JP2017187379A - Multilayer substrate circuit module, radio communication apparatus and radar equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層基板回路モジュール、無線通信装置およびレーダ装置に関する。 The present invention relates to a multilayer substrate circuit module, a wireless communication device, and a radar device.
車の世界では、近年、衝突防止の目的で、ミリ波レーダモジュールが急速に普及している。これらのミリ波レーダモジュールの周波数帯としては、準ミリ波帯の24GHz帯からミリ波帯の79GHz帯が使われている。これらミリ波レーダの構成や原理は既に広く公知であり、これを、図9を用いて説明する。 In the car world, in recent years, millimeter wave radar modules have been rapidly spread for the purpose of collision prevention. As a frequency band of these millimeter wave radar modules, a quasi-millimeter wave band of 24 GHz to a millimeter wave band of 79 GHz is used. The configuration and principle of these millimeter wave radars are already widely known and will be described with reference to FIG.
現在の車載レーダ(ミリ波レーダ)の内部の回路基板は、例えば、非特許文献1の6ページの斜視図のようになっている。これを図9により具体的に説明すると、第1の基板(901)と、第2の基板(902)との2枚基板構成になっているのが一般的である。1枚に統合せずに2枚に分離している理由は幾つかあるが、最も大きな理由は、第1の基板(901)と第2の基板(902)では異なる材料が使われるためである。第1の基板(901)は、ミリ波アナログ回路用であり、ミリ波帯でもロスが少ないことを重視して、テフロン(登録商標)系かセラミック系の高価な特殊基板が使われる。第2の基板(902)は、低周波回路専用の基板であり、低コストを重視して、ガラエポ基板が使われる。 The circuit board inside the current in-vehicle radar (millimeter wave radar) is, for example, as shown in the perspective view on page 6 of Non-Patent Document 1. This will be described in detail with reference to FIG. 9. In general, a two-substrate configuration of a first substrate (901) and a second substrate (902) is adopted. There are several reasons why they are separated into two instead of being integrated into one, but the biggest reason is that different materials are used for the first substrate (901) and the second substrate (902). . The first substrate (901) is for millimeter wave analog circuits, and an expensive special substrate of Teflon (registered trademark) or ceramic is used with emphasis on low loss even in the millimeter wave band. The second substrate (902) is a substrate dedicated to a low-frequency circuit, and a glass epoxy substrate is used with an emphasis on low cost.
なお、以下では、高周波帯のレーダ装置や無線通信装置を構成する回路要素を分かりやすく識別するために、「ミリ波アナログ回路」「低周波アナログ回路」「デジタル回路」の3つの用語を用いて説明する。 In the following, the three terms “millimeter wave analog circuit”, “low frequency analog circuit”, and “digital circuit” will be used in order to easily identify the circuit elements constituting the radar device and the radio communication device in the high frequency band. explain.
ここで、「ミリ波」という用語は、高周波装置におけるRF帯という意味で用い、例えば、60GHzのようなミリ波帯は当然として、24GHzのような準ミリ波帯から12GHzのようなマイクロ波帯までを含んでいる。 Here, the term “millimeter wave” is used to mean an RF band in a high-frequency device. For example, a millimeter wave band such as 60 GHz is naturally a quasi-millimeter wave band such as 24 GHz to a microwave band such as 12 GHz. Includes up to.
「低周波」という用語は、高周波装置におけるIF帯以下の周波数帯の意味で用い、直流から2GHz程度の周波数範囲をいう。 The term “low frequency” is used to mean a frequency band below the IF band in a high frequency device, and refers to a frequency range from DC to about 2 GHz.
ミリ波回路専用の第1の基板(901)の上では、発振回路(963)がミリ波信号を発生する。このミリ波信号の周波数を安定化させるために、その出力の一部が分周回路(969)とPLL回路(971)を介してフィードバックされる。発振出力は分岐部(965)で2分配され、その片方は、信号パターン(967)を介して、送信アンテナ(961)から電波放射される。遠くの障害物(925)に当たった反射波の一部は、受信アンテナ(962)に拾われる。ミキサ回路(966)は、この受信信号を分配されたもう一方の信号と比較し、その僅かな周波数、位相の差を出力線(903)から数十kHz程度の低周波信号として出力する。 On the first substrate (901) dedicated to the millimeter wave circuit, the oscillation circuit (963) generates a millimeter wave signal. In order to stabilize the frequency of the millimeter wave signal, a part of the output is fed back through the frequency dividing circuit (969) and the PLL circuit (971). The oscillation output is divided into two by the branching portion (965), and one of the oscillation outputs is radiated from the transmitting antenna (961) via the signal pattern (967). Part of the reflected wave that hits the distant obstacle (925) is picked up by the receiving antenna (962). The mixer circuit (966) compares this received signal with the other distributed signal, and outputs a slight frequency and phase difference as a low frequency signal of about several tens of kHz from the output line (903).
低周波回路専用の第2の基板(902)の上では、出力線(903)の低周波信号が、まず、アナログ低周波回路であるオペアンプ(972)で増幅されて、デジタル回路であるマイコン(973)に取り込まれる。第2の基板(902)の上には、他にも、例えば、電源回路(974)や、USB、CAN等の通信回路(975)が搭載されている。 On the second substrate (902) dedicated to the low-frequency circuit, the low-frequency signal on the output line (903) is first amplified by the operational amplifier (972) that is an analog low-frequency circuit, and the microcomputer (digital circuit) 973). On the second substrate (902), for example, a power circuit (974) and a communication circuit (975) such as USB and CAN are mounted.
ところで、ミリ波回路専用の第1の基板(901)は、「アンテナ一体化多層基板モジュール」のコンセプトで設計されるのが一般的である。このコンセプトとしては、特許文献1の図1がその代表的なものである。図7は、上記特許文献1の図1を整理して描いたものである。 Incidentally, the first substrate (901) dedicated to the millimeter wave circuit is generally designed based on the concept of “antenna integrated multilayer substrate module”. As this concept, FIG. 1 of Patent Document 1 is a representative one. FIG. 7 is an outline drawing of FIG. 1 of Patent Document 1.
図7に示すように、「アンテナ一体化多層基板モジュール」は、第1の誘電体層(711)と第2の誘電体層(712)を接着層(713)により、挟んで貼り合わせて一体化した多層基板構造をしている。貼り合せ前の2つの誘電体層(711〜712)はそれぞれ両面銅張り基板であるため、これをパターンニングすることによって、合計4つのメタルパターン層(721〜724)が形成される。多層基板化後の片面にはミリ波アンテナ(761〜762)が構成され、反対側の面にはミリ波回路(732)が構成され、これら両者の間を貫通VIAホール(715)が接続している。 As shown in FIG. 7, the “antenna integrated multilayer substrate module” is formed by integrally bonding a first dielectric layer (711) and a second dielectric layer (712) with an adhesive layer (713) sandwiched therebetween. It has a multi-layered substrate structure. Since the two dielectric layers (711 to 712) before bonding are double-sided copper-clad substrates, a total of four metal pattern layers (721 to 724) are formed by patterning them. A millimeter-wave antenna (761 to 762) is configured on one side of the multilayer substrate, and a millimeter-wave circuit (732) is configured on the opposite side, and a through VIA hole (715) is connected between the two. ing.
図7では、ミリ波アンテナ(761〜762)とミリ波回路(732)とが、多層基板内に隠れた共通グランド(730)を挟んで、異なる基板面に分離されている。図7では、このような構造とすることにより、基板サイズを小さく抑えること、信号干渉の問題に対応することを目的としている。 In FIG. 7, the millimeter wave antennas (761 to 762) and the millimeter wave circuit (732) are separated on different substrate surfaces with a common ground (730) hidden in the multilayer substrate interposed therebetween. In FIG. 7, such a structure is intended to reduce the substrate size and cope with the problem of signal interference.
一般には、アンテナ(761〜762)の感度を向上させようとすると、例えば、非特許文献2のFig.3やFig.4のように基板面積が大型化してしまう場合が多い。そこで、図7では、アンテナ以外の回路(732)をアンテナが搭載されている基板の裏面に配置することにより、全体として小型化を実現している。 In general, in order to improve the sensitivity of the antennas (761 to 762), for example, FIG. 3 and FIG. In many cases, the area of the substrate increases as shown in FIG. Therefore, in FIG. 7, the circuit (732) other than the antenna is arranged on the back surface of the substrate on which the antenna is mounted, thereby realizing downsizing as a whole.
また、信号干渉については、例えば、ミリ波回路(732)の中でも特に電力が大きいローカル発振器(例えば、図9の963)の出力が漏洩し、本来の送信信号と混じって空中にスプリアス放射されてしまう現象が生じるが、図7では、共通グランド層(730)を使って、アンテナ(761〜762)に対してシールドを行って、信号干渉を防止している。 As for signal interference, for example, the output of a local oscillator (eg, 963 in FIG. 9) with particularly high power leaks out of the millimeter wave circuit (732), and is mixed with the original transmission signal and spuriously radiated into the air. In FIG. 7, the common ground layer (730) is used to shield the antennas (761 to 762) to prevent signal interference.
図7の考え方を図9に示すミリ波レーダのミリ波回路専用の第1の基板(901)に適用した場合の回路ブロック図を図8に示す。図8の中の4つの点線部(821〜824)は、図7の4つのメタルパターン層(721〜724)に対応している。第1のメタルパターン層(821)は、ミリ波アンテナ(861〜862)専用のパターン層であり、第2のメタルパターン層(822)は、共通グランド(830)専用のパターン層である。また、第3のメタルパターン層(823)は、電源配線専用のパターン層である。なお、電源配線層については、以下に説明する課題の解決には関係がないことから、他の図については、その記載を省略している。第4のメタルパターン層(824)はミリ波回路(732)専用のパターン層であり、ミリ波回路(732)専用のパターン層とミリ波アンテナ(861〜862)専用のパターン層の間は、前述のように貫通VIAホール(815)によって電気的接続に接続される。 FIG. 8 shows a circuit block diagram in the case where the concept of FIG. 7 is applied to the first substrate (901) dedicated to the millimeter wave circuit of the millimeter wave radar shown in FIG. The four dotted line portions (821 to 824) in FIG. 8 correspond to the four metal pattern layers (721 to 724) in FIG. The first metal pattern layer (821) is a pattern layer dedicated to the millimeter wave antennas (861 to 862), and the second metal pattern layer (822) is a pattern layer dedicated to the common ground (830). The third metal pattern layer (823) is a pattern layer dedicated to power supply wiring. Since the power supply wiring layer is not related to the solution of the problem described below, the description of other figures is omitted. The fourth metal pattern layer (824) is a pattern layer dedicated to the millimeter wave circuit (732), and between the pattern layer dedicated to the millimeter wave circuit (732) and the pattern layer dedicated to the millimeter wave antenna (861 to 862), As described above, it is connected to the electrical connection by the through VIA hole (815).
ところで、近年、特に、24GHz帯の自動車レーダの世界においては、2つの変化が進行している。現在進行している第1の変化は、ミリ波回路専用の第1の基板(901)の上で、ミリ波回路(732)に急速な1チップ集積化が進行して、その占有面積が縮小していることである。そのため、図7のままでは、片面(721)のアンテナ(761〜762)の面積が著しく大きいのに対して、他面(724)のミリ波回路(732)の面積が著しく小さいため、無駄なデッドスペースが生じて最適ではなくってきている。 By the way, in recent years, especially in the world of the automobile radar in the 24 GHz band, two changes are progressing. The first change currently in progress is the rapid integration of one chip on the millimeter wave circuit (732) on the first substrate (901) dedicated to the millimeter wave circuit, which reduces the area occupied. Is. Therefore, in FIG. 7, the area of the antennas (761 to 762) on one side (721) is remarkably large, whereas the area of the millimeter wave circuit (732) on the other side (724) is remarkably small. Dead space has arisen and is not optimal.
現在進行している第2の変化は、価格下落が急激に進み、例えば、24GHzレーダは1〜3万円程度で入手可能になってきたことである。それに対して、図7では、局所的にミリ波回路専用の第1の基板(901)の低コスト化には貢献できるが、図9の装置全体を大きく見渡した低コスト化の観点が欠けており、限界があった。 The second change that is currently in progress is that prices have fallen sharply and, for example, 24 GHz radar has become available for around 1 to 30,000 yen. On the other hand, FIG. 7 can contribute to lowering the cost of the first substrate (901) dedicated to the millimeter wave circuit locally, but lacks the viewpoint of cost reduction that overlooks the entire apparatus of FIG. And there was a limit.
ここで、図9の2枚基板構成を1枚基板に集積することを考えると、その断面構造は図5のようになる。図5に示すように、ミリ波アナログ回路(532)側のデッドスペースを埋めるようにして、低周波アナログ回路(542)やデジタル回路(552)が混載されている。図6は、図5の回路ブロック図であるが、第4のメタルパターン層(624)の上に、低周波アナログ回路であるオペアンプ(672)や、デジタル回路であるマイコン(673)、通信回路(675)、電源回路(674)が増えている。 Here, considering that the two-substrate configuration of FIG. 9 is integrated on one substrate, the cross-sectional structure is as shown in FIG. As shown in FIG. 5, a low frequency analog circuit (542) and a digital circuit (552) are mixedly mounted so as to fill a dead space on the millimeter wave analog circuit (532) side. FIG. 6 is a circuit block diagram of FIG. 5. On the fourth metal pattern layer (624), an operational amplifier (672) that is a low-frequency analog circuit, a microcomputer (673) that is a digital circuit, and a communication circuit. (675), the number of power supply circuits (674) is increasing.
ところが、この構造では3つの問題が生じる。第1の問題は、材料コストである。図5においては、ミリ波アンテナ(561〜562)やミリ波アナログ回路(532)が搭載されるため、第1の誘電体層(511)と第2の誘電体層(512)の両方とで、ミリ波帯でも低損失のテフロン系やセラミック系の高価な基板を使わなければならない。その結果、オペアンプ(672)やマイコン(673)、電源回路(674)、通信回路(675)までもが必然性もないのに、全て高価なミリ波回路用の基板に搭載されてしまうことになり、材料コスト的には極めて無駄な設計になる。 However, this structure has three problems. The first problem is material cost. In FIG. 5, since the millimeter wave antennas (561 to 562) and the millimeter wave analog circuit (532) are mounted, both the first dielectric layer (511) and the second dielectric layer (512) are used. Even in the millimeter wave band, low loss Teflon and ceramic expensive substrates must be used. As a result, although the operational amplifier (672), the microcomputer (673), the power supply circuit (674), and the communication circuit (675) are not necessarily required, they are all mounted on an expensive millimeter wave circuit board. In terms of material cost, the design is extremely useless.
第2の問題は、ノイズの回り込みによる性能劣化である。「ミリ波アナログ回路」、「低周波アナログ回路」、「デジタル回路」は、お互いにノイズ源となる。その代表的なノイズの回り込みルートはグランドパターンであることはよく知られている。ところが、特許文献1に記載の「アンテナ一体化(多層基板)モジュール」構造では、このうち「ミリ波アナログ回路」によるノイズのみが考慮されていたため、基板内には、不安定な共通グランド(630)が1層あるだけで、これが、貫通VIAホール(615)を通して全てのメタルパターン層(621〜624)で共有されている。そのため、ノイズの回り込みを効果的に防ぐことができなかった。 The second problem is performance degradation due to noise wraparound. The “millimeter wave analog circuit”, “low frequency analog circuit”, and “digital circuit” are mutually noise sources. It is well known that the typical noise wraparound route is a ground pattern. However, in the “antenna integrated (multilayer substrate) module” structure described in Patent Document 1, only noise due to the “millimeter wave analog circuit” is considered, and therefore an unstable common ground (630) is included in the substrate. ) Is shared by all the metal pattern layers (621-624) through the through VIA hole (615). Therefore, noise wraparound cannot be effectively prevented.
第3の問題は、貫通VIAホールしか使わないことによる、配線自由度の低さである。全層を貫く貫通VIAホール(615)は、製造コストが安いものの、配線したい層とは無関係な層にまで露出してしまう。そのため、広いスペースを占有するアンテナ(561〜562、661〜662)のエリアには、ほとんど形成することができない。しかしながら、一般的なミリ波レーダ装置では、このアンテナ(561〜562、661〜662)が基板の片面全部をほぼ占有するぐらいに面積が大きいため、結果的に、多層基板構造(図5)全体では、ごく少数の貫通VIAホール(515、615)しか形成できない。このようなごく少数の貫通VIAホール(515、615)だけで全ての部品(532、542、552)の配線を遣り繰りするのは、極めて困難である。 The third problem is the low degree of freedom of wiring due to the use of only through VIA holes. The through-via hole (615) penetrating all layers is exposed to a layer unrelated to the layer to be wired although the manufacturing cost is low. For this reason, the antennas (561 to 562, 661 to 662) occupying a wide space can hardly be formed. However, in a general millimeter wave radar apparatus, the antenna (561 to 562, 661 to 662) is large enough to occupy almost one side of the substrate, and as a result, the entire multilayer substrate structure (FIG. 5) is obtained. Then, only a few through VIA holes (515, 615) can be formed. It is extremely difficult to repeat wiring of all the components (532, 542, 552) with such a small number of through VIA holes (515, 615).
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ミリ波アンテナ、ミリ波アナログ回路、低周波アナログ回路、デジタル回路が混在するモジュールにおいて、材料コスト、製造コストを抑えつつ、ノイズの回り込みを抑制して、1枚の多層基板上に全てを一体集積化する多層基板回路モジュールを提供する。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and in a module in which a millimeter wave antenna, a millimeter wave analog circuit, a low frequency analog circuit, and a digital circuit are mixed, while suppressing material cost and manufacturing cost, noise can be reduced. A multilayer substrate circuit module that suppresses wraparound and integrates all on a single multilayer substrate is provided.
形態1;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、第1の誘電体層と、第2の誘電体層と、前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層とを貼り合せ多層化する接着層と、を備え、前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層はそれぞれ両面金属張り基板からなり、回路がパターンニング形成され、前記第1の誘電体層の空気側の面には、平面アンテナと高周波の第1のアナログ回路が形成され、前記第1の誘電体層の前記接着層側の面には、全面を覆う第1のアナロググランドが形成され、前記第1の誘電体層の内部には、前記空気側の面と前記接着層側の面のパターン間を電気的に接続するブラインドVIAホールが形成され、前記第2の誘電体層の空気側の面には、低周波の第2のアナログ回路とデジタル回路が形成され、前記第2の誘電体層の接着層側の面には、第2のアナロググランドと、デジタルグランドとが形成され、前記第2の誘電体層の内部には、前記空気側の面と前記接着層側の面のパターン間を電気的に接続するためのブラインドVIAホールが形成され、前記第1のアナロググランドは、前記第2のアナロググランドと全層を貫く貫通VIAホールによって電気的に直結され、前記第1のアナロググランドは、前記第2のアナロググランドあるいはノイズフィルタを介して前記デジタルグランドと接続されていることを特徴とする多層基板回路モジュールを提案している。 Form 1; One or more embodiments of the present invention comprise a first dielectric layer, a second dielectric layer, and the first dielectric layer and the second dielectric layer bonded together. The first dielectric layer and the second dielectric layer are each made of a double-sided metal-clad substrate, a circuit is formed by patterning, and the air of the first dielectric layer is formed. A planar antenna and a high-frequency first analog circuit are formed on the side surface, and a first analog ground covering the entire surface is formed on the surface of the first dielectric layer on the adhesive layer side, A blind VIA hole is formed in the first dielectric layer to electrically connect the patterns on the air-side surface and the adhesive layer-side surface, and on the air side of the second dielectric layer. On the surface, a low-frequency second analog circuit and a digital circuit are formed, and the second dielectric circuit is formed. A second analog ground and a digital ground are formed on the surface of the adhesive layer side of the layer, and a pattern of the air side surface and the surface of the adhesive layer side is formed inside the second dielectric layer. A blind VIA hole is formed to electrically connect the first analog ground, and the first analog ground is electrically connected directly to the second analog ground by a penetrating VIA hole penetrating all layers. A multi-layer circuit board module is proposed in which the ground is connected to the digital ground via the second analog ground or a noise filter.
形態2;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、前記第1の誘電体層がテフロン系あるいはセラミック系基材から成り、前記第2の誘電体層がガラエポ系基材から成る多層基板回路モジュールを提案している。 Mode 2; In one or more embodiments of the present invention, the first dielectric layer is made of a Teflon or ceramic base material, and the second dielectric layer is made of a glass epoxy base material. A module is proposed.
形態3;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、前記第2の誘電体層が、更に内部で複数に細分化された多層基板構造を備えた多層基板回路モジュールを提案している。 Mode 3 One or more embodiments of the present invention propose a multilayer substrate circuit module comprising a multilayer substrate structure in which the second dielectric layer is further subdivided into a plurality of portions.
形態4;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、前記平面アンテナを除く第1のアナログ回路を覆う金属シールドケースが設けられ、該金属シールドケースが電気的に前記第1のアナロググランドへVIAホールを介して接続されている多層基板回路モジュールを提案している。 Mode 4: In one or more embodiments of the present invention, a metal shield case covering the first analog circuit excluding the planar antenna is provided, and the metal shield case is electrically connected to the first analog ground VIA. A multilayer board circuit module connected through holes is proposed.
形態5;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、前記第1のアナログ回路にミリ波発振回路を含み、前記金属シールドケースが前記ミリ波発振回路を覆うように設けられた多層基板回路モジュールを提案している。 Mode 5: In one or more embodiments of the present invention, the first analog circuit includes a millimeter wave oscillation circuit, and the metal shield case is provided so as to cover the millimeter wave oscillation circuit Has proposed.
形態6;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、形態5の多層基板回路モジュールを備えた無線通信装置を提案している。 Mode 6: One or more embodiments of the present invention propose a wireless communication apparatus including the multilayer substrate circuit module of mode 5.
形態7;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、前記平面アンテナを除く第1のアナログ回路は、電気的には空中に向けて開放されている多層基板回路モジュールを提案している。 Mode 7: One or more embodiments of the present invention propose a multilayer substrate circuit module in which the first analog circuit excluding the planar antenna is electrically open to the air.
形態8;本発明の1またはそれ以上の実施形態は、形態7の多層基板回路モジュールを備えたレーダ装置を提案している。
Mode 8: One or more embodiments of the present invention propose a radar apparatus including the multilayer substrate circuit module of
本発明の1またはそれ以上の実施形態によれば、ミリ波アンテナ、ミリ波アナログ回路、低周波アナログ回路、デジタル回路が混在するモジュールにおいて、材料コスト、製造コストを抑えつつ、ノイズの回り込みを抑制して、1枚の多層基板上に全てを一体集積化できるという効果がある。 According to one or more embodiments of the present invention, in a module including a millimeter-wave antenna, a millimeter-wave analog circuit, a low-frequency analog circuit, and a digital circuit, suppression of noise is suppressed while suppressing material cost and manufacturing cost. Thus, there is an effect that all can be integrated on a single multilayer substrate.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
<実施形態>
図1から図4を用いて、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下では、本実施形態に係る多層基板回路モジュールをミリ波レーダに適用する場合を例にとって説明する。
<Embodiment>
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a case where the multilayer substrate circuit module according to this embodiment is applied to a millimeter wave radar will be described as an example.
本実施形態に係る多層基板回路モジュールの多層基板は、図1に示すように、第1の誘電体層(111)と、第2の誘電体層(112)と、第1の誘電体層(111)と第2の誘電体層(112)とを貼り合せ多層化する接着層(113)とから構成されている。 As shown in FIG. 1, the multilayer substrate of the multilayer substrate circuit module according to the present embodiment includes a first dielectric layer (111), a second dielectric layer (112), and a first dielectric layer ( 111) and a second dielectric layer (112) are laminated to form an adhesive layer (113).
第1の誘電体層(111)と第2の誘電体層(112)はそれぞれ両面金属張り基板からなり、回路がパターンニング形成されている。第1の誘電体層(111)の空気側の面(121)には、平面アンテナと高周波の第1のアナログ回路が形成されている。 Each of the first dielectric layer (111) and the second dielectric layer (112) is made of a double-sided metal-clad substrate, and a circuit is formed by patterning. A planar antenna and a high-frequency first analog circuit are formed on the air side surface (121) of the first dielectric layer (111).
第1の誘電体層(111)の接着層側の面(122)には、全面を覆う第1のアナロググランドが形成され、第1の誘電体層(111)の内部には、空気側の面(121)と接着層側の面(122)のパターン間を電気的に接続するブラインドVIAホールが適宜形成されている。 A first analog ground covering the entire surface is formed on the adhesive layer side surface (122) of the first dielectric layer (111), and an air side surface is formed inside the first dielectric layer (111). Blind VIA holes for electrically connecting the patterns of the surface (121) and the surface (122) on the adhesive layer side are appropriately formed.
第2の誘電体層の空気側の面(124)には、低周波の第2のアナログ回路とデジタル回路が形成され、第2の誘電体層の接着層側の面(123)には、第2のアナロググランドと、デジタルグランドとが形成され、第2の誘電体層(112)の内部には、空気側の面(124)と接着層側の面(123)のパターン間を電気的に接続するためのブラインドVIAホールが適宜形成されている。 A low-frequency second analog circuit and digital circuit are formed on the air side surface (124) of the second dielectric layer, and the adhesive layer side surface (123) of the second dielectric layer is A second analog ground and a digital ground are formed, and the second dielectric layer (112) is electrically connected between the patterns of the air side surface (124) and the adhesive layer side surface (123). Blind VIA holes for connecting to are appropriately formed.
第1のアナロググランド(131)は、第2のアナロググランド(141)と全層を貫く貫通VIAホール(115A)によって電気的に直結され、第1のアナロググランド(131)は、第2のアナロググランド(141)あるいはノイズフィルタ(114)を介してデジタルグランド(151)と接続されている。 The first analog ground (131) is electrically directly connected to the second analog ground (141) by a through VIA hole (115A) penetrating all layers, and the first analog ground (131) is connected to the second analog ground (131). It is connected to the digital ground (151) through the ground (141) or the noise filter (114).
第1の誘電体層(111)は低ロスであるテフロン系やセラミック系等のミリ波用基板から成り、第2の誘電体層(112)は低コストであるガラエポ系基板から成り、これらは図4(a)のようにそれぞれ2つのメタルパターン層(121〜124)を有する両面銅張り基板である。 The first dielectric layer (111) is made of a low-loss Teflon-based or ceramic-based substrate such as a ceramic wave, and the second dielectric layer (112) is made of a low-cost glass-epoxy-based substrate. It is a double-sided copper-clad substrate having two metal pattern layers (121 to 124) as shown in FIG.
2つの誘電体層(111、112)は、まず、別々に、図4(b)のようにVIAホール(114)の形成処理とパターンの形成処理とが行われる。具体的には、第1の誘電体層(111)の片側のメタルパターン層(121)にミリ波アンテナ(161〜162)を含むパターンの形成処理がなされ、VIAホール(114)がミリ波アンテナ(161〜162)の形成されていないデッドスペースに形成される。 The two dielectric layers (111, 112) are first subjected to a VIA hole (114) formation process and a pattern formation process separately as shown in FIG. 4B. Specifically, the metal pattern layer (121) on one side of the first dielectric layer (111) is subjected to a pattern forming process including the millimeter wave antennas (161 to 162), and the VIA hole (114) is formed into the millimeter wave antenna. It is formed in a dead space where (161 to 162) is not formed.
次に、図4(c)のように接着層(113)を介して貼り合わせて一体多層化される。この結果、多層基板内に計4つのメタルパターン層(121〜124)が形成され、またVIAホール(114)は接着層(113)により遮蔽されるため、非貫通のブラインドVIAホール(114)へと変化する。 Next, as shown in FIG. 4C, they are laminated together through an adhesive layer (113) to form an integrated multilayer. As a result, a total of four metal pattern layers (121 to 124) are formed in the multilayer substrate, and the VIA hole (114) is shielded by the adhesive layer (113), so that the non-penetrating blind VIA hole (114) is formed. And change.
最後に、接着層(113)を含む全層(111〜113)を貫く貫通VIAホール(115B)が、同様に、ミリ波アンテナ(161〜162)間のデッドスペースに形成され、両表面に位置する2つのメタルパターン層(121、124)が電気的に接続される。 Finally, a penetrating VIA hole (115B) penetrating all the layers (111 to 113) including the adhesive layer (113) is similarly formed in the dead space between the millimeter wave antennas (161 to 162) and is located on both surfaces. Two metal pattern layers (121, 124) are electrically connected.
そして、これにより第2の誘電体層(112)にデジタル回路(152)及び低周波アナログ回路(142)を設けることができる。そのため、低ロス基材から成る第1の誘電体層(111)は、ミリ波回路専用の層となり、この両面のメタルパターン層(121〜122)だけで、ミリ波帯回路を完結することができる。 Thus, the digital circuit (152) and the low-frequency analog circuit (142) can be provided in the second dielectric layer (112). Therefore, the first dielectric layer (111) made of the low loss base material is a layer dedicated to the millimeter wave circuit, and the millimeter wave band circuit can be completed only by the metal pattern layers (121 to 122) on both sides. it can.
空気側の表層(121)は、図3(a)の平面図のように、従来通り、ほぼ全面をミリ波アンテナ(161〜162)が占有可能であり、設計の自由度が高い。この面には、例えば、ごく少数のミリ波IC(132)も搭載されるが、近年の1チップ化の流れを受けてその占有面積は小さい。 As shown in the plan view of FIG. 3A, the air-side surface layer (121) can occupy almost the entire surface by the millimeter wave antennas (161 to 162) as in the conventional case, and the degree of freedom in design is high. On this surface, for example, a very small number of millimeter-wave ICs (132) are also mounted, but the area occupied is small due to the recent trend toward one chip.
また、ミリ波アンテナ(161〜162)を構成する送信アンテナ(161)と受信アンテナ(162)とは、電磁干渉を避けるため互いに距離を離してレイアウトしなければならないため、図3(a)のように、両者の隙間にミリ波IC(132)を配置すれば、デッドスペースが生じることを抑制することができる。 Further, since the transmitting antenna (161) and the receiving antenna (162) constituting the millimeter wave antennas (161 to 162) must be laid out at a distance from each other in order to avoid electromagnetic interference, FIG. Thus, if the millimeter wave IC (132) is disposed in the gap between the two, it is possible to suppress the occurrence of dead space.
ミリ波IC(132)の内部回路は、発振回路(263)や分周回路(269)、ミキサ回路(266)等であるが、これらが必要とするミリ波アナロググランド(131)は、接着層(113)側の第1誘電体層(111)のメタルパターン層(122)に広い面積で形成され、VIAホール(114〜115B)により低周波アナロググランド(141)に電気的に接続される。 The internal circuit of the millimeter wave IC (132) is an oscillation circuit (263), a frequency dividing circuit (269), a mixer circuit (266), and the like. The millimeter wave analog ground (131) required by these circuits is an adhesive layer. A wide area is formed on the metal pattern layer (122) of the first dielectric layer (111) on the (113) side, and is electrically connected to the low-frequency analog ground (141) through the VIA holes (114 to 115B).
その際、図4の製造工程から明らかなように、スペース的にブラインドVIAホール(114)を自由に設定できるため、比較的好きな場所にVIAホールを配置しても他の層に配置した電子部品との干渉を起こす恐れがないため、設計の自由度が高い。 At this time, as apparent from the manufacturing process of FIG. 4, since the blind VIA hole (114) can be freely set in terms of space, even if the VIA hole is arranged in a relatively favorite place, the electrons arranged in other layers are arranged. Since there is no risk of interference with parts, the degree of freedom in design is high.
一方、低コスト基板から成る第2の誘電体層(112)は、低周波アナログ回路(142)とデジタル回路(152)専用の層となり、この両面のメタルパターン層(123〜124)だけで低周波アナログ回路およびデジタル回路が完結している。 On the other hand, the second dielectric layer (112) made of a low-cost substrate is a layer dedicated to the low-frequency analog circuit (142) and the digital circuit (152), and only the metal pattern layers (123 to 124) on both sides are low. High frequency analog and digital circuits are complete.
具体的には、低周波アナログ回路(142)とデジタル回路(152)との内部回路は、オペアンプ(272)やPLL回路(271)、マイコン(273)、デジタル通信回路(275)、電源回路(274)等であるが、これらが必要とする低周波アナロググランド(141)とデジタルグランド(151)、および、しばしば必要となる内層補助配線(136)は、第2の誘電体層(112)のメタルパターン層(123)の同一平面上に棲み分けて形成され、VIAホール(114〜115B)により、デジタル回路(152)または低周波アナログ回路(142)にそれぞれ電気的に接続される。 Specifically, the internal circuit of the low frequency analog circuit (142) and the digital circuit (152) includes an operational amplifier (272), a PLL circuit (271), a microcomputer (273), a digital communication circuit (275), a power supply circuit ( 274) and the like, but the low frequency analog ground (141) and digital ground (151) required by them, and the inner auxiliary wiring (136) often required are provided on the second dielectric layer (112). The metal pattern layer (123) is formed on the same plane and electrically connected to the digital circuit (152) or the low-frequency analog circuit (142) through the VIA holes (114 to 115B).
その際、図4の製造工程から明らかなように、ブラインドVIAホール(114)を自由に配置できるため、比較的好きな場所にVIAホールを配置しても他の層に配置した電子部品と干渉を起こす恐れがないため、設計の自由度が高い。 At this time, as is apparent from the manufacturing process of FIG. 4, since the blind VIA hole (114) can be freely arranged, even if the VIA hole is arranged in a relatively favorite place, it interferes with electronic components arranged in other layers. Since there is no risk of causing any problems, the degree of freedom in design is high.
なお、低周波アナロググランド(141)とデジタルグランド(151)とは、特にノイズが回り込み易いことが知られている。そのため、レイアウトを熟慮した上で、ごく一部の場所で選択的に互いに接続するか、間にノイズフィルタ(114)を介して互いに接続するのが一般的である。 In addition, it is known that low frequency analog ground (141) and digital ground (151) are particularly susceptible to noise. For this reason, in consideration of the layout, it is common to selectively connect to each other in only a few places, or to connect to each other via a noise filter (114) therebetween.
本実施形態では、これら2種類のグランドが同一平面(123)上に配置されるものの、このような、今まで同様のノイズ対策が可能なことは言うまでもない。また、他の種類のノイズ対策技術と共存、並列で実施できることも言うまでもない。なお、図3(c)の平面図では、簡略化のためこのようなノイズ対策を省略している。 In the present embodiment, these two types of grounds are arranged on the same plane (123), but it goes without saying that the same noise countermeasures can be taken up to now. Needless to say, it can be implemented in parallel with other types of noise reduction technologies. In the plan view of FIG. 3C, such noise countermeasures are omitted for simplification.
以上のことから、本実施形態では、ミリ波回路部(132)が形成された第1誘電体層(111)とデジタル回路部(152)と低周波アナログ回路部(142)が形成された第2誘電体層(112)の間は、比較的少数の貫通VIAホール(115A)のみで接続されることになる。これが、両者を電気的に分離し、ノイズの回り込みを防ぐ上で効果的となる。 From the above, in the present embodiment, the first dielectric layer (111) in which the millimeter wave circuit unit (132) is formed, the digital circuit unit (152), and the low frequency analog circuit unit (142) are formed. The two dielectric layers (112) are connected by only a relatively small number of through VIA holes (115A). This is effective in electrically separating the two and preventing noise from entering.
更に、本実施形態では、ミリ波アナロググランド(131)と低周波アナロググランド(141)との間の電気的接続は、この貫通VIAホール(115)のうち一部で実現される。ミリ波アナロググランド(131)とデジタルグランド(151)とは、直接接続されず、間に低周波アナロググランド(141)かノイズフィルタ(114)を介してのみ接続される。 Further, in the present embodiment, the electrical connection between the millimeter wave analog ground (131) and the low frequency analog ground (141) is realized by a part of the through VIA hole (115). The millimeter wave analog ground (131) and the digital ground (151) are not directly connected, but are connected only via the low frequency analog ground (141) or the noise filter (114).
以上、説明したように、本実施形態によれば、ミリ波アンテナ、ミリ波アナログ回路、低周波アナログ回路、デジタル回路が混在するモジュールにおいて、材料コスト、製造コストを抑えつつ、ノイズの回り込みを抑制して、1枚の多層基板上に全てを一体集積化できる。 As described above, according to this embodiment, in the module in which the millimeter wave antenna, the millimeter wave analog circuit, the low frequency analog circuit, and the digital circuit are mixed, noise wraparound is suppressed while suppressing material cost and manufacturing cost. All can be integrated on a single multilayer substrate.
<応用形態>
上記実施形態に係る多層基板回路モジュールは、ミリ波レーダ装置ばかりでなく無線通信装置の用途にも使用可能である。
<Application form>
The multilayer substrate circuit module according to the above embodiment can be used not only for millimeter wave radar devices but also for wireless communication devices.
レーダ回路と無線通信回路の最大の違いは、アンテナ(161〜162)から放射される信号が、発振回路(263)の出力信号と同じか否かである。レーダ回路では、2つの信号が同じであり、そのため、上記の実施形態で説明したように、発振回路(263)の電磁シールドにあまり気を遣う必要が無かった。しかし、無線通信回路では、2つの信号が異なるため、発振回路(263)からの電磁漏洩は大きな問題となり、一般的には電磁シールドを被せる必要がある。 The greatest difference between the radar circuit and the wireless communication circuit is whether or not the signal radiated from the antenna (161 to 162) is the same as the output signal of the oscillation circuit (263). In the radar circuit, the two signals are the same. Therefore, as described in the above embodiment, it is not necessary to pay much attention to the electromagnetic shield of the oscillation circuit (263). However, in the wireless communication circuit, since the two signals are different, electromagnetic leakage from the oscillation circuit (263) is a big problem, and it is generally necessary to cover the electromagnetic shield.
上記の実施形態に係る多層基板回路モジュールを無線通信回路に用いる場合には、図3(a)の平面図において、点線部(381)に金属シールドケースを被せれば良い。なお、金属シールドケースの縁は、基板上の信号線と当たる部分に小さな開口部を設けて短絡を防ぎ、それ以外の部分は基板上にブラインドVIAホール(114)を追加してミリ波アナロググランド(131)に接地させて電位を安定させることが望ましい。 When the multilayer substrate circuit module according to the above embodiment is used for a wireless communication circuit, a metal shield case may be put on the dotted line portion (381) in the plan view of FIG. The edge of the metal shield case is provided with a small opening at the part that contacts the signal line on the board to prevent short circuit, and the other part is added with a blind VIA hole (114) on the board to add a millimeter wave analog ground. It is desirable to stabilize the potential by grounding at (131).
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
111;第1の誘電体層
112;第2の誘電体層
113;接着層
114;ブラインドVIAホール
115A;貫通VIAホール
115B;貫通VIAホール
121;メタルパターン層
122;メタルパターン層
123;メタルパターン層
124;メタルパターン層
131、331;ミリ波アナロググランド
132;ミリ波IC
136;補助配線パターン
141;低周波アナロググランド
142;低周波アナログ電子部品
151;デジタルグランド
152;デジタル電子部品
161;ミリ波アンテナ
162;ミリ波アンテナ
225;障害物
263;発振回路
264;分岐部
265;分岐部
266;ミキサ回路
269;分周回路
271;PLL回路
272;オペアンプ
273;マイコン
274;電源回路
275;通信回路
331;ミリ波アナロググランド
371;PLL回路
372;オペアンプ
373;マイコン
374;電源回路
375;通信回路
381;シールドケース
111; first
136;
Claims (8)
第2の誘電体層と、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層とを貼り合せ多層化する接着層と、
を備え、
前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層はそれぞれ両面金属張り基板からなり、回路がパターンニング形成され、
前記第1の誘電体層の空気側の面には、平面アンテナと高周波の第1のアナログ回路が形成され、
前記第1の誘電体層の前記接着層側の面には、全面を覆う第1のアナロググランドが形成され、
前記第1の誘電体層の内部には、前記空気側の面と前記接着層側の面のパターン間を電気的に接続するブラインドVIAホールが形成され、
前記第2の誘電体層の空気側の面には、低周波の第2のアナログ回路とデジタル回路が形成され、
前記第2の誘電体層の接着層側の面には、第2のアナロググランドと、デジタルグランドとが形成され、
前記第2の誘電体層の内部には、前記空気側の面と前記接着層側の面のパターン間を電気的に接続するためのブラインドVIAホールが形成され、
前記第1のアナロググランドは、前記第2のアナロググランドと全層を貫く貫通VIAホールによって電気的に直結され、
前記第1のアナロググランドは、前記第2のアナロググランドあるいはノイズフィルタを介して前記デジタルグランドと接続されていることを特徴とする多層基板回路モジュール。 A first dielectric layer;
A second dielectric layer;
An adhesive layer for laminating and multilayering the first dielectric layer and the second dielectric layer;
With
Each of the first dielectric layer and the second dielectric layer comprises a double-sided metal-clad substrate, and a circuit is formed by patterning.
A planar antenna and a high frequency first analog circuit are formed on the air side surface of the first dielectric layer,
A first analog ground covering the entire surface is formed on the surface of the first dielectric layer on the adhesive layer side,
A blind VIA hole is formed in the first dielectric layer to electrically connect the patterns on the air side surface and the adhesive layer side surface,
On the air side surface of the second dielectric layer, a low frequency second analog circuit and a digital circuit are formed,
A second analog ground and a digital ground are formed on the surface of the second dielectric layer on the adhesive layer side,
A blind VIA hole is formed in the second dielectric layer to electrically connect the air side surface and the adhesive layer side surface pattern,
The first analog ground is electrically connected directly to the second analog ground by a through VIA hole penetrating all layers,
The multilayer substrate circuit module, wherein the first analog ground is connected to the digital ground via the second analog ground or a noise filter.
該金属シールドケースが電気的に前記第1のアナロググランドへVIAホールを介して接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の多層基板回路モジュール。 A metal shield case is provided to cover the first analog circuit excluding the planar antenna;
4. The multilayer board circuit module according to claim 1, wherein the metal shield case is electrically connected to the first analog ground via a VIA hole.
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