JP2000269707A - コプレーナ線路 - Google Patents
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Abstract
い誘電体基板の強度及び熱ストレス耐性を得ることがで
きるコプレーナ線路を提供する。 【解決手段】 誘電体基板1上に選択的に信号導体層2
が形成されている。また、誘電体基板1上で信号導体層
2を挟むように2本のグランド導体層3が形成されてい
る。更に、誘電体基板1の裏面には、裏面接地導体層4
が形成されている。この接地導体層4により、外部筐体
上への金錫等を使用した実装が容易なものとなる。更に
また、グランド導体層3に接続された複数個の導体ピン
7aが誘電体基板1の所定の深さまで埋め込まれてい
る。なお、複数個の導体ピン7aは、信号の伝搬方向、
即ち、信号導体層2が延びる方向に沿って形成されてお
り、裏面接地導体層4には接続されていない。また、隣
接する導体ピン7aの間隔は誘電体基板1内における信
号周波数の波長の1/2より小さいものである。
Description
されるコプレーナ線路に関し、特に、機械的強度を維持
したまま伝送損失を低減することができるコプレーナ線
路に関する。
路が使用されている。従来のコプレーナ線路において
は、誘電体基板の表面に信号が伝搬する信号導体層が形
成され、その両側にグランド導体層が形成されており、
誘電体基板の裏面に、通常、外部筐体上への金錫等を使
用した実装を容易にするために裏面接地導体層が形成さ
れている。しかし、このような従来のコプレーナ線路に
おいては、基板表面に形成されたグランド導体層と基板
裏面に形成された裏面接地導体層とから形成される平行
平板において、誘電体基板内を信号の伝搬方向と直交す
る方向に平行平板モードの信号が漏洩モードの信号とし
て伝搬する。そして、コプレーナ線路を伝搬する信号の
周波数が高くなってくると、そのモードが平行平板モー
ドと結合するため、伝送損失が増加していた。また、平
行平板モードとの結合のため隣り合う線路間を大きくし
ても、線路間の結合を避けることはできなかった。
例えば、Nirod K. Dasの文献「IEEETransactions on Mi
crowave Theory and Techniques, Vol.44, pp.169-181,
1996」には、グランド導体層と裏面接地導体層とを接
続する金属ビアが設けられたコプレーナ線路が記載され
ている。図10はNirod K. Dasの文献に記載された従来
のコプレーナ線路を示す断面図である。なお、図10に
示す断面は、信号の伝搬方法に対して直交する断面であ
る。
プレーナ線路においては、セラミック等の誘電体基板2
1上に信号導体層22が形成されている。また、誘電体
基板21上で信号導体層22を挟むように2本のグラン
ド導体層23が形成されている。また、誘電体基板21
の裏面には裏面接地導体層24が形成されている。そし
て、グランド導体層23及び裏面接地導体層24に接続
された金属ビア25が誘電体基板21に埋め込まれてい
る。
路においては、金属ビア25により、平行平板モードへ
の漏洩が抑制されている。
acific Microwave Conference 1998Proceedings, pp.40
9-412」には、誘電体基板の裏面の信号導体層の直下領
域に溝が形成されたコプレーナ線路が記載されている。
図11はM. Hotta等の文献に記載された従来のコプレー
ナ線路を示す断面図である。
レーナ線路においては、セラミック等の誘電体基板31
上に信号導体層32が形成されている。また、誘電体基
板31上で信号導体層32を挟むように2本のグランド
導体層33が形成されている。また、誘電体基板31の
裏面には裏面接地導体層34が形成されている。そし
て、誘電体基板31の裏面の信号導体層32に整合する
領域に溝36が形成されている。
路においては、溝36により、コプレーナ線路の信号導
体32直下における誘電体基板31の厚さを他の領域の
それよりも薄くすることで、漏洩モードを遮断してい
る。
基板端部における高周波性能の向上を図ったコプレーナ
線路が開示されており、特開平9−23107号公報に
は、外部の同軸コネクタとの接続部分における特性イン
ピーダンスの整合性の向上を図ったコプレーナ線路が開
示されている。
に示す従来のコプレーナ線路では、平行平板モードへの
漏洩を防ぐための金属ビア25を多数設ける必要がある
ため、誘電体基板の強度及び熱ストレス耐性が不足する
という問題点がある。
して基板を貫通するビアが形成された気密パッケージを
構成した場合には、基板裏面から空気漏れが生じる虞が
ある。図12は気密パッケージに適用された従来のコプ
レーナ線路を示す模式図である。
適用する場合、多層セラミック基板21aには、それを
貫通するビア25a、信号導体層22a及びグランド接
地層23aが形成されており、その上に多層セラミック
基板21b及び半導体素子27が載置される。そして、
多層セラミック基板21b上に上蓋26が被せられる。
このように、基板を貫通するビアが設けられたコプレー
ナ線路が気密パッケージに適用された場合には、前述の
ように、基板の裏面から空気漏れが起こりうる。このた
め、所定の規格を満たす気密を維持することが困難であ
る。
においては、溝36が形成されることにより、信号導体
層32の直下の誘電体基板31の厚さが薄くなっている
ため、基板31の強度が低いという問題点がある。
開平9−23107号公報に開示されたコプレーナ線路
においても、図10に示す従来のコプレーナ線路と同様
に、誘電体基板の強度及び熱ストレス耐性が不足すると
いう問題点がある。
のであって、伝送損失を低減することができると共に、
高い誘電体基板の強度及び熱ストレス耐性を得ることが
できるコプレーナ線路を提供することを目的とする。
レーナ線路は、誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の接地
導体層と、前記接地導体層に接続され前記信号線路が延
びる方向に沿って前記誘電体基板の所定の深さまで埋め
込まれた複数個の導体ピンと、を有することを特徴とす
る。
電体基板と、この誘電体基板の表面上に形成された信号
線路と、前記誘電体基板の表面上で前記信号線路を挟む
ように形成され接地された2個の第1の接地導体層と、
前記誘電体基板の裏面上に形成され接地された第2の接
地導体層と、前記第2の接地導体層に接続され前記信号
線路が延びる方向に沿って前記誘電体基板の所定の深さ
まで埋め込まれた複数個の導体ピンと、を有することを
特徴とする。
路においては、導体ピンにより導波モードと平行平板モ
ードとの結合が抑制される。また、導体ピンは誘電体基
板の所定の深さまで形成されており、誘電体基板を貫通
してはいないので、高い強度及び熱ストレス耐性が得ら
れる。
電体基板と、この誘電体基板の表面上に形成された信号
線路と、前記誘電体基板の表面上で前記信号線路を挟む
ように形成され接地された2個の第1の接地導体層と、
前記誘電体基板の裏面上に形成され接地された第2の接
地導体層と、前記誘電体基板の厚さ方向の中間領域で前
記信号線路の直下を除く位置に形成され接地された第3
の接地導体層と、前記信号線路が延びる方向に沿って前
記誘電体基板に埋め込まれ前記第1及び第3の接地導体
層に接続された複数個の第1の導体ビアと、前記信号線
路が延びる方向に沿って前記誘電体基板の前記第1の導
体ビアからずれた位置に埋め込まれ前記第2及び第3の
接地導体層に接続された複数個の第2の導体ビアと、を
有することを特徴とする。
ては、第1及び第2の導体ビア並びに第3の接地導体層
により導波モードと平行平板モードとの結合が抑制され
る。また、第1及び第2の導体ビアは相互にずれた位置
に形成されているので、高い強度及び熱ストレス耐性が
得られる。
電体基板と、この誘電体基板の表面上に形成された信号
線路と、前記誘電体基板の表面上で前記信号線路を挟む
ように形成され接地された2個の接地導体層と、前記誘
電体基板の裏面側に形成され前記接地導体層の直下で前
記信号線路が延びる方向に沿って延びる溝と、を有し、
前記誘電体基板の比誘電率をεr、前記信号線路を伝搬
する信号の周波数をf、光速をcとしたとき、前記溝の
底部と前記接地導体層とに挟まれた領域における前記誘
電体基板の厚さは、数式c/(4f(εr−1)1/2)で
求められる値未満であることを特徴とする。
電体基板と、この誘電体基板の表面上に形成された信号
線路と、前記誘電体基板の表面上で前記信号線路を挟む
ように形成され接地された2個の接地導体層と、前記誘
電体基板の裏面側に形成され前記接地導体層の直下で前
記信号線路が延びる方向に沿って延びる複数個の溝と、
を有し、前記誘電体基板の比誘電率をεr、前記信号線
路を伝搬する信号の周波数をf、光速をcとしたとき、
前記溝の底部と前記接地導体層とに挟まれた領域におけ
る前記誘電体基板の厚さは、数式c/(4f(εr−
1)1/2)で求められる値未満であり、隣り合う前記溝
同士の間隔は、前記信号線路を伝搬する信号の波長の1
/2未満であることを特徴とする。
基板のそれよりも低い低誘電率材を有することができ
る。
電体基板と、この誘電体基板の表面上に形成された信号
線路と、前記誘電体基板の表面上で前記信号線路を挟む
ように形成され接地された2個の接地導体層と、前記誘
電体基板の裏面側に前記信号線路が延びる方向に沿って
形成された複数個の穴と、を有し、前記誘電体基板の比
誘電率をεr、前記信号線路を伝搬する信号の周波数を
f、光速をcとしたとき、前記穴の底部と前記接地導体
層とに挟まれた領域における前記誘電体基板の厚さは、
数式c/(4f(εr−1)1/2)で求められる値未満で
あることを特徴とする。
路においては、溝又は穴により導波モードと平行平板モ
ードとの結合が抑制される。また、信号線路直下におけ
る誘電体基板の厚さは十分に確保することができるの
で、高い強度及び熱ストレス耐性が得られる。
接地された第2の接地導体層を有することができる。
レーナ線路について、添付の図面を参照して具体的に説
明する。図1(a)は本発明の第1の実施例に係るコプ
レーナ線路を示す平面図、(b)は図1(a)のA−A
線による断面図である。
ては、セラミック等の誘電体基板1上に選択的に信号導
体層(信号線路)2が形成されている。また、誘電体基
板1上で信号導体層2を挟むように2本のグランド導体
層(第1の接地導体層)3が形成されている。更に、誘
電体基板1の裏面には、裏面接地導体層(第2の接地導
体層)4が形成されている。この接地導体層4により、
外部筐体上への金錫等を使用した実装が容易なものとな
る。更にまた、本実施例においては、グランド導体層3
に接続された複数個の導体ピン7aが誘電体基板1の所
定の深さまで埋め込まれている。なお、複数個の導体ピ
ン7aは、信号の伝搬方向、即ち、信号導体層2が延び
る方向に沿って形成されており、裏面接地導体層4には
接続されていない。また、隣接する導体ピン7aの間隔
は誘電体基板1内における信号周波数の波長の1/2よ
り小さいものである。更に、グランド導体層3及び裏面
接地導体層4は接地されている。
は、導体ピン7aにより、高周波における導波モードと
平行平板モードとの結合が抑制される。
に伝送損失をとって両者の関係を示したグラフ図であ
る。なお、誘電体基板の厚さは0.5mmであり、信号
の周波数は60GHzである。図8に示すように、導体
ピンの深さが基板の1/3程度までは、損失低減の効果
は大きく変化しており、導体ピンの深さがそれ以上とな
ると、その変化は緩やかなものとなっている。例えば、
導体ピンの深さが0.25mm(基板の厚さの1/2)
の場合には、伝送損失は0.10(dB/mm)であ
り、導体ピンが形成されていない場合の伝送損失0.2
1(dB/mm)と比して約1/2まで低減されてい
る。
ている場合の伝送損失は約0.06(dB/mm)とな
るが、この値と比しても伝送損失の低減の効果は十分で
ある。
失低減の効果が得られる。また、導体ピン7aが誘電体
基板1を貫通していないので、強度劣化及び熱ストレス
耐性の低下が抑制されていると共に、多層基板によるパ
ッケージを構成した場合の気密を保つことが容易であ
る。
する。図2(a)は本発明の第2の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図2(a)のB−B線
による断面図である。なお、図2に示す第2の実施例に
おいて、図1に示す第1の実施例と同一の構成要素に
は、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
接続された複数個の導体ピン7bが誘電体基板1の所定
の深さまで埋め込まれている。なお、複数個の導体ピン
7bは、信号の伝搬方向、即ち、信号導体層2が延びる
方向に沿って形成されており、グランド導体層3には接
続されていない。また、隣接する導体ピン7bの間隔は
誘電体基板1内における信号周波数の波長の1/2より
小さいものである。
ても、第1実施例と同様の効果が得られる。
する。図3(a)は本発明の第3の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図3(a)のC−C線
による断面図、(c)は図3(a)のD−D線による断
面図である。なお、図3に示す第3の実施例において、
図1に示す第1の実施例と同一の構成要素には、同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
接続された複数個の第1金属ビア8a及び裏面接地導体
層4に接続された複数個の第2金属ビア8bが誘電体基
板1の所定の深さまで埋め込まれている。なお、複数個
の金属ビア8a及び8bは、信号の伝搬方向、即ち、信
号導体層2が延びる方向に沿って交互に形成されてお
り、夫々グランド導体層3又は裏面接地導体層4には接
続されていない。また、隣接する第1金属ビア8a同士
の間隔及び第2金属ビア8b同士の間隔は誘電体基板1
内における信号周波数の波長の1/2より小さいもので
ある。更に、本実施例には、一列に並んだ複数個の金属
ビア8a及び8bに接続された中層接地導体層(第3の
接地導体層)9が誘電体基板1の厚さ方向の中央部に設
けられている。
ては、第1及び第2の実施例における導体ピンよりも多
数の金属ビアが形成されているので、高周波でのコプレ
ーナ線路の導波モードと平行平板モードとの結合がより
一層抑制される。
bとは、誘電体基板1の厚さ方向において物理的にずれ
た位置に設けられているで、誘電体基板1の強度劣化及
び熱ストレス耐性の低下が抑制されている。また、多層
基板によるパッケージを構成した場合の気密を保つこと
も容易である。
する。図4(a)は本発明の第4の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図4(a)のE−E線
による断面図、(c)は図4(a)のF−F線による断
面図である。なお、図4に示す第4の実施例において、
図3に示す第3の実施例と同一の構成要素には、同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
て設けられている金属ビア8a及び8bの外側に、更に
もう1列の複数の金属ビアの列が設けられている。この
とき、第1金属ビア8aの外側には、裏面接地導体層4
に接続された第4金属ビア8dが形成されており、第2
金属ビア8bの外側には、グランド導体層3に接続され
た第3金属ビア8cが形成されている。
も、第3の実施例と同様の効果が得られる。
する。図5(a)は本発明の第5の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図5(a)のG−G線
による断面図、(c)は図5(a)のH−H線による断
面図である。なお、図5に示す第5の実施例において、
図1に示す第1の実施例と同一の構成要素には、同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
側でグランド導体層3に整合する領域に信号の伝搬方
向、即ち、信号導体層2が延びる方向に平行な溝10a
が形成されている。なお、溝10a底部及びグランド導
体層3に挟まれた誘電体基板1の領域の厚さt1は、下
記数式1を満たしている。
信号導体層2を伝搬する信号の周波数、cは光速であ
る。また、溝10a内には、誘電体基板1のそれよりも
誘電率が低い材料が充填されている。
ては、低誘電率材が充填された溝10aにより、コプレ
ーナ線路の導波モードと平行平板モードとの結合が十分
に抑制される。
率をとり、縦軸に伝送損失をとって両者の関係を示した
グラフ図である。なお、誘電体基板の誘電率は7.1で
あり、信号の周波数は60GHzである。図9に示すよ
うに、溝10に誘電率が4.0の材料が充填されている
場合、伝送損失は0.13(dB/mm)であり、溝1
0aが形成されていない場合の伝送損失0.21(dB
/mm)と比して十分な伝送損失の低減効果がある。
失低減の効果が得られる。また、溝10aには、低誘電
体材が充填されているため、誘電体基板1の強度劣化が
抑制されている。
する。図6(a)は本発明の第6の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図6(a)のI−I線
による断面図、(c)は図6(a)のJ−J線による断
面図である。なお、図6に示す第6の実施例において、
図1に示す第1の実施例と同一の構成要素には、同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
側でグランド導体層3に整合する領域に信号の伝搬方
向、即ち、信号導体層2が延びる方向に平行な複数個の
溝10bが形成されている。なお、隣接する溝10bの
間隔は誘電体基板1内における信号周波数の波長の1/
2より小さいものである。また、溝10a底部及びグラ
ンド導体層3に挟まれた誘電体基板1の領域の厚さt1
は、数式1を満たしている。更に、各溝10b内には、
誘電体基板1のそれよりも誘電率が低い材料が充填され
ている。
ても、第5の実施例と同様の効果が得られる。
する。図7(a)は本発明の第7の実施例に係るコプレ
ーナ線路を示す平面図、(b)は図7(a)のK−K線
による断面図、(c)は図7(a)のL−L線による断
面図である。なお、図7に示す第7の実施例において、
図1に示す第1の実施例と同一の構成要素には、同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
側に複数個の穴11が形成されている。なお、穴11底
部及びグランド導体層3に挟まれた誘電体基板1の領域
の厚さt1は、数式1を満たしている。
ては、穴11によりコプレーナ線路直下での漏洩モード
が遮断され、伝送損失の劣化が抑制される。更に、誘電
体基板1の強度劣化及び熱ストレス耐性の低下が抑制さ
れる。
信号の導波モードと平行平板モードとの結合を抑制する
ことができ、高周波での伝送損失を低減することができ
る。また、従来のものと比して誘電体基板の強度劣化及
び熱ストレス耐性の劣化並びに多層基板パッケージの気
密性の劣化を低減することができる。
ナ線路を示す平面図、(b)は図1(a)のA−A線に
よる断面図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図2(a)のB−B線に
よる断面図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図3(a)のC−C線に
よる断面図、(c)は図3(a)のD−D線による断面
図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図4(a)のE−E線に
よる断面図、(c)は図4(a)のF−F線による断面
図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図5(a)のG−G線に
よる断面図、(c)は図5(a)のH−H線による断面
図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図6(a)のI−I線に
よる断面図、(c)は図6(a)のJ−J線による断面
図である。
ナ線路を示す平面図、(b)は図7(a)のK−K線に
よる断面図、(c)は図7(a)のL−L線による断面
図である。
フ図である。
関係を示すグラフ図である。
レーナ線路を示す断面図である。
ーナ線路を示す断面図である。
ナ線路を示す模式図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の接地
導体層と、前記接地導体層に接続され前記信号線路が延
びる方向に沿って前記誘電体基板の所定の深さまで埋め
込まれた複数個の導体ピンと、を有することを特徴とす
るコプレーナ線路。 - 【請求項2】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の第1
の接地導体層と、前記誘電体基板の裏面上に形成され接
地された第2の接地導体層と、前記第2の接地導体層に
接続され前記信号線路が延びる方向に沿って前記誘電体
基板の所定の深さまで埋め込まれた複数個の導体ピン
と、を有することを特徴とするコプレーナ線路。 - 【請求項3】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の第1
の接地導体層と、前記誘電体基板の裏面上に形成され接
地された第2の接地導体層と、前記誘電体基板の厚さ方
向の中間領域で前記信号線路の直下を除く位置に形成さ
れ接地された第3の接地導体層と、前記信号線路が延び
る方向に沿って前記誘電体基板に埋め込まれ前記第1及
び第3の接地導体層に接続された複数個の第1の導体ビ
アと、前記信号線路が延びる方向に沿って前記誘電体基
板の前記第1の導体ビアからずれた位置に埋め込まれ前
記第2及び第3の接地導体層に接続された複数個の第2
の導体ビアと、を有することを特徴とするコプレーナ線
路。 - 【請求項4】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の接地
導体層と、前記誘電体基板の裏面側に形成され前記接地
導体層の直下で前記信号線路が延びる方向に沿って延び
る溝と、を有し、前記誘電体基板の比誘電率をεr、前
記信号線路を伝搬する信号の周波数をf、光速をcとし
たとき、前記溝の底部と前記接地導体層とに挟まれた領
域における前記誘電体基板の厚さは、数式c/(4f
(εr−1)1/2)で求められる値未満であることを特徴
とするコプレーナ線路。 - 【請求項5】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の接地
導体層と、前記誘電体基板の裏面側に形成され前記接地
導体層の直下で前記信号線路が延びる方向に沿って延び
る複数個の溝と、を有し、前記誘電体基板の比誘電率を
εr、前記信号線路を伝搬する信号の周波数をf、光速
をcとしたとき、前記溝の底部と前記接地導体層とに挟
まれた領域における前記誘電体基板の厚さは、数式c/
(4f(εr−1)1/2)で求められる値未満であり、隣
り合う前記溝同士の間隔は、前記信号線路を伝搬する信
号の波長の1/2未満であることを特徴とするコプレー
ナ線路。 - 【請求項6】 前記溝内に充填され比誘電率が前記誘電
体基板のそれよりも低い低誘電率材を有することを特徴
とする請求項4又は5に記載のコプレーナ線路。 - 【請求項7】 誘電体基板と、この誘電体基板の表面上
に形成された信号線路と、前記誘電体基板の表面上で前
記信号線路を挟むように形成され接地された2個の接地
導体層と、前記誘電体基板の裏面側に前記信号線路が延
びる方向に沿って形成された複数個の穴と、を有し、前
記誘電体基板の比誘電率をεr、前記信号線路を伝搬す
る信号の周波数をf、光速をcとしたとき、前記穴の底
部と前記接地導体層とに挟まれた領域における前記誘電
体基板の厚さは、数式c/(4f(εr−1)1/2)で求
められる値未満であることを特徴とするコプレーナ線
路。 - 【請求項8】 前記誘電体基板の裏面上に形成され接地
された第2の接地導体層を有することを特徴とする請求
項1、4、5、6又は7に記載のコプレーナ線路。
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