JP2010057162A - High frequency board and high frequency module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いる高周波素子を実装するための高周波基板および高周波モジュールに関する。 The present invention relates to a high-frequency substrate and a high-frequency module for mounting a high-frequency element mainly used in a microwave band and a millimeter wave band.
近年、携帯電話や無線ＬＡＮに代表される無線通信技術の研究開発が盛んに行われている。無線通信の研究開発においては、光通信で代表されるＦＴＴＨ（Fiber to The Home
）の伝送速度、１００Ｍｂｐｓ以上を達成しているものもある。しかし、現在市販されている無線通信機器の伝送速度は光通信のそれには及ばない。多くの無線通信機器では、マイクロ波が搬送波として利用されているが、マイクロ波ではデータ伝送速度が遅く、例えば、ハイビジョン映像の画質劣化を抑えた、大容量非圧縮映像データの転送には向いていない。
In recent years, research and development of wireless communication technologies typified by mobile phones and wireless LANs have been actively conducted. In research and development of wireless communication, FTTH (Fiber to The Home) represented by optical communication
Some have achieved a transmission rate of 100 Mbps or higher). However, the transmission speed of wireless communication devices currently on the market is less than that of optical communication. In many wireless communication devices, microwaves are used as carrier waves. However, microwaves have a low data transmission rate, and are suitable for transferring large-capacity uncompressed video data that suppresses image quality degradation of high-definition video, for example. Absent.
そこで、マイクロ波よりも高い周波数の電磁波、例えば２０ＧＨｚ以上の準ミリ波およびミリ波を利用する無線通信が、大容量のデータを伝送するための手段として、以前から注目され、研究開発が進められている。特に６０ＧＨｚ帯では、世界共通で、広い帯域が通信向けに割り当てられており、このような６０ＧＨｚ帯の電磁波を利用する無線通信は、現在実用化され、光ファイバ通信に代えて、事業所間通信などに用いられ、普及しつつある。また、自動車の安全運転をサポートするものとして、ミリ波帯を用いたレーダーシステムが一般の乗用車に搭載されるようにもなっている。 Therefore, wireless communication using electromagnetic waves having a frequency higher than that of microwaves, for example, quasi-millimeter waves and millimeter waves of 20 GHz or more, has been attracting attention as a means for transmitting large amounts of data, and research and development have been promoted. ing. In particular, in the 60 GHz band, a wide band is allocated for communication in the world, and wireless communication using such 60 GHz band electromagnetic waves has been put into practical use. It is used for such as and is spreading. In addition, a radar system using a millimeter wave band is also installed in a general passenger car as a means to support safe driving of automobiles.
これらの通信システムで使用される高周波基板には、より広帯域化、小型、多機能、耐不要ノイズ、かつ安価であることの要求が高く、これらの要求に応えるべく、基板の多層化で対応してきた。特に小型化が可能な高誘電率材料であるセラミックスを誘電体層とする多層配線基板は、配線金属との同時焼成技術を用いることで基板の多層化を実現してきた。 High-frequency boards used in these communication systems are required to have a wider bandwidth, smaller size, more functions, unwanted noise resistance, and lower cost. To meet these demands, multilayer boards have been used. It was. In particular, a multilayer wiring board using a ceramic, which is a high dielectric constant material that can be miniaturized, as a dielectric layer has realized the multilayering of the board by using a simultaneous firing technique with a wiring metal.
このような高周波基板には、複数の高周波デバイスが実装され、それらが高周波デバイスと伝送線路との変換部を介して、伝送線路と接続されることにより高周波回路として動作する。高周波デバイスは、外部から到来する干渉信号の混入を防ぎ、また外部からの水蒸気、侵食性ガス等から高周波デバイスを保護するため、金属キャップや、金属メッキまたは金属メタライズを施したセラミック壁およびカバーなどの保護部材で周囲を囲んで封止される。高周波デバイス自体がパッシベーション絶縁膜で保護される場合もある。 A plurality of high-frequency devices are mounted on such a high-frequency substrate, and operate as a high-frequency circuit by being connected to the transmission line via a converter between the high-frequency device and the transmission line. High frequency devices prevent metal interference signals coming from outside and protect high frequency devices from external water vapor, erosive gases, etc., metal caps, ceramic walls and covers with metal plating or metallization, etc. The periphery is sealed with a protective member. In some cases, the high-frequency device itself is protected by a passivation insulating film.
従来は、高周波デバイス間を接続する伝送線路にはマイクロストリップ線路、コプレナー線路およびストリップ線路等の金属配線による平面回路が用いられており、上記のように、外部から到来する干渉信号の混入を防ぐこと、外部への電磁波の放射を防ぐことを目的とした場合、高周波デバイスだけではなく、平面回路を構成する金属配線も保護部材の収容空間内に収める必要があり、その結果、平面回路によって接続された複数の高周波デバイスを平面回路ごとまとめて封止する構造が必要となる。 Conventionally, a planar circuit using metal wiring such as a microstrip line, a coplanar line, and a strip line is used as a transmission line for connecting high-frequency devices, and as described above, mixing of interference signals coming from outside is prevented. In addition, when it is intended to prevent radiation of electromagnetic waves to the outside, not only high-frequency devices but also metal wiring that constitutes the planar circuit must be accommodated in the protective member housing space. A structure for sealing the plurality of high-frequency devices together with the planar circuit is required.
たとえば、特許文献１には、２つの高周波デバイスは、高周波デバイスの信号入出力パッドとボンディングワイヤおよびマイクロストリップ線路で接続され、２つの高周波デバイスおよびボンディングワイヤ、マイクロストリップ線路はシールリングおよびキャップにより一つの空間内で封止される構成が開示されている。
For example, in
また、特許文献２には、高周波素子と外部電気回路とを接続する高周波伝送線路が、一対の主導体層と導体層間を接続するバイアホール群で形成される高周波素子収納用パッケージが開示されている。
特許文献１記載のように、複数の高周波デバイスを一つのキャップにより共通の収容空間内で封止すると、収容空間内で高周波デバイス間の信号の結合が起こることがある。送信信号と比較して受信信号の電力は小さいため、特に送信用の高周波デバイスから出力された信号が、受信用の高周波デバイスまたは受信用の高周波デバイスに接続された伝送線路に結合してしまうと受信信号にノイズが生じてしまうことになる。
As described in
さらに複数の高周波デバイス間をマイクロストリップ線路、コプレナー線路、ストリップ線路等の平面回路の信号線路で接続すると信号線路同士の結合により、信号にノイズが混入したり、外部からの不要電磁波が信号線路に結合して信号にノイズが混入したり、外部へ電磁波を放射することにより、他の機器に悪影響を及ぼすという問題もある。さらに小型化のためにモジュールを集積化する過程において、特に不要電磁波の抑制や遮蔽技術が課題であった。 In addition, when multiple high-frequency devices are connected by a signal line of a planar circuit such as a microstrip line, coplanar line, or strip line, noise may be mixed into the signal due to the coupling of the signal lines, or unnecessary electromagnetic waves from the outside may be applied to the signal line. There is also a problem in that noise is mixed in the signal by combining and radiating electromagnetic waves to the outside, thereby adversely affecting other devices. Further, in the process of integrating modules for miniaturization, particularly the problem of suppressing unnecessary electromagnetic waves and shielding technology has been a problem.
特許文献２では、高周波伝送線路を、誘電体基板の内部に形成しているが、高周波素子と伝送線路との変換部は、接続プローブを介して行われており、接続プローブを中心導体とし、バイアホールを外部導体とする同軸構造となっている。
In
このような同軸構造の場合、伝送する信号が接続プローブの長さによって共振するため、反射特性において、この共振による共振周波数で極を持つことから狭帯域特性になる。また、同軸構造では、中心導体に電流密度が集中するため、伝送損失が大きくなる。 In the case of such a coaxial structure, since the signal to be transmitted resonates with the length of the connection probe, the reflection characteristic has a pole at the resonance frequency due to this resonance, resulting in a narrow band characteristic. Further, in the coaxial structure, the current density is concentrated on the center conductor, so that transmission loss is increased.
本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外部からの不要電磁波の混入、外部への電磁波の放射を防止するとともに、高周波素子間の不要な結合を抑制したアイソレーション特性に優れ、かつ広帯域低損失接続体により高感度な高周波基板および高周波モジュールを提供することである。 The object of the present invention has been made in view of such circumstances, and is an isolation that prevents the introduction of unnecessary electromagnetic waves from the outside and the emission of electromagnetic waves to the outside and suppresses unnecessary coupling between high-frequency elements. An object of the present invention is to provide a high-frequency substrate and a high-frequency module that have excellent characteristics and are highly sensitive by a broadband low-loss connector.
本発明は、誘電体層および導電体層を積層して成り、複数の高周波素子を実装するための高周波基板において、
前記高周波素子同士を接続し、前記誘電体層を挟む一対の主導体層と、信号伝達方向に遮断波長以下の間隔で前記主導体層間を電気的に接続するように形成された二列のビアホール導体群とを備え、前記主導体層および前記ビアホール導体群に囲まれた領域によって高周波信号を伝達する積層型導波管と、
前記高周波素子と、前記積層型導波管とを接続する接続体と、
前記接続体を前記積層型導波管に接続する変換部と、
１つの高周波素子と、該高周波素子に接続される接続体、および該接続体に接続される変換部とを内部に収容する収容空間を有し、前記収容空間と外部空間との間で電磁波を遮蔽する保護部材とを備える高周波基板である。
The present invention comprises a dielectric layer and a conductor layer laminated, and in a high frequency substrate for mounting a plurality of high frequency elements,
A pair of main conductor layers that connect the high-frequency elements and sandwich the dielectric layer, and two rows of via holes formed so as to electrically connect the main conductor layers at an interval equal to or shorter than a cutoff wavelength in the signal transmission direction A laminated waveguide that includes a conductor group, and transmits a high-frequency signal by a region surrounded by the main conductor layer and the via-hole conductor group;
A connecting body for connecting the high-frequency element and the laminated waveguide;
A converter for connecting the connection body to the laminated waveguide; and
There is a housing space for housing one high-frequency element, a connection body connected to the high-frequency element, and a converter connected to the connection body, and electromagnetic waves are generated between the housing space and the external space. A high-frequency substrate including a protective member for shielding.
また本発明は、前記積層型導波管は、前記一対の主導体層間に該主導体層と平行に形成され、前記二列のビアホール導体群を列ごとにそれぞれ個別に電気的に接続する、少なくとも一対の副導体層をさらに備えることを特徴とする。 In the present invention, the laminated waveguide is formed between the pair of main conductor layers in parallel with the main conductor layer, and electrically connects the two rows of via-hole conductor groups individually for each column. It further comprises at least a pair of sub conductor layers.
また本発明は、前記複数の高周波素子は、高周波信号受信用の高周波素子と、高周波信号送信用の高周波素子とを含むことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the plurality of high-frequency elements include a high-frequency element for receiving a high-frequency signal and a high-frequency element for transmitting a high-frequency signal.
また本発明は、前記複数の高周波素子を実装する面とは反対の面に高周波信号の入出力ポートを備え、
前記積層型導波管は、前記高周波素子同士を接続する接続用積層型導波管と、前記高周波素子と前記入出力ポートとを接続する入出力用積層型導波管とを含むことを特徴とする。
In addition, the present invention includes a high-frequency signal input / output port on a surface opposite to the surface on which the plurality of high-frequency elements are mounted,
The laminated waveguide includes a connecting laminated waveguide that connects the high-frequency elements, and an input / output laminated waveguide that connects the high-frequency element and the input / output port. And
また本発明は、前記接続体は、ボンディングワイヤとマイクロストリップ線路とを含み、前記高周波素子と、前記変換部とはワイヤボンディングにより接続されることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the connection body includes a bonding wire and a microstrip line, and the high-frequency element and the converter are connected by wire bonding.
また本発明は、前記接続体は、金属バンプまたははんだボールを含み、前記高周波素子と、前記変換部とはフリップチップ接続されることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the connection body includes a metal bump or a solder ball, and the high-frequency element and the conversion unit are flip-chip connected.
また本発明は、前記高周波素子を実装する側の主面に設けられたバイアス供給用パッドと、
前記高周波素子を実装する側の主面に設けられた外部接続用パッドと、
内層に設けられ、前記バイアス供給用パッドと前記外部接続用パッドとを接続するバイアス供給用配線と、をさらに備え、
前記高周波素子は、前記バイアス供給用パッドとワイヤボンディング接続またはフリップチップ接続により接続された接続パッドを有し、該接続パッドに対し、前記外部接続用パッドを介して前記高周波素子の駆動用バイアス電圧を供給可能に構成されていることを特徴とする。
Further, the present invention provides a bias supply pad provided on the main surface on the side where the high-frequency element is mounted,
An external connection pad provided on the main surface on which the high-frequency element is mounted;
A bias supply wiring provided in an inner layer and connecting the bias supply pad and the external connection pad; and
The high-frequency element has a connection pad connected to the bias supply pad by wire bonding connection or flip-chip connection, and the bias voltage for driving the high-frequency element to the connection pad via the external connection pad It is comprised so that supply is possible.
また本発明は、上記の高周波基板に、複数の高周波素子を実装して構成される高周波モジュールである。 Moreover, this invention is a high frequency module comprised by mounting a some high frequency element in said high frequency board | substrate.
本発明によれば、高周波素子同士は、積層型導波管によって接続され、高周波素子と、前記積層型導波管とは接続体によって接続し、前記接続体は、変換部を介して前記積層型導波管に接続する。 According to the present invention, the high-frequency elements are connected to each other by a laminated waveguide, the high-frequency element and the laminated waveguide are connected to each other by a connecting body, and the connecting body is connected to the laminated multilayer via a conversion unit. Connect to the type waveguide.
保護部材は、収容空間と外部空間との間で電磁波を遮蔽し、１つの高周波素子と、該高周波素子に接続される接続体、および該接続体に接続される変換部とを、収容空間内に収容する。 The protection member shields electromagnetic waves between the accommodation space and the external space, and includes one high-frequency element, a connection body connected to the high-frequency element, and a conversion unit connected to the connection body in the accommodation space. To house.
これにより、保護部材により外部からの不要電磁波によるノイズが混入を防ぐとともに、外部への電磁波放射による他の機器への悪影響を防ぐという効果に加えて、同じ基板上に実装されている半導体素子同士のアイソレーション特性を極めて高くすることができる。 Thereby, in addition to the effect of preventing noise due to unnecessary electromagnetic waves from the outside by the protective member and preventing the adverse effect on other devices due to the electromagnetic radiation to the outside, between the semiconductor elements mounted on the same substrate Isolation characteristics of the film can be made extremely high.
また本発明によれば、上記のような高周波基板を用いることで、特に送信用半導体素子と受信用半導体素子とを実装した送受信用の高周波モジュールにおいて、半導体素子同士のアイソレーション特性を高めて、高品質な送受信特性を実現することができる。 Further, according to the present invention, by using the high-frequency substrate as described above, particularly in a high-frequency module for transmission / reception in which a transmission semiconductor element and a reception semiconductor element are mounted, the isolation characteristics between the semiconductor elements are increased, High quality transmission / reception characteristics can be realized.
図１は、本発明の実施の一形態である高周波基板１の構成を示す斜視図である。なお、基板の内部およびキャップの内部の構造がわかるように、内層配線、ＭＭＩＣ、ボンディングワイヤなどを実線で示した。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩで切断したときの断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a high-
高周波基板１の表面には、受信用ＭＭＩＣ２、送信用ＭＭＩＣ３が実装されて高周波モジュールを構成しており、受信用ＭＭＩＣ２、送信用ＭＭＩＣ３をそれぞれ保護するための保護部材４，５が、保護部材４，５と基板表面とで構成される収容空間内に受信用ＭＭＩＣ２、送信用ＭＭＩＣ３を収容するように設けられている。
A
高周波基板１の、受信用ＭＭＩＣ２、送信用ＭＭＩＣ３が実装されている面とは反対の面において、高周波基板１は、アンテナ基板１００に積層される。
The
受信用ＭＭＩＣ２と送信用ＭＭＩＣ３とは、これらを接続する積層型導波管線路（以下、接続用導波管という）によって電気的に接続される。
The receiving
積層型導波管線路は、誘電体層が２つの導体層とこれらを電気的に接続するビアホール導体群とで囲まれるように構成され、高周波信号を伝送させるための線路のうち、誘電体（導波管）に高周波信号を伝送させるものである。 A laminated waveguide line is configured so that a dielectric layer is surrounded by two conductor layers and a via-hole conductor group that electrically connects them. Among the lines for transmitting a high-frequency signal, a dielectric ( A high-frequency signal is transmitted to the waveguide).
接続用導波管６と受信用ＭＭＩＣ２とは、ボンディングワイヤ７および変換部９を介して接続される。受信用ＭＭＩＣ２の図示しない接続パッドにボンディングワイヤ７の一方端が接続され、ボンディングワイヤ７の他方端が変換部９に接続される。変換部９は、接続用導波管６に一方端部６ａで接続される。
The connecting
積層型導波管線路および表面配線から積層型導波管線路への変換部の詳細については、後述する。 Details of the conversion unit from the multilayer waveguide line and the surface wiring to the multilayer waveguide line will be described later.
ボンディングワイヤ７と変換部９とは、直接的に接続してもよいし、本実施形態のように、マイクロストリップ線路１１を介して接続してもよい。また、マイクロストリップ線路１１には、インピーダンス整合用のスタブ１１ａを設けることが好ましい。
The
接続用導波管６と送信用ＭＭＩＣ３との接続も同様に、ボンディングワイヤ８および変換部１０を介して行われる。
Similarly, the
送信用ＭＭＩＣ３の図示しない接続パッドにボンディングワイヤ８の一方端が接続され、ボンディングワイヤ８の他方端が変換部１０に接続される。変換部１０は、接続用導波管６に他方端部６ｂで接続される。
One end of the
ボンディングワイヤ８と変換部１０とは、直接的に接続してもよいし、マイクロストリップ線路１２を介して接続してもよく、マイクロストリップ線路１２には、インピーダンス整合用のスタブ１２ａを設けることが好ましい。
The
接続用導波管６は、その略中央部分において、基板の裏面に設けられた送信ポートに接続する積層型導波管１３（以下では、送信用導波管という）とスロット１４を介して接続している。送信用導波管１３は、送信ポート１３ａを有し、アンテナ基板１００の送信用導波管１０１の一方端と接続される。送信用導波管１０１は、アンテナ基板１００を厚み方向に貫通する貫通孔による中空導波管で実現される。送信用導波管１０１の他方端は、アンテナ基板１００の裏面に解放される開口部であり、この開口がアンテナと接続する。
The
したがって、送信用ＭＭＩＣ３から出力されて接続用導波管６を伝送した高周波信号は、その一部がスロット１４を介して送信用導波管１３を伝送し送信ポート１３ａに至る。送信ポート１３ａから出力された高周波信号は、アンテナ基板１００の送信用導波管１０１を伝送し、送信用導波管１０１からアンテナへ接続される。
Therefore, a part of the high-frequency signal output from the
ここで、送信用ＭＭＩＣ３から送信用導波管１０１の導波管開口までの高周波信号の伝送方向に沿った距離、すなわち、送信用ＭＭＩＣ３から接続用導波管６，スロット１４，送信用導波管１３，送信ポート１３ａ，送信用導波管１０１までの長さは、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との高周波信号の伝送方向に沿った距離、すなわち、送信用ＭＭＩＣ３から接続用導波管６を経て受信用ＭＭＩＣ２までの長さに比べて短くしている。これにより、
送信用ＭＭＩＣ３を送信ポート１３ａの近傍に配置することができるため、伝送損失の低減になる。このことより、伝送する高周波信号のロスを小さくし、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。特に、受動回路中のＳ／Ｎ比はロスのみに起因するため、送信用ＭＭＩＣ３と送信ポート１３ａとの距離を短くすることは有効である。
Here, the distance along the transmission direction of the high-frequency signal from the
Since the
また、送信用ＭＭＩＣ３から出力されて接続用導波管６を伝送した高周波信号の一部は、送信用導波管１３を伝送し、一部は、一方端部６ａを介して受信用ＭＭＩＣ２へと伝送される。
Further, a part of the high-frequency signal output from the
受信用ＭＭＩＣ２は、接続用導波管６と接続するとともに、受信した高周波信号を伝送する積層型導波管（以下では、受信用導波管という）１５にも接続される。
The
受信用ＭＭＩＣ２と受信用導波管１５との接続は、接続用導波管６との接続と同様に、ボンディングワイヤ１６および変換部１７を介して接続される。
The connection between the
受信用ＭＭＩＣ２の図示しない接続パッドにボンディングワイヤ１６の一方端が接続され、ボンディングワイヤ１６の他方端が変換部１７に接続される。変換部１７は、受信用導波管１５に一方端部１５ａで接続される。
One end of the
ボンディングワイヤ１６と変換部１７とは、直接的に接続してもよいし、マイクロストリップ線路１８を介して接続してもよい。また、マイクロストリップ線路１８には、インピーダンス整合用のスタブ１８ａを設けることが好ましい。
The
受信用導波管１５は、受信ポート１５ｃを有し、アンテナ基板１００の受信用導波管１０２の一方端と接続される。受信用導波管１０２は、中空導波管で実現され、受信用導波管１０２の他方端は、アンテナ基板１００の裏面に解放される開口部である。この開口が受信アンテナと接続しており、高周波信号を受信する。
The
したがって、受信用導波管１０２から入力される受信高周波信号は、アンテナ基板１００の受信用導波管１０２を伝送し、受信ポート１５ｃを介して受信用導波管１５を伝送する。受信用導波管１５を伝送した高周波信号は、変換部１７およびボンディングワイヤ１６を経て受信用ＭＭＩＣ２に入力される。
Accordingly, the reception high-frequency signal input from the
そして、受信用ＭＭＩＣ２から受信用導波管１０２の導波管開口までの高周波信号の伝送方向に沿った距離、すなわち、受信用ＭＭＩＣ２から受信用導波管１５，受信用導波管１０２までの長さは、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との高周波信号の伝送方向に沿った距離、すなわち、送信用ＭＭＩＣ３から接続用導波管６を経て受信用ＭＭＩＣ２までの長さに比べて短くしている。これにより、受信用ＭＭＩＣ２と受信用導波管１０２の開口とを近接配置することができるので、ロスを小さくするとともに、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
Then, the distance along the transmission direction of the high-frequency signal from the receiving
保護部材４，５を設ける目的は、外部からの不要電磁波が信号線路に結合して信号にノイズが混入することを防ぐとともに、外部へ電磁波を放射することにより、他の機器に悪影響を及ぼすことを防止するものである。保護部材４，５は、アルミニウムなどの金属からなる金属筐体によって形成するのが好ましい。保護部材４，５を金属筐体とすることによって、電磁波の遮蔽性が高く、放熱性がよくなる。また、金属筐体に限らず、樹脂筐体やセラミックス筐体の内面に金属めっきや金属メタライズを施したものでもよい。
The purpose of providing the
本発明の高周波基板１は、ＭＭＩＣなどの高周波半導体デバイス同士の接続、および送受信用のアンテナ基板との接続において、積層型導波管線路および積層型導波管線路への変換部を用いている。これにより、基板表面に露出し、保護部材によって保護するべき箇所は、ＭＭＩＣ２，３、ボンディングワイヤ７，８，１６、変換部９，１０，１７、マイクロストリップ線路１１，１２，１８のみである。ＭＭＩＣ２，３同士の接続は、上記のように、基板に内層される積層型導波管線路である接続用導波管６によって成されるので、従来のような、ＭＭＩＣ２，３同士を接続する露出した平面線路が不要となっている。
The high-
また、本実施形態では、ＭＭＩＣと積層型導波管への変換部とは、ボンディングワイヤとマイクロストリップ線路を介して接続しているが、ボンディングワイヤやマイクロストリップ線路とは接続に必須の構成ではなく、たとえば、ＭＭＩＣの接続パッドから直接変換部にワイヤボンディングを施してもよい。また、ＭＭＩＣと変換部との接続をワイヤボンディングではなく、金属バンプやはんだボールなどによるフリップチップ接続であってもよい。 In this embodiment, the MMIC and the conversion unit to the laminated waveguide are connected via a bonding wire and a microstrip line. However, the bonding wire and the microstrip line are not essential for the connection. Alternatively, for example, wire bonding may be performed directly from the connection pad of the MMIC to the conversion unit. Further, the connection between the MMIC and the conversion unit may be flip-chip connection using metal bumps or solder balls instead of wire bonding.
このように、保護部材４，５は、半導体デバイスと変換部、およびこれらを接続する接続体とをその収容空間内に収めるようにすれば十分に保護機能を実現することができる。そして、これらを収容するための収容空間は、面積が、高周波基板１表面のうち、１つの半導体デバイスと、この１つの半導体デバイスに接続する変換部と、これらを接続するための接続体がと設けられた領域であり、高さが、保護部材の高さとなるような空間である。
As described above, the
このような本実施形態によれば、従来のように、半導体デバイス同士を接続する平面線路が無いので、保護部材は、１つの収容空間内に２以上の半導体デバイスを収容する必要がなく、１つの収容空間につき、１つの半導体デバイスを収容することができる。 According to this embodiment, since there is no planar line for connecting semiconductor devices to each other as in the prior art, the protective member does not need to accommodate two or more semiconductor devices in one accommodation space. One semiconductor device can be accommodated per one accommodating space.
たとえば、本実施形態では、１つの保護部材４によって形成される収容空間内に、１つの受信用ＭＭＩＣ２と、変換部９，１７とを収容している。また、１つの保護部材５によって形成される収容空間には、送信用ＭＭＩＣ３と、変換部１０とを収容している。
For example, in the present embodiment, one
保護部材の収容空間内に、１つの半導体デバイスのみを収容できることから、保護部材の収容空間内における半導体デバイス間の信号の結合を防止することができる。本実施形態のように、受信用ＭＭＩＣ２と送信用ＭＭＩＣ３とが実装される送受信用の高周波基板では、特に送信用ＭＭＩＣ３から出力された信号による受信用ＭＭＩＣ２への影響が大きいので、これらの高周波デバイスを個別の保護部材により、異なる収容空間に収容することで、アイソレーション性の極めて高い高周波基板を実現することができる。
Since only one semiconductor device can be accommodated in the housing space for the protective member, signal coupling between the semiconductor devices in the housing space for the protective member can be prevented. In the high frequency board for transmission / reception on which the
さらに、保護部材の大きさ、すなわち保護部材の収容空間の体積を従来に比べて大幅に小さくすることができる。これにより、高周波デバイスから放射された電磁波の収容空間内における不要な共振の発生を防止することができる。 Furthermore, the size of the protection member, that is, the volume of the storage space of the protection member can be significantly reduced as compared with the conventional case. Thereby, generation | occurrence | production of the unnecessary resonance in the accommodation space of the electromagnetic waves radiated | emitted from the high frequency device can be prevented.
保護部材の収容空間内で生じる共振は、矩形共振器による共振と同様に考えることができる。不要な共振の発生を防止するためには、収容空間内部には１／４誘電体導波管共振器の共振モード（ＴＥ１０１モード）と類似したモードが発生するため、そのモードの最低次のモードの共振周波数を動作周波数範囲外に設定する。 Resonance that occurs in the space in which the protective member is accommodated can be considered in the same manner as resonance by a rectangular resonator. In order to prevent the occurrence of unnecessary resonance, a mode similar to the resonance mode (TE101 mode) of the quarter dielectric waveguide resonator is generated in the accommodating space, and therefore the lowest order mode of the mode. Is set outside the operating frequency range.
ＴＥ１０１モードに類似したモードの最低次のモードの共振周波数は式（１）で与えられる。 The resonance frequency of the lowest order mode of the mode similar to the TE101 mode is given by Equation (1).
ここで、ｆは共振周波数（ＧＨｚ）を示し、ａは矩形共振器の長手方向の寸法（ｍｍ）を示し、ｃは矩形共振器の高さ方向の寸法（ｍｍ）を示し、εｒは、共振器内の誘電体の比誘電率を示す。 Here, f represents the resonance frequency (GHz), a represents the longitudinal dimension (mm) of the rectangular resonator, c represents the height dimension (mm) of the rectangular resonator, and εr represents the resonance The relative dielectric constant of the dielectric in the vessel is shown.
式（１）からわかるように、長手方向のサイズａおよび高さ方向のサイズｃが小さければ小さいほど共振周波数は高くなる。 As can be seen from equation (1), the smaller the size a in the longitudinal direction and the size c in the height direction, the higher the resonance frequency.
矩形共振器のサイズは、すなわち保護部材の収容空間の大きさと同じと考えられるので、保護部材の収容空間が小さくすることで、共振周波数を、使用動作周波数の最大周波数よりも高い周波数側に設定することもできる。 Since the size of the rectangular resonator is considered to be the same as the size of the housing space for the protective member, the resonant frequency is set higher than the maximum operating frequency by reducing the housing space for the protective member. You can also
保護部材４，５を小さくするために、変換部９，１０は、全てを収容空間内に収める必要はなく、変換部９，１０上に接触するように保護部材４，５を設けることも可能である。
In order to make the
これにより、保護部材４，５の収容空間を小さくするとともに、変換部９，１０と保護部材４，５との間での熱移動を容易にし、ＭＭＩＣ２，３の冷却効率を向上させることができる。ＭＭＩＣ２，３で発生した熱は、実装される基板の誘電体層への移動、ボンディングワイヤを介した伝送線路への移動、空気中への放散により冷却される。ボンディングワイヤを介した伝送線路への移動において、変換部９，１０が保護部材４，５と接触することで、保護部材４，５への熱移動が生じ、保護部材４，５から空気中へ熱が放散される。
Thereby, while the accommodation space of the
なお、上述のような、送信用ＭＭＩＣ３から送信用導波管１０１の導波管開口までの高周波信号の伝送方向に沿った距離、および受信用ＭＭＩＣ２から受信用導波管１０２の導波管開口までの高周波信号の伝送方向に沿った距離を、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との高周波信号の伝送方向に沿った距離に比べて短くする構成は、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との接続を高周波基板１の内部に配置された接続用導波管６を用い、更に送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２とを個別に保護部材４，５に収容することにより始めて実現するものである。すなわち、接続用導波管６を用いない場合には、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２とを高周波基板１の表層に形成する信号線路（平面回路）で接続することとなるため、ＭＭＩＣ２，３を平面回路ごと一つの保護部材内に収容する必要が生じる。そのため、ＭＭＩＣ２，３同士の干渉を防ぐためにＭＭＩＣ２，３を十分に離間して配置すると保護部材が大きくなり共振の影響が大きくなる。一方、保護部材内の共振の影響を抑えるためにＭＭＩＣ２，３を近接配置して保護部材を小さくすると、ＭＭＩＣ２，３間の干渉が生じる。このように、ＭＭＩＣ２，３間の干渉を抑制し、かつ保護部材による共振の影響を抑制した状態で、高周波信号のＳ／Ｎ比を大きくしロスの少ない構成とするためには、接続用導波管６を基板内部に配置し、その接続用導波管６から変換部を介して基板表面に引き出した構成とし、ＭＭＩＣ２，３を個別に小さな保護部材４，５に収容することができる、本実施形態の高周波基板１の構成が必要である。
Note that the distance along the transmission direction of the high-frequency signal from the
また、送信用導波管１０１の導波管開口と受信用導波管１０２の導波管開口との間の長さを、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との距離に比べて長くすると、以下のメカニズムにより好ましい。すなわち、多層基板１００と高周波基板１との層間で、送信ポート１３ａと受信ポート１５ｃとの間で互いの高周波信号が漏れ込むため、送信ポート１３ａと受信ポート１５ｃ間はλ／４以上離した構造が必要になる。さらに、開口形状が大きいため、受信側と送信側の開口部のうち最も離れた位置同士の距離は大きくなる。一方、ミクサを安定駆動させるために、接続用導波管６を伝搬するＬＯ信号は、あるしきい値以上の高周波エネルギが必要である。接続用導波管６中には伝送損失があるため、接続用導波管６の長さの上限も決まってくる。このため、ＭＭＩＣ２，３と受信用および送信用導波管１０２，１０１の導波管開口との高周波信号の伝送方向に沿った距離を短くするとともに、ＭＭＩＣ２，３間の高周波信号の伝送方向に沿った距離も短くする必要がある。このような各要素の配置として最適な構成は、透過状態の平面視でＭＭＩＣ２，３を送受信ポート１３ａ，１５ｃの位置の内側に配置する（平面視での、送信用導波管１０１の導波管開口と受信用導波管１０２の導波管開口との間の間隔を、送信用ＭＭＩＣ３と受信用ＭＭＩＣ２との間隔に比べて長くする）ことで、ミクサ安定駆動に必要なＬＯ信号の高周波エネルギをミクサに入力できるため、安定、良好な受信性能を実現することができる。このような構成も、高周波基板１の内部に配置する積層型導波管を用いて行なうことにより所望の距離を有するような配置とすることができる。
Further, when the length between the waveguide opening of the
以上のように、本発明の高周波基板１は、保護部材４，５により外部からの不要電磁波によるノイズが混入を防ぐとともに、外部への電磁波放射による他の機器への悪影響を防ぐという従来の効果に加えて、同じ基板上に実装されている半導体デバイス同士のアイソレーション性を極めて高くすることができるという効果を発揮する。
As described above, the high-
また、上記のような高周波基板１を用いることで、特に送信用ＭＭＩＣと受信用ＭＭＩＣとを実装した送受信用の高周波モジュールにおいて、ＭＭＩＣ同士のアイソレーション特性を高めて、高品質な送受信特性を実現することができる。
Further, by using the high-
ここで、積層型導波管線路およびその変換部について説明する。本発明では、積層型導波管路を用いてＭＭＩＣ２，３同士を接続することにより、半導体デバイス同士の接続配線に対しても、外部からのノイズ混入を防ぐとともに、外部への電磁波放射による他の機器への悪影響を防ぎ、さらに半導体デバイス同士のアイソレーション性を極めて高くすることができる。
Here, the laminated waveguide line and its conversion unit will be described. In the present invention, by connecting the
以下、高周波基板１に設けられる複数の変換部のうち、変換部１０について説明するが、他の変換部９，１７も同様に構成することができる。
Hereinafter, although the
図３は、変換部１０の構成を説明するための図である。図３（ａ）は、変換部１０の平面図であり、図３（ｂ）は、マイクロストリップ線路１２と接続用導波管６との接続部分の断面図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the
高周波基板１は、複数の誘電体層が積層され、これらの誘電体層間に導体層が設けられ内層配線が形成される。たとえば、本実施形態では、複数の誘電体層３１，３２，３３，３４が、高周波基板１のＭＭＩＣが実装された表面側からこの順に積層され、誘電体層のうち、基板表面を含む誘電体層３１上に形成されるマイクロストリップ線路１２と、上側の複数の誘電体層（本実施形態では誘電体層３１，３２）を含んで形成され、マイクロストリップ線路１２と変換部１０を介して接続する第１の積層型導波管副線路部２１と、上側の誘電体層の一部（本実施形態では誘電体層３１，３２，３３）を含んで形成され、第１の積層型導波管副線路部２１と接続する第２の積層型導波管副線路部２２と、下側の複数の誘電体層（本実施形態では誘電体層３１，３２，３３，３４）を含んで形成され、第２の積層型導波管副線路部２２と接続する積層型導波管主線路部２３とが形成される。
In the high-
マイクロストリップ線路１２と接続用導波管６とを接続する積層型導波管（変換用積層型導波管）は、マイクロストリップ線路１２に接続され誘電体層３１を含む第１の積層型導波管副線路部２１と、第１の積層型導波管副線路部２１に接続され誘電体層３２を含む第２の積層型導波管副線路部２２と、第２の積層型導波管副線路部２２に接続され誘電体層３３を含む積層型導波管主線路部２３とから構成される。
A laminated waveguide (conversion laminated waveguide) that connects the
これら各線路部の詳細な構成は後述するが、各線路部の端部がマイクロストリップ線路１２から遠ざかる方向に所定の距離ずつずれるように、階段状に設けられる。
Although the detailed configuration of each of these line portions will be described later, the end portions of the respective line portions are provided in a staircase shape so as to be shifted by a predetermined distance in a direction away from the
また、変換用積層型導波管は、それぞれの線路部毎に誘電体層の厚みが異なるように構成され、具体的にはマイクロストリップ線路１２から遠ざかるにしたがって誘電体層の厚みが段階的に厚くなり、すなわち第１の積層型導波管副線路部２１における一対の主導体層に挟まれた誘電体層が最も薄く、積層型導波管主線路部２３における一対の主導体層に挟まれた誘電体層が最も厚くなっている。
In addition, the multilayer waveguide for conversion is configured so that the thickness of the dielectric layer is different for each line portion. Specifically, the thickness of the dielectric layer is gradually increased as the distance from the
マイクロストリップ線路１２は、誘電体層３１を厚み方向に挟んで対向するストリップ導体１２ｂとグランド（接地）導体１２ｃとで構成されている。
The
マイクロストリップ線路１２と接続用導波管６との接続部分を構成し、高周波基板１の表面に設けられる変換部１０は、第１の積層型導波管副線路部２１、第２の積層型導波管副線路部２２、積層型導波管主線路部２３のそれぞれの主導体層のうち、高周波基板１の表面に設けられる上側主導体層２１１，２２１，２３１で構成され、これら上側主導体層２１１，２２１，２３１が一体的に形成されたものである。
The
変換部１０の信号伝送方向に対する幅方向寸法Ｗは、主導体層の幅方向寸法と同一であり、伝送信号の周波数などによって適宜設定すればよく、また、幅寸法は伝送させる高周波信号の遮断周波数を考慮して設定される。たとえば、伝送信号の周波数が７６．５ＧＨｚのときはＷ＝１．１５ｍｍであり、遮断周波数は約４３ＧＨｚで設定される。
The width direction dimension W with respect to the signal transmission direction of the
また、下側主導体層２１２，２２２，２３２の信号伝送方向端部は、伝送信号の波長λの１／４ずつ信号伝送方向にずれて設けられる。変換部１０の信号伝送方向に平行な長さ方向寸法Ｌは、平面視したときに下側主導体層２１２，２２２，２３２を覆うように３λ／４に設定される。たとえば、伝送信号の周波数が７０〜８５ＧＨｚのときはＬ＝０．９ｍｍである。
Also, the signal transmission direction ends of the lower main conductor layers 212, 222, and 232 are provided by being shifted in the signal transmission direction by ¼ of the wavelength λ of the transmission signal. The length direction dimension L parallel to the signal transmission direction of the
なお、変換部１０の上記幅方向寸法Ｗおよび長さ方向寸法Ｌは、変換部として最小限必要な寸法であって、変換部１０は、幅方向寸法が両側に大きくなるように形成されてもよく、長さ方向寸法がストリップ導体１２ａとの接続部分とは反対側に向かって延びるように形成されてもよい。
Note that the width direction dimension W and the length direction dimension L of the
積層型導波管線路は、上記のような一対の導体層（上側主導体層および下側主導体層）とともにビアホール導体群４１，４２を含んで構成される。
The laminated waveguide line includes via
ビアホール導体群４１，４２は、積層型導波管を伝送する伝送信号の遮断波長以下の間隔で信号伝送方向に沿って配列し、積層型導波管線路における電気的な側壁を形成し、この側壁と一対の導体層によって導波管が構成される。
The via-
側壁形成用のビアホール導体群４１，４２において、隣り合うビアホール導体の間隔が伝送する信号の遮断波長よりも大きいと、この積層型導波管線路に給電された電磁波はビアホール導体とビアホール導体との隙間から漏れてしまい、側壁と一対の主導体層によって形成される疑似的な導波管に沿って伝播しなくなってしまう。これに対し、側壁形成用ビアホール導体群４１、４２において、隣り合うビアホール導体の間隔が遮断波長以下であると、電磁波はビアホール導体とビアホール導体との隙間から漏れることなく反射しながら積層型導波管線路の信号伝送方向に伝播される。
In the via-
なお、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２を構成するビアホール導体は、隣り合うビアホール導体の間隔が、一定間隔に設けられることが好ましいが、少なくとも伝送する信号の遮断波長の１／２以下の間隔であれば良く、その範囲内で適宜設定することができる。
The via hole conductors constituting the side wall forming via
また、積層型導波管線路２を形成する２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２の外側にさらに側壁形成用ビアホール導体群を設けて、側壁形成用ビアホール導体群による疑似的な側壁を、伝送方向に対する幅方向に２重、３重に形成することにより、電磁波の漏れをより効果的に防止することができる。
Further, a side wall forming via hole conductor group is provided outside the two rows of side wall forming via
図４を参照して誘電体層毎に具体的に説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、誘電体層３１，３２，３３，３４を層ごとに展開し、高周波基板１の一表面側から見た平面図である。図４（ｅ）は、誘電体層３４を他表面側から見た平面図である。
With reference to FIG. 4, it demonstrates concretely for every dielectric material layer. 4A to 4D are plan views of the
図４（ａ）に示すように、誘電体層３１の表面には、ストリップ導体１２と、これに接続される上側主導体層２１１，２２１，２３１（変換部１０）が形成される。変換部１０を主導体層とする積層型導波管から接続用導波管６へと接続する構造においては、両者の積層型導波管に共有される共有線路部を介して接続される。共有線路部の上側主導体層５１は、一端が上側主導体層２３１の端部に接続して形成される。また、誘電体層３１の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１、４２が形成される。
As shown in FIG. 4A, on the surface of the
さらに、共有線路部の他端に近接する部位と接続用導波管６の端部とは上から見て重なっていて、図４（ａ）には、この共有線路部の上側主導体層５１の他端に近接する部位と接続用導波管６の上側主導体層６１の端部とを電気的に接続する５本のビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向とは垂直な方向に伝送信号の遮断波長の１／２以下の間隔で誘電体層３１内部に配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止する。なお、境界壁形成用ビアホール導体群４３における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有される。
Further, the portion close to the other end of the shared line portion and the end portion of the connecting
図４（ｂ）に示すように、誘電体層３２の表面には、マイクロストリップ線路１２を構成するグランド導体１２ｃ、副導体層５３、接続用導波管６を構成する上側主導体層６１が一体的に形成される。また、誘電体層３２の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。この側壁形成用ビアホール導体群４１，４２は、それぞれ８本のビアホール導体で構成されている。
As shown in FIG. 4B, on the surface of the
図４（ｃ）に示すように、誘電体層３３の表面には、下側主導体層２２２、副導体層５４、接続用導波管６を構成する副導体層５５が電気的に接続されて一体的に形成されている。また、誘電体層３３の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。この側壁形成用ビアホール導体群４１、４２は、それぞれ８本ずつのビアホール導体で構成されている。
As shown in FIG. 4C, the lower
図４（ｄ）に示すように、誘電体層３４の表面には、下側主導体層２３２、接続用導波管６を構成する副導体層５６が形成される。また、誘電体層３４の内部には、２列の側壁形成用ビアホール導体群４１，４２が形成される。誘電体層３４の内部に形成された側壁形成用ビアホール導体群４１、４２は、それぞれ５本のビアホール導体で構成されている。
As shown in FIG. 4D, the lower
さらに、変換部１０を備える積層型導波管の端部と共有線路部の一端に近接する部位とは上から見て重なっていて、下側主導体層２３２端部と共有線路部の下側主導体層５２とを電気的に接続するビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群が、信号伝送方向とは垂直な方向に信号の遮断波長の1／２以下の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、このビアホール導体群の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４１，４２と共有している。
Further, the end portion of the multilayered waveguide including the
図４（ｅ）に示すように、誘電体層３４の裏面には、接続用導波管６を構成する下側主導体層６２が形成される。なお、図４（ｅ）には示していないが、共有線路部を構成する下側主導体層５２の一端に近接する部位には、図４（ｄ）に示す境界壁形成用ビアホール導体群４３が接続されている。また、接続用導波管６を構成する下側主導体層６２には、図４（ｄ）に示す側壁形成用ビアホール導体群４１、４２が接続されている。
As shown in FIG. 4E, a lower
このように、高周波基板１の表面に設けられ、接続体（この例ではボンディングワイヤ８）と直接接続された線路導体（この例ではマイクロストリップ線路１２）と接続用導波管６との接続構造は、変換用積層型導波管と共有線路部とで構成される。
Thus, the connection structure between the connecting
この変換用積層型導波管は、この例では第１の積層型導波管副線路部２１，第２の積層型導波管副線路部２２，積層型導波管主線路部２３と変換部１０を含んでなるが、一対の副線路部主導体層が、積層型導波管主線路部２３の誘電体層よりも薄い誘電体を挟持するような構成となっていればよく、第１の積層型導波管副線路部２１，第２の積層型導波管副線路部２２の一方を省略してもよい。
In this example, the multilayer waveguide for conversion is converted into the first multilayer
そして、この変換用積層型導波管に接続される接続用導波管６は、接続用導波管６を構成する上側主導体層６１が変換部１０よりも厚み方向で下側（内層側）に位置し、下側主導体層６２が、積層型導波管主線路部２３の下側主導体層２３２よりも下側に位置するように設けられるように配置している。
In the connecting
また、共有線路部は、変換用積層型導波管および接続用導波管６の両方の誘電体層を挟んで厚み方向に対向する上側主導体層５１と下側主導体層５２と、この主導体層５１．５２を厚み方向に電気的に接続するビアホール群とを含んでおり、上側主導体層５１は変換部１０と電気的に接続され、下側主導体層５２は下側主導体層６２と電気的に接続されるように構成されている。
The shared line section includes an upper
このように、信号伝送方向に沿って導波管を構成する誘電体層の厚みを厚くすることで、マイクロストリップ線路１２と変換用積層型導波管線路における積層型導波管主線路部２３との特性インピーダンスを整合させやすく、設計しやすくなる。したがって、いわゆる積層ずれなど製造上の不具合が生じたとしても特性の変動が少なく、変換損失を小さくするように特性インピーダンスを整合させることができる。
Thus, by increasing the thickness of the dielectric layer constituting the waveguide along the signal transmission direction, the multilayer waveguide
導波管幅であるビアホール導体群４１とビアホール導体群４２との間隔のみの変更によって調整を図ろうとすると、幅の変更によって第１の積層型導波管線路２の管内を伝送する高周波信号の波長が変化してしまう。そうすると、特性インピーダンスを整合するための調整が困難となる。
If adjustment is made by changing only the gap between the via-
これに対し、本発明の実施形態によれば誘電体層厚みの変更による調整を図るので、変換用積層型導波管線路の管内波長が変化しない。また、変換部１０の周波数帯域は１０ＧＨｚ以上と広帯域であるため、これにより、特性インピーダンスを整合するための調整が容易であり、また特性インピーダンス整合の自由度とバラツキによる安定度も向上する。
On the other hand, according to the embodiment of the present invention, adjustment is made by changing the thickness of the dielectric layer, so that the in-tube wavelength of the conversion type laminated waveguide is not changed. In addition, since the frequency band of the
また、接続用導波管６においては、一対の主導体層の一方の層（６１）が、変換部１０よりも厚み方向一方側、すなわち内層側に配置することにより、主導体層６１を表面に配置せず内層に設けることができるので、本接続構造を有する高周波基板１では、他の線路導体や高周波回路素子等の回路要素をより多く基板表面実装することができ、小型でありかつより高機能な高周波回路を構成することができる。
Further, in the connecting
なお、本実施形態では、ストリップ導体１２と、第１の積層型導波管副線路部２１を構成する上側主導体層２１１と、第２の積層型導波管副線路部２２を構成する上側主導体層２２１と、積層型導波管主線路部２３を構成する上側主導体層２３１が同一平面上に形成され、それぞれの端部同士が直接電気的に接続されている。また、グランド導体１２ｃと、第１の積層型導波管副線路部２１を構成する下側主導体層２１２と、第２の積層型導波管副線路部２２を構成する下側主導体層２２２と、積層型導波管主線路部２３を構成する下側主導体層２３２のそれぞれの端部同士がビアホール導体を信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により、厚み方向に電気的に接続された構成となっている。しかし、これに限定されず、各上側主導体層を境界壁形成用ビアホール導体群により厚み方向に電気的に接続し、各下側主導体層を同一平面上に形成して直接電気的に接続した構成としてもよく、各上側主導体層および各下側主導体層をそれぞれ境界壁形成用ビアホール導体群により厚み方向に電気的に接続した構成としてもよい。
In the present embodiment, the
積層型導波管を構成する誘電体層が複数層からなる場合は、誘電体層間に主導体層と平行に副導体層を設けることが好ましい。副導体層は、同じ列に属し、同じ誘電体層を貫通する各ビアホール導体群を、列ごとにそれぞれ個別に電気的に接続し、ビアホール導体群の配列方向に延びる帯状の導体層である。 When the dielectric layer constituting the laminated waveguide is composed of a plurality of layers, it is preferable to provide a sub conductor layer between the dielectric layers in parallel with the main conductor layer. The sub conductor layer is a strip-like conductor layer that belongs to the same row and electrically connects each via-hole conductor group penetrating the same dielectric layer for each row and extends in the arrangement direction of the via-hole conductor group.
このような副導体層は、図４における導体層５３，５４，５５が、これに相当し、ビアホール導体群と副導体層とによって、格子状に形成された側壁が得られ、様々な方向の電磁波漏れを遮蔽することができる。また、副導体層は、ビアホール導体の大きなランドとしても機能し、積層ずれによって生じるビアホール導体の厚み方向の接続不良を抑制することができる。ビアホール導体の厚み方向の接続不良が生じると、接続不良部分で電磁波の漏れが発生しやすくなり、伝送損失が大きくなってしまうが、副導体層を設けることでこれを防止することができる。 Such sub-conductor layers correspond to the conductor layers 53, 54, and 55 in FIG. 4, and side walls formed in a lattice shape are obtained by the via-hole conductor group and the sub-conductor layer, and various directions are obtained. Electromagnetic leakage can be shielded. Further, the sub conductor layer also functions as a large land of the via hole conductor, and can suppress poor connection in the thickness direction of the via hole conductor caused by the stacking deviation. If a poor connection in the thickness direction of the via-hole conductor occurs, electromagnetic leakage is likely to occur at the poor connection portion and transmission loss increases. However, this can be prevented by providing a sub-conductor layer.
さらに、複数のＭＭＩＣを互いに接続するような場合、接続用導波管６の構造が直線構造だけではなく、本実施形態のように、湾曲構造の線路部分を設ける場合がある。高周波信号の伝搬においては湾曲構造で放射が起こるが、副導体層を設けることで、電磁遮蔽の役目を担うため、湾曲構造での放射を抑え低損失な伝送線路を実現することができる。
Further, when a plurality of MMICs are connected to each other, the structure of the connecting
本発明では、このような高周波基板１に内層される積層型導波管を用いて、接続用導波管６による半導体デバイス同士の接続、送信用導波管１３による送信用アンテナとの接続、受信用導波管１５による受信用アンテナとの接続を実現している。
In the present invention, using such a laminated waveguide that is layered on the high-
したがって、これらの接続に必要な伝送線路は、全て基板内に設けられ、外部からのノイズ混入を防ぐとともに、外部への電磁波放射による他の機器への悪影響を防ぐことができる。さらに、基板の内部においては、積層型導波管同士での結合が生じることはないので、伝送線路同士の結合によるクロストークノイズの混入なども発生しない。特に送信用ＭＭＩＣ３から出力された信号による受信用ＭＭＩＣ２への影響が大きいので、積層型導波管を用いることで、アイソレーション性の極めて高い高周波基板を実現することができる。
Therefore, all the transmission lines necessary for these connections are provided in the substrate, so that external noise can be prevented from entering and other devices due to electromagnetic radiation to the outside can be prevented from being adversely affected. Further, since there is no coupling between the laminated waveguides inside the substrate, mixing of crosstalk noise due to coupling between the transmission lines does not occur. In particular, since the signal output from the
さらに、同じ積層型導波管を用いる構成のうち、従来のような変換部に同軸構造を用いる場合は、課題の欄でも述べたように、伝送信号が接続プローブの長さによって共振するため、反射特性において、この共振による共振周波数で極を持つ特性になる。また、同軸構造では、中心導体に電流密度が集中するため、伝送損失が大きくなり、多層基板内での積層型導波管の伝送モードであるＴＥ１０モードへの変換構造が必要となり、この変換構造を設ける分の厚みが基板に必要になる。 Furthermore, among the configurations using the same laminated waveguide, when a coaxial structure is used for a conventional conversion unit, as described in the problem section, the transmission signal resonates depending on the length of the connection probe. The reflection characteristic has a pole at the resonance frequency due to this resonance. Further, in the coaxial structure, the current density is concentrated on the central conductor, so that the transmission loss increases, and a conversion structure to the TE10 mode which is the transmission mode of the laminated waveguide in the multilayer substrate is required. The substrate needs to be thick enough to provide the thickness.
これに対して、本発明の変換部は、共振が生じるような構造を持たないため、信号伝送特性における周波数応答がよく、たとえば、周波数が１０ＧＨｚ以上において、−１５ｄＢ以上の反射特性を実現できる。また、電流密度の集中も生じないので、伝送損失を小さく抑えることができ、同軸構造を用いた構成に対して基板の厚みを薄くでき、小型、安価を実現することができ、さらに低損失、広帯域な構造であるため高感度な高周波モジュールが実現できる。 On the other hand, since the converter of the present invention does not have a structure that causes resonance, the frequency response in the signal transmission characteristics is good. For example, a reflection characteristic of −15 dB or more can be realized at a frequency of 10 GHz or more. In addition, since the concentration of current density does not occur, the transmission loss can be kept small, the thickness of the substrate can be reduced compared to the configuration using the coaxial structure, the small size and the low cost can be realized, and the low loss, A high-sensitivity high-frequency module can be realized because of the wide-band structure.
ＭＭＩＣ２，３への駆動用のバイアス電圧は、以下のようにして供給する。
The bias voltage for driving to the
ＭＭＩＣの接続パッドと、基板表面に設けられたバイアス供給用パッドとをワイヤボンディング接続またはフリップチップ接続により接続し、バイアス供給用パッドと、基板表面に設けられた外部接続用パッドとを、基板に内層されるバイアス供給用配線で接続する。外部接続用パッドにバイアス電圧供給源を接続することで、ＭＭＩＣに対して駆動用のバイアス電圧を供給することができる。 The MMIC connection pad and the bias supply pad provided on the substrate surface are connected by wire bonding connection or flip chip connection, and the bias supply pad and the external connection pad provided on the substrate surface are connected to the substrate. They are connected by a bias supply wiring which is an inner layer. A bias voltage for driving can be supplied to the MMIC by connecting a bias voltage supply source to the external connection pad.
本実施形態では、受信用ＭＭＩＣ２の接続パッドと、基板表面に設けられたバイアス供給用パッド５００とをボンディングワイヤ５０１により接続し、バイアス供給用パッド５００と、基板表面に設けられた外部接続用パッド５０２とを、基板に内層されるバイアス供給用配線５３で接続する。また、送信用ＭＭＩＣ３の接続パッドと、基板表面に設けられたバイアス供給用パッド６００とをボンディングワイヤ６０１により接続し、バイアス供給用パッド６００と、基板表面に設けられた外部接続用パッド６０２とを、基板に内層されるバイアス供給用配線６０３で接続する。
In this embodiment, the connection pad of the receiving
上記のような構成を有する高周波基板の誘電体層としては、高周波信号の伝送を妨げることがない特性を有するものであればとりわけ限定するものではないが、伝送線路を形成する際の精度および製造の容易性の点からセラミックスからなることが望ましい。 The dielectric layer of the high-frequency substrate having the above-described configuration is not particularly limited as long as it has characteristics that do not hinder the transmission of high-frequency signals. From the viewpoint of easiness, it is desirable to be made of ceramics.
たとえば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともに、導体ペーストをビアホールへ充填し、配線パターン、ベタパターンを印刷したものを積層し、ガラスセラミックスの場合は８５０〜１０００℃、アルミナ質セラミックスの場合は１５００〜１７００℃、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００〜１９００℃の温度で焼成することによって製作される。 For example, an appropriate organic solvent or solvent is added to and mixed with ceramic raw material powders such as glass ceramics, alumina ceramics, and aluminum nitride ceramics to form a mud and adopts the conventionally known doctor blade method, calendar roll method, etc. In this way, a plurality of ceramic green sheets are obtained by forming into a sheet shape, and after that, each of these ceramic green sheets is appropriately punched and filled with a conductor paste into a via hole, and a wiring pattern and a solid pattern are printed. These are laminated and fired at a temperature of 850 to 1000 ° C. for glass ceramics, 1500 to 1700 ° C. for alumina ceramics, and 1600 to 1900 ° C. for aluminum nitride ceramics.
また、ストリップ導体、グランド導体および一対の導体層などの金属導体層としては、たとえば誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステン・モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合した導体ペーストを厚膜印刷法によりセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で同時焼成し、厚み１０〜１５μｍ以上となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅・金・銀が、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステン・モリブデンが好適である。また、主導体層の厚みは一般的に５〜５０μｍ程度とされる。 In addition, as a metal conductor layer such as a strip conductor, a ground conductor, and a pair of conductor layers, for example, when the dielectric layer is made of an alumina ceramic, alumina, silica, magnesia, etc. suitable for metal powder such as tungsten, molybdenum, etc. A conductor paste added with an oxide, an organic solvent, a solvent, etc. is printed on a ceramic green sheet by a thick film printing method, and then co-fired at a high temperature of about 1600 ° C. so that the thickness becomes 10 to 15 μm or more. To form. As the metal powder, copper, gold and silver are suitable for glass ceramics, and tungsten and molybdenum are suitable for alumina ceramics and aluminum nitride ceramics. The thickness of the main conductor layer is generally about 5 to 50 μm.
配線基板の誘電体層としては、上記のようなセラミックスからなることが好ましいが、伝送信号の周波数や製造コストなどの観点から、樹脂材料を用いることもできる。誘電体層として使用可能な樹脂材料としては、たとえば、ＰＴＥＴ、液晶ポリマー、ＦＲ４、フッ素樹脂、フッ素ガラス樹脂などが挙げられる。この場合の金属導体としては、たとえば銅箔の貼り付け、銅めっき膜をエッチングなどによりパターン形成したものを使用することができる。 The dielectric layer of the wiring board is preferably made of the ceramics as described above, but a resin material can also be used from the viewpoint of the frequency of the transmission signal and the manufacturing cost. Examples of the resin material that can be used as the dielectric layer include PET, liquid crystal polymer, FR4, fluorine resin, and fluorine glass resin. As the metal conductor in this case, for example, a copper foil attached or a copper plating film patterned by etching or the like can be used.
次に、図５を用いて、図１に示す高周波基板１の変形例について説明する。
Next, a modification of the high-
図１に示す高周波基板１の構成に加え、送信用ＭＭＩＣ３にから出力される高周波信号の１／４以下の周波数を有する同期用高周波信号を伝送する同期信号用伝送線路７０３をさらに有している。高周波信号がＧＨｚ帯である場合、このような同期用高周波信号もＧＨｚ帯となる可能性がある。このため、同期信号用伝送線路７０３は、ストリップ線路，差動線路，同軸線路等のグランド導体層を有する伝送線路により構成すればよい。このような同期信号用伝送線路７０３は、送信用ＭＭＩＣ３の接続パッドと、基板表面に設けられた同期信号用パッド７００とをボンディングワイヤ７０１により接続し、同期信号用パッド７００と、基板表面に設けられた外部接続用パッド７０２とを、基板に内層される同期信号用伝送線路７００で接続するようにして、基板に内層することが好ましい。
In addition to the configuration of the high-
このような同期信号用伝送線路７０３により同期用高周波信号を取り出すことにより、同期用高周波信号を外部回路と連動して送信する高周波信号のブレを調整することができる。
By extracting the synchronization high-frequency signal through the synchronization
そして、このような同期信号用伝送線路７０３は、２以上設けても良い。例えば、送信用ＭＭＩＣ３から、１／４の周波数を有する同期用高周波信号と、１／８の周波数を有する同期信号用高周波信号とが出力される場合は、それぞれの伝送する周波数に応じた同期信号用伝送線路７０３を設けることにより、より精密に高周波信号のブレを調整することができるので、高周波信号の伝送特性の信頼性、安定性を高めるころができる。なお、同期信号用伝送線路７０３を伝送する周波数に応じたものとするためには、例えばストリップ線路の信号線路導体の幅や信号線路導体とグラウンド導体との間隔等を適宜設定すればよい。
Two or more synchronization
なお、上述の例では、送信用ＭＭＩＣ３の接続パッドと同期信号用パッド７００とをボンディングワイヤ７０１により接続したが、導電性を有するバンプ等で接続してもよい。
In the above example, the connection pad of the
また、図面には図示していないが、高周波基板１をレーダーシステムや通信システムに用いる場合には、送信用ＭＭＩＣ３に変調信号を入力するための変調信号用伝送線路を有していてもよい。このような変調信号用伝送線路は、送信用ＭＭＩＣ３の接続パッドと、基板表面に設けられた変調信号用パッドとを、ワイヤヤボンディング接続もしくはフリップチップ接続により接続し、この変調信号用パッドに電気的に接続すればよい。なお、変調信号用伝送線路は基板内層に設けられることが好ましい。そして、変調信号は通常数百ＭＨＺ以下の周波数を有するため、導電性を有する導体線路で構成すればよく、その構成は自由に設定することができる。
Although not shown in the drawings, when the high-
なお、このような変調信号用伝送線路は複数設けてもよく、例えば、送信用ＭＭＩＣ３がＶｆｔ端子とＶｃｔ端子とを有する場合には、それぞれに対応するように高周波基板１内に線路を設ければよい。
Note that a plurality of such modulation signal transmission lines may be provided. For example, when the
さらに、受信用ＭＭＩＣ２から出力されるＩＦ帯の信号を伝送するためのＩＦ帯伝送線路を設けてもよい。このようなＩＦ帯伝送線路は、受信用ＭＭＩＣ２の接続パッドと、基板表面に設けられたＩＦ帯用パッドとを、ワイヤヤボンディング接続もしくはフリップチップ接続により接続し、このＩＦ帯用パッドに電気的に接続すればよい。なお、ＩＦ帯用伝送線路は基板内層に設けられることが好ましい。そして、ＩＦ帯の信号は、受信用高周波信号とＬＯ信号とを混合して出力されるもので、通常５００ＭＨｚ以下の周波数を有するため、導電性を有する導体線路で構成すればよく、その構成は自由に設定することができる。
Further, an IF band transmission line for transmitting an IF band signal output from the receiving
このように、適宜、同期信号用,変調信号用,ＩＦ帯の信号用の伝送線路を高周波基板内に設けることで、汎用性の高いものとすることができる。さらに、このような各種伝送線路を高周波基板の内層に設けることで、保護部材の大きさを大きくする必要がなくなるので、保護部材内の共振を抑制した高周波基板を提供することができる。 As described above, by appropriately providing the transmission lines for the synchronization signal, the modulation signal, and the signal of the IF band in the high-frequency substrate, the versatility can be enhanced. Furthermore, since it is not necessary to increase the size of the protective member by providing such various transmission lines in the inner layer of the high-frequency substrate, it is possible to provide a high-frequency substrate that suppresses resonance in the protective member.
なお、上述の実施形態では、高周波素子として、受信用ＭＭＩＣと送信用ＭＭＩＣとの２つの高周波素子を有する例について説明したが、高周波信号切り替え用の高周波素子などを複数の高周波素子をさらに有していてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which two high-frequency elements, that is, a reception MMIC and a transmission MMIC, are described as high-frequency elements. However, the high-frequency element for switching a high-frequency signal is further provided with a plurality of high-frequency elements. It may be.
１ 高周波基板
２ 受信用ＭＭＩＣ ３ 送信用ＭＭＩＣ
４，５ 保護部材
６ 接続用導波管
７，８ ボンディングワイヤ
９，１０ 変換部
１３ 送信用導波管
１５ 受信用導波管
1 High-
4, 5
Claims (10)
前記高周波素子同士を接続し、前記誘電体層を挟む一対の主導体層と、信号伝達方向に遮断波長の１／２以下の間隔で前記主導体層間を電気的に接続するように形成された二列のビアホール導体群とを備え、前記主導体層および前記ビアホール導体群に囲まれた領域によって高周波信号を伝達する積層型導波管と、
前記高周波素子と、前記積層型導波管とを接続する接続体と、
前記接続体を前記積層型導波管に接続する変換部と、
１つの高周波素子と、該高周波素子に接続される接続体、および該接続体に接続される変換部とを内部に収容する収容空間を有し、前記収容空間と外部空間との間で電磁波を遮蔽する保護部材とを備える高周波基板。 In a high-frequency substrate for mounting a plurality of high-frequency elements, which is formed by laminating a dielectric layer and a conductor layer,
The high frequency elements are connected to each other, and a pair of main conductor layers sandwiching the dielectric layer are electrically connected to the main conductor layers at intervals of 1/2 or less of a cutoff wavelength in the signal transmission direction. A multilayer waveguide comprising two rows of via-hole conductor groups, and transmitting a high-frequency signal by a region surrounded by the main conductor layer and the via-hole conductor group;
A connecting body for connecting the high-frequency element and the laminated waveguide;
A converter for connecting the connection body to the laminated waveguide; and
There is a housing space for housing one high-frequency element, a connection body connected to the high-frequency element, and a converter connected to the connection body, and electromagnetic waves are generated between the housing space and the external space. A high-frequency substrate comprising a protective member for shielding.
前記積層型導波管は、前記高周波素子同士を接続する接続用積層型導波管と、前記高周波素子と前記入出力ポートとを接続する入出力用積層型導波管とを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波基板。 A high-frequency signal input / output port is provided on the surface opposite to the surface on which the plurality of high-frequency elements are mounted,
2. The laminated waveguide includes a connecting laminated waveguide that connects the high-frequency elements, and an input / output laminated waveguide that connects the high-frequency element and the input / output port. The high-frequency substrate according to any one of?
前記高周波素子を実装する側の主面に設けられた外部接続用パッドと、
内層に設けられ、前記バイアス供給用パッドと前記外部接続用パッドとを接続するバイアス供給用配線と、をさらに備え、
前記高周波素子は、前記バイアス供給用パッドとワイヤボンディング接続またはフリップチップ接続により接続された接続パッドを有し、該接続パッドに対し、前記外部接続用パッドを介して前記高周波素子の駆動用バイアス電圧を供給可能に構成されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の高周波基板。 A bias supply pad provided on the main surface on which the high-frequency element is mounted;
An external connection pad provided on the main surface on which the high-frequency element is mounted;
A bias supply wiring provided in an inner layer and connecting the bias supply pad and the external connection pad; and
The high-frequency element has a connection pad connected to the bias supply pad by wire bonding connection or flip-chip connection, and the bias voltage for driving the high-frequency element to the connection pad via the external connection pad The high-frequency substrate according to claim 1, wherein the high-frequency substrate is configured to be capable of supplying the same.
前記同期信号用パッドに電気的に接続されるとともに、前記高周波信号の１／４以下の波長を伝送する同期信号用伝送線路と、をさらに含む請求項１〜８のいずれかに記載の高周波基板。 A synchronization signal pad provided on the main surface on which the high-frequency element is mounted;
The high-frequency substrate according to claim 1, further comprising: a synchronization signal transmission line that is electrically connected to the synchronization signal pad and transmits a wavelength equal to or less than ¼ of the high-frequency signal. .
A high-frequency module configured by mounting a plurality of high-frequency elements on the high-frequency substrate according to claim 1.
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