JP2001284490A - 高周波接地構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高周波接地を確実に行うことによ
り、増幅器の増幅率の低下を防止し、かつ異常発振を防
ぐ等の良好な高周波特性を得ることができる高周波接地
構造を提供する。 【解決手段】 回路基板上のパッケージＭＭＩＣ３０の
部品直下に、実装するＭＭＩＣ３０の部品よりも若干小
さな貫通穴３８を開け、回路基板下部の金属基板３５と
の間隙に高周波接地を強化する良導電性の金属部材３２
を配置する高周波接地構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波回路部品の
実装構造に係り、特に、トランジスタ等の能動素子、及
び能動素子と受動素子を一体化したＭＩＣ（マイクロ波
集積回路）等のマイクロ波帯及びミリ波帯等の高周波領
域で用いられる高周波回路部品における高周波接地構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、周波数資源の枯渇により、これま
で利用されていないマイクロ波・ミリ波帯のシステム応
用が期待されている。マイクロ波・ミリ波は、他の低い
周波数と比較して空間減衰が大きく、無線伝送距離が短
いために周波数の折り返し利用が可能という利点が有
り、さらに広帯域伝送が可能なことから大容量の情報を
高速に伝達するのに適した高速無線ＬＡＮシステム、コ
ードレスカメラシステム、画像モニタシステム、高速無
線ネットワーク等の実用化が急ピッチで進められてい
る。

【０００３】このようなシステムを実現するためにＭＩ
Ｃ等の高周波回路部品が使用されている。ＭＩＣには、
アルミナなどの誘電体基板上に伝送路を形成し、その上
にチップ部品を搭載したハイブリッドＭＩＣ（ＨＭＩ
Ｃ）、およびＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体基板上に受動素
子と能動素子を一括製造したモノリシックＭＩＣ（ＭＭ
ＩＣ）等がある。

【０００４】以下、従来の高周波回路部品の実装構造を
図８〜図１１を用いて説明する。図８は、高周波ユニッ
トの一例を示す図であり、図９は、従来のＭＭＩＣチッ
プを基板上に実装したときの外観斜視図であり、図１０
は、従来のＭＭＩＣチップを基板上に実装したときの実
装断面図であり、図１１は、従来の実装方法での帰還量
の一例を示す図である。

【０００５】マイクロ波・ミリ波集積回路ユニットは、
例えば、図８に示すように、金属筺体１１のキャビティ
部に複数の誘電体基板１２〜１５が併設されており、各
々の誘電体基板上には一つあるいは複数の高周波回路部
品であるパッケージＭＭＩＣ１２ａ、あるいはＭＭＩＣ
チップ１３ａが実装され、図示しないが各誘電体基板間
の信号ラインは金属細線によるワイヤボンディングによ
り電気的に接続される。そして、金属筺体１１の側壁に
は誘電体基板の信号ライン及びグランドと接続されたコ
ネクタ１６が設けられ外部回路と接統される。

【０００６】また、図示しないが高周波回路部品の実装
方法として、ＭＭＩＣチップ１３ａを実装する場合は金
属細線によるワイヤボンディング、リボンボンディン
グ、あるいは金属バンプを用いて直接接続するフリップ
チップボンディング等がある。また、パッケージＭＭＩ
Ｃ１２ａを実装する場合は、上記接続方法以外に導電性
接着剤もしくは半田づけによる接続方法がある。ワイヤ
ボンディングでは、複数のワイヤーを並列にボンディン
グすることで低損失化を行うのが一般的である。

【０００７】図９では、一枚の誘電体基板上にひとつの
パッケージＭＭＩＣを実装した従来例を示している。図
９に示すように、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）等
の導電性の金属基板２２上に誘電体基板２１が金すず
（ＡｎＳｎ）等によるろう付けや半田付けにより接合さ
れ、誘電体基板２１上に低雑音増幅器、あるいは高出力
増幅器等のパッケージＭＭＩＣ２４が実装される。

【０００８】パッケージＭＭＩＣ２４は、入出力端子２
４ａ，２４ｂおよびグランド端子２４ｃ，２４ｄを有し
ており、入出力端子２４ａ，２４ｂは誘電体基板２１に
形成されたマイクロストリップライン２５，２６に導電
性接着剤等により電気的に接続され、グランド端子２４
ｃ，２４ｄはアースパターン２７，２８に接続されてい
る。そして、表面のアースパターン２７，２８と裏面の
ベタアース２９はスルーホール２７ａ，２８ａにより接
続されている。

【０００９】しかしながら上記構成にあっては、誘電体
基板２１上面のアースがスルーホール２７ａ，２８ａを
介して裏面に接続されているため、スルーホール２７
ａ，２８ａのインダクタンス成分が存在し、パッケージ
ＭＭＩＣ２４の良好な高周波接地がとれなくなり、増幅
器の増幅率を落とす場合がある。

【００１０】この問題の対策として、図示しないがパッ
ケージＭＭＩＣ２４のグランド端子２４ｃ，２４ｄとス
ルーホール２７ａ，２８ａのそれぞれの間にコンデンサ
を実装し、コンデンサとスルーホール２７ａ，２８ａの
インダクタンス成分による直列共振により両面のアース
を高周波的に短絡する方法がある。

【００１１】しかしながら、短絡されるのは共振周波数
近傍の限られた周波数帯域のみであり、また、共振周波
数においてもスルーホールの直列抵抗、コンデンサの損
失抵抗等により完全に短絡することができないという問
題がある。

【００１２】また、図１０のパッケージＭＭＩＣ実装断
面図に示すように、ミリ波周波数帯ではパッケージＭＭ
ＩＣ２４の出力端子２４ｂから入力端子２４ａにグラン
ド端子２４ｃ，２４ｄを飛び越し空間的な結合が発生し
て帰還する場合がある。その特性例を図１１に示す。増
幅率の大きい増幅器の場合は、帰還量の大きな周波数
（この例では３３ＧＨｚ）で発振が起きることがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述する通り、上記従
来の高周波回路部品の実装方法、あるいは高周波部品の
物理的構造により高周波特性が非常に悪くなり、最悪の
場合は不要周波数での発振が発生するなど、本来の設計
通りの特性が得られない等の問題点があった。

【００１４】本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされ
たものでありマイクロ波・ミリ波帯のような超高周波数
帯においても、高周波接地を確実に行うことにより、増
幅器の増幅率の低下を防止し、かつ異常発振を防ぐ等の
良好な高周波特性を得ることができる高周波接地構造を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための本発明は、回路基板上のパッケージＭＭＩ
Ｃ部品直下に、実装するＭＭＩＣ部品よりも若干小さな
貫通穴を開け、回路基板下部の金属基板との間隙に高周
波接地を強化する良導電性金属を配置するものである。
また、金属基板と接地補強用良伝導性金属との接続は、
ろう付けや半田付け、および導電性接着剤等にて行う。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る高
周波接地構造は、表面にマイクロストリップ線路及びア
ースパッドが形成され、裏面にベタアースが形成される
誘電体基板と、誘電体基板と一体化される金属基板に該
ベタアースが接合され、誘電体基板に設けられた貫通穴
部に高周波接地部材が配置され、該高周波接地部材がア
ースパッドと金属基板に接合されることにより、アース
パッドが高周波接地部材を介して金属基板に高周波接地
されるものである。これにより、高周波接地を確実に行
うことにより、増幅器の増幅率の低下を防止し、かつ異
常発振を防ぐ等の良好な高周波特性を得ることができ
る。

【００１７】また、本発明の実施の形態に係る高周波回
路部品の実装構造は、表面にマイクロストリップライン
が形成され、裏面にベタアースが形成された誘電体基板
上と、ベタアースに接合された金属基板とを具備し、誘
電体基板の表面には高周波回路部品が実装され、高周波
回路部品の直下に貫通穴を有し、金属基板上に高周波接
地部材を配置するものである。

【００１８】また、本発明の実施の形態に係る高周波回
路部品の実装構造は、表面にマイクロストリップライン
が形成され、裏面にベタアースが形成された誘電体基板
上と、ベタアースに接合された金属基板とを具備し、誘
電体基板の表面には高周波回路部品が実装され、高周波
回路部品の直下に貫通穴を有し、金属基板上に入出力端
子の高周波結合を防ぐためのしきりを設けた高周波接地
部材を配置するものである。

【００１９】また、本発明の実施の形態に係る高周波回
路部品の実装構造は、表面にコプレナー線路が形成さ
れ、裏面にベタアースが形成された誘電体基板上と、ベ
タアースに接合された金属基板とを具備し、誘電体基板
の表面には高周波回路部品が実装され、高周波回路部品
の直下に貫通穴を有し、金属基板上に高周波接地部材を
配置するものである。

【００２０】また、上記高周波回路部品の実装行動で
は、金属基板上に高周波接地部材の機能を有する突起形
状を持つようにしてもよい。

【００２１】本発明の実施の形態に係る高周波接地構造
について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施
形態に係る高周波接地構造を説明するための、基板パタ
ーン面から見た分解斜視図である。本発明の実施の形態
における概略構造は、金属基板３５と誘電体基板３９が
一体化され、誘電体基板３９に設けられた貫通穴３８に
高周波接地を強化する良導電性の金属部材３２を設置
し、その上にパッケージＭＭＩＣチップ３０が搭載され
て、金属筺体３６上に固定されるものとなっている。

【００２２】以下に本発明の実施の形態における具体例
を、図面を参照して説明する。図１には、本発明の構成
を示す一例として低雑音増幅器であるパッケージＭＭＩ
Ｃチップ３０を比誘電率１０．０、厚さ０．２５ｍｍの
セラミック基板３９に実装するときの分解斜視図を示
す。図２にはパッケージＭＭＩＣチップ３０中心の断面
図を示している。

【００２３】セラミック基板３９上のパッケージＭＭＩ
Ｃチップ３０の実装部分直下には貫通穴３８が開いてお
り、高周波接地を強化する良導電性の金属部材３２が挿
入される構成になっている。また、セラミック基板３９
上にはスルーホールはなく、パッケージＭＭＩＣチップ
３０の部品実装用のアースパッドパターン４２があるだ
けである。

【００２４】次に、本発明の高周波集積回路モジュール
をマイクロ波・ミリ波集積回路ユニット筐体に取り付け
る実装手順について簡単に説明する。セラミック基板３
９を良導電性金属基板であるコバール板３５（Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金）に金すず（ＡｕＳｎ）を用いたろう付け
や半田付けを行って一体化させた後に、セラミック基板
３９の貫通穴方向から露出するコバール板３５上に良導
電性金属である金属部材３２をろう付けや半田付け、お
よび導電性接着剤等にて固定する。金属部材３２とアー
スパッド４２を接続して、アースパッド４２とＭＭＩＣ
チップ３０のグランド端子とを接続する。

【００２５】また、図３に示すように、高周波接地する
良導電性金属部材５２は、パッケージＭＭＩＣチップ３
０の端子形状により、入出力端子間にしきりを設けた構
造にして、入出力端子間の結合を抑え、異常発振を抑え
ることを可能としている。図１、図３ともにＭＭＩＣチ
ップ３０の入出力端子が金属部材３２，５２とショート
しないように入出力端子を逃げた構造になっている。図
３は、本発明の別の実施の形態に係る金属部材の一実施
形態を説明するための、基板パターン面から見た分解斜
視図である。

【００２６】本実施の形態での入出力端子間の結合特性
を従来例と比較して図４に示す。図４は、本発明の実施
の形態に係る実装方法での帰還量の一例を示す図であ
る。しきりを設けたことで、広い周波数帯において帰還
量が減少し、特定周波数で異常発振を引き起こすような
急峻な帰還量の増加がないことがわかる。

【００２７】その他の実施の形態の例では、図５に示す
ように、ベース金属板３５に直接エッチング処理を施し
てベース金属板３５上に金属部材６２を併せ持つ構造に
しても同様の効果があり、金属部材６２を実装する工数
の削減が可能である。

【００２８】上記実施の形態の例と同様に、金属部材６
２の突起形状はＭＭＩＣチップ３０の入出力端子が金属
部材６２とショートしないように入出力端子を逃げた構
造であり、入出力ラインでの直接の高周波結合を防ぐた
めのしきりを設けた図３のような構造も同様に考えられ
る。

【００２９】また、その他の実施の形態の例では、ＭＭ
ＩＣベアチップのようなコプレナー線路を有するＭＭＩ
Ｃチップ部品に対する接地構造も同様であり、図６に示
す通りである。図６は、本発明の別の実施の形態に係る
高周波接地構造において、コプレナー線路を有するＭＭ
ＩＣチップ部品に対する接地構造を示す分解斜視図であ
る。

【００３０】図６の例では、信号ライン３３部とアース
パターン７２部にマイクロストリップ・コプレナー変換
部を設けた誘電体基板３９上に、実装するＭＭＩＣチッ
プ７０の部品直下にチップ部品よりも若干小さな貫通穴
３８を開け、回路基板下部の金属基板３５との間隙に高
周波接地用の良導電性の金属部材７１を配置している。

【００３１】但し、この場合の金属部材７１上面は平ら
な形状が望ましい。尚、実装状態は図７の斜視図のよう
になり、ＭＭＩＣベアチップ７０を金すず（ＡｕＳｎ）
付けしたのちにワイヤボンディングにより信号ラインと
グランドラインの接続を行っている。図７は、本発明の
別の実施の形態に係る高周波接地構造において、コプレ
ナー線路のＭＭＩＣチップ部品が実装された一形態を示
す外観斜視図である。

【００３２】この場合も、ベースとなる金属基板３５で
あるコバール板に直接エッチング処理を施して、その金
属基板３５上に図５の金属部材６２を併せ持つ構造にし
ても同様の効果がある。

【００３３】これまで上述した実施の形態のいずれにお
いても、高周波集積回路（ＭＩＣ，ＭＭＩＣ）がひとつ
しか実装していない最も簡単な場合について記述してい
るが、複数ある場合でも同様の方法で対応することが可
能なことは明らかである。また、マイクロコンデンサや
薄膜抵抗などの能動素子の接地についても寄生インダク
タンスを抑制するための方法として積極的に利用可能で
ある。

【００３４】本発明の実施の形態の高周波接地構造によ
れば、マイクロ波・ミリ波帯のような超高周波帯におい
ても高周波集積回路であるＭＩＣ，ＭＭＩＣ周辺の接地
構造を、回路基板上のＭＭＩＣチップ部品直下に貫通穴
３８を開け、回路基板下部のベース金属基板との間隙に
高周波接地補強用の良導電性の金属部材を配置すること
で、ＭＩＣ，ＭＭＩＣの接地に対して寄生するインダク
タンスを大幅に低減でき良好な高周波特性が得られ、不
要周波数での発振等の問題が発生せずに設計通りの特性
が得られるという絶大な効果が得られる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、表面にマイクロストリ
ップ線路及びアースパッドが形成され、裏面にベタアー
スが形成される誘電体基板と、誘電体基板と一体化され
る金属基板に該ベタアースが接合され、誘電体基板に設
けられた貫通穴部に高周波接地部材が配置され、該高周
波接地部材がアースパッドと金属基板に接合されること
により、アースパッドが高周波接地部材を介して金属基
板に高周波接地される高周波接地構造としているので、
高周波接地を確実に行うことができ、増幅器の増幅率の
低下を防止し、かつ異常発振を防ぐ等の良好な高周波特
性を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る高周波接地構造にお
いて、基板パターン面から見た分解斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る実装方法による実装
断面図である。

【図３】本発明の別の実施の形態に係る金属部材の一実
施形態を説明するための、基板パターン面から見た分解
斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る実装方法での帰還量
の一例を示す図である。

【図５】本発明の別の実施の形態に係る高周波接地構造
において、金属基板上に金属部材を設けたことを示す分
解斜視図である。

【図６】本発明の別の実施の形態に係る高周波接地構造
において、コプレナー線路を有するＭＭＩＣチップ部品
に対する接地構造を示す分解斜視図である。

【図７】本発明の別の実施の形態に係る高周波接地構造
において、コプレナー線路のＭＭＩＣチップ部品が実装
された一形態を示す外観斜視図である。

【図８】高周波ユニットの一例を示す図である。

【図９】従来のＭＭＩＣチップを基板上に実装したとき
の外観斜視図である。

【図１０】従来のＭＭＩＣチップを基板上に実装したと
きの実装断面図である。

【図１１】従来の実装方法での帰還量の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１、２５，３６…金属筐体、 １２〜１５，２１，３
９…誘電体基板、 １２ａ，２４，３０…パッケージＭ
ＭＩＣ、 １３ａ，７０…ＭＭＩＣチップ、１６…コネ
クタ、 ２２，３５…金属基板、 ２３，３１…ねじ、
２４ａ，２４ｂ…入出力端子、 ２４ｃ，２４ｄ…グ
ランド端子、 ２５，２６…マイクロストリップライ
ン、 ２７，２８…アースパターン、 ２７ａ，２８ａ
…スルーホール、 ２９…ベタアース、 ３２，５２，
７１…金属部材、 ３３…基板パターン、 ３４…ねじ
貫通穴、 ３７…ねじタップ、 ３８…貫通穴、 ４２
…アースパッドパターン、 ６２…金属基板上の突起、
７２…アースパターン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にマイクロストリップ線路及びアー
   スパッドが形成された誘電体基板の裏面にベタアースが
   形成され、該ベタアースが金属基板に接合され、前記誘
   電体基板に設けられた貫通穴部に高周波接地部材が配置
   され、該高周波接地部材が前記アースパッドと前記金属
   基板に接合されることにより、前記アースパッドが前記
   高周波接地部材を介して前記金属基板に高周波接地され
   ることを特徴とする高周波接地構造。