high frequency circuit board and connected to the planar line.
  • the antenna is provided on the other surface side of the substrate and radiates a high frequency signal generated by the oscillator connected to the dielectric waveguide line.
  • a receiver includes the high-frequency module, an antenna, and a detector. The antenna is provided on the other surface side of the substrate and captures a high-frequency signal connected to the dielectric waveguide line. The detector detects a high-frequency signal captured by the antenna, which is mounted on the circuit board and connected to the dielectric waveguide line.
  • a transceiver includes the high-frequency module, an oscillator, a branching device, a transmission antenna, a reception antenna, and a mixer.
  • An oscillator is mounted on the circuit board and connected to the planar line to generate a high frequency signal.
  • the branching device is provided on the planar line and branches a high-frequency signal generated by the oscillator.
  • the transmitting antenna is provided on the other surface side of the substrate, is connected to the dielectric waveguide line, and radiates one of the high-frequency signals branched by the branching device.
  • the receiving antenna is provided on the other surface side of the substrate and is connected to the dielectric waveguide line to capture a high-frequency signal.
  • a radar apparatus includes the transceiver and a detector.
  • the detector detects a distance or relative velocity with respect to the detection target based on the intermediate frequency signal from the mixer.
  • the circuit board of the present invention it is easy to position the transmission direction end face of the dielectric waveguide line and the input / output part of the board, and the connection can be made without a large positional shift. As a result, high-frequency connection between the circuit board and the substrate on which the input / output unit is formed can be stably performed with low loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high-frequency module 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are diagrams showing the configuration of the circuit board 5.
  • FIG. 2A is a top view of the circuit board 5
  • FIG. 2B is a side view of the circuit board 5 as viewed from the transmission direction of the high-frequency signal.
  • the high-frequency module 20 includes a circuit board 5, a waveguide 6, and a board 8 having a first input / output unit (first input / output port 7a) for high-frequency signals on one surface.
  • the circuit board 5 includes a dielectric layer 1, a pair of conductor layers 2 that face each other with the dielectric layer 1 interposed therebetween, and a through conductor group 3 a that electrically connects the pair of conductor layers 2.
  • the through conductor group 3a has a plurality of through conductors 3 that penetrate the dielectric layer 1 and electrically connect the pair of conductor layers 2 to each other.
  • the through conductor group 3a has a pair of through conductor rows arranged with an interval g along the high-frequency signal transmission direction.
  • the pair of through conductor rows are arranged with an interval w in a direction orthogonal to the transmission direction of the high-frequency signal.
  • the through conductor group 3 a arranged in this way forms an electrical side wall, and the side wall and the pair of conductor layers 2 form a dielectric waveguide line 4 that is a waveguide.
  • a laminated waveguide line may be formed by stacking a plurality of dielectric waveguide lines 4. In this case, the number of layers may be different in the circuit board 5.
  • the interval g is less than half the wavelength of the high frequency signal. In this case, the fed electromagnetic wave is propagated in the high-frequency signal transmission direction of the dielectric waveguide line 4 while reflecting without leaking from the gap between the through conductors.
  • the interval g is preferably provided at a constant interval, but may be an interval that is at least less than half the wavelength of the high-frequency signal to be transmitted, and can be set as appropriate within the range.
  • a planar line 10 and an MMIC 9 which is a high-frequency circuit element electrically connected to the planar line 10 are arranged.
  • the planar line 10 and the MMIC 9 are connected via bonding wires 11. Electrically connected.
  • the planar line 10 and the bonding wire 11 constitute a high-frequency transmission line conductor that is electrically connected to the dielectric copper wave guide line 4.
  • connection structure between the MMIC 9 and the planar line 10 does not need to be a connection structure via the bonding wire 11 and may be a flip-chip connection structure.
  • the circuit board 5 having the connection structure as described above is not limited as long as it is a material having characteristics that do not hinder the transmission of high-frequency signals, but the dielectric layer 1 is used when forming a transmission line. It is desirable to be made of ceramics in terms of accuracy and ease of manufacture.
  • the dielectric layer 1 is formed into a mud by adding an appropriate organic solvent to a ceramic raw material powder such as glass ceramics, alumina ceramics, and aluminum nitride ceramics. It can be obtained by adopting a method or the like to form a sheet. Then, an appropriate punching process is performed on the sheet-like dielectric layer 1 and a via paste is filled into the via hole to form the through conductor 3. It is manufactured by firing at a temperature of 850 to 1000 ° C.
  • a resin material can be used from the viewpoint of the frequency of the transmission signal and the manufacturing cost.
  • the resin material that can be used as the dielectric layer 1 include a fluororesin, a fluororesin containing a glass substrate, and a mixed material in which inorganic particles and a resin are mixed.
  • the conductor layer 2 for example, when the dielectric layer 1 is made of an alumina ceramic, an appropriate oxide such as alumina, silica, magnesia, an organic solvent, or the like is added to and mixed with a metal powder such as tungsten or molybdenum.
  • a conductive paste is printed on the dielectric layer 1 by a thick film printing method, and then simultaneously fired at a high temperature of about 1600 ° C. to form a thickness of about 5 to 50 ⁇ m.
  • the metal powder copper, gold and silver are suitable for glass ceramics, and tungsten and molybdenum are suitable for alumina ceramics and aluminum nitride ceramics.
  • the virtual surface obtained by extending the end face 4a of the dielectric waveguide 4 is on one surface of the board 8 where the first input / output port 7a of the board 8 is exposed. It arrange
  • the substrate 8 has a substrate waveguide 7 penetrating in the thickness direction.
  • the substrate waveguide 7 has a first input / output port 7a as a first input / output unit on one surface side (side on which the circuit board 5 is disposed) of the substrate 7 and a second input / output unit on the other surface side.
  • examples of the substrate 8 include an antenna substrate.
  • the substrate waveguide 7 may be a space or may be filled with a dielectric.
  • the substrate 8 is an antenna substrate.
  • the high-frequency module 20 of the present embodiment there is a positional relationship in which the virtual surface of the end surface 4a of the dielectric waveguide line 4 intersects with one surface of the substrate 8, and therefore the dielectric waveguide line 4
  • the connection between the end face 4a and the waveguide 6 and the connection between the waveguide 6 and the first input / output port 7a can be performed with high positional accuracy while being visible.
  • the positional deviation between the dielectric waveguide line 4 and the first input / output port 7a is reduced.
  • a resin substrate or the like on which a peripheral circuit for transmitting / receiving a signal to / from the circuit board 5 may be interposed between the circuit board 5 and the board 8, but in this embodiment, the circuit board 5 Are fixedly mounted on one surface of the substrate 8.
  • the waveguide 6 is hollow inside, has openings at both ends, one opening is connected to the end face 4 a of the dielectric waveguide line 4, and the other opening is the first input of the substrate 8. It is connected to the output port 7a.
  • the waveguide 6 includes the dielectric waveguide 4.
  • a bent shape is formed.
  • the band of the high-frequency signal to be transmitted can be widely used.
  • the high-frequency signal can be transmitted without any mode conversion.
  • the region between the end face 4a of the dielectric waveguide line 4 and the first input / output port 7a of the substrate 8 is satisfactorily covered by the waveguide 6, it is between the end face 4a and the first input / output port 7a.
  • the waveguide 6 may have grooves having a width substantially the same as the interval at an interval of substantially a quarter of the wavelength of the high-frequency signal around the opening. Since such a groove functions as a choke, it is possible to suppress leakage of a high-frequency signal from the gap at the connection portion of the opening.
  • the waveguide 6 is preferably formed of a metal tube made of a metal such as aluminum. By using the waveguide 6 as a metal tube, heat dissipation is improved, and high-frequency connection between the circuit board 5 and the board 8 can be stably performed with low loss.
  • the waveguide 6 may be formed by performing metal plating on the inner peripheral surface of the resin tube.
  • the thickness of the metal plating is set in consideration of the skin effect.
  • the high-frequency reflection preventing portion 13 is provided at an upper corner portion in the bent portion of the waveguide 6.
  • the high-frequency reflection preventing unit 13 joins a triangular prism-like member made of the same material as that of the waveguide 6 to the corner of the waveguide 6 or the corner of the inner wall of the waveguide 6 is inclined. Is provided. This is because if a right-angled corner exists in the cavity of the waveguide 6, the electric field concentrates on the corner and reflection of the high-frequency signal occurs, so that this right-angled corner is eliminated.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the high-frequency module 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the high-frequency module 21 is similar to the high-frequency module 20 described above, and the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the waveguide 6 is provided with pin-shaped adjustment elements 12 that can be displaced in the X, Y, and Z-axis directions within the cavity of the waveguide 6.
  • the frequency of the high-frequency signal transmitted to the waveguide 6 can be adjusted by displacing the adjusting element 12 along the longitudinal direction of the element.
  • the adjustment element 12 should just be arrange
  • the end face 4a of the dielectric waveguide 4 serving as an input / output portion when a high-frequency signal is transmitted and the first input / output port 7a of the substrate 8 become visible at the same time.
  • one end side of the waveguide 6 is positioned and connected to the end face 4 a of the dielectric waveguide line 4, and the other end side is positioned and connected to the first input / output port 7 a of the substrate 8.
  • the waveguide 6 can be easily positioned and the alignment accuracy can be improved. it can.
  • the high-frequency modules 20 and 21 manufactured by this manufacturing method are used in the connection portion between the waveguide 6 and the dielectric waveguide line 4 and the connection portion between the waveguide 6 and the substrate waveguide 7.
  • the local change of the high frequency signal can be suppressed, and the high frequency connection between the circuit board 5 and the board 8 can be stably performed with low loss.
  • the structure of the waveguide 6 can be set more freely. Specifically, it is possible to easily realize a structure in which a part of the waveguide 6 is disposed above the circuit board 5 and the end surface 4 a of the dielectric waveguide 4 is covered from above by the waveguide 6.
  • the high-frequency modules 20 and 21 manufactured by this manufacturing method can effectively suppress leakage of high-frequency signals at the end face 4a of the dielectric waveguide line 4.
  • Another manufacturing method of the high-frequency modules 20 and 21 will be described below.
  • the other opening of the waveguide 6 is positioned and connected to the opening of the first input / output port 7 a of the substrate 8.
  • the first input / output port 7a is easily visible, positioning is easy, and there is no large displacement, and the opening and the first input / output port 7a can be connected.
  • the end face 4 a of the dielectric waveguide line 4 is positioned and connected to one opening face of the waveguide 6, and the circuit board 5 is arranged and mounted above one surface side of the board 8.
  • the high-frequency modules 20 and 21 manufactured by this manufacturing method suppress local changes in the transmission path in which high-frequency signals are transmitted in the input / output unit, and reduce the high-frequency connection between the circuit board 5 and the board 8 with low loss. And can be performed stably.
  • the circuit board 5 is mounted after mounting the waveguide 6 on one surface side of the substrate 8, there is a clearance between the waveguide 6 and the circuit board 5 immediately after mounting the circuit board 5.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the high-frequency module 100 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing the configuration of the high-frequency module 100.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those in the above-described embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the high-frequency module 100 includes a circuit board 120, a board 8 (antenna board) on which a first input / output port 7a is formed on one surface, and a sealing structure 108 that functions as a waveguide.
  • the circuit board 120 is a board that forms a high-frequency circuit by electrically connecting the planar line 10 and the laminated waveguide line 102 that is a dielectric waveguide line formed inside the dielectric layer 1.
  • the planar line 10 is a line for transmitting a high-frequency signal to a wiring conductor among lines for transmitting a high-frequency signal in a microwave band or a millimeter wave band, and examples thereof include a microstrip line and a coplanar line. It is a microstrip line.
  • the laminated waveguide line 102 has basically the same configuration as that of the dielectric waveguide line 4 shown in FIGS. 2A and 2B, and an outer end face thereof is an input / output unit for inputting and outputting a high-frequency signal. It is exposed.
  • the dielectric layer 1 includes a first cavity 101a and a second cavity 101b that is provided in the first cavity 101a and is smaller than the first cavity 101a.
  • a conversion unit 102a is provided on the bottom surface of the first cavity 101a, that is, the region around the second cavity 101b.
  • a MMIC 9 or the like that is a semiconductor element is mounted.
  • the high-frequency signal output from the MMIC 9 is transmitted through the bonding wire 11 and is transmitted from the planar line 10 through the multilayer waveguide line 102 via the conversion unit 102a.
  • the substrate 8 in the present embodiment is an antenna substrate and has a plurality of substrate waveguides 7.
  • a control board 109 for controlling transmission / reception of high-frequency signals by the board 8 is provided on the board 8, and the control board 109 and the circuit board 120 are electrically connected via a control signal pad 111. Yes.
  • the sealing structure 108 is for protecting a semiconductor element such as the MMIC 9 from temperature, humidity, and mechanical loss, is formed so as to cover the entire circuit board 120, and the surface of the circuit board 120
  • the inner surface of the sealing structure 108 is in close contact, and a space is formed between the side surface of the circuit board 120 and the inner side surface of the sealing structure 108, and the waveguide 6 is configured by the space.
  • the first input / output port 7 a of the substrate waveguide 7 is connected to the end face of the laminated waveguide line 102 via the waveguide 6. Therefore, the high-frequency signal output from the MMIC 9 and transmitted through the laminated waveguide line 102 is transmitted from the first input / output port 7 a to the substrate waveguide 7 via the waveguide 6 of the sealing structure 108.
  • the sealing structure 108 is formed from a metal material such as aluminum. In this way, by forming the sealing structure 108 covering the circuit board 120 from a metal material, it plays a role of radiating heat generated from the semiconductor element such as the MMIC 9 to the outside, and suppresses deterioration of characteristics of the semiconductor element. can do.
  • the input / output unit for inputting and outputting the high-frequency signal in the circuit board 120 is configured to be the outer end face of the multilayer waveguide line 102, and the multilayer type Since the end face of the waveguide line 102 and the first input / output port 7a of the substrate 8 are connected by the waveguide 6 of the sealing structure 108, the side surface of the circuit board can be used effectively, As compared with the case where the circuit board and the substrate are arranged so that the input / output unit and the input / output unit of the board face each other, the circuit board 120 can be prevented from becoming large and downsizing can be achieved.
  • the size of the sealing structure 108 that covers the circuit board 120 can be reduced by the circuit board 120 that is downsized. Therefore, the internal space of the sealing structure 108 that accommodates the semiconductor element such as the MMIC 9 can be reduced to prevent an unnecessary resonance phenomenon from being induced in the internal space, and the characteristics of the semiconductor element such as the MMIC 9 can be prevented. Deterioration can be suppressed. In addition, since the input / output unit of the laminated waveguide line 102 and the first input / output port 7a of the substrate 8 are connected by the waveguide 6, the band of the high-frequency signal to be transmitted can be widely used. .
  • the high-frequency signal in the waveguide 6 is provided. Transmission can be performed without mode conversion.
  • the circuit board 120 has an end face that is an input / output part of the laminated waveguide line 102 and one surface of the substrate 8 from which the first input / output port 7a is exposed, preferably Are fixedly mounted on one surface of the substrate 8 via a conductive adhesive layer 106 so as to be substantially orthogonal to each other.
  • a metal carrier layer 105 for holding a shield between the substrates is formed between the circuit substrate 120 and the substrate 8.
  • the sealing structure 108 is fixedly mounted on the dielectric layer 1 which is the uppermost layer of the circuit board 120 via the conductive adhesive layer 106 to cover the circuit board 120 and the first input / output port 7 a of the board 8. It is configured as follows. As a result, a space surrounded by the sealing structure 108, the side surface of the circuit board 120, and the substrate 8 is formed, and this space becomes the waveguide 6. In this way, the configuration of the high frequency module 100 can be simplified. Further, since the space surrounded by the first and second cavities formed on the circuit board 120 and the sealing structure 108 is isolated from the space corresponding to the waveguide 6, the space of the waveguide 6 is separated.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter 30 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the transmitter 30 of this embodiment includes a high frequency module 100.
  • the transmitter 30 includes an oscillator 31 that generates a high-frequency signal mounted on one surface of the circuit board 120.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a receiver 40 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the receiver 40 of this embodiment includes a high frequency module 100.
  • the receiver 40 has a detector 41 mounted on one surface of the circuit board 120.
  • the detector 41 is connected to the laminated waveguide line 102 via the planar line 10. Then, the receiver 40 detects the high frequency signal captured by the antenna (second input / output port 7b) of the substrate 8 (antenna substrate) by the detector 41.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the transceiver 50 and the radar device 60 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the radar apparatus 60 includes a detector 61 that detects at least a distance or a relative speed between the transmitter / receiver 50 including the high-frequency module 100 and the intermediate frequency signal from the mixer 53 included in the transmitter / receiver 50.
  • the transceiver 50 includes a high frequency module 100.
  • the transceiver 50 includes an oscillator 31, a branching device 51, and a mixer 53.
  • the oscillator 31 is mounted on one surface of the circuit board 120 and connected to the planar line 10.
  • the branching device 51 is provided on the planar line 10 and branches the high-frequency signal generated by the oscillator 31.
  • One high-frequency signal branched by the branching device 51 is radiated from the antenna (second input / output port 7b) via the branching filter 52.
  • the second input / output port 7b also captures high frequency signals.
  • the mixer 53 mixes the other high-frequency signal branched by the branching device 51 with the high-frequency signal captured by the second input / output port 7b and transmitted through the branching filter 52, and outputs the intermediate frequency signal. Output.
  • the high frequency module 100 is provided, and the oscillator 31, the detector 41, and the like are mounted on one surface of the circuit board 120.
  • the transmission / reception substrate 8 or the like By providing the transmission / reception substrate 8 or the like on the other surface of 120, the high-frequency signal processed by the high-frequency circuit forming unit on one surface side is transmitted to the substrate 8 provided on the other surface side, and the other surface of the substrate 8 is transmitted.
  • the high frequency signal captured from the second input / output port 7b of the substrate 8 provided on the other surface side is radiated from the second input / output port 7b of the circuit board 120 to the high frequency circuit forming portion on the one surface side of the circuit board 120. Therefore, it is possible to realize a small size and good transmission / reception performance.
  • the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof.

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Abstract

　本実施形態にかかる高周波モジュールは、基板８と、回路基板５と、導波管６とを含む。基板８は、一表面に高周波信号の入出力部７ａを有する。回路基板５は、端面が露出する誘電体導波管線路４を有し、端面を延長した仮想面が基板８の一表面に交差するように一表面上に配置される。導波管６は、両端に開口部を有し、一方の開口部が誘電体導波管線路４の端面に接続され、他方の開口部が基板８の入出力部７ａに接続される。

Description

高周波モジュールおよびその製造方法ならびに該高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置
　本発明は、通信装置に使用される高周波モジュールおよびその製造方法ならびに該高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置に関する。
　大容量のデータを高速で伝送するために、１～３０ＧＨｚのマイクロ波領域、３０～３００ＧＨｚのミリ波領域などの高周波領域を利用した情報通信装置を応用したシステムが提案されている。また、車間距離を計測するレーダ装置のようなミリ波を利用したシステムなども提案されている。
　このようなマイクロ波、ミリ波などの高周波を利用した装置における高周波回路基板の構成としては、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuits）や受動電子部品をマイクロストリップ線路などの平面回路に実装する構成が知られている。平面回路では、電力分配回路や分岐回路、整合回路、ハイブリット回路、フィルタ回路などの各要素回路を使い分けて、システム要求を満たすように、所望の特性が得られる回路構成を備える。
　また、高周波回路基板において無線で電波を送受信するためには、アンテナが設けられるアンテナ基板が必要となる。回路基板とアンテナ基板とを接続するときには、互いの高周波信号の影響を避けるため、回路基板とアンテナ基板とがそれぞれ独立に構成され、たとえば回路基板の裏面にアンテナ基板を接続する場合が多い。そして、回路基板およびアンテナ基板のそれぞれに設けられた入出力ポート間を導波管によって接続するのが一般的である。
　たとえば、特開２００２－８４２０８号公報には、回路基板とアンテナ基板とを上下に配置し、これら回路基板とアンテナ基板との間に、導波管アダプタを介在させ、この導波管アダプタに形成された導波路によって、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとを接続した高周波モジュールが開示されている。
　また、入出力ポートが導波管の開口部である場合には、開口部と導波管との接続は、たとえば、特開２００２－１８５２０３号公報に開示されているように、開口部同士を半田バンプで接続するといった方法が用いられる。
　また、特開２００４－２５４０６８号公報には、導波管アダプタのようなものは用いずに、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとを直接半田バンプを介して接続した高周波モジュールが開示されている。
　しかしながら、特開２００２－８４２０８号公報および特開２００４－２５４０６８号公報に開示される高周波モジュールにおいては、回路基板側の入出力ポートとアンテナ基板側の入出力ポートとが、それぞれの基板同士が対向する面に設けられるため、入出力ポートと導波路とを位置決めするかまたは入出力ポート同士を位置決めするときにおける、入出力ポートの視認性がよくない。そのため、位置決め精度が安定せず大きな位置ずれが発生する可能性がある。このような位置ずれが発生すると、回路基板とアンテナ基板との間において高周波信号が伝送される伝送路が狭くなるなど、接続部分で局所的に伝送路が変化する場合がある。このように伝送路が局所的に変化した部分では、高周波信号の反射などが発生して伝送損失が大きくなるという問題が発生することがある。また、接続には半田バンプを用いるため、入出力ポートの数が多くなるほど使用する半田バンプの数が増え、実装工程が複雑化するという問題もある。
　本発明の目的は、回路基板と高周波信号の入出力が行われる入出力部が形成される基板との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる高周波モジュールおよびその製造方法を提供することである。また、この高周波モジュールを備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置を提供することである。
　本発明の一実施形態にかかる高周波モジュールは、基板と、回路基板と、導波管とを含む。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記回路基板は、端面が露出する誘電体導波管線路を有し、前記端面を延長した仮想面が前記基板の前記一表面に交差するように前記一表面上に配置される。前記導波管は、両端に開口部を有し、一方の開口部が前記誘電体導波管線路の端面に接続され、他方の開口部が前記基板の前記入出力部に接続される。
　また本発明の一実施形態にかかる高周波モジュールの製造方法は、準備工程と、回路基板の配置工程と、導波管の実装工程とを備える。前記準備工程は、基板と、導波管と、回路基板とを準備する工程である。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記導波管は、両端に開口部を有し、一方の開口部を延長した仮想開口面が他方の開口部を延長した仮想開口面と交差する関係を有する。前記回路基板は、誘電体導波管線路が端面より露出する。前記回路基板の配置工程は、前記回路基板を前記基板の一表面側に配置する工程である。前記導波管の実装工程は、前記導波管の一方の開口部を前記誘電体導波管線路の前記端面に接続され、前記導波管の他方の開口部が前記基板の前記入出力部に接続されるように前記導波管を前記基板上に実装する工程である。
　また本発明の他の実施形態にかかる高周波モジュールの製造方法は、準備工程と、導波管の実装工程と、回路基板の実装とを備える。前記準備工程は、基板と、導波管と、回路基板とを準備する工程である。前記基板は、一表面に高周波信号の入出力部を有する。前記導波管は、両端に開口部を有し、一方の開口部を延長した仮想開口面が他方の開口部を延長した仮想開口面と交差する関係を有する。前記回路基板は、誘電体導波管線路が端面より露出する。前記導波管の実装工程は、前記他方の開口部を前記入出力部に接続するように前記導波管を前記基板上に実装する工程である。前記回路基板の実装工程は、前記導波管の一方の開口部に対して前記誘電体導波管線路の前記端面が接続されるように前記回路基板を前記基板上に実装する工程である。
　また本発明の一実施形態にかかる送信器は、前記高周波モジュールと、発振器と、アンテナとを含む。発振器は、前記高周波回路基板に実装され、前記平面線路に接続された、高周波信号を発生する。アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、前記発振器が発生させた高周波信号を放射する。
　また本発明の一実施形態にかかる受信器は、前記高周波モジュールと、アンテナと、検波器とを含む。アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉する。検波器は、前記回路基板に実装され、前記誘電体導波管線路に接続された、前記アンテナが捕捉した高周波信号を検波する。
　また本発明の一実施形態にかかる送受信器は、前記高周波モジュールと、発振器と、分岐器と、送信アンテナと、受信アンテナと、ミキサとを含む。発振器は、前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続され、高周波信号を発生する。分岐器は、前記平面線路に設けられ、前記発振器で発生させた高周波信号を分岐する。送信アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続され、前記分岐器で分岐された一方の前記高周波信号を放射する。受信アンテナは、前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続され、高周波信号を捕捉する。ミキサは、前記分岐器で分岐された他方の前記高周波信号と前記受信アンテナで捕捉された高周波信号とを混合して中間周波信号を出力する。
　また本発明の一実施形態にかかるレーダ装置は、前記送受信器と、検出器とを含む。検出器は、前記ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を検出する。
　本発明の回路基板によれば、誘電体導波管線路の伝送方向端面と基板の入出力部との位置決めがしやすく、大きな位置ずれがなく接続できる。その結果、回路基板と入出力部が形成される基板との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
　本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本発明の第１の実施形態である高周波モジュールの構成を示す図である。 回路基板の構成を示す図である。 回路基板の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態である高周波モジュールの構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態である高周波モジュールの構成を示す断面図である。 高周波モジュールの構成を示す正面図である。 本発明の第４の実施形態である送信器の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態である受信器の構成を示す図である。 本発明の第６の実施形態である送受信器およびレーダ装置の構成を示す図である。
符号の説明
　１　誘電体層
　２　導体層
　３　貫通導体
　３ａ　貫通導体群
　４　誘電体導波管線路
　４ａ　伝送方向端面
　５　回路基板
　６　導波管
　７　基板導波管
　７ａ　第１入出力ポート
　７ｂ　第２入出力ポート
　８　アンテナ基板
　９　ＭＭＩＣ
　１０　平面線路
　１１　ボンディングワイヤ
　１２　調整要素
　１３　高周波反射防止部
　２０　高周波モジュール
　２１　高周波モジュール
　３０　送信器
　４０　受信器
　５０　送受信器
　６０　レーダ装置
　１００　高周波モジュール
　１０１ａ　第１キャビティ
　１０１ｂ　第２キャビティ
　１０２　積層型導波管線路
　１０２ａ　変換部
　１０５　メタルキャリア層
　１０６　導電性接着層
　１０８　封止構造体
　１０９　制御基板
　１１１　制御信号用パッド
　１１２　高周波反射防止部
　１２０　回路基板
　以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態である高周波モジュール２０の構成を示す図である。また、図２Ａおよび図２Ｂは、回路基板５の構成を示す図である。図２Ａは、回路基板５の上面図であり、図２Ｂは、回路基板５における高周波信号の伝送方向から見た側面図である。高周波モジュール２０は、回路基板５と、導波管６と、一表面に高周波信号の第１入出力部（第１入出力ポート７ａ）を有する基板８とを含む。
　回路基板５は、誘電体層１と、誘電体層１を挟んで対向する一対の導体層２と、一対の導体層２を電気的に接続する貫通導体群３ａと、を備える。貫通導体群３ａは、誘電体層１を貫通し、一対の導体層２同士を電気的に接続する複数の貫通導体３を有する。貫通導体群３ａは、高周波信号の伝送方向に沿って間隔ｇを空けて配列された一対の貫通導体列を有する。一対の貫通導体列は、高周波信号の伝送方向に直交する方向に間隔ｗを空けて配置されている。
　このように配置された貫通導体群３ａは、電気的な側壁を形成し、この側壁と一対の導体層２によって導波管である誘電体導波管線路４が形成される。
　また、誘電体導波管線路４を複数層重ねて積層型導波管線路を構成してもよい。この場合には、その層数が回路基板５内で異なっていてもよい。
　なお、間隔ｇは、高周波信号の波長の２分の１未満である。この場合、給電された電磁波が貫通導体同士の隙間から漏れることなく反射しながら誘電体導波管線路４の高周波信号伝送方向に伝播される。また、間隔ｇが、一定間隔に設けられることが好ましいが、少なくとも伝送する高周波信号の波長の２分の１未満の間隔であれば良く、その範囲内で適宜設定することができる。
　図１に示す回路基板５上には、平面線路１０や平面線路１０に電気的に接続される高周波回路素子であるＭＭＩＣ９が配置されており、平面線路１０とＭＭＩＣ９とがボンディングワイヤ１１を介して電気的に接続されている。
　平面線路１０やボンディングワイヤ１１などは、誘電体銅波管線路４に電気的に接続される高周波伝送線路導体を構成しており、この高周波伝送線路導体と誘電体導波管線路４とで、マイクロ波帯またはミリ波帯の高周波信号を伝送させるための高周波伝送線路を構成する。
　このため、ＭＭＩＣ９から出力される高周波信号は、ボンディングワイヤ１１を介して平面線路１０とボンディングワイヤ１１との接続部分から導体層２を表面に沿って伝送し、さらに誘電体導波管線路４を伝送する。なお、ＭＭＩＣ９と平面線路１０との接続構造は、ボンディングワイヤ１１を介した接続構造である必要はなく、フリップチップによる接続構造であってもよい。
　上記のような接続構造を有する回路基板５は、高周波信号の伝送を妨げることがない特性を有する材質であれば限定されるものではないが、誘電体層１は、伝送線路を形成する際の精度および製造の容易性の点からセラミックスからなることが望ましい。
　誘電体層１は、たとえば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック原料粉末に適当な有機溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって得ることができる。そして、シート状の誘電体層１に適当な打ち抜き加工を施すとともに、導体ペーストをビアホールへ充填して、貫通導体３を形成する。そして、ガラスセラミックスの場合は８５０～１０００℃、アルミナ質セラミックスの場合は１５００～１７００℃、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００～１９００℃の温度で焼成することによって製作される。
　なお、誘電体層１としては、伝送信号の周波数や製造コストの観点から、樹脂材料を用いることもできる。誘電体層１として使用可能な樹脂材料としては、たとえば、フッ素樹脂、ガラス基材入りフッ素樹脂、無機粒子と樹脂を混合した混合材料などが挙げられる。
　また、導体層２としては、たとえば誘電体層１がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステン、モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ、シリカ、マグネシア等の酸化物や有機溶媒等を添加混合した導体ペーストを厚膜印刷法により誘電体層１上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成し、厚み５～５０μｍ程度となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅、金、銀が、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステン、モリブデンが好適である。
　本実施形態の高周波モジュール２０における回路基板５は、誘電体導波管線路４の端面４ａを延長した仮想面が、基板８の第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面に対して交差、好ましくは略直交するように、基板８の一表面側に配置される。
　基板８は、厚み方向に貫通する基板導波管７を有する。基板導波管７は、基板７の一表面側（回路基板５が配置される側）に第１入出力部である第１入出力ポート７ａと、他表面側に第２入出力部である第２入出力ポート７ｂと、を有する。ここで、基板８としては、たとえば、アンテナ基板が挙げられる。なお、基板導波管７は、空間であっても良いし、内部に誘電体が充填されていても良い。
　基板８がアンテナ基板の場合は、ＭＭＩＣ９から出力されて誘電体導波管線路４を伝送した高周波信号は、後述する導波管６を介して第１入出力ポート７ａから基板導波管７を伝送し、第２入出力ポート７ｂから放射される。また、第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号は、基板導波管７を伝送して第１入出力ポート７ａから導波管６を介して誘電体導波管線路４を伝送する。
　本実施形態では、基板８はアンテナ基板である。本実施形態の高周波モジュール２０においては、誘電体導波管線路４の端面４ａの前記仮想面と基板８の一表面とが交差する位置関係が存在しているので、誘電体導波管線路４の端面４ａと導波管６との接続、および導波管６と第１入出力ポート７ａとの接続を視認可能な状態で位置精度よく行なうことができる。その結果、誘電体導波管線路４と第１入出力ポート７ａとの位置ずれが少なくなる。
　また、回路基板５と基板８との間には、回路基板５との信号の授受を行うための周辺回路を配した樹脂基板などが介在してもよいが、本実施形態では、回路基板５は、基板８の一表面に固着実装される。
　導波管６は、内部が空洞で、かつ両端に開口部を有し、一方の開口部が誘電体導波管線路４の端面４ａに接続され、他方の開口部が基板８の第１入出力ポート７ａに接続されている。また、誘電体導波管線路４の端面４ａの前記仮想面は、基板８の前記一表面に対して交差するように配置されているため、導波管６は、誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとを接続するために、屈曲された形状を成している。高周波信号の伝送方向が互いに異なる入出力部に対し、このような屈曲された導波管６で接続することにより、伝送する高周波信号の帯域を広く利用することができ、また、導波管６内において高周波信号のモード変換がない状態で伝送することができる。
　また、誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとの間の領域は導波管６によって良好に覆われるため、端面４ａと第１入出力ポート７ａの間で高周波信号の漏洩を抑制することができる。
　また、導波管６は、開口部の周囲に実質的に高周波信号の波長の４分の１の間隔で、その間隔と実質的に同じ長さの幅の溝を有してもよい。このような溝は、チョークの働きをするため、開口部の接続箇所の隙間からの高周波信号の漏洩を抑制することができる。
　なお、導波管６は、アルミニウムなどの金属からなる金属管によって形成するのが好ましい。導波管６を金属管とすることによって、放熱性がよくなり、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。また、導波管６は、樹脂管の内周面に金属めっきを施して形成してもよい。樹脂管の内周面に金属めっきを施して導波管６を形成する場合には、金属めっきの厚みは、表皮効果を考慮した厚みとする。
　また、導波管６の屈曲部における上方角部に、高周波反射防止部１３が設けられるのが好ましい。高周波反射防止部１３は、導波管６と同様の材料で形成された三角柱状の部材を導波管６の角部に接合するか、あるいは、導波管６の内壁における角部を傾斜面とすることにより、設けられる。これは、導波管６の空洞部に直角の角部が存在すると、その角部に電界が集中して高周波信号の反射が起こるため、この直角の角部をなくすためである。これによって、電界の集中を防止することができ、高周波信号の反射を防止することができる。したがって、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
　図３は、本発明の第２の実施形態である高周波モジュール２１の構成を示す図である。高周波モジュール２１は、前述した高周波モジュール２０に類似しており、同一の部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。高周波モジュール２１においては、導波管６には、導波管６の空洞部内をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のそれぞれに変位可能なピン状の調整要素１２が配設されている。この調整要素１２を、該要素の長手方向に沿って変位させることによって、導波管６に伝送する高周波信号の周波数を調整することができる。なお、調整要素１２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向のうち、少なくとも１方向に配設されていればよい。
　次に、高周波モジュール２０，２１の製造方法について説明する。まず、誘電体導波管線路４における高周波信号の端面４ａを延長した仮想面と第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面とが交差、好ましくは略直交するように、回路基板５を基板８の一表面側の上方に配置して実装する。これによって、高周波信号が伝送されるときの入出力部となる誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとが、同時に視認可能な状態となる。
　そして、導波管６の一端側を誘電体導波管線路４の端面４ａに位置決めして接続し、他端側を基板８の第１入出力ポート７ａに位置決めして接続して、導波管６を実装する。このとき、誘電体導波管線路４の端面４ａと基板８の第１入出力ポート７ａとを同時に視認可能であるため、導波管６の位置決めがしやすく、位置合わせの精度を高めることができる。そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、導波管６と誘電体導波管線路４との接続部、ならびに、導波管６と基板導波管７との接続部における、高周波信号の局所的変化を抑え、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
　また、回路基板５を基板８に実装した後に導波管６が基板８に実装されるので、導波管６の構造をより自由に設定することができる。具体的には、導波管６の一部を回路基板５の上方に配置させ、導波管６によって誘電体導波管線路４の端面４ａを上方から覆う構造を容易に実現できる。そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、誘電体導波管線路４の端面４ａにおける高周波信号の漏洩を有効に抑止することが可能となる。
　高周波モジュール２０，２１の他の製造方法について、以下に説明する。まず、導波管６の他方の開口部を基板８の第１入出力ポート７ａの開口面に位置決めして接続する。このとき、第１入出力ポート７ａは容易に視認可能であるため、位置決めがしやすく、大きな位置ずれがなく開口部と第１入出力ポート７ａとを接続することができる。
　そして、誘電体導波管線路４の端面４ａを導波管６の一方の開口面に位置決めして接続して、回路基板５を基板８の一表面側の上方に配置して実装する。このとき、誘電体導波管線路４の端面４ａが容易に視認可能であるため、位置決めがしやすく、位置ずれを小さく抑えた状態で、開口部と第１入出力ポート７ａとを接続することができる。
　そのため、この製造方法により作製した高周波モジュール２０，２１は、入出力部における、高周波信号が伝送される伝送路の局所的変化を抑え、回路基板５と基板８との間の高周波接続を低損失かつ安定に行うことができる。
　また、基板８の一表面側に導波管６を実装した後に回路基板５を実装するので、回路基板５を実装した直後には、導波管６と回路基板５との間にクリアランスがある状態であり、この状態で特性評価を行ってからリワークするか、または導波管６と回路基板５との間の隙間を導体で覆い組立完成品を得るといった良品選別を行うことができる。
　図４は、本発明の第３の実施形態である高周波モジュール１００の構成を示す断面図である。また、図５は、高周波モジュール１００の構成を示す正面図である。本実施形態において、上述の実施形態の構成と同一の部分には同一の参照符を付し、その説明を省略する。高周波モジュール１００は、回路基板１２０と、一表面に第１入出力ポート７ａが形成される基板８（アンテナ基板）と、導波管として機能する封止構造体１０８とを含む。
　回路基板１２０は、平面線路１０と誘電体層１の内部に形成される誘電体導波管線路である積層型導波管線路１０２とが電気的に接続されて高周波回路を形成する基板である。平面線路１０は、マイクロ波帯またはミリ波帯の高周波信号を伝送させるための線路のうち、配線導体に高周波信号を伝送させるものであり、マイクロストリップ線路やコプレーナー線路などが挙げられるが、好ましくはマイクロストリップ線路である。
　積層型導波管線路１０２は、図２Ａおよび図２Ｂに示される誘電体導波管線路４と基本的には同様の構成を有し、その外側端面が、高周波信号が入出力する入出力部となっており、露出している。
　本実施形態における回路基板１２０においては、誘電体層１は、第１キャビティ１０１ａと、該第１キャビティ１０１ａ内に設けられ、該第１キャビティ１０１ａよりも小さい第２キャビティ１０１ｂと、を有する。第１キャビティ１０１ａの底面、すなわち、第２キャビティ１０１ｂの周囲の領域には、変換部１０２ａが設けられている。第２キャビティ１０１の底面には、半導体素子であるＭＭＩＣ９などが実装される。
　ＭＭＩＣ９から出力される高周波信号は、ボンディングワイヤ１１を伝送し、平面線路１０から変換部１０２ａを介して積層型導波管線路１０２を伝送する。
　一方、本実施形態における基板８は、アンテナ基板であり、複数の基板導波管７を有する。また、基板８上には、基板８による高周波信号の送受信を制御する制御基板１０９が備えられており、制御基板１０９と回路基板１２０とは制御信号用パッド１１１を介して電気的に接続されている。
　封止構造体１０８は、ＭＭＩＣ９などの半導体素子を、温度、湿度、機械的損失から保護するためのものであり、回路基板１２０全体を覆うように形成されており、かつ回路基板１２０の表面と封止構造体１０８の内面が密着し、回路基板１２０の側面と封止構造体１０８の内側面との間には空間が形成され、該空間によって導波管６を構成している。そして、導波管６を介して基板導波管７の第１入出力ポート７ａが積層型導波管線路１０２の端面に接続されている。
　このため、ＭＭＩＣ９から出力されて積層型導波管線路１０２を伝送した高周波信号は、封止構造体１０８の導波管６を介して第１入出力ポート７ａから基板導波管７を伝送し、第２入出力ポート７ｂから放射される。また、第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号は、基板導波管７を伝送して第１入出力ポート７ａから導波管６を介して積層型導波管線路１０２を伝送する。
　導波管６の上方角部に高周波反射防止部１１２を設けることが好ましいことは、上述の実施形態と同様である。
　なお、本実施形態では、封止構造体１０８は、アルミニウムなどの金属材料から形成される。このように、回路基板１２０を覆う封止構造体１０８を金属材料で形成することによって、ＭＭＩＣ９などの半導体素子から発生する熱を外部に向けて放熱する役割を果たし、半導体素子の特性劣化を抑制することができる。
　以上のように、本実施形態にかかる高周波モジュール１００では、回路基板１２０において高周波信号が入出力される入出力部が、積層型導波管線路１０２の外側端面となるように構成され、積層型導波管線路１０２の端面と基板８の第１入出力ポート７ａとは、封止構造体１０８の導波管６によって接続されているので、回路基板の側面を有効に利用でき、回路基板の入出力部と基板の入出力部とが対向するように回路基板と基板が配置される場合に比べて、回路基板１２０が大きくなってしまうのを防止して小型化が達成可能である。
　また、小型化された回路基板１２０によって、その回路基板１２０を覆う封止構造体１０８の大きさも小さくすることができる。よって、ＭＭＩＣ９などの半導体素子を収容する封止構造体１０８の内部空間を小さくして、この内部空間で不要な共振現象が誘発されるのを防止することができ、ＭＭＩＣ９などの半導体素子の特性劣化を抑制することができる。
　また、積層型導波管線路１０２の入出力部と基板８の第１入出力ポート７ａとは、導波管６によって接続されているので、伝送する高周波信号の帯域を広く利用することができる。さらに、積層型導波管線路１０２の入出力部と基板８の第１入出力ポート７ａとを接続する接続部に導波管６が設けられているので、導波管６内において高周波信号のモード変換がない状態で伝送することができる。
　また、本実施形態の高周波モジュール１００では、回路基板１２０は、積層型導波管線路１０２の入出力部である端面と第１入出力ポート７ａが露出する基板８の一表面とが交差、好ましくは略直交するように、基板８の一表面に導電性接着層１０６を介して固着実装されている。このとき、回路基板１２０と基板８との間には、各基板間のシールドを保持するためのメタルキャリア層１０５が形成されている。そして、封止構造体１０８は、回路基板１２０の最上層である誘電体層１に導電性接着層１０６を介して固着実装されて、回路基板１２０および基板８の第１入出力ポート７ａを覆うように構成されている。これによって、封止構造体１０８と、回路基板１２０の側面と、基板８とによって囲まれた空間が形成され、この空間が導波管６となっている。このようにして、高周波モジュール１００の構成を簡略化することができる。
　また、回路基板１２０に形成される第１および第２キャビティと封止構造体１０８とで囲まれる空間と、前記導波管６に対応する空間とが隔離されるので、導波管６の空間内で伝送される高周波がキャビティ側の空間に進入したり、逆に、キャビティ側の空間においてボンディングワイヤ１１やＭＭＩＣ９から放射された放射波が導波管６の空間内に進入するのを防止することができる。
　次に、高周波モジュール１００を備えた送信器、受信器、送受信器およびレーダ装置について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態である送信器３０の構成を示す図である。本実施形態の送信器３０は、高周波モジュール１００を備えている。送信器３０は、回路基板１２０の一表面に実装された高周波信号を発生する発振器３１を含む。発振器３１は平面線路１０を介して積層型導波管線路１０２に接続されている。そして、送信器３０は、前記発振器３１が発生させた高周波信号を、基板８（アンテナ基板）の他表面側においてアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）から放射するように構成されている。
　また図７は、本発明の第５の実施形態である受信器４０の構成を示す図である。本実施形態の受信器４０は、高周波モジュール１００を備えている。受信器４０は、回路基板１２０の一表面に実装された検波器４１を有する。検波器４１は平面線路１０を介して積層型導波管線路１０２に接続されている。そして、受信器４０は、基板８（アンテナ基板）のアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）で捕捉した高周波信号を検波器４１で検波する。
　また図８は、本発明の第６の実施形態である送受信器５０およびレーダ装置６０の構成を示す図である。本実施形態のレーダ装置６０は、高周波モジュール１００を備える送受信器５０と、送受信器５０が備えるミキサ５３からの中間周波信号に基づいて探知対象物との距離または相対速度を少なくとも検出する検出器６１とを含む。
　送受信器５０は、高周波モジュール１００を備えている。送受信器５０は、発振器３１と、分岐器５１と、ミキサ５３とを含む。発振器３１は、回路基板１２０の一表面に実装され、平面線路１０に接続される。また、分岐器５１は、平面線路１０に設けられ、発振器３１で発生させた高周波信号を分岐する。そして、前記分岐器５１で分岐された一方の高周波信号は、分波器５２を介してアンテナ（第２入出力ポート７ｂ）から放射される。この第２入出力ポート７ｂは、高周波信号の捕捉もする。そして、ミキサ５３は、分岐器５１で分岐された他方の高周波信号と、第２入出力ポート７ｂで捕捉されて分波器５２を介して伝送された高周波信号とを混合して中間周波信号を出力する。
　前述した送信器３０、受信器４０、送受信器５０およびレーダ装置６０によれば、高周波モジュール１００を備えて、回路基板１２０に対して一表面に発振器３１、検波器４１などを実装し、回路基板１２０の他表面に送受信用の基板８などを設けることで、一表面側の高周波回路形成部で処理された高周波信号を、他表面側に設けられた基板８に伝送し、基板８の他表面における第２入出力ポート７ｂから放射させたり、逆に他表面側に設けられた基板８の第２入出力ポート７ｂで捕捉した高周波信号を、回路基板１２０の一表面側の高周波回路形成部に伝送したりすることが効果的に行えるので、小型でありかつ良好な送受信性能を実現できる。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

Claims (13)

  1. 　一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、
    　端面が露出する誘電体導波管線路を有し、前記端面を延長した仮想面が前記基板の前記一表面に交差するように前記一表面上に配置される回路基板と、
    　両端に開口部を有し、一方の開口部が前記誘電体導波管線路の端面に接続され、他方の開口部が前記基板の前記入出力部に接続される導波管と、を含む高周波モジュール。
  2. 　前記基板の一表面と前記仮想面とが略直交する請求項１記載の高周波モジュール。
  3. 　前記導波管は、前記開口部の周囲に実質的に高周波信号の波長の４分の１の間隔で、その間隔と実質的に同じ長さの幅の溝を有している請求項１または２に記載の高周波モジュール。
  4. 　前記回路基板は、半導体素子が実装される実装部と、前記半導体素子が電気的に接続される平面線路と、高周波信号を前記平面線路から前記誘電体導波管線路に変換する変換部と、をさらに含む請求項１～３のいずれかに記載の高周波モジュール。
  5. 　前記実装部および前記変換部は、前記回路基板に設けられたキャビティ内に設けられている請求項４に記載の高周波モジュール。
  6. 　前記回路基板の前記誘電体導波管線路の端面を、該端面との間に空間を形成するように覆う封止構造体をさらに含み、該封止構造体の前記誘電体導波管線路の端面を被覆する部分が前記導波管となっている請求項１～５のいずれかに記載の高周波モジュール。
  7. 　前記封止構造体は前記基板の入出力部を覆うように構成され、前記封止構造体の内面と、前記回路基板の側面と、前記基板の一表面とによって囲まれて形成される空間が、前記導波管の内部空間となるように構成される請求項６記載の高周波モジュール。
  8. 　一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、両端に開口部を有し、一方の開口部を延長した仮想開口面が他方の開口部を延長した仮想開口面と交差する関係を有する導波管と、誘電体導波管線路が端面より露出する回路基板と、を準備する工程と、
    　前記回路基板を前記基板の一表面側に配置する工程と、
    　前記導波管の一方の開口部を前記誘電体導波管線路の前記端面に接続され、前記導波管の他方の開口部が前記基板の前記入出力部に接続されるように前記導波管を前記基板上に実装する工程と、を備えた高周波モジュールの製造方法。
  9. 　一表面に高周波信号の入出力部を有する基板と、両端に開口部を有し、一方の開口部を延長した仮想開口面が他方の開口部を延長した仮想開口面と交差する関係を有する導波管と、誘電体導波管線路が端面より露出する回路基板と、を準備する工程と、
    　前記他方の開口部を前記入出力部に接続するように前記導波管を前記基板上に実装する工程と、
    　前記導波管の一方の開口部に対して前記誘電体導波管線路の前記端面が接続されるように前記回路基板を前記基板上に実装する工程と、を備えた高周波モジュールの製造方法。
  10. 　請求項４～７のいずれかに記載の高周波モジュールを備え、
    　前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
    　前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、前記発振器が発生させた高周波信号を放射するアンテナとを含む送信器。
  11. 　請求項４～７のいずれかに記載の高周波モジュールを備え、
    　前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉するアンテナと、
    　前記回路基板に実装され、前記誘電体導波管線路に接続された、前記アンテナが捕捉した高周波信号を検波する検波器とを含む受信器。
  12. 　請求項４～７のいずれかに記載の高周波モジュールを備え、
    　前記回路基板に実装され、前記平面線路に接続された、高周波信号を発生する発振器と、
    　前記平面線路に設けられ、前記発振器で発生させた高周波信号を分岐する分岐器と、
    　前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、前記分岐器で分岐された一方の前記高周波信号を放射する送信アンテナと、
    　前記基板の他表面側に設けられ、前記誘電体導波管線路に接続された、高周波信号を捕捉する受信アンテナと、
    　前記分岐器で分岐された他方の前記高周波信号と前記受信アンテナで捕捉された高周波信号とを混合して中間周波信号を出力するミキサとを含む送受信器。
  13. 　請求項１２記載の送受信器と、
    　前記ミキサからの中間周波信号に基づいて、探知対象物との距離または相対速度を検出する検出器とを含むレーダ装置。
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