JP2001320208A - 高周波回路及びそれを用いたモジュール、通信機 - Google Patents
高周波回路及びそれを用いたモジュール、通信機Info
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Abstract
態が劣化しない高周波集積回路及びそれを搭載した高周
波回路を提供する。 【解決手段】 誘電体を備えた多層回路基体に回路素子
を実装してなる高周波回路において、前記誘電体の一部
を除去することによって露出接続部を設け、該露出接続
部の底部で、前記回路素子間を接続する導体線と該導体
線との間で高周波信号を伝送する伝送路とを、3次元的
に直線的に接続することを特徴とする。
Description
路基体に回路素子を実装してなるモノリシック高周波集
積回路、混成マイクロ波集積回路などの高周波回路及び
それを用いたモジュール、通信機に関する。
能動素子、抵抗やインダクターなどの受動素子などの回
路素子及びそれらを相互に接続する配線が実装された多
層回路基板が搭載されている高周波集積回路モジュール
がある。高周波集積回路モジュールを相互に接続する場
合には、互いの送受信端子間に、同軸線路などのシール
ド性の高い伝送路を用いることが多い。
ジュールの送受信端子付近を概念的に示した斜視図であ
る。図16(b)は、図16(a)の同軸線路方向の断
面図である。図16(b)には、回路素子が搭載された
内導体2002を第1及び第2のグランド2003、2
004で挟んでそれらはストリップ線路2005が形成
され、多層回路基板2001を搭載した高周波集積回路
モジュールを示している。
ル)2006を経由して、最上層又は最下層に設けられ
た一定の面積を持つ送受信端子であるパッド2007に
導き、パッド2007に同軸線路2008の中心導体2
009を、半田2010によって接着固定している。ま
た、第1及び第2のグランド2003、2004を、ヴ
ィア2011で導通し、第1のグランド2003に同軸
線路2008の外導体2012を半田2013によって
接着固定している。
ュールは、回路素子などが集積化された状態で、高周波
信号を入出力することができる。
集積回路モジュールは、周囲をシールドすべき同軸線路
の中心導体がパッドとの接続部において露出した状態で
あるため、中心導体が、その近傍に搭載されている回路
素子や配線等から発せられる電磁波、または外来電磁ノ
イズ等からの影響を受けやすい。
から引っ張られて多層回路基板に撓りが生じたり、内包
しているキャビネットから同軸線路へストレスがかかる
場合がある。この場合には、半田がパッドやグランドか
ら剥がれたり、金属パターンが多層回路基板から剥れた
りして、断線、接続不良が生じ電気的な接続状態が劣化
する場合があった。
設けることによって、不要なインダクタンス成分が増加
して高周波特性を劣化させるという問題があった。ま
た、同軸線路の中心導体と内導体とが3次元的に直線的
に接続されないために、ヴィア近傍の電磁界が乱されて
高周波信号の伝送特性が劣化する場合があった。
くく、電気的な接続状態が劣化しない高周波集積回路及
びそれを搭載した高周波集積回路モジュール、通信機を
提供することを課題とする。
に、本発明は、誘電体を備えた多層回路基体に回路素子
を実装してなる高周波回路において、前記誘電体の一部
を除去することによって露出接続部を設け、該露出接続
部の底部で、前記回路素子を接続する導体線と該導体線
との間で高周波信号を伝送する伝送路とを、3次元的に
直線的に接続することを特徴とする。
素子からの電磁波の影響を受けにくい位置に設けてい
る。また、前記伝送路が取り出せるような孔を設けた導
電体で、前記導体線と伝送路との接続部分を覆うとよ
い。さらに、前記導体線は、前記導体線と伝送路との接
続部分に向けてテーパ状に形成している。また、前記誘
電体にはセラミック又はアルミナを用いることができ
る。
に段差を設けることにより、前記導体線と前記伝送路と
が直線的に接続されるようにしている。さらに、前記露
出接続部の底部の一部はグランドの表面であって、前記
伝送路の外導体を該グランドに導通させている。さらに
また、前記導電体と、前記導体線と伝送路との接続部分
との間隔を変えたり、前記導体線と伝送路との接続部分
を挟んで前記露出接続部に対向する前記多層回路基体の
誘電体の厚さを変えることにより該接続部分における特
性インピーダンスをマッチングさせることもできる。
基体に回路素子を実装してなる高周波回路を備えるモジ
ュールにおいて、前記高周波回路は、前記誘電体の一部
を除去することによって露出接続部を設け、該露出接続
部の底部で、前記回路素子間を接続する導体線と該導体
線に高周波信号を伝送する伝送路とを3次元的に直線的
に接続することを特徴とする。
ルを高周波信号処理部に搭載することを特徴とする。
基体を第1層〜第N(N≧3)層から成る少なくとも3
層以上で構成しており、いずれかの内層に設けている内
導体を、第1及び第2のグランドで挟んでいるストリッ
プ線路において、前記ストリップ線路の端部において前
記内導体の上下のどちらか一方の側における誘電体層や
金属層などを除去して形成している露出接続部を備え、
前記伝送路であるところの同軸線路の中心導体を前記露
出接続部の底部に露出している前記内導体に直線状にな
るように接続して前記ストリップ線路と前記同軸線路の
特性インピーダンスを等しくしている。
図面を用いて説明する。
施形態1の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図1(b)は、図1(a)の同軸線路方
向の断面図である。図1(b)には、導体線であるとこ
ろの内導体102を第1及び第2のグランド103、1
04が設けられた誘電体で挟んでなるストリップ線路1
05が形成されたたとえば2層構造からなる多層回路基
板101を搭載した高周波集積回路モジュールを示して
いる。
3側には、キャビティ状の露出接続部106を設けてい
る。露出接続部106には、誘電体層や金属層などが設
けられておらず、セミリジッド同軸線路(以下、「同軸
線路」と称する。)107の中心導体108の露出部分
が、周囲に実装している回路素子から発生する電磁波の
影響を受けないように形成している。
を形成している様子を図示しているが、たとえば丸く形
成してもよく、形状は四角に限定されない。また、露出
接続部106は、たとえばエッチングにより形成した
り、機械的に切削することにより形成することができ
る。
08の露出部分が、周囲に実装している回路素子から発
生する電磁波の影響を受けないような位置に、露出接続
部106を設けている。そこに、露出している中心導体
108と内導体102の露出部109とが、ほぼ直線的
になるように、半田110を用いて接着固定している。
ンド104とを、ストリップ線路105の端部付近に設
けているヴィア111によって導通している。さらに、
外導体112を、第1のグランド103に半田113に
よって接着固定している。ちなみに、半田110,11
3は、鉛が含有されているものであっても、そうでない
ものであってもよい。
どを用いることができるが、ここではセラミックを用い
ており、誘電体の比誘電率はたとえば7.1、誘電体の
厚みは第1,第2のグランド側をそれぞれたとえば0.
12mmとしている。また、内導体102の幅及び厚み
はそれぞれたとえば0.05mm、0.01mmとして
おり、こうして露出接続部106の特性インピーダンス
を、ストリップ線路105及び同軸線路107の特性イ
ンピーダンスである50Ω程度としている。
とで、一般に広く普及しているFR4製多層回路基板に
比較して、製作精度が高く、また特にGHzオーダーの
高周波帯において伝送特性の信頼性を向上することがで
きる。
よって、伝送路であるところの同軸線路107の中心導
体108と露出部109とを接着するのに十分な大きさ
としており、内導体102は、たとえば図11に示すよ
うに、露出部109に向けてテーパ状に形成することが
好ましい。
を概念的に示した上面図である。これは、一般に導体幅
が急激に変化する線路は、高周波帯で整合が図りにくい
ので不要な反射等が生じる場合があり、これにより、高
周波反射特性が劣化する場合が想定されるためである。
0.1mm程度の場合に、露出部109から1.5mm
程度の位置から徐々に幅を広げて、露出部109では
0.5mm程度の幅となるようにしている。なお、内導
体102の幅が露出部109より広い場合には、内導体
102の幅を、露出部109から1.5mm程度の位置
から徐々に狭めてテーパ状とすればよい。
て、同軸線路107の中心導体108の近傍に回路素子
を形成しないようにして、中心導体108の露出部分
は、電磁波の影響を受けにくくしている。また、半田1
10は、露出接続部106内に備えられるため、外部か
ら力がかかることで剥がれるという事態がなくなる。
心導体108とが直線的となるようにして固定している
ため、中心導体108を内導体102の端部に導通する
ことができる。また、内導体102と同軸線路107の
中心導体108を直接接続しているため、インピーダン
スマッチングを阻害することなく、高周波集積回路モジ
ュールを構成することができる。
1のグランド103とを、半田113によって3カ所接
着するようにしているため、これらを直接且つ頑丈に接
続することができる。
施形態2の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図2(b)は、図2(a)の同軸線路方
向の断面図である。図2において、204は同軸線路1
07に構造的に負荷をかかりにくくするために設けた露
出接続部である。なお、図2では、図1に示した部分と
同様の部分には、同一符号を付している。
接続部204との段差を、たとえば外導体112の半径
としている。これにより、同軸線路107を曲げること
によるストレスがなくなり、ひいては、半田113にか
かる負荷も少なくすることができ、半田113を第1の
グランド103から剥離しにくくすることができる。こ
のため、図1に示した高周波集積回路モジュールより
も、さらに電気的な接続状態が劣化するのを防止でき、
マイクロ波の伝送特性の信頼性も向上する。
施形態3の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図3(b)は、図3(a)の同軸線路方
向の断面図である。本実施形態では、5層構造の多層回
路基板301を用いている。
はそれぞれ第3〜第5のグランド、309は第1,第3
及び第2,第4のグランドをそれぞれ接続するために2
次元的に高密度に設けているヴィア、317は外導体1
12と第5のグランド311とを接続する半田である。
の部分には、同一符号を付している。また、本実施形態
では、第5のグランド311を設ける場合を例に説明し
たが、外導体112と第2のグランド104とを、半田
317によって直接、接続してもよい。
多層回路基板301を用いても、実施形態2と同様に、
電気的な接続状態が劣化するのを防止でき、マイクロ波
の伝送特性の信頼性も向上する。
施形態4の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図4(b)は、図4(a)の同軸線路方
向の断面図である。図4(c)は、図4(b)のA−
A’面における断面図である。図4(d)は、図4
(b)のB−B’面における断面図である。図4におい
て、403は多層回路基板301の端部である。なお、
図4では、図3に示した部分と同様の部分には、同一符
号を付している。
が多層回路基板301の端部403に位置するように設
けて、高周波集積回路モジュールの端部403で同軸線
路107の中心導体108と内導体102の露出部10
9とを接続している。これにより、同軸線路107が曲
がることがなくなり、図3に示した高周波集積回路モジ
ュールよりも、さらに半田113にかかる負荷も少なく
することができる。
モジュールにおいても、露出接続部106を高周波集積
回路モジュールの端部に形成するようにしてもよい。
施形態5の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図5(b)は、図5(a)の同軸線路方
向の断面図である。図5(c)は、図5(b)のA−
A’面における断面図である。図5(d)は、図5
(b)のB−B’面における断面図である。図5(e)
は、図5(b)のC−C’面における断面図である。
欠きである。なお、図5では、図4に示した部分と同様
の部分には、同一符号を付している。本実施形態では、
切り欠き505を設けることにより、図5(c)に示す
ように、第4のグランド308と外導体112とを半田
317で固定することができ、図4に示した高周波集積
回路モジュールよりも、機械的に強固な接続をすること
ができる。
施形態6の高周波集積回路モジュールを概念的に示した
斜視図である。図6(b)は、図6(a)の同軸線路方
向の断面図である。本実施形態では、多層回路基板30
1の幅Wと露出接続部106,204の幅とを一致させ
ている。なお、図6では、図5に示した部分と同様の部
分には、同一符号を付している。ちなみに、幅Wはたと
えばここでは2mm程度としている。
ルの露出接続部106,204を機械的に切削して形成
する場合には、図1〜図5に示した露出接続部106等
よりも容易である。
た高周波集積回路モジュールとその送受信端子付近を覆
う導電体であるところの銅などからなる金属ケースの斜
視図である。図7(b)は、図7(a)の同軸線路方向
の断面図である。図7(c)は図7(a)の状態から高
周波集積回路モジュールに金属ケース701を装着して
これらを半田付けにより接着固定している様子を示す図
である。
な2枚の金属平板702と、同軸線路107を通す孔7
11が設けられている金属平板709とを備えており、
2枚の金属平板702の間隔は多層回路基板301の厚
さと同程度としている。また、金属平板702の幅は、
露出接続部106,204の幅より大きくしている。な
お、金属以外でも導電性プラスチック等の導電性樹脂や
表面に金属メッキされた樹脂であればケース701とし
て用いることができる。ちなみに、図7では、図6に示
した部分と同様の部分には、同一符号を付している。
は、同軸線路107を孔711に通してから高周波集積
回路モジュールに金属ケース701を装着して、第3及
び第4のグランド307,308と金属平板702とを
半田708により接着固定し、同軸線路107と孔71
1とを半田713により接着固定している。
107が固定されるため、高周波集積回路モジュールを
内包するキャビネットに外部から力が加えられたときな
どに、その力が半田110,113に直接伝わりにくい
ので、半田110,113や金属パターンが剥がれにく
い。
2と同軸線路107の中心導体108とを電磁気的にシ
ールドすることになり、高周波信号が外部からの電磁ノ
イズを受けにくくしたり、外部へ電磁ノイズを与えにく
くすることができる。さらには、微粉末などが露出して
いる同軸線路107の中心導体108に接触することが
なくなる。
字状としているが、図8に示すように、升状としてもよ
く、また、図9に示すように、高周波集積回路モジュー
ルも、たとえば図6に示したものを用いて、これと升状
の金属ケース701とを組み合わせてもよい。ちなみ
に、図7に示す金属ケース701は、高周波集積回路モ
ジュールの幅が長いような場合に適している。
は、露出部109及び同軸線路107の中心導体108
の四方を囲うことができるため、図7に示す金属ケース
701を用いた場合よりもさらに外部からの電磁ノイズ
を受けにくくしたり、外部へ電磁ノイズを与えにくくす
ることができる。
モジュールにおいても、金属ケース701で覆うような
構成としてもよい。
波集積回路モジュールの露出接続部106の上部を金属
平板901で覆った状態を示す斜視図である。金属平板
901には、同軸線路107の外径と同程度の大きさの
直径を有する孔905を備えており、孔905に同軸線
路107を通して、金属平板901と同軸線路107と
を半田904で接着固定し、さらに、金属平板901と
高周波集積回路モジュールとを半田907で接着固定し
ている。
に、第1,第2のグランド103,104と外導体11
2との良好な導通を確保できる。また、外部からの電磁
ノイズを受けにくくすることができる。
モジュールにおいても、金属平板901で覆うような構
成としてもよい。
実施形態9の高周波集積回路モジュールを概念的に示し
た斜視図である。図12(b)は、図12(a)の同軸
線路方向の断面図である。本実施形態では、通常使用さ
れるストリップ線路105及び同軸線路107の特性イ
ンピーダンスを50Ω程度とするための手法を説明す
る。
体の比誘電率や厚み、内導体102の幅及び厚みを変え
ることによって、ストリップ線路105の特性インピー
ダンスを調整することができる。
化などの要請により、誘電体の厚み等を変えられない場
合があるので、露出接続部106が存在する区間110
2における特性インピーダンスがストリップ線路105
及び同軸線路107の特性インピーダンスに等しくなる
ように、区間1102内の第2のグランド104を除去
して、この区間1102における内導体102の幅及び
内導体に接する誘電体の厚みを変更している。
等を変えられないような場合であっても、ストリップ線
路105及び同軸線路107の特性インピーダンスをマ
ッチングすることができ、設計段階のインピーダンスマ
ッチングが容易になる。また、各グランドの分布定数的
な設計も容易になる。これにより、不要な反射、放射を
抑制して、伝送特性の信頼性を向上することできる。
高周波集積回路モジュールとその送受信端子付近を覆う
銅などからなる金属ケースの斜視図である。図13
(b)は、図13(a)の同軸線路方向の断面図であ
る。図13(c)は、図13(a)の状態から高周波集
積回路モジュールに金属ケース1201を装着してこれ
らを半田により接着固定している様子を示す図である。
状を、たとえば図7に示した金属ケース701と異なら
せている。これは、金属ケース1201の金属平板12
16とストリップ線路105及び同軸線路107との距
離を調整することにより、実施形態9と同様に、誘電体
の厚み等を変えられないような場合であっても、ストリ
ップ線路105及び同軸線路107の特性インピーダン
スをマッチングできるようにするためである。
によりストリップ線路105及び同軸線路107の特性
インピーダンスのマッチング原理について説明する。ま
ず、露出接続部106が存在する区間における伝送モー
ドは、準TEM(transverseelectro-magnetic)モード
と考えられ、以下のパラメータによってその特性インピ
ーダンスは変化する。
み、露出部109と金属ケース701との間隔のいずれ
かを変えることによって特性インピーダンスは変化す
る。これらのパラメータを変化させたときの特性インピ
ーダンスの求め方を以下に示す。
間における断面図である。図14において、wは露出部
109の幅、hは誘電体の厚み、sは露出部109と金
属ケース1201との間隔である。図15(a)は、露
出部109の幅w/誘電体の厚みhに対する規格化特性
インピーダンスZ0のグラフである。図15(b)は、
露出部109と金属ケース1201との間隔s/誘電体
の厚みhに対する規格化特性インピーダンスZ0のグラ
フである。
sのいずれかを変化させると、図15(a),図15
(b)に示すように、特性インピーダンスをマッチング
することができることがわかる。また、図15(a)に
示すように、たとえば[w/h≒0.6]のときに、特
性インピーダンスZ0が1となり、図15(b)に示す
ように、たとえば[s/h≒0.9]のときに、特性イ
ンピーダンスZ0が1となる。
ある値で規格化しているものであり、図14に示すよう
な断面を有する伝送線路の基本モードが準TEMモード
であると考えられるため、断面における静的電磁界を市
販の電磁界シミュレータ等で解析することによって容易
に求めればよい。
2のグランド104を除去して、この区間1102にお
ける内導体102の幅及び内導体に接する誘電体の厚み
を変えており、露出接続部106が存在する区間110
2における特性インピーダンスが、ストリップ線路10
5及び同軸線路107の特性インピーダンスに等しくな
るようにしている。これにより、最適な整合状態を達成
し、不要な反射等を抑制して、伝送特性の信頼性を向上
することできる。
形成した高周波集積回路を例に説明したが、たとえば、
金属ケース701や、金属平板901で半田113等を
覆うようにすれば、半田113等が剥がれにくくなるた
め、高周波信号の伝送線をグランドで挟むようにして形
成されたコプレーナ線路を形成した高周波集積回路にも
適用することができる。
は、音声信号や光信号を高周波信号に変調して他の通信
機に送信ための高周波信号処理部を備えている。各実施
形態で説明した高周波集積回路モジュールを通信機の高
周波信号処理部に搭載すれば、電磁波の影響を受けにく
く、電気的な接続状態が劣化しない通信機を提供するこ
とができるようになる。
内導体と同軸線路との接続部の伝送特性を向上すること
ができ、反射損や放射損を低減し信頼性の高い信号伝送
を行うことができる。また、内導体と同軸線路の接続部
におけるシールド性能を高めることができ、周囲に対し
て不要な電磁波を放射せず、また周囲の電磁ノイズとの
干渉を抑制し、信頼性の高い信号伝送を行うことができ
る。
線路の接続部における機械的強度を高めることができ、
接続部の変形により生じる断線、接続不良、またそれら
に起因する信号劣化などを防ぎ、信頼性の高い信号伝送
を行うことができる。
ルの斜視図及び断面図である。
ルの斜視図及び断面図である。
ルの斜視図及び断面図である。
ルの斜視図及び断面図である。
ルの斜視図及び断面図である。
ルの斜視図及び断面図である。
送受信端子付近を覆うコの字状金属ケースの斜視図及び
断面図である。
送受信端子付近を覆う升状の金属ケースの斜視図及び断
面図である。
送受信端子付近を覆う升状の金属ケースの斜視図及び断
面図である。
接続部の上部を金属平板で覆った状態を示す斜視図であ
る。
ールの斜視図及び断面図である。
その送受信端子付近を覆う金属ケースの斜視図及び断面
図である。
ある。
化特性インピーダンスZ0及び露出部と金属ケースとの
間隔s/誘電体の厚みhに対する規格化特性インピーダ
ンスZ0を示す図である。
信端子付近の斜視図及び断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 誘電体を備えた多層回路基体に回路素子
を実装する高周波回路において、 前記誘電体の一部を除去することによって露出接続部を
設け、該露出接続部の底部で、前記回路素子を接続する
導体線と、該導体線との間で高周波信号を伝送する伝送
路とを、3次元的に直線的になるように接続することを
特徴とする高周波回路。 - 【請求項2】 前記伝送路が取り出せるような孔を設け
た導電体で、前記導体線と伝送路との接続部分を覆うこ
とを特徴とする請求項1に記載の高周波回路。 - 【請求項3】 前記露出接続部は、前記回路素子からの
電磁波の影響を受けにくい位置に設けることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の高周波回路。 - 【請求項4】 前記導体線は、前記導体線と伝送路との
接続部分に向けてテーパ状に形成されることを特徴とす
る請求項1から3のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 【請求項5】 前記露出接続部の底部に段差を設けるこ
とにより、前記導体線と前記伝送路とが3次元的に直線
的になるように接続していることを特徴とする請求項1
から4のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 【請求項6】 前記露出接続部の底部の一部はグランド
の表面であって、前記伝送路の外導体を該グランドに導
通させていることを特徴とする請求項1から5のいずれ
か1項に記載の高周波回路。 - 【請求項7】 前記導電体と、前記導体線と伝送路との
接続部分との間隔を変えることにより該接続部分におけ
る特性インピーダンスをマッチングさせることを特徴と
する請求項3から6のいずれか1項に記載の高周波回
路。 - 【請求項8】 前記導体線と伝送路との接続部分を挟ん
で前記露出接続部に対向する前記多層回路基体の誘電体
の厚さを変えることにより該接続部分における特性イン
ピーダンスをマッチングさせることを特徴とする請求項
1から7のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 【請求項9】 前記誘電体はセラミック又はアルミナで
あることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に
記載の高周波回路。 - 【請求項10】 誘電体を備えた多層回路基体に回路素
子を実装してなる高周波回路を備えるモジュールにおい
て、 前記高周波回路は、前記誘電体の一部を除去することに
よって露出接続部を設け、該露出接続部の底部で、前記
回路素子間を接続する導体線と該導体線に高周波信号を
伝送する伝送路とを3次元的に直線的に接続することを
特徴とするモジュール。 - 【請求項11】 請求項10に記載のモジュールを高周
波信号処理部に搭載することを特徴とする通信機。
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