JP2020145622A - 高周波パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ基板からの高周波ノイズ及び入力信号の不要放射を低減する高周波パッケージを得ること。【解決手段】電圧制御発振器２ｂが実装されたデバイス基板５と、デバイス基板５と対向して積層されたアンテナ基板４と、アンテナ基板４のデバイス基板５に対向する面と反対側の面に形成されたアンテナパターン３と、デバイス基板５のアンテナ基板４に対向する面とは反対側の面と、アンテナ基板４のデバイス基板５に対向する面とは反対側の面とを接続する貫通導波路部７と、アンテナ基板４上に、貫通導波路部７の端部を覆うように実装されて、貫通導波路部７に接続されたモノリシックマイクロ波集積回路２ａとを備え、モノリシックマイクロ波集積回路２ａは、電圧制御発振器２ｂから入力される入力信号を基にアンテナパターン３に高周波信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波アンテナ素子を有する送受信装置の高周波パッケージに関する。

集積回路（Integrated Circuit, IC）部品を用いた回路部とアンテナパターンとで構成される高周波アンテナ素子を有する送受信装置の高周波パッケージにおいては、回路部が形成されたデバイス基板と、アンテナパターンが形成されたアンテナ基板とが積層されており、回路部において入力信号の周波数を逓倍することによって高周波信号を生成しアンテナパターンに給電する。

送受信装置の高周波パッケージには、デバイス基板上のＩＣ部品からアンテナパターンへの給電のために、デバイス基板及びアンテナ基板を貫通する導波路である貫通導波路部が設けられる。貫通導波路部は、マイクロ波集積回路導波管変換器を用いた導波管が一般的である。また、特許文献１に開示される高周波装置においては、貫通導波路部は、スルーホール及び導体ピンによる同軸構造となっている。

国際公開第２０１７／０３３５２５号

アンテナ基板表面において露出する貫通導波路部の端部からは、高周波ノイズが放射され、アンテナパターンから放射する高周波信号に影響を及ぼす。このため、回路部の一部をアンテナ基板側に実装し、入力信号からの高周波信号の生成をアンテナ基板上で行うことで、アンテナ基板表面の貫通導波路部の端部からの高周波ノイズの放射を抑制することが試みられている。しかし、高周波信号の基になる入力信号自体も高周波であるため、アンテナ基板の表面の線路からの不要放射は、アンテナパターンから放射する高周波信号に影響を及ぼす。したがって、回路部の一部をアンテナ基板に実装した場合でも、アンテナ基板の表面のアンテナパターン以外の部分を覆うシールドカバーが必要であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アンテナ基板からの高周波ノイズ及び入力信号の不要放射を低減する高周波パッケージを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発振器が実装されたデバイス基板と、デバイス基板と対向して積層されたアンテナ基板と、アンテナ基板のうちデバイス基板に対向する面と反対側の面に形成されたアンテナパターンと、デバイス基板及びアンテナ基板を貫通し、デバイス基板のアンテナ基板に対向する面とは反対側の面と、アンテナ基板のデバイス基板に対向する面とは反対側の面との間に跨がる導波路を形成する貫通導波路部と、アンテナ基板上に、貫通導波路部の端部を覆うように実装されて、貫通導波路部に接続された集積回路部品とを備える。アンテナ基板のうちデバイス基板に対向する面と反対側の面には、貫通導波路部とアンテナパターンとを接続する第１のマイクロストリップ線路が形成されている。デバイス基板のうちアンテナ基板に対向する面とは反対側の面には、貫通導波路部と発振器とを接続する第２のマイクロストリップ線路が形成されている。集積回路部品は、発振器から入力される入力信号を基にアンテナパターンに高周波信号を出力する。

本発明によれば、アンテナ基板からの高周波ノイズ及び入力信号の不要放射を低減できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る高周波パッケージの構造を示す断面模式図 実施の形態１に係る高周波パッケージのアンテナ基板上のモノリシックマイクロ波集積回路と貫通導波路部との接続部分のアンテナ基板側を示す図 実施の形態１に係る高周波パッケージのアンテナ基板上のＩＣ部品と貫通導波路部との接続部分のモノリシックマイクロ波集積回路側を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る高周波パッケージを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る高周波パッケージの構造を示す断面模式図である。高周波パッケージ１は、ＩＣ部品を用いた回路部２とアンテナパターン３とで構成される高周波のアンテナ素子を有する送受信装置である。高周波パッケージ１は、アンテナパターン３が形成されたアンテナ基板４と、電圧制御発振器２ｂが実装されるデバイス基板５とを有する。アンテナ基板４とデバイス基板５とは対向して接着されている。アンテナパターン３は、アンテナ基板４のうちデバイス基板５に対向する面と反対側の面に形成されている。アンテナ基板４上には、モノリシックマイクロ波集積回路２ａがボールグリッドアレイによって表面実装されている。モノリシックマイクロ波集積回路２ａは、はんだバンプ４１及びはんだバンプ４２に接続される。アンテナ基板４上に実装されるモノリシックマイクロ波集積回路２ａは、増幅器及び逓倍器を含んでいる。例えば、モノリシックマイクロ波集積回路２ａは、送信回路部を構成する。アンテナ基板４のデバイス基板５に対向する面と反対側の面には、モノリシックマイクロ波集積回路２ａに接続されたはんだバンプ４１とアンテナパターン３とを接続する第１のマイクロストリップ線路であるマイクロストリップ線路６が形成されている。アンテナパターン３は、送信用のアンテナ素子が形成され、複数配列されてアンテナ素子アレイを構成している。はんだバンプ４２は、アンテナ基板４のグランドパターンに接地される。

デバイス基板５のアンテナ基板４に対向する面とは反対側の面と、アンテナ基板４のデバイス基板５に対向する面とは反対側の面との間には、貫通導波路部７によって導波路が形成されている。貫通導波路部７は、中心導体となるスルーホール４ａと外部導体となるスルーホール４ｂとを有する同軸構造である。スルーホール４ａ，４ｂ、貫通穴の表面は導体で被覆して形成される。デバイス基板５のアンテナ基板４に対向する面とは反対側の面には、貫通導波路部７と電圧制御発振器２ｂとを接続する第２のマイクロストリップ線路であるマイクロストリップ線路８が形成されている。

アンテナ基板４上における貫通導波路部７の端部側には、モノリシックマイクロ波集積回路２ａが搭載されて貫通導波路部７に接続されている。貫通導波路部７のアンテナ基板４側の端部は、モノリシックマイクロ波集積回路２ａで覆われている。したがって、電圧制御発振器２ｂとモノリシックマイクロ波集積回路２ａとは、マイクロストリップ線路８、貫通導波路部７、はんだバンプ４１及びはんだバンプ４２を介して接続されている。

モノリシックマイクロ波集積回路２ａは、電圧制御発振器２ｂから入力される入力信号を基にアンテナパターン３にミリ波、マイクロ波といったＲＦ(Radio Frequency)信号を出力する。以下、ＲＦ信号を高周波信号という。例えば電圧制御発振器２ｂが誘電体の基板内伝搬波長の周波数ｆ_０の発振信号を出力し、モノリシックマイクロ波集積回路２ａが逓倍器により逓倍波を生成し、生成した逓倍波を増幅して送信用のアンテナパターン３に高周波信号を給電する。なお、Ｎを２以上とするとき、逓倍器により生成する逓倍波は、周波数ｆ_０のＮ倍の周波数である。

図２は、実施の形態１に係る高周波パッケージのアンテナ基板上のモノリシックマイクロ波集積回路と貫通導波路部との接続部分のアンテナ基板側を示す図である。アンテナ基板４には複数のスルーホール４ａ，４ｂが形成されており、スルーホール４ａの周囲をグランドに接続されたスルーホール４ｂが取り囲むことによって同軸構造が形成されている。スルーホール４ａは、マイクロストリップ線路８からはんだバンプ４１を介して、モノリシックマイクロ波集積回路２ａに、電圧制御発振器２ｂからの高周波信号を伝送する。スルーホール４ｂはデバイス基板５に形成された図示しないグランドパターンに接地され、マイクロストリップ線路８の端部及びはんだバンプ４１の周囲を非接続に取り囲むように例えばマイクロストリップ線路８が通り抜けるための切り込みの入った馬蹄形状をなしている。

図３は、実施の形態１に係る高周波パッケージのアンテナ基板上のＩＣ部品と貫通導波路部との接続部分のモノリシックマイクロ波集積回路側を示す図である。スルーホール４ａに接続されるはんだバンプ４１の周囲は、グランドに接続されたはんだバンプ４２で囲まれている。グランドに接続されたはんだバンプ４２で囲まれた領域４３からの高周波ノイズの放射は、グランドに接続されたはんだバンプ４２によって抑制される。

このように、実施の形態１に係る高周波パッケージ１は、モノリシックマイクロ波集積回路２ａには貫通導波路部７から高周波信号が入力されるとともに、貫通導波路部７の端部の周囲は、グランドに接続されたはんだバンプ４２によるシールド構造が構成されるため、アンテナパターン３から放射する高周波信号以外の周波数における高周波信号の不要放射、及び入力信号の不要放射を抑制することができる。

なお、貫通導波路部７は、導波管構造とすることもできる。貫通導波路部７を導波管構造とした場合、アンテナ基板４の表面上にはマイクロ波ＩＣ−導波管変換器が配置されないため、変換器からの放射がアンテナパターン３から送信する高周波信号へ影響を与えることを抑制することができる。

さらに、実施の形態１に係る高周波パッケージ１は、アンテナ基板４の表面にモノリシックマイクロ波集積回路２ａを実装しているため、モノリシックマイクロ波集積回路２ａの出力部からアンテナパターン３までの距離を短くすることができ、アンテナ基板４表面のマイクロストリップ線路６における高周波信号の線路損失を低減することができる。加えて、電圧制御発振器２ｂが発生させた高周波信号は、貫通導波路部７を通過した後に、モノリシックマイクロ波集積回路２ａにて逓倍される。送信用のアンテナパターン３に逓倍後の高周波信号を給電することにより、貫通導波路部７での信号損失を比較的抑えることが可能となる。

モノリシックマイクロ波集積回路２ａとアンテナ基板４又はデバイス基板５との接続による入力信号の整合は、デバイス基板５の内層パターン又は貫通導波路部７の芯線にオープンスタブを設けることで行うことができる。

なお、アンテナ基板４上には、複数のモノリシックマイクロ波集積回路２ａをボールグリッドアレイによって表面実装しても良い。また、モノリシックマイクロ波集積回路２ａは、ミクサ、フィルタ回路、及び増幅器を含む受信回路部を構成していても良い。また、アンテナパターン３は受信用のアンテナ素子が形成され、複数配列されてアンテナ素子アレイを構成していても良い。また、この場合、アンテナ基板４の受信信号は、受信用のアンテナパターン３からモノリシックマイクロ波集積回路２ａに伝送され、より低周波の高周波信号に周波数変換された後、貫通導波路部７のスルーホール４ａからマイクロストリップ線路８に伝送するように構成しても良い。例えば、Ｎを２以上の整数とするとき、モノリシックマイクロ波集積回路２ａにおいて、アンテナ基板４の受信信号を１／Ｎ倍の周波数に周波数変換してもよい。モノリシックマイクロ波集積回路２ａにおいて、１／Ｎ倍の低周波に周波数変換してから、マイクロストリップ線路８に高周波信号を伝送することにより、貫通導波路部７での信号損失を比較的抑えることが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 高周波パッケージ、２ 回路部、２ａ モノリシックマイクロ波集積回路、２ｂ 電圧制御発振器、３ アンテナパターン、４ アンテナ基板、４ａ，４ｂ スルーホール、５ デバイス基板、６，８ マイクロストリップ線路、７ 貫通導波路部、４１，４２ はんだバンプ、４３ 領域。

Claims (3)

1. 発振器が実装されたデバイス基板と、
   前記デバイス基板と対向して積層されたアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板のうち前記デバイス基板に対向する面と反対側の面に形成されたアンテナパターンと、
   前記デバイス基板及び前記アンテナ基板を貫通し、前記デバイス基板の前記アンテナ基板に対向する面とは反対側の面と、前記アンテナ基板の前記デバイス基板に対向する面とは反対側の面との間に跨がる導波路を形成する貫通導波路部と、
   前記アンテナ基板上に、前記貫通導波路部の端部を覆うように実装されて、前記貫通導波路部に接続された集積回路部品とを備え、
   前記アンテナ基板のうち前記デバイス基板に対向する面と反対側の面には、前記貫通導波路部と前記アンテナパターンとを接続する第１のマイクロストリップ線路が形成されており、
   前記デバイス基板のうち前記アンテナ基板に対向する面とは反対側の面には、前記貫通導波路部と前記発振器とを接続する第２のマイクロストリップ線路が形成されており、
   前記集積回路部品は、前記発振器から入力される入力信号を基に前記アンテナパターンに高周波信号を出力することを特徴とする高周波パッケージ。
2. 前記貫通導波路部は、同軸構造であることを特徴とする請求項１に記載の高周波パッケージ。
3. 前記貫通導波路部は、中心導体となるスルーホールの周囲をグランドに接続された外部導体となるスルーホールで囲んだ構造であることを特徴とする請求項２に記載の高周波パッケージ。

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