高频模件的制作方法

专利名称：高频模件的制作方法
技术领域：
本发明涉及将具有对毫米波段的高频信号进行输入输出的波导管端子的高 频组件连接到缝隙天线的高频模件。
背景技术：
以往，已知组合多个波导管子阵而构成的波导管缝隙阵天线(例如参考专利 文献l)。这种波导管缝隙阵天线，其结构上接合并组装分别成形的多个波导管 子阵，所以生产率显著低。
另一方面，作为缝隙天线的制造方法，已知利用扩散接合将缝隙板和形成
波导管槽的基片接合为一体的技术(例如参考专利文献2)。
专利文献l:日本国特开2000 — 236213号公报 专利文献2:日本国特开平10 — 313214号公报
通过应用扩散接合的制造技术构成缝隙阵天线，能预期低价生产高频模件。
然而，将缝隙天线连接到规模小于天线开口面的毫米波段上工作的高频组 件时，高频组件的发送或接收用的各波导管端子的间隔比缝隙天线的各馈电缝 隙的间隔短，配置不同，所以其连接尺寸不匹配。
专利文献2的缝隙天线为仅在设置槽的侧壁接合设置辐射缝隙的缝隙板的 单纯结构，按与天线开口长相同的长度排列设置在基片上的多个馈电缝隙。因 此，专利文献2的结构中，难以将高频组件的发送用或接收用波导管端子与缝 隙天线的馈电缝隙连接
再者，将高频组件的波导管端子与缝隙天线的馈电缝隙连接时，需要将其 连接路径的信号传播损耗控制得小。专利文献2未揭示具体连接结构。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到能低价构成缝隙天线并
低损耗连接缝隙天线的辐射缝隙和高频组件的波导管端子的高频模件。

发明内容
本发明的高频模件，配备具有排列多个辐射缝隙的缝隙板、形成对该辐 射缝隙馈电的多个波导管的波导管板、以及形成连接该多个波导管的多个波导 管开口孔的馈电板，并以扩散接合将该各板连接成一体而构成缝隙天线的天 线；连接并固定在所述天线上，且具有分别连通天线的各波导管开口孔的多个 波导管开口孔的树脂基板；以及收装高频半导体元件，并具有与高频半导体元 件进行信号收发的多个电介质波导管的高频组件，将高频组件的各电介质波导 管和树脂基板的各波导管开口孔配置成对置，并以多个导电接合构件为中介加 以接合。
又，也可以配备具有排列多个辐射缝隙的缝隙板、与缝隙板对接并形成 以辐射缝隙的各排列方向为各自的管轴方向的多列波导管槽的辐射用波导管 板、与辐射用波导管板对接并形成分别与该各波导管槽耦合的多个馈电缝隙的 馈电缝隙板、与馈电缝隙板对接并形成连接各馈电缝隙的多个波导管的馈电用 波导管板、以及与馈电用波导管板对接并形成连接各波导管的多个波导管开口 孔的馈电板，并以扩散接合将各板连接成一体而构成缝隙天线的天线；连接并 固定在天线上，且具有分别连通天线的各波导管开口孔的多个波导管开口孔， 并载置导体端子、接地导体、以及电子部件的树脂基板；以及具有载置高频半 导体元件的电介质电路板和将高频半导体元件连同电介质电路板一起收装的 盖体，并以多个导电接合构件为中介与树脂基板接合的高频组件，高频组件在 组件的外侧具有在接地导体上形成电介质开口部的波导管端子、导体端子、以 及接地导体，并以电介质波导管为中介，连接波导管端子和高频半导体元件的 高频信号端子，将高频组件的各电介质波导管和树脂基板的各波导管开口孔配 置成对置，将多个导电接合构件配置成包围高频组件的波导管端子和树脂基板 的波导管开口孔四周，同时使高频组件的导体端子和接地导体与树脂基板的导 体端子和接地导体接合。
根据本发明，能进一步低价地生产用波导管连接缝隙天线的辐射缝隙和高
频组件的波导管端子的高频模件。而且，能进一步减小缝隙天线的辐射缝隙与 高频组件的波导管端子的连接损耗。


图1是示出本发明实施方式的高频模件的立体图。
图2—1是示出本发明实施方式的高频模件的结构的剖视图。
图2 — 2是示出另一例第1、第2波导管板的接合部的剖视图。
图3是示出构成本发明实施方式的高频模件的天线的各板的结构的立体图。
图4是示出构成本发明实施方式的高频模件的天线的各板的结构的立体图。
图5—1是示出本发明实施方式的高频组件的各部结构的图。
图5 — 2是示出本发明实施方式的高频组件等的各部结构的图。
图6是示出本发明实施方式的树脂基板的组成的立体图。
标号说明
l是高频模件，2是高频组件，3是电子部件，4是树脂基板，5是天线，6、 7是螺钉，IO是发送用辐射缝隙，ll是接收用辐射缝隙，20是电介质多层电 路板，23是带状导体线路，30是电介质波导管，31、 32是导电接合构件，33 是波导管端子，39是波导管，53是馈电部，54是馈电用波导管板，55是馈电 缝隙板，56是辐射用波导管板，57是缝隙板，61是波导管，62是波导管槽， 64是馈电用波导管槽，65是馈电缝隙，66是辐射用波导管槽，73是抑制槽， 74、 75是螺孔。
具体实施例方式
下面，根据附图详细说明本发明高频模件实施方式。再者，本发明不受此 实施方式限定。
图1是示出本发明实施方式的高频模件的组成图，图l(a)为表面，图l(b) 为背面。
图中，高频模件1的组成部分配备高频组件2、电子部件3、树脂基板4、 以及板状天线5。将高频组件2和电子部件3载置在树脂基板4上，用螺钉6、
7将树脂基板4紧贴并固定于天线5。天线5中设置发送用的多个辐射缝隙10、 接收用的多个辐射缝隙11，由这些辐射缝隙IO、 ll构成缝隙天线。电子部件 3包含半导体集成电路、电源电路、电容器等。再者，Ll表示最接近的发送 用辐射缝隙10与接收用辐射缝隙11的距离。
图2—1是示出高频模件1的剖视图，图2—l(a)示出图1的A-A截面，图 2—l(b)示出图1的B-B截面。图3(a) (d)是示出构成天线5的各板54 57 的分解立体图，图4(a) (d)是示出构成天线5的各板51 53的上表面立体图， 图4(d)是板51的下表面(背面)的立体图。
这些图中，高频组件2在设置在电介质多层电路板20的上表面的空腔110 内，收装并载置半导体芯片21(21a、 21b)(参考图5—l(a))。半导体芯片21的组 成部分包含高频特性优良的使用砷化镓(GaAs)半导体的晶体管或二极管等半 导体元件、将半导体元件和电容器、电感器、滤波器电路等无源元件集成化的 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit:单片微波集成电路)、片电容 器等。收装半导体芯片21的电介质多层电路板20的空腔的上部侧，用由金属 板或表面以导体被覆的陶瓷烧结体等导电体组成的盖体22加以覆盖。用滚焊 或银焊，将盖体22气密地接合于接在电介质多层电路板20的上表面的金属框 (密封圈)500。
电介质多层电路板20在表层设置导体端子和带状导体线路23，在内层配置 导体通路(VIA)24和带状导体线路25，从而构成信号传输线路。而且，在表 层和内层设置接地导体26和接地导体通路28，由设置在内层的接地导体通路 28(28a、 28b、 28c)构成电介质波导管30。
电介质多层电路板20的下表面的接地导体中设置露出电介质的开口孔，构 成作为电介质波导管30的输入输出端子的波导管端子33。将电介质波导管30 连接到在电介质多层电路板20的上表面传送高频信号的微带线路(高频传输线 路)27，构成微带线路一波导管变换器。通过电线111将微带线路27连接到半 导体芯片21上的导体端子。
用叠积多层涂覆导电糊料并形成图案且将导电糊料填充在通孔内的陶瓷生 片后进行烧结而成的、或叠积并粘结薄膜陶瓷基片而构成的多层陶瓷基片，构
成电介质多层电路板20。
在电介质电路板20的下表面(背面)，接合球状或鼓形的焊块(焊球)、金块等 导电接合构件31、 32，构成BGA(球栅阵)。将导电接合构件31沿电介质多层 电路板20的下表面周缘部排列成多个环状，并连接到导体通路24。将导电接 合构件32排列成多个环状，使其包围电介质波导管30的波导管端子33的四 周(参考图5—l(b))。
以导电接合构件32为中介，将构成高频组件2的电介质多层电路板20与 树脂基板4的上表面的接地导体35接合。又，以导电接合构件31为中介，将 电介质多层电路板20与树脂基板4的上表面的接地导体36接合。在电介质多 层电路板20的下表面与设置基片4的上表面之间形成间隙S。再者，可在此间 隙5填充非导电树脂粘接剂，构成底层树脂填料。但是，此情况下，以对电介 质多层电路板20的外周缘将底层树脂填料填充成不溢出到导电接合构件32的 环状阵的内侧为佳。由此，能增强电介质多层电路板20与树脂基板4的接合 部的机械强度。
再者，构成球栅阵的导电接合构件31、 32中使用焊块将高频组件与树脂基 板4接合时，由于焊块的自校准效应，能使高频组件2高精度地与树脂基板4 对位。因此，将高频组件2的电介质波导管30与树脂基板4的波导管39高精 度地定位。
树脂基板4设置矩形或椭圆形开口孔，在开口孔的内周和孔的周缘部形成 导体层，从而构成波导管39。再者，可在孔的周边以规定的间隔排列多个导电 通孔，构成电磁防护壁，以代替在波导管39的开口孔内周设置导体层。将电 介质多层电路板20的波导管端子33电连接到树脂基板4的波导管39。由玻璃 环氧树脂基板等构成树脂基板4。
将树脂基板4的下表面(背面)直接接合在天线5的上表面，使波导管39连 接设置在天线5的内部的波导管41，从而波导管39与波导管41相互连通。又， 通过设置在树脂基板4的通孔插入螺钉6、 7，将螺钉6、 7配合到设置在天线 5的螺孔(阴螺纹)74、 75，从而将树脂基板4接定在天线5。天线5的组成部分 包含由金属导体组成的波导管接口部(波导管板)42和天线部43。
波导管接口部42的组成部分包含设置固定树脂基板4的螺孔74、 75的厚2 毫米(mm) 5毫米(设置螺孔的厚度)的第1波导管板52、以及与第1波导管板 51对接的厚0.5毫米 1毫米(形成波导管或缝隙孔的厚度)的薄板的第2波导管 板52。第1波导管板51在板厚方向设置矩形的开口孔，构成多个波导管61。 第2波导管52设置形成多个波导管槽62的开口孔。波导管61与波导管槽62 连通，构成波导管41。再者，将波导管61直接连接到波导管39。第l波导管 板51、第2波导管板52将设置在各板的2个基准孔70对位成各板在相同位置 重叠后，进行叠层并接合。再者，第l、第2波导管板5K 52不限于1块板，可分别叠积多块薄板而 构成。又，第l、第2波导管板51、 52的接合部中，可通过在波导管61和波 导管62的连接部的角部叠积多块孔的尺寸实质上为阶梯状差异的板，在波导 管角部构成阶梯面。图2 — 2是示出在波导管角部设置阶梯面的剖视图。如图2 一2所示，在波导管61连接到波导管62的部分的角部叠积多块使形成波导管 的孔的长度依次变化的板，构成第2波导管板52;通过在波导管角部设置使孔 的长度依次变化的阶梯面，能减小波导管角部的反射，使波导管的传输损耗减 小。也可在角部附近设置窗口并进行配合，以代替在角部设置阶梯面。此情况 下，不需要叠积多块用于设置阶梯面的板，所以能进一步减薄第2波导管板52， 可仍旧维持传输损耗减小的效果而使生产率提高。天线部43的组成部分包含馈电板53、与馈电板53对接的馈电用波导管 板54、与馈电用波导管板54对接的馈电缝隙板55、与馈电缝隙板55对接的 辐射用波导管板56、以及与辐射用波导管板56对接的缝隙板57。馈电板53、 馈电用波导管板54、馈电缝隙板55、辐射用波导管板56、以及缝隙板57分别 设置在各板的2个基准孔70对位成各板在相同位置重叠后，进行叠层并接合。 各板由设置开口孔的厚度为0.1毫米 1毫米左右(能形成波导管或缝隙孔的厚 度)的薄板组成。馈电板53设置具有多个矩形开口孔的馈电口 63(63a、 63b)。馈电用波导管 板54形成多个馈电用波导管槽64(64a、 64b)。馈电缝隙板55设置具有多个矩 形开口孔的馈电缝隙( L)65(65a、 65b)。辐射用波导管板56形成辐射用波导管
槽66(66a、 66b)。缝隙板57排列多个具有多个矩形开口孔的辐射缝隙10和辐 射缝隙11。馈电口63、馈电用波导管64、馈电缝隙65、以及辐射用波导管槽66分别 连通，构成馈电波导管，连接到波导管41。将辐射用波导管槽66(66a)连接到 辐射缝隙IO。将辐射用波导管槽66(66b)连接到辐射缝隙11。再者，在各波导 管的连接部的角部，与图2 — 2的示例相同，也叠积孔的尺寸实质上为阶梯状 差异的多块板，从而可在波导管的角部构成阶梯面。这里，用图3、图4进一步说明一例各辐射缝隙、馈电口、波导管槽、波导 管等的功能、连接方式。图的例子中，示出发送通道(发送端口)为l路、接收 通道(接收端口)为3路的情况，但这是一个例子，并非通道数限于此。如图3(a)所示，将辐射缝隙10以对管轴方向C各辐射缝隙的开口方向(纵向) 倾斜适当角度的状态串行排列多个(大于等于2个)，从而构成缝隙列。又，将 各缝隙列(缝隙阵列)配置1列或多列(大于等于2列)，从而构成平面阵。辐射缝 隙IO作为辐射发送电波的发送用辐射缝隙起作用。图的例子中， 一对(2列)缝 隙列相当于1路发送通道的份额，由于缝隙列为2列，构成l路发送通道。再 者，可用串行排列的多个辐射缝隙构成1个子阵，并串行排列多个子阵构成l 组缝隙列。又，将辐射缝隙ll以对管轴方向C各辐射缝隙的开口方向(纵向)倾斜适当 角度的状态，串行排列多个(大于等于2个)，从而构成缝隙列。又，将各缝隙 列配置多列(大于等于2列)，从而构成平面阵。从辐射缝隙10发送后，在对电 波进行反射的反射体上辐射并返回的电波，被辐射缝隙ll接收，因此辐射缝 隙11作为接收用辐射缝隙起作用。图的例子中， 一对(2列)缝隙列相当于1路 接收通道的份额，由于缝隙列为6列，因此构成3路接收通道。再者，可串行 排列的多个辐射缝隙构成1个子阵，并串行排列多个子阵构成1组缝隙列。将同一缝隙列内的各辐射缝隙10电连接到1个辐射用波导管槽66a。辐射 用波导管槽66a以挖开辐射用波导管56的方式形成槽。辐射用波导管槽66a 的管轴方向(槽的纵向)与图3(b)中的管轴方向C一致，将同一缝隙列内的各辐 射缝隙10和辐射用波导管槽66a配置成对置。将辐射用波导管槽66a在与管轴 方向正交的缝隙配置多列，并将辐射缝隙io的各缝隙列分别电耦合到对置的 辐射用波导管槽66a。又，将同一缝隙列内的各辐射缝隙11，电连接到l个辐射用波导管槽66b。 辐射用波导管槽66b以挖开辐射用波导管56的方式，形成槽。辐射用波导管 槽66b的管轴方向(槽的纵向)与图3(b)中的管轴方向C 一致，将同一缝隙列内 的各辐射缝隙11和辐射用波导管槽66b配置成对置。将辐射用波导管槽66b 在与管轴方向正交的缝隙配置多列，并将辐射缝隙11的各缝隙列分别电耦合 到对置的辐射用波导管槽66b。将各馈电缝隙65a配置成与各辐射用波导管槽66a对置，并且电耦合。图 3(c)的例子中，将各馈电缝隙65a的开口方向(纵向)配置成对管轴方向C倾斜适 当角度，并对应于相邻的1对辐射用波导管槽66a将1对馈电缝隙65a配置成 八字状。按照发送电波的希望耦合度和极性决定此倾斜配置，不限于图中的配 置例。将馈电缝隙65a连接到馈电用波导管槽64a。馈电用波导管槽64a以挖开馈 电用波导管板54的方式，形成槽。图3(d)的例子中，馈电波导管槽64a具有往 2个方向分支成T字状的l对分支槽641，将l对馈电缝隙65a分别连接到1 对分支槽641的各槽。使分支槽641的纵向与辐射用波导管槽66a正交并相连。 连接槽642，使其从分支部643往分支槽641分支。即，由分支槽641将槽642 中传播的发送电波分配成2路。将馈电缝隙65b连接到馈电用波导管槽64b。馈电用波导管槽64b以挖开馈 电用波导管板54的方式，形成槽。图3(d)的例子中，馈电波导管槽64b具有l 对支槽645，并形成U状；将相邻的1对馈电缝隙65b分别连接到1对支槽645 的各槽。将支槽645的纵向配置成与馈电缝隙65b的开口方向(纵向)正交。连 接支槽645，使其从汇流部647往槽646进行汇流。即，把分别在支槽645中 传播的接收电波汇合到槽646进行合成。将馈电用波导管槽64a的槽642的端部，连接到馈电缝隙63a。图4(a)的例 子中，将1个(发送1路的份额)馈电缝隙63a配置成开口方向(纵向)与管轴方向 C平行。又，将馈电用波导管槽64b的槽646的端部连接到馈电缝隙63b。图 4(a)的例子中，将3个(接收3路的份额)馈电缝隙63b,配置成开口方向(纵向) 与管轴方向C平行。将馈电缝隙63a连接波导管槽62a的一端。将馈电缝隙63b连接波导管槽 62b的一端。波导管槽62a、 62b以挖开波导管板53的方式，形成槽。馈电缝 隙63b有多个，将各馈电缝隙63b连接到各波导管槽。图4(b)的例子中，设置 1条波导管槽62a、 3条波导管槽62b，各槽流动成圆滑曲线状。将波导管槽62a、 62b的一端配置在波导管板的外周缘，将各槽的另一端配置成宛如汇聚到板中 央。波导管槽62a、 62b的相邻各槽之间设置一定间隔，采取隔离，以免各自之 间产生干扰。图4(c)示出与第2波导管板52对接的第2波导管板52的表面，图4(d)示出 与树脂基板4对接的第1波导管板52的背面。将波导管槽62a的另一端连接到 具有矩形开口孔的波导管61a。将波导管槽62b的另一端连接到具有矩形开口 孔的波导管61b。在第1波导管板51的背面设置分别配置在各波导管61a、 61b 的周围的抑制槽73和螺孔(阴螺纹)74、 75。再者，L2表示波导管61a与波导 管61b的间隔。图4(d)的例子中，在各波导管61a、 61b的周围配置3个螺孔74。将全部共 4个螺孔75分别配置在第l波导管板51的四角。对设置在各波导管61a、 61b 周围的接合面80完成机械加工(表面研磨)，使其表面粗糙度的精度良好。这样 将螺孔设置在各波导管61a、 61b的周围，所以利用螺钉6的连接力使树脂基板 4的波导管39和天线5的波导管61的接合面紧密接合。再者，螺孔的数量和 配置当然不限于此例。又，在各螺孔75的周围设置安装面81。接合面80和安装面81是同一高度 的面。第l波导管板51的背面的另一个面82与接合面80和安装面81相比， 平面的高度略低。再者，由各波导管61a、 61b的抑制槽73取得希望的隔离特 性，则当然可使第l波导管板51的整个背面为同一高度的面。此情况下，不 需要基于机械加工(切削加工、磨削加工的接合面80和安装面81的成形。如上文所述那样构成天线5,因此对天线的波导管61作输入输出的高频信 号，通过天线5的内部中构成的波导管41和馈电波导管耦合到辐射缝隙10、 11。耦合到辐射缝隙IO、 11的高频信号从辐射缝隙IO发送电波，在辐射缝隙11接收电波。这里，说明天线5的接合方法。第1波导管板51、第2波导管板52、馈电 板53、馈电用波导管板55、辐射用波导管板56、以及缝隙板57,将不锈钢作 为原材料。首先，第1波导管板51、第2波导管板52、馈电板53、馈电用波导管板 55、辐射用波导管板56、以及缝隙板57，将薄板加工成希望的形状，并分别 形成波导管、波导管槽和开口孔(波导管61、波导管槽62、馈电口63、馈电用 波导管槽64、馈电缝隙65、辐射用波导管槽66、辐射缝隙10和11、接合面 82、安装面81、抑制槽73、螺孔74和75等)后，依次从下往上叠积。进行叠 积时，设置在各板的2个基准孔70中分别插入定为销。由此，对各板的波导 管、波导管槽和开口孔完成相互准确对位。而且，每一板所希望的加工形状能 加工得在厚度方向分别形成同一形状，所以能利用对板面垂直冲压金属模的冲 裁加工、对板面垂直喷射加压水流的水流喷射加工、线切割放电加工等，将各 板加工成希望的形状，因此，能大量且价廉地加工各板。当然，加工方法不限 于此。接着，将各板层叠后，从板的上方载压铁，或用加压工具、加压机械进行 加压等，对各板的接合面均衡加压。接着，在对各板加压的状态下，将层叠的 天线放入加热炉，以能固相扩散接合的规定温度对整个天线进行加热。由此， 能利用扩散接合将对接的各板的接合面接合，把天线5接合为一体。例如，在适当加压的状态下，以IOO(TC将天线加热IO小时左右，将第1波 导管板51、第2波导管板52、馈电板53、馈电用波导管板55、辐射用波导管 板56、以及缝隙板57接合为一体。利用扩散接合将各板的接合面实质上均等 地接合，因此能消除对接的各板之间的间隙。因此，能抑制相邻的各波导管的 相互干扰，能使发送通道或接收通道之间的隔离特性提高。再者，上述说明中，说明了将构成天线5的波导管接口部42和天线部43 接合为一体的例子。作为另一方式，也可将波导管接口部42和天线部43分别 用扩散接合独立合为一体后，利用粘结或螺钉，借助连接将两者固定。但是， 此情况下，波导管接口部42与天线部43的贴合面产生间隙，所以需要在接近 的不同波导管之间额外设置抑制槽，以免各波导管相互千扰，而且还需要精度 良好地加工接合面的表面。因此，与将波导管接口部42和天线部43作为个体进行接合时相比，使用 扩散接合将波导管接口部42和天线部43合为一体能取较简单的结构，从而能 减小生产成本，并使波导管间的隔离特性提高。接着，详细阐述高频组件2中的波导管端子与半导体芯片21的连接结构。 图5—l(a)和图5—l(b)分别是示出高频组件2的表面的上表面立体图(卸下盖体 22的状态)和高频组件2的背面的立体图，图5 — 2(c)是示出高频组件2的微带 线路一波导管变换器的结构的局部立体图，图5 — 2(d)是示出高频组件2的内部 结构的局部剖视图。图6是示例树脂基板4的组成的背面侧(与天线5接合的接 合面侧)的立体图。图5—1(a) 图5 — 2(c)中，将半导体芯片21收装于设置在电介质多层电路 板20的空腔110内。至少叠积电介质多层电路板201、电介质多层电路板202、 以及电介质多层电路板203，以构成电介质多层电路板20。而且，在电介质多 层电路板20的上层的表面，用银焊或锡焊等接合"日"字状(在中框周围连接 外框的形状)的密封圈500，将该密封圈500用滚焊等在上表面与未图示的盖体 (22)接合。又，如图6所示，树脂基板4中形成多个波导管39(39a、 39b)和螺 孔79。在树脂基板4的表层设置形成包围波导管39的四周的接地导体层140， 将波导管39在接地导体层140接地。把树脂基板4的背面侧的接地导体层140 粘合在天线5的安装面81上。在电介质多层电路板203的表层(上表面)，配置上述微带线路27和接地导 体102。微带线路27在周围配置接地导体而构成共面线路、或在周围配置排列 并连接多个接地导体通路的接地导体而构成梯度共面线路。将微带线路27的 一端通过电线111连接到设置在半导体芯片21的导体端子(焊盘)211。将微带 线路27的另一端合为一体地连接在接地导体102。在电介质多层电路板203的下表面，设置接地导体103。接地导体103设置 矩形的开口孔105。通过按规定间隔(小于等于电介质多层电路板内信号传播波 长入/4的间隔)排列多个的接地导体通孔28a将接地导体102与接地导体103 连接。又，沿微带线路27侧的l边除外的其它3边的周围，将接地导体通路 28a配置成C状，以包围开口孔105。在电介质多层电路板202的下表面，设置接地导体104。接地导体104设置 矩形的开口孔106。通过按规定间隔(小于等于电介质多层电路板内信号传播波 长入/4的间隔)排列多个的接地导体通孔28b将接地导体103与接地导体104 连接。又，沿开口孔106的周围，将接地导体通路28a环状配置成矩形，以包 围开口孔106。开口孔106大于开口孔105，将接地导体通孔28a和接地导体通 孔28b连接得把接地导体103夹在中间且形成阶梯差。在电介质多层电路板201的下表面，设置接地导体142。接地导体142设置 矩形的开口孔107。通过按规定间隔(小于等于电介质多层电路板内信号传播波 长入/4的间隔)排列多个的接地导体通孔28c将接地导体142与接地导体104 连接。又，沿开口孔107的周围，将接地导体通路28c环状配置成矩形，以包 围开口孔107。开口孔107大于开口孔106,将接地导体通孔28b和接地导体 通孔28c连接得把接地导体104夹在中间且形成阶梯差。电介质多层电路板201 的开口孔构成波导管端子33。图5—l(b)的例子中，在设置在高频组件2的背面的接地导体142的开口部 构成波导管端子33。作为波导管端子33，设置3个接收用的波导管端子33b， 设置1个发送用的波导管端子33a。与图3比较可知，各波导管端子33能配置 在与天线5内部的馈电缝隙65的配置和间隔完全不同的位置。这时，能使波 导管端子33a与波导管端子33b的间隔和波导管61a与波导管61b的间隔L2 为实质上相同的间隔。再者，这个波导管33的数量和配置不限于此。如图5 — 2(c)所示，包围接地导体通孔28a、接地导体通孔28b、接地导体通 孔28c的电介质部分、以及开口孔105、 106、 107，构成电介质波导管30。电 介质波导管32与微带线路27之间进行阻抗变换，微带线路一波导管变换器进 行微带模和波导管模的变换动作。由此，将半导体芯片21(21a)输出的毫米波段的高频信号(发送信号)，通过 微带线路27传送到电介质波导管30，并从波导管端子33(33a)输出。将从波导管端子33(33a)输出的高频信号，通过树脂基板4的波导管39输入到天线5的 波导管61。进而，将输入到天线5的波导管61的高频信号，通过天线5内部 的各波导管(波导管61a、波导管槽62a、馈电用波导管槽64a、辐射用波导管槽 66a)和馈电缝隙(馈电缝隙63a、馈电缝隙65a)对天线5的辐射缝隙10电耦合， 从辐射缝隙IO辐射(输出)发送电波。从辐射缝隙IO输出的发送电波，在对外 部的电波进行反射的反射体受到反射后，返回天线5。返回天线5的接收电波被辐射缝隙11接收。将此辐射缝隙11接收的接收 信号，通过天线5的波导管槽66b耦合到馈电缝隙65b。把耦合到馈电缝隙65b 的接收信号，通过天线5内部的各波导管(馈电用波导管槽64b、波导管槽62b、 波导管61b)和馈电缝隙63b输入到波导管61。将输入到波导管61的接收信号， 通过树脂基板4的波导管39输入到波导管端子33。这样输入到波导管端子33 的接收信号(高频信号)由电介质波导管30传送到带线路27,输入到半导体芯片 21(21b)。再者，如图5—l(a)所示，将输出发送信号的发送用的半导体芯片21a和输 入接收信号的接收用的半导体芯片21b，分别收装在不同的腔空间800a、 800b。 腔空间800a、 800b之间竖立密封圈500的中框，设置成不相互电波干扰，因此 确保半导体芯片21a与21b的隔离。如图5 — 2(d)所示，波导管端子33在中间介入环状配置的多个导电接合构 件32，并且如上文所述那样连接到树脂基板4的波导管39。树脂基板4与天 线5对接，并且如上文所述那样将波导管39连接到波导管61。树脂基板4的 波导管39在其开口孔的内周设置接地导体层140，如上文所述。将接地导体层 140在波导管39的开口孔周缘部连接到设置在树脂基板140的上下表面的接地 导体层141。接地导体层141如上文所述那样接入导电接合构件32,并连接到 电介质多层电路板201的下表面的接地导体层142。树脂基板4与天线5对接，并且如上文所述那样利用螺钉连接贴紧。此情 况下，除连接部周边以外的树脂基板4与天线5的接合面上，树脂基板4与天 线5之间产生间隙。此间隙大时，在波导管39与波导管61的连接部产生信号 泄漏。然而，由于在天线5的上表面(背面)设置抑制槽73，形成电短路面，抑
制波导管39与波导管61之间的信号泄漏。再者，抑制槽73在与波导管61之 间隔开自由空间内的信号传播波长人/4的距离，其深度为自由空间内信号传播 波长入/4。又，如图5 — 2(d)所示，高频组件20在与树脂基板4之间配备传输电信号 的信号传输路径。在高频组件20的电介质多层电路板的内层连接导体通路24a 和基片内层的导体带线路(信号线路)25。将导体通路24a通过电路板内层的导体带线路25，连接到电路板内层的导 体通路24b。把各导体通路24b,连接到设置在高频组件20下表面的外周缘的 导体端子171。如图5—l(b)所示，将导体端子171分别并联在多列(图的例子 中为2列)排列在高频组件20的外周的导电连接构件31。使连接在l个导体端 子171的2个导电连接构件31并联且连通相同的信号。又，将导电连接构件31连接到设置在树脂基板4的表面的导体端子172。 由此，使连接在高频组件20的外周的多列导电连接构件31相互并联。因而， 即使设置在高频组件20的最外侧的导电连接构件31断线，如果并联在其内侧 的导电连接构件31不断线，也能防止树脂基板4与高频组件20之间的信号连 接断线。将导体端子172连接到树脂基板的导体通路151，并且连接在基片内层的导 体线路150。导体线路150通过基片内层的导体通路160连接树脂基板4表层 的导体端子173。导体端子173通过导电构件(导线)122连接电子部件3的导体 端子。S卩，以连接在高频组件20的最外侧的多列导电接合构件31为中介，将 树脂基板4和高频组件20电连接。由此，能在高频组件2内的半导体芯片21与树脂基板4上的电子部件3之 间，传输控制信号、监视信号、视频信号、以及电源偏压等低频电信号。如上文所说明，此实施方式中，具有排列倾斜配置的多个辐射缝隙的缝隙 板、与缝隙板对接并形成以辐射缝隙的各排列方向为各自的管轴方向的多列波 导管槽的辐射用波导管板、与辐射用波导管板对接并形成分别与各波导管槽耦 合的多个馈电缝隙的馈电缝隙板、与馈电缝隙板对接并形成连接各馈电缝隙的 多个波导管的馈电用波导管板、以及与馈电用波导管板对接并形成连接各波导
管的多个波导管开口孔的馈电板，并构成以扩散接合将各板接合成一体的天线 (缝隙天线)。还配备连接并固定在天线的馈电板表面上，且具有分别连通天线 的各波导管开口孔的多个波导管开口孔，并载置导体端子、接地导体和电子部 件的树脂基板、以及具有载置高频半导体元件的电介质电路板和将高频半导体 元件连同电介质电路板一起收装的盖体并以多个导电接合构件为中介与树脂 基板接合的高频组件。又，高频组件在组件的外侧具有在接地导体上形成电介 质开口部的波导管端子、导体端子、以及接地导体，并以电介质波导管为中介， 连接该波导管端子和高频半导体元件的高频信号端子，将高频组件的波导管端 子和树脂基板的波导管开口孔配置成对置，将多个导电接合构件配置成包围高 频组件的波导管端子和树脂基板的波导管开口孔四周，并使高频组件的导体端 子和接地导体与树脂基板的导体端子和接地导体接合。艮口，利用扩散接合将具有开口孔的多块薄板接合为一体，构成在天线内盘 旋的波导管，从而能使缝隙天线的辐射缝隙与高频组件的波导管端子之间低损 耗连接，所以取得如下效果。利用扩散接合将多块板接合，合为一体地构成缝隙天线5，从而能在天线5 的内部低价构成连接辐射缝隙，并形成复杂形状的多个波导管41和馈电波导 管。又，通过将这样构成的天线5连接到基片规模小的毫米波段高频组件2的 波导管端子33，能将辐射缝隙侧相邻的波导管的间隔取得长于相邻波导管端子 33的间隔，使波导管能按希望的任意形状和自由位置盘旋。例如能使图4的间 隔L2小于图1的间隔Ll。又，能用图3的馈电缝隙65和图5的波导管端子配 置在基片的面内方向的不同位置。因此，能容易用波导管41连接天线5的辐 射缝隙和高频组件2内的电介质波导管30，将树脂基板4夹在中间，从而能低 价生产高频模件1。又，由于以合为一体地接合缝隙板、波导管板和馈电板的方式形成天线， 能通过两个波导管端子直接连接银焊高频组件(BGA接合)的树脂基板(有机基 片)和天线，从而能进一步薄地构成其连接结构。例如，以往连接天线和树脂基 板时，需要在天线与树脂基板之间夹着内部配置波导管的波导管板(波导管适配 器)地进行连接，并且用螺钉将天线、波导管板和树脂基板固定，取为天线与树
脂基板之间的波导管接口。此情况下，需要利用机械加工将构成波导管槽的板材A和构成波导管开口孔的板材B叠置以构成波导管适配器，而且为了用切削 加工形成板材A的槽并配合波导管角部，在波导管的角部设置空腔(例如参考 日本国特开2004—172688号公报)。因此，难以减小波导管适配器的厚度。然而，本实施方式能合为一体地将波导管内置于天线，因此不需要波导管 适配器。又，能对薄板实施孔加工并且用扩散接合将多块薄板接合为一体地在 波导管角部构成阶梯面，因此波导管角部不需要空腔，能减小配置波导管所需 的厚度。而且，利用扩散接合，从薄板形成天线，从而消除基于切削加工的波 导管深度的制约，能构成将波导管截面的E面H面高度比取为比通常的1: 2 的扁平的尺寸(例如E面H面高度比=1:2.5~1: 16)的波导管。例如，能按采 用波导管适配器时厚度之半的程度构成带波导管接口的薄型天线。又，用多个导电接合构件31、 32(球栅阵)接合树脂基板4和高频组件2，从 而能使高频组件2的波导管端子容易连接树脂基板4的波导管，并能使高频组 件2的导体端子容易连接树脂基板4的导体端子。由此，能一面从高频组件2 对树脂基板4的波导管39传送高频信号，同时还一面在高频组件2与树脂基 板4之间传输控制信号、监视信号、视频信号、以及电源偏压等低频电信号。而且，用多个导电接合构件32合为一体地接合树脂基板4的波导管和高频 组件2的波导管端子，使天线5合为一体地构成波导管，因此在高频组件2的 波导管端子至辐射缝隙之间，离开波导管的部位作为树脂基板4的波导管与天 线5的波导管的接合面。因此，将有可能在波导管结合部产生信号泄漏的地方 仅归结于树脂基板4的波导管与天线5的波导管的接合面，因此可仅对该接合 面在波导管周围设置抑制槽。因此，抑制槽为最小需要限度，能抑制其加工费 用，并能减小泄漏信号。又，天线5的内部按流通介电常数1的空气的要求构成波导管41，因此其 介质损耗极小。因此，能与辐射缝隙IO、 ll之间，以波导管41为中介，高效 率且低损耗地对从高频组件2的波导管端子33输入输出的毫米波段高频信号 进行输入输出。再有，在不锈钢原材料的天线5与陶瓷原材料的高频组件2之间介入树脂
基板，而且用导电接合构件31、 32将高频组件2接合在树脂基板4上，从而 能缓解因各原材料的热膨胀系数不同而产生的热应力。由此，能使高频组件2 的机械强度提高，能抑制例如高频组件2中产生的接合面破裂或剥离。再有，用环状配置的多个导电接合构件，将高频组件2的最外周的导体端 子连接到树脂基板的导体端子，从而即使导电接合构件与高频组件的导体端子 的连接断线，也能利用目视检查方便地进行确认。因此，容易检査树脂基板与 高频组件的连接导通，使产品的连接可靠性进一步提高。而且，用环状配置的多列导电接合构件，将高频组件2的外周的导体端子 并联，从而即使高频组件2的外周的接合面上，最外侧的导电接合构件剥离的 情况下，如果并联的内侧的导电接合构件不剥离，也维持高频组件2的导体端 子与树脂基板的导体端子的导通，因此能使导电接合构件的连接可靠性进一步 提高。工业上的实用性配备此实施方式的天线的高频模件，适合用于输入输出毫米波段高频信号 的毫米波无线通信装置和毫米波雷达。
权利要求
1、一种高频模件，其特征在于，配备具有排列多个辐射缝隙的缝隙板、形成对该辐射缝隙馈电的多个波导管的波导管板、以及形成与该波导管连接的多个波导管开口孔的馈电板，并以扩散接合将该各板连接成一体以构成缝隙天线的天线；连接并固定在所述天线上，且具有分别连通天线的各波导管开口孔的多个波导管开口孔的树脂基板；以及收装高频半导体元件，并具有与高频半导体元件进行信号收发的多个电介质波导管的高频组件，将所述高频组件的各电介质波导管和所述树脂基板的各波导管开口孔配置成对置，并通过多个导电接合构件加以接合。
2、 一种高频模件，其特征在于，配备具有排列多个辐射缝隙的缝隙板、与该缝隙板对接并形成以辐射缝隙的各 排列方向为各自的管轴方向的多列波导管槽的辐射用波导管板、与该辐射用波 导管板对接并形成分别与该各波导管槽耦合的多个馈电缝隙的馈电缝隙板、与 该馈电缝隙板对接并形成与各馈电缝隙连接的多个波导管的馈电用波导管板、 以及与该馈电用波导管板对接并形成与各波导管连接的多个波导管开口孔的 馈电板，并且以扩散接合将该各板连接成一体以构成缝隙天线的天线；连接并固定在所述天线的馈电板表面上，且具有分别连通天线的各波导管 开口孔的多个波导管开口孔，并且载置有导体端子、接地导体、以及电子部件 的树脂基板；以及具有载置有高频半导体元件的电介质电路板以及将高频半导体元件连同电 介质电路板一起收装的盖体，并且通过多个导电接合构件实现与树脂基板接合 的高频组件，所述高频组件在组件的外侧具有在接地导体上形成有电介质开口部的波 导管端子、导体端子、以及接地导体，并且通过电介质波导管，连接该波导管 端子和高频半导体元件的高频信号端子，将所述高频组件的波导管端子和树脂基板的各波导管开口孔配置成对置， 配置所述多个导电接合构件以使其包围所述高频组件的波导管端子和树脂基板的波导管开口孔四周，同时使该高频组件的导体端子和接地导体、与树脂基板的导体端子和接地导体接合。
3、 一种高频模件，其特征在于，配备具有排列多个辐射缝隙的缝隙板、与该缝隙板对接并形成以辐射缝隙的各 排列方向为各自的管轴方向的多列波导管槽的辐射用波导管板、与该辐射用波 导管板对接并形成分别与该各波导管槽耦合的多个馈电缝隙的馈电缝隙板、与 该馈电缝隙板对接并形成与各馈电缝隙连接的多个波导管的馈电用波导管板、 以及与该馈电用波导管板对接并形成与各波导管连接的多个波导管开口孔的 馈电板，并且通过扩散接合将该各板连接成一体以构成缝隙天线的天线；一个面紧贴并固定在所述天线的馈电板表面，且具有分别连通天线的各波导管开口孔的多个波导管的波导管板；连接并固定在所述波导管板的另一个面，且具有分别连通波导管板的各波 导管的波导管开口孔，并载置有导体端子、接地导体、以及电子部件的树脂基 板；以及具有载置有高频半导体元件的电介质电路板以及将高频半导体元件连同电 介质电路板一起收装的盖体，并且通过多个导电接合构件实现与树脂基板接合 的高频组件，所述高频组件在组件的外侧具有在接地导体上形成有电介质开口部的波导管端子、导体端子、以及接地导体，并且通过电介质波导管，连接该波导管端子和高频半导体元件的高频信号端子，将所述高频组件的波导管端子和树脂基板的各波导管开口孔配置成对置， 配置将所述多个导电接合构件以使其包围所述高频组件的波导管端子以及树脂基板的波导管开口孔四周，同时使该高频组件的导体端子以及接地导体、与树脂基板的导体端子和接地导体接合。
4、 如权利要求1至3中任一项所述的高频模件，其特征在于， 所述导电接合构件至少排列多列环状包围所述高频组件的波导管端子四周的列、和沿高频组件的外周配置成环状的列。
5、如权利要求1至3中任一项所述的高频模件，其特征在于， 将配置在所述高频组件外周的导电接合构件，连接到设置在所述树脂基板上的导体端子，并且对控制信号、电源、以及视频信号等低频信号进行输入输出。
全文摘要
提供一种高频模件，其中用扩散接合将由排列辐射缝隙的缝隙板和形成对缝隙板馈电的波导管的多块薄板组成的板接合为一体并构成天线，并且以设置在树脂基板的波导管为中介，将天线的波导管连接到高频组件的电介质波导管，从而低价构成缝隙天线，同时还低损耗地连接缝隙天线的馈电缝隙和高频组件的波导管端子。
文档编号H01Q21/06GK101395759SQ200780001809
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月1日 优先权日2006年2月6日
发明者佐藤晋, 八十冈兴祐, 吉田守, 宇田川重雄, 末田岳志, 松尾浩一, 桥本实, 田牧努, 稻见和喜, 铃木拓也 申请人:三菱电机株式会社