JP4978265B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

この発明は、高周波モジュールに関し、特に、放熱及びシールド構造を改良したものである。

従来、この種の高周波モジュールの構成として、金属製筐体上に送信系回路の高出力増幅器を、その金属製筐体上の誘電体基板（絶縁性基板）上に受信系回路の低雑音増幅器を、互いに近接して配置している。そして、金属製カバーにより高出力増幅器及び低雑音増幅器を取り囲むとともに、高出力増幅器と低雑音増幅器との間には金属製カバーの脚部によりシールドする構成のものであった。

特開平０６−１１２３５１号公報（第１図）

しかし、従来におけるこの種の高周波モジュールの構成によれば、小型化のために送信系回路と受信系回路とが近接するため、送信系回路の高出力増幅器と受信系回路の低雑音増幅器が近接することとなるが、高出力増幅器において発生した熱が、低雑音増幅器に伝わる可能性が大きく、高出力増幅器の熱が低雑音増幅器に伝わった場合には、低雑音増幅器の性能が劣化し信頼性が低下するという課題があった。

この発明は、高出力増幅器において発生した熱が低雑音増幅器に伝わりにくい構成とし、しかもシールド構成にも配慮した構成とすることにより、大型化することなく低雑音増幅器の性能劣化や信頼性に対する影響を防止しえる新規な高周波モジュールを提供することを目的とするものである。

請求項１に係る高周波モジュールは、表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、この誘電体基板の表面側に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続したものである。

請求項２に係る高周波モジュールは、表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、前記開口部の前記誘電体基板の裏面側に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続したものである。

請求項３に係る高周波モジュールは、前記グランド層が、前記誘電体基板の両面に形成され、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールにより導通した請求項２に記載のものである。

請求項４に係る高周波モジュールは、表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、この誘電体基板に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製カバーの内側に配置して前記低雑音増幅器をカバーし、前記誘電体基板に固定した補助用金属製カバーと、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続したものである。

請求項５に係る高周波モジュールは、前記補助用金属製カバーが、その脚部を前記誘電体基板に設けたサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続した請求項４に記載のものである。

請求項６に係る高周波モジュールは、前記接続手段が、前記厚肉部と前記脚部とを通電するサーマルビア又はスルーホールである請求項１〜５のいずれかに記載のものである。

請求項７に係る高周波モジュールは、前記グランド層上に設けた金属板を有する請求項１〜６のいずれかに記載のものである。

請求項８に係る高周波モジュールは、前記金属板が、接着剤により前記グランド層に固定された請求項７に記載のものである。

請求項９に係る高周波モジュールは、前記金属板が、冷却フィンを備えた請求項７に記載のものである。

この発明によれば、高出力増幅器において発生した熱が低雑音増幅器に伝わりにくいため、低雑音増幅器の性能劣化や信頼性の影響を有効に防止することができ、シールド性能をも向上させることができる。

実施の形態１．
実施の形態１に係る高周波モジュールについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る高周波モジュールの断面構成図である。図２は、図１に示すＡ部の部分拡大図である。図１及び図２において、１は金属製筐体であり、その表面側には開口部１ａを形成している。したがって、金属製筐体１は、厚肉部１ｂと薄肉部１ｃから構成している。３は高出力増幅器であり、フランジ５を介して厚肉部１ｂ上に配置している。フランジ５は、金属製のものであり、金属製筐体１に直接接触させている。２は誘電体基板であり、開口部１ａ上に跨るようにその端部２ａを厚肉部１ｂ上に載置している。このとき、誘電体基板２の下面と薄肉部１ｃの上面との間には空間部を構成している。４は低雑音増幅器であり、誘電体基板２上に配置している。ここで、高出力増幅器３は、例えば、その出力が数Ｗ以上で、その消費電力も数Ｗ以上の高発熱部品である。一方、低雑音増幅器４は、例えば、その消費電力がコンマ数Ｗ以下で、発熱量も高出力増幅器３に比べて十分に小さい部品である。

６は金属製カバー（第１の金属製カバー）であり、高出力増幅器３及び低雑音増幅器４をカバーし、金属製筐体１に固定している。高出力増幅器３と低雑音増幅器４との間においては、金属製カバー６に脚部６ａを設け、この脚部６ａが誘電体基板２の端部２ａ上に載置するように構成している。７は補助用の金属製カバー（第２の金属製カバー）であり、低雑音増幅器４をカバーするように誘電体基板２に固定している。１１及び１２は、それぞれ誘電体基板２の表面及び裏面に形成したグランド層（ＧＮＤパターン）である。グランド層１２は、誘電体基板２の下面の全面ではなく、厚肉部１ｂとの間に隙間１２ａを形成している。１０は金属板であり、これをグランド層１２上にネジ８とナット９により固定している。金属板１０についても、厚肉部１ｂとの間において、グランド層１２と同様に、隙間を形成している。

１３はサーマルビアであり、図１及び図２に示すように、複数箇所に形成している。サーマルビア１３は、誘電体基板２のグランド層１１が低雑音増幅器４（高周波回路）の動作周波数において十分にグランド（ＧＮＤ）になり得るようにできるだけ密な間隔に配置している。サーマルビア１３ａは、誘電体基板２の端部２ａに形成し、誘電体基板２の上面及び下面に形成しているグランド層１１、１２を相互に接続する一方、その上面におけるグランド層１１は第１の金属製カバー６の脚部６ａに接続するように構成している。サーマルビア１３ｂは、誘電体基板２の上面及び下面のグランド層１１、１２に接続する一方、その上面のグランド層１１は、第２の金属製カバー７の脚部７ａに接続するように構成している。また、サーマルビア１３ｃは、誘電体基板２の上面及び下面のグランド層１１、１２に接続する一方、その上面のグランド層１１は、低雑音増幅器４に接続するように構成している。１４は、冷却板であり、金属製筐体１の裏面側において金属製筐体１に隣接して設けている。

誘電体基板２を金属製筐体１に取り付ける際には、誘電体基板２の裏面側のグランド層１２と金属製筐体１とが密着するようにネジ８により固定している。誘電体基板２の裏面側のグランド層１２は、サーマルビア１３を通して誘電体基板２の表面側のグランド層１１に導通している。なお、サーマルビアの代わりにスルーホールを用いてもよい。誘電体基板２の表面側のグランド層１１に受信系回路の低雑音増幅器４の接地部を実装している。低雑音増幅器４において発生した熱は、サーマルビア１３を通して誘電体基板２の裏面側のグランド層１２を介し金属製筐体１に逃げるような放熱構造としている。

また、送信系回路の高出力増幅器３により増幅された高出力信号が受信系回路の低雑音増幅器４にリークした場合には、受信系回路の低雑音増幅器４の誤動作等を招くおそれがあるため、送信系回路の高出力増幅器３と受信系回路の低雑音増幅器４との間には十分なシールド性を確保しておく必要がある。そのため、前記したように、高出力増幅器３及び低雑音増幅器４上には金属製カバー６を配置し、高出力増幅器３と低雑音増幅器４との間には金属製カバー６の脚部６ａを立設して、高出力増幅器３により増幅された高周波信号が低雑音増幅器４に回り込むのを抑えるように構成している。

第１の金属製カバー６の脚部６ａを誘電体基板２上に取り付ける際には、その脚部６ａが誘電体基板２の表面側のグランド層１１や金属製筐体１と密接するようにネジ８により固定している。誘電体基板２の表面側のグランド層１１は、サーマルビア１３を通して誘電体基板の裏面側のグランド層１２に導通し、その結果、金属製筐体１とも導通することとなる。第１の金属製カバー６における他の脚部は、図１及び図２に示すように、金属製筐体１に対してネジ８により固定している。このように構成することにより、十分なシールド性を確保している。また、第２の金属製カバー７についても、ネジ８とナット９により誘電体基板２の表面側のグランド層１１、サーマルビア１３、及び誘電体基板２の裏面側のグランド層１２を導通した状態で誘電体基板２に固定している。金属板１０については、そのネジ８とナット９により、誘電体基板２の裏面側のグランド層１２に密着させた状態で誘電体基板２に固定している。

実施の形態１に係る高周波モジュールは、以上のように構成しているので、高出力増幅器３において発生した熱は、図２において矢印で示すようなルート及び大きさにより伝達するものである。すなわち、高出力増幅器３により発生した熱は、フランジ５を介して金属製筐体１の厚肉部１ｂに伝達される。金属製筐体１の厚肉部１ｂに伝達された熱は、まず、冷却板１４に伝達されて冷却される。一方、その熱の一部は、熱伝導率の小さい誘電体基板２を伝達するよりも、誘電体基板２の端部２ａにおいてその裏面側のグランド層１２、サーマルビア１３ａ及びその表面側のグランド層１１を経由して金属製カバー６の脚部６ａに伝達され、金属製カバー６により放熱される。他方、グランド層１２には隙間１２ａ及び金属板１０には隙間１０ａを形成しているため、誘電体基板２の端部２ａからは低雑音増幅器４の側には熱は伝わりにくい構成としているが、その伝わった熱は、さらにサーマルビア１３ｂ及び誘電体基板２の表面側のグランド層１１を経由して第２の金属製カバー７に伝達されて放熱されることとなる。

また、グランド層１２の隙間１２ａ及び金属板１０の隙間１０ａを形成しているため、金属製筐体１の厚肉部１ｂから薄肉部１ｃに伝達される熱は、薄肉部１ｃを伝達する間に冷却板１４により冷却されて小さくなるが、その熱は、開口部１ａを形成しているため、低雑音増幅器に至るためには、図２に示すように、大きく迂回することとなる。すなわち、その熱は、金属板１０に伝達されるが、サーマルビア１３ｂ等を経由して第２の金属カバー７に伝達されて放熱される。さらに、その一部の熱は、金属板１０を経由する間に開口部１ａにより放熱されることとなる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る高周波モジュールについて、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２に係る高周波モジュールの断面構成図である。図３においては、低雑音増幅器４を誘電体基板２の裏面側に配置し、グランド層１１を介して金属板１０を誘電体基板２の表面側に配置している。そして、その誘電体基板２の上面側及び下面側におけるグランド層１１、１２は、実施の形態１の場合と同様に、金属製筐体１の厚肉部１ｂとは隙間を隔てて形成している。その他の構成については、実施の形態１において説明した構成と同様である。

したがって、高出力増幅器３において発生した熱は、金属製筐体１の厚肉部１ｂに伝わった後は、誘電体基板２の端部２ａにおいてサーマルビア１３ａを介して金属製カバー６の脚部６ａに伝わることとなる。このとき、誘電体基板２の上面に形成したグランド層１１及びこの上に形成した金属板１０は、金属製筐体１の厚肉部１ｂとは隙間を形成している。すなわち、誘電体基板２の上面のグランド層１１及び金属板１０は、誘電体基板２の端部２ａにおけるグランド層１１、１２と離隔しているので、熱伝導率の小さい誘電体基板２を伝わって低雑音増幅器４には伝わりにくい。一方、金属製筐体１の厚肉部１ｂに伝わった熱は、薄肉部１ｃを介して誘電体基板２の他端に伝わるが、この際に放熱板１４により放熱されるので、十分に小さくなった熱がグランド層１１、１２を介して金属板１０に伝わる。しかし、金属製カバー６との間における空間部によりさらに放熱されるため、低雑音増幅器４に伝わる熱は十分に小さいものとなる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る高周波モジュールについて、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態３に係る高周波モジュールの断面構成図である。図４において、１５は、冷却フィン付き金属板である。冷却フィンは、図４に示すように、低雑音増幅器４に対向して開口部１ａに配置している。したがって、冷却フィンを設けた金属板１５により低雑音増幅器４の放熱を効果的に行うこともできる。その他の構成については、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態４．
実施の形態４に係る高周波モジュールについて、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態４に係る高周波モジュールの断面構成図である。図５において、１２はグランド層であり、誘電体基板２の下面に形成しており、実施の形態１に係る高周波モジュールのような金属板１０を用いていない。しかし、低雑音増幅器４の発熱量が低い場合には、金属板１０を用いなくてもグランド層１２を用いることにより、実施の形態１の場合と同様に、高出力増幅器３において発生した熱を効果的に放熱することが可能であり、部品点数の削減にもなる。なお、その他の構成については、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態５．
実施の形態５に係る高周波モジュールについて、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態５に係る高周波モジュールの断面構成図である。図６において、１６は薄型金属板で、その厚みは固定用ネジ８のネジ山のピッチ程度としている。薄型金属板１６のネジ穴径をネジ８の径と合わせておけば、ナット９を用いなくても締め付けが可能となる。そして、この場合においても、実施の形態１の場合と同様に、高出力増幅器３において発生した熱を効果的に放熱することが可能であり、部品点数の削減にもなる。なお、その他の構成については、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態６．
実施の形態６に係る高周波モジュールについて、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態６に係る高周波モジュールの断面構成図である。実施の形態６に係る高周波モジュールは、実施の形態１に係る高周波モジュールと比較すると、第２の金属製カバー７を設けていない外は、実施の形態１の場合と同様である。第１の金属製カバー６によりシールド効果が十分に得られ、低雑音増幅器４の発熱量も十分に小さい場合には、実施の形態１のように、第２の金属製カバー７を用いなくても、十分な放熱効果が得られ、部品点数の削減にもなる。

実施の形態７．
実施の形態７に係る高周波モジュールについて、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態７に係る高周波モジュールの断面構成図である。図８において、１８は半田などの接着剤であり、誘電体基板２の下面に設けたグランド層１２に金属板１０を接着固定している。このように構成すれば、金属板１０を誘電体基板２にネジ８やナット９により固定する必要がなくなり、部品点数の削減にもなる。

この発明の実施の形態１に係る高周波モジュールの断面構成図である。 図１に示すＡ部の部分拡大図である。 この発明の実施の形態２に係る高周波モジュールの断面構成図である。 この発明の実施の形態３に係る高周波モジュールの断面構成図である。 この発明の実施の形態４に係る高周波モジュールの断面構成図である。 この発明の実施の形態５に係る高周波モジュールの断面構成図である。 この発明の実施の形態６に係る高周波モジュールの断面構成図である。 この発明の実施の形態７に係る高周波モジュールの断面構成図である。

符号の説明

１・・金属製筐体、１ａ・・開口部、１ｂ・・厚肉部、１ｃ・・薄肉部、２・・誘電体基板、２ａ・・誘電体基板の端部、３・・高出力増幅器、４・・低雑音増幅器、５・・フランジ、６・・金属製カバー（第１の金属製カバー）、７・・第２の金属製カバー、８・・ネジ、９・・ナット、１０・・金属板、１１、１２・・グランド層、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・サーマルビア、１４・・冷却板、１５・・冷却フィン付き金属板、１６・・薄型金属板、１８・・接着剤

Claims (9)

1. 表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、この誘電体基板の表面側に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続した高周波モジュール。
2. 表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、前記開口部の前記誘電体基板の裏面側に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続した高周波モジュール。
3. 前記グランド層は、前記誘電体基板の両面に形成され、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールにより導通した請求項２に記載の高周波モジュール。
4. 表面側の所定領域に開口部を設けて厚肉部及び薄肉部を有する金属製筐体と、前記厚肉部上に配置した高出力増幅器と、前記開口部に跨って配置され、前記薄肉部に裏面が対向した誘電体基板と、この誘電体基板に配置した低雑音増幅器と、この低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に固定した脚部を有し、前記高出力増幅器及び前記低雑音増幅器をカバーする金属製カバーと、熱伝導率が前記誘電体基板よりも大きく、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部と前記脚部とを接続した接続手段と、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部において前記厚肉部との間に隙間を隔てて前記誘電体基板に設けられ、前記低雑音増幅器と前記高出力増幅器との間における前記誘電体基板の端部に対向する前記誘電体基板の端部に延在して前記誘電体基板に設けられて前記誘電体基板と前記厚肉部とに挟まれたグランド層と、前記金属製カバーの内側に配置して前記低雑音増幅器をカバーし、前記誘電体基板に固定した補助用金属製カバーと、前記金属製筐体の裏面側に設けた冷却板とを備え、前記低雑音増幅器は、前記誘電体基板に形成したサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続した高周波モジュール。
5. 前記補助用金属製カバーは、その脚部を前記誘電体基板に設けたサーマルビア又はスルーホールを介して前記グランド層に接続した請求項４に記載の高周波モジュール。
6. 前記接続手段は、前記厚肉部と前記脚部とを通電するサーマルビア又はスルーホールである請求項１〜５のいずれかに記載の高周波モジュール。
7. 前記グランド層上に設けた金属板を有する請求項１〜６のいずれかに記載の高周波モジュール。
8. 前記金属板は、接着剤により前記グランド層に固定された請求項７に記載の高周波モジュール。
9. 前記金属板は、冷却フィンを備えた請求項７に記載の高周波モジュール。

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