(57)【要約】  本発明のミリ波モジュールは、複数のＭＭＩＣ（６００ａ，６００ｂ）と該複数のＭＭＩＣを接続する伝送線路（５００ａ，５００ｂ）とで構成されるミリ波回路と、該ミリ波回路が実装された多層の誘電体基板（１００）とを備える。該ミリ波回路は多層の誘電体基板（１００）の表面層に実装されている。当該ミリ波回路が実装された多層の誘電体基板（１００）を支持する金属製のベース（２００）と、前記表面層の上に設置され、前記ミリ波回路を覆う金属製のキャップ（３００）と、キャップ（３００）と多層の誘電体基板（２００）の両方を貫通してベース（１００）に螺合するネジ（４００ａ，４００ｂ）と、が備えられている。これらのネジによって多層の誘電体基板（１００）がベース（２００）とキャップ（３００）とで挟み込まれている。
2014189105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＭＭＩＣとそれらを接続する伝送線路とで構成されるミリ波回路と、
該ミリ波回路を搭載する金属製のベースと、を備え、
前記ベースの上に載置された多層の誘電体基板であって、該多層の誘電体基板の表面層の上に前記ＭＭＩＣと前記伝送線路が実装され、ミリ波モジュールの外部と信号接続を行う端子が該多層の誘電体基板の周縁に配設されている前記多層の誘電体基板と、
前記表面層の上に設置され、前記多層の誘電体基板の周縁の前記端子を露出して前記ＭＭＩＣと前記伝送線路を覆う金属製のキャップと、
前記ベースと前記キャップとで前記多層の誘電体基板が挟み込まれた状態を維持するように前記キャップまたは前記ベースと螺合する螺合部材と、
をさらに備えるミリ波モジュール。
【請求項２】
前記多層の誘電体基板は、前記ＭＭＩＣまたは前記伝送線路と前記端子とを接続する配線パターンを有し、当該配線パターンは、前記キャップが前記表面層と干渉する部分では前記多層の誘電体基板の内層に形成されている、請求項１に記載のミリ波モジュール。
【請求項３】
前記多層の誘電体基板は表面層がロジャース材で構成され、その他の層がＦＲ４で構成された基板である、請求項１または２に記載のミリ波モジュール。
【請求項４】
金属製の前記ベースと前記キャップはアルミ材で構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のミリ波モジュール。
【請求項５】
ミリ波信号を外部と接続する導波管を有し、該導波管を成す空孔が前記ベースと前記多層の誘電体基板に貫通形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のミリ波モジュール。
【請求項６】
前記ＭＭＩＣへの給電時におけるデカップリングを目的としたコンデンサが前記表面層の上に搭載されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のミリ波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯における高周波回路（ミリ波モジュールと呼ばれる。）の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミリ波モジュールとして、図１ａにその平面図、さらに図１ｂにその断面図を示す。図１ａ及び図１ｂに示されるように、従来のミリ波モジュールは、金属製ベース１０に複数のＭＭＩＣ(Monolithic Microwave IC)３０ａ，３０ｂとそれらを接続する誘電体材料の伝送線路２０ａ，２０ｂ，２０ｃを搭載することで構成されている。この際、ＭＭＩＣへの給電、またはＩＦ信号（中間周波信号）、ＬＯ信号（ローカル信号）を外部回路と接続するために、金属製ベース１０にピン５０ａ〜５０ｅを設ける必要性が生じる。このようなミリ波モジュールは例えば６０ＧＨｚ以上の高い周波数帯で用いられる場合、ミリ波信号の接続部が導波管の構造になる。例えば図１ａ及び図１ｂに示すように、金属製ベース１０に導波管６０を成すための空孔が加工されている。【０００３】
上記のように、複数のＭＭＩＣとそれらを接続する伝送線路とで構成されるミリ波回路では、ミリ波回路を実装する金属製ベースに、外部と信号を接続するピンを設けたり、使用周波数に合った導波管を設けたりする必要があった。ピンや空孔を設けるために金属製ベースを高精度に加工する金型や装置などを用意しなければならず、他の周波数帯用のミリ波回路に仕様変更するときの柔軟性が非常に低かった。このような従来構造は、周波数ごとに専用の設備や作製方法を開発することとなるため、低コストのミリ波モジュールの実現を阻む要因の一つであった。【０００４】
同様に特許文献１〜３では、ミリ波回路が実装される多層基板においてＭＭＩＣを収容する凹部を加工し、該凹部の開口を覆う金属製のカバーを多層基板上に接着固定するという構造がとられている。すなわち、これらの文献に開示される装置もまた、他の周波数帯用のミリ波回路に仕様変更するときの柔軟性が非常に低く、ミリ波モジュールのコスト低減が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１１１３９１パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−０９３１４６号公報
【特許文献３】特開２００５−３０３１４１号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的の一例は、上述の課題に鑑み、安価なミリ波モジュールを実現できる構造を提供することである。
【０００７】
本発明は、複数のＭＭＩＣとそれらを接続する伝送線路とで構成されるミリ波回路と、該ミリ波回路を搭載する金属製のベースと、を備えたミリ波モジュールに係わる。
【０００８】
この発明の一態様は、ベースの上に載置された多層の誘電体基板と、金属製のキャップと、キャップまたはベースと螺合する螺合部材と、を備える。そして、螺合部材の締付けで、キャップとベースとで多層の誘電体基板が挟み込まれた状態が維持されている。
【０００９】
ミリ波回路を構成する複数のＭＭＩＣとそれらを接続する伝送線路は、多層の誘電体基板の表面層の上に実装され、ミリ波モジュールの外部と信号接続を行う端子（例えば給電、ＬＯ信号、およびＩＦ信号の接続端子など）が該多層の誘電体基板の周縁に配設されている。キャップは多層の誘電体基板の表面層の上に設置され、該多層の誘電体基板の周縁の端子を露出してＭＭＩＣと伝送線路を覆う形状にされている。
【００１０】
このように本態様では、ミリ波回路を構成する複数のＭＭＩＣとそれらを接続する伝送線路を一般的な多層の誘電体基板に実装し、ミリ波モジュール外部と信号を接続する端子を多層の誘電体基板の周縁に設け、そして、その多層誘電体基板を金属製のベースとキャップとで挟み込み、それらをネジ等の螺合部材で締結するという構造がとられている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】従来のミリ波モジュールの構造を示す平面図。
【図１ｂ】従来のミリ波モジュールの構造を示す断面図。
【図２】本発明の一実施態様によるミリ波モジュールを示す断面図。
【図３】図２の多層誘電体基板（１００）上に構成されたミリ波回路を説明する図。
【図４】図２の態様のミリ波モジュールの構造を示す断面図。
【図５】図２の態様のミリ波モジュールを組立てる様子を示した図。
【図６】本発明の他の実施態様によるミリ波モジュールの断面図。
【符号の説明】
【００１２】
１００    多層の誘電体基板
１１０    導波管の一部である空孔
１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ，１１５ａ，１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂ    端子
１２０    貫通穴
１４０ａ，１４０ｂ，１５０    多層基板の内層の配線
２００    金属製のベース
３００    キャップ
４００ａ，４００ｂ    ネジ
５００ａ，５００ｂ    伝送線路としての誘電体基板
６００ａ，６００ｂ    ＭＭＩＣ
７００ａ，７００ｂ    コンデンサ
７５０    ボンディングワイヤ（金ワイヤ）
８００，８５０    導波管
９００    ショート面
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態によるミリ波モジュールの断面図である。図２において、本態様のミリ波モジュールは、ミリ波回路と、多層の誘電体基板１００と、金属製のベース２００と、キャップ３００と、ネジ４００ａ，４００ｂとを備える。
【００１５】
前記ミリ波回路は、複数のＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂと、それらを接続する伝送線路としての誘電体基板５００ａ，５００ｂとで構成されている。
【００１６】
複数のＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂと、それらを接続する誘電体基板５００ａ，５００ｂとが多層の誘電体基板１００上に搭載されている。そのようにＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂと誘電体基板５００ａ，５００ｂを備えた多層誘電体基板１００は金属製のベース２００とキャップ３００とで挟み込まれ、この状態が螺合部材としてのネジ４００ａ，４００ｂを用いて維持されている。
【００１７】
言い換えれば、ＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂと誘電体基板５００ａ，５００ｂとが搭載された多層誘電体基板１００の上面にキャップ３００が前記ネジの締付け力で押し付けられ、そのような多層誘電体基板１００の下面も金属製のベース２００に前記ネジの締付け力で押し付けられている。
【００１８】
キャップ３００には、ＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂと誘電体基板５００ａ，５００ｂとで構成されるミリ波回路を包囲する空洞（キャビティ）８５０が形成されている。また、互いに接合された多層配線基板１００及びベース２００を貫通する空孔が、誘電体基板５００ａにおけるＭＭＩＣ６００ａとは反対側の端部に対応して設けられ、この空孔によって導波管８００が構成されている。導波管８００には、キャップ３００のキャビティ８５０と接する面であるショート面９００が施されている。
【００１９】
このような態様で構成されたミリ波モジュールは例えば、ミリ波帯の送信機または受信機として使用可能であり、ミリ波帯の信号は、導波管８００によってアンテナなどの外部機器と接続される。
【００２０】
次に、図３を参照し、ミリ波回路が実装された多層の誘電体基板１００を説明する。
【００２１】
多層の誘電体基板１００は、４層構造であり、第１層（表面層）にはロジャース材、第２層と第３層と第４層にはＦＲ４のコンポジット基板が使用されている。この多層誘電体基板１００上には、ＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂとそれらを接続するための誘電体基板５００ａ，５００ｂ、並びに、ＭＭＩＣ６００ａへの給電時におけるデカップリングを目的としたコンデンサ７００ａ，７００ｂが搭載されている。なお、これらの部材は、銀ペーストなどの、導電性があり、且つ硬化温度の比較的低い接着剤を用いて実装される。
【００２２】
図３に示したミリ波回路は、送信器であり、ＭＭＩＣ６００ａが送信増幅器の機能を担い、ＭＭＩＣ６００ｂが周波数変換機の機能を担う。
【００２３】
多層誘電体基板１００上には、コンデンサ７００ａ，７００ｂとそれぞれ接続される端子１１１ａ，１１３ａと、ＭＭＩＣ６００ｂと接続される２つの端子１１２ａ，１１４ａと、誘電体基板５００ｂと接続される端子１１５ａとが設けられている。これらの接続手段としてボンディングワイヤ７５０が用いられている。なお、端子１１１ａ，１１３ａはＭＭＩＣ６００ａを間に挟むようにして配置されており、コンデンサ７００ａは端子１１１ａとＭＭＩＣ６００ａとの間に配置され、コンデンサ７００ｂは端子１１３ａとＭＭＩＣ６００ａとの間に配置されている。
【００２４】
端子１１１ａ，１１３ａ，１１２ａ，１１４ａ，１１５ａにはそれぞれ端子１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂが基板１００の内層の配線１４ａ，１４０ｂ等を介して接続されており、各々の端子１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂは、四角形の多層誘電体基板１００の外周縁に配設されている。端子１１１ｂ，１１２ｂ、該四角形の基板１００の４辺のうちの、ＭＭＩＣ６００ａと端子１１１ａとを結ぶ仮想線およびＭＭＩＣ６００ｂと端子１１２ａとを結ぶ仮想線に交差する第１の辺１００ａに位置する。端子１１３ｂ，１１４ｂは、該基板１００の第１の辺１００ａに対向する第２の辺１００ｂに位置する。端子１１５ｂは、該基板の４辺のうちの、誘電体基板５００ｂと端子１１５ａを仮想線に交差する第３の辺１００ｃに位置する。
【００２５】
さらに、多層誘電体基板１００の表面に多数のスルーホール１３０が施されており、これらのスルーホールは、多層誘電体基板１００の裏面に設けられているグランド面に導通している。また、多層誘電体基板１００には、キャップ３００やベース２００を固定するためのネジ４００ａ，４００ｂを通す貫通穴１２０が開けられている。
【００２６】
多層誘電体基板１００には、導波管８００の一部を構成する空孔１１０が、ＭＭＩＣ６００ａに接続されている側とは反対側の誘電体基板５００ａの端部に対応するように開けられている。
【００２７】
ここで、送信機である図３のミリ波回路では、周波数変換機（ＭＭＩＣ６００ｂ）はイメージ抑圧型偶高調波ミキサである。このことから、９０度位相差を持つＩＦ信号が、多層誘電体基板１００の対向する辺１００ａ，１００ｂに在る端子１１２ｂ，１１４ｂから入力され、図３中に点線で示した内層の配線１４０ａ，１４０ｂを通じ、端子１１２ａ、１１４ａ経由でＭＭＩＣ６００ｂのＩＦ端子に入力される。
【００２８】
さらにＬＯ信号が、多層誘電体基板１００の第３の辺１００ｃに在る端子１１５ｂから内層配線を介して端子１１５ａに送られ、当該端子１１５ａからＭＭＩＣ６００ｂのＬＯ信号端子に入力される。
【００２９】
送信増幅器（ＭＭＩＣ６００ａ）への給電については、多層誘電体基板１００の対向する辺１００ａ，１００ｂ在る端子１１１ｂ，１１３ｂから内層の配線、端子１１１ａ，１１３ａ、コンデンサ７００ａ，７００ｂを通じて電力が供給される。
【００３０】
ＲＦ（無線周波数）となるミリ波の信号は、導波管の一部としての空孔１１０を介し、例えばアンテナなどの外部機器と接続される。
【００３１】
図４は、本実施態様のミリ波モジュールの構造を示す断面図である。この図に示すように、多層の誘電体基板１００は、４層構造であって、表面層としての第１層１０１はロジャース材（ＲＯ４３５０Ｂ）で、多層基板の内層である第２層１０２と第３層１０３、ならびに裏面層である第４層１０４はＦＲ４で構成されている。このような多層基板を金属製のベース２００とキャップ３００の間に挟み込み、それらをネジ４００ａ，４００ｂの締付けで動かないようにしている（図２も参照されたい）。なお、キャップ３００は、多層誘電体基板１００上のミリ波回路を覆うが、多層誘電体基板１００の周縁に配設された外部接続用の端子１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂを露出する形状にされている。
【００３２】
このような構造のミリ波モジュールで例えば外部からＬＯ信号をミキサＭＭＩＣ６００に入力させる際には、多層誘電体基板１００の周縁の端子１１５ｂからＬＯ信号が入力される。このとき、そのＬＯ信号は、金属製のキャップ３００と電気的な干渉を避けるために、キャップ３００の干渉部（多層誘電体基板１００表面にキャップ３００が接触する部分）では、第２層１０２に形成された配線１５０を通る。
【００３３】
この際、表面層である第１層１０１の端子パターンと第２層１０２の配線１５０との接続は、スルーホール１１６ｂを介して行われる。そしてＬＯ信号は、ＭＭＩＣ６００近傍でスルーホール１１６ａを介して、２層目の配線１５０から表面層の端子１１５ａに接続された後、金ワイヤ７５０でミキサＭＭＩＣ６００のＬＯ端子に接続される。
【００３４】
図５は、本実施態様によるミリ波モジュールを組立てる様子を示している。この図に示すように、アルミ製のベース２００の上に、ミリ波回路の構成要素（ＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂ、誘電体基板５００ａ，５００ｂ）が実装された多層の誘電体基板１００が設置され、この多層誘電体基板１００の上にアルミ製のキャップ３００が被せられる。そして、キャップ３００の上からネジ４００ａ，４００ｂをキャップ３００と多層誘電体基板１００に貫通させ、各ネジ４００ａ，４００ｂの先端をベース２００に螺合することにより、多層誘電体基板１００がアルミ製のベース２００とキャップ３００とで挟み込まれる構造になっている。このとき、キャップ３００のキャビティ８５０内に、多層誘電体基板１００上のＭＭＩＣ６００ａ，６００ｂや誘電体基板５００ａ，５００ｂが収容され、キャップ３００の外側に、多層誘電体基板１００上の周縁の端子１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ，１１５ｂが露出する。各ネジ４００ａ，４００ｂは、図３に示した多層誘電体基板１００の貫通穴１２０に通されている。なお、この貫通穴１２０に対応してキャップ３００にも貫通穴（不図示）が設けられている。また、ネジ４００ａ，４００ｂをベース２００の下よりベース２００と多層誘電体基板１００を貫通させてキャップ３００に螺合させる組立方法であってもよい。
【００３５】
次に、本実施態様の作用および効果を説明する。
【００３６】
上述したように多層の誘電体基板１００は、ロジャース材とＦＲ４とで構成された一般的な基板であり、入手性やコスト面で優れている。また金属製のベース２００とキャップ３００は、アルミ材であり、加工性とコスト面で優れている。
【００３７】
このような形態のミリ波モジュールは、図１ａ，１ｂに示したような高価となる専用高周波パッケージと異なり、ミリ波回路を外部と電気的に接続する基板を一般的な多層誘電体基板で構成し、これを金属製のベースとキャップで挟み、それらをネジで押えこむ構造である。このため、ミリ波回路を使用する周波数帯に合わせて、導波管を形成したベースとキャップを容易に変更することができる。アルミ材のベースとキャップは加工しやすく製造コストも低減される。つまり、他の周波数帯用のミリ波回路への仕様変更に柔軟に対応でき、ミリ波モジュールの低コスト化に非常に優れた構造であると言える。
【００３８】
最後に、本願発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であることは言うまでもない。
【００３９】
例えば、上述したように多層の誘電体基板として、ロジャース材とＦＲ４とのコンポジット基板を用いたが、コンポジット材でなくロジャース材のみの多層基板でも良い。
【００４０】
また、上述した実施態様ではミリ波帯の偶高調波ミキサを想定して説明した。このため、ＬＯ信号の周波数はＲＦ信号周波数の１／２になるため、端子１１５ｂからミキサＭＭＩＣへのＬＯ信号の入力線路には、設計されたマイクロストリップラインが想定されている（図２〜図４参照）。しかし本発明はこれに限られず、図６に示すようにＬＯ信号の外部接続手段が導波管９５０で構成されていても良い。
【００４１】
なお、この出願は、2013年5月23日に出願された日本出願特願2013-108859を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１ａ】
2014189105.tif 000003
【図１ｂ】
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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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【国際調査報告】
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2014189105.tif 000011
2014189105.tif 000012
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