JP2004221944A

JP2004221944A - 高周波用配線基板

Info

Publication number: JP2004221944A
Application number: JP2003007008A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kitamura; 俊彦北村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】誘電体基板の上下面に形成された第１の線路導体および第２の線路導体を貫通導体を介して伝送する高周波信号の伝送特性を向上させること。
【解決手段】高周波用配線基板は、第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂは、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの線路部分と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの所定間隔よりも大きくされており、かつ第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂ間を接続する接地貫通導体５が、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部において貫通導体４を取り囲む円周上に４個配置されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の高周波用電子部品に接続させて高周波信号を伝送させるための高周波用配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貫通導体を介して伝送する高周波用配線基板（以下、高周波基板ともいう）の例を図２に示す。この高周波基板は、上面に搭載される高周波用半導体素子等の高周波用電子部品に電気的に接続される第１の線路導体１２ａとこれを一定間隔をもって取り囲むように形成された第１の同一面接地導体１３ａとから成る第１のコプレーナ線路と、外部電気回路基板の外部電気回路に電気的に接続される第２の線路導体１２ｂとこれを一定間隔をもって取り囲むように形成された第２の同一面接地導体１３ｂとから成る第２のコプレーナ線路とが、それぞれ誘電体基板１１の上下面に形成されている。このような高周波基板は、高周波用回路基板、高周波用半導体素子収納用パッケージまたは高周波用半導体素子搭載用チップキャリア等に用いられる。
【０００３】
また、第１の線路導体１２ａと第２の線路導体１２ｂとを電気的に接続する貫通導体１４、および第１の同一面接地導体１３ａと第２の同一面接地導体１３ｂとを電気的に接続する接地貫通導体１５とを具備しており、接地貫通導体１５は第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように形成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。これにより、外部電気回路と高周波用電子部品との高周波信号の入出力を行なうことができる。
【０００４】
しかしながら、このような従来の高周波基板においては、第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの端部と貫通導体１４との接続部において、電気的な容量成分が大きくなり、接続部を伝送する高周波信号に反射損失や透過損失が発生し、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【０００５】
このような問題点を解決するために、図３に示すように、第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの各端部付近の両側と第１および第２の同一面接地導体１３ａ，１３ｂとの間隔が線路部分よりも大きくなるように形成され、第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの各端部付近両側の導体非形成部の形状が矩形状とされたものが提案されている（例えば、下記の特許文献２，３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６８２３７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００９９３号公報
【特許文献３】
特開平１１−１８６４５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２，３に示される高周波基板は、第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの端部と貫通導体１４との接続部における容量成分を小さくすることができる。しかしながら、この構造では第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂの端部付近における接地貫通導体１５を他の線路部分よりも第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂから離れた位置に形成しなければならないため電界の広がりが生じ易く、取り扱う信号の周波数がより高周波になると、第１および第２の線路導体１２ａ，１２ｂを伝送する高周波信号に反射損失や透過損失といった伝送損失が発生し易くなるという問題点があった。
【０００８】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、誘電体基板の上下面に形成された第１の線路導体および第２の線路導体を貫通導体を介して伝送する高周波信号の伝送損失を小さくし、その伝送特性を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用配線基板は、複数の誘電体層が積層されて成る誘電体基板の上面の縁部から中央部にかけて形成された、第１の線路導体および該第１の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第１の同一面接地導体から成る第１のコプレーナ線路と、前記誘電体基板の下面の中央部から縁部にかけて前記第１の線路導体の延長線に対向するように形成された、第２の線路導体および該第２の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第２の同一面接地導体から成る第２のコプレーナ線路と、前記第１の線路導体の前記誘電体基板の上面の中央部側の端部および前記第２の線路導体の前記誘電体基板の下面の中央部側の端部を電気的に接続する貫通導体とを具備した高周波用配線基板において、前記第１および第２の同一面接地導体は、前記第１および第２の線路導体のそれぞれの前記端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、前記第１および第２の線路導体のそれぞれの前記中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が前記所定間隔よりも大きくされており、かつ前記第１および第２の同一面接地導体間を電気的に接続する接地貫通導体が、前記第１および第２の線路導体の両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに前記第１および第２の線路導体のそれぞれの端部において前記貫通導体を取り囲む円周上に４個配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の高周波用配線基板は、第１および第２の同一面接地導体は、第１および第２の線路導体のそれぞれの端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、第１および第２の線路導体のそれぞれの中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が第１および第２の線路導体の線路部分と第１および第２の同一面接地導体との所定間隔よりも大きくされており、かつ第１および第２の同一面接地導体間を電気的に接続する接地貫通導体が、第１および第２の線路導体の両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに第１および第２の線路導体のそれぞれの端部において貫通導体を取り囲む円周上に４個配置されていることから、線路導体の端部と貫通導体との接続部に生じる容量成分を小さくできるとともに貫通導体とその周囲の接地貫通導体と第１および第２の同一面接地導体とで構成される貫通導体での伝送部をより同軸構造に近いものとすることができ、その結果、高周波信号の伝送特性を良好なものとし、より高い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用配線基板について以下に詳細に説明する。図１において、１は誘電体基板、２ａ，２ｂは、誘電体基板１の上下面にそれぞれ形成され、高周波信号が伝送される第１の線路導体，第２の線路導体、３ａ，３ｂは、誘電体基板１の上下面に第１の線路導体２ａの両側および第２の線路導体２ｂの両側に所定間隔をもってそれぞれ形成された第１の同一面接地導体，第２の同一面接地導体である。
【００１２】
そして、第１の線路導体２ａと第１の同一面接地導体３ａとで第１のコプレーナ線路が形成されており、また、第２の線路導体２ｂと第２の同一面接地導体３ｂとで第２のコプレーナ線路が形成されている。なお、第１の線路導体２ａと第１の同一面接地導体３ａとは電気的に短絡しないように、また、第２の線路導体２ｂと第２の同一面接地導体３ｂも電気的に短絡しないように形成されている。
【００１３】
また、４は第１の線路導体２ａの端部と第２の線路導体２ｂの端部とを電気的に接続する貫通導体、５は第１の同一面接地導体３ａと第２の同一面接地導体３ｂとを接続する接地貫通導体であり、これら貫通導体４、接地貫通導体５、第１および第２のコプレーナ線路で、上面に高周波用半導体素子等の高周波用電子部品が搭載される高周波基板が構成される。
【００１４】
本発明の第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂは、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの線路部分と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの所定間隔よりも大きくされており、かつ第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂ間を電気的に接続する接地貫通導体５が、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに第１および第２の線路導体２ａ，３ｂのそれぞれの端部において貫通導体４を取り囲む円周上に４個配置されている。
【００１５】
これにより、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの端部と貫通導体４との接続部に生じる容量成分を小さくできるとともに貫通導体４とその周囲の接地貫通導体５と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとで構成される貫通導体５での伝送部を同軸構造に近いものとすることができ、その結果、高周波信号の伝送特性を良好なものとし、より高い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
【００１６】
第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂは、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの線路部分と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの所定間隔よりも大きくされており、好ましくは、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部とそれを円形状に取り囲む第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの径方向における間隔が上記の所定間隔の１．１〜５倍であるのがよい。これにより、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの端部と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとが接近して容量成分が大きくなるのを抑制する効果と、貫通導体４において高周波信号の伝送性が低下するのを抑制する効果とがバランスよく発揮され、高周波信号をより低損失で伝送できる。
【００１７】
第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部とそれを円形状に取り囲む第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの径方向における間隔が所定間隔の１．１倍未満であると、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの端部と貫通導体４との接続部に生じる容量成分が大きくなり易く、高周波信号の損失が大きくなり易い。また、５倍を超えると、貫通導体４と接地貫通導体５との距離が大きくなって同軸構造に近い電気的特性が得られ難く、高周波信号の損失が大きくなり易い。
【００１８】
なお、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの線路部分と第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとの所定間隔は、誘電体基板１の材質，厚みや貫通導体４の特性インピーダンス等によって異なってくるが、０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００１９】
また、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部において、４個の接地貫通導体５が配置された、貫通導体４を取り囲む円の半径は、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部を円形状に取り囲む第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂの円の半径の１．１〜２倍であるのがよい。これにより、貫通導体４を同軸構造に近い電気的特性を有するものとすることができ、その結果、高周波信号の伝送特性を良好なものとし、より高い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
【００２０】
４個の接地貫通導体５が配置された、貫通導体４を取り囲む円の半径が第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部を円形状に取り囲む第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂの円の半径の１．１倍未満であると、接地貫通導体５の上下に第１および第２の接地導体３ａ，３ｂを精度よく形成するのが困難となる。また、２倍を超えると、貫通導体４と接地貫通導体５との距離が大きくなって同軸構造に近い電気的特性が得られ難く、高周波信号の損失が大きくなり易い。
【００２１】
また、接地貫通導体５の中心と第１および第２の線路導体２ａ，２ｂの中心軸との間の距離および接地貫通導体５同士間の距離は、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂを伝送する高周波信号の波長の４分の１以下とするのがよく、これにより、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂを伝送する高周波信号の損失を小さくすることができる。これらの距離は、第１および第２のコプレーナ線路のインピーダンスが所望の特性インピーダンス（例えば５０Ω）となるように適宜設定される。
【００２２】
第１および第２の線路導体２ａ，２ｂ、第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ）等の金属から成り、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、誘電体基板１となるセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷塗布し、約１６００℃の高温で焼成することにより形成される。
【００２３】
貫通導体４および接地貫通導体５は、誘電体基板１の上下面の第１および第２の線路導体２ａ，２ｂ同士、第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂ同士を電気的に接続する導電体であり、例えば、セラミックグリーンシートの所望の位置に打ち抜き加工やレーザ穿設加工により貫通導体４，接地貫通導体５となる貫通孔を形成し、この貫通孔に、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを充填し、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂ，第１および第２の同一面接地導体３ａ，３ｂとなる金属ペーストと同時焼成することにより形成される。
【００２４】
また、誘電体基板１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスや樹脂等の誘電体から成り、その誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて適宜選定される。
【００２５】
この誘電体基板１は、例えば、セラミックスから成る場合、原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートとし、これらを複数積層し、約１６００℃の高温で焼成することにより形成される。
【００２６】
かくして、本発明の高周波基板は、例えば上面の第１の線路導体２ａおよび第１の同一面接地導体３ａ以外の部位にＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ（ＬＤ）等の高周波用電子部品が半田等の接着剤を介して搭載されるか、または、外部電気回路基板等に高周波用電子部品を搭載し、高周波用電子部品の電極パッドと第１の線路導体２ａとがボンディングワイヤにより電気的に接続され、さらに高周波基板の下面の第２の線路導体２ｂ，第２の同一面接地導体３ｂが、それぞれ外部電気回路基板の接続用線路導体，接地導体に半田等の接着剤を介して接続されることにより、高周波用電子部品と外部電気回路基板とをより高い周波数帯域の高周波信号で入出力させることができる。
【００２７】
本発明でいう高周波帯域とは１〜１００ＧＨｚ（ギガヘルツ）程度の高周波帯域であり、１〜８０ＧＨｚ程度の帯域が好ましい。８０ＧＨｚを超える高周波帯域では高周波信号が外部磁場の影響を受け易くなり、高周波信号にノイズが発生したり伝送損失が増大し易くなる。より好ましくは、１〜４０ＧＨｚ程度が良い。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更や改良を施すことは何等差し支えない。例えば、本発明の高周波基板を半導体素子収納用パッケージの高周波信号入出力部としての入出力端子に用いても良い。また、第１および第２の線路導体２ａ，２ｂのそれぞれの端部において貫通導体４を取り囲む円周上に接地貫通導体５が４個だけ配置されているだけでなく、同一面接地導体３ａ，３ｂの上記円周上に位置する部位に接地貫通導体５がさらに形成されていてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の高周波用配線基板は、複数の誘電体層が積層されて成る誘電体基板の上面の縁部から中央部にかけて形成された、第１の線路導体および第１の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第１の同一面接地導体から成る第１のコプレーナ線路と、誘電体基板の下面の中央部から縁部にかけて第１の線路導体の延長線に対向するように形成された、第２の線路導体および第２の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第２の同一面接地導体から成る第２のコプレーナ線路と、第１の線路導体の誘電体基板の上面の中央部側の端部および第２の線路導体の誘電体基板の下面の中央部側の端部を電気的に接続する貫通導体とを具備した高周波用配線基板において、第１および第２の同一面接地導体は、第１および第２の線路導体のそれぞれの端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、第１および第２の線路導体のそれぞれの中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が所定間隔よりも大きくされており、かつ第１および第２の同一面接地導体間を電気的に接続する接地貫通導体が、第１および第２の線路導体の両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに第１および第２の線路導体のそれぞれの端部において貫通導体を取り囲む円周上に４個配置されていることから、線路導体の端部と貫通導体との接続部に生じる容量成分を小さくできるとともに貫通導体とその周囲の接地貫通導体と第１および第２の同一面接地導体とで構成される貫通導体での伝送部をより同軸構造に近いものとすることができ、その結果、高周波信号の伝送特性を良好なものとし、より高い周波数帯域の高周波信号を低損失で伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の高周波用配線基板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）の下面図である。
【図２】（ａ）は従来の高周波用配線基板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）の下面図である。
【図３】（ａ）は従来の高周波用配線基板の他の例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）の下面図である。
【符号の説明】
１：誘電体基板
２ａ：第１の線路導体
２ｂ：第２の線路導体
３ａ：第１の同一面接地導体
３ｂ：第２の同一面接地導体
４：貫通導体
５：接地貫通導体

Claims

複数の誘電体層が積層されて成る誘電体基板の上面の縁部から中央部にかけて形成された、第１の線路導体および該第１の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第１の同一面接地導体から成る第１のコプレーナ線路と、前記誘電体基板の下面の中央部から縁部にかけて前記第１の線路導体の延長線に対向するように形成された、第２の線路導体および該第２の線路導体の両側に所定間隔をもって形成された第２の同一面接地導体から成る第２のコプレーナ線路と、前記第１の線路導体の前記誘電体基板の上面の中央部側の端部および前記第２の線路導体の前記誘電体基板の下面の中央部側の端部を電気的に接続する貫通導体とを具備した高周波用配線基板において、前記第１および第２の同一面接地導体は、前記第１および第２の線路導体のそれぞれの前記端部の周囲を円形状に取り囲むように延設されているとともに、前記第１および第２の線路導体のそれぞれの前記中央部側の端部を円形状に取り囲む間隔が前記所定間隔よりも大きくされており、かつ前記第１および第２の同一面接地導体間を電気的に接続する接地貫通導体が、前記第１および第２の線路導体の両側にそれらに平行に一定間隔で並ぶように複数個配置されるとともに前記第１および第２の線路導体のそれぞれの端部において前記貫通導体を取り囲む円周上に４個配置されていることを特徴とする高周波用配線基板。