(57)【要約】【課題】電磁放射を制御するための電子回路用のシールドを提供する。【解決手段】電子回路６００は、最低限３つの金属層を有するＰＣＢ８０４上に構築される。このＰＣＢは、信号を回路６００に伝達するためのＳＭＴ型シールデッドコネクタ５０、１００を備えている。シールドには、ＰＣＢに実装された金属の壁部分８０２及びこの壁部分に取り付けられた取り外し可能な金属の蓋８０８が含まれる。ＰＣＢ８０４、コネクタ、壁部分８０２及び蓋８０８は共に、回路６００の周りに連続的な電磁障壁を形成する。【選択図】図８
2008131034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路用のシールドであって、
少なくとも３つの金属層を含み、回路を実装するためのプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに実装されかつ信号を前記電子回路に伝達するように接続されたＳＭＴ型シールデッドコネクタと、
前記ＰＣＢ内の少なくとも２つの前記金属層に接続され、導電性の第１の結合材料を介して前記ＰＣＢに実装された、所定の体積を有する金属の壁部分と、
導電性の第２の結合材料によって前記壁部分に接続された取り外し可能な金属の蓋と、
を備え、
前記ＰＣＢ、前記コネクタ、前記壁部分及び前記蓋は共に、前記電子回路の周りに連続的な電磁障壁を形成することを特徴とするシールド。
【請求項２】
前記ＰＣＢが、該ＰＣＢの外面上に前記障壁の一部を形成する金属を含む、請求項１に記載のシールド。
【請求項３】
前記ＰＣＢの金属層を接続しかつ前記障壁の一部を形成するバイアをさらに備えている、請求項１に記載のシールド。
【請求項４】
前記回路が前記所定の体積の中で前記ＰＣＢにワイヤボンディングされる、請求項１に記載のシールド。
【請求項５】
前記壁部分がアイランドを含む、請求項１に記載のシールド。
【請求項６】
前記壁部分が前記アイランドに接続されたブリッジを含む、請求項５に記載のシールド。
【請求項７】
前記壁部分が前記ブリッジを含む、請求項１に記載のシールド。
【請求項８】
前記ブリッジが通気孔を形成する、請求項７に記載のシールド。
【請求項９】
穴が前記蓋を貫通して形成される、請求項１に記載のシールド。
【請求項１０】
前記穴が導電性のパッチで密閉される、請求項９に記載のシールド。
【請求項１１】
前記第１の結合材料が、はんだ及びろう付けを含む材料グループから選択される、請求項１に記載のシールド。
【請求項１２】
前記第２の結合材料が、前記蓋を比較的容易に取り外すことができるようにする接着剤である、請求項１１に記載のシールド。
【請求項１３】
前記第２の結合材料が、前記蓋を比較的容易に取り外すことができるようにする接着剤である、請求項１に記載のシールド。
【請求項１４】
前記第１の結合材料が熱伝導性である、請求項１に記載のシールド。
【請求項１５】
前記第２の結合材料が熱伝導性である、請求項１４に記載のシールド。
【請求項１６】
前記第２の結合材料が熱伝導性である、請求項１に記載のシールド。
【請求項１７】
ヒートシンクが前記蓋に熱的に結合される、請求項１６に記載のシールド。
【請求項１８】
前記第２の結合材料が熱伝導性であり、かつヒートシンクが前記蓋に熱的に結合される、請求項１に記載のシールド。
【請求項１９】
ヒートシンクが、前記ＰＣＢの、前記回路が実装されている側の反対側で、前記回路に熱的に結合される、請求項１に記載のシールド。
【請求項２０】
超小型回路用のシールドであって、
少なくとも３つの金属層を含み、前記超小型回路を実装するためのプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに実装されかつ信号を前記超小型回路に伝達するように接続されたＳＭＴ型シールデッドコネクタと、
少なくとも２つの層を結合するために前記ＰＣＢ内に形成されたバイアと、
それぞれが前記超小型回路の対応する部分を含む複数の所定の体積を含み、はんだ及びろう付けを含むグループから選択された導電性の第１の結合材料を介して前記ＰＣＢに実装され、前記バイアに接続された金属の壁部分と、
導電性でかつ接着性の第２の結合材料によって前記壁部分に接続された取り外し可能な金属の蓋と、
を備え、
前記ＰＣＢ、前記バイア、前記コネクタ、前記壁部分、及び前記蓋が連続的な電磁障壁を構成することを特徴とするシールド。
【請求項２１】
前記壁部分が一体化構造である、請求項２０に記載のシールド。
【請求項２２】
複数の電子回路用のシールドであって、
少なくとも３つの金属層を含み、前記回路を実装するためのプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
それぞれの体積が１つ以上の電子回路を含む複数の所定の体積を有し、一体化構造として形成され、かつ導電性の第１の結合材料を介して前記ＰＣＢに実装される金属の壁部分と、
導電性でかつ接着性の第２の結合材料を介して前記壁部分に接続された蓋と、
前記ＰＣＢに実装されかつ信号を前記１つ以上の回路に伝達するように接続された複数のＳＭＴ型シールデッドコネクタと、
を備え、
前記ＰＣＢ、前記コネクタ、前記壁部分及び前記蓋は、前記回路の各々の周りに連続的な電磁障壁を構成することを特徴とするシールド。
【請求項２３】
前記第２の結合材料が熱伝導性であり、かつヒートシンクが前記蓋に熱的に結合される、請求項２２に記載のシールド。
【請求項２４】
前記ＰＣＢの層内に形成されたストリップラインが前記コネクタに接続され、少なくとも２つの前記金属層が該ストリップラインをシールドして電磁放射を制御する、請求項１に記載のシールド。
【請求項２５】
前記ＰＣＢの層内に形成されたストリップラインが、関連するコネクタに接続され、かつ少なくとも２つの前記金属層が各ストリップラインをシールドして電磁放射を制御する、請求項２０に記載のシールド。
【請求項２６】
前記ＰＣＢの層内に形成されたストリップラインが、関連するコネクタに接続され、かつ少なくとも２つの前記金属層が各ストリップラインをシールドして電磁放射を制御する、請求項２２に記載のシールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１１月２２日に出願された「ＳＨＩＥＬＤＥＤ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＭＯＤＵＬＥ」という名称の米国許出願第６０／８６６，９４５号（参照により本願に組み込まれる）から３５ ＵＳＣ §１２０のもとで優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、電子回路の電磁シールドに関する。より詳細に説明すると、本発明は電磁放射を制御するためのマイクロ波回路（超小型回路）のシールドに関する。
【背景技術】
【０００３】
シールドは、回路の一部分と回路の別の部分との間の干渉を減らすことによって、マイクロ波回路の性能を向上させる。シールドは、特定の回路によって引き起こされる他の回路に対する干渉を減らすと共に、回路の外部の発生源からの干渉も減少させる。
【０００４】
回路のシールドは一般に、金属でそれを囲むことによって達成される。金属の厚さ及び導電性が、シールドの有効性を決定する。シールド内の開口部は、内部の信号にアクセスできるようにしているが、その寸法、形状、数及び配置によりシールドの有効性を劣化させる。
【０００５】
抵抗又は磁気材料などの電磁エネルギーを吸収する材料を用いてシールドすることも可能である。しかしながら、この方式は、回路の効率と性能との間の考えられる妥協を危うくすると共に、回路を複雑で高価にする。
【０００６】
電磁エネルギーの発生源が導体で囲まれると、放射エネルギーを導体の表面から反射することができる。電磁波の周波数がシールドされた回路の固有周波数に近い場合は、共振が起こり得る。共振は、マイクロ波回路の性能にとって有害になる可能性がある。
【０００７】
存在する全ての構造体及び材料を評価した後、大きさが１／２波長よりも小さい筐体は、こうしたキャビティ共振に対応しない。共振は電磁吸収材料を使用することによって制御することもできるが、これらの材料をシールドに使用するのと同じ欠点がある。
【０００８】
従来から、マイクロ波回路内におけるシールドは、回路を金属で囲むことによって達成される。図１に示した従来技術の混成型超小型回路１０は、金属の蓋（図示せず）で閉じられる機械加工された金属ブロック１１の上に置かれている。この混成型超小型回路１０は、機械加工された金属ブロック１１内のチャネル及びキャビティ１６の中に、ワイヤボンディングを有する集積回路（ＩＣ）１２及び薄膜回路１３、マイクロ波コネクタ１４（いわゆるスパークプラグＲＦコネクタ）、低周波の電力コネクタ１５といった部品から構成されている。このチャネル及びキャビティ１６は、超小型回路１０内で発生される不要な共振を遮断する働きをする。金属ブロック１１には、精密加工され金めっきされた取付け穴１７が付いている。
【０００９】
マイクロ波回路を形成する混成型超小型回路の方式は一般に、最良のマイクロ波の性能をもたらし、またその方式は良く確立された技術である。しかしながら、相互接続は個別の薄膜基板によって提供されるため、その方式は程度の低い集積化にしか対応しない。バイアス及び支援回路は通常、別個のプリント回路基板（ＰＣＢ）上でのみ実用的である。ベースの金属ハウジングの製造はバッチではなくシリアルであり、組立て工程は自動化するのが難しいため、製造原価は比較的高い。混成型超小型回路は一般に、かさばって重い。
【００１０】
従来のＰＣＢは、誘電体材料の層によって分離された金属の層から成り、バイア（via：ビア）によって相互接続されている。ＰＣＢ内の金属の層は、バイアのアレイと一緒に内部の構造体を取り巻き、シールドとして機能することができる。バイアのアレイのシールド効果は、バイアの間隔が減少するにつれて連続した金属の効果に近付く。
【００１１】
ＰＣＢの端部と層が一緒に、連続した金属の筐体を形成するように、ＰＣＢの端部をめっきすることによって、ＰＣＢの横方向のシールドをバイアによって与えられたもの以上に向上させることができる。このため、ＰＣＢのシールドが効果的になる程度まで、シールドの連続性を、シールドされたＰＣＢにシールドされたパッケージを取り付けることによって、維持することができる。
【００１２】
小さな回路は、例えばトランジスタ・アウトライン（ＴＯ）カンパッケージ又は表面実装技術（ＳＭＴ）パッケージ内でシールドされることが多く、それは、シールド用に誘電体上に堆積されたパターン化された金属薄膜又は成形されたシート金属を含む。そのようなパッケージは、ＰＣＢに実装される。
【００１３】
事前にパッケージングされたデバイスをＰＣＢに実装することにより、多くの用途に対して柔軟性と効率が与えられる。ＰＣＢを使用することにより、混成型の超小型回路の方式で可能にされるよりも、回路の複雑性と密度をより高くすることができる。この方式は結果として、混成型の超小型回路よりも回路をより小さくかつより軽くすることができ、最終的には、パッケージの寸法と形状によって制限される。パッケージは、ベアダイ（bare die）にとって必要な領域よりも大きな領域を使用し、回路の周波数範囲を制限する付加的な電気的インターフェースを導入する。
【００１４】
図２は、種々のパッケージ２１及び２２を有する従来技術のＰＣＢを示す。金属の蓋２３及び２４は、それぞれパッケージ２１及び２２の部品をシールドするためにＰＣＢ２０に取り付けられる。これらの金属の蓋２３及び２４は、囲んでいる箱の頂部及び側部を形成する。箱の底部は、ＰＣＢ上の金属パターン２５によって提供される。
【００１５】
超小型回路をシールドするための別の方式は、従来技術の図３に示されている。図３は、頂部及び底部の両方のシールドとして２つの別個のＰＣＢを有する創意に富んだパッケージ３０の断面図を示す。このパッケージ３０は、２０００年１０月２４日に発行された米国特許第６，１３７，６９３号に記載された発明の実施形態であり、この発明は参照により本願に組み込まれる。また、この発明は、本発明と同じ譲受人であるＡＧＩＬＥＮＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に譲渡されている。ドーター基板３１の形式のＰＣＢは、任意の形状のはんだ相互接続体３２及び従来のはんだボール相互接続体３８によってマザー基板３４の形状のＰＣＢに動作可能に接続される。基板３１も、種々のＳＭＴ部品３５、ワイヤボンディング接続されたデバイス３６及びいわゆるフリップチップデバイス３７に動作可能に接続される。任意の形状のはんだ相互接続体３２及び従来のはんだボール相互接続体３８は、マザー基板及びドーター基板３４、３１上の金属の相互接続体の間で電気的接続を行う。金属の相互接続体３３はＰＣＢ上に形成されたはんだ可能な金属化の従来のパターンの一部であることを明白にしておく。ＰＣＢは互いに取り付けられて、シールドが連続的なはんだの接続体、すなわち相互接続体３２で形成されたはんだ壁体により仕上げられる。このはんだ壁体は、ＰＣＢ基板３１及び３４を指定された距離で接続する機械的な構造体、周辺シール（図示せず、湿気と汚染物が内部に入らないようにするもの）、電磁シールド及び電気的なグラウンド接続体を含む。集積回路のダイも実装して、シールド内部のＰＣＢにワイヤボンディング接続することができる。はんだ構造体は、積み重ねられたＰＣＢの間の電気的な相互接続を達成することもできる。一般的に、より小さなマイクロ波回路は、低い周波数の回路の場合は、この方法でより大きなマザーボードに取り付けられる。
【００１６】
２つのＰＣＢを接続及びシールドするためにはんだを使用することは、シールドされたマイクロ波回路を製造するための現行のボールグリッド式アレイ技術に基づく。この方式は、ベアダイを直接ＰＣＢに取り付けることに対応する。これにより、大きさと重さが減らされ、またマイクロ波の性能を限定する電気的なインターフェースが除かれる。ベアダイの周りに特注のシールドキャビティを形成することにより、高密度の回路及び共振しない高い周波数の動作が可能になる。
【００１７】
溶融はんだの特性により、はんだ壁体に使用できる形状が制限される。これによりモジュールの設計が一層複雑にされ、そして最終的に、回路をシールドするためにＰＣＢと一緒にはんだ壁体を使用する場合、取り扱うことができる実際的な周波数範囲が制限される。さらに、ボード間の距離もはんだの設計によって制限され、また背が高い部品を収容するためにＰＣＢルーティングを必要とする。例えば、マザー基板３４内のＰＣＢルーティング３９は、フリップチップデバイス３７を収容する。はんだボール相互接続体に接触するための特別な試験用治具が、ＰＣＢの半分を最終アセンブリの前に試験するために必要である。完全に組み立てられたモジュールを効果的に手直しすることはできない。特に、他のマイクロ波回路モジュールのシールド方式と比較すると、比較的大量の鉛がはんだ壁体及び相互接続体の中に存在する。
【００１８】
シールドされた（シールデッド）同軸コネクタは、回路とその回路に送信される信号を伝えるマイクロ波ケーブルとの間のシールドの連続性を維持する。ＰＣＢと一緒に使用されるＳＭＴシールデッド同軸コネクタは一般に、ＰＣＢにはんだ付けされる。はんだは、ＰＣＢの表面の金属層のシールドをコネクタのシールドに連結する。ＳＭＴシールデッド同軸コネクタのシールドは中心導体を取り巻き、そして中心導体を囲むためにＰＣＢの表面の金属シールドに結合する。中心導体は、ＰＣＢの内部の金属層に形成された信号用導体に接続するブラインドバイア（blind via）に接続する。ＰＣＢの内部の金属層では、それらはＰＣＢの頂部及び底部の表面層と、両側のバイアとによってシールドされる。本発明の中で使用するＳＭＴコネクタの実施例は、図４Ａ〜図４Ｃに示した端部ランチ（edge-launch）型コネクタ５０である。
【００１９】
端部ランチ型コネクタ５０は、２００４年６月２４日に発行された米国特許出願第ＵＳ２００４／０１１９５５７号の中で詳細に説明されている。この特許出願は、米国特許第７，０４２３，１８号（’７１８特許）（参照により本願に組み込まれる）として発行された。この’７１８特許はまた、本発明と同じ譲受人であるＡＧＩＬＥＮＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に譲渡されている。コネクタ５０は、様々な厚さのＰＣＢを含む種々のＰＣＢで使用されている。
【００２０】
図４Ａは、本発明で使用されるシールデッド端部ランチ型コネクタ５０の等角図を示す。このコネクタ５０は、同軸のコネクタ・インターフェース５１、シールデッド移行ブロック（transition block）５２、ピン支持体５５、及び中心ピン５４を備えている。ピン支持体５５からシールドキャビティ５８の中に伸びる中心ピンの部分は、中心ピンがまたピン支持体５５の中に伸びても、説明のため、中心ピン５４と呼ばれる。ピン支持体５５は、ＴＥＦＬＯＮ（商標）又はガラスなどの固体の誘電体材料である。シールデッド移行ブロック５２は、中心ピンのチップ５９を超えて伸びるシールドキャビティ５８を形成し、シールデッド端部ランチ型コネクタ５０がＰＣＢの表面（例えば、頂部又は底部側）にはんだ付けされると中心ピン５４を覆うシールド５６を備えている。
【００２１】
高周波回路は、プリント回路アセンブリ（ＰＣＡ）上に作られることが多い。シールデッド端部ランチ型コネクタ５０は、同軸のコネクタ・インターフェース１２からＰＣＢのインピーダンス制御された伝送構造体又は、ＰＣＡと高周波信号を通信する他の回路に信号を送る。ＰＣＢのインピーダンス制御された構造体は、例えば、プレーナー形伝送線路であることが多い。シールド５６は、シールデッド端部ランチ型コネクタの同軸の伝送構造体からＰＣＢのインピーダンス制御された伝送構造体への信号の移行を電磁的にシールドする。
【００２２】
さらに、シールドキャビティ５８は中心ピン５４と一緒に動作して、シールデッド端部ランチ型コネクタ５０の中でインピーダンス制御された伝送構造体を提供するように成形することができる。シールド５６は、同軸のコネクタ・インターフェース５１のグラウンド構造体でＰＣＢの表面（例えば、上側）を包み、中心ピン５４がピン支持体５５を同軸のコネクタ・インターフェース５１のインピーダンスに放置した後の、中心ピン５４のインピーダンス・マッチングを向上させる。制御されたインピーダンスをシールドキャビティに与えることにより、同軸伝送構造体とプレーナー形伝送構造体との間のインピーダンスの不連続性が減少される。同様に、制御されたインピーダンスをシールドキャビティに与えることにより、ＰＣＢの厚さ及び端部の寸法公差に対するＰＣＡの感度を低下させる。本願で使用されるグラウンドという用語は、同軸のコネクタ・インターフェース５１の外部の導体の電位のことを指す。
【００２３】
シールデッド移行ブロック５２は電気的に導電性であり、一般に金属で作られている。導体５０に関する幾つかの実施形態では、同軸のコネクタ・インターフェース５１はシールデッド移行ブロック５２と一体化され、別の実施形態では、シールデッド移行ブロックは、このシールデッド移行ブロックにねじ留め又は別の方法で接続されるＳＭＡバレルなどの同軸のコネクタ・インターフェースを受け入れるように構成される。
【００２４】
随意選択ののぞき窓６０は、中心ピン５４とＰＣＢとの間のはんだ接合を検査するために設けられている。コネクタ５０に関する１つの実施形態では、自動はんだペースト溶着及びオーブン・リフロー技術を使用して、シールデッド端部ランチ型コネクタをＰＣＢの上面にはんだ付けする。自動はんだペースト溶着及びリフロー工程は、はんだペーストの量と位置付けは、特に機械視覚はんだペースト検査（machine-vision solder paste inspection）により一層制御可能となるため、手作業のはんだ付け技術と比べると優れたＲＦ性能を提供すると信じられている。はんだリフロー及び中心ピンのはんだ接合を検査した後で、金属の蓋６２がのぞき窓６０に圧入され、そして随意的にはんだ付けされて、シールド移行ブロック５２を電気的にシールする。
【００２５】
シールデッド移行ブロック５２は、ＰＣＢ内のカットアウトを結合する側壁６４を備えている。換言すると、この側壁６４は、カットアウトの両側に覆いかぶさり、ＰＣＡを製造する間はシールデッド端部コネクタを支持する。この側壁は、シールデッド端部ランチ型コネクタとＰＣＢとの間に強い機械的なインターフェースを作るために、はんだ付け面用の領域も提供する。自動ＳＭＴピック・アンド・プレイス装置は、ＰＣＢ上にシールデッド端部ランチ型コネクタの正確な位置付けを行う。このシールデッド端部ランチ型コネクタ５０は一般に、はんだリフローの間はＰＣＢの側部に対して押し付けられ、端壁６６がＰＣＢの端部に接触した状態を維持して、これにより基板端部のインピーダンスの不連続性を減少させている。端壁６６は一般に、電磁シールド及び強度を向上させるために、ＰＣＢの底端部にはんだ付けされる。
【００２６】
図４Ｂは、ＰＣＢ７２上に取り付けられた図４Ａのシールデッド端部ランチ型コネクタ５０を備えたＰＣＡ７０の平面図である。シールデッド端部ランチ型コネクタ５０は、ＰＣＢ７２内に形成された、インピーダンス制御された伝送線路（図示せず）に接続される。シールデッド端部ランチ型コネクタ５０は、様々な厚さのＰＣＢを含む種々のＰＣＢと共に使用される。
【００２７】
図４Ｃは、図４Ｂの断面線Ａ−Ａに沿って切り取ったシステム７０の断面図である。ＰＣＢ７２は、誘電体層８０、８２、８４によって分離された金属層７４、７６、７８、８６を有する。より多くの又はより少ない層を有するＰＣＢもある。金属層は一般に、電気回路を形成するためにパターン化される。ニューハンプシャー州ロンドンデリーのＣＯＯＫＳＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＰＷＢ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＡＮＤ  ＣＨＥＭＩＳＴＲＹから市販されているＧＥＴＥＣ（商標）、又はアリゾナ州チャンドラーのＲＯＧＥＲＳ  ＣＯＲＰ．から市販されているＲＯ４３５０（商標）などの種々の誘電体材料は、インピーダンス制御された伝送構造体を有するＰＣＢの中で使用するのに好適である。
【００２８】
中心ピン５４及びシールド５６は、第１のパターン化金属層７４の露出部分にリフローはんだ付けされる。のぞき窓６０により、中心ピン用はんだパッド８８に対する中心ピン５４のはんだ接合を目視検査することができる。この中心ピン用はんだパッド８８は、中心ピン５４からの電子信号を中心導体用バイア９０に結合し、この中心導体用バイア９０は電子信号を、パターン化された金属層７６の中に形成された中心導体９２に送る。中心導体用バイア９０は一般に、随意的にはんだで充填されるめっきされた穴である。バイアを使用して、ＰＣＢ内の金属の層間の電気的な接続が行われる。金属層７４、７８は、中心導体９２と協力して動作する接地面を形成し、ＰＣＢ７２の中にプレーナー形のインピーダンス制御された伝送構造体を形成する。
【００２９】
ＰＣＢ７２の層の全体を貫通して伸びないバイアは、「ブラインド」バイアと呼ばれる。別の方法では、中心導体用バイアはＰＣＢを貫通して伸びて、中心ピン５４からの電気信号をＰＣＢの反対側９１（「底面」）上のインピーダンス制御された伝送構造体に接続する。ＰＣＢを貫通して伸びるバイアは、スルーバイア（through via：貫通ビア）としても周知である。シールデッド端部ランチ型コネクタ５０の後壁６６は、シールデッド移行ブロック５２（図示せず）の側部と同様に金属層８６にはんだ付けされて、ＰＣＢ７２とシールデッド端部ランチ型コネクタ５０との間のはんだにより接触した周囲が形成され、完全な電磁シールドが提供される。
【００３０】
図４Ｄは、本発明の中で使用されＰＣＢ１５０に取り付けられた別のＳＭＴ型シールデッドコネクタ１００の断面図を示す。取付けは、はんだ又は同様の共晶接合材料を用いて行われる。ＰＣＢ１５０は、第１の面と、この第１の面の反対側の第２の面と、及び埋め込まれたストリップライン伝送線路１５６とを有する多層を含む。第１の面は第１又は頂部グラウンド面１５２を有し、第２の面は第２又は底部グラウンド面１５４を有し、また埋め込まれたストリップライン伝送線路１５６はグラウンド面１５２、１５４の間に配置される。ＰＣＢ１５０は、埋め込まれたストリップラインから第１の面まで伸びるブラインドバイア１５８をさらに有する。このブラインドバイア１５８は、第１の面上のはんだパッド１６０をストリップライン１５６に接続する。ブラインドバイア１５８及びはんだパッド１６０は、グラウンド面１５２、１５４から電気的に絶縁される。コネクタ１００の環状のフランジ１１９を頂部グラウンド面１５２にはんだ付け又は他の方法で電気的及び機械的に取り付けることによって、同軸コネクタ１００は頂部グラウンド面１５２に取り付けられる。中心ピン１２０がはんだパッド１６０にはんだ付け又は別の方法で電気的及び機械的に取り付けられて、シールデッドＳＭＴ型同軸コネクタ１００の取付けが完成する。このコネクタ１００は、２００６年１月３１日に発行された米国特許第６，９９２，５４４号（参照により本願に組み込まれる）の中で詳細に説明されている。この特許はまた、本発明と同じ譲受人であるＡｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に譲渡されている。
【発明の開示】
【００３１】
本発明は、シールデッドマイクロ波回路モジュールを提供する。このモジュールでは、プリント回路基板（ＰＣＢ）がベースとして機能し、電子部品の相互接続に対応している。部品は、標準的な表面実装技術（ＳＭＴ）又は周知のダイ接着及びワイヤボンディング技術のいずれかによってＰＣＢに取り付けられ、また電気的に接続される。
ＰＣＢ上で通常使用される部品は、適切にモジュール内に取り付けて、モジュールに組み込むことができる。前の節で与えられた説明に基づいて特注設計された固体金属の所定の壁構造体がＰＣＢに導電性を保って取り付けられる。集積回路のベアダイが、金属シールドの中のＰＣＢに取付けられまたワイヤボンディングされる。所定の壁構造体と一緒に特注設計された所定の蓋が、壁構造体の頂部に導電性を保って取り付けられて、電磁シールドを完成しまた囲まれた部品を保護する。高周波の相互接続は、ワイヤボンディングとＰＣＢの金属パターン及びバイアとによって提供することができる。シールデッド同軸コネクタをＰＣＢへ表面実装することにより、他の回路へのシールドされた接続が提供される。
【００３２】
壁に固体の金属構造体を使用することにより、任意の小さい機構を作ることが可能になり、また回路の性能や形状に対して基本的な制限が加えられることはない。回路をシールする前に十分試験することができ、手直しはアセンブリを製造する全ての段階で実行可能であり実際に行うことができる。本発明は、複雑性が高い比較的軽量で小型の集積回路モジュールを製造するために、標準的な電子工学組立て工程を使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図面の中の同じ参照番号は、同様の項目を指すことは理解されたい。
【００３４】
図５を参照すると、本発明を取り入れた超小型回路モジュールの組立てが裸ＰＣＢ５００から始まる。通常は、ＰＣＢ５００は少なくとも４つの金属層を有し、そして周知の材料と工程で組み立てられることが好ましい。しかしながら、本発明は最低限３つの金属層で動作するであろう。この節で説明される本発明の具体例としての実施形態のＰＣＢは、エポキシ−ガラス−シリカ充填積層物の誘電体層で積層された６つの金属層を有する。この具体例としての実施形態は、本発明の教義を理解するためのものであり、本発明はこの具体例としての実施形態に限定されないことを理解されたい。ＰＣＢ５００は、従来のＳＭＴ部品、パッケージ、及びデバイスを取り付けるためのＳＭＴ領域５０２、並びにワイヤボンディング部品、パッケージ及びデバイスを実装するためのワイヤボンディング領域５０４を備えている。従来のブラインドバイア（図示せず）が伝送及びシールドのために使用され、ワイヤボンディング領域が接着可能な金５０６で選択的にめっきされる。
【００３５】
具体例としての実施形態を製作すると、第１の組立て工程は２側面マウントの取付けである。図６は、ＳＭＴ工程がＳＭＴパッケージ入り部品６０２、６０４を取り付けるために使用された後の、超小型回路モジュール６００を示す。このＳＭＴ部品は、ＰＣＢ５００の両側（頂部及び底部）に取り付けることができる。ＳＭＴ部品には、コネクタ、抵抗、コンデンサ、インダクタ、トランジスタ、ダイオード、パッケージ入りＩＣ、標準的なシールド、又はＳＭＴ工程を用いてＰＣＢ５００に取り付けることができる任意の部品が含まれる。ＳＭＴシールデッドマイクロ波コネクタ６０６、６０８及び６１０がＰＣＢ６０１に実装され、特注設計された壁６１２（後でより詳細に説明される）が上面に取り付けられる。ＳＭＴシールデッドマイクロ波コネクタ６０６、６０８、６０９、６１０は、端部ランチ型コネクタ又は他のシールデッドＳＭＴ型コネクタ（図４Ｄで示されたコネクタ１００など）とすることができる。
【００３６】
本発明の１つの実施形態の教義に基づいて作られた特注のシールドには、複数の特注の壁及び対応する蓋が含まれる。特注の壁及び蓋は、電磁モードを制御しかつシールドの中に囲まれる電子回路、部品及びデバイスを収容するために必要な形状及び公差を与えるような工程の中で製造することが好ましい。特注の壁の各部分は、数量が少ない場合はシート素材の従来のフライス加工によって、数量が中程度の場合はケミカルミリングによって製造される。数量が多い場合は、打ち抜き加工又は注入成形（鋳造）を使用して壁の部分を製造する。蓋は、少量から中程度の数量の場合は、シート素材からケミカルミリングによって、また大量の場合は打ち抜き加工によって製造するのが好ましい。図７は、特注の壁７００の特殊な設計の一部を示す。この特注の壁７００では、領域７０２、７０４が、電磁放射を制御するためにシールドを必要とする電子回路、部品及びデバイスをそれぞれ取り囲んでいる。ＰＣＢ５００（図７には示されていない）に取り付けられ、蓋（これも図示されていない）によって覆われたときの領域７０２及び７０４の各々によって形成された所定の体積は特注設計されて、それぞれの体積によって囲まれた所定の電子回路、部品及びデバイスは電磁放射を制御するようにシールドされることを理解されたい。
【００３７】
壁７００は、いわゆるブリッジ７０６を含む。これらのブリッジ７０６は、ベースに支柱なしで立っている壁構造体であり、いわゆるアイランド７０８を可能にする。壁７００がＰＣＢに取り付けられるとき、ブリッジ７０６はＰＣＢに接触しないように設計されるが、蓋が壁７００を覆うために取り付けられるときは、ブリッジは蓋に結合される。図７には示されていないが、蓋のない壁７００をＰＣＢに取り付けるときに、ＰＣＢに結合するように設計された他のブリッジは、いわゆる逆さまのブリッジと呼ばれ、通気孔として機能する。壁７００は、ＰＣＢ５００に取り付けるためにユニット構造体として形成することができる。別の方法では、壁７００は、部品を寄せ集めて作ったものとすることができる。特別な超小型回路モジュールを製造するために必要な互いに異なる時間に、壁の様々な部分をＰＣＢ５００に取り付けることができる。
【００３８】
図８は、本発明の１つの実施形態の中で使用されるジョイント８００の概念上の断面図を示す。壁８０２は、はんだ８０６結合を介してＰＣＢ８０４に取り付けられる。はんだ８０６と壁８０２とＰＣＢ８０４上に形成された金属のグラウンド面８１０との間の良好な結合を確実にするために、めっき層８０８が存在する。このめっき層は金であることが好ましい。このジョイント８００は、（１）壁からはんだ及び金属グラウンド面８１０への溶解した金による金の脆化を避けるため、及び（２）壁８０２とＰＣＢ８０４との間の機械的な応力を吸収する十分な隔離を提供するために、十分なはんだを持つ必要がある。スルーバイア８１２はグラウンド面８１０、８１４及び８１６を接続して、超小型回路モジュールの金属シールドの下側部分を形成する。コネクタ（図８には図示されていない）からの信号をモジュールの種々の部分に伝送するストリップライン８１４が示されている。ストリップライン８１４はスルーバイア８１２に接触しない、またグラウンド面８１０と８１４とによってシールドされる。
【００３９】
図９は、図６に示した特注設計の壁６１２及び超小型回路モジュール６００のより詳細な部分である。ＩＣ６１４、薄膜回路６１６及び他のワイヤボンディング部品が、ＰＣＢ５００に取り付けられている。シム又は薄膜回路上に実装されるＩＣ６１８に対応して、これは一般に２段階（層）で行われる。ワイヤボンディング接続は、ウェッジ接合で行われる。
【００４０】
図１０は、超小型回路モジュール６００内のマイクロ波の経路用に使用される線についての、ＩＣ１００６上のエッジ間接合１００２、１００４を示す。これらの接合は、２００５年４月２１日に発行された米国特許第２００５／００８３１５３号（参照により本願に組み込まれる）の中で詳細に説明されている。この特許はまた、本発明と同じ譲受人であるＡｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に譲渡されている。
【００４１】
図１１は、全ての接続が行われ、そして基本的な機能性を確認するための電気試験が実施された後の、超小型回路モジュール６００を示す。いずれかの電気試験が失敗した場合は、必要に応じて手直しが行われる。特注設計された壁６１２（現在は、蓋１１０２によって覆われている）用のシート状金属の蓋１１０２がここでは電気的に導電性の接着剤で取り付けられている。この蓋１１０２は１つのシートとして、又は蓋１１０２が壁６１２に取り付けられるときに作り出される所定の体積に対して必要な様々な部分として製造できることを理解されたい。蓋１１０４は、特注設計された壁１１０６を有する超小型回路モジュール６００の別の部分を覆う。蓋１１０２、１１０４は中に穴（図示せず）を有して、接着剤の硬化工程の間に圧力の均一化及びガスの排出を可能にすることが好ましい。前述した逆さまのブリッジは、通気孔として機能する。穴はシート金属ドットをその上に接着することによって、又はその上にはんだ付けすることによって閉じられる。
【００４２】
図１２は、ヒートシンク１２０２を取り付けた超小型回路モジュール６００の底面側を示す。ブラケットや必要とされる他の任意の外部部品などの他のデバイスは、最後の組立て段階で超小型回路モジュール６００に取り付けられる。最終検査として、このモジュールを再度試験することが好ましい。本発明のシールド内の任意の回路、部品及びデバイスを、必要に応じて蓋１１０２、１１０４を取り外して再び手直しすることができる。蓋１１０２、１１０４は一般に、最初加熱して接着剤を柔らかくし、次に続いて、てこで動かして剥がすことによって取り外す。残った接着剤をきれいに落とし、必要な修理を行う。新しい蓋を、前述したように、導電性の接着剤を用いて取り付けそしてシールする。あるいはまた、前に使用した蓋を適当ならば再度取り付ける。
【００４３】
図５〜図１２を参照して、本発明のさらに別の説明として、ここで超小型回路モジュール６００の説明を開始する。電源及び低周波の制御電圧と信号が、好ましくはＳＭＴコネクタ６０６、６０８、６０９、６１０を介して超小型回路モジュール６００内の回路に与えられる。高周波の入力及び出力信号が、これらの定インピーダンスのシールデッド同軸マイクロ波コネクタを通して結合される。電力回路及び低周波回路は主として特注のシールド領域の外側に配置され、一方、高周波信号は本発明の特注設計のシールドの中に含まれることが好ましい。
【００４４】
特注設計のシールドは、超小型回路モジュール６００の回路を取り囲むシールド領域の所定の体積の中の電磁エネルギーを制御する。特注の壁６１２、１１０６の寸法は、蓋によって閉じられたときに、シールド領域の固有共振が回路の動作範囲よりも高い周波数で発生するように選択される。壁間の間隔および壁の高さは、存在する全ての材料を評価した後で、最高の動作周波数の１／２波長よりも小さくなるように規定される。これが可能でない場合、又は望ましくない帯域外の共振が発生する場合は、電磁吸収材料が採用される。
【００４５】
高周波信号は、好ましくはシールド領域の外側のストリップライン伝送線路を用いてＰＣＢに経路指定され、マイクロストリップ及びストリップライン伝送線路はシールド領域内に形成されたブリッジ（例えば、ブリッジ７０６）の下側を通過する。低周波信号及びＤＣ信号は、好ましくは中間層のトレースを用いてＰＣＢの全体にわたって経路指定される。ブラインドバイア及びスルーバイアは、伝送線路モード間の伝送のために使用され、回路のグラウンド用の層と電磁放射を制御するシールド用の層との間のトレースを接続する。
【００４６】
壁６１２、１１０６は、ＰＣＢの頂部金属層のＰＣＢのグラウンド面８１０にＳＭＴにより取り付けられる。取付け用のはんだ領域は、はんだマスクによって規定される。壁の直ぐ下に、スルーバイアのアレイがＰＣＢ５００の中にシールドを形成する。電気信号は、ＰＣＢ５００の中間層上のトレースを使用して、バイアのアレイの中の途切れを通って壁を横切る。高周波の信号に対しては、ストリップライン伝送線路が使用される。シールド領域の中では、マイクロストリップ伝送線路は損失が比較的小さいため好ましい。ブリッジ７０６の下を通るようにマイクロストリップを経路指定することによって、マイクロストリップはシールドの種々のキャビティ間の連続性を維持する。ブリッジ７０６及びアイランド７０８は、複数キャビティのシールド内の境界を横切って連続的な低損失のマイクロストリップ線路を維持し、一方特注の壁６１２、１１０６の構造的な完全性を維持するという選択肢を可能にする。
【００４７】
ベアダイのＩＣと薄膜回路の接続は、部品の裏側にダイを取り付けて接続することに加えて、ワイヤボンディングで行うことが好ましい。ＳＭＴにより取り付けられるパッケージ入り部品への接続は、はんだ接合によって行われる。
【００４８】
回路部品は、電圧又は電流の制御、スイッチング、減衰、増幅、混合、サンプリング、フィルタ処理、又は高周波のアナログ又はディジタル回路で必要な他の機能などの信号に基づいて動作を実行する。回路部品は、回路の全ての部品、ＰＣＢに取り付けられた部品、及びＰＣＢそれ自身を含む。例えば、ＰＣＢの金属層のパターンは、１つの実施形態では、フィルタリング素子を形成することがある。
【００４９】
回路部品は熱を発生するが、回路部品を動作温度範囲以内に保つために、この熱を消散しなければならない。温度は、モジュールの中に、熱をモジュールの表面に導く熱伝導機能を備えることによって管理される。モジュールの表面で、熱は環境（周囲）に消散される。熱発生部品は、熱エネルギーを効率的に広げる別個の素子又はＰＣＢに一体化している素子のいずれかの熱伝導素子（層）に取り付けることができる。熱エネルギーを広げることによって、次の材料を通り抜ける熱抵抗が減少される。
【００５０】
スルーバイア及び金属面は、ＰＣＢの中で主要な熱伝導構造体を提供する。シールド内の部品から周囲へ、２つの主な熱経路がある、すなわち、（１）デバイスを通って下の熱拡散層へ、熱拡散層内を横方向に、ＰＣＢを通って横方向に、壁を通って上方に、そして蓋の外に、（２）デバイスを通って下の熱拡散層へ、熱拡散層内を横方向に、ＰＣＢを通って下方に、そしてＰＣＢの底部から外に。
【００５１】
特注のシールドは、ベアダイに対して通常必要な環境的及び機械的な保護を提供する。ベアダイＩＣの信頼性を劣化させる最も一般的な物質は湿気である。特注シールドの構造は、湿気の侵入を大いに減少させる。湿気は本質的に金属を通過しないが、湿気は大抵のＰＣＢの誘電体材料及び蓋の取付けに使用するエポキシを通過する。湿気の侵入は、ＰＣＢの表面を金属で可能な限りクラッディングすることによって、また蓋に薄く広いジョイントを付けることによって最小にされる。
【００５２】
本発明は、超小型回路モジュールを作るためのプラットフォームとして考えられた。このため、本発明は基本的には構成要素及び技術の寄せ集めである。本発明を特徴付ける要素は、多層ＰＣＢ上のシールドされた同軸の端部又は垂直ランチ型ＳＭＴコネクタと組み合わせて、２部分複数キャビティ型シールドを使用することである。この新しい組合せにより、回路に接続されたコネクタを保護する部分を含む、所定の体積によって囲まれた全体の電子回路、部品及びデバイスに対して連続した完全なシールドが可能にされる。
【００５３】
本発明は特定の実施形態を参照して詳細に説明されたが、本発明が属する技術分野で通常の技術を有する者は、以下に続くクレームの精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更や拡張を行うことができることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術の混成型の超小型回路を示す図である。
【図２】部品及びシールドを有する従来技術のＰＣＢを示す図である。
【図３】従来技術のシールドを示す図である。
【図４Ａ】２つの従来技術のＳＭＴ型シールドコネクタを示す図である。
【図４Ｂ】２つの従来技術のＳＭＴ型シールドコネクタを示す図である。
【図４Ｃ】２つの従来技術のＳＭＴ型シールドコネクタを示す図である。
【図４Ｄ】２つの従来技術のＳＭＴ型シールドコネクタを示す図である。
【図５】本発明の実施形態で使用される裸ＰＣＢを示す図である。
【図６】超小型回路モジュールを示す図である。
【図７】本発明の実施形態で使用される特注設計された壁の一部を示す図である。
【図８】本発明の実施形態で使用されるジョイントの断面を示す図である。
【図９】本発明の実施形態で使用される特注設計された壁の一部を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態で使用されるエッジ間接合を示す図である。
【図１１】超小型回路モジュールを示す図である。
【図１２】超小型回路モジュールの底部を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
８００：ジョイント
８０２：壁
８０４：プリント回路基板（ＰＣＢ）
８０６：はんだ
８０８：めっき層
８１０、８１６：グラウンド面
８１２：スルーバイア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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