(57)【要約】  【課題】  実装されたショットキー・バリア・ダイオードのダイオード特性のバラツキを小さくすることができるダイオード実装用基板を提供する。  【解決手段】  非放射性誘電体線路を用いた高周波回路ブロックに用いられる、ダイオードが表面に実装されるダイオード実装用基板であって、その内部の前記表面に平行な面内において比誘電率が一様であるダイオード実装用基板である。基板内部の表面に平行な面内における比誘電率の分布がなく、表面に実装されるダイオードが比誘電率の分布の影響を受けることがないので、良好なダイオード特性を安定して示すことができるダイオード実装用基板となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非放射性誘電体線路を用いた高周波回路ブロックに用いられる、ダイオードが表面に実装されるダイオード実装用基板であって、その内部の前記表面に平行な面内において比誘電率が一様であることを特徴とするダイオード実装用基板。
【請求項２】
非放射性誘電体線路と、請求項１記載のダイオード実装用基板およびその表面に実装されたダイオードとを具備することを特徴とするミリ波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車間レーダーや高速通信等のミリ波モジュールを非放射性誘電体線路を用いて構成した場合のスイッチ用素子等に使用されるショットキー・バリア・ダイオード等の高周波用ダイオードを実装するためのダイオード実装用基板およびそれを用いたミリ波モジュールに関し、特に個体差を改善したダイオード実装用基板およびそれを用いたミリ波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波高速変調器等のミリ波モジュールにおいて、ミリ波の変調を行なうための変調部として、ＰＩＮダイオードやショットキー・バリア・ダイオード，バラクター・ダイオード等の高周波用のダイオードが変調素子として用いられ、これらダイオードはダイオード実装用基板に実装されて使用されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００３】
従来、これら高周波用のダイオードを実装するためのダイオード実装用基板は、ダイオードの実装あるいはダイオードを実装した状態での使用に必要な強度を保つために、樹脂から成る絶縁層を積層して成る基板の層間にその樹脂を含浸させたガラスクロス等を積層した、いわゆるガラスエポキシ樹脂の絶縁層を積層して成る基板であった。
【非特許文献１】黒木、外２名，「ショットキーバリアダイオードを用いたＮＲＤガイド高速ＡＳＫ変調器」，1997年電子情報通信学会総合大会講演論文集  エレクトロニクス１，1997年３月24日〜27日，p.120
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のダイオード実装用基板に用いられているガラスエポキシ樹脂から成る基板は、内部に積層されたガラスクロスの層間では、絶縁層が樹脂から成ることからその面内における比誘電率は一様な分布であるが、ガラスクロスの層においては、ガラスクロスの繊維と樹脂とで比誘電率が異なり、そのガラス繊維間に樹脂が浸入して絶縁層を形成していることから、ダイオードの実装面である基板表面に対し平行の面内で比誘電率が一様ではなく、比誘電率の分布を持っているものであった。
【０００５】
このため、従来のダイオード実装用基板においては、基板全体として見たときには比誘電率の分布は大きな違いとしては現れないものの、実装用基板の内部の表面に平行な面内では絶縁層が比誘電率に分布を持つこととなり、その表面に実装されることによって、ショットキー・バリア・ダイオード等の高周波用のダイオードが周囲の比誘電率の微小な変化により特性が影響を受けてしまい、実装後にダイオード特性のバラツキが大きなものとして現れてしまうという問題点があった。そして、このような比誘電率の微小な分布によるダイオード特性への影響は、内部のガラスクロスの位置が基板毎に異なるために、ダイオード実装用基板毎にその程度が異なっているため、実装後の一様なダイオード特性を安定して得ることが難しいという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、実装されたダイオードに対する基板からの影響を抑制して、実装後の一様なダイオード特性を安定して得ることができるダイオード実装用基板を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、実装されるダイオードについて一様なダイオード特性を安定して得ることができるダイオード実装用基板を具備した、所望の特性を安定して得ることができるミリ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】
【０００８】
本発明のダイオード実装用基板は、非放射性誘電体線路を用いた高周波回路ブロックに用いられる、ダイオードが表面に実装されるダイオード実装用基板であって、その内部の前記表面に平行な面内において比誘電率が一様であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のミリ波モジュールは、非放射性誘電体線路と、上記構成の本発明のダイオード実装用基板およびその表面に実装されたダイオードとを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のダイオード実装用基板によれば、基板の内部の、ダイオードが実装される表面に平行な面内において比誘電率が一様であり、ダイオードが実装される表面と平行な面内での比誘電率の分布がないことから、表面に実装される高周波用のダイオードに対して周囲の比誘電率の微小な変化をもたらしてその特性に影響を与えてしまうようなことがないので、実装後にダイオード特性のバラツキが大きなものとして現れてしまうということがなく、また、実装用基板毎にダイオード特性への影響が異なるようなこともなく、実装後の一様なダイオード特性を安定して得ることができる。
【００１１】
また、本発明のミリ波モジュールによれば、本発明のダイオード実装用基板およびその表面に実装されたダイオードとを具備することから、ダイオード実装用基板に実装されたダイオードについて一様なダイオード特性を安定して得ることができるので、ミリ波の変調を行なうための変調部としての良好なダイオード特性を安定して所望通りに得ることができ、ミリ波モジュールとしての所望の特性を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のダイオード実装用基板は、基板内部のダイオードが実装される表面に平行な面内において誘電率の分布がないものであって、従来のガラスエポキシ樹脂から成る基板のようにガラスクロスと樹脂との組合せ等のように比誘電率の分布をもたらすものを含まないものとしたことにより、実装されるダイオードに対して特性のバラツキを発生させるような影響を与えることがなく、ミリ波の変調部として機能するダイオードとして、例えば変調後のミリ波の位相を揃えることができる等、所望の特性を安定して得ることができるものとなる。
【００１３】
また、ダイオード特性の個体差の小さい高周波用のダイオードを使用することにより、ミリ波回路全体としての特性のバラツキも極めて小さくすることができ、高性能なミリ波回路を構成することができる。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明のダイオード実装用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。図１において、１は基板、２は基板１の表面に一対形成された、高周波用のダイオードが実装されるダイオード実装用パッドである。また、３はダイオード実装用パッド２にそれぞれ接続された、高周波用のチョークパターンである。
【００１６】
本発明のダイオード実装用基板においては、基板１は、その表面にダイオード実装用パッド２を用いてダイオード（図示せず）が実装されるものであり、その内部の表面に平行な面内において、従来のガラスエポキシ樹脂から成る基板のガラスクロス層のように比誘電率が分布を持つものではなく、比誘電率が一様であることが重要である。
【００１７】
このような基板１ならびにダイオード実装用パッド２およびチョークパターン３は、高周波信号を処理するためのダイオードを実装するためのものであり、基板１の形成材料である誘電体の損失が小さく、かつ使用するダイオード実装用パッド２やチョークパターン３を構成する金属の導電率が高いものでなければならない。また、設計寸法が基板１の比誘電率により左右されるために、誘電率の個体差が小さいものでなければ、安定して量産することが困難となる。さらに、実装されるダイオードのサイズは通常１ｍｍ□以下であるため、ダイオード実装用パッド２の近傍の数ｍｍ□内の範囲においては、比誘電率の面内分布がないものでなければならない。具体的には、セラミックスや単結晶等の低損失な誘電体材料から成る基板１に、銅，銀あるいは金等の低抵抗材料でダイオード実装用パッド２やチョークパターン３となるパターンを形成したもの、あるいはテフロン（R)，ポリイミド，液晶ポリマー，エポキシなどの低損失な樹脂材料から成る基板１にダイオード実装用パッド２やチョークパターン３となる銅から成るパターンを用いたもの等を用いればよい。
【００１８】
基板１の表面に形成された一対のダイオード実装用パッド２は、セラミックスもしくは単結晶から成る基板１に厚膜印刷等を用いて銅，銀あるいは金等の導体パターンを形成したもの、あるいは基板１上に銅，銀あるいは金等の薄膜を形成してそれをエッチングすることによりパターン形成したもの、あるいは銅貼り基板をエッチングすることによりパターン形成したもの、あるいは樹脂から成る基板１上の導体薄膜をエッチングすることによりパターン形成したもの等を用いることができる。
【００１９】
また、ダイオード実装用パッド２のそれぞれに接続されて形成された高周波用のチョークパターン３は、実装されるダイオードにバイアスをかけるための主として直流成分は導通させ、かつミリ波成分はグランド等に漏洩させることのない、いわゆるローパスフィルタの機能を持つものであり、使用される周波数に応じて決まる大きさのパッチ等を組みあわせて寸法等を決めればよい。また、そのパターンの形成は、ダイオード実装用パッド２と同様にして同時に形成すればよい。
【００２０】
そして、このような構成の本発明のダイオード実装用基板の表面に、ダイオード実装用パッド２間にＰＩＮダイオードやショットキー・バリア・ダイオードやバラクター・ダイオード等の高周波用のダイオードが実装される。このようにダイオードが実装されたダイオード実装用基板は、ダイオード・マウントとして、ミリ波回路の例えば変調部等に使用される。このとき、ダイオードへのミリ波の入出力には、ミリ波の伝送損失が小さく、設計しやすい立体回路である点から、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）を用いることが好ましい。
【００２１】
このような非放射性誘電体線路は、使用周波数において空気中を伝搬する電磁波（高周波信号）の空気中での波長λに対して、λ／２以下である所定の間隔で平行平板状の下部導体板と上部導体板との間に誘電体線路を介装することにより、その誘電体線路に沿って高周波信号の電磁波が伝搬でき、放射波は下部導体板および上部導体板による遮断効果によって抑制されるという動作原理に基づいて構成されている。誘電体線路は、直線状に配設される他に、曲線状に配設される場合もあり、これにより高周波信号の電磁波を容易に曲線的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路の小型化に有利で、自由度の高い回路設計ができるという利点を持っている。なお、本発明のダイオード実装用基板と組み合わせる非放射性誘電体線路が好適に使用される使用周波数は、数10〜数100ＧＨｚ帯域のミリ波帯域である。
【００２２】
非放射性誘電体線路を構成する下部導体板および上部導体板は、高い電気伝導度および加工性等の点からは、銅，アルミニウム，鉄，ＳＵＳ（ステンレススチール），銀，金，白金等の金属から成り、鍛造法，鋳造法，ダイカスト法，研削法等で加工された平板状の金属板を用いるとよい。あるいは、セラミックスや樹脂等から成る平板状の絶縁板の表面に、これらの金属から成る導体層を形成したものでもよい。
【００２３】
誘電体線路は、四フッ化エチレンやポリスチレン等の誘電体樹脂材料、あるいはセラミックス等の誘電体無機材料から成る線路形状の部材である。その材料としては、要求特性に応じて、四フッ化エチレン，ポリスチレン，ガラスエポキシ樹脂等の樹脂系のものを用いても、アルミナセラミックス，ガラスセラミックス，フォルステライトセラミックス等のセラミックスを用いてもよい。
【００２４】
そして、以上のような本発明のダイオード実装用基板およびその表面に実装されたダイオードと、これに接続されてミリ波回路を構成する非放射性誘電体線路とを用いて、本発明のミリ波モジュールが構成される。これにより、本発明のダイオード実装用基板の特長を活かした、良好なダイオード特性を安定して所望通りに得ることができ、ミリ波モジュールとしての所望の特性を安定して得ることができるものとなる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明のダイオード実装用基板について具体例を説明する。
【００２６】
まず、比誘電率が4.7の低温焼成ガラスセラミックス基板を用い、その表面に図１に示したようなパターンで多数のダイオード実装用パッドおよび高周波用のチョークパターンを形成し、それぞれを８ｍｍ×1.8ｍｍの大きさの長方形状に切り出して、本発明のダイオード実装用基板Ａを100枚作製した。
【００２７】
なお、このガラスセラミックス基板には内部に繊維等の補強材は含まれておらず、比誘電率は基板内部で等方的であってどの方向にも分布はなく、基板内部でダイオードが実装される表面に平行な面内において一様である。
【００２８】
このとき、多数の実装用基板を切り出すに当たっては、実装用基板によるダイオード特性のバラツキを調べるために、８ｍｍの辺の側に対しては8.19ｍｍピッチで10列分を並べ、1.8ｍｍの辺の側に対しては3.9ｍｍピッチで10行分を並べて、縦横の並びで多数個を形成しておき、これを個々に切り出して100個を作製した。
【００２９】
また、比較例として、比誘電率が同じく4.7のガラスエポキシ基板を用いて上記と同じパターンを形成し、同じサイズに切り出して、従来のダイオード実装用基板Ｂを同じく100個作製した。
【００３０】
このガラスエポキシ基板には、ほぼ3.9ｍｍピッチで織り込まれたガラス繊維から成るガラスクロスがエポキシ樹脂の中に表面に平行に積層されて埋め込まれている。したがって、このガラスエポキシ基板は、ガラスクロスの層を通る面内では、ガラス繊維とエポキシ樹脂とにより3.9ｍｍの周期で比誘電率が変化しているものである。
【００３１】
なお、このダイオード実装用基板Ｂにおいては、表面に実装されるダイオードと基板内部のガラス繊維との位置関係を微小なバラツキで変化させるために、基板の８ｍｍの辺をガラス繊維の方向と平行に8.19ｍｍピッチで10列分を並べ、1.8ｍｍの辺を3.9ｍｍピッチで10行分を並べて、縦横の並びで多数個を形成しておき、これを個々に切り出して100個を作製した。
【００３２】
この結果、８ｍｍの辺に沿った方向には基板の10枚分の長さがガラス繊維の21ピッチと対応することになり、ダイオードとガラス繊維との位置関係がこれら10枚の中では周期的に変化することとなる。また、1.8ｍｍの辺に沿った方向では、常にダイオードとガラス繊維との位置関係は同じとなる。
【００３３】
そして、これらダイオード実装用基板ＡおよびＢについて、それぞれショットキー・バリア・ダイオードを実装し、これを非放射性誘電体線路の一端部に貼付して、その非放射性誘電体線路の他端をネットワークアナライザに接続し、ショットキー・バリア・ダイオードの順方向に１ｍＡの電流を流した場合と、逆方向に−２Ｖの電圧を印加した場合とのそれぞれについて、反射係数の周波数特性を求めた。その後、反射係数の差が最も大きくなる周波数をスイッチング周波数と定義し、ダイオード実装用基板ＡおよびＢの各々についてスイッチング周波数を求めた。
【００３４】
以上のようにして得た100個分についてのダイオード基板ＡおよびＢの測定結果を、それぞれ図２および図３に線図で示す。ここで横軸における列目というのは8.19ｍｍピッチで並べた列の何列目に位置していたかを指しており、プロットおよび特性曲線における行目というのは3.9ｍｍピッチで並べた行の何行目に位置していたかを指している。また、縦軸はスイッチング周波数（単位：ＧＨｚ）を示している。
【００３５】
図２に示す結果より明らかなように、低温焼成ガラスセラミックス基板を用いた本発明のダイオード実装用基板Ａに実装されたショットキー・バリア・ダイオードの特性のバラツキは小さく、また、行間および列間の差もほとんど見られず、所望の一様な特性が安定して得られている。この例では、反射係数は、全体で0.15ＧＨｚの範囲内にすべてのデータが収まっている。
【００３６】
一方、図３に示す結果においては、行間での差は小さいものの、列間ではほぼ10列を１周期として反射係数が大きく変動している。この結果は、前述のように、列間ではショットキー・バリア・ダイオードとガラス繊維との位置関係はほぼ10列を１周期として変化し、比誘電率が表面に平行な面内で変化し、それに伴ってダイオードの実装位置に対して基板の比誘電率が変化するのに対し、行間ではほとんど位置関係の変化がなく比誘電率に差がないことに対応している。
【００３７】
これらの結果により、本発明のダイオード実装用基板Ａによれば、基板の内部のダイオードが実装される表面に平行な面内での比誘電率が一様であり、比誘電率の分布がないことから、実装されるダイオードについて良好で一様なダイオード特性を安定して得ることができるダイオード実装用基板となることが確認できた。
【００３８】
次に、これらダイオード実装用基板ＡおよびＢにショットキー・バリア・ダイオードを実装したものを非放射性誘電体線路で構成されたミリ波モジュール内のスイッチ回路部に実装し、スイッチング周波数のバラツキを調査した。
【００３９】
その結果、上記の結果に対応して、本発明の実施例のダイオード実装用基板Ａを実装した本発明のミリ波モジュールの実施例では、ダイオード実装用基板Ａ毎のスイッチング周波数のバラツキが0.15ＧＨｚであったのに対し、比較例のダイオード実装用基板Ｂを実装した比較例のミリ波モジュールでは、そのバラツキが0.70ＧＨｚと大きなものであった。
【００４０】
この結果から、本発明のミリ波モジュールによれば、本発明のダイオード実装用基板を具備したことにより、非放射性誘電体線路によるミリ波回路における特性のバラツキが小さくなったことが確認できた。
【００４１】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。例えば液晶ポリマー等の樹脂から成る基板１に銅貼りあるいは薄膜形成等の方法で金属膜を設け、これをエッチングしてダイオード実装用パッド２およびチョークパターン３となる導体パターンを形成したものであってもよく、その場合には、基板１変形等をある程度許容できるようになり、設計の自由度を上げることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のダイオード実装用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】本発明のダイオード実装用基板の実施例におけるスイッチング特性の測定結果を示す線図である。
【図３】従来のダイオード実装用基板を用いた比較例におけるスイッチング特性の測定結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・・・基板
２・・・・・ダイオード実装用パッド
３・・・・・チョークパターン
【図１】
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【図２】
2005073177.tif 000004
【図３】
2005073177.tif 000005