JP2004253714A

JP2004253714A - リードフレーム付き配線基板

Info

Publication number: JP2004253714A
Application number: JP2003044406A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Koriyama; 慎一郡山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】高周波特性が良好なリードを備えた、一括リフローにより外部電気回路基板への実装を容易に行なえるリードフレーム付き配線基板を提供する。
【解決手段】上面に高周波用部品が搭載される誘電体基板１と、この誘電体基板１の上面に配置された、高周波用部品の信号電極が電気的に接続される信号用線路導体２と、誘電体基板１の内部に配置され、信号用線路導体２の端部が対向する位置にスロット５が形成された接地導体層３とを具備する配線基板の下面に、信号用リード６および接地用リード７を有し、それらの一端同士を第１の連結部材８で連結し、他端同士を第２の連結部材９で連結して成るリードフレームを、接地用リード７の他端側を接地導体層３から導出された接地導体に電気的に接続するとともに、信号用リード６の他端側をスロット５を介して信号用線路導体２の端部と電磁結合するように接合したリードフレーム付き配線基板である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波用の高周波用部品を搭載する配線基板に関し、配線基板にリードフレームを付けて、配線基板を表面実装したときの長期信頼性と高周波特性とを両立し、一括リフローにより外部電気回路基板への実装を容易に行なえるリードフレーム付き配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる高周波信号は、１〜３０ＧＨｚのマイクロ波領域から３０〜３００ＧＨｚのミリ波領域の周波数までを活用することが検討されており、例えば、車間レーダーのようなミリ波の高周波信号を用いた応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
このような高周波信号を用いた応用システムにおいては、高周波信号の周波数が高いことにより、回路を構成する高周波線路にインピーダンス不整合があった場合には、高周波信号が反射し、高周波信号が減衰してしまうとともに反射波が他の回路に悪影響を及ぼしてしまうこととなる。このことから、高周波信号を用いた応用システムにおいては、高周波用の配線の接続部におけるインピーダンス変化を小さく抑えるために、高周波用部品を搭載する配線基板の外部電気回路基板への接続端子構造を外部電気回路基板の接続端子構造と概略同じにした、いわゆるセラミックウォールパッケージやメタルウォールパッケージが用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、これらのパッケージの外部電気回路基板への実装は、パッケージのグランド電位を安定化するためにパッケージのベースが金属から成るものとされることから、パッケージを構成する配線基板の外部電気回路基板への機械的接続にねじ止めが、また、パッケージの外部電気回路基板への接続端子において高周波線路の線路導体が配線基板の上面に露出した構造であることから、電気的接続にワイヤボンディングがそれぞれ必要になり、実装に手間がかかってしまうため、システムが高価になってしまうという問題点があった。
【０００５】
このような従来のパッケージに対して、外部電気回路基板への実装をいわゆる一括リフローで行なえる表面実装型のパッケージが提案されている。例えば、特開平５−３３５４３２号公報には、グランドプレーンとリードからなる金属リードフレームと、表面に金属リードフレームの形状に対応した形状の導体パターンが形成された、この表面が金属リードフレームの裏面に接着されてなる絶縁基板と、表面に回路部品が搭載されるとともに裏面に金属リードフレームの形状に対応した形状の導体パターンが形成され、回路部品で構成される回路のグランドおよび端子がスルーホール内の導体を経由して裏面に形成された導体パターンと接続された、この裏面が金属リードフレームの表面に接着されてなる回路基板と、この回路基板を覆う金属キャップとを備えた、配線基板にリードフレームが接合された構成のパッケージ構造体が開示されている。
【０００６】
このようなリードフレームを使った表面実装は、熱や外力による応力をリードフレームが変形して吸収することができるため、実装の長期信頼性の面で優れている。しかしその一方で、組立て時のリードの変形を考慮すると、隣接するリード同士のギャップ（間隔）をあまり小さくすることができず、そのため高周波信号に対するリード部のインピーダンスを所望の値に設定することができずに、高周波特性が悪いものとなる場合があるという問題点があった。
【０００７】
図２は、特開平５−３３５４３２号公報に開示されたパッケージ構造体の組立工程図である。図２に示す組立工程によれば、絶縁基板５４上に金属リードフレーム５２を接合し、その上に回路基板５６を接合している。金属リードフレーム５２は、組立て時には図２（ｃ）に示すように、外周フレームに支持されている。このリードフレーム５２のグランドプレーンは一方の外周フレームから対向する外周フレームまでつながっており、外周フレームに安定して支持されている。一方、金属リードフレーム５２の信号用のリードは外周フレームから突き出た形になっており、変形しやすくなっている。そのため、リードとグランドプレーンとのギャップは、リードが変形しても短絡しないように広く取る必要がある。このことから、このパッケージ構造体では、パッケージ組立ての歩留りを確保するために、リードとグランドプレーンとのギャップを広く取る結果、リード部のインピーダンスが大きくなってしまう傾向があり、外部電気回路基板やパッケージの内部配線のインピーダンスが小さい場合には、リード部においてインピーダンスの不整合が発生してしまうこととなり、取り扱う信号が高周波の場合には、高周波信号がリード部で反射してしまうという問題点があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−３３５４３２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、リードの先端をグランドプレーンに接続して、リードを外周フレームとグランドプレーンとにより安定して支持することが考えられる。
【００１０】
しかし、従来のパッケージに用いられるリードフレーム付き配線基板において外周フレームに支持されたリードを内側のグランドプレーンにも接続すると、信号導体として機能すべきリードがグランドに短絡してしまうこととなり、このようなリードによっては高周波信号を伝送できないという問題点があった。
【００１１】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、高周波特性が良好なリードを備えた、一括リフローにより外部電気回路基板への実装を容易に行なえるリードフレーム付き配線基板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のリードフレーム付き配線基板は、上面に高周波用部品が搭載される誘電体基板と、この誘電体基板の上面に配置された、前記高周波用部品の信号電極が電気的に接続される信号用線路導体と、前記誘電体基板の内部に配置され、前記信号用線路導体の端部が対向する位置にスロットが形成された接地導体層とを具備する配線基板の下面に、信号用リードおよび接地用リードを有し、それらの一端同士を第１の連結部材で連結し、他端同士を第２の連結部材で連結して成るリードフレームを、前記接地用リードの他端側を前記接地導体層から導出された接地導体に電気的に接続するとともに、前記信号用リードの他端側を前記スロットを介して前記信号用線路導体の前記端部と電磁結合するように接合したことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のリードフレーム付き配線基板によれば、誘電体基板の上面に配された信号用線路導体と、誘電体基板の内部に配置され、信号用線路導体の端部が対向する位置にスロットが形成された接地導体層とを具備する配線基板の下面に、信号用リードおよび接地用リードを有し、それらの一端同士を第１の連結部材で連結し、他端同士を第２の連結部材で連結して成るリードフレームを、接地用リードの他端を接地導体層から導出された接地導体に電気的に接続するように接合するので、信号用リードが第１および第２の連結部材で支持されていて製造工程中に変形することがなくなり、信号用リードと接地用リードとのギャップを従来のリードフレームよりも狭くして所望のインピーダンスになるように設定することができ、その結果、リード部の高周波特性を良好にすることができる。また、信号用リードの他端は接地用リードの他端に第２の連結部材で連結されることにより接地電位に短絡されることになるが、この信号用リードの他端側を信号用線路導体の端部と誘電体基板の内部に形成したスロットを介して電磁結合するように誘電体基板の下面にリードフレームを接合したことにより、信号用リードと信号用線路導体との間における高周波信号の伝送を良好に行なうことができるものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリードフレーム付き配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明のリードフレーム付き配線基板の実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。
【００１６】
図１において、１は誘電体基板、２は誘電体基板１の上面に配置された信号用線路導体、３は誘電体基板１の内部に配置された接地導体層、４はこれらから成る高周波線路、５は接地導体層に形成されたスロット、６は信号用リード、７は接地用リード、８はこれら信号用リード６および接地用リード７の一端同士を連結する第１の連結部材、９はこれらリード６・７の他端同士を連結する第２の連結部材である。
【００１７】
この本発明のリードフレーム付き配線基板の例においては、誘電体基板１と信号用線路導体２と接地導体層３とによって高周波線路４としてのマイクロストリップ線路が形成されている。また、誘電体基板１の内部の接地導体層３には信号用線路導体２の端部が対向する位置にスロット５が形成されており、信号用線路導体２の端部と電磁結合されている。
【００１８】
リードフレームにおいては、信号用リード６は一端が第１の連結部材８により接地用リード７の一端と連結され、その他端は第２の連結部材９により接地用リード７と連結されているため、信号用リード６は両端が第１および第２の連結部材８・９で支持されて安定しており、製造工程中に変形することがない。このことから信号用リード６とこれに隣接する接地用リード７とのギャップを、リード部が所望のインピーダンスになるように従来よりも狭く設定することが可能になり、リード部におけるインピーダンス不整合による高周波信号の反射がなくなり、高周波信号の良好な伝送が可能になる。また、信号用リード６の他端は接地用リード７の他端に第２の連結部材９によって連結されることにより接地電位に短絡されることになるが、その他端側が誘電体基板１の内部に配置された接地導体層３に形成したスロット５を介した信号用線路導体２の端部と電磁結合により接続されているので、信号用リード６と信号用線路導体２との間の高周波信号の伝送を良好に行なうことができる。
【００１９】
誘電体基板１を形成する誘電体材料としては、酸化アルミニウム・窒化アルミニウム・窒化珪素・ムライト等を主成分とするセラミック材料や、ガラス・ガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料・エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料・有機樹脂−セラミックス（ガラスも含む）複合系材料等が用いられる。
【００２０】
信号用線路導体２および接地導体層３を形成する導体材料としては、タングステン・モリブデン・金・銀・銅等を主成分とするメタライズ導体、あるいは金・銀・銅・アルミニウム等を主成分とする金属箔等が用いられる。
【００２１】
特に、リードフレーム付き配線基板に高周波部品を搭載する場合は、誘電体基板１を形成する誘電体材料は、誘電正接が小さく、かつ気密封止が可能であることが望ましい。この場合に特に望ましい誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ガラスセラミックス焼結体の中から選ばれる無機誘電体材料が挙げられる。これらは硬質系材料であり、このような硬質系材料で誘電体基板１を形成すれば、誘電正接が小さく、かつ搭載した高周波部品を蓋体（図示せず）を接合することによって気密に封止することができるので、搭載した高周波部品の信頼性を高める上で好ましいものとなる。またこの場合は、導体材料としては、これら誘電体材料との同時焼成が可能なメタライズ導体を用いることが、気密封止性と生産性の上で望ましい。
【００２２】
本発明のリードフレーム付き配線基板は、例えば以下のようにして作製される。例えば誘電体基板１の誘電体材料に酸化アルミニウム質焼結体を用いる場合であれば、まず酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合してスラリー状にし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法によりシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。また、タングステンやモリブデン等の高融点金属・酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な溶剤・溶媒を添加混合してメタライズペーストを作製する。次に、セラミックグリーンシートに、必要に応じてビア導体やスルーホール導体等の貫通導体を形成するための貫通孔を形成し、例えば印刷法によりその貫通孔にメタライズペーストを埋め込み、続いて所定のセラミックグリ−ンシートにそれぞれ信号用線路導体２の導体パターンおよびスロット５を有する接地導体層３の導体パターン、ならびに接地導体層３から誘電体基板１の下面に導出される接地導体の導体パターンにメタライズペーストを印刷する。誘電体基板１が複数の誘電体層の積層構造である場合には、これらメタライズペーストが埋め込まれた、または印刷されたセラミックグリーンシートを積層し、加圧して圧着し、高温（約１６００℃）で焼成する。そして、金属板から打ち抜き加工やエッチング加工で作製したリードフレームを、例えば銀銅ろう材によって誘電体基板１の下面に、接地用リード７の他端側を接地導体層３から導出された接地導体（図示せず）に電気的に接続されるように、また信号用リード６の他端側が接地導体層３のスロット５を介して信号用線路導体２の端部と電磁結合するように接合する。最後に、信号用線路導体２および信号用リード６・接地用リード７のように表面に露出する導体の表面には、ニッケルめっきおよび金めっきを被着させる。
【００２３】
信号用線路導体２と信号用リード６とのスロット５を介しての電磁結合には特に制約はなく、例えば図１に示すように信号用線路導体２の先端を開放して電磁結合させてもよい。この場合、スロット５の中心から信号用線路導体２の開放先端までの長さを、ｎを自然数としたときに高周波信号の信号波長のおよそ（２ｎ−１）／４倍に設定すれば、高周波線路４を伝送してきた進行波と、信号用線路導体２の開放された先端で反射した反射波との合成による定在波は、高周波線路４のスロット５に対向する部分で磁界が最も強くなり、高周波線路４からスロット５への磁界を介した電磁結合が最も良好に行なわれ、信号用リード６への信号伝送の高周波特性を高めることができる。
【００２４】
また、信号用線路導体２の先端を短絡した場合であれば、スロット５から信号用線路導体２の短絡先端までの長さを、ｎを自然数としたときに高周波信号の信号波長のおよそ（ｎ−１）／２倍に設定すれば、高周波線路４を伝送してきた進行波と信号用線路導体２の短絡された先端で反射した反射波との合成による定在波は、高周波線路４のスロット５に対向する部分で磁界が最も強くなり、高周波線路４からスロット５への磁界を介した電磁結合が最も良好に行なわれ、信号用リード６への信号伝送の高周波特性を高めることができる。
【００２５】
このようなスロット５の大きさとしてはスロット５に信号用線路導体２から結合した磁界が安定して存在できるように、その長さをｎを自然数としたときに高周波信号の信号波長のおよそ（ｎ−１）／２倍とすればよい。また、スロット５の長さとしては、使用する高周波信号の中心周波数に対する上記長さから意図的にずらし、結合する周波数帯域を広げてもよい。スロット５と信号用線路導体２の端部との距離およびスロット５と信号用リード６の他端側との距離については、それぞれの間で不要な高次モードの共振が発生しないように、高周波信号の信号波長の１／４倍以下とすればよい。
【００２６】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更を行なっても差し支えない。
【００２７】
例えば、図１では高周波線路４が誘電体基板１の上面に形成されたマイクロストリップ線路構造の場合の例を示したが、この誘電体基板１の上にさらに誘電体層を積層し、この誘電体層の上面に信号用線路導体２を覆うように上面接地導体層を設けた、いわゆるトリプレート線路構造としてもよい。また、信号用線路導体２と同一平面内で信号用線路導体２の両側に所定の間隔をもって同一面接地用導体を配した、いわゆるグランド付きコプレーナ線路構造としてもよい。これらの線路構造においても、信号用線路導体２・接地導体層３・スロット５・信号用リード６等の位置関係を図１に示す例と同様にすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のリードフレーム付き配線基板によれば、誘電体基板の上面に配された信号用線路導体と、誘電体基板の内部に配置され、信号用線路導体の端部が対向する位置にスロットが形成された接地導体層とを具備する配線基板の下面に、信号用リードおよび接地用リードを有し、それらの一端同士を第１の連結部材で連結し、他端同士を第２の連結部材で連結して成るリードフレームを、接地用リードの他端を接地導体層から導出された接地導体に電気的に接続するように接合するので、信号用リードが第１および第２の連結部材で支持されていて製造工程中に変形することがなくなり、信号用リードと接地用リードとのギャップを従来のリードフレームよりも狭くして所望のインピーダンスになるように設定することができ、その結果、リード部の高周波特性を良好にすることができる。また、信号用リードの他端は接地用リードの他端に第２の連結部材で連結されることにより接地電位に短絡されることになるが、この信号用リードの他端側を信号用線路導体の端部と誘電体基板の内部に形成したスロットを介して電磁結合するように誘電体基板の下面にリードフレームを接合したことにより、信号用リードと信号用線路導体との間における高周波信号の伝送を良好に行なうことができるものとなる。
【００２９】
以上により、本発明によれば、高周波特性が良好なリードを備えた、一括リフローにより外部電気回路基板への実装を容易に行なえるリードフレーム付き配線基板を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリード付き配線基板の実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。
【図２】従来のリードフレーム付き配線基板の例を示す組立工程図である。
【符号の説明】
１・・・・・誘電体基板
２・・・・・信号用線路導体
３・・・・・接地導体層
４・・・・・高周波線路
５・・・・・スロット
６・・・・・信号用リード
７・・・・・接地用リード
８・・・・・第１の連結部材
９・・・・・第２の連結部材

Claims

上面に高周波用部品が搭載される誘電体基板と、該誘電体基板の前記上面に配置された、前記高周波用部品の信号電極が電気的に接続される信号用線路導体と、前記誘電体基板の内部に配置され、前記信号用線路導体の端部が対向する位置にスロットが形成された接地導体層とを具備する配線基板の下面に、信号用リードおよび接地用リードを有し、それらの一端同士を第１の連結部材で連結し、他端同士を第２の連結部材で連結して成るリードフレームを、前記接地用リードの他端側を前記接地導体層から導出された接地導体に電気的に接続するとともに、前記信号用リードの他端側を前記スロットを介して前記信号用線路導体の前記端部と電磁結合するように接合したことを特徴とするリードフレーム付き配線基板。