(57)【要約】【課題】  ＭＭＩＣを実装する為のキャビティを有する誘電体基板を用いた高周波モジュールにおいて、部品コストを抑えて気密封止できる構造とすることにより、安価な高周波モジュールを提供する。【解決手段】  当該高周波モジュールは、高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、回路基板と電気的に接続した高周波ＩＣと、回路基板を保持するための金属プレートと、高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有し、回路基板は第１のキャビティと第１のキャビティの外周を囲む第２のキャビティを有し、第１のキャビティ内に高周波ＩＣが実装され、第２のキャビティの外周でカバーが接合される。【選択図】図１
2010093146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、前記回路基板と電気的に接続した前記高周波ＩＣと、前記回路基板を保持するための金属プレートと、前記高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有する高周波モジュールにおいて、
前記回路基板は、第１のキャビティと前記第１のキャビティの外周を囲む第２のキャビティを有し、前記第１のキャビティ内に前記高周波ＩＣが実装され、前記第２のキャビティの外周でカバーが接合される、高周波モジュール。
【請求項２】
高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、前記回路基板と電気的に接続した前記高周波ＩＣと、前記回路基板を保持するための金属プレートと、前記高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有する高周波モジュールにおいて、
前記回路基板は、表裏を貫通する第１のキャビティと前記第１のキャビティの外周を囲みかつ表裏が貫通しない第２のキャビティを有し、前記金属プレートと接合され、前記第１のキャビティ内でかつ前記金属プレート上に前記高周波ＩＣが実装される、高周波モジュール。
【請求項３】
高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、前記回路基板と電気的に接続した前記高周波ＩＣと、前記回路基板を保持するための金属プレートと、前記高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有する高周波モジュールにおいて、
前記カバーにパッケージ内の電波を遮断するための周期的な突起が設けられ、
前記回路基板は、表裏を貫通する第１のキャビティと前記第１のキャビティの外周を囲む第２のキャビティを有し、前記金属プレートと接合され、前記第１のキャビティ内に前記高周波ＩＣを実装し、前記第２のキャビティには高周波伝送線路が形成され、前記回路基板の表層面でカバーが接続される、高周波モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３何れか一に記載の高周波モジュールと、
高周波信号を送受信するためのアンテナと、
高周波モジュールを制御するための制御回路を備える、送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波モジュール及びそれを用いた送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の安全への関心が高まる中、安全運転システムのセンサの一つとして、ミリ波レーダが製品化され、その搭載率は年々増加傾向にあり、近年では、低価格設定の車種にまで普及しつつある。ミリ波レーダを更に一般化するためには、低コスト化が課題である。
【０００３】
ここで、多層誘電体基板の高周波回路面側、即ち高周波信号の生成及び送受信回路をなす高周波部品の実装面側と導波路を有する金属プレートを接続した車載用ミリ波レーダの高周波モジュールが開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、導波管アダプタ２６が高周波デバイス２４の上面に設けられ、この導波管アダプタ２６によって、誘電体基板に設けられたキャビティ内のＭＩＣや高周波ＩＣであるモノリシックマイクロ波集積回路（Monolithic Microwave Integrated Circuit：以下、ＭＭＩＣと称する）等の複数の高周波チップと各チップを接続するマイクロストリップ線路，トリプレート線路やコプレーナ線路等の高周波伝送線路が、高周波デバイス２４（高周波モジュールと同意）内で気密パッケージ化された高周波モジュールが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８４２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によれば、ＭＭＩＣはベアチップであり、高周波特性を確保するためにチップ表面に保護膜を有していないものが殆どであるため、ＭＭＩＣを実装した高周波モジュールは、通常、湿度の浸入を許さない気密封止パッケージを採用せざるを得ず、パッケージに用いる部品，工数がコストアップの要因となってしまう、という課題がある。
【０００７】
又、特許文献１の図５によれば、高周波モジュールは発振器，増幅器，逓倍器など複数のＭＭＩＣを実装することにより構成され、それぞれのＭＭＩＣ間は誘電体基板の表面に形成された伝送線路により高周波信号の入出力を行っている（伝送線路とＭＭＩＣの電気的な接続には通常、金線ボンディングを用いる）ため、ＭＭＩＣと誘電体基板間の接続部においては、両者の形状的な不連続によって、高周波信号の放射又は反射による伝送損失が発生してしまう、という課題がある。
【０００８】
そこで、本発明の第１の目的は、ＭＭＩＣを実装する為のキャビティを有する誘電体基板を用いた高周波モジュールにおいて、部品コストを抑えて気密封止できる構造とすることにより、安価な高周波モジュールを提供することにある。
【０００９】
又、本発明の第２の目的は、ＭＭＩＣ実装ばらつきによる特性ばらつきを低減しつつＭＭＩＣの放熱性の良い実装構造とすることにより、精度の良い高周波モジュール並びに送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の目的を達成するための高周波モジュールは、高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、回路基板と電気的に接続した高周波ＩＣと、回路基板を保持するための金属プレートと、高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有し、回路基板は第１のキャビティと第１のキャビティの外周を囲む第２のキャビティを有し、第１のキャビティ内に高周波ＩＣが実装され、第２のキャビティの外周でカバーが接合される。
【００１１】
第２の目的を達成するための高周波モジュールは、高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と高周波ＩＣを駆動するための配線パターンを有し、セラミック基板を積層してなる回路基板と、回路基板と電気的に接続した高周波ＩＣと、回路基板を保持するための金属プレートと、高周波ＩＣをパッケージするためのカバーを有し、カバーにパッケージ内の電波を遮断するための周期的な突起が設けられ、回路基板は表裏を貫通する第１のキャビティと第１のキャビティの外周を囲む第２のキャビティを有し、回路基板は金属プレートと接合され、第１のキャビティ内に高周波ＩＣを実装し、第２のキャビティには高周波伝送線路が形成され、回路基板の表層面でカバーが接続される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＭＭＩＣを実装する為のキャビティを有する誘電体基板を用いた高周波モジュールにおいて、部品コストを抑えて気密封止できる構造とすることにより、安価な高周波モジュールを提供することができる。又、ＭＭＩＣ実装ばらつきによる特性ばらつきを低減しつつＭＭＩＣの放熱性の良い実装構造とすることにより、精度の良い高周波モジュール並びに送受信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本実施例の高周波モジュールについて、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
実施例１の高周波モジュールを図１から図３により説明する。
【００１５】
図１は、高周波モジュールの展開図であり、その構成は、セラミックを積層し高周波回路を構成するための配線パターンを形成した高周波回路基板１，発信器，電力増幅器，信号混合器等からなるＭＭＩＣ２，高周波回路基板１を保持し、高周波信号を伝播するための導波路５０を有する金属ベースプレート８，ＭＭＩＣをパッケージするためのカバー７からなる。
【００１６】
図２は、高周波モジュールの構成図である。高周波回路基板１にはＭＭＩＣ２を実装する為の第１のキャビティ６と高周波伝送線路３を形成した第２のキャビティ５の２段階のキャビティを有している。これらのキャビティ６，５は高周波回路基板１を製造する過程で形成される。即ち、高周波回路基板１の素材であるセラミックを積層する前の段階で各層のセラミックを所望のキャビティ形状に加工し、積層，焼成することで容易に形成できるものである。
【００１７】
第１のキャビティ６に実装したＭＭＩＣ２は第２のキャビティ５に形成した高周波伝送線路３やＭＭＩＣ２を駆動する為のバイアス配線端子２１とボンディングワイヤ１０により接続される。バイアス配線端子２１は入出力端子４と基板内層を介して配線されており、入出力端子４は高周波モジュールの駆動電源，出力信号の接続端子を構成する。
【００１８】
更に、高周波伝送線路３を形成した第２のキャビティ５の外枠を構成している高周波回路基板１の表層面に、金属製のカバー７を窒素雰囲気中で金属ロー材Ａ  ４０を加熱接合することにより、第１のキャビティ６及び第２のキャビティ５内を気密封止する。一方、高周波回路基板１のカバー７を接合する面に対向する表層面には、高周波モジュールの保持と高周波信号の伝播を目的とした金属ベースプレート８をＡｇペーストなどの接着剤４１により接合している。
【００１９】
上記のように構成した高周波モジュールの構造的な特徴は、高周波回路基板１に第１のキャビティ６と第２のキャビティ５を形成した点にあり、即ち、高周波回路基板１が２段のキャビティを有している点にある。
【００２０】
このように構成することにより、通常、セラミック基板などを気密封止する為に用いられる、金属製外周枠の部材が予め高周波回路基板１に形成されているため不要となる。この外周枠の材料としてはセラミック基板の線膨張係数に合わせた、コバールや鉄ニッケル合金など、材料を用いて枠状に加工するのが一般的である。しかしながら、コバールや鉄ニッケル合金は高価であることがよく知られている上、枠状の加工は削り代が多いため、素材費用が嵩み、部品費用を低減することが困難である。即ち、本実施例の高周波モジュールの構造とすることで、このような部品費用が不要となる。
【００２１】
又、上記の外周枠を金属で形成した場合、パッケージ内を電磁的にシールドする効果も期待できるが、本実施例の場合、同様の効果をもたらす為には外周枠に相当する部分の全周に電源グランドと接続したスルービア３０を、電波が遮断できる間隔で配置すればよい。本構造は、一般的なスルービア成形工程で容易に実現できる。
【００２２】
図３は、実施例１の高周波モジュールの応用例を示す図である。
【００２３】
例えば、送信用ＭＭＩＣと受信用ＭＭＩＣがパッケージ内部で干渉しないように、それぞれのパッケージ空間を遮断する場合、積層基板により第１のキャビティ６，第２のキャビティ５を形成し、このうち、第２のキャビティ５は送信側と受信側の間で遮断するように２つの第２のキャビティ５を形成する。更に、両者の第２のキャビティ５を電磁的にアイソレートするためにパッケージの外壁部の全周に電源グランドと接続したスルービア３０を形成する。
【００２４】
ここにおいて、両キャビティ間の高周波信号の伝送はポートＡ  ６１，ポートＢ  ６０間を接続した基板内層線路６２により伝送する。アンテナへの高周波信号の送受も同様の給電ポート５１，給電用基板内層線路５２により伝送され、金属ベースプレート８に形成した導波路５０によりアンテナに給電する。
【００２５】
図３に示す構造の外周枠部の形状を金属で加工しようとすると、メタルインジェクションモールドなど特殊かつコストの掛る加工方法を採用せざるを得なく、更に、この外枠を精度良く基板上に実装しなければならないため組立て時の加工コストも加わることになる。
【００２６】
又、上記実施例で説明したように、当該高周波モジュールのパッケージは、いずれの場合もカバー７が金属の平板で形成できるため、カバーの加工費用も抑えることが出来る。
【００２７】
以上から、本実施例の高周波モジュールとすることにより、パッケージのための部材が平板の金属プレートで形成したカバー７のみとなるため、部品加工費，組立て加工費を低減でき、安価な高周波モジュールを提供することが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
実施例２の高周波モジュールを図４により説明する。
【００２９】
実施例２は実施例１に対し、高周波回路基板１に形成した第１のキャビティ６が貫通穴とし、ＭＭＩＣ２を金属ベースプレート８に直接実装する構造としている点が相違点である。
【００３０】
その組立て方法の概略は、まず、高周波回路基板１と金属ベースプレート８をはんだなどの金属ロー材Ｂ  ４２により加熱接合する。上記の如く、高周波回路基板１はＭＭＩＣ２を実装する部位に、貫通した第１のキャビティ６が形成されているので、この段階で第１のキャビティ６の底面は金属ベースプレート８の表面となる。
【００３１】
次に、第１のキャビティ６の底面、即ち、ＭＭＩＣ金属ベースプレート８の表面にＭＭＩＣ２を実装し、ボンディングワイヤ１０の接続，カバー７の接合を行うことになる。
【００３２】
ここで、高周波モジュールの高精度化を図る場合、ＭＭＩＣと誘電体基板間の接続部においては、両者の形状的な不連続によって、高周波信号の放射又は反射による伝送損失が発生しやすいため、ＭＭＩＣ２の位置的な実装ばらつきを極力抑えることが望まれる。よって、ＭＭＩＣ２を実装する被実装面側の平坦度も特性ばらつきを抑える上で精度を要求される。
【００３３】
一方、自動車などの環境温度の厳しい雰囲気においてもＭＭＩＣ２を駆動させる目的でＭＭＩＣ２の放熱を考慮した実装構造とする必要がある。その放熱手段として、セラミック基板のＭＭＩＣ２実装部に放熱用のスルービアを多数形成するのが最も一般的であるが、スルービアを形成した部位は平坦度を確保するのが非常に困難である。
【００３４】
上記の課題に対し、本実施例の高周波モジュールはキャビティの底面が金属ベースプレート８となる構造の為、ＭＭＩＣ２を実装する面の平坦度を確保しつつ、更に、セラミック基板に比べて、熱伝導性の良い金属上に実装されるので、ＭＭＩＣ２の放熱性が向上する。
【００３５】
従って、本実施例の高周波モジュールとすることで、ＭＭＩＣ２の実装ばらつきによる特性ばらつきを低減しつつＭＭＩＣ２の放熱性の良い実装構造とすることが可能となるので、精度の良い高周波モジュールを提供できる。
【実施例３】
【００３６】
実施例３の高周波モジュールを図５により説明する。
【００３７】
実施例３は実施例２に対し、カバー７に周期的な突起を付加したカバーを適用した点が相違点である。
【００３８】
複数のＭＭＩＣ２を同じ空間のパッケージ内に実装した場合、図５の矢印の如く、それぞれのチップが放射する電波がその空間内を伝播し、干渉することが懸念される。特に、受信用ＭＭＩＣが不要な電波を受信してしまうと、ノイズとなって出力されるため、高周波モジュールの精度に直接影響を及ぼすことになる。これを対策する手段の一つとして、使用する高周波の波長により決定される周期にて周期的な突起７０を形成することで、パッケージ空間内の電波の伝播を遮断するフィルター効果があることが公知である。
【００３９】
しかし、使用する周波数が高いほど波長が短くなるため、上記の突起７０の周期も短くなり、精度も要求される。更に、ＭＭＩＣ２から突起７０までの距離ｈも前述のフィルター効果に影響するため、カバー７を精度良く製作することと、それを精度良く実装することが望まれる。
【００４０】
実施例２の高周波モジュールでは、カバー７を金属の平板を用いたが、このカバー７に単純なプレス加工で周期的な突起７０を設けたものが本実施例の高周波モジュールに適用しているカバー７である。カバー７の加工工程が単純なゆえ、突起７０の寸法精度も安定して製作できる。又、カバー７を実装した際の、ＭＭＩＣ２から突起７０までの距離ｈについては、前述のようにパッケージの外周枠を高周波回路基板１により形成しているので、金属の別部材で形成した外周枠を製作して実装する場合と比べて実装ばらつきが少ないため距離ｈのばらつきも抑えられ、安定したフィルター効果を発揮できる。
【００４１】
従って、実施例２の効果に加え、精度の良い高周波モジュールを提供できる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４の送受信装置を図６により説明する。
【００４３】
本実施例の送受信装置は、高周波信号を送受信するためのアンテナ８０と高周波信号を発生，処理するための高周波モジュール１００と高周波モジュール１００の駆動，制御並びに信号処理を行うための制御回路基板１１０と、これらをパッケージするための筐体ケース１２０、及び、外部との高周波信号の送受信を妨げずに高周波モジュール１００をパッケージするためのレドーム１３０とから構成される。
【００４４】
この送受信装置は例えば、アンテナ８０から送信された電波がターゲットから反射され、その反射波を受信し、受信した信号を制御回路基板１１０で処理，出力することで、周囲の状況をセンシングする機能を有した、自動車の安全制御に用いられるレーダ装置などに適用されるものである。
【００４５】
ここにおいて、本実施例の送受信装置は、実施例１から実施例３に記載の高周波モジュール１００を搭載したものである。従って、実施例１から実施例３で記載した効果により、安価で高精度の送受信装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の高周波モジュールを示す展開図。
【図２】実施例１の高周波モジュールを示す構造図。
【図３】実施例１の高周波モジュール。
【図４】実施例２の高周波モジュール。
【図５】実施例３の高周波モジュール。
【図６】実施例４の送受信装置。
【符号の説明】
【００４７】
１  高周波回路基板
２  ＭＭＩＣ
３  高周波伝送線路
４  入出力端子
５  第２のキャビティ
６  第１のキャビティ
７  カバー
８  金属ベースプレート  
１０  ボンディングワイヤ
２１  バイアス配線端子
４０  金属ロー材Ａ
４１  接着剤
４２  金属ロー材Ｂ
５０  導波路
５１  給電ポート
６０  ポートＢ
６１  ポートＡ
６２  基板内層線路
７０  突起
８０  アンテナ
１００  高周波モジュール
１１０  制御回路基板
１２０  筐体ケース
１３０  レドーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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