JP2001308547A - 高周波多層回路基板 - Google Patents

高周波多層回路基板

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JP2001308547A JP2000127398A JP2000127398A JP2001308547A JP 2001308547 A JP2001308547 A JP 2001308547A JP 2000127398 A JP2000127398 A JP 2000127398A JP 2000127398 A JP2000127398 A JP 2000127398A JP 2001308547 A JP2001308547 A JP 2001308547A
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雨 朱
Eiji Suematsu
英治 末松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で低反射,低損失の回路層間伝送
を実現でき、製造コストを低減できる高周波多層回路基
板を提供する。 【解決手段】 複数の回路層とその回路層間を接続する
ビアホールとを備えた高周波多層回路基板において、ビ
アホール１１０と、矩形スタブ３０３と、ビアホール１
１０と矩形スタブ３０３との間の整合調整用マイクロス
トリップ線路３０４でビアホール接続部を構成する。伝
送すべき信号の波長において、ビアホール接続部の特性
インピーダンスと信号伝送用のマイクロストリップ線路
３０１の特性インピーダンスとが一致するように、整合
調整用マイクロストリップ線路３０４の幅と長さおよび
矩形スタブ３０３の幅と長さを設定する。そうすること
によって、上記ビアホール接続部における信号波の反射
を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回路層間の接続
にビアホールが用いられたマイクロ波帯用の高周波多層
回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高周波多層回路基板としては、高
周波回路の性能向上および高密度実装のために、伝送線
路をビアホールで接続したものがある。この多層回路基
板の小型化および伝送信号の高周波化に伴い、伝送線路
とビアホール接続部における信号波の反射による伝送損
失が問題となる。これに対して、特開平１１−１５０３
７号公報では、伝送線路用ビアホールから所定の間隔を
あけて所定の幅の板状接地導体を設けることにより、ま
たは伝送線路用ビアホールから所定の間隔を隔てて円柱
状接地導体を設けることにより、ビアホール接続部の特
性インピーダンス整合を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記高周波
多層回路基板では、ビアホール接続部の特性インピーダ
ンス整合をとる場合に、接地導体とビアホールとの間隔
を調節してビアホール接続部の特性インピーダンスを制
御する必要がある。しかしながら、基板製造工程から見
れば、板状接地導体でも、円柱状接地導体でも、基板を
貫通するビアホールと接地導体との間隔が小さくなるほ
ど、回路基板の作製に一層の微細化が要求され、製造コ
ストの増加につながるという問題がある。
【０００４】そこで、この発明の目的は、簡単な構造で
低反射,低損失な回路層間伝送ができ、製造コストを低
減できる高周波多層回路基板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の高周波多層回路基板は、複数の回路層と
上記回路層間を接続するビアホールとを備えた高周波多
層回路基板において、上記ビアホールと平面回路からな
るビアホール接続部を備え、上記ビアホール接続部の平
面回路は、上記ビアホール接続部の特性インピーダンス
を調整するための整合調整用平面回路を有することを特
徴としている。
【０００６】上記構成の高周波多層回路基板によれば、
上記ビアホール接続部の整合調整用平面回路(例えば伝
送線路やスタブ等)によりビアホール接続部の特性イン
ピーダンスを調整することによって、ビアホール接続部
の特性インピーダンスを上記ビアホールにより接続され
る上記回路層の信号伝送用伝送線路等の特性インピーダ
ンスと一致させることができ、簡単な構造でマイクロ波
帯(特にミリ波域)での低反射,低損失な回路層間伝送を
低コストで実現できる。
【０００７】また、一実施形態の高周波多層回路基板
は、上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送
用伝送線路を備え、上記ビアホール接続部の特性インピ
ーダンスと上記信号伝送用伝送線路の特性インピーダン
スとを一致させたことを特徴としている。
【０００８】上記実施形態の高周波多層回路基板によれ
ば、上記ビアホール接続部の特性インピーダンスと上記
ビアホール接続部によって接続される信号伝送用伝送線
路の特性インピーダンスとを一致させるので、上記信号
伝送用伝送線路が接続されたビアホール接続部において
低反射,低損失にできる。
【０００９】また、一実施形態の高周波多層回路基板
は、上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送
用伝送線路を備え、上記ビアホール接続部の平面回路
は、上記ビアホールに一端が接続された整合調整用伝送
線路と、その整合調整用伝送線路の他端に接続されたス
タブとを有すると共に、上記ビアホール接続部の特性イ
ンピーダンスが上記信号伝送用伝送線路の特性インピー
ダンスと一致するように、上記整合調整用伝送線路の幅
と長さおよび上記スタブの幅と長さを設定したことを特
徴としている。
【００１０】上記実施形態の高周波多層回路基板によれ
ば、上記整合調整用伝送線路の幅と長さおよび上記スタ
ブの幅と長さを設定して、上記ビアホール接続部の特性
インピーダンスと上記信号伝送用伝送線路の特性インピ
ーダンスとを一致させるので、上記信号伝送用伝送線路
が接続されたビアホール接続部において簡単な構成で低
反射,低損失にできる。
【００１１】また、一実施形態の高周波多層回路基板
は、上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送
用伝送線路を備え、上記ビアホール接続部の平面回路
は、少なくとも２種類以上の異なった線路幅の直列接続
された複数の整合調整用伝送線路を有すると共に、上記
ビアホール接続部の特性インピーダンスが上記信号伝送
用伝送線路の特性インピーダンスと一致するように、上
記複数の整合調整用伝送線路の幅と長さを設定している
ことを特徴としている。
【００１２】上記実施形態の高周波多層回路基板によれ
ば、上記複数の整合調整用伝送線路の幅と長さおよび上
記スタブの幅と長さを設定して、上記ビアホール接続部
の特性インピーダンスと上記信号伝送用伝送線路の特性
インピーダンスとを一致させるので、上記信号伝送用伝
送線路が接続されたビアホール接続部において簡単な構
成で低反射,低損失にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本出願人は、ビアホールの高周波
特性を考察した上で、ビアホールを信号伝送用伝送線路
と異なる特性インピーダンスを持つ回路部品と見なし、
ビアホールと信号伝送用伝送線路の間に整合回路(整合
調整用平面回路)を設けることによって、ビアホール接
続部の信号波の反射と、その反射による伝送損失を回避
する方法を見出した。
【００１４】以下、この発明の高周波多層回路基板を図
示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】（第１実施形態）図１はこの発明の第１実
施形態の高周波多層回路基板の断面を示す模式図であ
る。図１において、１１１,２１１,３１１は厚み１５０
μｍ,比誘電率８.７の誘電体基板であり、１１０は誘電
体基板１１１,２１１を貫通する直径１００μｍのビア
ホールである。上記誘電体基板１１１の表面に第１回路
層１１を形成し、誘電体基板１１１と誘電体基板２１１
との間に第２回路層１２を形成し、誘電体基板２１１と
誘電体基板３１１との間に第３回路層１３を形成してい
る。
【００１６】また、図２,図３,図４は上記第１回路層１
１,第２回路層１２,第３回路層１３の平面図を夫々示し
ている。
【００１７】図２に示すように、第１回路層１１には、
信号伝送用伝送線路としての幅１６０μｍのマイクロス
トリップ線路１０１を設け、マイクロストリップ線路１
０１の一端とビアホール１１０とを接続する１６０μｍ
×１６０μｍのビアホール用メタルパッド１０２を設け
ている。
【００１８】また、図３に示すように、第２回路層１２
には、グランド導体２０１を設け、ビアホール１１０に
接続された直径１５０μｍのビアホール用メタルパッド
２０２を設けると共に、グランド導体２０１とビアホー
ル用メタルパッド２０２との間に外縁の直径が５００μ
ｍのクリアランス２０３とを設けている。
【００１９】また、図４に示すように、第３回路層１３
には、信号伝送用伝送線路としての幅１００μｍマイク
ロストリップ線路３０１を設け、上記マイクロストリッ
プ線路３０１の一端とビアホール１１０とを接続する１
６０μｍ×１６０μｍのビアホール用メタルパッド３０
２を設けると共に、幅１００μｍの矩形スタブ３０３と
幅１００μｍの整合調整用マイクロストリップ線路３０
４とを設けている。上記ビアホール用メタルパッド３０
２に整合調整用マイクロストリップ線路３０４の一端を
接続し、その整合調整用マイクロストリップ線路３０４
の他端にマイクロストリップ線路３０１の一端を接続
し、整合調整用マイクロストリップ線路３０４の他端の
両側に、整合調整用マイクロストリップ線路３０４の長
手方向に対して直角方向外側に向かって矩形スタブ３０
３を接続している。
【００２０】上記矩形スタブ３０３および整合調整用マ
イクロストリップ線路３０４で整合調整用平面回路を構
成している。また、上記ビアホール１１０,ビアホール
用メタルパッド１０２,ビアホール用メタルパッド２０
２,ビアホール用メタルパッド３０２,矩形スタブ３０３
および整合調整用マイクロストリップ線路３０４でビア
ホール接続部を構成している。
【００２１】上記構成の高周波多層回路基板において、
整合調整用マイクロストリップ線路３０４(図４に示す)
の長さおよび矩形スタブ３０３(図４に示す)の長さを調
節することにより、ビアホール接続部の特性インピーダ
ンスを制御し、伝送すべき信号の波長において、ビアホ
ール接続部の特性インピーダンスと伝送線路の特性イン
ピーダンスとを一致させて、ビアホール接続部の信号波
の反射を低減し、その反射による伝送損失の低減を図っ
ている。
【００２２】また、境界要素法を用いて、図１に示す物
理構造の電磁界分布を計算し、さらにその物理構造の高
周波特性を表すＳパラメータを求める。この計算方法を
用いて、反射損失,伝送損失が最も小さくなるように、
整合調整用マイクロストリップ線路３０４および矩形ス
タブ３０３の長さの最適化を行う。
【００２３】図５は整合調整用マイクロストリップ線路
３０４(図４に示す)の長さが１８０μｍで、矩形スタブ
３０３(図４に示す)の長さが１００μｍである場合の反
射損失のｄＢ(Ｓ１１)および伝送損失ｄＢ(Ｓ２１)を示
しており、比較のために整合調整用平面回路を設けない
場合の伝送特性を図６に示している。図５,図６におい
て、横軸は周波数を表し、縦軸は反射損失,伝送損失を
表している。
【００２４】図５, 図６から明らかなように、この高周
波多層回路基板では、伝送線路の所定の位置に所定の長
さのスタブを設けることによって、所望の周波数におい
て、簡単な構成で反射低減による低損失回路層間伝送を
低コストで実現することができる。
【００２５】また、上記第１実施形態では、オープンス
タブを用いたが、整合調整用マイクロストリップ線路３
０４の長さを調節して、ショートスタブを用いてビアホ
ール接続部の特性インピーダンスを制御することも可能
である。
【００２６】さらに、上記第１実施形態では、ビアホー
ルで接続された複数の伝送線路の一本にスタブを設けた
が、複数の伝送線路にスタブを設けることも可能であ
る。
【００２７】（第２実施形態）図７,図８,図９はこの発
明の第２実施形態の高周波多層回路基板の第１回路層２
１,第２回路層２２,第３回路層２３の平面図を夫々示し
ている。なお、この第２実施形態の高周波多層回路基板
は、図１に示す第１実施形態の高周波多層回路基板と同
様に、厚み１５０μｍ,比誘電率８.７の３枚の誘電体基
板(図示せず)による多層構造をしており、上側の２枚の
誘電体基板を貫通する直径１００μｍのビアホール４１
０を設けている。
【００２８】図７に示すように、第１回路層２１には、
信号伝送用線路としての幅１６０μｍのマイクロストリ
ップ線路４０１を設け、ビアホール４１０の周りに１６
０μｍ×１６０μｍのビアホール用メタルパッド４０２
を設けている。上記マイクロストリップ線路４０１とビ
アホール用メタルパッド４０２とを接続する幅１８０μ
ｍの整合調整用マイクロストリップ線路４０４と幅１０
０μｍの整合調整用マイクロストリップ線路４０５とを
設けている。
【００２９】また、図８に示すように、第２回路層２２
には、グランド導体５０１を設け、ビアホール４１０の
周りに直径１５０μｍのビアホール用メタルパッド５０
２を設け、上記グランド導体５０１とビアホール用メタ
ルパッド５０２との間に外縁の直径が５００μｍのクリ
アランス５０３を設けている。
【００３０】また、図９に示すように、第３回路層２３
には、信号伝送用伝送線路としての幅１００μｍマイク
ロストリップ線路６０１を設け、ビアホール４１０の周
りにマイクロストリップ線路６０１の一端が接続された
１６０μｍ×１６０μｍのビアホール用メタルパッド６
０２を設けている。
【００３１】上記整合調整用マイクロストリップ線路４
０４,４０５で整合調整用平面回路を構成している。ま
た、上記ビアホール４１０,ビアホール用メタルパッド
４０２,ビアホール用メタルパッド５０２,ビアホール用
メタルパッド６０２および整合調整用マイクロストリッ
プ線路４０４,４０５でビアホール接続部を構成してい
る。
【００３２】上記構成の高周波多層回路基板において、
整合調整用マイクロストリップ線路４０４,４０５の長
さおよび幅を調節することにより、ビアホール接続部の
特性インピーダンスを制御し、伝送すべき信号の波長に
おいて、ビアホール接続部の特性インピーダンスと伝送
線路の特性インピーダンスとを一致させることができ
る。
【００３３】上記第１実施形態と同様の計算方法による
最適化を行った結果、幅１８０μｍの整合調整用マイク
ロストリップ線路４０４の長さが４５０μｍ、幅１００
μｍの整合調整用マイクロストリップ線路４０４の長さ
が４５０μｍで、低損失伝送特性が得られた。その場合
の高周波伝送特性を図１０に示している。図１０は反射
損失のｄＢ(Ｓ１１)および伝送損失ｄＢ(Ｓ２１)を示
し、横軸は周波数を表し、縦軸は反射損失,伝送損失を
表している。
【００３４】図１０から明らかなように、この第２実施
形態にかかる高周波多層基板回路を用いて、簡単な構成
で６０ＧＨｚでの低反射,低損失の回路層間伝送を低コ
ストで実現することができる。
【００３５】上記第１,第２実施形態では、ビアホール
で接続された２本の信号伝送用伝送線路をグランド導体
層の両側の回路層に配置したが、ビアホールで接続され
た２本の信号伝送用伝送線路をグランド導体層に対して
同じ側の回路層に配置しても可能である。
【００３６】また、上記第１,第２実施形態では、信号
伝送用伝送線路にマイクロストリップ線路を用いたが、
コプレーナ線路やストリップ線路を用いても、同じ効果
が得られる。
【００３７】さらに、上記第１,第２実施形態では、ビ
アホール接続部の特性インピーダンスとそのビアホール
接続部によって接続される信号伝送用伝送線路としての
マイクロストリップ伝送線路の特性インピーダンスとを
一致させたが、ビアホール接続部の特性インピーダンス
と、ビアホール接続部に信号伝送用伝送線路を介さずに
直接接続された平面回路の特性インピーダンスとを一致
させたものでもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の高
周波多層回路基板によれば、設計上および製造上簡単な
構造で、ビアホールと平面回路からなるビアホール接続
部の特性インピーダンスを、伝送線路の特性インピーダ
ンスと一致させることができ、その結果、簡単な構成で
マイクロ波(特にミリ波域)での低反射,低損失な回路層
間伝送を実現でき、製造コストを低減することができ
る。また、この高周波多層回路基板によれば、マイクロ
波(特にミリ波域)の回路やパッケージの開発に有効に利
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１この発明の第１実施形態の高周波多層回
路基板の断面を示す模式図である。
【図２】 図２は上記高周波多層回路基板の第１回路層
を示す平面図である。
【図３】 図３は上記高周波多層回路基板の第２回路層
を示す平面図である。
【図４】 図４は上記高周波多層回路基板の第３回路層
を示す平面図である。
【図５】 図５は上記高周波多層回路基板の回路層間伝
送特性である。
【図６】 図６は整合調整用平面回路を持たないビアホ
ールを用いた高周波多層回路基板の回路層間伝送特性で
ある。
【図７】 図７はこの発明の第２実施形態の高周波多層
回路基板の第１回路層を示す平面図である。
【図８】 図８は上記高周波多層回路基板の第２回路層
を示す平面図である。
【図９】 図９は上記高周波多層回路基板の第３回路層
を示す平面図である。
【図１０】 図１０は上記高周波多層回路基板の回路層
間伝送特性である。
【符号の説明】
１０１,３０１,４０１,６０１…マイクロストリップ線
路、 １０２,２０２,３０２,４０２,５０２,６０２…ビアホ
ール用メタルパッド、 １０４,１０５,３０４,４０４,４０５…整合調整用マイ
クロストリップ線路、 １１０,４１０…ビアホール、 １１１,１１２,１１３,１１４…誘電体基板、 ２０１,５０１…グランド導体、 ２０３,５０３…クリアランス、 ３０３…矩形スタブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E338 AA03 BB02 BB12 BB25 CC02 CC04 CC06 CC10 CD11 CD14 EE13 5E346 AA41 BB02 BB04 BB15 HH02 HH03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の回路層と上記回路層間を接続する
    ビアホールとを備えた高周波多層回路基板において、 上記ビアホールと平面回路からなるビアホール接続部を
    備え、 上記ビアホール接続部の平面回路は、上記ビアホール接
    続部の特性インピーダンスを調整するための整合調整用
    平面回路を有することを特徴とする高周波多層回路基
    板。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の高周波多層回路基板に
    おいて、 上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送用伝
    送線路を備え、 上記ビアホール接続部の特性インピーダンスと上記信号
    伝送用伝送線路の特性インピーダンスとを一致させたこ
    とを特徴とする高周波多層回路基板。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の高周波多層回路基板に
    おいて、 上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送用伝
    送線路を備え、 上記整合調整用平面回路は、上記ビアホールに一端が接
    続された整合調整用伝送線路と、その整合調整用伝送線
    路の他端に接続されたスタブとを有すると共に、 上記ビアホール接続部の特性インピーダンスが上記信号
    伝送用伝送線路の特性インピーダンスと一致するよう
    に、上記整合調整用伝送線路の幅と長さおよび上記スタ
    ブの幅と長さを設定したことを特徴とする高周波多層回
    路基板。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の高周波多層回路基板に
    おいて、 上記ビアホール接続部によって接続される信号伝送用伝
    送線路を備え、 上記整合調整用平面回路は、少なくとも２種類以上の異
    なった線路幅の直列接続された複数の整合調整用伝送線
    路を有すると共に、 上記ビアホール接続部の特性インピーダンスが上記信号
    伝送用伝送線路の特性インピーダンスと一致するよう
    に、上記複数の整合調整用伝送線路の幅と長さを設定し
    ていることを特徴とする高周波多層回路基板。
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