(57)【要約】【課題】ＭＭＩＣ集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止する。【解決手段】ＭＩＣ集積回路モジュールに横型導波管１０１、曲げ導波管１０２、縦型導波管１０３を形成する。これにより、誘電体基板（１、２、４）１枚あたりの開口部面積を小さくでき、よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。【選択図】図１
2015154172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された第１誘電体基板と、
前記第１誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第１誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第２誘電体基板と、
前記台座の前記一方面に実装されるＭＭＩＣと、
前記第１誘電体基板の他方面に積層され、前記第１誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第３誘電体基板と、
前記第１誘電体基板、前記第２誘電体基板および前記第３誘電体基板の開口部を囲むように当該第１誘電体基板、第２誘電体基板および第３誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、
前記第２誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第１誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタと
を備えることを特徴とするＭＭＩＣ集積回路モジュール。
【請求項２】
前記金属フタにおける凹部の周囲部分と該周囲部分に対向する前記第２誘電体基板の金属層との間に挟持される複数のスタッドバンプ
を備えることを特徴とする請求項１記載のＭＭＩＣ集積回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＭＩＣ集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のＭＭＩＣ集積回路モジュールの断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ矢視図である。
【０００３】
金属ベース７に切削形成された導波管８内の台座７１には、ＭＭＩＣ３と該ＭＭＩＣ３への給電配線および信号配線を形成した誘電体基板９が実装される。金属フタ２０には、金属ベース７と同様切削加工により、導波管８の一部、遮蔽部２ａ、ＩＣ格納部２ｂが形成される。
【０００４】
ＭＭＩＣ３の回路領域３１には、送受信用のアンプや変調器等の回路が形成される。回路領域３１と外部配線ピン３０は、誘電体基板９や誘電体基板９上のパッド９Ｐなどを介して接続される。
【０００５】
導波管結合部３２は、導波管８のＴＥ１０モードからＭＭＩＣ３における伝送線路の導波管モードへの変換機能を有する。効率良く導波管８のＴＥ１０モードと結合するために導波管８のおよそ中央に導波管結合部３２が配置される。遮蔽部２ａは、ＩＣ格納部２ｂへ電磁波が漏れないように、導波管８より１段低く形成される。
【０００６】
導波管８の開口部８１には、例えば、金属ホーン（図示せず）などが接続される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yi-Chi Shih, Thuy-Nhung Ton, and Long Q.Bui ,“WAVEGUIDE-TO-MICROSTRIP TRANSITIONS FOR MILLIMETER-WAVE APPLICATIONS”, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp. 473 - 475, vol.1, MAY 1988.
【非特許文献２】Lei Xia, Ruimin Xu, Bo Yan, ”LTCC-Based Highly Integrated Millimeter-Wave Receiver Front-End Module”, Int J Infrared Milli Waves, pp. 975 - 983, vol.27, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４等に示した従来のＭＩＣ集積回路モジュールは、誘電体基板の実装が必要である他、外部の電源や外部配線ピンのサイズが大きくなるため、小型化が困難だった。また、金属ベース、金属フタにより導波管を形成するには、高精度の切削技術や特殊なメッキ技術が必要であり、高コストが課題だった。
【０００９】
例えば、金属ベースに代え、多層誘電体基板を用いることで、小型化と加工コストの低減が実現できる。
【００１０】
しかしながら、多層誘電体基板を用いると、積層の応力により、誘電体基板に反りが生じることがある。そして、反りが原因で電磁波の漏れが生じ、導波管の伝搬損失が増加する可能性がある。
【００１１】
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、ＭＭＩＣ集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＭＭＩＣ集積回路モジュールは、開口部が形成された第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第１誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第２誘電体基板と、前記台座の前記一方面に実装されるＭＭＩＣと、前記第１誘電体基板の他方面に積層され、前記第１誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第３誘電体基板と、前記第１誘電体基板、前記第２誘電体基板および前記第３誘電体基板の開口部を囲むように当該第１誘電体基板、第２誘電体基板および第３誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記第２誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第１誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＭＭＩＣ集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るＭＭＩＣ集積回路モジュールの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１のＭＭＩＣ集積回路モジュールの上面図である。
【図４】従来のＭＭＩＣ集積回路モジュールの断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施形態に係るＭＭＩＣ集積回路モジュールの断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図３は、図１のＭＭＩＣ集積回路モジュールの上面図である。
【００１７】
図１に示すように、ＭＭＩＣ集積回路モジュールは、開口部１１が形成された第１誘電体基板１と、第１誘電体基板１の一方面（図では上側の面）に積層され、開口部１１の一部に面した第１誘電体基板１の部分である台座１２と開口部１１とをあわせた領域にあわせて開口部２１が形成された第２誘電体基板２と、台座１２の前記一方面（図では上側の面）に実装されるＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路：monolithic microwave integrated circuit）３と、第１誘電体基板１の他方面（図では下側の面）に積層され、第１誘電体基板１の開口部１１における台座１２に接していない領域１１１にあわせて開口部４１が形成された（図では３枚）の第３誘電体基板４と、第１誘電体基板１の開口部１１を囲むように第１誘電体基板１に設けられる貫通ビア１Ａおよび金属層１Ｂと、第２誘電体基板２の開口部２１を囲むように第２誘電体基板２に設けられる貫通ビア２Ａおよび金属層２Ｂと、第３誘電体基板４の開口部４１を囲むように第３誘電体基板４に設けられる貫通ビア４Ａおよび金属層４Ｂと、第２誘電体基板２の一方面側（図では上側の面）に配置され、第１誘電体基板１の開口部１１に向けて開口する凹部５１が形成された金属フタ５とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成により、ＭＭＩＣ集積回路モジュールには、横型導波管１０１、曲げ導波管１０２、縦型導波管１０３が形成される。つまり、Ｌ字型の導波管が形成される。導波管の高さは、例えば、０．８ｍｍであり、幅は、例えば、０．４ｍｍである。この場合、Ｈ面曲げ導波管となる。導波管として機能させるためには、同一の誘電体基板における貫通ビアの間隔を、導波管を伝搬する電磁波の波長の１／４以下とするのが好ましい。これにより、貫通ビアの間から電磁波が漏れず、導波管として機能する。金属層と貫通ビアには、例えば、導電性銀フィラーを混入した銀ペーストを用いる。
【００１９】
各誘電体基板には、低温焼成セラミックスＬＴＣＣ（Low Temperature Confired Ceramics）やポリイミド等を用いることができ、厚さは例えば１００μｍ（ミクロン）程度である。
【００２０】
誘電体基板の数は、本実施の形態の数に限らず、例えば、縦型導波管１０３を長くすべく、第３誘電体基板４を４枚以上設けてもよい。
【００２１】
ここで、比較例として、曲げ導波管１０２、縦型導波管１０３を設けず、横型導波管１０１を図左側に延長したＭＭＩＣ集積回路モジュールを考える。
【００２２】
本実施の形態のＭＭＩＣ集積回路モジュールと比較例のＭＭＩＣ集積回路モジュールとで、導波管の実質的な長さを同じにした場合、本実施の形態のＭＭＩＣ集積回路モジュールの導波管はＬ字型なので、誘電体基板１枚あたりの開口部面積を小さくできる。よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
【００２３】
ＭＭＩＣ３は、回路領域３１と、回路領域３１に接続された導波管結合部３２を有する。回路領域３１には、送受信用のアンプや変調器等の回路が形成される。導波管結合部３２は、横型導波管１０１のＴＥ１０モードからＭＭＩＣ３における伝送線路の導波管モードへの変換機能を有する。
【００２４】
ＭＭＩＣ３は、例えば、集積回路を形成した化合物半導体である。ＭＭＩＣ３は、例えば、導電性を有する接着剤により、台座１２に固定される。
【００２５】
なお、ＭＭＩＣ３を実装したポリマー基板などの上に導波管結合部３２を形成しても、同様の構成となる。
【００２６】
導波管結合部３２は、例えば、ＭＭＩＣ３の厚さや第１誘電体基板１の厚さや枚数を適宜選択することにより、横型導波管１０１のＨ面中央に配置されるのが好ましい。このような配置により、効率的な結合変換が可能となる。
【００２７】
凹部５１は、金等でメッキされている。また、凹部５１の、曲げ導波管１０２を構成する部分は、斜面部５１１となっており、インピーダンスの変化を抑えることができる。つまり、横型導波管１０１からの電磁波を縦型導波管１０３へ導波し、縦型導波管１０３からの電磁波を横型導波管１０１へ導波するようになっている。斜面部５１１の表面は平面であり滑らかであることが好ましいが、階段状でもよい。この場合、階段の段差は波長の１／１０程度であることが好ましい。
【００２８】
また、凹部５１の、横型導波管１０１を構成する部分は、横型導波管１０１の高さに応じた高さとなっているが、凹部５１の、台座１２に対向する部分は、横型導波管１０１から、図では右方向（後述のＩＣ格納部５１４）に電磁波が漏れないように、１段低い遮蔽部５１２となっている。また、遮蔽部５１２に連なるＩＣ格納部５１４は、ＭＭＩＣ３やパッド２Ｐと接触しないように設計される。
【００２９】
図２に示すように、横型導波管１０１、曲げ導波管１０２の周囲に貫通ビア（１Ａ、２Ａ、４Ａ）と金属層（１Ｂ、２Ｂなど）が形成される。
【００３０】
導波管の短辺側のＥ面壁Ｅは、金属層１Ｂで構成される。また、導波管の長辺側のＨ面壁Ｈには、貫通ビア（１Ａ、２Ａ、４Ａ）と金属層（２Ｂなど）が形成されている。
【００３１】
横型導波管１０１のインピーダンスは、導波管のサイズや貫通ビアの配置により制御可能であり、導波管結合部３２との結合効率が最大となるようにするのが好ましい。
【００３２】
また、縦型導波管１０３をＥ面、Ｈ面の方向に徐々に広げることによりホーンアンテナを形成してもよい。
【００３３】
第２誘電体基板２の上側の面には、ＭＭＩＣ３への給電配線や信号配線（共に不図示）および接続用のパッド２Ｐが形成される。
【００３４】
また、ＭＭＩＣ集積回路モジュールは、金属フタ５における凹部５１の周囲部分５２と該周囲部分に対向する第２誘電体基板２の金属層２Ｂとの間に挟持される基板の反りによる微小な空隙を塞ぐために、さらに複数のスタッドバンプ６を備えてもよい。スタッドバンプ６は、例えば、金で形成される。また金属層２Ｂや貫通ビア２Ａ等と同電位となる。
【００３５】
スタッドバンプ６は、第２誘電体基板２の金属層２Ｂの無い部分において、給電配線、信号配線、パッド２Ｐと導通しないように配置される。
【００３６】
スタッドバンプ６は、例えば、球形であり、その中心同士の配置間隔を波長の１／４以下（例えば、２００μｍ）とすることで、金属フタ５と金属層２Ｂの間から電磁波が漏れるのを防止できる。
【００３７】
各誘電体基板において積層による反りがない理想状態では、各スタッドバンプ６は不要である。しかし、反りがある場合は、上記のようにスタッドバンプ６の中心同士の配置間隔を例えば波長の１／４以下として電磁波の漏れ防止を図った上で、図１で最も下の第３誘電体基板４の下側面（底面）に対し、金属フタ５の上面が平行となるように、各スタッドバンプ６サイズを個別に調整（レベリング調整）することが好ましい。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係るＭＩＣ集積回路モジュールによれば、横型導波管１０１、曲げ導波管１０２、縦型導波管１０３を形成したことで、誘電体基板１枚あたりの開口部面積を小さくでき、よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
【００３９】
また、本実施の形態のＭＭＩＣ集積回路モジュールは、誘電体基板を積層して構成するので、誘電体基板に貫通ビアや配線を施すことで、ＭＭＩＣへの給電や信号供給ができ、また、導波管を一体形成できるので、ＭＭＩＣ集積回路モジュールを小型化することができる。また、金属ベースが不要であり、よって、高精度の切削技術や特殊なメッキ技術が不要であるから、加工コストを低減できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…第１誘電体基板
１Ａ、２Ａ、４Ａ…貫通ビア
１Ｂ、２Ｂ、４Ｂ…金属層
２…第２誘電体基板
３…ＭＭＩＣ
４…第３誘電体基板
５…金属フタ
６…スタッドバンプ
７…金属ベース
１１…開口部
１２…台座
２１…開口部
３１…回路領域
３２…導波管結合部
４１…開口部
５１…凹部
５２…周囲部分
１０１…横型導波管
１０２…曲げ導波管
１０３…縦型導波管
１１１…領域
５１１…斜面部
５１２…遮蔽部
５１４…ＩＣ格納部
Ｅ…Ｅ面壁
Ｈ…Ｈ面壁
【図１】
2015154172.tif 000003
【図２】
2015154172.tif 000004
【図３】
2015154172.tif 000005
【図４】
2015154172.tif 000006
【図５】
2015154172.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月19日(2015.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された第１誘電体基板と、
前記第１誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第１誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第２誘電体基板と、
前記台座の前記一方面に実装されるＭＭＩＣと、
前記第１誘電体基板の他方面に積層され、前記第１誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第３誘電体基板と、
前記第１誘電体基板、前記第２誘電体基板および前記第３誘電体基板の開口部を囲むように当該第１誘電体基板、第２誘電体基板および第３誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、
前記第２誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第１誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタと
を備え、
前記金属フタの凹部において、前記第３誘電体基板の開口部に対向する部分は、前記ＭＭＩＣの方向に傾いている斜面部である
ことを特徴とするＭＭＩＣ集積回路モジュール。
【請求項２】
前記金属フタにおける凹部の周囲部分と該周囲部分に対向する前記第２誘電体基板の金属層との間に挟持される複数のスタッドバンプ
を備えることを特徴とする請求項１記載のＭＭＩＣ集積回路モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＭＭＩＣ集積回路モジュールは、開口部が形成された第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第１誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第２誘電体基板と、前記台座の前記一方面に実装されるＭＭＩＣと、前記第１誘電体基板の他方面に積層され、前記第１誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第３誘電体基板と、前記第１誘電体基板、前記第２誘電体基板および前記第３誘電体基板の開口部を囲むように当該第１誘電体基板、第２誘電体基板および第３誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記第２誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第１誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタとを備え、前記金属フタの凹部において、前記第３誘電体基板の開口部に対向する部分は、前記ＭＭＩＣの方向に傾いている斜面部であることを特徴とする。