JP3930748B2 - Microwave circuit and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は導体で空間を囲んだマイクロ波伝送路内に半導体素子を固定したマイクロ波回路に関し、特に組立工数が少なく耐電圧に優れ、パルスレーダ等の大きなピーク電力を扱う装置のダイオードリミッタ等に好適なマイクロ波回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ピーク電力の大きなパルスレーダ装置等に用いられるマイクロ波回路には、従来から導波管が用いられている。これは、導波管は大きな電力に耐えることができ、かつ伝送損失が小さいといった長所を持っているからである。この導波管内に半導体素子を取り付けたマイクロ波回路として、例えばダイオードリミッタがある。導波管を用いたダイオードリミッタとして、導波管から突き出したポストにダイオードを固定する図5に示した構造、リッジ導波管を用いる構造のもの等が知られている。
【0003】
図5に示した構造のダイオードリミッタにおいて、そこに使用されるPINダイオード60A,60Bはピルパッケージと呼ばれるもので、ポスト70A,70Bで導波管80内に押さえつけた構造となっている。しかし、この構造は組立工数が多くかかり、大量生産やコストダウンを行なうには不向きである。また、ピルパッケージはダイオードチップをパッケージ化する工程の自動化が難しく、組立工数が多くかかり、この点もコストダウンに向かない原因の一つとなっている。
【0004】
そこで、大量生産に好適なマイクロ波回路として平面回路、例えばマイクロストリップ線路等が考えられる。しかし、マイクロストリップ線路は回路を構成する誘電体基板表面の耐電圧が小さく、パルスレーダ用のダイオードリミッタ等に適用すると、回路表面で放電が生じる可能性が高く、信頼性の観点から使用に耐えない。
【0005】
また、マイクロ波回路として、導波管90と平面回路100を組合せた図6に示した構造のフィンラインも考えられるが、これもPINダイオード110A,110Bを取り付ける部分は電極間隔が狭くなり、平面回路100の誘電体基板120としてエポキシ等の樹脂を用いたものでは耐電圧が小さく放電を生じる可能性があり、信頼性が低い。平面回路100の基板材料としてセラミックを用いたものは、耐電圧では問題はないが、当該基板を導波管90に固定する際に基板の割れ等の損傷が生じ易く、使用は困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、導波管を使用したマイクロ波回路はコストダウンに不向きであり、大量生産に好適な平面回路を使用したマイクロ波回路は耐電圧に劣り信頼性に欠けるといった問題点があった。
【0007】
本発明は上記問題点を解消し組立工数が比較的少なくてすみ、かつ耐電圧に優れたマイクロ波回路およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1にかかる発明は、導体で空間を囲んだマイクロ波伝送路内に半導体素子を固定したマイクロ波回路において、前記半導体素子は誘電体基板の導体回路表面に固定され、前記誘電体基板の前記導体回路を形成した面はマイクロ波の進行方向に平行に、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行に、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる付近に設置され、前記誘電体基板は前記半導体素子の直下部分にくり抜き孔が形成されていることを特徴とするマイクロ波回路とした。
【0009】
請求項2にかかる発明は、請求項1記載のマイクロ波回路の製造方法であって、くり抜き孔を持った誘電体基板を作成する工程と、前記誘電体基板の前記くり抜き孔にまたがるように前記誘電体基板の導体回路表面に前記半導体素子を半田付けする工程と、前記半導体素子が半田付けされた前記誘電体基板を、導体の筺体内に、前記導体回路表面が、マイクロ波の進行方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる位置に取り付ける工程と、を少なくとも含むことを特徴とするマイクロ波回路の製造方法とした。
【0013】
【発明の実施の形態】
[参考例]
図1〜図3は参考例のマイクロ波回路をレーダ装置のダイオードリミッタに適用した説明図である。10は中央部分にくり抜き孔11が形成され4隅に取付孔12が形成される形状にパターニングされた導電性の金属板、20A,20Bは表面実装型で耐電圧の良好なセラミック又はガラス等でパッケージ化されたPINダイオード、30A,30Bは導波管を構成する導電性材料からなる筺体、40は取付ネジである。
【0014】
金属板10のくり抜き孔11は、図1(a)、(b)に示すように、上下2分割するよう形成され、PINダイオード20Aを実装するための対向する対の突起111,112、PINダイオード20Bを実装するための対向する対の突起113,114、後で切除するつなぎ部115,116、一方のつなぎ部115の両端に形成された切欠部117、他方のつなぎ部116の両端に形成された切欠部118が設けられている。
【0015】
筺体30A,30Bは、図2に示すように、導波管用空間を形成するための凹部31、金属板10が位置決めされる凹部32、ネジ止め用の取付孔33がそれぞれに形成されている。
【0016】
組立工程を図1〜図3に沿って説明する。まず、所望の特性が得られるような図1に示すようなパターンのくり抜き孔11が形成されるよう金属板をくり抜き、パターニングされた金属板10を作成する。このくり抜きは、エッチングの手法やプレスによる打ち抜き等を用いることで、低コストでパターン精度良く実行可能である。
【0017】
次に、この金属板10の突起111,112の間にまたがるようにPINダイオード20Aを、突起113,114の間にまたがるようにPINダイオード20Bを、図1(b)に示すように各々半田付けする。この半田付けは、従来から用いられている半田印刷機、プリント基板上に部品を搭載するマウンター、半田を溶かし固定するリフロー炉等用いて実行可能である。
【0018】
次に、PINダイオード20A,20Bを半田付けした金属板10を図2に示すように筐体30A,30Bの凹部32に位置決めしてから両筺体30A,30Bではさみ込み、図3(a)に示すように、取付ネジ40を筺体30A,30Bの取付孔33および金属板10の取付孔12に取り付けて、金属板10を筺体30A,30Bに固定する。
【0019】
次に、金属板10の切欠部117,118を切断することで、つなぎ部115,116を金属板10から切り離すと、金属板10は上下に2分割され、図3(b)の状態に組み立て上がる。なお、金属板10の切欠部117,118は、PINダイオード20A,20Bを半田付けする工程および筐体30A,30Bに金属板10をはさみ込む工程で金属板10の形状が崩れず、かつ切り取る際に簡単に切り取ることのできる寸法に設定されている。
【0020】
以上の結果、筺体30A,30Bの凹部31が相対向してそこに導波管が形成され、その導波管内において上下に2分割された金属板間にPINダイオード20A,20Bが搭載されて、ダイオードリミッタが構成されることになる。
【0021】
このダイオードリミッタは、導波管中の金属板10がマイクロ波(TE10波)の高周波電界が最大となる位置(中央)に設置されており、高周波電界は上下2分割された金属板間に印加されることになる。従って、上下2分割された金属板の間の沿面はPINダイオード20A,20Bのパッケージ沿面のみとなり、パッケージにセラミック等の耐電圧の大きなものを用いることで放電等の不具合を防ぐことが可能である。
【0022】
以上から、本参考例のダイオードリミッタは、高周波電界が集中し放電が生じ易いPINダイオード電極間に基板が無いので、その基板沿面で放電することが無く、高い信頼性が得られる。また、その組立においては、PINダイオードを金属板に実装する際に、平面回路の組立と同様に従来からの自動機で表面実装ができ、大量生産に好適である。
【0023】
[実施形態]
図4に本発明のマイクロ波回路をレーダ装置のダイオードリミッタに適用した実施形態を示す。50は誘電体基板、51,52はその誘電体基板50の導体パターン、53はくり抜き孔、54は取付孔である。くり抜き孔53には、図4(a)に示すように、PINダイオード20A,20Bを実装するための対向する対の突起531,532、つなぎ部532,533が設けられ、一方の導体パターン51は突起531の先端まで2本に分岐して伸び、他方の導体パターン52は突起532の先端まで2本に分岐して伸びている。
【0024】
本実施形態では、PINダイオード20A,20Bを、突起531,532間にまたがり導体パターン51,52に接続されるように、半田付けし実装する。PINダイオード20A,20Bを実装した誘電体基板50は、図2,図3で説明した前記参考例と同様に、筐体30A,30Bで挟み込み、取付ネジ40で固定することにより、導体パターン51は筺体30A,30Bの上部分に接続され、導体パターン52は下部分に接続され、図4(b)に示すようなダイオードリミッタとなる。
【0025】
本実施形態の誘電体基板50は、その導体パターン51,52の面が筐体30A,30Bの凹部31が作る導波管のマイクロ波(TE10波)の進行方向に平行に、かつ高周波電界方向に平行に、かつ高周波電界が最大すなわち筐体と誘電体基板の取り付け部分で高周波電流が最小となる位置に設置している。従って、これらの取り付け部分が軟接触で僅かな隙間があったとしても、この部分からのマイクロ波の漏洩が最小限に抑えられる構成となっている。
【0026】
本実施形態では誘電体基板50は上下2つに分割すること無く、そのままで所定の特性を満足できる設計となっている。もちろん、図3(b)と同様に誘電体基板50のつなぎ部532,533の両端に切欠部を設け組立の最終段階でその切欠部を切断して2分割することも可能である。
【0027】
本実施形態では誘電体基板50の沿面はPINダイオード20A,20Bの電極間ではなく、図4(a)で示した寸法L(導体パターン51,52の外側の離間距離)であり、耐電圧に支障が無い程度にこの寸法Lを設定する。2分割すれば、前記第1の実施形態と同様に沿面はPINダイオード20A,20Bのパッケージ沿面のみとなり、さらに信頼性の良いダイオードリミッタが得られる。
【0028】
また、ダイオードリミッタではPINダイオード部分に大きな高周波電界が印加されるが、図6に示した従来のフィンライン構造ではPINダイオード110A,110Bの付近に誘電体基板120が存在する為、その基板120による高周波電界でのマイクロ波の電力ロスも大きくなる。これに対し、本実施形態の図4のダイオードリミッタでは、電力ロスの原因となる誘電体基板50がPINダイオード20A,20Bの電極取り付け部分のみの最小限にとどめられている為、フィンライン構造よりもマイクロ波のロスを小さくできる。
【0029】
[その他の実施形態]
なお、以上の実施形態ではPINダイオード20A,20Bの実装を半田付けで行ったが、フリップチップボンダーを用いた実装も可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のマイクロ波回路によれば、PINダイオード等の半導体素子の周囲には必要最小限の誘電体基板が存在するのみであるので、ピーク電力の大きなマイクロ波を扱うレーダ装置のダイオードリミッタ等として信頼性の良い製品が低コストで提供可能となる。また、半導体素子をインパットダイオードとした発振器への適用も可能であり、この場合も少ない組立工数でインパット発振器が生産可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例のダイオードリミッタに使用する金属板を示す図であり、(a)はPINダイオードを取り付ける前の斜視図、(b)はPINダイオードを取り付けた後の斜視図である。
【図2】 本発明の参考例のダイオードリミッタの組立工程を示す斜視図である。
【図3】 本発明の参考例のダイオードリミッタの全体を示す図であり、(a)はPINダイオードを取り付けた金属板を筐体に組込んだ斜視図、(b)は金属板の一部を切り取った斜視図である。
【図4】 本発明の実施形態のダイオードリミッタを示す図であり、(a)は誘電体基板にPINダイオードを取り付けた斜視図、(b)はPINダイオードを取り付けた誘電体基板を筐体に組込んだ斜視図である。
【図5】 ポストを用いた従来のダイオードリミッタを示す一部切り欠きの斜視図である。
【図6】 フィンライン構造の従来のダイオードリミッタを示す一部切り欠きの斜視図である。
【符号の説明】
10:金属板、11:くり抜き孔、12:取付孔、111〜114:突起、115,116:つなぎ部、117,118:切欠部
20A,20B:PINダイオード
30A,30B:筺体、31:凹部、32:凹部、33:取付孔
40:取付ネジ
50:誘電体基板、51、52:導体パターン、53:くり抜き孔、531,532:突起、54:取付孔
60A,60B:PINダイオード
70A,70B:ポスト
80:導波管
90:導波管
100:平面回路
110A,110B:PINダイオード
120:誘電体基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave circuit in which a semiconductor element is fixed in a microwave transmission path surrounded by a conductor. Particularly, the invention has a small number of assembly steps, is excellent in withstand voltage, and is used as a diode limiter of a device that handles a large peak power such as a pulse radar. It relates to a suitable microwave circuit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a waveguide is used in a microwave circuit used in a pulse radar device having a high peak power. This is because the waveguide has an advantage that it can withstand a large electric power and has a small transmission loss. As a microwave circuit in which a semiconductor element is mounted in the waveguide, for example, there is a diode limiter. As a diode limiter using a waveguide, a structure shown in FIG. 5 in which a diode is fixed to a post protruding from the waveguide, a structure using a ridge waveguide, and the like are known.
[0003]
In the diode limiter having the structure shown in FIG. 5, the
[0004]
Therefore, a planar circuit such as a microstrip line can be considered as a microwave circuit suitable for mass production. However, the microstrip line has a low withstand voltage on the surface of the dielectric substrate that constitutes the circuit, and when applied to a pulse limiter diode limiter, etc., there is a high possibility that discharge will occur on the circuit surface, and it can be used from the viewpoint of reliability. Absent.
[0005]
As a microwave circuit, a fin line having the structure shown in FIG. 6 in which the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a microwave circuit using a waveguide is not suitable for cost reduction, and a microwave circuit using a planar circuit suitable for mass production has a problem that it has poor withstand voltage and lacks reliability. .
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microwave circuit that eliminates the above-described problems, requires a relatively small number of assembly steps, and has an excellent withstand voltage, and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a microwave circuit in which a semiconductor element is fixed in a microwave transmission path surrounded by a conductor. The semiconductor element is fixed to a conductor circuit surface of a dielectric substrate. in parallel to the advance direction of the surface formed with said conductor circuit is a microwave, and in parallel with the high-frequency electric field direction of the microwave, and a high frequency electric field of the microwaves is disposed in the vicinity of maximum, the dielectric substrate prior Symbol The microwave circuit is characterized in that a hole is formed in a portion immediately below the semiconductor element.
[0009]
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing a microwave circuit according to claim 1, wherein the dielectric substrate having a cut-out hole is formed, and the microwave substrate extends over the cut-out hole of the dielectric substrate. Soldering the semiconductor element to the conductor circuit surface of the dielectric substrate; and the dielectric substrate to which the semiconductor element is soldered; the conductor circuit surface having a microwave traveling direction; A method of manufacturing a microwave circuit including at least a step of being parallel and parallel to the direction of the high-frequency electric field of the microwave and attaching to a position where the high-frequency electric field of the microwave is maximized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[ Reference example ]
1 to 3 is a explanation view of applying the microwave circuit of the reference example to the diode limiter radar device. 10 is a conductive metal plate patterned in a shape in which a
[0014]
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the cut-out
[0015]
As shown in FIG. 2, the housings 30 </ b> A and 30 </ b> B are respectively formed with a
[0016]
The assembly process will be described with reference to FIGS. First, the metal plate is cut out to form a
[0017]
Next, the
[0018]
Next, the
[0019]
Next, when the
[0020]
As a result, the
[0021]
In this diode limiter, the
[0022]
From the above, the diode limiter of the present reference example has no substrate between the PIN diode electrodes where the high-frequency electric field is concentrated and discharge is likely to occur. Therefore, there is no discharge along the substrate surface and high reliability is obtained. Further, in the assembly, when mounting the PIN diode on the metal plate, it can be surface-mounted by a conventional automatic machine like the assembly of the planar circuit, which is suitable for mass production.
[0023]
[Implementation form]
Figure 4 shows the implementation form of the microwave circuit is applied to the diode limiter of the radar apparatus of the present invention. 50 is a dielectric substrate, 51 and 52 are conductor patterns of the
[0024]
In this embodiment, the
[0025]
In the
[0026]
In the present embodiment, the
[0027]
In the present embodiment, the creeping surface of the
[0028]
In the diode limiter, a large high-frequency electric field is applied to the PIN diode portion. In the conventional fin line structure shown in FIG. 6, the
[0029]
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the
[0030]
【The invention's effect】
According to the microwave circuit of the present invention as described above, since it is only necessary minimum dielectric base plate around the semiconductor element such as a PIN diode is present, radar to handle the large microwave peak power As a device diode limiter or the like, a reliable product can be provided at a low cost. Also, the present invention can be applied to an oscillator in which a semiconductor element is an impatt diode. In this case, an impatt oscillator can be produced with a small number of assembly steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a metal plate used in a diode limiter of a reference example of the present invention, (a) is a perspective view before attaching a PIN diode, and (b) is a perspective view after attaching the PIN diode. is there.
FIG. 2 is a perspective view showing an assembling process of a diode limiter according to a reference example of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an entire diode limiter according to a reference example of the present invention, in which FIG. 3A is a perspective view in which a metal plate with a PIN diode attached is incorporated in a housing, and FIG. 3B is a part of the metal plate. It is the perspective view which cut off.
[Figure 4] is a diagram showing a diode limiter implementation form of the present invention, (a) is a perspective view of attaching the PIN diodes on the dielectric substrate, the dielectric substrate fitted with (b) is a PIN diode housing It is the perspective view integrated in.
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a conventional diode limiter using a post.
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a conventional diode limiter having a fin line structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Metal plate, 11: Hollow hole, 12: Mounting hole, 111-114: Protrusion, 115,116: Connection part, 117,118: Notch
Claims (2)
前記半導体素子は誘電体基板の導体回路表面に固定され、前記誘電体基板の前記導体回路を形成した面はマイクロ波の進行方向に平行に、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行に、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる付近に設置され、前記誘電体基板は前記半導体素子の直下部分にくり抜き孔が形成されていることを特徴とするマイクロ波回路。In a microwave circuit in which a semiconductor element is fixed in a microwave transmission path surrounded by a conductor,
The semiconductor element is fixed to a conductor circuit surface of a dielectric substrate, and a surface of the dielectric substrate on which the conductor circuit is formed is parallel to a microwave traveling direction, parallel to a microwave high-frequency electric field direction, and microscopic. installed near the high-frequency electric field of the wave is maximum, the microwave circuit, characterized in that the dielectric substrate is formed is hollowed hole just below the part before Symbol semiconductor device.
くり抜き孔を持った誘電体基板を作成する工程と、 Creating a dielectric substrate with cutout holes;
前記誘電体基板の前記くり抜き孔にまたがるように前記誘電体基板の導体回路表面に前記半導体素子を半田付けする工程と、 Soldering the semiconductor element to the conductor circuit surface of the dielectric substrate so as to straddle the cutout hole of the dielectric substrate;
前記半導体素子が半田付けされた前記誘電体基板を、導体の筺体内に、前記導体回路表面が、マイクロ波の進行方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界方向と平行になり、かつマイクロ波の高周波電界が最大となる位置に取り付ける工程と、 The dielectric substrate to which the semiconductor element is soldered is placed in a conductor housing, and the surface of the conductor circuit is parallel to the microwave traveling direction and parallel to the microwave high-frequency electric field direction. Attaching to the position where the high-frequency electric field of the wave is maximum,
を少なくとも含むことを特徴とするマイクロ波回路の製造方法。 A method for manufacturing a microwave circuit, comprising:
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