WO2017098741A1 - マイクロ波モジュール - Google Patents
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Abstract
マイクロ波モジュール1は、少なくとも内部回路を覆う金属カバー230を有するRFデバイス122と、RFデバイス122側の第1の端面101と、第1の端面101の反対側の第2の端面102と、内部回路を囲んで設けられ内部回路に接続される複数の信号スルーホール162bと、複数の信号スルーホール162bを囲んで設けられ金属カバー230に接続される複数のグランドスルーホール170と、第1の端面101側に設けられ金属カバー230に接続される第1の面グランド105と、複数のグランドスルーホール215に接続される内層面グランド173と、複数のグランドスルーホール170と第1の面グランド105と内層面グランド173とに囲まれ複数の信号スルーホール162bに接続される信号線路133とを有する多層樹脂基板100と、を備える。
Description
本発明は、マイクロ波モジュールに関する。
電子走査アンテナ内に設置され、無線周波数信号であるRF(Radio Frequency)信号の振幅および位相の変調を行う従来の送受信モジュールでは、一部のRFデバイスを搭載する樹脂またはセラミックからなる基板と、HPA(High Power Amplifier)などの高発熱RFデバイスと、RFコネクタとが、金属シャーシにねじまたは接合剤で固定される。そして上記基板と高発熱RFデバイス間が金リボンまたは金ワイヤでボンディング接続される。
ここで空間に露出されたRFデバイスおよび信号線路、特にRFデバイスと基板間をつなぐ金リボンまたは金ワイヤの接続点から電磁波が放射されるため、この電磁波の放射および結合による空間アイソレーションの低下に起因した特性不良および不安定動作を抑制する必要がある。
下記特許文献1に代表される従来のモジュールでは、空間を分割する電磁遮蔽または電波吸収体といった空間アイソレーション向上対策を施した金属カバーが、複数のRFデバイスを囲んで配置される。
しかしながら、特許文献1に代表される従来のモジュールにおいては、複数のRFデバイスを囲む金属カバーが必要になると共に、金属カバー内部で発生した電磁波による結合および共振を抑制するために、電磁遮蔽体または電波吸収体の設置といった対策が必要となる。従って上記の従来技術においては、コストが上昇するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストの上昇を抑制できるマイクロ波モジュールを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のマイクロ波モジュールは、マイクロ波回路と、少なくともマイクロ波回路を覆う電磁シールド壁とを有するマイクロ波デバイスを備える。本発明のマイクロ波モジュールは、マイクロ波デバイス側の第1の端面と、第1の端面の反対側の第2の端面と、マイクロ波回路を囲んで設けられマイクロ波回路に接続される複数の信号スルーホールと、複数の信号スルーホールを囲んで設けられ電磁シールド壁に接続される複数のグランドスルーホールと、第1の端面側に設けられ電磁シールド壁に接続される第1の面グランドと、複数のグランドスルーホールに接続される内層面グランドと、複数のグランドスルーホールと第1の面グランドと内層面グランドとに囲まれ複数の信号スルーホールに接続される信号線路とを有する多層樹脂基板とを備える。
本発明によれば、コストの上昇を抑制できるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態に係るマイクロ波モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るマイクロ波モジュールの正面図である。図2は、図1に示すマイクロ波モジュールのII-II矢視断面図である。図3は、図2に示すRFデバイスの詳細図である。図4は、図2に示すデバイス基板を第4の端面側から見た図である。図5は、図1に示す多層樹脂基板を第1の端面側から見た図である。図6は、図1に示す多層樹脂基板の内層部を示す図である。図7は、図3に示すデバイス基板と図5,6に示す多層樹脂基板の断面図である。図8は、図7に示す多層樹脂基板において第1の端面側の面グランドと内層面グランドと2つのグランドスルーホールとを含む面の断面図である。
図1は、実施の形態1に係るマイクロ波モジュールの正面図である。図2は、図1に示すマイクロ波モジュールのII-II矢視断面図である。図3は、図2に示すRFデバイスの詳細図である。図4は、図2に示すデバイス基板を第4の端面側から見た図である。図5は、図1に示す多層樹脂基板を第1の端面側から見た図である。図6は、図1に示す多層樹脂基板の内層部を示す図である。図7は、図3に示すデバイス基板と図5,6に示す多層樹脂基板の断面図である。図8は、図7に示す多層樹脂基板において第1の端面側の面グランドと内層面グランドと2つのグランドスルーホールとを含む面の断面図である。
図1から図8を用いて実施の形態1に係るマイクロ波モジュールの構成を説明する。
マイクロ波モジュール1は、第1の端面101と第1の端面101の反対側の第2の端面102とを有する多層樹脂基板100から構成される。また、マイクロ波モジュール1は、多層樹脂基板100の第2の端面102側に配置される冷却板300に機械的および熱的に接続される。
マイクロ波モジュール1の多層樹脂基板100は、固定ねじ30により冷却板300に固定される。1つもしくは複数のマイクロ波モジュール1は、冷却板300に固定されて、冷却板300とともにマイクロ波モジュール500を構成する。
多層樹脂基板100の第1の端面101側には、複数のマイクロ波デバイスであるRFデバイス120,121,122,123,124と、複数のバイパスキャパシタ141,142,143とが設けられている。
また多層樹脂基板100の第1の端面101側には、給電回路側同軸RFコネクタ125と、アンテナ側同軸RFコネクタ126と、制御IC(Integrated Circuit)140と、電源制御コネクタ112とが設けられている。
実施の形態1では、RFデバイス120は移相器およびスイッチである。
また実施の形態1では、RFデバイス121はドライバ増幅器、RFデバイス122はHPA、RFデバイス123はサーキュレータまたは高耐電力スイッチ、RFデバイス124は低雑音増幅器である。
図1および図2に示すように多層樹脂基板100の内部には、複数のRF伝送線路131,132,133と、放熱体である放熱用埋め込み部材175とが設けられている。具体的には多層樹脂基板100は、図3に示すマイクロ波回路である内部回路220を多層樹脂基板100に向かって投影してなる領域に、内部回路220に接続される放熱用埋め込み部材175を有する。
図1では、給電回路側同軸RFコネクタ125とRFデバイス120とがRF伝送線路131で接続される。
RFデバイス120とRFデバイス121とがRF伝送線路131で接続される。
RFデバイス121とRFデバイス122とがRF伝送線路132で接続される。
RFデバイス122とRFデバイス123とがRF伝送線路133で接続される。
RFデバイス123とアンテナ側同軸RFコネクタ126とがRF伝送線路131で接続される。
RFデバイス123とRFデバイス124とがRF伝送線路131で接続される。
RFデバイス124とRFデバイス120とがRF伝送線路131で接続される。
給電回路側同軸RFコネクタ125とアンテナ側同軸RFコネクタ126とは、それぞれ外導体により覆われ、RFデバイス120,121,122,123,124はデバイス外周面が、グランドスルーホール、金属カバーまたは金属メッキを施した誘電体で覆われている。
図2に示すように、放熱用埋め込み部材175の一端は、RFデバイス122に接続される。放熱用埋め込み部材175の他端は、冷却板300に接続される。
放熱用埋め込み部材175は、RFデバイス122で発生する熱を効果的に冷却板300に伝達するための放熱体であり、銅、アルミニウム、または銅合金といった金属で形成されている。実施の形態1では、放熱用埋め込み部材175の形状は円柱または四角柱である。
図3にはRFデバイス122の構成例が示される。
RFデバイス122は、第3の端面201と第3の端面201の反対側の第4の端面202とを有するデバイス基板200を有する。
またRFデバイス122は、第3の端面201上に設けられた金属プレート2と、金属プレート2上に設けられたマイクロ波回路である内部回路220と、内部回路220を囲んで第3の端面201上に設けられた信号線路221と、グランドパターン12とを有する。
またRFデバイス122は、RF重畳波を抑圧するバイパスキャパシタ225と、電磁シールド壁である金属カバー230とを有する。
金属プレート2は、銅およびモリブデンによる合金等によって形成された熱膨張係数整合用のプレートである。金属プレート2は、接着または半田付けによって第3の端面201上に取り付けられている。
内部回路220は、金属プレート2の上面に配置されたトランジスタチップ5、入力整合回路6、および出力整合回路7を有する。
トランジスタチップ5は、入力整合回路6と出力整合回路7との間に配置される。
トランジスタチップ5、入力整合回路6、および出力整合回路7は、接着または半田付けによって、金属プレート2の面上に取り付けられている。
トランジスタチップ5と入力整合回路6はボンディングワイヤ8で接続される。
トランジスタチップ5と出力整合回路7はボンディングワイヤ9で接続される。
入力整合回路6と信号線路221はボンディングワイヤ10で接続される。
出力整合回路7と信号線路221はボンディングワイヤ11で接続される。
信号線路221の種類としては、入力RF線路、ゲートバイアス供給線路、出力RF線路、およびドレインバイアス供給線路である。
ゲートバイアス供給線路は、内部回路220にゲートバイアスを供給する線路である。
ドレインバイアス供給線路は、内部回路220にドレインバイアスを供給する線路である。
グランドパターン12は、デバイス基板200の第3の端面201上において、信号線路221よりも外側に設けられている。すなわちグランドパターン12は、内部回路220、信号線路221およびバイパスキャパシタ225を囲んで、デバイス基板200の第3の端面201上に設けられている。
金属カバー230は、内部回路220、信号線路221およびバイパスキャパシタ225を覆うように、デバイス基板200の第3の端面201側に設けられる。
また金属カバー230は、接着または半田付けによって、グランドパターン12に接続される。金属カバー230に使用する材料は、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、または真鍮等である。金属メッキを施した誘電体でもよい。
デバイス基板200は、その内部に、信号線路221と接続する複数の信号スルーホール213と、複数のグランドスルーホール215と、放熱用埋め込み部材176とを有する。
放熱用埋め込み部材176は、内部回路220下のデバイス基板200の中央部に設けられている。
放熱用埋め込み部材176の一端面は、金属プレート2に接続されている。放熱用埋め込み部材176の他端面は、放熱用埋め込み部材176の終端端子であるグランドパッド122eに接続されている。
放熱用埋め込み部材176は、放熱用埋め込み部材175と同様に、RFデバイス122で発生する熱を効果的に冷却板300に伝達するための放熱体である。
放熱用埋め込み部材176は、銅、アルミニウム、または銅合金といった金属で形成されている。実施の形態1では、放熱用埋め込み部材176の形状は、円柱または四角柱である。
複数の信号スルーホール213は、金属プレート2および内部回路220を囲んで、デバイス基板200の内部に設けられている。
複数のグランドスルーホール215は、複数の信号スルーホール213が設けられている位置よりも外側の位置に設けられている。
すなわち複数のグランドスルーホール215は、複数の信号スルーホール213を囲んで、デバイス基板200の内部に設けられている。
複数のグランドスルーホール215は、グランドパターン12と接続する。
図4に示すように、デバイス基板200は、その第4の端面202に、多層樹脂基板100と信号を授受する端子として、入力RF信号端子122a、出力RF信号端子122b、ゲート制御端子122c、およびドレイン電源端子122dを有する。
また、デバイス基板200は、その第4の端面202に、複数のグランド端子210と、グランドパッド122eとを有する。
入力RF信号端子122aは、入力RF線路用の信号スルーホール213に接続される。
出力RF信号端子122bは、出力RF線路用の信号スルーホール213に接続される。
ゲート制御端子122cは、ゲートバイアス供給線路用の信号スルーホール213に接続される。
ドレイン電源端子122dは、ドレインバイアス供給線路用の信号スルーホール213に接続される。
これにより、入力RF信号端子122a、出力RF信号端子122b、ゲート制御端子122c、およびドレイン電源端子122dは、それぞれが信号スルーホール213を介して、信号線路221に接続される。
複数のグランド端子210は、それぞれが複数のグランドスルーホール215のそれぞれに接続されている。図4のデバイス基板200では、入力RF信号端子122aに隣接する8つのグランド端子210で入力RF信号端子122aを囲むことにより疑似同軸が形成される。またデバイス基板200では、出力RF信号端子122bに隣接する8つのグランド端子210で出力RF信号端子122bを囲むことにより疑似同軸が形成される。
これにより複数のグランド端子210は、それぞれがグランドスルーホール215を介して、グランドパターン12に接続される。すなわち複数のグランド端子210はそれぞれが金属カバー230に接続される。
なお、ゲート制御端子122cおよびドレイン電源端子122dには、RF重畳波を抑圧するバイパスキャパシタ225と、図3に示すRF信号抑圧フィルタ219が重畳波に応じて配置される。
このように入力RF信号端子122a、出力RF信号端子122b、ゲート制御端子122c、およびドレイン電源端子122dは、金属カバー230と、複数のグランドスルーホール215と、複数のグランド端子210とに囲まれるように配置されている。
これにより、後述する多層樹脂基板100に実装することにより内部回路220、信号線路221、およびバイパスキャパシタ225が電磁的に遮蔽され、RFデバイス122で発生した電磁波がRFデバイス122の外部に放射されることを抑制できる。
なお、図1に示すRFデバイス121,123,124は、それぞれが図3に示す電磁シールドを施したRFデバイス122と同様に、金属カバーまたは金属メッキを施した誘電体で覆われて電磁シールドされた構成である電磁シールド壁を有しているものとする。
図5、図6、図7において、多層樹脂基板100は、その第1の端面101に、ランド112a、ランド112b、ランド112c、およびランド112dを有する。
また多層樹脂基板100は、その第1の端面101に、ランド113a、ランド113b、ランド113c、ランド116a、ランド117a、およびランド118aを有する。
また多層樹脂基板100は、第1の端面101において、上記の各ランド以外の領域に、第1の面グランドである面グランド105を有する。
ランド112aは、入力RF信号端子122aに接続される。
ランド112bは、出力RF信号端子122bに接続される。
ランド112cは、ゲート制御端子122cに接続される。
ランド112dは、ドレイン電源端子122dに接続される。
ランド113a,113b,113cは、それぞれが図1に示すRFデバイス123に設けられる図示しない信号端子に接続される。
ランド116aは、図1に示すアンテナ側同軸RFコネクタ126に設けられる図示しない信号端子に接続される。
ランド117aは、図1に示すバイパスキャパシタ143の一方の信号端子に接続される。
ランド118aは、図1に示すバイパスキャパシタ142の一方の信号端子に接続される。
図5では、多層樹脂基板100の内、図示しないアンテナ側の領域のみを示しているが、その他の領域の部分においても同様に構成されている。
また図6に示すように、多層樹脂基板100は、その内層部103に、RF信号抑圧フィルタ157と、RF伝送線路132と、RF伝送線路133と、信号スルーホール162aと、信号スルーホール162bと、信号スルーホール162cと、信号スルーホール162dとを有する。
また多層樹脂基板100は、その内層部103に、スルーホール167aと、スルーホール168aと、複数のグランドスルーホール170と、ゲート制御信号ライン152cと、ドレイン電源ライン152dとを有する。
また図7に示すように、多層樹脂基板100の内層部103には、内層面グランド173が設けられている。
また多層樹脂基板100の第2の端面102には、第2の面グランドである面グランド106が設けられている。
放熱用埋め込み部材175は、4つの信号スルーホール162a,162b,162c,162dによって囲まれ、さらに複数のグランドスルーホール170によって囲まれるように多層樹脂基板100に設けられている。
信号スルーホール162aは、図5に示すランド112aに接続されると共に、RF伝送線路132に接続される。
信号スルーホール162bは、図5に示すランド112bに接続されると共に、RF伝送線路133に接続される。
信号スルーホール162cは、図5に示すランド112cに接続されると共に、ゲート制御信号ライン152cに接続される。
信号スルーホール162dは、図5に示すランド112dに接続されると共に、ドレイン電源ライン152dに接続される。
スルーホール167aは、図5に示すランド117aに接続される。
スルーホール168aは、図5に示すランド118aに接続されると共に、ドレイン電源ライン152dに接続される。
複数のグランドスルーホール170は、それぞれが面グランド105と面グランド106とに接続される。
従って、図4に示すRFデバイス122の入力RF信号端子122aは、図5に示すランド112aと図6に示す信号スルーホール162aとを介して、RF伝送線路132に接続される。
図4に示すRFデバイス122の出力RF信号端子122bは、図5に示すランド112bと図6に示す信号スルーホール162bを介して、RF伝送線路133に接続される。
図4に示すRFデバイス122のゲート制御端子122cは、図5に示すランド112cと図6に示す信号スルーホール162cを介して、ゲート制御信号ライン152cに接続される。
図4に示すRFデバイス122のドレイン電源端子122dは、図5に示すランド112dと図6に示す信号スルーホール162dを介して、ドレイン電源ライン152dに接続される。
ここで、ゲート制御端子122c、ドレイン電源端子122dに重畳されるRF信号は、RFデバイス122の内部に配置されるバイパスキャパシタ225および図示しないフィルタ回路により減衰され、多層樹脂基板100内のゲート制御信号ライン152cおよびドレイン電源ライン152dへのRF信号の漏えいは抑圧される。
実施の形態1では、RFデバイス122の内部における減衰量に応じて多層樹脂基板100内にさらにゲート制御信号ライン用のRF信号抑圧フィルタ157が設置され、ゲート制御信号ライン152cに重畳するRF信号が抑圧されている。
スルーホール167aを介して接続されるバイパスキャパシタ143は、RFデバイス122の低周波発振抑圧用のキャパシタであり、スルーホール168aを介して接続されるバイパスキャパシタ142は、同じく低周波発振の抑圧と電荷供給の目的でつけられたキャパシタである。
なおRFデバイス122以外のRFデバイス間を接続するRF伝送線路も同様であり、説明は省略する。
次に多層樹脂基板100内のRF伝送線路133が、同一電位のグランドに取り囲まれていることを説明する。
図7においてデバイス基板200内の信号スルーホール213およびグランドスルーホール215は、それぞれがデバイス基板200の内部において疑似同軸線路を構成する。
多層樹脂基板100内の信号スルーホール162bおよびグランドスルーホール170は、それぞれが多層樹脂基板100の内部において疑似同軸線路を構成する。
RFデバイス122の信号スルーホール213は、出力RF信号端子122b、半田層60、ランド112b、および信号スルーホール162bを介して、RF伝送線路133に接続される。
RFデバイス122のグランドスルーホール215は、グランド端子210、半田層60、面グランド105、およびグランドスルーホール170を介して、面グランド106に接続される。
図8に示すように多層樹脂基板100の内部のRF伝送線路133は、面グランド105と、内層面グランド173と、2つのグランドスルーホール170とに囲まれている。
冷却板300、面グランド105、面グランド106、内層面グランド173、グランドスルーホール170、グランドスルーホール215、および金属カバー230は、同電位の電気的グランド、すなわち疑似電気壁を形成している。
従って、RFデバイス122から出力された信号は、全体として同一グランドに取り囲まれているため、外部に放射されることがなく、RFデバイス122と同様に構成されたRFデバイスに伝達される。
以下にマイクロ波モジュール1およびマイクロ波モジュール500の動作を説明する。
RFデバイス122におけるドレイン電源は、電源制御コネクタ112から、制御IC140およびバイパスキャパシタ141,142,143を介して、RFデバイス122に供給される。
RFデバイス122におけるゲート制御信号を含むデバイス用制御信号は、電源制御コネクタ112から制御IC140を介してRFデバイス122に伝達され、RFデバイス122を所要の状態に動作させる。
送信種信号は、給電回路側同軸RFコネクタ125に入力され、給電回路側同軸RFコネクタ125からRF伝送線路131を介してRFデバイス120に伝達される。
RFデバイス120に伝達された送信種信号は、RFデバイス121、RFデバイス122、RFデバイス123、アンテナ側同軸RFコネクタ126の順に伝達される。送信種信号は、その過程で増幅および位相制御がなされて、図示しないアンテナを介して空間に放射される。
図示しないアンテナで受信された信号波は、受信信号としてアンテナ側同軸RFコネクタ126に入力され、アンテナ側同軸RFコネクタ126からRF伝送線路131を介してRFデバイス123に伝達される。
RFデバイス123に伝達された受信信号は、RFデバイス124、RFデバイス120、給電回路側同軸RFコネクタ125の順に伝達され、図示しない分配回路で信号合成される。
RFデバイス122で発生した熱は、放熱用埋め込み部材176、グランドパッド122e、および放熱用埋め込み部材175を介して、冷却板300に伝わる。これによりRFデバイス122が効果的に冷却される。
RFデバイス122以外のRFデバイス120,121,123,124も同様に放熱用埋め込み部材またはスルーホールによりそれぞれが発熱量に応じて効果的に冷却される。
以上に説明したように実施の形態1のマイクロ波モジュール1では、複数のRFデバイス、信号線路およびRF伝送線路が疑似電気壁に格納されている。そのため複数のRFデバイスの内部で発生した電磁波が、それぞれのRFデバイスの外部に放射されることを抑制できる。
従来のモジュールでは、複数のRFデバイスを一括して囲む金属等導電性のモジュールカバーが必要であり、さらにRFデバイス端子間の空間アイソレーションを確保するために、電磁遮蔽体または電波吸収体の設置が必要となり、コストが上昇するという問題があった。
実施の形態1のマイクロ波モジュール1は、このようなモジュールカバーが必要なく、さらに、このようなモジュールカバーの内部に電磁遮蔽体または電波吸収体を設置する必要がない。従って低コスト化、小型化、および軽量化が可能である。
またシャーシに基板およびデバイスをねじ固定し、入出力RF端子と基板上の線路をボンディング接続する従来構造と比較して、実施の形態1のマイクロ波モジュール1は、全ての部品を多層樹脂基板100上に表面実装して構成されている。そのため低コスト化、小型化、および軽量化が可能である。
また実施の形態1のマイクロ波モジュール1は、複数のRFデバイスが多層樹脂基板100上に表面実装されているため、モジュール単位の構造体として個別に用意するシャーシが不要となり、直接冷却板300に多層樹脂基板100を固定可能である。そのため低コスト化、小型化、および軽量化が可能である。
また実施の形態1のマイクロ波モジュール500は、HPA等高発熱なRFデバイスに放熱用埋め込み部材176を設け、多層樹脂基板100に放熱用埋め込み部材175を設けている。これにより、樹脂基板をくり抜いてシャーシに金属パッケージをねじ固定する従来構造と同等の放熱性を確保できる。
また実施の形態1のマイクロ波モジュール500によれば、従来のシャーシ、モジュールカバー、および共振抑圧部品の設置に伴う質量の増加を回避できる。
実施の形態2.
図9は実施の形態2に係るマイクロ波モジュールの断面図である。図10は図9に示す多層樹脂基板の第2の端面側から見た図である。図11は図9に示すコンタクト端子の斜視図である。図12は図9に示す分配回路基板の第5の端面側から見た図である。
図9は実施の形態2に係るマイクロ波モジュールの断面図である。図10は図9に示す多層樹脂基板の第2の端面側から見た図である。図11は図9に示すコンタクト端子の斜視図である。図12は図9に示す分配回路基板の第5の端面側から見た図である。
実施の形態2のマイクロ波モジュール1-1は、主に、以下の点が実施の形態1のマイクロ波モジュール1と異なる。
(1)多層樹脂基板100に相当する多層樹脂基板100-1が用いられていること。
(2)RFデバイス123に相当する、後述する、電磁シールドされていない非シールドマイクロ波デバイスであるRFデバイス123-1が用いられていること。
(3)RFデバイス123-1は多層樹脂基板100-1の第2の端面102に設けられていること。
(4)多層樹脂基板100-1の第2の端面102には、RFデバイス123-1を囲んで、RFデバイス123-1用の複数のランド183が設けられていること。
(5)電源制御コネクタ112の代わりに、電源制御コネクタ用パッド52Aおよび電源制御コネクタ用端子52Bが設けられていること。ただし、電源制御コネクタ112があっても良い。
(6)多層樹脂基板100-1の第2の端面102において、後述のコンタクト端子55と対向する位置に、RFコネクタ用パッド51Aおよび電源制御コネクタ用パッド52Aが設けられていること。
また、実施の形態2のマイクロ波モジュール500-1は、主に、以下の点が実施の形態1のマイクロ波モジュール500と異なる。
(7)マイクロ波モジュール500-1は、1つもしくは複数のマイクロ波モジュール1-1と、冷却板300に相当する冷却板300-1から構成されること。
(8)冷却板300-1には、RFデバイス123-1を格納するキャビティ15が形成されていること。なお図9から図12ではキャビティ15の図示を省略しているが、キャビティ15は後述する図14において例示するものとする。
(9)冷却板300-1には、多層樹脂基板100-1上の各デバイスに電源、制御信号、およびRF信号を供給する分配回路基板50が設けられていること。
(10)分配回路基板50上に表面実装されバネ性を有するコンタクト端子55が設けられていること。
(1)多層樹脂基板100に相当する多層樹脂基板100-1が用いられていること。
(2)RFデバイス123に相当する、後述する、電磁シールドされていない非シールドマイクロ波デバイスであるRFデバイス123-1が用いられていること。
(3)RFデバイス123-1は多層樹脂基板100-1の第2の端面102に設けられていること。
(4)多層樹脂基板100-1の第2の端面102には、RFデバイス123-1を囲んで、RFデバイス123-1用の複数のランド183が設けられていること。
(5)電源制御コネクタ112の代わりに、電源制御コネクタ用パッド52Aおよび電源制御コネクタ用端子52Bが設けられていること。ただし、電源制御コネクタ112があっても良い。
(6)多層樹脂基板100-1の第2の端面102において、後述のコンタクト端子55と対向する位置に、RFコネクタ用パッド51Aおよび電源制御コネクタ用パッド52Aが設けられていること。
また、実施の形態2のマイクロ波モジュール500-1は、主に、以下の点が実施の形態1のマイクロ波モジュール500と異なる。
(7)マイクロ波モジュール500-1は、1つもしくは複数のマイクロ波モジュール1-1と、冷却板300に相当する冷却板300-1から構成されること。
(8)冷却板300-1には、RFデバイス123-1を格納するキャビティ15が形成されていること。なお図9から図12ではキャビティ15の図示を省略しているが、キャビティ15は後述する図14において例示するものとする。
(9)冷却板300-1には、多層樹脂基板100-1上の各デバイスに電源、制御信号、およびRF信号を供給する分配回路基板50が設けられていること。
(10)分配回路基板50上に表面実装されバネ性を有するコンタクト端子55が設けられていること。
図9に示す分配回路基板50は、第5の端面50-1と、第5の端面50-1の反対側の第6の端面50-2とを有する。
分配回路基板50は、第6の端面50-2が冷却板300-1と対向するように冷却板300-1上に設けられている。
図9,10に示すRFデバイス123-1は、実施の形態1のRFデバイス123と同様、サーキュレータまたは高耐電力スイッチである。
複数のランド183は、例えばRFデバイス123-1の入力RF信号端子および出力RF信号端子である。
図9に示す冷却板300-1のキャビティ15と多層樹脂基板100-1の面グランド106とが、疑似電気壁を形成する。
これによりRFデバイス123-1で発生した電磁波がキャビティ15の外部に放射されることを抑制できる。
図10に示すように多層樹脂基板100-1の第2の端面102側には、RFコネクタ用パッド51Aと電源制御コネクタ用パッド52Aが設けられている。
RFコネクタ用パッド51Aは、RF信号接続用の第1のパッドであるRF信号用パッド51A-1と、RF信号用パッド51A-1を囲む複数のグランドパッド51A-2を有する。
RFコネクタ用パッド51Aは、RF信号用パッド51A-1の外周にグランドパッド51A-2を設けることで、疑似同軸を形成し、後述の分配回路基板50と接続することで外部への電磁波の放射を抑圧している。
電源制御コネクタ用パッド52Aは、複数のパッド185Aからなる。
図11に示すようにコンタクト端子55は、Z形状の板バネである。
図12に示すように分配回路基板50の第5の端面50-1側には、コンタクト端子55で構成されるRFコネクタ用端子51Bおよび電源制御コネクタ用端子52Bが表面実装されている。
RF信号用パッド51C-1およびグランドパッド51C-2は分配回路基板50の第5の端面50-1側に設けられている。RFコネクタ用端子51Bは、RF信号用パッド51C-1に表面実装されたRF信号用コンタクト端子51B-1と、グランドパッド51C-2に表面実装されたグランド端子51B-2からなる。RF信号用パッド51C-1とグランドパッド51C-2は、RF信号接続用の第2のパッドである。複数のグランドパッド51C-2は、RF信号用パッド51C-1の周囲を囲む。図12の例では、RF信号用パッド51C-1およびグランドパッド51C-2はそれぞれ矩形状であって、1つのRF信号用パッド51C-1の周囲に、4つのグランドパッド51C-2がRF信号用パッド51C-1を囲むように配置される。
RFコネクタ用端子51Bは、RF信号用コンタクト端子51B-1の外周に複数のグランド端子51B-2を設けることで、疑似同軸を形成し、RFコネクタ用パッド51Aと接続することで外部への電磁波の放射を抑圧している。
複数のパッド52Cは分配回路基板50の第5の端面50-1側に設けられている。電源制御コネクタ用端子52Bは、複数のパッド52Cに表面実装された複数のコンタクト端子185Bからなる。図12の例では、複数のコンタクト端子185Bは一列に配列されている。
多層樹脂基板100-1は、分配回路基板50を設けた冷却板300-1に、図示しないねじで固定される。このねじが冷却板300-1に締め込まれることにより、分配回路基板50に設けられたコンタクト端子55は、多層樹脂基板100-1と分配回路基板50により圧縮される。
従ってコンタクト端子55の一端側の平坦面が、多層樹脂基板100-1側のパッド185A、RF信号用パッド51A-1、およびグランドパッド51A-2に面接触する。
これにより多層樹脂基板100-1と分配回路基板50との間で電源、制御信号、およびRF信号が授受される。
コンタクト端子55は、その平坦面の面積を広くすることで、パッド185A、RF信号用パッド51A-1、およびグランドパッド51A-2との接触を確保できる。
すなわちコンタクト端子55の平坦面の中心部が、パッド185A、RF信号用パッド51A-1、およびグランドパッド51A-2のそれぞれの中心部からずれている場合でも、位置ずれの許容範囲を大きくすることができる。
なおコンタクト端子55の形状は、Z形状に限定されず、例えばU形状のバネでもよい。コンタクト端子55は、バネ性を有するコンタクトであれば種類を問わない。またバネであるコンタクト端子55は、図10に示される第1のパッドであるRF信号用パッド51A-1に表面実装されるように構成してもよいし、図12に示される第2のパッドであるRF信号用コンタクト端子51B-1に表面実装されるように構成してもよい。
またコンタクト端子55は、点接触型のスプリングピンであっても、接触点のパッド平面内でのばらつきを許容するように設計すれば、Z形状の端子と同様に適用できる。
また実施の形態2では、コンタクト端子55を分配回路基板50側に表面実装した例を説明したが、コンタクト端子55は多層樹脂基板100-1側に表面実装してもよい。
以上に説明したように実施の形態2のマイクロ波モジュール1-1およびマイクロ波モジュール500-1によれば、金属パッケージ内部に格納されずに電磁シールド設計が困難な放熱量の比較的小さいRFデバイス123-1を、電磁シールド構造とせずとも適用可能となる。
従って、電磁シールド設計がされていない汎用のRFデバイスを用いることができ、コスト低減が可能となる。
また実施の形態2のマイクロ波モジュール1-1およびマイクロ波モジュール500-1によれば、電磁シールドを設けることによるデバイス大型化、コスト上昇、および特性低下といった問題も回避できる。
また実施の形態2のマイクロ波モジュール1-1およびマイクロ波モジュール500-1は、分配回路側に位置ずれ許容度の大きいコンタクト端子55を用いて信号の伝送を行う構成としている。すなわちアンテナ側同軸RFコネクタ126の嵌合上要求される所定の位置において、冷却板300-1に多層樹脂基板100-1をねじ固定する際、多層樹脂基板100-1の基板外形公差、RFコネクタ用端子51Bおよび電源制御コネクタ用端子52Bの表面実装位置決め公差、分配回路基板50との組立位置ずれ公差といった製造公差により、多層樹脂基板100-1のパッド185Aおよび51A-1、51A-2と分配回路基板50のコンタクト端子185Bおよび51B-1、51B-2の中心とがずれても、信号授受が可能である。
また実施の形態2のマイクロ波モジュール1-1およびマイクロ波モジュール500-1によれば、位置ずれの許容範囲を大きくすることができると共に、コンタクト端子185Bとパッド185Aとが面接触するため、通常のピン形コネクタを用いる場合に比べて電流容量が大きくない、端子数を低減できるという利点も有する。
図13は実施の形態1に係るマイクロ波モジュールのXIII-XIII矢視断面図である。図13には、実施の形態1に係るマイクロ波モジュール1を固定するための基板設置用部品40と、アンテナパネル20と、アンテナパネル20に設けられた同軸コネクタ21と、同軸コネクタ21およびアンテナ側同軸RFコネクタ126を接続する中継コネクタ22と、冷却パネル23とが示される。冷却パネル23は、アンテナパネル20と冷却板300との間に配置されて、冷却板300に接触し、冷却板300と熱的に接続される。冷却板300は上述の通りマイクロ波モジュール1とともにマイクロ波モジュール500を構成する。中継コネクタ22の一端が同軸コネクタ21に接続され、中継コネクタ22の他端がアンテナ側同軸RFコネクタ126に接続されることにより、同軸コネクタ21、中継コネクタ22およびアンテナ側同軸RFコネクタ126のそれぞれに内蔵される図示しないRF信号伝送用端子が相互に接続される。図13では1つの同軸コネクタ21と1つのマイクロ波モジュール1とが示されるが、実際のアンテナパネル20には複数の同軸コネクタ21が設けられており、複数の同軸コネクタ21のそれぞれにはマイクロ波モジュール1が接続されているものとする。従って1つのアンテナパネル20には複数のマイクロ波モジュール1が接続される形となる。なお、図13に示すように冷却板300は冷却パネル23に接触しているため、RFデバイス123で発生した熱は多層樹脂基板100、冷却板300、冷却パネル23に伝わる。そして冷却パネル23に伝わった熱は、アンテナパネル20の外に設置された不図示の冷却器で放熱される。
図13に示すように、マイクロ波モジュール1を構成する冷却板300は基板設置用部品40に設置されている。具体的には、複数の冷却板300を1つのブロックとして、複数のブロックが基板設置用部品40に設置される。そして複数のブロックが設置される基板設置用部品40が、不図示のねじにより、アンテナパネル20および冷却パネル23にねじ止めされている。そのため基板設置用部品40、アンテナパネル20およびマイクロ波モジュール1のそれぞれの寸法公差、及び部品取付精度により、同軸コネクタ21およびアンテナ側同軸RFコネクタ126の中心位置は互いに一致しない場合がある。図13に示す構成例では、このような寸法公差を考慮して同軸コネクタ21とアンテナ側同軸RFコネクタ126とが中継コネクタ22を介して接続されている。中継コネクタ22を用いることにより、同軸コネクタ21とアンテナ側同軸RFコネクタ126との位置ずれを吸収しながらアンテナパネル20とマイクロ波モジュール1との間でRF信号の伝送が可能になる。
図14は実施の形態2に係るマイクロ波モジュールとアンテナとの接続状態を示す断面図である。図14に示すように基板設置用部品40にはマイクロ波モジュール500-1を構成する冷却板300-1が設置され、冷却板300-1には、分配回路基板50が設けられると共に、RFデバイス123-1を格納するキャビティ15が形成されている。分配回路基板50と多層樹脂基板100-1との間にはコンタクト端子55が設けられている。図13に示す構造では、中継コネクタ22を用いることで寸法公差を吸収可能であるが、図14に示す構造では、中継コネクタ22だけでなくバネ構造のコンタクト端子55によっても、多層樹脂基板100-1に設けられたアンテナ側同軸RFコネクタ126と同軸コネクタ21との位置ずれを吸収することができる。
図15は実施の形態1,2に係るマイクロ波モジュールの部分断面図である。図15に示すように実施の形態1,2に係るマイクロ波モジュール500,500-1では、RFデバイス122を構成するデバイス基板200に埋め込まれた放熱用埋め込み部材175と、多層樹脂基板100,100-1に設けられた放熱用埋め込み部材176の一端側とがグランドパッド122eを介して接触し、放熱用埋め込み部材176の他端側が冷却板300,300-1に接触している。このように放熱用埋め込み部材175および放熱用埋め込み部材176は、内部回路220と冷却板300,300-1との間に積層された状態で配置されている。この構造により、RFデバイス122で発生した熱は放熱用埋め込み部材175および放熱用埋め込み部材176を介して冷却板300に伝わるため、実施の形態1,2に係るマイクロ波モジュール500,500-1によれば、デバイス基板200上において金属カバー230に覆われたRFデバイス122を効果的に冷却することができる。
図16は実施の形態2に係るマイクロ波モジュールに設けられたコンタクト端子による効果を説明するための図である。図16の縦軸は反射損を表し、横軸は周波数である。ここではコンタクト端子55は、その両端のそれぞれの平坦面が短片1.5mm×長辺1.7mmの大きさであり、その一端から他端までの高さが1.0mmであると仮定する。実施の形態2に係るマイクロ波モジュール1-1では、前述したようにコンタクト端子55を用いることにより変位量の相対的影響を低減できるため、コンタクト端子55とパッドとの相対的な位置が設計中心から一定量ずれた場合でも、反射損が20dB程度と良好な特性を維持できる。一定量としては、水平方向へのずれ量±0.5mmと、鉛直方向へのずれ量±0.125mmとを例示できる。また反射損20dBは入射エネルギーの1/100のみ反射されることを表し、99%のエネルギーがマイクロ波モジュール1-1内に伝達される。
図17は図15に示すマイクロ波モジュールの部分拡大図である。図17では、多層樹脂基板100-1と冷却板300-1との間に配置されたコンタクト端子55が拡大して示される。コンタクト端子55は、その一端がRF信号用パッド51A-1およびグランドパッド51A-2に接触するように配置される。なお図17では、図14に示す分配回路基板50の図示が省略されているが、コンタクト端子55は、その他端が図14に示す分配回路基板50に表面実装されているものとする。
RF信号用パッド51A-1は信号スルーホール162eの一端に接続される。信号スルーホール162eの他端はRF伝送線路133に接続される。グランドパッド51A-2はグランドスルーホール170の一端に接続される。グランドスルーホール170の他端は面グランド105及び内層面グランド173に接続される。RF信号用パッド51A-1に接するコンタクト端子55は、信号スルーホール162eを介してRF伝送線路133に接続される。グランドパッド51A-2に接するコンタクト端子55は、グランドスルーホール170を介して面グランド105及び内層面グランド173に接続される。その結果、図14に示される多層樹脂基板100-1に表面実装される同軸コネクタであるアンテナ側同軸RFコネクタ126と、バネ構造のコンタクト端子55とが、図15に示すマイクロ波回路である内部回路220を介して接続される。
図18は図10に示す多層樹脂基板の変形例を示す図である。図10に示す多層樹脂基板100-1は、RF信号用パッド51A-1を複数のグランドパッド51A-2で囲むことにより疑似同軸を形成している。図18に示す多層樹脂基板100-1は、複数のグランドパッド51A-2の代わりに、RF信号用パッド51A-1の周囲全体を取り囲む環状のグランドパッド51A-3を用いる。グランドパッド51A-3は疑似同軸を形成する。グランドパッド51A-3を用いることにより、複数のグランドパッド51A-2を用いる場合に比べて、部品実装ずれに対する許容度を増すことができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1,1-1 マイクロ波モジュール、2 金属プレート、5 トランジスタチップ、6 入力整合回路、7 出力整合回路、8,9,10,11 ボンディングワイヤ、12 グランドパターン、15 キャビティ、20 アンテナパネル、21 同軸コネクタ、22 中継コネクタ、23 冷却パネル、30 固定ねじ、40 基板設置用部品、50 分配回路基板、50-1 第5の端面、50-2 第6の端面、51A RFコネクタ用パッド、51A-1,51C-1 RF信号用パッド、51A-2,51A-3,51C-2 グランドパッド、51B RFコネクタ用端子、51B-1 RF信号用コンタクト端子、51B-2,210 グランド端子、112 電源制御コネクタ、55 コンタクト端子、60 半田層、100,100-1 多層樹脂基板、101 第1の端面、102 第2の端面、103 内層部、105,106 面グランド、112a,112b,112c,112d,113a,113b,113c,116a,117a,118a,183 ランド、120,121,122,123,123-1,124 RFデバイス、122a 入力RF信号端子、122b 出力RF信号端子、122c ゲート制御端子、122d ドレイン電源端子、122e グランドパッド、125 給電回路側同軸RFコネクタ、126 アンテナ側同軸RFコネクタ、131,132,133 RF伝送線路、140 制御IC、141,142,143,225 バイパスキャパシタ、152c ゲート制御信号ライン、152d ドレイン電源ライン、157,219 RF信号抑圧フィルタ、162a,162b,162c,162d,162e,213 信号スルーホール、167a,168a スルーホール、170,215 グランドスルーホール、173 内層面グランド、175,176 放熱用埋め込み部材、52A 電源制御コネクタ用パッド、52B 電源制御コネクタ用端子、52C,185A パッド、185B コンタクト端子、200 デバイス基板、201 第3の端面、202 第4の端面、220 内部回路、221 信号線路、230 金属カバー、300,300-1 冷却板、500,500-1 マイクロ波モジュール。
Claims (8)
- マイクロ波回路と、少なくとも前記マイクロ波回路を覆う電磁シールド壁とを有するマイクロ波デバイスと、
前記マイクロ波デバイス側の第1の端面と、前記第1の端面の反対側の第2の端面と、前記マイクロ波回路を囲んで設けられ前記マイクロ波回路に接続される複数の信号スルーホールと、前記複数の信号スルーホールを囲んで設けられ前記電磁シールド壁に接続される複数のグランドスルーホールと、前記第1の端面側に設けられ前記電磁シールド壁に接続される第1の面グランドと、前記複数のグランドスルーホールに接続される内層面グランドと、前記複数のグランドスルーホールと前記第1の面グランドと前記内層面グランドとに囲まれ前記複数の信号スルーホールに接続される信号線路とを有する多層樹脂基板と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波モジュール。 - 前記多層樹脂基板は、前記マイクロ波回路を多層樹脂基板に向かって投影してなる領域に、前記マイクロ波回路に接続される放熱体を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波モジュール。
- 前記多層樹脂基板は、前記第2の端面側に設けられる第2の面グランドと、前記第2の端面側に設けられ、前記マイクロ波回路とは異なるマイクロ波回路を有する非シールドマイクロ波デバイスとを有し、
前記第2の端面側に設けられ、前記第2の面グランドに接続され、少なくとも前記非シールドマイクロ波デバイスを格納するキャビティを有する冷却板に設置されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマイクロ波モジュール。 - 前記多層樹脂基板は、前記第2の端面側に表面実装される無線周波数信号接続用の第1のパッドを有し、
前記冷却板に設置され、無線周波数信号接続用の第2のパッドが表面実装される分配回路基板と、
前記第1のパッドと前記第2のパッドとの間に設けられるコンタクト端子と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波モジュール。 - 前記コンタクト端子はバネであり、
前記バネは、前記第1のパッドに表面実装され、または前記第2のパッドに表面実装されることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波モジュール。 - 前記多層樹脂基板に表面実装される同軸コネクタを備え、
前記同軸コネクタと前記バネとが前記マイクロ波回路を介して接続されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波モジュール。 - 前記多層樹脂基板は、前記第1のパッドを取り囲むように配置されたグランドパッドを有することを特徴とする請求項4から請求項6の何れか一項に記載のマイクロ波モジュール。
- 前記多層樹脂基板は、前記第2の端面側に設けられる第2の面グランドと、前記第2の端面側に設けられ、前記マイクロ波回路とは異なるマイクロ波回路を有する非シールドマイクロ波デバイスとを有し、
前記第2の端面側に設けられ、前記第2の面グランドに接続され、少なくとも前記非シールドマイクロ波デバイスを格納するキャビティを有する冷却板を有することを特徴とする請求項1、請求項2および請求項4から請求項7から成る群の何れか一項に記載のマイクロ波モジュール。
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16872641 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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