JP5728102B1 - Mmic集積回路モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】MMIC集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止する。【解決手段】MIC集積回路モジュールに横型導波管101、曲げ導波管102、縦型導波管103を形成する。これにより、誘電体基板(1、2、4)1枚あたりの開口部面積を小さくでき、よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。【選択図】図1

Description

本発明は、MMIC集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止する技術に関する。
図4は、従来のMMIC集積回路モジュールの断面図である。図5は、図4のB−B矢視図である。
金属ベース7に切削形成された導波管8内の台座71には、MMIC3と該MMIC3への給電配線および信号配線を形成した誘電体基板9が実装される。金属フタ20には、金属ベース7と同様切削加工により、導波管8の一部、遮蔽部2a、IC格納部2bが形成される。
MMIC3の回路領域31には、送受信用のアンプや変調器等の回路が形成される。回路領域31と外部配線ピン30は、誘電体基板9や誘電体基板9上のパッド9Pなどを介して接続される。
導波管結合部32は、導波管8のTE10モードからMMIC3における伝送線路の導波管モードへの変換機能を有する。効率良く導波管8のTE10モードと結合するために導波管8のおよそ中央に導波管結合部32が配置される。遮蔽部2aは、IC格納部2bへ電磁波が漏れないように、導波管8より1段低く形成される。
導波管8の開口部81には、例えば、金属ホーン(図示せず)などが接続される。
Yi-Chi Shih, Thuy-Nhung Ton, and Long Q.Bui ,"WAVEGUIDE-TO-MICROSTRIP TRANSITIONS FOR MILLIMETER-WAVE APPLICATIONS", IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp. 473 - 475, vol.1, MAY 1988. Lei Xia, Ruimin Xu, Bo Yan, "LTCC-Based Highly Integrated Millimeter-Wave Receiver Front-End Module", Int J Infrared Milli Waves, pp. 975 - 983, vol.27, 2006.
図4等に示した従来のMIC集積回路モジュールは、誘電体基板の実装が必要である他、外部の電源や外部配線ピンのサイズが大きくなるため、小型化が困難だった。また、金属ベース、金属フタにより導波管を形成するには、高精度の切削技術や特殊なメッキ技術が必要であり、高コストが課題だった。
例えば、金属ベースに代え、多層誘電体基板を用いることで、小型化と加工コストの低減が実現できる。
しかしながら、多層誘電体基板を用いると、積層の応力により、誘電体基板に反りが生じることがある。そして、反りが原因で電磁波の漏れが生じ、導波管の伝搬損失が増加する可能性がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、MMIC集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係るMMIC集積回路モジュールは、開口部が形成された第1誘電体基板と、前記第1誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第1誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第2誘電体基板と、前記台座の前記一方面に実装されるMMICと、前記第1誘電体基板の他方面に積層され、前記第1誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第3誘電体基板と、前記第1誘電体基板、前記第2誘電体基板および前記第3誘電体基板の開口部を囲むように当該第1誘電体基板、第2誘電体基板および第3誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、前記第2誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第1誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタとを備え、前記金属フタの凹部において、前記第3誘電体基板の開口部に対向する部分は、前記MMICの方向に傾いている斜面部であることを特徴とする。
本発明によれば、MMIC集積回路モジュールにおける誘電体基板の反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
第1の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールの断面図である。 図1のA−A矢視図である。 図1のMMIC集積回路モジュールの上面図である。 従来のMMIC集積回路モジュールの断面図である。 図4のB−B矢視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施形態に係るMMIC集積回路モジュールの断面図である。図2は、図1のA−A矢視図である。図3は、図1のMMIC集積回路モジュールの上面図である。
図1に示すように、MMIC集積回路モジュールは、開口部11が形成された第1誘電体基板1と、第1誘電体基板1の一方面(図では上側の面)に積層され、開口部11の一部に面した第1誘電体基板1の部分である台座12と開口部11とをあわせた領域にあわせて開口部21が形成された第2誘電体基板2と、台座12の前記一方面(図では上側の面)に実装されるMMIC(モノリシックマイクロ波集積回路:monolithic microwave integrated circuit)3と、第1誘電体基板1の他方面(図では下側の面)に積層され、第1誘電体基板1の開口部11における台座12に接していない領域111にあわせて開口部41が形成された(図では3枚)の第3誘電体基板4と、第1誘電体基板1の開口部11を囲むように第1誘電体基板1に設けられる貫通ビア1Aおよび金属層1Bと、第2誘電体基板2の開口部21を囲むように第2誘電体基板2に設けられる貫通ビア2Aおよび金属層2Bと、第3誘電体基板4の開口部41を囲むように第3誘電体基板4に設けられる貫通ビア4Aおよび金属層4Bと、第2誘電体基板2の一方面側(図では上側の面)に配置され、第1誘電体基板1の開口部11に向けて開口する凹部51が形成された金属フタ5とを備えることを特徴とする。
このような構成により、MMIC集積回路モジュールには、横型導波管101、曲げ導波管102、縦型導波管103が形成される。つまり、L字型の導波管が形成される。導波管の高さは、例えば、0.8mmであり、幅は、例えば、0.4mmである。この場合、H面曲げ導波管となる。導波管として機能させるためには、同一の誘電体基板における貫通ビアの間隔を、導波管を伝搬する電磁波の波長の1/4以下とするのが好ましい。これにより、貫通ビアの間から電磁波が漏れず、導波管として機能する。金属層と貫通ビアには、例えば、導電性銀フィラーを混入した銀ペーストを用いる。
各誘電体基板には、低温焼成セラミックスLTCC(Low Temperature Confired Ceramics)やポリイミド等を用いることができ、厚さは例えば100μm(ミクロン)程度である。
誘電体基板の数は、本実施の形態の数に限らず、例えば、縦型導波管103を長くすべく、第3誘電体基板4を4枚以上設けてもよい。
ここで、比較例として、曲げ導波管102、縦型導波管103を設けず、横型導波管101を図左側に延長したMMIC集積回路モジュールを考える。
本実施の形態のMMIC集積回路モジュールと比較例のMMIC集積回路モジュールとで、導波管の実質的な長さを同じにした場合、本実施の形態のMMIC集積回路モジュールの導波管はL字型なので、誘電体基板1枚あたりの開口部面積を小さくできる。よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
MMIC3は、回路領域31と、回路領域31に接続された導波管結合部32を有する。回路領域31には、送受信用のアンプや変調器等の回路が形成される。導波管結合部32は、横型導波管101のTE10モードからMMIC3における伝送線路の導波管モードへの変換機能を有する。
MMIC3は、例えば、集積回路を形成した化合物半導体である。MMIC3は、例えば、導電性を有する接着剤により、台座12に固定される。
なお、MMIC3を実装したポリマー基板などの上に導波管結合部32を形成しても、同様の構成となる。
導波管結合部32は、例えば、MMIC3の厚さや第1誘電体基板1の厚さや枚数を適宜選択することにより、横型導波管101のH面中央に配置されるのが好ましい。このような配置により、効率的な結合変換が可能となる。
凹部51は、金等でメッキされている。また、凹部51の、曲げ導波管102を構成する部分は、斜面部511となっており、インピーダンスの変化を抑えることができる。つまり、横型導波管101からの電磁波を縦型導波管103へ導波し、縦型導波管103からの電磁波を横型導波管101へ導波するようになっている。斜面部511の表面は平面であり滑らかであることが好ましいが、階段状でもよい。この場合、階段の段差は波長の1/10程度であることが好ましい。
また、凹部51の、横型導波管101を構成する部分は、横型導波管101の高さに応じた高さとなっているが、凹部51の、台座12に対向する部分は、横型導波管101から、図では右方向(後述のIC格納部514)に電磁波が漏れないように、1段低い遮蔽部512となっている。また、遮蔽部512に連なるIC格納部514は、MMIC3やパッド2Pと接触しないように設計される。
図2に示すように、横型導波管101、曲げ導波管102の周囲に貫通ビア(1A、2A、4A)と金属層(1B、2Bなど)が形成される。
導波管の短辺側のE面壁Eは、金属層1Bで構成される。また、導波管の長辺側のH面壁Hには、貫通ビア(1A、2A、4A)と金属層(2Bなど)が形成されている。
横型導波管101のインピーダンスは、導波管のサイズや貫通ビアの配置により制御可能であり、導波管結合部32との結合効率が最大となるようにするのが好ましい。
また、縦型導波管103をE面、H面の方向に徐々に広げることによりホーンアンテナを形成してもよい。
第2誘電体基板2の上側の面には、MMIC3への給電配線や信号配線(共に不図示)および接続用のパッド2Pが形成される。
また、MMIC集積回路モジュールは、金属フタ5における凹部51の周囲部分52と該周囲部分に対向する第2誘電体基板2の金属層2Bとの間に挟持される基板の反りによる微小な空隙を塞ぐために、さらに複数のスタッドバンプ6を備えてもよい。スタッドバンプ6は、例えば、金で形成される。また金属層2Bや貫通ビア2A等と同電位となる。
スタッドバンプ6は、第2誘電体基板2の金属層2Bの無い部分において、給電配線、信号配線、パッド2Pと導通しないように配置される。
スタッドバンプ6は、例えば、球形であり、その中心同士の配置間隔を波長の1/4以下(例えば、200μm)とすることで、金属フタ5と金属層2Bの間から電磁波が漏れるのを防止できる。
各誘電体基板において積層による反りがない理想状態では、各スタッドバンプ6は不要である。しかし、反りがある場合は、上記のようにスタッドバンプ6の中心同士の配置間隔を例えば波長の1/4以下として電磁波の漏れ防止を図った上で、図1で最も下の第3誘電体基板4の下側面(底面)に対し、金属フタ5の上面が平行となるように、各スタッドバンプ6サイズを個別に調整(レベリング調整)することが好ましい。
以上のように、本実施の形態に係るMIC集積回路モジュールによれば、横型導波管101、曲げ導波管102、縦型導波管103を形成したことで、誘電体基板1枚あたりの開口部面積を小さくでき、よって、誘電体基板に加わる積層の応力に起因する反りを小さくでき、反りに起因する導波管の伝搬損失増加を防止できる。
また、本実施の形態のMMIC集積回路モジュールは、誘電体基板を積層して構成するので、誘電体基板に貫通ビアや配線を施すことで、MMICへの給電や信号供給ができ、また、導波管を一体形成できるので、MMIC集積回路モジュールを小型化することができる。また、金属ベースが不要であり、よって、高精度の切削技術や特殊なメッキ技術が不要であるから、加工コストを低減できる。
1…第1誘電体基板
1A、2A、4A…貫通ビア
1B、2B、4B…金属層
2…第2誘電体基板
3…MMIC
4…第3誘電体基板
5…金属フタ
6…スタッドバンプ
7…金属ベース
11…開口部
12…台座
21…開口部
31…回路領域
32…導波管結合部
41…開口部
51…凹部
52…周囲部分
101…横型導波管
102…曲げ導波管
103…縦型導波管
111…領域
511…斜面部
512…遮蔽部
514…IC格納部
E…E面壁
H…H面壁

Claims (2)

  1. 開口部が形成された第1誘電体基板と、
    前記第1誘電体基板の一方面に積層され、前記開口部の一部に面した前記第1誘電体基板の部分である台座と前記開口部とをあわせた領域にあわせて開口部が形成された第2誘電体基板と、
    前記台座の前記一方面に実装されるMMICと、
    前記第1誘電体基板の他方面に積層され、前記第1誘電体基板の開口部における前記台座に接していない領域にあわせて開口部が形成された第3誘電体基板と、
    前記第1誘電体基板、前記第2誘電体基板および前記第3誘電体基板の開口部を囲むように当該第1誘電体基板、第2誘電体基板および第3誘電体基板に設けられる貫通ビアおよび金属層と、
    前記第2誘電体基板の前記一方面側に配置され、前記第1誘電体基板の開口部に向けて開口する凹部が形成された金属フタと
    を備え
    前記金属フタの凹部において、前記第3誘電体基板の開口部に対向する部分は、前記MMICの方向に傾いている斜面部であ
    ことを特徴とするMMIC集積回路モジュール。
  2. 前記金属フタにおける凹部の周囲部分と該周囲部分に対向する前記第2誘電体基板の金属層との間に挟持される複数のスタッドバンプ
    を備えることを特徴とする請求項1記載のMMIC集積回路モジュール。
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