(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方面の側に配置される導波管と、
前記誘電体基板の他方面上に形成される導体線路と、
前記誘電体基板と前記導波管の間に配置される接地導体と、
前記開口部に連なる開口部が形成されて前記誘電体基板に前記他方面側で積層される１以上の第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に形成される導体層と、
前記第１誘電体層に積層される第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に形成される導体層と、
前記第１誘電体層の開口部の周囲に配置され且つ前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とを貫通するビアと
を備え、
前記ビアは、前記第１誘電体層の開口部の周囲に配置され且つ前記第１誘電体層を貫通する第１ビアと、前記第２誘電体層を貫通する第２ビアとで構成されることを特徴とする導波管マイクロストリップ線路変換器。
【請求項２】
前記導波管は、
開口部が形成された１以上の誘電体層と、
当該開口部の周囲に配置され且つ当該誘電体層を貫通するビアと
を備えることを特徴とする請求項１記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
【請求項３】
前記導体線路に対向する前記第１誘電体層の部分と前記導体線路に対向する前記第２誘電体層の部分の少なくとも一方に切り欠きを形成したことを特徴とする請求項１または２記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
【請求項４】
前記第１誘電体層の開口部は、前記導体線路の先端に対向する当該第１誘電体層の部分を挟んで２つ形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の導波管マイクロストリップ線路変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管マイクロストリップ線路変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、従来の導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図であり、図１２は、図１１のＢ−Ｂ矢視図である。図１１は、図１２のＡ−Ａ断面図である。
【０００３】
導波管マイクロストリップ線路変換器は、導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へと導くものである。導波管マイクロストリップ線路変換器は、導波管１０１、接地導体１０２、誘電体基板１０３、導体線路１０４、空隙（ショートという）１０５で構成される。導波管１０１は、金属板１００に形成され、その開口部は導体線路１０４に対向するように接地導体１０２に取り付けられる。導体線路１０４、誘電体基板１０３、および接地導体１０２は、マイクロストリップ線路を構成し、導体線路１０４の先端（プローブ１０４Ａという）は、導波管１０１の中央と重なるように配置される。
【０００４】
導波管１０１をＴＥ１０モードで伝搬する電磁波は、プローブ１０４Ａに到達するとプローブ１０４Ａを取り囲む電磁界を発生させ、マイクロストリップ線路にはプローブ１０４Ａから離れる方向に伝搬する疑似ＴＥＭモードが発生する。
【０００５】
このようにして、導波管１０１から入射された電磁波はプローブ１０４Ａを介してマイクロストリップ線路へと低い伝搬損失で導かれる。プローブ１０４Ａは、長さλ/4（λ：自由空間波長）且つ導波管１０１とショート１０５の間隔をλg/4（λg：導波管内波長）とする位置に挿入され、導波管１０１とプローブ１０４Ａのインピーダンス整合がとられる（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
ショート１０５は、導波管１０１とマイクロストリップ線路との間のインピーダンス整合をとるための構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２５８９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の導波管マイクロストリップ線路変換器では、ショート１０５を金属切削で作製する。ショート１０５を、使用する中心周波数帯域で整合するように製造するためには、金属ブロック１０５Ａから高精度に空隙を加工する切削工程が必要であり、生産性が低く高コストである。
【０００９】
また、金属ブロック１０５Ａを誘電体基板１０３に接着し、さらに、金属板１００と嵌合させる必要があるため、導波管１０１に対する誘電体基板１０３やショート１０５の実装ズレが生じ、透過帯域や挿入損失が制御しにくいという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属加工が不要で且つ構成部品の位置精度を向上できる導波管マイクロストリップ線路変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、第１の本発明は、開口部が形成された誘電体基板と、前記誘電体基板の一方面の側に配置される導波管と、前記誘電体基板の他方面上に形成される導体線路と、前記誘電体基板と前記導波管の間に配置される接地導体と、前記開口部に連なる開口部が形成されて前記誘電体基板に前記他方面側で積層される１以上の第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に形成される導体層と、前記第１誘電体層に積層される第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に形成される導体層と、前記第１誘電体層の開口部の周囲に配置され且つ前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とを貫通するビアとを備え、前記ビアは、前記第１誘電体層の開口部の周囲に配置され且つ前記第１誘電体層を貫通する第１ビアと、前記第２誘電体層を貫通する第２ビアとで構成されることを特徴とする。
【００１３】
例えば、前記導波管は、開口部が形成された１以上の誘電体層と、当該開口部の周囲に配置され且つ当該誘電体層を貫通するビアとを備える。
【００１４】
例えば、前記導体線路に対向する前記第１誘電体層の部分と前記導体線路に対向する前記第２誘電体層の部分の少なくとも一方に切り欠きを形成する。
【００１５】
例えば、前記第１誘電体層の開口部は、前記導体線路の先端に対向する当該第１誘電体層の部分を挟んで２つ形成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の導波管マイクロストリップ線路変換器によれば、金属加工が不要で且つ構成部品の位置精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を含むＭＭＩＣ集積モジュールの断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ矢視図である。
【図６】第２の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ矢視図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ矢視図である。
【図９】図６のＤ−Ｄ矢視図である。
【図１０】第３の実施の形態における図７に対応する図である。
【図１１】従来の導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器を含むＭＭＩＣ集積モジュールの断面図である。
【００２０】
ＭＭＩＣ集積モジュールは、誘電体基板１上に導体線路１Ｓを形成し、誘電体基板２上に接地導体２Ｇを形成し、誘電体層３Ａ〜３Ｅの上に導体層を形成し、金属板４に導波管４Ａを形成し、金属板４の上に誘電体基板１、２および誘電体層３Ａ〜３Ｅを積層した積層誘電体基板を接着することにより形成される。誘電体基板２に誘電体基板１および誘電体層３Ａ〜３Ｅが順に接着され、誘電体基板２の下面は金属板４に接着される。
【００２１】
誘電体基板１、２および誘電体層３Ａ〜３Ｅの材料は、例えば，セラミックス材料の一種であるＬＴＣＣ（Low Temperature Confired Ceramics）である。
【００２２】
導体線路１Ｓ、接地導体２Ｇおよび誘電体層上の導体層の材料は、金、銀、タングステン、銅などであり、厚さは数〜数十μｍ（ミクロン）であり、シルクスクリーン印刷やメッキ処理により形成される。
【００２３】
誘電体層３Ａ〜３Ｅには、予め開口部が形成され、積層することにより長方形のキャビティ（空間）５を有するパッケージが形成される。ＭＭＩＣ６は化合物半導体基板による受信部を含み、キャビティ５の中に配置される。ＭＭＩＣ６は具体的には、例えば、バンプ７を介して、誘電体基板１にフリップチップボンディングで実装され、金属フタ８で封止される。
【００２４】
ビア９は金属の導体であり、誘電体基板１、２や誘電体層を貫通し、各誘電体層の導体層を導通する。誘電体基板１上には、ビア９を接続する配線パターンなどがあり、コネクタ１０の信号線とＭＭＩＣ６上のパッドが電気的に接続される。
【００２５】
誘電体基板１を導体線路１Ｓと接地導体２Ｇとで挟むことで、マイクロストリップ線路が形成される。また、導波管４Ａとマイクロストリップ線路の間には、導波管４Ａからマイクロストリップ線路へ電磁波を結合すべく、導体線路１Ｓの先端（プローブ１Ｐという）を介して、導波管マイクロストリップ線路変換器が形成される。
【００２６】
導波管４Ａの図における下方先端には、図示しないが、ホーンまたはレンズ等の放射器が接続され、これにより、導波管４Ａは外部から電波を受信する。
【００２７】
なお、誘電体基板１、２や誘電体層３Ａ〜３Ｅの材料は、ＬＴＣＣの他に、セラミックス、セラミックスとガラスフィラーを混入したセラミックス混合材料、ポリイミド等のポリマー材料でもよく、誘電損失が小さい材料が望ましい。なお，セラミックス材料を使用する場合は、積層後に高温で焼成を行う。
【００２８】
ＭＭＩＣ６の実装方法は、フリップチップボンディングでなく、ワイヤボンディングでもよい。
【００２９】
図２は、第１の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ矢視図であり、図４は、図２のＣ−Ｃ矢視図であり、図５は、図２のＤ−Ｄ矢視図である。図２は、図３〜図５のＡ−Ａ断面図である。なお、図２では、金属フタ８を図示省略する。
【００３０】
導波管マイクロストリップ線路変換器は、開口部１Ｋが形成された誘電体基板１と、誘電体基板１の一方面の側（図で下側）に配置される導波管４Ａと、誘電体基板１の他方面上（図で上側の表面上）に形成される導体線路１Ｓと、誘電体基板１に導波管４Ａの端部まで配置される接地導体２Ｇと、開口部１Ｋに連なる開口部３Ｋが形成されて誘電体基板１に他方面側で積層される誘電体層３Ａ〜３Ｃと、各誘電体層３Ａ〜３Ｃの上にそれぞれ形成される導体層３ａ〜３ｃと、誘電体層３Ｃに積層される誘電体層３Ｄと、誘電体層３Ｄの上に形成される導体層３ｄと、開口部３Ｋの周囲に配置され且つ誘電体層３Ａ〜３Ｄを貫通するビア９とを備える。ビア９は例えば円柱状であり、その直径は１００μｍ、ピッチは２００μｍである。
【００３１】
誘電体層３Ｄには、誘電体層３Ｅが積層され、誘電体層３Ｅ上に導体層３ｅが形成される。誘電体基板２や誘電体層３Ｅは必ずしも必要ではないが、構造的な補強材の役割を果たし、基板の反りを低減する。
【００３２】
導体線路１Ｓと接地導体２Ｇはマイクロストリップ線路を構成する。各開口部３Ｋとビア９により、導波管４Ａとマイクロストリップ線路との間のインピーダンス整合をするための空隙（ショート２０という）が形成される。ショート２０は、導波管４Ａに合わせて、例えば８００μｍ×４００μｍのサイズを有し、その厚みは電磁界数値計算により求めることができ、例えば５０μｍである。
【００３３】
図３に示すように、プローブ１Ｐは導波管４Ａの中央に合わせて配置され、その両側に開口部１Ｋが形成される。誘電体基板１上には、導体線路１Ｓとともに、開口部１Ｋとプローブ１Ｐを囲むように、ビア９と導体層１ｄが形成される。
【００３４】
開口部１Ｋの周囲にはビア９が配置され、ビア９と導体層１ｄによる疑似金属壁が形成される。各ビア９は導体層１ｄに接し、また、接地導体２Ｇに対しても電気的に接続される。
【００３５】
ビア９の間隔は例えば波長の1/4以下である。すなわち、ビア９は、周波数３００ＧＨｚでは少なくとも２５０μｍ以下の間隔で配置される。
【００３６】
図４に示すように、誘電体層３Ｂには開口部３Ｋが形成される。誘電体層３Ｂの上の導体層３ｂは、開口部３Ｋを除いた部分の全てに形成される。ビア９は開口部３Ｋの周囲に整列して配置され、導体層３ｂに接する。なお、誘電体層３Ａ、３Ｃについても同様の構成である。
【００３７】
第１の実施の形態では、プローブ１Ｐと誘電体層３Ｄの導体層３ｄの間で、４層の誘電体層３Ａ〜３Ｄを挟んでおり、４層の誘電体層の厚さの合計が、ショート２０の高さとなる。層数や層厚を変えることで、ショート２０のインピーダンスを調整できる。なお、誘電体層３Ｄの下面に導体層を形成してもよく、この場合は３層の誘電体層の厚さの合計が、ショート２０の高さとなる。
【００３８】
図５に示すように、誘電体層３Ｄには開口部が形成されず、その上の導体層３ｄは全面に形成される。ビア９は誘電体層３Ｄの上の導体層３ｄにも接する。
【００３９】
以上のように、第１の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器は、開口部１Ｋが形成された誘電体基板１と、誘電体基板１の一方面の側に配置される導波管４Ａと、誘電体基板１の他方面上に形成される導体線路１Ｓと、誘電体基板１と導波管４Ａの間に配置される接地導体２Ｇと、開口部１Ｋに連なる開口部３Ｋが形成されて誘電体基板１に他方面側で積層される１以上の第１誘電体層（３Ａ〜３Ｃ）と、第１誘電体層上に形成される導体層３ａ〜３ｃと、第１誘電体層に積層される第２誘電体層（３Ｄ）と、第２誘電体層上に形成される導体層１ｄと、第１誘電体層の開口部の周囲に配置され且つ第１誘電体層と第２誘電体層を貫通するビア９とを備える。かかる構成によりショート２０が形成されるので、図１１、図１２のようなショート１０５を形成するための金属加工を不要とすることができる。また、基板や層形成のプロセスを利用でき、構成部品の位置精度を向上できる。
【００４０】
なお、第１の実施の形態では、第１誘電体層を３層としたが、１層、２層または４層以上としてもよい。後述の実施の形態でも同様である。
【００４１】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器について説明する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態に同一または類似の構成を用い、同一または類似のものについては第１の実施の形態で使用した符号を使用して重複説明を略し、第１の実施の形態とは異なる事項を中心に説明を行う。
【００４２】
図６は、第２の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器の断面図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ矢視図であり、図８は、図６のＣ−Ｃ矢視図であり、図９は、図６のＤ−Ｄ矢視図である。図６は、図７〜図９のＡ−Ａ断面図である。なお、図６では、金属フタ８を省略する。
【００４３】
図６に示すように、金属板４（導波管４Ａ）に代えて、開口部４Ｋと表面に導体層が形成された誘電体層４１、４２を積層し、ビア４３と導体層を開口部４Ｋの周囲に配置することにより、疑似的な導波管４Ｂを形成する。これにより、導波管４Ａを形成するための金属板４の加工を不要にできる。なお、層数は、１層または３層以上としてもよい。後述の第３の実施の形態でも同様である。
【００４４】
また、図２のビア９に代えて、誘電体層３Ａ〜３Ｃの開口部３Ｋの周囲に配置され且つ誘電体層３Ａ〜３Ｃを貫通するビア９Ａ（第１ビアに相当）と、誘電体層３Ｄを貫通するビア９Ｂ（第２ビアに相当）とを設ける。これにより、ビア９Ｂは、ビア９Ａの位置に限定されずに自由に配置でき、したがって、ショート２０のインピーダンスを自由に調整できる。
【００４５】
ショート２０のインピーダンスは、誘電体層３Ａ〜３Ｃなどの層数とその開口部３Ｋからビアまでの距離により調整できる。しかし、距離が短いと誘電体層が破れる可能性がある。そのため、所定の距離以上が必要であり、所望のインピーダンスが得られない場合がある。また、層数による調整ではインピーダンスを段階的にしか変えられず、細かい調整が困難である。
【００４６】
この課題に対して、ショート２０の上の層、つまり、誘電体層３Ｄには開口部がなく、ビアの配置が限定されないため、誘電体層３Ｄとそれより下層の誘電体層３Ａ〜３Ｃとでビアの配置を異ならせて調整することで、インピーダンスを整合させることができる。
【００４７】
また、ビア４３も、ビア９Ａの位置に限定されずに自由に配置でき、もって、導波管４Ｂとショート２０とのインピーダンス整合を調整することができる。
【００４８】
また、図７に示すように、プローブ１Ｐとマイクロストリップ線路の間にインピーダンス整合部１Ｔが挿入され、すなわちプローブ１Ｐとマイクロストリップ線路のインピーダンス整合を行うことで、反射損失を低減できる。ここでは、例えば、線路の幅を異ならせたλ/4整合線路を用いる。
【００４９】
また、導体線路１Ｓに対向する誘電体層３Ｂの部分に切り欠きが形成され、これにより、図８に示すように、導体層３ｂにも切り欠き３１ｂが形成される。また、誘電体層３Ａ、３Ｃにも同じ位置に同様の切り欠きが形成される。
【００５０】
また、導体線路１Ｓに対向する誘電体層３Ｄの部分に切り欠きが形成され、これにより、図９に示すように、導体層３ｄにも切り欠き３１ｄが形成される。また、誘電体層３Ｅにも同じ位置に同様の切り欠きが形成される。
【００５１】
その結果、第２の実施の形態では、導体線路１Ｓに対向する誘電体層３Ａ〜３Ｅの部分の体積が少なく、よって、誘電体層の誘電損失に起因する伝搬損失を低減できる。
【００５２】
なお、切り欠きは、誘電体層３Ａ〜３Ｅの全てに形成せず、いずれか１以上の層に形成してもよい。好ましくは導体線路１Ｓと接する誘電体３Ａに形成すると良い。
【００５３】
また、図８に示すように、誘電体層３Ｂの開口部３Ｋは、プローブ１Ｐに対向する誘電体層３Ｂの部分を挟んで２つ形成される。誘電体層３Ａ、３Ｃも同様の構成である。
【００５４】
誘電体基板１におけるプローブ１Ｐの部分の厚さは、マイクロストリップ線路のインピーダンス設計によって決まる。厚さを薄くした方が挿入損失を小さくできるが、薄い場合は応力により破断する可能性がある。
【００５５】
そこで、誘電体層３Ａ〜３Ｃにおいては、プローブ１Ｐに対向する部分を開口部とはせず、誘電体層を残すこととする。これにより、プローブ１Ｐの部分の強度を高めることができる。なお、かかる構成は誘電体層３Ａのみ、または、誘電体層３Ａおよび３Ｂのみとしてもよい。
【００５６】
また、第２の実施の形態では、疑似的な導波管４Ｂに代えて、金属板４を加工した導波管４Ａを用いてもよい。後述の第３の実施の形態でも同様である。
【００５７】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態に係る導波管マイクロストリップ線路変換器について説明する。第３の実施の形態では、第１、２の実施の形態に同一または類似の構成を用い、同一または類似のものについては第１、２の実施の形態で使用した符号を使用して重複説明を略し、第１、２の実施の形態とは異なる事項を中心に説明を行う。
【００５８】
図１０は、図７に対応する図であり、第３の実施の形態における同じ箇所を示している。
【００５９】
前述のように、ショート２０のインピーダンスは、誘電体層の層数とその開口部からビアまでの距離によって調整できない場合がある。すなわち、ショート２０のインピーダンスは、誘電体層３Ａ〜３Ｃなどの層数とその開口部３Ｋからビアまでの距離により調整できる。しかし、距離が短いと誘電体層が破れる可能性がある。
【００６０】
そこで、第３の実施の形態では、開口部３Ｋのサイズを調整することで、開口部１Ｋからビア９Ａまでの距離は変えず、ビア９Ａの配置を調整し、これにより、インピーダンスを整合させることができる。
【００６１】
なお、第３の実施の形態に限らず、第１、第２の実施の形態でも開口部３Ｋのサイズを調整することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２…誘電体基板
１Ｋ、３Ｋ、４Ｋ…開口部
１Ｐ…プローブ
１Ｓ…導体線路
１Ｔ…インピーダンス整合部
１ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…導体層
２Ｇ…接地導体
３Ａ、３Ａ，３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、４１、４２…誘電体層
４…金属板
４Ａ、４Ｂ…導波管
５…キャビティ
６…ＭＭＩＣ
７…バンプ
８…金属フタ
９、９Ａ、９Ｂ、４３…ビア
１０…コネクタ
２０…ショート
【要約】
【課題】金属加工が不要で且つ構成部品の位置精度を向上できる導波管マイクロストリップ線路変換器を提供する。
【解決手段】導波管マイクロストリップ線路変換器は、開口部が形成された誘電体基板１と、誘電体基板１の一方面の側に配置される導波管４Ａと、誘電体基板１の他方面上に形成される導体線路１Ｓと、誘電体基板１と導波管４Ａの間に配置される接地導体２Ｇと、誘電体基板１の開口部に連なる開口部が形成されて誘電体基板１に他方面側で積層される誘電体層３Ａ〜３Ｃと、各誘電体層３Ａ〜３Ｃの上にそれぞれ形成される導体層３ａ〜３ｃと、誘電体層３Ｃに積層される誘電体層３Ｄと、誘電体層３Ｄの上に形成される導体層３ｄと、誘電体層３Ａ〜３Ｃの開口部（２０）の周囲に配置されるビア９とを備える。
【選択図】図２【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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