(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体で空間を囲んだマイクロ波伝送路内に半導体素子を固定したマイクロ波回路において、
前記半導体素子は誘電体基板の導体回路表面に固定され、前記誘電体基板の前記導体回路を形成した面はマイクロ波の進行方向に平行に、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行に、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる付近に設置され、前記誘電体基板は前記半導体素子の直下部分にくり抜き孔が形成されていることを特徴とするマイクロ波回路。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ波回路の製造方法であって、
くり抜き孔を持った誘電体基板を作成する工程と、
前記誘電体基板の前記くり抜き孔にまたがるように前記誘電体基板の導体回路表面に前記半導体素子を半田付けする工程と、
前記半導体素子が半田付けされた前記誘電体基板を、導体の筺体内に、前記導体回路表面が、マイクロ波の進行方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる位置に取り付ける工程と、
を少なくとも含むことを特徴とするマイクロ波回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導体で空間を囲んだマイクロ波伝送路内に半導体素子を固定したマイクロ波回路に関し、特に組立工数が少なく耐電圧に優れ、パルスレーダ等の大きなピーク電力を扱う装置のダイオードリミッタ等に好適なマイクロ波回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ピーク電力の大きなパルスレーダ装置等に用いられるマイクロ波回路には、従来から導波管が用いられている。これは、導波管は大きな電力に耐えることができ、かつ伝送損失が小さいといった長所を持っているからである。この導波管内に半導体素子を取り付けたマイクロ波回路として、例えばダイオードリミッタがある。導波管を用いたダイオードリミッタとして、導波管から突き出したポストにダイオードを固定する図５に示した構造、リッジ導波管を用いる構造のもの等が知られている。
【０００３】
図５に示した構造のダイオードリミッタにおいて、そこに使用されるＰＩＮダイオード６０Ａ，６０Ｂはピルパッケージと呼ばれるもので、ポスト７０Ａ，７０Ｂで導波管８０内に押さえつけた構造となっている。しかし、この構造は組立工数が多くかかり、大量生産やコストダウンを行なうには不向きである。また、ピルパッケージはダイオードチップをパッケージ化する工程の自動化が難しく、組立工数が多くかかり、この点もコストダウンに向かない原因の一つとなっている。
【０００４】
そこで、大量生産に好適なマイクロ波回路として平面回路、例えばマイクロストリップ線路等が考えられる。しかし、マイクロストリップ線路は回路を構成する誘電体基板表面の耐電圧が小さく、パルスレーダ用のダイオードリミッタ等に適用すると、回路表面で放電が生じる可能性が高く、信頼性の観点から使用に耐えない。
【０００５】
また、マイクロ波回路として、導波管９０と平面回路１００を組合せた図６に示した構造のフィンラインも考えられるが、これもＰＩＮダイオード１１０Ａ，１１０Ｂを取り付ける部分は電極間隔が狭くなり、平面回路１００の誘電体基板１２０としてエポキシ等の樹脂を用いたものでは耐電圧が小さく放電を生じる可能性があり、信頼性が低い。平面回路１００の基板材料としてセラミックを用いたものは、耐電圧では問題はないが、当該基板を導波管９０に固定する際に基板の割れ等の損傷が生じ易く、使用は困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、導波管を使用したマイクロ波回路はコストダウンに不向きであり、大量生産に好適な平面回路を使用したマイクロ波回路は耐電圧に劣り信頼性に欠けるといった問題点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消し組立工数が比較的少なくてすみ、かつ耐電圧に優れたマイクロ波回路およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、導体で空間を囲んだマイクロ波伝送路内に半導体素子を固定したマイクロ波回路において、前記半導体素子は誘電体基板の導体回路表面に固定され、前記誘電体基板の前記導体回路を形成した面はマイクロ波の進行方向に平行に、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行に、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる付近に設置され、前記誘電体基板は前記半導体素子の直下部分にくり抜き孔が形成されていることを特徴とするマイクロ波回路とした。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、請求項１記載のマイクロ波回路の製造方法であって、くり抜き孔を持った誘電体基板を作成する工程と、前記誘電体基板の前記くり抜き孔にまたがるように前記誘電体基板の導体回路表面に前記半導体素子を半田付けする工程と、前記半導体素子が半田付けされた前記誘電体基板を、導体の筺体内に、前記導体回路表面が、マイクロ波の進行方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる位置に取り付ける工程と、を少なくとも含むことを特徴とするマイクロ波回路の製造方法とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［参考例］
図１〜図３は参考例のマイクロ波回路をレーダ装置のダイオードリミッタに適用した説明図である。１０は中央部分にくり抜き孔１１が形成され４隅に取付孔１２が形成される形状にパターニングされた導電性の金属板、２０Ａ，２０Ｂは表面実装型で耐電圧の良好なセラミック又はガラス等でパッケージ化されたＰＩＮダイオード、３０Ａ，３０Ｂは導波管を構成する導電性材料からなる筺体、４０は取付ネジである。
【００１４】
金属板１０のくり抜き孔１１は、図１(a)、(b)に示すように、上下２分割するよう形成され、ＰＩＮダイオード２０Ａを実装するための対向する対の突起１１１，１１２、ＰＩＮダイオード２０Ｂを実装するための対向する対の突起１１３，１１４、後で切除するつなぎ部１１５，１１６、一方のつなぎ部１１５の両端に形成された切欠部１１７、他方のつなぎ部１１６の両端に形成された切欠部１１８が設けられている。
【００１５】
筺体３０Ａ，３０Ｂは、図２に示すように、導波管用空間を形成するための凹部３１、金属板１０が位置決めされる凹部３２、ネジ止め用の取付孔３３がそれぞれに形成されている。
【００１６】
組立工程を図１〜図３に沿って説明する。まず、所望の特性が得られるような図１に示すようなパターンのくり抜き孔１１が形成されるよう金属板をくり抜き、パターニングされた金属板１０を作成する。このくり抜きは、エッチングの手法やプレスによる打ち抜き等を用いることで、低コストでパターン精度良く実行可能である。
【００１７】
次に、この金属板１０の突起１１１，１１２の間にまたがるようにＰＩＮダイオード２０Ａを、突起１１３，１１４の間にまたがるようにＰＩＮダイオード２０Ｂを、図１(b)に示すように各々半田付けする。この半田付けは、従来から用いられている半田印刷機、プリント基板上に部品を搭載するマウンター、半田を溶かし固定するリフロー炉等用いて実行可能である。
【００１８】
次に、ＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂを半田付けした金属板１０を図２に示すように筐体３０Ａ，３０Ｂの凹部３２に位置決めしてから両筺体３０Ａ，３０Ｂではさみ込み、図３(a)に示すように、取付ネジ４０を筺体３０Ａ，３０Ｂの取付孔３３および金属板１０の取付孔１２に取り付けて、金属板１０を筺体３０Ａ，３０Ｂに固定する。
【００１９】
次に、金属板１０の切欠部１１７，１１８を切断することで、つなぎ部１１５，１１６を金属板１０から切り離すと、金属板１０は上下に２分割され、図３(b)の状態に組み立て上がる。なお、金属板１０の切欠部１１７，１１８は、ＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂを半田付けする工程および筐体３０Ａ，３０Ｂに金属板１０をはさみ込む工程で金属板１０の形状が崩れず、かつ切り取る際に簡単に切り取ることのできる寸法に設定されている。
【００２０】
以上の結果、筺体３０Ａ，３０Ｂの凹部３１が相対向してそこに導波管が形成され、その導波管内において上下に２分割された金属板間にＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂが搭載されて、ダイオードリミッタが構成されることになる。
【００２１】
このダイオードリミッタは、導波管中の金属板１０がマイクロ波（ＴＥ10波）の高周波電界が最大となる位置（中央）に設置されており、高周波電界は上下２分割された金属板間に印加されることになる。従って、上下２分割された金属板の間の沿面はＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂのパッケージ沿面のみとなり、パッケージにセラミック等の耐電圧の大きなものを用いることで放電等の不具合を防ぐことが可能である。
【００２２】
以上から、本参考例のダイオードリミッタは、高周波電界が集中し放電が生じ易いＰＩＮダイオード電極間に基板が無いので、その基板沿面で放電することが無く、高い信頼性が得られる。また、その組立においては、ＰＩＮダイオードを金属板に実装する際に、平面回路の組立と同様に従来からの自動機で表面実装ができ、大量生産に好適である。
【００２３】
［実施形態］
図４に本発明のマイクロ波回路をレーダ装置のダイオードリミッタに適用した実施形態を示す。５０は誘電体基板、５１，５２はその誘電体基板５０の導体パターン、５３はくり抜き孔、５４は取付孔である。くり抜き孔５３には、図４(a)に示すように、ＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂを実装するための対向する対の突起５３１，５３２、つなぎ部５３２，５３３が設けられ、一方の導体パターン５１は突起５３１の先端まで２本に分岐して伸び、他方の導体パターン５２は突起５３２の先端まで２本に分岐して伸びている。
【００２４】
本実施形態では、ＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂを、突起５３１，５３２間にまたがり導体パターン５１，５２に接続されるように、半田付けし実装する。ＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂを実装した誘電体基板５０は、図２，図３で説明した前記参考例と同様に、筐体３０Ａ，３０Ｂで挟み込み、取付ネジ４０で固定することにより、導体パターン５１は筺体３０Ａ，３０Ｂの上部分に接続され、導体パターン５２は下部分に接続され、図４(b)に示すようなダイオードリミッタとなる。
【００２５】
本実施形態の誘電体基板５０は、その導体パターン５１，５２の面が筐体３０Ａ，３０Ｂの凹部３１が作る導波管のマイクロ波（ＴＥ10波）の進行方向に平行に、かつ高周波電界方向に平行に、かつ高周波電界が最大すなわち筐体と誘電体基板の取り付け部分で高周波電流が最小となる位置に設置している。従って、これらの取り付け部分が軟接触で僅かな隙間があったとしても、この部分からのマイクロ波の漏洩が最小限に抑えられる構成となっている。
【００２６】
本実施形態では誘電体基板５０は上下２つに分割すること無く、そのままで所定の特性を満足できる設計となっている。もちろん、図３(b)と同様に誘電体基板５０のつなぎ部５３２，５３３の両端に切欠部を設け組立の最終段階でその切欠部を切断して２分割することも可能である。
【００２７】
本実施形態では誘電体基板５０の沿面はＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂの電極間ではなく、図４(a)で示した寸法Ｌ（導体パターン５１，５２の外側の離間距離）であり、耐電圧に支障が無い程度にこの寸法Ｌを設定する。２分割すれば、前記第１の実施形態と同様に沿面はＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂのパッケージ沿面のみとなり、さらに信頼性の良いダイオードリミッタが得られる。
【００２８】
また、ダイオードリミッタではＰＩＮダイオード部分に大きな高周波電界が印加されるが、図６に示した従来のフィンライン構造ではＰＩＮダイオード１１０Ａ，１１０Ｂの付近に誘電体基板１２０が存在する為、その基板１２０による高周波電界でのマイクロ波の電力ロスも大きくなる。これに対し、本実施形態の図４のダイオードリミッタでは、電力ロスの原因となる誘電体基板５０がＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂの電極取り付け部分のみの最小限にとどめられている為、フィンライン構造よりもマイクロ波のロスを小さくできる。
【００２９】
［その他の実施形態］
なお、以上の実施形態ではＰＩＮダイオード２０Ａ，２０Ｂの実装を半田付けで行ったが、フリップチップボンダーを用いた実装も可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロ波回路によれば、ＰＩＮダイオード等の半導体素子の周囲には必要最小限の誘電体基板が存在するのみであるので、ピーク電力の大きなマイクロ波を扱うレーダ装置のダイオードリミッタ等として信頼性の良い製品が低コストで提供可能となる。また、半導体素子をインパットダイオードとした発振器への適用も可能であり、この場合も少ない組立工数でインパット発振器が生産可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例のダイオードリミッタに使用する金属板を示す図であり、(a)はＰＩＮダイオードを取り付ける前の斜視図、(b)はＰＩＮダイオードを取り付けた後の斜視図である。
【図２】  本発明の参考例のダイオードリミッタの組立工程を示す斜視図である。
【図３】  本発明の参考例のダイオードリミッタの全体を示す図であり、(a)はＰＩＮダイオードを取り付けた金属板を筐体に組込んだ斜視図、(b)は金属板の一部を切り取った斜視図である。
【図４】  本発明の実施形態のダイオードリミッタを示す図であり、(a)は誘電体基板にＰＩＮダイオードを取り付けた斜視図、(b)はＰＩＮダイオードを取り付けた誘電体基板を筐体に組込んだ斜視図である。
【図５】  ポストを用いた従来のダイオードリミッタを示す一部切り欠きの斜視図である。
【図６】  フィンライン構造の従来のダイオードリミッタを示す一部切り欠きの斜視図である。
【符号の説明】
１０：金属板、１１：くり抜き孔、１２：取付孔、１１１〜１１４：突起、１１５，１１６：つなぎ部、１１７，１１８：切欠部
２０Ａ，２０Ｂ：ＰＩＮダイオード
３０Ａ，３０Ｂ：筺体、３１：凹部、３２：凹部、３３：取付孔
４０：取付ネジ
５０：誘電体基板、５１、５２：導体パターン、５３：くり抜き孔、５３１，５３２：突起、５４：取付孔
６０Ａ，６０Ｂ：ＰＩＮダイオード
７０Ａ，７０Ｂ：ポスト
８０：導波管
９０：導波管
１００：平面回路
１１０Ａ，１１０Ｂ：ＰＩＮダイオード
１２０：誘電体基板
【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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