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JP2004320460A - Micro strip line-waveguide transformer and its manufacturing method - Google Patents

Micro strip line-waveguide transformer and its manufacturing method Download PDF

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JP2004320460A
JP2004320460A JP2003111739A JP2003111739A JP2004320460A JP 2004320460 A JP2004320460 A JP 2004320460A JP 2003111739 A JP2003111739 A JP 2003111739A JP 2003111739 A JP2003111739 A JP 2003111739A JP 2004320460 A JP2004320460 A JP 2004320460A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
substrate
microstrip line
multilayer substrate
metal foil
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003111739A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Oikawa
和夫 及川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2003111739A priority Critical patent/JP2004320460A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microstrip-waveguide transformer in which a substrate manufacturing process is simple and which has a low loss, and large degree of freedom of selecting the substrate and layer structure, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: A waveguide probe pattern is provided on a first dielectric substrate on the surface of a multilayer substrate. Other substrate except the first dielectric substrate and an adhesive sheet for adhering between the substrates are cut out to match the shape of the waveguide. The substrate and the sheet are laminated to form a waveguide cavity in the multilayer substrate. A through hole operating as the wall of the waveguide is formed in a sufficiently narrow interval at the periphery of the waveguide cavity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にマイクロ波、ミリ波帯の高周波信号を伝送する多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロストリップ線路で構成したマイクロ波回路を有する基板上に導波管変換部を形成する方法として、いくつかの例が知られている。図8、図9は多層基板を用いた代表的なマイクロストリップ線路−導波管変換器の例で、これらに関連する技術は例えば特開平11−41010号公報(特許文献1)に開示されている。
【0003】
図8は従来の多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器の多層基板の一例の構造を示した図で、(a)は上面パターン図、(b)は導波管プローブに沿った断面図、(c)は下面パターン図である。多層基板を構成する第1誘電体基板2の表面には、導波管プローブとして機能する先端開放マイクロストリップ線路1aと接地側導体パターン1bからなる上面パターンが形成され、第1誘電体基板2の裏面には、導波管管内に相当する金属箔が除去された第2金属箔層3が積層形成されている。また多層基板を構成する第2誘電体基板5の裏面には、導波管管内に相当する金属箔が除去された第3金属箔層6が積層形成されている。そして、第1誘電体基板2と第2誘電体基板5を接着シート4で接着している。導波管管内に相当する部分の周辺には、多層基板を貫通するスルーホール9が、入出力する高周波信号の周波数の波長に対して十分に狭い間隔で配置されている。このような構造のマイクロストリップ線路−導波管変換器は、第1及び第2誘電体基板2、5の誘電体損失による変換損が大きくなるため、多層基板を構成する誘電体基板全てに損失の少ない、高価な高周波用基板を用いる必要がある。
【0004】
図9は従来の多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器の別の多層基板の一例で、(a)は上面パターン図、(b)は導波管プローブに沿った断面図、(c)は下面パターン図である。多層基板の内層に導波管プローブパターン25aを形成し、その上面に当たる接着シート24、第3誘電体基板23および第4金属箔層22を切り欠いて導波管変換部を構成したものである。図において26は第4誘電体基板(図8の2に相当)、27は第5金属箔層(図8の3に相当)、28は接着シート(図8の4に相当)、29は第5誘電体基板(図8の5に相当)、30は第6金属箔層(図8の6に相当)である。このような構造を実現するためには、導波管プローブパターン25aを先に形成した後、第3誘電体基板23、接着シート24、第4誘電体基板26、接着シート28、第5誘電体基板29を積層し、その後にスルーホール9の穴加工、スルーホール内壁のメッキ、表面パターン形成の順に形成することができる。しかし、切り欠いて露出する第4誘電体基板26へのメッキ金属の付着を避けるために、たとえば切り欠き部への樹脂充填、除去といった工程も必要となり、製造工程が複雑になるという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、基板の切り欠きを行わず導波管変換部を構成した場合には、導波管プローブパターンを形成する基板以外の基板材質にも損失の少ない高価な高周波用基板を選択する必要があった。また、たとえ高周波用基板を用いたとしても、導波管プローブの周辺に誘電体が存在するため、変換損失の増大は避けられない。さらに損失を低減させるには誘電体部分をできるだけ薄くする必要があるが、そのため基板の層数、基板の厚さ等に制限が生じ、設計の自由度が少なくなるなどの問題点があった。
また、導波管プローブパターンを内層基板に形成しその上層の基板を切り欠く場合には、切り欠き部を形成するために特別な工程が必要となり工程が複雑になるという問題もあった。
【0006】
本発明は上記各問題点を解決し、基板製造工程が単純で、低損失かつ基板選定、層構成の自由度の大きいマイクロストリップ−導波管変換器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路と導波管の変換を行う多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器であって、前記多層基板は、表面の誘電体基板上に金属箔層により形成されたマイクロストリップ線路および先端開放マイクロストリップ線路からなる導波管プローブパターンと、該導波管プローブパターン周辺の導波管管壁に相当する位置に、前記高周波信号の周波数の波長に対して十分に狭い間隔で配置された貫通スルーホールと、前記誘電体基板裏面に積層された別の基板を導波管の形状に合わせて切り欠いた空洞部とを有し、前記導波管プローブパターンから前記高周波信号の周波数の略1/4波長の距離に導波管短絡面を有する筐体と、前記空洞部の形状に合わせた導波管出力開口部を有する別の筐体とで、前記多層基板が挟持されていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項2に係る発明は、請求項1記載のマイクロストリップ線路−導波管変換器において、前記多層基板を前記高周波信号の周波数の略1/4波長の厚さとし、前記空洞部を平板形状の筐体で覆うことにより前記導波管短絡面を形成し、前記空洞部の形状に合わせた導波管出力開口を有する別の筐体とで、前記多層基板が挟持されていることを特徴とするものである。
【0009】
請求項3に係る発明は、高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路と導波管の変換を行う多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器の製造方法において、前記多層基板を形成する工程は、一面に第1金属箔層が、裏面に第2金属箔層がそれぞれ積層する誘電体基板を用意する工程と、該誘電体基板の前記第2金属箔層を、導波管の形状に合わせて除去する工程と、別の基板、および前記誘電体基板の裏面と前記別の基板とを接着する接着シートを用意し、該別の基板および前記接着シートを導波管の形状に合わせて切り欠く工程と、前記誘電体基板および前記別の基板を前記接着シートで接着した多層基板を形成する工程と、前記導波管の形状に切り欠いた周辺の導波管管壁に相当する位置に、前記高周波信号の周波数の波長に対して十分に狭い間隔で配置された貫通スルーホールを形成する工程と、少なくとも前記第1金属箔層をパターニングし、導波管プローブパターンを形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明のマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の構造図で、(a)は上面パターン図、(b)は導波管プローブに沿った断面図、(c)は内層パターン図、(d)は下面パターン図である。多層基板を構成する第1誘電体基板2の表面には、導波管プローブとして機能する先端開放マイクロストリップ線路1aと接地側導体パターン1bからなる上面パターンが形成され、第1誘電体基板2の裏面側には、導波管管内の相当する金属箔が除去された(上記内層パターン)第2金属箔層3が積層形成されている。また多層基板を構成する第2誘電体基板5の裏面には、導波管管内に相当する金属箔が除去された(上記下面パターン)第3金属箔層6が積層形成されている。そして、第1誘電体基板2と第2の誘電体基板5を接着シート4で接着している。
【0011】
本発明では、導波管プローブパターン1aを形成する第1誘電体基板2以外の誘電体基板は、導波管の形状に合わせ導波管の管内に相当する部分を切り欠いて、上記第1誘電体基板2を上面とする導波管空洞部10を形成している。また、導波管空洞部10の周辺は使用する波長に対して十分に短い間隔のスルーホール9を配置し、導波管壁としての機能をはたしている。なお、図中導波管プローブに沿って配置されているスルーホール9は、導波管内部の電磁界エネルギーがプローブに結合せずにマイクロストリップ線路側の空間へ漏れ出すことを防ぎ、またマイクロストリップ線路から外部への放射、マイクロストリップ線路への外部からの雑音信号の流入を防ぐためのシールドとして形成されたものである。
【0012】
次に、図2、図3を用いて図1に示した多層基板に外部導波管を結合したマイクロストリップ線路−導波管変換器について説明する。図2は本発明の多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器の構造を示した図で、(a)は1/4波長短絡導波管部14を有する筐体13、(b)は図1に示した多層基板、(c)は導波管出力部を有する筐体11のそれぞれ斜視図である。図3(a)、(b)、(c)は図2(a)、(b)、(c)の斜視図の導波管プローブに沿ったそれぞれに対応する断面図である。外部の導波管を多層基板に結合するには図2、図3に示すように、導波管プローブから高周波信号の波長のおよそ1/4波長に相当する位置に短絡面を有する1/4波長短絡導波管部14と、導波管出力部を有する筐体11で、開口部12が多層基板の導波管空洞部10に一致する位置に配置して挟み込むように構成されている。
【0013】
図4は本発明の他の実施形態を示した図で、(a)は導波管出力部筐体の断面図、(b)は1/4波長空洞部付き多層基板の断面図、(c)は平面金属板の断面図である。この実施形態は本発明の利点である第2、第3の基板の材質、厚みが変換損失に対する影響を及ぼさないという特徴を生かし、基板全体の厚さを高周波信号の周波数の略1/4波長の長さ(λg/4)とほぼ一致させることにより、導波管空洞部10の下部開口面を平面金属板13aで被蓋して導波管の短絡面を形成したものである。このように構成することによって1/4波長短絡導波管部14を有する筐体13を形成するような加工工程が不要になる。また、この金属板13aは裏面が全面接地面となるプリント基板でもよく、後工程でハンダ付けすることによっても形成でき、筐体構造の設計の自由度が大きくなる。なお、この場合には外部の導波管入出力部筐体11は第1誘電体基板表面の導波管プローブパターン1aの上部に導波管空洞部10と一体となる位置に配置される。
【0014】
なお、図4中7a、7b、7cはそれぞれ誘電体基板であり、導波管プローブパターン1aから短絡面までの距離を調節するため、複数の誘電体基板を張り合わせていること示すものである。また、8は金属箔膜である。
【0015】
図5は本発明のさらに別の実施形態を示した図で、(a)、(c)はそれぞれ導波管プローブに沿った 1/4波長短絡導波管部筐体13および導波管出力部筐体11 の断面図である。(b)は基板断面図であり、導波管プローブパターン1aを有する第1誘電体基板2の裏面に、導波管空洞部21に相当する部分を切り欠いた金属板20を接着シート19で貼り合わせ多層基板を構成した構造となっている。発熱の大きい半導体デバイスを誘電体基板上に実装する場合は、このように金属板20を積層することにより、放熱効果が高まる。外部導波管を結合してマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成するには、図3と同じく、1/4波長短絡導波管部筐体13および導波管出力部筐体11を多層基板の導波管空洞部21を挟んで相対する位置に配置すればよい。
【0016】
次に、図1で説明したマイクロストリップ線路−導波管変換器に用いられる多層基板の製造方法を例にとり、本発明の製造方法を説明する。まず、図6に示すように表面に第1金属箔層1、裏面に第2金属箔層3が形成された第1誘電体基板2を用意する。第1誘電体基板2の裏面の第2金属箔層3表面にレジストフィルム15を貼りつける(工程a)。マスク露光、現像、エッチング、レジスト剥離の各処理を経て第2金属箔層3の導波管内部に相当する部分を除去する(工程b)。この工程bは、後述する工程iの金属パターン17と同時に第2の金属箔層3を除去する場合は、省略することができる。一方、この工程とは別個独立して、接続シート4を用意し、ルータ加工用エンドドリル16等を用いて、接続シート4に穴部を形成する。この穴部は、後工程で多層基板を形成した際、導波管空洞部を構成する(工程c)。この接着シートは、樹脂流れの小さいローフロータイプを使用すると、第1誘電体基板2側への樹脂付着を防ぐことができる。更に第3金属箔層6が形成された第2誘電体基板5を用意し、ルータ加工用エンドドリル16等を用いて、第2誘電体基板5および第3金属箔層6に穴部を形成する。この穴部もまた、後工程で多層基板を形成した際、導波管空洞部を構成する(工程d)。
【0017】
なお、導波管変換器の形態によって、多層基板全体の厚さを1/4波長に設定するため、第2誘電体基板5を複数の誘電体基板を積層した多層基板を用いることや(図4の誘電体基板7a、7b、7cに相当)、金属板(図5の金属板20に相当)を用いることができる。次に各部材(第1誘電体基板、接着シート、第2誘電体基板)を、切り欠いた導波管管内に相当する部分を一致させるように配置し、加熱圧縮し張り合わせる(工程e)。
【0018】
次に図7に示すように、張り合わせた基板にスルーホール穴加工を行い、スルーホール内壁にメッキを行い、スルーホール9を形成する。この場合、導波管空洞部10の内壁は特別な処置をしないためメッキされ、金属パターン17が形成されるので、後工程で除去する。次に表裏面にレジストフィルム18を貼りつける(工程g)。そして、レジストフィルム18にパターンを形成するためのマスクを合わせ、露光、現像することで残したいパターン以外のレジストフィルム18を除去する(工程h)。この際、スルーホール穴9は内層の金属がエッチングされないようにレジストを残しておくが、導波管空洞部10のレジストは除去する。続いて、パターンエッチングにより不要な部分の金属を除去すると、導波管空洞部10内の金属パターン17も同時に除去される。その後レジストフィルム18を除去する(工程i)。ここで、エッチング条件を適宜調整することにより、前述の工程bで行っている第2金属箔層3を除去することができる。最後にソルダレジスト形成、メッキ工程等を経て、多層基板を形成することができる。
【0019】
本発明のマイクロストリップ線路−導波管変換器は、このような製造工程により形成することにより、誘電体基板の誘電体損失による変換損を小さくすることができるため、高価な高周波用基板を用いる必要がなく、製造コストを抑えることができる。また本発明の製造方法によると、予め導波管の形状に合わせて加工した複数の基板を貼り合わせるだけで、所望の構造を形成することができ、特殊な装置などを使用することもなく、簡便の製造方法である。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、導波管プローブパターンを形成する第1誘電体基板は高周波回路を形成する基板であり、必然的に高周波低損失基板を選定する必要はあるが、多層基板を構成する他の基板は導波管内部に存在しないため、損失の大きい基板や、厚い基板を選定しても変換損失が増加せず、基板選定、層構成設計の自由度が高い。
【0021】
また、多層基板の厚さを略1/4波長とし、最下面を平面金属板で被蓋した構造とすると、小型化に適し、機械加工も簡単である。さらに、金属板を積層した多層基板を用いると、トランジスタ、FET、MMICなどの発熱の大きい半導体デバイスを用いた場合、高い放熱効果が得られ、導波管変換部の損失が少ないという特徴とあいまって、高効率の高出力モジュールが低コストで作成できる効果がある。
【0022】
多層基板の製造工程は、単純で通常のテンティング法による多層基板作成工程と同様な工程で実現できる。また、工程数が少なく特殊な設備、樹脂等を使用しないため生産性が高く、信頼性も期待できる。なお、基板間を接着する接着シートに関しても、樹脂流れの小さいローフロータイプを使用し導波管形状に切り抜くことで、第1誘電体基板の裏面の樹脂付着を防ぎ安定した低損失な導波管変換部が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の説明図である。
【図2】本発明の実施形態であるマイクロストリップ線路−導波管変換器の説明図である。
【図3】図2に示すマイクロストリップ線路−導波管変換器の説明図である。
【図4】本発明の別の実施形態であるマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の説明図である。
【図5】本発明のさらに別の実施形態であるマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の説明図である。
【図6】本発明のマイクロストリップ線路−導波管変換器に用いられる多層基板の製造方法の説明図である。
【図7】本発明のマイクロストリップ線路−導波管変換器に用いられる多層基板の製造方法の説明図である。
【図8】従来のマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の説明図である。
【図9】従来の別のマイクロストリップ線路−導波管変換器を構成する多層基板の説明図である。
【符号の説明】
1:第1金属箔層、1a:先端開放マイクロストリップ線路、1b:接地側導体パターン、2:第1誘電体基板、3:第2金属箔層、4:接着シート、5:第2誘電体基板、6:第3金属箔層、9:スルーホール10:導波管空洞部
11:筐体、12:開口部、13:筐体、14:1/4波長短絡導波管部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microstrip line-waveguide converter using a multilayer substrate for transmitting microwave and millimeter-wave high-frequency signals, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Several examples are known as a method of forming a waveguide conversion part on a substrate having a microwave circuit constituted by a microstrip line. FIGS. 8 and 9 show examples of typical microstrip line-waveguide converters using a multilayer substrate. Techniques related to these are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-41010 (Patent Document 1). I have.
[0003]
8A and 8B are views showing an example of the structure of a multi-layer substrate of a microstrip line-waveguide converter using a conventional multi-layer substrate. FIG. 8A is a top pattern diagram, and FIG. (C) is a bottom pattern diagram. On the surface of the first dielectric substrate 2 constituting the multilayer substrate, an upper surface pattern including an open-ended microstrip line 1a functioning as a waveguide probe and a ground-side conductor pattern 1b is formed. On the back surface, a second metal foil layer 3 from which the metal foil corresponding to the inside of the waveguide is removed is formed in a laminated manner. On the back surface of the second dielectric substrate 5 constituting the multilayer substrate, a third metal foil layer 6 from which the metal foil corresponding to the inside of the waveguide is removed is laminated. Then, the first dielectric substrate 2 and the second dielectric substrate 5 are bonded with an adhesive sheet 4. Around the portion corresponding to the inside of the waveguide, through holes 9 penetrating through the multilayer substrate are arranged at intervals sufficiently narrow with respect to the wavelength of the frequency of the input / output high-frequency signal. In the microstrip line-waveguide converter having such a structure, since the conversion loss due to the dielectric loss of the first and second dielectric substrates 2 and 5 becomes large, the loss is caused in all the dielectric substrates constituting the multilayer substrate. It is necessary to use an expensive high-frequency substrate with less noise.
[0004]
9A and 9B show another example of a multilayer substrate of a microstrip line-waveguide converter using a conventional multilayer substrate. FIG. 9A is an upper surface pattern diagram, FIG. 9B is a sectional view taken along a waveguide probe, (C) is a bottom pattern diagram. A waveguide conversion portion is formed by forming a waveguide probe pattern 25a in the inner layer of a multilayer substrate, and cutting out the adhesive sheet 24, the third dielectric substrate 23, and the fourth metal foil layer 22 which are on the upper surface thereof. . In the figure, 26 is a fourth dielectric substrate (corresponding to 2 in FIG. 8), 27 is a fifth metal foil layer (corresponding to 3 in FIG. 8), 28 is an adhesive sheet (corresponding to 4 in FIG. 8), and 29 is Reference numeral 5 denotes a dielectric substrate (corresponding to 5 in FIG. 8), and reference numeral 30 denotes a sixth metal foil layer (corresponding to 6 in FIG. 8). In order to realize such a structure, after the waveguide probe pattern 25a is formed first, the third dielectric substrate 23, the adhesive sheet 24, the fourth dielectric substrate 26, the adhesive sheet 28, the fifth dielectric The substrate 29 is laminated, and thereafter, the hole processing of the through hole 9, the plating of the inner wall of the through hole, and the formation of the surface pattern can be performed in this order. However, in order to prevent the plating metal from adhering to the notched and exposed fourth dielectric substrate 26, for example, a step of filling and removing the resin in the notched portion is also required, and there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. Was.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the case where the waveguide conversion unit is configured without notching the substrate, an expensive high-frequency substrate with low loss is selected for substrate materials other than the substrate on which the waveguide probe pattern is formed. Needed. Even if a high-frequency substrate is used, an increase in conversion loss is inevitable due to the presence of a dielectric around the waveguide probe. In order to further reduce the loss, it is necessary to make the dielectric portion as thin as possible. However, the number of layers of the substrate, the thickness of the substrate, and the like are limited, and there is a problem that the degree of freedom in design is reduced.
Further, when the waveguide probe pattern is formed on the inner layer substrate and the upper layer substrate is cut out, a special process is required to form the cutout portion, and the process becomes complicated.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a microstrip-waveguide converter having a simple substrate manufacturing process, low loss, high substrate selection, and a high degree of freedom in layer configuration, and a method of manufacturing the same. I do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a microstrip line-waveguide converter using a microstrip line for transmitting a high-frequency signal and a multilayer substrate for converting a waveguide. The multilayer substrate has a waveguide probe pattern including a microstrip line and an open-end microstrip line formed by a metal foil layer on a dielectric substrate on the surface, and a waveguide around the waveguide probe pattern. In a position corresponding to the tube wall, through-holes arranged at sufficiently small intervals with respect to the wavelength of the frequency of the high-frequency signal, and another substrate laminated on the back surface of the dielectric substrate are formed into a waveguide shape. And a housing having a waveguide short-circuited surface at a distance of about 1 / wavelength of the frequency of the high-frequency signal from the waveguide probe pattern, In another housing having a waveguide output aperture to match the shape of the sinus portion, and is characterized in that said multilayer substrate is held.
[0008]
The invention according to claim 2 is the microstrip line-waveguide converter according to claim 1, wherein the multilayer substrate has a thickness of approximately 4 wavelength of the frequency of the high-frequency signal, and the cavity has a flat plate shape. The multilayer substrate is sandwiched by another housing having a waveguide output opening adapted to the shape of the cavity by forming the waveguide short-circuit surface by covering with a housing. To do.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a microstrip line-waveguide converter using a multilayer substrate for converting a microstrip line for transmitting a high-frequency signal and a waveguide, the step of forming the multilayer substrate Preparing a dielectric substrate in which a first metal foil layer is laminated on one surface and a second metal foil layer is laminated on the back surface, and the second metal foil layer of the dielectric substrate is formed into a waveguide shape. Step of removing together, preparing another substrate, and an adhesive sheet for bonding the back surface of the dielectric substrate and the another substrate, and aligning the another substrate and the adhesive sheet with the shape of the waveguide. Notching step, forming a multilayer substrate in which the dielectric substrate and the another substrate are bonded with the adhesive sheet, and positions corresponding to peripheral waveguide tube walls cut in the shape of the waveguide. The frequency of the high-frequency signal Forming through-holes arranged at sufficiently small intervals with respect to the length; and patterning at least the first metal foil layer to form a waveguide probe pattern. It is.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. 1A and 1B are structural views of a multilayer substrate constituting a microstrip line-waveguide converter of the present invention. FIG. 1A is a top view pattern diagram, FIG. 1B is a cross-sectional view along a waveguide probe, and FIG. Is an inner layer pattern diagram, and (d) is a lower surface pattern diagram. On the surface of the first dielectric substrate 2 constituting the multilayer substrate, an upper surface pattern including an open-ended microstrip line 1a functioning as a waveguide probe and a ground-side conductor pattern 1b is formed. On the back side, a second metal foil layer 3 from which the corresponding metal foil in the waveguide tube has been removed (the inner layer pattern) is formed in a laminated manner. On the back surface of the second dielectric substrate 5 constituting the multilayer substrate, a third metal foil layer 6 from which the metal foil corresponding to the inside of the waveguide is removed (the above-described lower surface pattern) is formed by lamination. Then, the first dielectric substrate 2 and the second dielectric substrate 5 are bonded with an adhesive sheet 4.
[0011]
In the present invention, the dielectric substrate other than the first dielectric substrate 2 forming the waveguide probe pattern 1a is cut out at a portion corresponding to the inside of the waveguide according to the shape of the waveguide. A waveguide cavity 10 having the dielectric substrate 2 as an upper surface is formed. Further, around the waveguide cavity 10, through holes 9 are arranged at intervals sufficiently short with respect to the wavelength to be used, and function as a waveguide wall. The through holes 9 arranged along the waveguide probe in the figure prevent the electromagnetic energy inside the waveguide from leaking into the space on the side of the microstrip line without coupling to the probe. It is formed as a shield for preventing radiation from the strip line to the outside and inflow of a noise signal from the outside to the microstrip line.
[0012]
Next, a microstrip line-waveguide converter in which an external waveguide is coupled to the multilayer substrate shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIGS. 2A and 2B show the structure of a microstrip line-waveguide converter using the multilayer substrate of the present invention. FIG. 2A shows a case 13 having a quarter-wavelength short-circuited waveguide section 14, and FIG. 2) is a perspective view of the multilayer substrate shown in FIG. 1, and FIG. 2C is a perspective view of a housing 11 having a waveguide output unit. FIGS. 3A, 3B, and 3C are cross-sectional views respectively corresponding to the waveguide probe in the perspective views of FIGS. 2A, 2B, and 2C. In order to couple an external waveguide to the multilayer substrate, as shown in FIGS. 2 and 3, a 1/4 having a short-circuit surface at a position corresponding to approximately 1/4 wavelength of the wavelength of the high-frequency signal from the waveguide probe. The housing 12 having the wavelength short-circuited waveguide section 14 and the waveguide output section is configured such that the opening 12 is disposed at a position corresponding to the waveguide cavity 10 of the multilayer substrate and is sandwiched therebetween.
[0013]
4A and 4B are diagrams showing another embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view of a waveguide output unit casing, FIG. 4B is a cross-sectional view of a multilayer substrate with a quarter-wavelength cavity, and FIG. () Is a sectional view of a flat metal plate. This embodiment takes advantage of the advantage that the material and thickness of the second and third substrates do not affect the conversion loss, which is an advantage of the present invention, and reduces the thickness of the entire substrate to approximately 波長 wavelength of the frequency of the high-frequency signal. (Λg / 4), the lower opening surface of the waveguide cavity 10 is covered with the flat metal plate 13a to form a short-circuit surface of the waveguide. With such a configuration, a processing step for forming the housing 13 having the quarter-wavelength short-circuited waveguide section 14 becomes unnecessary. Further, the metal plate 13a may be a printed circuit board whose back surface serves as a grounding surface, and can also be formed by soldering in a later process, thereby increasing the degree of freedom in designing the housing structure. In this case, the external waveguide input / output unit casing 11 is disposed above the waveguide probe pattern 1a on the surface of the first dielectric substrate at a position integral with the waveguide cavity 10.
[0014]
In FIG. 4, reference numerals 7a, 7b, and 7c denote dielectric substrates, respectively, which indicate that a plurality of dielectric substrates are bonded to adjust the distance from the waveguide probe pattern 1a to the short-circuit surface. Reference numeral 8 denotes a metal foil film.
[0015]
FIGS. 5A and 5B show still another embodiment of the present invention. FIGS. 5A and 5C respectively show a quarter wavelength short-circuited waveguide section casing 13 and a waveguide output along a waveguide probe. It is sectional drawing of part housing | casing 11. FIG. (B) is a cross-sectional view of the substrate, and a metal plate 20 having a portion corresponding to a waveguide cavity 21 cut out on the back surface of a first dielectric substrate 2 having a waveguide probe pattern 1a with an adhesive sheet 19. It has a structure in which a laminated multilayer substrate is formed. When a semiconductor device that generates a large amount of heat is mounted on a dielectric substrate, the heat dissipation effect is enhanced by stacking the metal plates 20 in this manner. In order to configure a microstrip line-waveguide converter by coupling an external waveguide, as in FIG. What is necessary is just to arrange | position at the position which opposes across the waveguide cavity part 21 of a multilayer substrate.
[0016]
Next, the manufacturing method of the present invention will be described by taking, as an example, a method of manufacturing a multilayer substrate used in the microstrip line-waveguide converter described in FIG. First, as shown in FIG. 6, a first dielectric substrate 2 having a first metal foil layer 1 formed on the front surface and a second metal foil layer 3 formed on the back surface is prepared. A resist film 15 is attached to the surface of the second metal foil layer 3 on the back surface of the first dielectric substrate 2 (step a). A portion corresponding to the inside of the waveguide of the second metal foil layer 3 is removed through processes such as mask exposure, development, etching, and resist peeling (step b). This step b can be omitted when removing the second metal foil layer 3 at the same time as the metal pattern 17 in the step i described later. On the other hand, the connection sheet 4 is prepared independently and independently of this step, and a hole is formed in the connection sheet 4 using an end drill 16 for router processing or the like. This hole constitutes a waveguide cavity when a multilayer substrate is formed in a later step (step c). When this adhesive sheet is of a low flow type having a small resin flow, it is possible to prevent the resin from adhering to the first dielectric substrate 2 side. Further, the second dielectric substrate 5 on which the third metal foil layer 6 is formed is prepared, and a hole is formed in the second dielectric substrate 5 and the third metal foil layer 6 using an end drill 16 for router processing or the like. I do. This hole also forms a waveguide cavity when a multilayer substrate is formed in a later step (step d).
[0017]
In order to set the thickness of the entire multilayer substrate to 1 / wavelength depending on the form of the waveguide converter, the second dielectric substrate 5 may be a multilayer substrate in which a plurality of dielectric substrates are laminated. 4), and a metal plate (corresponding to the metal plate 20 in FIG. 5). Next, the members (the first dielectric substrate, the adhesive sheet, and the second dielectric substrate) are arranged so that the portions corresponding to the cut-out portions in the waveguide tube are aligned, and are heated and compressed to be bonded (step e). .
[0018]
Next, as shown in FIG. 7, through-hole holes are formed in the bonded substrates, and the inner wall of the through-hole is plated to form a through-hole 9. In this case, the inner wall of the waveguide cavity 10 is plated to perform no special treatment, and the metal pattern 17 is formed. Next, a resist film 18 is attached to the front and back surfaces (step g). Then, a mask for forming a pattern is aligned with the resist film 18, and the resist film 18 other than the pattern to be left is removed by exposing and developing (step h). At this time, the resist is left in the through-hole 9 so that the metal in the inner layer is not etched, but the resist in the waveguide cavity 10 is removed. Subsequently, when an unnecessary portion of the metal is removed by pattern etching, the metal pattern 17 in the waveguide cavity 10 is also removed at the same time. Thereafter, the resist film 18 is removed (step i). Here, by appropriately adjusting the etching conditions, the second metal foil layer 3 performed in the above-described step b can be removed. Finally, a multilayer substrate can be formed through a solder resist formation, a plating step, and the like.
[0019]
By forming the microstrip line-waveguide converter of the present invention by such a manufacturing process, conversion loss due to dielectric loss of the dielectric substrate can be reduced, so that an expensive high-frequency substrate is used. There is no necessity, and the manufacturing cost can be reduced. According to the manufacturing method of the present invention, a desired structure can be formed only by bonding a plurality of substrates that have been processed in advance according to the shape of the waveguide, without using a special device or the like. This is a simple manufacturing method.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the first dielectric substrate on which the waveguide probe pattern is formed is a substrate on which a high-frequency circuit is formed, and it is necessary to select a high-frequency low-loss substrate. Since no other substrate is included inside the waveguide, even if a substrate having a large loss or a thick substrate is selected, the conversion loss does not increase, and the degree of freedom in substrate selection and layer configuration design is high.
[0021]
Further, when the thickness of the multilayer substrate is set to approximately 、 wavelength and the lowermost surface is covered with a flat metal plate, the structure is suitable for miniaturization and the machining is easy. Furthermore, the use of a multi-layer substrate formed by laminating metal plates achieves a high heat radiation effect when semiconductor devices such as transistors, FETs, and MMICs that generate a large amount of heat are used. Therefore, there is an effect that a high-efficiency high-output module can be produced at low cost.
[0022]
The manufacturing process of the multilayer substrate can be realized by the same process as the multilayer substrate forming process by a simple and ordinary tenting method. Further, since the number of processes is small and no special equipment or resin is used, productivity is high and reliability can be expected. In addition, the adhesive sheet for bonding between the substrates is cut out into a waveguide shape using a low-flow type resin having a small resin flow, thereby preventing the resin from adhering to the back surface of the first dielectric substrate and ensuring stable low-loss waveguide. A tube converter can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a multilayer substrate constituting a microstrip line-waveguide converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a microstrip line-waveguide converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the microstrip line-waveguide converter shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a multilayer substrate constituting a microstrip line-waveguide converter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a multilayer substrate constituting a microstrip line-waveguide converter according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a multilayer substrate used in the microstrip line-waveguide converter of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a multilayer substrate used in the microstrip line-waveguide converter of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a multilayer substrate constituting a conventional microstrip line-waveguide converter.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a multilayer substrate constituting another conventional microstrip line-waveguide converter.
[Explanation of symbols]
1: 1st metal foil layer, 1a: open end microstrip line, 1b: ground side conductor pattern, 2: first dielectric substrate, 3: second metal foil layer, 4: adhesive sheet, 5: second dielectric Substrate, 6: third metal foil layer, 9: through hole 10: waveguide cavity 11: housing, 12: opening, 13: housing, 14: 1/4 wavelength short-circuited waveguide

Claims (3)

高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路と導波管の変換を行う多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器であって、
前記多層基板は、表面の誘電体基板上に金属箔層により形成されたマイクロストリップ線路および先端開放マイクロストリップ線路からなる導波管プローブパターンと、該導波管プローブパターン周辺の導波管管壁に相当する位置に、前記高周波信号の周波数の波長に対して十分に狭い間隔で配置された貫通スルーホールと、前記誘電体基板裏面に積層された別の基板を導波管の形状に合わせて切り欠いた空洞部とを有し、
前記導波管プローブパターンから前記高周波信号の周波数の略1/4波長の距離に導波管短絡面を有する筐体と、前記空洞部の形状に合わせた導波管出力開口部を有する別の筐体とで、前記多層基板が挟持されていることを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。
A microstrip line-waveguide converter using a microstrip line transmitting a high-frequency signal and a multilayer substrate for converting a waveguide,
The multilayer substrate has a waveguide probe pattern including a microstrip line and an open-end microstrip line formed by a metal foil layer on a dielectric substrate on the surface, and a waveguide tube wall around the waveguide probe pattern. In a position corresponding to the above, a through through hole arranged at a sufficiently narrow interval with respect to the wavelength of the frequency of the high-frequency signal, and another substrate laminated on the back surface of the dielectric substrate in accordance with the shape of the waveguide. With a notched cavity,
Another housing having a waveguide short-circuit surface at a distance of about 1 / wavelength of the frequency of the high-frequency signal from the waveguide probe pattern, and a waveguide output opening adapted to the shape of the cavity. A microstrip line-waveguide converter, wherein the multilayer substrate is sandwiched between a housing and the housing.
請求項1記載のマイクロストリップ線路−導波管変換器において、前記多層基板を前記高周波信号の周波数の略1/4波長の厚さとし、前記空洞部を平板形状の筐体で覆うことにより前記導波管短絡面を形成し、前記空洞部の形状に合わせた導波管出力開口を有する別の筐体とで、前記多層基板が挟持されていることを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器。2. The microstrip line-waveguide converter according to claim 1, wherein the multilayer substrate has a thickness of about 波長 wavelength of the frequency of the high-frequency signal, and the cavity is covered by a flat casing. A microstrip line-waveguide, wherein the multilayer substrate is sandwiched by another casing having a waveguide short-circuit surface and a waveguide output opening adapted to the shape of the cavity. converter. 高周波信号を伝送するマイクロストリップ線路と導波管の変換を行う多層基板を用いたマイクロストリップ線路−導波管変換器の製造方法において、
前記多層基板を形成する工程は、
一面に第1金属箔層が、裏面に第2金属箔層がそれぞれ積層する誘電体基板を用意する工程と、
該誘電体基板の前記第2金属箔層を、導波管の形状に合わせて除去する工程と、別の基板、および前記誘電体基板の裏面と前記別の基板とを接着する接着シートを用意し、該別の基板および前記接着シートを導波管の形状に合わせて切り欠く工程と、
前記誘電体基板および前記別の基板を前記接着シートで接着した多層基板を形成する工程と、
前記導波管の形状に切り欠いた周辺の導波管管壁に相当する位置に、前記高周波信号の周波数の波長に対して十分に狭い間隔で配置された貫通スルーホールを形成する工程と、
少なくとも前記第1金属箔層をパターニングし、導波管プローブパターンを形成する工程とを含むことを特徴とするマイクロストリップ線路−導波管変換器の製造方法。
In a method for manufacturing a microstrip line-waveguide converter using a multi-layer substrate for converting a microstrip line transmitting a high-frequency signal and a waveguide,
The step of forming the multilayer substrate,
A step of preparing a dielectric substrate having a first metal foil layer on one side and a second metal foil layer on the back side;
Preparing a step of removing the second metal foil layer of the dielectric substrate according to the shape of the waveguide, preparing another substrate, and an adhesive sheet for bonding the back surface of the dielectric substrate to the another substrate; And, a step of notching the another substrate and the adhesive sheet according to the shape of the waveguide,
A step of forming a multilayer substrate in which the dielectric substrate and the another substrate are bonded with the adhesive sheet,
Forming a through-hole at a position corresponding to a peripheral waveguide wall notched in the shape of the waveguide, at a sufficiently narrow interval with respect to the wavelength of the frequency of the high-frequency signal;
Patterning at least the first metal foil layer to form a waveguide probe pattern.
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