(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に高周波信号の生成や送受信処理を行う高周波回路が設けられるとともに裏面に高周波信号の送受信を行うための送受信端子が設けられた高周波回路基板と、該高周波回路基板の裏面側に一方の面が接合される、複数枚の薄金属板が重ね合わされた構造の金属ベースと、を備えた高周波モジュールであって、
前記金属ベースには、該金属ベースにおける他方の面に対向配置される高周波アンテナと前記高周波回路基板との間で高周波信号の送受信を行わせるための導波路が形成され、
該導波路が形成された前記金属ベースとは別体の導波路形成体を備え、前記金属ベースに前記導波路形成体が挿着される貫通穴が形成されていることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
前記導波路形成体は、一対の分割半体を接合してなる柱状体とされ、その中央部を貫通するように前記導波路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項３】
前記導波路形成体は、金属製であることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記導波路形成体を構成する一対の分割半体は、それぞれ樹脂製の半柱状体の外表面に金属コーティングを施したものであることを特徴とする請求項２に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベースと、誘電体基板上に高周波回路部品が実装されてなる高周波回路基板と、を備えた高周波モジュール、特に、ミリ波レーダ用として好適な高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のITS(高度道路情報システム)化に伴い、自動車の安全運転システムのセンサとしてミリ波レーダが開発されている。ミリ波は、周波数が３０GHｚ〜３００GHｚ（真空中での波長は１ｍｍ〜１０ｍｍ程度）の電波で、車載ミリ波レーダとしては主に７６GHｚ〜７７GHｚを使い、小電力ミリ波レーダとして技術的条件が規定されている。
【０００３】
ミリ波レーダと同様の技術として、より波長の短い赤外線レーダがあり検出原理などは同じだが、赤外線レーダは、ミリ波レーダより低価格だが反面、赤外線レーダは激しい雨や霧といった気象条件下では、吸収されたり拡散されたりしてしまう。
【０００４】
これに対してミリ波レーダは、天候による性能劣化が非常に小さく前方を走る先行車を検知できるため、運転者の視覚を補助し衝突事故等の防止の一助となることが期待されており、安価で信頼性の高い車載用ミリ波レーダ用の高周波モジュールが望まれている。
【０００５】
この車載用ミリ波レーダに好適な高周波モジュールとして、従来、例えば、特許文献１に見られるように、高周波アンテナと、導波路が形成された金属ベースと、多層誘電体基板（セラミック等が素材）上に高周波回路部品が実装されてなる高周波回路基板とを備え、高周波回路基板の回路面側、すなわち、高周波信号の生成や送受信処理等を行う回路部品の実装面側と金属ベースとを接合することにより、気密パッケージ化を図り、回路部品を水分による腐食等から保護するようにしたものが知られている。
【０００６】
かかる特許文献１に所載の高周波モジュールにおいては、アンテナの送信端子と受信端子間の距離よりも、高周波回路基板の送信端子と受信端子間の距離が短くされ、これによって小型化、低コスト化が図られている。
【０００７】
また、かかる高周波モジュールは、前記金属ベースが２枚の金属プレートで構成され、この２枚の金属プレートに、高周波回路基板の送受信端子とアンテナの送受信端子とを結ぶ導波路が形成されている。詳しくは、一方の金属プレートには、高周波回路基板に対して垂直の導波路部（貫通穴）が形成され、他方の金属プレートには前記垂直導波路部に直交する水平導波路部（溝＋穴）が形成されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−８４２０８号公報（特許第３４２８５７５５号号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１に所載の（従来の）高周波モジュールでは、次のような解決すべき課題があった。
【００１０】
すなわち、従来の高周波モジュールでは、高周波回路基板の表面（部品実装面）側を金属ベースに接合する形態をとり、この部品実装面の気密封止を行うようになっているため、部品実装面側に電気的特性向上のためのフィルタ等を取り付けることが難しく、また、気密封止を行うことで、工数増加による製造コスト等の増大を招いてしまうという問題があった。
【００１１】
また、従来の高周波モジュールでは、高周波回路基板の小型化に伴って高周波アンテナと高周波回路基板のサイズの差が大きくなるため、それらの間に配在される金属ベースに前記のような垂直導波路部と水平導波路部とからなる導波路を形成して、前記サイズの差を吸収するようにしているが、金属ベースを構成する２枚の金属プレートに異なる形状及び異なる加工方法の導波路（垂直導波路部と水平導波路部）を形成するようになっているので、コストの増大等を招くという問題もあった。
【００１２】
また、気密パッケージ化を図るべく、線膨張係数に大きな差がある高周波回路基板と金属ベースとを接合しているので、車載時等の過酷な環境下においての温度変化に伴う熱応力によって高周波回路基板がダメージを受ける虞があり、さらに、製造時における加圧締付や車載時等における振動・衝撃に伴う機械的応力が金属ベース（に形成される導波路）及び高周波回路基板に悪影響を及ぼす虞もある。
【００１３】
また、導波路が垂直導波路部と水平導波路部とで構成されていることから、導波路が長くなるとともに、折れ曲がったものとなり、そのため、導波路を通る高周波信号が劣化しやすい等の信頼性に関わる問題もある。
【００１４】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造コストを低く抑えることができるとともに、車載時等の過酷な環境下において発生する熱応力や機械的応力に十分に耐え得、もって、信頼性の向上等も図ることのできる合理的な構造を持つ高周波モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成すべく、本発明に係る高周波モジュールは、基本的には、表面に高周波信号の生成や送受信処理を行う高周波回路が設けられるとともに、裏面に高周波信号の送受信を行うための送受信端子が設けられた高周波回路基板と、該高周波回路基板の裏面側に一方の面が接合される、複数枚の薄金属板が重ね合わされた構造の金属ベースと、を備え、前記金属ベースに、該金属ベースにおける他方の面に対向配置される高周波アンテナと前記高周波回路基板との間で高周波信号の送受信を行わせるための導波路が形成され、該導波路が形成された前記金属ベースとは別体の導波路形成体を備え、前記金属ベースに前記導波路形成体が挿着される貫通穴が形成されていることを特徴としている。
【００２２】
別の好ましい態様では、前記導波路が形成された、前記金属ベースとは別体の導波路形成体を備え、前記金属ベースに前記導波路形成体が挿着される貫通穴が形成される。
【００２３】
この場合、前記導波路形成体は、好ましくは、一対の分割半体を接合してなる柱状体とされ、その中央部を貫通するように前記導波路が形成される。
【００２４】
前記導波路形成体は、好ましくは、金属製とされる。
【００２５】
これとは別に、前記導波路形成体を構成する一対の分割半体は、好ましくは、それぞれ樹脂製の半柱状体の外表面に金属コーティングを施したものとされる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る高周波モジュールでは、高周波回路基板の表面（部品実装面）側ではなく裏面（GND面）側を、金属ベースに接合する形態をとり、従来例のように、部品実装面の気密封止は行わない。これにより、部品実装面側に電気的特性向上のためのフィルタ等を取り付けることが可能になり、また、気密封止を行わなくてもよいので、工数削減による低コスト化等を図ることができる。
【００３０】
また、金属ベースを複数枚の薄金属板で構成し、導波路を、各薄金属板を厚み方向に貫通する透孔で構成することにより、従来の、金属ベースを構成する２枚の金属プレートに異なる形状及び異なる加工方法の導波路（垂直導波路部と水平導波路部）を形成するようにしたものに比して、製造コストを低く抑えることができる。また、導波路を前記のように構成することにより、導波路が高周波回路基板に対して垂直に形成されることになり、そのため、導波路を、従来の垂直導波路部と水平導波路部とで形成されるものより短くすることができるとともに、真っ直ぐにすることができ、その結果、導波路を通る高周波信号の損失劣化を招きにくくなって、信頼性が向上し、さらに、金属ベースは、薄金属板を重ね合わせた構造なので、その枚数を増減することで、板厚方向の制約を無くすことができ、その結果、設計自由度も向上する。
【００３１】
本発明の他の特徴及び効果は、以下の実施形態の中で詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の高周波モジュールの実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、本発明に係る高周波モジュールの最適な適用対象である車載用ミリ波レーダについて、図１を用いて説明する。
【００３４】
図１において、ミリ波レーダ２は、車輌１の先頭部に装備され、車輌１の前面からミリ波を出射することで先行車３から反射してきた電波を受信し、その伝播時間やドップラ効果によって生じる周波数差をもとに、先行車３の位置や車輌１との相対速度を測定する。
【００３５】
図２は、本発明に係る高周波モジュールの一実施形態の前提となる参考例が適用された前記車載用ミリ波レーダ２の全体概略断面図である。
【００３６】
ミリ波レーダ２の内部は、電気的に大きく分けて３つの構成になる。高周波信号を扱う部分と中間周波数を処理する部分と電源部からなり、このうち高周波信号を扱う部分が本発明に係る高周波モジュール２３である。
【００３７】
高周波モジュール２３は、平面視矩形板状で高周波信号の発信及び反射波を受信する高周波アンテナ１３（後で詳述）、打ち抜きプレス加工で作製された薄金属板１２ａを複数枚（ここでは５枚）重ね合わせて形成され、その中に高周波信号を送受信するのための導波路１０が形成されている金属ベース１２（後で詳述）、及び、積層された誘電体基板に高周波回路２５（図５参照）が設けられてなる高周波回路基板１１（後で詳述）で構成されている。
【００３８】
前記ミリ波レーダ２は、内蔵部品として、上記高周波モジュール２３の他、ミリ波レーダ２で使用する電源を生成する電源回路基板８、高周波信号を中間周波数信号に周波数変換した信号を処理する信号処理基板９等を備えている。
【００３９】
さらに、外装部品として、外部とのインターフェイスであるコネクタ４、電源回路基板８及び信号処理基板９が収容されるリアカバー５、高周波回路基板１１と金属ベース１２が収容されるハウジング６、高周波アンテナ１３のアンテナ面を保護するフロントカバー７を備えている。
【００４０】
ミリ波レーダ２において、高周波アンテナ１３で受信した反射信号は、高周波回路基板１１で中間周波数に周波数変換され、信号処理基板９でAD変換しDSP回路にて周波数分析を行い、距離、相対速度、角度情報を演算することにより、ターゲットの位置を演算する。演算結果は、外部とのインターフェイスであるコネクタ４を介して車輌側のコントロールユニットへ出力する。
【００４１】
次に、前記高周波回路基板１１及び金属ベース１２について、図３、図４、図５を参照しながら説明する。図３は、図２に示される高周波モジュール２３の全体概略断面図、図４は、金属ベース１２の上面図、図５は、高周波モジュール２３の斜視図である。
【００４２】
高周波回路基板１１は、その表面（前記金属ベース１２とは反対側の面）に、高周波回路２５（図５参照）を構成する所要の機能を持つ複数の高周波ICチップを実装すべく、それらのチップの厚み（高さ）にあわせたキャビティが形成され、その中に裏面の接合面をGNDとしたマイクロストリップ線路等で構成される高周波ICチップが実装され、その裏面に高周波信号の送受信を行うための送信端子１１ａ（１箇所）及び受信端子１１ｂ（２箇所）が設けられている。
【００４３】
なお、前記高周波ICチップは、MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit）と呼ばれるチップが使用された、発信器、電力増幅器、信号混合器等からなり、基板１１の表面には、各高周波ICチップを接続するマイクロストリップ線路、トリプレート線路やコプレーナ線路等の高周波伝送線路が設けられている。各高周波ICチップは、互いに要求性能を十分に満足するアイソレーションをとることが出来るような配置になる。
【００４４】
また、各高周波ICチップは、同一のキャビティ内に配置されたものについては、金属ワイヤや金属リボン等で接続され、アイソレーションの必要上、異なるキャビティ内に配置されたものについては、隣接するキャビティに、それぞれ配置された高周波ICチップを高周波伝送線路で接続する。高周波ICチップのGNDである裏面と誘電体基板のGNDを電気的導通のために、ICチップの実装には導電性のAgペースト、はんだペースト等の接合剤を用いる。
【００４５】
一方、金属ベース１２は、前述したように、打ち抜きプレス加工で作製された薄金属板１２ａを複数枚（ここでは５枚）重ね合わせて形成され、その中に高周波信号を送受信するのための導波路１０（ここでは３本）が形成されている。導波路１０は、各薄金属板１２ａを厚み方向に貫通する、打ち抜きプレス加工により作成された同一寸法形状（断面矩形）の透孔１０ａで構成されており、この導波路１０は、組立状態において、アンテナ１３及び高周波回路基板１１に対して垂直となる。
【００４６】
上記のような実装状態の高周波回路基板１１（の裏面側）を金属ベース１２の上面に位置決めして接合するため、金属ベース１２の最上段の薄金属板１２ａには、図４に示される如くに、前記高周波回路基板１１の平面視外形（ここでは長方形）に対応した平面視外形を持つ凹状載置部１５が形成されており、この凹状載置部１５に、ディスペンサ等によって導電性のAgペースト、はんだペースト等の接合材を塗布した後、高周波回路基板１１を位置決めして載せ置き、接合する。また、このように高周波回路基板１１がその上面に接合された金属ベース１２は、高周波アンテナ１３の裏面側に、その下面を押し当てた状態でねじ類３５等の締結部材によって接合する。これにより、高周波回路基板１１の送信端子１１ａと導波路１０とアンテナ１３の送信端子１３ａとが一直線上に位置決めされて相互に接続され、また、高周波回路基板１１の受信端子１１ｂと導波路１０とアンテナ１３の受信端子１３ｂとが一直線上に位置決めされて相互に接続される。
【００４７】
かかる構成を有する本実施形態の高周波モジュール２３においては、高周波回路基板１１の出力回路の送信端子１１ａから出力された高周波信号は、金属ベース１２に形成されている導波管構造の導波路１０を通過して高周波アンテナ１３の送信端子１３ａに達し、該高周波アンテナ１３から高周波信号を出力する。逆に、ある物体から反射した高周波信号は高周波アンテナ１３の受信端子１３ｂに入力され、金属ベース１２に設けられた導波管構造の導波路１０を通過して高周波回路基板１１の受信回路の受信端子１１ｂに入力される。
【００４８】
また、金属ベース１２及びそれに形成される導波路１０を前記のように構成することで次のような作用効果が得られる。すなわち、高周波信号を送受信するユニット同士を接続する構造において中間に位置する金属ベース１２は、そこを通過する高周波信号の通り道である導波路１０の加工が必要になる。金属ベース１２の機能として、破損から保護する効果も期待されるので板厚を厚くすることが考えられるが、板厚を厚くすると剛性は高められるが、その厚みのある金属板に、高周波信号に必要なアスペクト比が極めて高い、微細な穴加工が必要となる。しかし、高周波信号の導波路１０は矩形導波管形状でアスペクト比が極めて高く、そのようなアスペクト比の高い微細な穴加工は困難である。
【００４９】
このように、板厚を厚くすると、加工コストが安く済むプレス加工で導波路１０を形成することができないため、加工コストが高くつく、例えばフォトエッチングやレーザ加工等を採用する必要があった。
【００５０】
そこで、本実施形態では、加工コストが高くなることを回避すべく、前記のように複数枚の薄金属板１２ａを重ね合わせて金属ベース１２となし、各薄金属板１２ａに、加工コストが安く済むプレス加工で、高周波信号が通過するのに必要な微細な透孔１０ａ（平面視矩形）を形成するようにしている。
【００５１】
従来の、金属ベースを構成する２枚の金属プレートに垂直導波路部と水平導波路部を形成するようにしたものでは、プレス加工と切削加工等の別加工が必要になり、導波路形状も複雑になるため、工数増による高コスト化を招くことになるが、本実施形態のようにすることで、従来の金属ベースに必要であった切削加工等の別加工が不要になり、低コスト化を図ることができるとともに、導波路形状の簡素化（一直線状化）により、信号の損失劣化を招きにくくなり、さらに、金属ベース１２は、薄金属板１２ａを重ね合わせた構造なので、その枚数を増減することで、板厚方向の制約を無くすことができ、その結果、設計自由度も向上する。
【００５２】
以上の構成に加え、本実施形態の高周波モジュール２３では、次のような構成が付加されている。すなわち、多層誘電体基板である高周波回路基板１１と金属ベース１２のような組合せの場合、線膨張係数の異なるものを接続することになり、温度変化による膨張時又は収縮時に発生する熱応力によって高周波回路基板１１にダメージを与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、金属ベース１２と高周波回路基板１１との線膨張係数の差に起因して生じる熱応力を緩和すべく、高周波回路基板１１の接合部位である金属ベース１２の凹状載置部１５の周囲に（四辺に沿うように）、直線上のスリット３１、３１、３２、３２が設けられている。
【００５３】
また、金属ベース１２は、その四隅に設けられたねじ穴１４に通されるねじ類３５等の締結部材で前記アンテナ１３に締付固定されるようになっているが、このねじ類３５等による締付固定時や車載時等の振動衝撃により発生する機械的な応力を緩和すべく、金属ベース１２の締付固定部（ねじ類３５）周り（のうちの内方側）に、直線状の一対のスリットが相互に垂直に形成されている。
【００５４】
特に、高周波回路基板１１（誘電体基板）の素材にセラミックを使用する場合、硬度は高いが割れやすいという特徴を持つので、ねじ穴１４の周囲スリット３３、３３と高周波回路基板１１の周囲のスリット３１、３２は有効である。これにより、特に温度的にも機械的にも厳しい応力のかかる自動車に搭載されるミリ波レーダ２に適用される高周波モジュール２３の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
図６は、さらに別の構成を付加した参考例の金属ベース１２の上面図である。
【００５６】
図示の金属ベース１２は、薄金属板１２ａを重ね合わせて所要の線路長の導波路１０を形成したものであるので、薄金属板１２ａ同士の重ね合わせ時に、各薄金属板１２ａに形成されている導波路１０（透孔１０ａ）について正確な位置合わせが必要になる。そこで、本例では、金属ベース１２を構成する複数枚の薄金属板１２ａにおいて隣り合うもの相互の位置決め固定を図るべく、隣り合う薄金属板１２ａの一方の四辺外周端近くの中央部に凸部及び／又は凹部１７が設けられるとともに、導波路１０の周囲にも凸部及び／又は凹部１８が設けられ、さらに、隣り合う薄金属板１２ａの他方の四辺外周端近くの中央部に前記凸部及び／又は凹部１７に嵌合する凹部及び／又は凸部が設けられるとともに、導波路１０の周囲にも前記凸部及び／又は凹部１８に嵌合する凹部及び／又は凸部が設けられている。このように、各薄金属板１２ａに、隣り合うもの同士で嵌合する凹凸部を設けることにより、各薄金属板１２ａを相互にずれを生じることなく正確に重ね合わせることができ、導波路１０も段差等を生じることなく真っ直ぐに形成することができる。
【００５７】
また、凸凹部を有する薄金属板１２ａを重ね合わせることで、薄金属板１２ａ同士の密着度が増し、これによって、導波路１０の電気的信頼性が向上する。さらに、この凹凸加工を導波路１０（透孔１０ａ）と同時にプレス加工で行うことにより、低コスト化も図れる。
【００５８】
次に、本発明の高周波モジュールの一実施形態であり、前記金属ベース１２及び導波路１０の他の構成を備えたものを、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
【００５９】
図示例の金属ベース１２’は、導波路１０’が形成された、当該金属ベース１２’とは別体の導波路形成体２０が挿着されるようになっている。言い換えれば、金属ベース１２’には、その上面が図７（Ａ）に示されているように、前記導波路形成体２０が挿着される貫通穴１９が形成されている。
【００６０】
前記導波路形成体２０は、図７（Ｂ）に示される如くの、金属製の一対の分割半体２１、２１を接合してなる円柱状体とされ、その中央部を貫通するように前記導波路１０’が形成されている。
【００６１】
前述した図１〜図５に示される金属ベース１２では、各薄金属板１２ａをプレス加工で打ち抜くことにより導波路１０を形成したが、本例では、導波路形成体２０を別ピースとして加工（導波路１０’を作成）し、その後、導波路１０’を有する導波路形成体２０を金属ベース１２’の貫通穴１９に挿着するようにされる。
【００６２】
導波路形成体２０の作製にあたっては、導波路１０’が半分作成された分割半体２１を製作するとともに、それを所要の長さにスライスし、同じ寸法形状の一対の分割半体２１、２１を、その導波路面同士が対面するように重ね合わせて接合する。
【００６３】
このように、導波路１０’を有する導波路形成体２０を、金属ベース１２’とは別体で作製することによって、製造自由度の向上にもなる。
【００６４】
図８は、上記とは素材が異なる導波路形成体２０’を示す。図示例の導波路形成体２０’を構成する一対の分割半体２１’、２１’は、それぞれ樹脂製の半柱状体２１ａ’の外表面に金属コーティング２１ｂ’を施したものである。このようにすることにより、図７（Ｂ）に示される金属製の導波路形成体２０に比して、安価に製造できるメリットがある。また、電気的にも、樹脂の表面を金属コーティングすることにより、金属製のものと同等性能を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る高周波モジュールの適用対象である車載用ミリ波レーダの説明に供される図。
【図２】本発明に係る高周波モジュールの一実施形態の参考例が適用された車載用ミリ波レーダの全体概略断面図。
【図３】図２に示される高周波モジュールの全体概略断面図。
【図４】図２に示される金属ベースの上面図。
【図５】図２に示される高周波モジュールの斜視図。
【図６】図２〜図５の構成に別の構成を付加した金属ベースの上面図。
【図７】本発明に係る高周波モジュールの一実施形態の金属ベース及び導波路の他の構成を示し、（Ａ）は金属ベースの他の構成例の上面図、（Ｂ）は導波路形成体を示す斜視図。
【図８】図７とは異なる構成の導波路形成体を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１    ：車輌
２    ：ミリ波レーダ
３    ：先行車
４    ：コネクタ
５    ：リアカバー
６    ：ハウジング
７    ：フロントカバー
８    ：電源回路基板
９    ：信号処理基板
１０  ：導波路
１０ａ：透孔
１１  ：高周波回路基板
１１ａ：送信端子
１１ｂ：受信端子
１２  ：金属ベース
１３  ：高周波アンテナ
１４  ：ねじ穴
１５  ：凹状載置部
３１〜３３：スリット
１７  ：凸部又は凹部
１８  ：凸部又は凹部
１９  ：貫通穴
２０  ：導波路形成体
２１  ：分割半体
【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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