(57)【要約】      （修正有）【課題】  既存の構造が持つ短絡板キャップの実装上の問題を軽微なものとし且つ変換効率を損なわないようにする。【解決手段】  第１層アルミナ基板１１の下面側にはグランド１３が形成され、両アルミナ基板１１及び１２には環状スルーホールからなるアース・パターンと略同心円状に導波管開口１４が形設され、第１層アルミナ基板１１の下面側から導波管アンテナが取り付けられる。マイクロストリップ・ライン１６は両アルミナ基板１１〜１２間に実装される。第２層アルミナ基板１２の上面では、短絡板キャップ１５が、キャップ接着パターンに合わせて固定される。【選択図】  図２
2006295670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体層と第２の誘電体層を積層した基板本体と、
前記第１の誘電体層の下面に形成された、導波管開口を持つグランドと、
前記第２の誘電体層の上面で、前記導波管開口の外周に沿って形成されたキャップ接着パターンと、
前記キャップ接着パターン上で環状に形設された複数のスルーホールからなる環状アース・パターンと、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層の間に形成された、一端が導波管内に挿入されているマイクロストリップ・ラインと、
前記キャップ接着パターンに合せて取り付けられた短絡板キャップと、
を具備することを特徴とするＲＦプローブ基板。
【請求項２】
前記短絡板キャップは、前記キャップ接着パターンとの取り付け部分の全周にわたって切り欠き部を持たない、
ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦプローブ基板。
【請求項３】
前記マイクロストリップ・ラインの他端にボンディング・パターンが形成され、
前記第２の誘電体層は前記ボンディング・パターンを覆わない、
ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦプローブ基板。
【請求項４】
前記第２の誘電体層は、前記マイクロストリップ・ライン全体を覆い、前記マイクロストリップ・ラインの他端部に相当する部位にライン結合用スルーホールが穿設され、該スルーホールを導通させて前記マイクロストリップ・ラインの他端部を前記第２の誘電体層上面に取り出してボンディング・パターンを配設する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦプローブ基板。
【請求項５】
請求項１に記載のＲＦプローブ基板を使用したことを特徴とするマイクロ波又はミリ波通信用回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信モジュール回路とアンテナとの結合を行なうＲＦプローブ基板に係り、特に、マイクロ波又はミリ波の送受信装置における高周波信号回路と導波管アンテナとの結合を行なうＲＦプローブ基板に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、高周波素子の入出力であるマイクロストリップ・ラインから導波管線路への変換を効率的に行なうＲＦプローブ基板に係り、特に、既存の構造が持つ短絡板キャップの実装上の問題を軽微なものとし且つ変換効率を損なわないようにするＲＦプローブ基板に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を始めとする情報伝送技術の発展に伴い、ミリ波帯あるいはマイクロ波帯で動作する半導体素子、すなわち高周波半導体素子技術の開発が盛んになってきている。
【０００４】
この種の回路実装技術では、高周波素子が収納された回路基板あるいはパッケージと、外部電気回路に設けられた導波管とをいかに簡単で且つ小型な構造で接続するかが重要な要素技術として位置付けられている。とりわけ、伝送損失の最も小さい導波管が形成された外部電気回路と、高周波素子を搭載した回路基板あるいはパッケージとをいかに接続するかが大きな問題である。
【０００５】
マイクロ波やミリ波の送受信装置においてモジュール回路とアンテナとの結合は、装置全体の効率やＳＮ比に関わる重要な事項である。結合が効率よく行われることによってモジュールの能力を最大限に発揮させ所望の通信距離及び帯域に結び付ける事ができる上、消費電力の減少にも効果があるからである。
【０００６】
通常、高周波素子の入出力がマイクロストリップ・ラインで形成されていることから、高周波信号回路モジュールと導波管アンテナ間での高周波信号の授受は、導波管線路への変換が必要である。
【０００７】
図６には、高周波信号回路と導波管アンテナとの間で高周波信号の授受を行なうためのＲＦプローブ基板の構成例（従来例）を示している。また、図７にはその断面構成を示している。アルミナなどでできた誘電体基板上には、例えばφ３．２ｍｍの円環上にφ２００μｍの多数のスルーホールが穿設され、基板の下面側にはグランドが形成されている。また、基板の上面には、外部の電波を遮断するとともに内部で発生した電波を反射して導波管内部に導くために、メタル製の短絡板キャップが、上記の環状に形成されたスルーホール・パターン（アース・パターン）に合わせて取り付けられる。
【０００８】
ところが、図示の構成では、マイクロストリップ・ラインがアース・パターンの外部から内側に向かって貫挿することから、マイクロストリップ・ラインと短絡板キャップとが交差する箇所が発生する。このため、マイクロストリップ・ラインとスルーホール・パターンが交差する箇所ではパターンを分離するための切断部を設けている。また、短絡板キャップの一部を加工してマイクロストリップ・ラインと接触しないための切り欠き部を設け、Ａｇペーストなどの接着剤でアルミナ基板上に固定する際には、この切り欠き部を環状アース・パターンの切断部に精密に位置合わせするようにする必要がある。
【０００９】
このような短絡板キャップの取り付け作業は、効率が非常に悪いものである。作業者は、目で確認する場合は絶えず横方向の位置情報を監視しながら実施するか、又はキャップ表面に合わせマークを刻印しマーク基準に合せ込みして最後に横方向からの確認をするなどの必要がある。いずれにしても、作業性が著しく悪く熟練を要する工程である。
【００１０】
例えば、容易に製造することができる集積回路パッケージ内の導波管からマイクロストリップへの移行部分を持つ回路モジュールや（例えば、特許文献１を参照のこと）、高周波用パッケージなどの配線基板表面に形成された信号伝送線路と、導波管とを信号の損失が小さく、また反射の小さい接続が可能な配線基板とその導波管との接続構造を提供する配線基板について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００１１】
図８には、これらのＲＦプローブ基板の構成例を図解している。また、図９にはその断面構成を示している。誘電体基板に円環上に多数のスルーホールが穿設され、マイクロストリップ・ラインがアース・パターンの外部から内側に向かって貫挿している点は、図６と同様である。また、マイクロストリップ・ラインの他端は、同基板上のＭＭＩＣ（モノリシック・ミリメートル波集積回路）の入出力端子にＡｕワイヤなどを通して接続されている。短絡板はモジュール全体を覆うようなキャップ構造となっているが、マイクロストリップ・ラインと交差する部分では広い開口を持つので、図６に示したような短絡板キャップの切り欠き部を環状アース・パターンの切断部に精密に位置合わせするという作業から解放される。
【００１２】
図示の通り、マイクロストリップ上にはそのキャップが短絡板としての機能を果たすように配置されているが、この場合、全体からの制約を受けるため適正な高さ（Ｈ）に配置するのが難しく、キャップの変形加工などの工程増を余儀なくされる。また、キャップの開口が広いことから、特性的には、注入されたＲＦ電力がＲＦプローブからモジュール内へ漏れてしまい、伝達効率が悪化する。さらに、モジュールを形成する各ブロックに対しても、横方向への相互の電波干渉が考えられる。このため、好ましい実装方法とは言えないと本発明者らは思料する。
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−２４３３０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、マイクロ波又はミリ波の送受信装置における高周波信号回路と導波管アンテナとの結合を好適に行なうことができる、優れたＲＦプローブ基板を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、高周波素子の入出力であるマイクロストリップ・ラインから導波管線路への変換を効率的に行なうことができる、優れたＲＦプローブ基板を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、既存の構造が持つ短絡板キャップの実装上の問題を軽微なものとし且つ変換効率を損なわないようにすることができる、優れたＲＦプローブ基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、マイクロストリップ・ラインから導波管線路への変換を行なうＲＦプローブ基板であって、
第１の誘電体層と第２の誘電体層からなる基板本体と、
前記第１の誘電体層の下面に形成された、導波管開口を持つグランドと、
前記第２の誘電体層の上面で、前記導波管開口の外周に沿って形成されたキャップ接着パターンと、
前記キャップ接着パターン上で環状に形設された複数のスルーホールからなる環状アース・パターンと、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層の間に形成された、一端が導波管内に挿入されているマイクロストリップ・ラインと、
前記キャップ接着パターンに合せて取り付けられた短絡板キャップと、
を具備することを特徴とするＲＦプローブ基板である。
【００１８】
マイクロ波やミリ波の送受信装置においてモジュール回路とアンテナとの結合は、装置全体の効率やＳＮ比に関わる重要な事項である。結合が効率よく行なわれることによってモジュールの能力を最大限に発揮させ所望の通信距離及び帯域に結び付けることができる上、消費電力の減少にも効果があるからである。
【００１９】
従来から行なわれている結合法は、高周波信号回路モジュールの入出力がマイクロストリップ・ライン系で配線されているという関係から、直接導波管アンテナへの変換がとられている。この場合、マイクロストリップ・ラインと短絡板キャップとが交差する箇所において、短絡板キャップの切り欠き部を正確に位置決めしなければならないという問題がある（図６を参照のこと）。あるいは、マイクロストリップ・ラインと環状アース・パターンとの交差部の接触を回避するために、この環状パターンの一部を切断し、空間を設けてマイクロストリップ・ラインを導波管内に挿入するようにしているが（図８を参照のこと）、マイクロストリップ上で短絡板キャップの開口を広げるとＲＦプローブに注入されたＲＦ電力の漏れが大きくなり伝達効率が悪化する。
【００２０】
そこで、本発明では、高周波信号回路モジュールと導波管アンテナを結合する際に、ＲＦプローブを多層基板構造にして、ＲＦプローブ上に設置する短絡板キャップの実装を容易にした。また、マイクロストリップ−導波管変換の効率を向上し、且つモジュール内の電波干渉を極力無くすようにした。
【００２１】
本発明に係るＲＦプローブ基板は、第１の誘電体層と第２の誘電体層という多層の基板で構成される。そして、第１の誘電体層の下面には導波管開口を持つグランドが形成されるとともに、第２の誘電体層の上面には、この導波管開口の外周に沿ってキャップ接着パターンが形成され、このキャップ接着パターン上には環状に多数のスルーホールが設けられ、環状アース・パターンを形成している。また、第１の誘電体層と第２の誘電体層の間でマイクロストリップ・ラインの一端が導波管内に挿入されている。
【００２２】
このようなＲＦプローブ基板構成によれば、環状アース・パターンとＲＦプローブ・パターンが独立して形成することができ、また、マイクロストリップ・ラインと短絡板キャップとが交差することがない。したがって、マイクロストリップ・ラインとの交差により環状アース・パターンを切断する必要がなくなり、短絡板キャップには従来設けていたマイクロストリップ・ラインとの接触回避の切り欠き部が不要となり、構造を単純化することができる。
【００２３】
モジュール・パッケージの導波管結合穴は、従来のＲＦプローブ基板によっても気密が保持されていたが（図６を参照のこと）、部材厚みが薄く機械的強度が弱く信頼度の点で問題がある。これに対し、本発明に係るＲＦプローブ基板によれば、１層から２層アルミナ基板となり部材厚みが倍増するので、機械的強度が増し信頼度が向上する。
【００２４】
また、本発明に係るＲＦプローブ基板によれば、マイクロストリップ・ラインとキャップが直接触れないので、パターン位置合わせなど、実装時の作業性が大幅に改善される。
【００２５】
また、本発明に係るＲＦプローブ基板によれば、表層アルミナ基板と短絡板キャップ間には全周にわたって間隙がなくなるので、従来は短絡板キャップの切り欠き部などで生じる電波漏れが改善され、マイクロストリップ・ライン−導波管間の変換効率が向上する。
【００２６】
また、本発明に係るＲＦプローブ基板によれば、モジュール内の他の機能ブロックと空間的に完全に遮蔽することができるので、異常発振などの回路モジュールの不安定動作を抑圧することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高周波素子の入出力であるマイクロストリップ・ラインから導波管線路への変換を効率的に行なうことができる、優れたＲＦプローブ基板を提供することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、既存の構造が持つ短絡板キャップの実装上の問題を軽微なものとし且つ変換効率を損なわないようにすることができる、優れたＲＦプローブ基板を提供することができる。
【００２９】
本発明に係るＲＦプローブ基板の構造によれば、単純な円形キャップの周縁部をＲＦプローブの環状スルーホール接続パターンに接着するだけであることから、顕微鏡下で上面を目視して作業することができるため、熟練を必要とせず簡単な作業となる。
【００３０】
このように作業が単純化された結果として、多能工化が図れ手番短縮が図れる、処理工数が短くなり加工費の削減となる、自動化が安価な装置で可能となる、といった効果がある。
【００３１】
また、本発明に係るＲＦプローブ基板の構造によれば、ＲＦプローブを金属製キャップで完全に遮蔽するため、ＲＦプローブへの高周波電力はＭＭＩＣあるいは導波管アンテナなどの隣接ブロックに損失なしに効率よく伝達される。
【００３２】
また、本発明に係るＲＦプローブ基板の構造によれば、ＲＦプローブを金属製キャップで完全に遮蔽するため、モジュール内で独立しておりモジュール各機能ブロックとの電波干渉がなく、異常発振などの現象は発生せず安定動作が期待できる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
マイクロ波やミリ波の送受信装置においてモジュール回路とアンテナとの結合は、装置全体の効率やＳＮ比に関わる重要な事項である。結合が効率よく行われることによってモジュールの能力を最大限に発揮させ所望の通信距離及び帯域に結び付けることができる上、消費電力の減少にも効果があるからである。
【００３６】
従来から行なわれている結合法は、高周波信号回路モジュールの入出力がマイクロストリップ・ライン系で配線されているという関係から、直接導波管アンテナへの変換がとられている（例えば、図６を参照のこと）。これに対し、本発明では、高周波信号回路モジュールと導波管アンテナを結合する際に、ＲＦプローブの構造を多層にして、ＲＦプローブ上に設置する短絡板キャップを実装容易とした。また、マイクロストリップ−導波管変換の効率を向上し、且つモジュール内の電波干渉を極力無くすようにした。
【００３７】
図１には、本発明の一実施形態に係るＲＦプローブ基板１０の構造（上面図）を示している。また、図２にはその断面構造を示している。
【００３８】
図１に示すように、アルミナなどでできた誘電体基板上には、例えばφ３．２ｍｍの円環上に、φ２００μｍの多数のスルーホールが、信号波長λの１／４以下の間隔で配設されている。
【００３９】
また、図２に示すように誘電体基板は、第１層アルミナ基板１１と第２層アルミナ基板１２の積層構造で構成され、各スルーホールはこれら両アルミナ基板１１〜１２を上面から下面まで貫挿している。
【００４０】
第１層アルミナ基板１１の下面側にはグランド１３が形成されている。また、第１層アルミナ基板１１及び第２層アルミナ基板１２には、環状に並んだ上記のスルーホールからなるアース・パターン１８と、これに略同心円状に導波管開口１４が形設され、第１層アルミナ基板１１の下面側から導波管アンテナ（図示しない）が取り付けられる。
【００４１】
第２層アルミナ基板１２の上面では、短絡板キャップ１５が、アース・パターン１８に埋設されたキャップ接着パターン１７に位置合わせして、Ａｇペーストなどの接着剤により固定される。また、マイクロストリップ・ライン１６は第１層アルミナ基板１１と第２層アルミナ基板１２の間で、アース・パターンの外部から内側に向かって走行している。マイクロストリップ・ライン１６に対し、短絡板キャップ１５は適正な高さＨに設定されている。マイクロストリップ・ライン１６の他端にはワイヤー・ボンディング・パッドが形設され、近隣のＩＣチップ（ＭＭＩＣ）の入出力端子との接続に利用される。
【００４２】
このようにアルミナ基板を多層構造としているので、環状のアース・パターン１８とＲＦプローブのパターンを独立して形成することができるので、パターンを分離するための切断部をアース・パターン１８に設ける必要はない。また、短絡板キャップ１５とマイクロストリップ・ライン１６とが接触することはないので、切り欠き部が不要であり、切り欠き部と環状アース・パターン１８の切断部との位置合わせの問題もない。
【００４３】
従来の短絡板キャップはストリップ・ラインとの接触を避ける必要から、環状アース・パターン切断部の対応箇所に切り欠きのある構造となっていた（図６を参照のこと）。このため、キャップ製造コストも掛かり、組立実装工程においてもキャップの切欠き部を接着パターンに精確に合せる必要があった。この作業はキャップを回転させながらパターン中心に設置する必要があり、さらにＡｇペーストなどの接着剤を使用するため、顕微鏡下で立体的な視野をとりながらペーストがパターンからはみ出ない様細心の注意で行なう必要があり、非常に熟練を要するものであった。これに対し、図１に示すＲＦプローブ基板では、表層となる第２層アルミナ基板１２にキャップ接着パターン１７を埋設された環状スルーホールを連続して接続形成している。したがって、アース・パターン１８と短絡板キャップ１５との接着を行なう際に、回転方向への配慮が不要となることから、著しく作業能率の向上が図られる。
【００４４】
ここで、図２を参照しながら、送信動作について考察してみる。
【００４５】
ＲＦプローブに注入されたＲＦ電力は、環状に穿設された複数のスルーホールの間隙を通ってマイクロストリップ・ライン１６先端まで到達した後、上下方向に分散放射される。このうち上方に向かったＲＦ電力は、適正な高さＨに設定されたメタル製の短絡板キャップ１５で反射され、すべて下方に向かい、元々の下方分と合流して導波管の開口面１４まで到達する。
【００４６】
セラミック内の環状スルーホールの間隔は、使用する信号波長λの１／４以下で設計されており、ほぼ完璧な導波管壁となっている。このため、上方から短絡板キャップ１５で反射されたＲＦ電力は効率よく導波管開口面１４に到達する。
【００４７】
図６及び図８で示した従来の基板構造では、注入されたＲＦ電力が上方に向かうとき、反射して戻る際にその都度キャップの切り欠き部位から漏れが発生し、効率の低下原因となってしまう。また、この漏れ電力は、供給側であるＭＭＩＣ回路と相互に影響し合うことにより、異常発振などを誘引する原因にもなってしまう。
【００４８】
これに対し、図１及び図２に示したＲＦプローブ基板の構造では、後述する変形例も含めて、従来構造が持つ欠点を除外し、安定にＲＦプローブと導波管との伝達径路を確保することができる。
【００４９】
図３には、図１に示したＲＦプローブ基板１０の変形例（上面図）を示している。また、図４にはその断面構造を示している。
【００５０】
図１に示した基板の構成例では、マイクロストリップ・ライン１６の終端部側は第２層アルミナ基板１２から外界に露出しており、マイクロストリップ・ライン１６の終端部にあるワイヤーボンディング・パターンを第１層アルミナ基板１１から取り出す構造になっている。これに対し、図３及び図４に示したＲＦプローブ基板では、第２層アルミナ基板１２はマイクロストリップ・ライン１６全体を被覆している。
【００５１】
この変形例では、図４に示すように、マイクロストリップ・ライン１６の終端部に相当する部位にはライン結合用スルーホール１９が穿設されており、このスルーホール１９を導通させて、マイクロストリップ・ライン１６の終端部を取り出し、ワイヤーボンディングを行なうことができる。後者の構成によれば、結合する前段のＭＭＩＣの構造により極力段差を生じないように選択して、近隣のＩＣチップと接続するためのボンディング・ワイヤーが不必要に長くなることを避けることができる。
【００５２】
図５には、図３及び図４に示したＲＦプローブを実装したモジュールの構造断面を示している。
【００５３】
図示のモジュール・パッケージには、ＲＦプローブの導波管径に一致した寸法の穴が設けられている。実装時には、キャップ穴、ＲＦプローブ・パターン、パッケージ穴、及び回路基板穴の中心が位置合わせされ、組み立てられる。ＲＦプローブの先端が専用の短絡板キャップにより完全に覆われているので、電波漏れがなく安定な動作を期待することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＲＦプローブ基板１０の構造（上面図）を示した図である。
【図２】図２は、図１に示したＲＦプローブ基板１０の断面構造を示した図である。
【図３】図３は、図１に示したＲＦプローブ基板１０の変形例（上面図）を示した図である。
【図４】図４は、図３に示したＲＦプローブ基板１０の断面構造を示した図である。
【図５】図５は、図３及び図４に示したＲＦプローブを実装したモジュールの構造断面を示した図である。
【図６】図６は、高周波信号回路と導波管アンテナとの間で高周波信号の授受を行なうためのＲＦプローブ基板の構成例（従来例）を示した図である。
【図７】図７は、図６に示したＲＦプローブ基板の断面構成例（従来例）を示した図である。
【図８】図８は、高周波信号回路と導波管アンテナとの間で高周波信号の授受を行なうためのＲＦプローブ基板の構成例（従来例）を示した図である。
【図９】図９は、図８に示したＲＦプローブ基板の断面構成例（従来例）を示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…ＲＦプローブ基板
１１…第１層アルミナ基板
１２…第２層アルミナ基板
１３…グランド
１４…導波管開口
１５…短絡板キャップ
１６…マイクロストリップ・ライン
１７…キャップ接着パターン
１８…アース・パターン
【図１】
2006295670.tif 000003
【図２】
2006295670.tif 000004
【図３】
2006295670.tif 000005
【図４】
2006295670.tif 000006
【図５】
2006295670.tif 000007
【図６】
2006295670.tif 000008
【図７】
2006295670.tif 000009
【図８】
2006295670.tif 000010
【図９】
2006295670.tif 000011