JP2001284916A - 配線基板およびその導波管との接続構造 - Google Patents
配線基板およびその導波管との接続構造Info
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- H01L2924/3011—Impedance
Abstract
(57)【要約】
【課題】誘電体基板表面に形成された信号伝送線路と導
波管とを低損失、で接続できかつ作製が容易で気密封止
可能なる配線基板を得る。 【解決手段】誘電体基板１と、誘電体基板１表面に形成
された信号伝送線路５と、信号伝送線路５より下面側の
誘電体基板１の内部または他方の表面に形成され、信号
伝送線路５と電磁的に結合したスロット孔６が形成され
てなるグランド層７とを具備し、信号伝送線路５がスロ
ット孔６を介して導波管Ｂと接続可能な配線基板におい
て、信号伝送線路５とスロット孔６との結合部における
誘電体基板１の信号伝送線路５と同一平面内または信号
伝送線路５よりも上面側に位置し、且つ信号伝送線路５
に対して線対称となる位置に、信号伝送線路５と共振す
る共振導体部９を設ける。
波管とを低損失、で接続できかつ作製が容易で気密封止
可能なる配線基板を得る。 【解決手段】誘電体基板１と、誘電体基板１表面に形成
された信号伝送線路５と、信号伝送線路５より下面側の
誘電体基板１の内部または他方の表面に形成され、信号
伝送線路５と電磁的に結合したスロット孔６が形成され
てなるグランド層７とを具備し、信号伝送線路５がスロ
ット孔６を介して導波管Ｂと接続可能な配線基板におい
て、信号伝送線路５とスロット孔６との結合部における
誘電体基板１の信号伝送線路５と同一平面内または信号
伝送線路５よりも上面側に位置し、且つ信号伝送線路５
に対して線対称となる位置に、信号伝送線路５と共振す
る共振導体部９を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、高周波用半導体
素子や高周波用受動素子などの高周波素子等を収納する
為の高周波用パッケージ、あるいはそれら素子を収納し
たパッケージを実装する回路基板、あるいは各種素子を
直接表面実装した回路基板などに用いられ、導波管との
接続が可能な配線基板に関し、信号伝送線路−導波管間
で効率よく信号伝送できる配線基板とその導波管との接
続構造に関するものである。
素子や高周波用受動素子などの高周波素子等を収納する
為の高周波用パッケージ、あるいはそれら素子を収納し
たパッケージを実装する回路基板、あるいは各種素子を
直接表面実装した回路基板などに用いられ、導波管との
接続が可能な配線基板に関し、信号伝送線路−導波管間
で効率よく信号伝送できる配線基板とその導波管との接
続構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、社会の情報化が進み、情報の伝達は
携帯電話に代表されるように無線化、パーソナル化が進
んでいる。このような状況の中、さらに高速大容量の情
報伝達を可能にするために、ミリ波（３０〜３００ＧＨ
ｚ）領域で動作する半導体素子の開発が進んでいる。最
近ではこのような高周波半導体素子技術の進歩に伴い、
その応用として車間レーダーや無線ＬＡＮのようなミリ
波の電波を用いたさまざまな応用システムも提案される
ようになってきた。例えば、ミリ波を用いた車間レーダ
ー（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会、ＳＣ−７−６参照）、コードレスカメラ
システム（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニク
スソサイエティ大会、Ｃ−１３７参照）、高速無線ＬＡ
Ｎ（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会、Ｃ−１３９参照）が提案されている。
携帯電話に代表されるように無線化、パーソナル化が進
んでいる。このような状況の中、さらに高速大容量の情
報伝達を可能にするために、ミリ波（３０〜３００ＧＨ
ｚ）領域で動作する半導体素子の開発が進んでいる。最
近ではこのような高周波半導体素子技術の進歩に伴い、
その応用として車間レーダーや無線ＬＡＮのようなミリ
波の電波を用いたさまざまな応用システムも提案される
ようになってきた。例えば、ミリ波を用いた車間レーダ
ー（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会、ＳＣ−７−６参照）、コードレスカメラ
システム（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニク
スソサイエティ大会、Ｃ−１３７参照）、高速無線ＬＡ
Ｎ（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会、Ｃ−１３９参照）が提案されている。
【０００３】このようにミリ波の応用が進むにつれ、そ
れらの応用を可能とするための要素技術の開発も同時に
進められており、特に、各種の電子部品においては、必
要な伝送特性を有しながら、いかに小型化と低コスト化
を図るかが、大きな課題となっている。
れらの応用を可能とするための要素技術の開発も同時に
進められており、特に、各種の電子部品においては、必
要な伝送特性を有しながら、いかに小型化と低コスト化
を図るかが、大きな課題となっている。
【０００４】このような要素技術の中でも、高周波素子
が収納された回路基板あるいはパッケージと、外部電気
回路とをいかに簡単で且つ小型な構造で接続するかが重
要な要素として位置づけられている。とりわけ、伝送損
失の最も小さい導波管が形成された外部電気回路と、高
周波素子を搭載した回路基板あるいはパッケージとをい
かに接続するかが大きな問題であった。
が収納された回路基板あるいはパッケージと、外部電気
回路とをいかに簡単で且つ小型な構造で接続するかが重
要な要素として位置づけられている。とりわけ、伝送損
失の最も小さい導波管が形成された外部電気回路と、高
周波素子を搭載した回路基板あるいはパッケージとをい
かに接続するかが大きな問題であった。
【０００５】従来における回路基板あるいはパッケージ
を外部電気回路に形成された導波管に接続する方法とし
ては、高周波用パッケージからコネクタを用いて一旦同
軸線路に変換して導波管と接続する方法、外部電気回路
において、導波管を一旦マイクロストリップ線路等に接
続した後、そのマイクロストリップ線路と高周波用パッ
ケージとを接続する方法が採用される。
を外部電気回路に形成された導波管に接続する方法とし
ては、高周波用パッケージからコネクタを用いて一旦同
軸線路に変換して導波管と接続する方法、外部電気回路
において、導波管を一旦マイクロストリップ線路等に接
続した後、そのマイクロストリップ線路と高周波用パッ
ケージとを接続する方法が採用される。
【０００６】最近では、高周波素子を収納したパッケー
ジを外部電気回路の導波管に直接接続する方法も提案さ
れている（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニク
スソサイエティ大会、ＳＣ−７−５参照）。この提案で
は、素子をキャビティ内に気密封止する蓋体の一部に石
英を埋め込み、その石英埋め込み部を通じて電磁波をキ
ャビティ内に導入し、キャビティ内に設置した導波管−
マイクロストリップ線路変換基板と接続したものであ
る。
ジを外部電気回路の導波管に直接接続する方法も提案さ
れている（１９９５年電子情報通信学会エレクトロニク
スソサイエティ大会、ＳＣ−７−５参照）。この提案で
は、素子をキャビティ内に気密封止する蓋体の一部に石
英を埋め込み、その石英埋め込み部を通じて電磁波をキ
ャビティ内に導入し、キャビティ内に設置した導波管−
マイクロストリップ線路変換基板と接続したものであ
る。
【０００７】また、特開平１１−１１２２０９号では、
気密封止されたキャビティ内の誘電体基板表面に伝送線
路を形成し、誘電体基板の裏面にスロット孔を有するグ
ランド層を形成し、形成された伝送線路と導波管との信
号接続ができる構造が提案されている。これは、マイク
ロストリップ線路の信号をグランド層に設けたスロット
孔を通し、さらにインピーダンス整合用の誘電体層を介
して導波管と接続するものである。
気密封止されたキャビティ内の誘電体基板表面に伝送線
路を形成し、誘電体基板の裏面にスロット孔を有するグ
ランド層を形成し、形成された伝送線路と導波管との信
号接続ができる構造が提案されている。これは、マイク
ロストリップ線路の信号をグランド層に設けたスロット
孔を通し、さらにインピーダンス整合用の誘電体層を介
して導波管と接続するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、外部電気回路の導波管を一旦、コネクタやマイ
クロストリップ線路などの他の伝送線路形態を介して、
パッケージと接続する方法では、接続構造自体が複雑化
するとともに、コネクタや他の伝送線路を形成する領域
を確保する必要があるために、接続構造自体が大型化し
てしまうという問題があった。しかも、他の線路形態や
コネクタを介することにより伝送損失が増大する可能性
もあった。
ように、外部電気回路の導波管を一旦、コネクタやマイ
クロストリップ線路などの他の伝送線路形態を介して、
パッケージと接続する方法では、接続構造自体が複雑化
するとともに、コネクタや他の伝送線路を形成する領域
を確保する必要があるために、接続構造自体が大型化し
てしまうという問題があった。しかも、他の線路形態や
コネクタを介することにより伝送損失が増大する可能性
もあった。
【０００９】これに対して、導波管から電磁波の形でパ
ッケージのキャビティ内部まで直接導入する方法は、接
続構造を小型化できる点では有効的であるが、蓋などの
キャビティ形成部材を通過する際に電磁波の損失を小さ
くするために、その通過部を誘電率および誘電正接が小
さい誘電体材料を使用することが必要であり、そのため
に、前記文献に記載されるように、石英などの低誘電
率、低損失材料を埋め込む処理が必要となる。このよう
な埋め込み処理は、気密封止性の信頼性を損なうばかり
でなく、量産には全く不向きである。
ッケージのキャビティ内部まで直接導入する方法は、接
続構造を小型化できる点では有効的であるが、蓋などの
キャビティ形成部材を通過する際に電磁波の損失を小さ
くするために、その通過部を誘電率および誘電正接が小
さい誘電体材料を使用することが必要であり、そのため
に、前記文献に記載されるように、石英などの低誘電
率、低損失材料を埋め込む処理が必要となる。このよう
な埋め込み処理は、気密封止性の信頼性を損なうばかり
でなく、量産には全く不向きである。
【００１０】また、誘電体基板などのキャビティ形成部
材をすべて低誘電率、低損失材料によって構成すること
も考えられるが、パッケージを構成する材料として、そ
れら電気特性以外にも機械的な強度や気密封止性、メタ
ライズ性など各種の特性が要求され、それら特性をすべ
て満足し、且つ安価に製造できるような適切な材料は見
当たらない。
材をすべて低誘電率、低損失材料によって構成すること
も考えられるが、パッケージを構成する材料として、そ
れら電気特性以外にも機械的な強度や気密封止性、メタ
ライズ性など各種の特性が要求され、それら特性をすべ
て満足し、且つ安価に製造できるような適切な材料は見
当たらない。
【００１１】また、特開平１１−１１２２０９号の構造
では、スロット孔表面に積層した誘電体層のみによって
インピーダンス整合を取るために、誘電体層の厚みを厳
密に制御することが必要であり、量産性に不向きである
という問題があった。
では、スロット孔表面に積層した誘電体層のみによって
インピーダンス整合を取るために、誘電体層の厚みを厳
密に制御することが必要であり、量産性に不向きである
という問題があった。
【００１２】本発明は、前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、量産性に優れ、高周波用パッケージなどの
配線基板表面に形成された信号伝送線路と、導波管とを
小さい信号損失で接続可能な配線基板およびその導波管
との接続構造を提供することを目的とするものである。
れたもので、量産性に優れ、高周波用パッケージなどの
配線基板表面に形成された信号伝送線路と、導波管とを
小さい信号損失で接続可能な配線基板およびその導波管
との接続構造を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
について鋭意検討した結果、誘電体基板と、該誘電体基
板の表面に形成された信号伝送線路と、前記信号伝送線
路より下面側の前記誘電体基板の内部または他方の表面
に形成され、前記信号伝送線路と電磁的に結合したスロ
ット孔が形成されてなるグランド層とを具備し、前記信
号伝送線路が前記スロット孔を介して導波管と接続可能
な配線基板において、前記信号伝送線路と前記スロット
孔との結合部近傍の前記グランド層よりも上方側に前記
信号伝送線路と共振する共振導体部を設けることによっ
て、信号伝送線路−導波管間の信号伝送を低損失で効率
よく行うことが可能であり、またインピーダンスの整合
が容易となることを見出した。
について鋭意検討した結果、誘電体基板と、該誘電体基
板の表面に形成された信号伝送線路と、前記信号伝送線
路より下面側の前記誘電体基板の内部または他方の表面
に形成され、前記信号伝送線路と電磁的に結合したスロ
ット孔が形成されてなるグランド層とを具備し、前記信
号伝送線路が前記スロット孔を介して導波管と接続可能
な配線基板において、前記信号伝送線路と前記スロット
孔との結合部近傍の前記グランド層よりも上方側に前記
信号伝送線路と共振する共振導体部を設けることによっ
て、信号伝送線路−導波管間の信号伝送を低損失で効率
よく行うことが可能であり、またインピーダンスの整合
が容易となることを見出した。
【００１４】また、かかる配線基板および導波管との接
続構造においては、前記共振導体部の前記信号伝送線路
との最短距離が信号波長長さの２倍以下であること、前
記共振導体部の長さが、信号波長長さの１／８〜７／８
倍であること、さらには前記少なくとも２つの共振導体
部を、平面的にみて、前記信号伝送線路に対して線対称
となる位置に設けることが共振導体部による効果を最も
発揮させることができるとともに、低損失での導波管と
の接続を実現する上で望ましい。
続構造においては、前記共振導体部の前記信号伝送線路
との最短距離が信号波長長さの２倍以下であること、前
記共振導体部の長さが、信号波長長さの１／８〜７／８
倍であること、さらには前記少なくとも２つの共振導体
部を、平面的にみて、前記信号伝送線路に対して線対称
となる位置に設けることが共振導体部による効果を最も
発揮させることができるとともに、低損失での導波管と
の接続を実現する上で望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の配線基板につい
て、典型的な応用例として高周波用パッケージの一例を
以下に図面をもとに説明する。
て、典型的な応用例として高周波用パッケージの一例を
以下に図面をもとに説明する。
【００１６】まず、図１の概略断面図によれば、高周波
用パッケージＡ１は、誘電体基板１と、蓋体２によって
キャビティ３が形成されて、そのキャビティ３内におい
て、高周波素子４が誘電体基板１表面に実装搭載され、
キャビティ３は蓋体２によって気密に封止されている。
用パッケージＡ１は、誘電体基板１と、蓋体２によって
キャビティ３が形成されて、そのキャビティ３内におい
て、高周波素子４が誘電体基板１表面に実装搭載され、
キャビティ３は蓋体２によって気密に封止されている。
【００１７】誘電体基板１のキャビティ３内の表面に
は、高周波素子４と一端が接続され、且つ終端５ａを有
する信号伝送線路５が形成されている。そして、誘電体
基板１の信号伝送線路５の下面側、つまり線路５が形成
された面とは反対の表面には、一面にグランド層７が形
成されており、そしてそのグランド層７の信号伝送線路
５の終端５ａと対峙する部分には導体が形成されていな
い開口部（いわゆる、スロット孔）６が形成されてい
る。この高周波用パッケージＡ１においては、信号伝送
線路５が中心導体をなし、グランド層７とともにマイク
ロストリップ構造の線路を形成している。
は、高周波素子４と一端が接続され、且つ終端５ａを有
する信号伝送線路５が形成されている。そして、誘電体
基板１の信号伝送線路５の下面側、つまり線路５が形成
された面とは反対の表面には、一面にグランド層７が形
成されており、そしてそのグランド層７の信号伝送線路
５の終端５ａと対峙する部分には導体が形成されていな
い開口部（いわゆる、スロット孔）６が形成されてい
る。この高周波用パッケージＡ１においては、信号伝送
線路５が中心導体をなし、グランド層７とともにマイク
ロストリップ構造の線路を形成している。
【００１８】かかる構造において、マイクロストリップ
線路の信号伝送線路５は、スロット孔６と電磁的に結合
されている、言い換えれば電磁結合によりスロット孔６
に給電する。この電磁結合構造は、具体的には、特開平
３−１２９９０３号に記載されている通り、図１（ｂ）
の誘電体基板１の平面図に示すように、マイクロストリ
ップ線路の信号伝送線路５の終端５ａがスロット孔６中
心から信号周波数の１／４波長の長さＬ１で突出するよ
うに形成することにより、電磁結合することができる。
しかし、電磁結合は必ずしも前記寸法の組み合わせだけ
でなく、電磁的な結合によって信号の伝送が相互に可能
であれば、特に寸法は上記に限定されるものではなく、
その他の組み合わせでも良好な結合は可能である。
線路の信号伝送線路５は、スロット孔６と電磁的に結合
されている、言い換えれば電磁結合によりスロット孔６
に給電する。この電磁結合構造は、具体的には、特開平
３−１２９９０３号に記載されている通り、図１（ｂ）
の誘電体基板１の平面図に示すように、マイクロストリ
ップ線路の信号伝送線路５の終端５ａがスロット孔６中
心から信号周波数の１／４波長の長さＬ１で突出するよ
うに形成することにより、電磁結合することができる。
しかし、電磁結合は必ずしも前記寸法の組み合わせだけ
でなく、電磁的な結合によって信号の伝送が相互に可能
であれば、特に寸法は上記に限定されるものではなく、
その他の組み合わせでも良好な結合は可能である。
【００１９】この高周波用パッケージＡ１においては、
信号伝送線路５はマイクロストリップ構造の線路を形成
しているが、マイクロストリップ構造に限らず、信号伝
送線路（中心導体）が誘電体内部に存在して上下よりグ
ランド層に囲まれているトリプレート構造の線路でも良
い。
信号伝送線路５はマイクロストリップ構造の線路を形成
しているが、マイクロストリップ構造に限らず、信号伝
送線路（中心導体）が誘電体内部に存在して上下よりグ
ランド層に囲まれているトリプレート構造の線路でも良
い。
【００２０】また、誘電体基板１の信号伝送線路５の周
辺には、蓋体２を取り付けるための導体層８が形成され
ている。
辺には、蓋体２を取り付けるための導体層８が形成され
ている。
【００２１】さらに、本発明によれば、図１（ｂ）の平
面図に示される通り、信号伝送線路５とスロット孔６と
の電磁結合部における誘電体基板１の信号伝送線路５と
同一平面内において、信号伝送線路５と共振する共振導
体部９が信号伝送線路に対して線対称となる位置に、２
つ設けられている。
面図に示される通り、信号伝送線路５とスロット孔６と
の電磁結合部における誘電体基板１の信号伝送線路５と
同一平面内において、信号伝送線路５と共振する共振導
体部９が信号伝送線路に対して線対称となる位置に、２
つ設けられている。
【００２２】図１（ｃ）は、図１（ａ）の高周波用パッ
ケージＡ１に導波管Ｂを接続した時の構造を説明するた
めの概略断面図である。導波管Ｂの開放端のフランジ
Ｂ’をパッケージＡ１のグランド層７に形成されたスロ
ット孔６が導波管の中心となる位置にて当接させるか、
またはフランジＢ’をグランド層７にロウ付けにより接
合するか、あるいはフランジＢ’を誘電体基板１にネジ
止めなどの機械的な接合手段により取り付けて、導波管
Ｂの導体壁１０とグランド層７とを電気的に接続する。
そして、このようにして導波管Ｂの導体壁１０とグラン
ド層７とを電気的に接続することにより、グランド層７
と導波管Ｂの電位を共通にする。
ケージＡ１に導波管Ｂを接続した時の構造を説明するた
めの概略断面図である。導波管Ｂの開放端のフランジ
Ｂ’をパッケージＡ１のグランド層７に形成されたスロ
ット孔６が導波管の中心となる位置にて当接させるか、
またはフランジＢ’をグランド層７にロウ付けにより接
合するか、あるいはフランジＢ’を誘電体基板１にネジ
止めなどの機械的な接合手段により取り付けて、導波管
Ｂの導体壁１０とグランド層７とを電気的に接続する。
そして、このようにして導波管Ｂの導体壁１０とグラン
ド層７とを電気的に接続することにより、グランド層７
と導波管Ｂの電位を共通にする。
【００２３】かかる接続構造によれば、キャビティ３内
にて高周波素子４と接続された信号伝送線路５における
信号は、共振導体部９と共振しながらグランド層７に設
けられたスロット孔６により電磁結合され、さらに導波
管Ｂに伝達される。
にて高周波素子４と接続された信号伝送線路５における
信号は、共振導体部９と共振しながらグランド層７に設
けられたスロット孔６により電磁結合され、さらに導波
管Ｂに伝達される。
【００２４】かかる構造においては、共振導体部９は、
信号伝送線路５から上側への電磁波の放射を抑制し、か
つ信号伝送線路５の信号と共振を起こすため、小さい損
失で導波管Ｂへの信号伝達が可能となる。
信号伝送線路５から上側への電磁波の放射を抑制し、か
つ信号伝送線路５の信号と共振を起こすため、小さい損
失で導波管Ｂへの信号伝達が可能となる。
【００２５】また、製品量産化の点から考慮しても、共
振導体部９の形成は容易である。共振導体部９は、信号
伝送線路５と同様に導体によって形成されることから、
信号伝送線路５と一緒に印刷等によって高い精度で形成
することができる。例えば、誘電体基板１がセラミック
スからなる場合には、未焼成のセラミック基板の表面に
スクリーン印刷等にて導体ペーストを用いて信号伝送線
路５とともに印刷塗布した後、セラミック基板と同時焼
成して形成することができる。
振導体部９の形成は容易である。共振導体部９は、信号
伝送線路５と同様に導体によって形成されることから、
信号伝送線路５と一緒に印刷等によって高い精度で形成
することができる。例えば、誘電体基板１がセラミック
スからなる場合には、未焼成のセラミック基板の表面に
スクリーン印刷等にて導体ペーストを用いて信号伝送線
路５とともに印刷塗布した後、セラミック基板と同時焼
成して形成することができる。
【００２６】また、誘電体基板１の表面に、銅などの金
属箔を転写したり、薄膜スパッタなどにより誘電体基板
１表面全面に導体を形成後、ポリイミド等の感光性樹脂
を塗布し、露光、現像、エッチングによりパターン形成
するサブトラクト法でも信号伝送線路５や導体層８とと
もに形成することができる。その結果、高周波信号の伝
送損失の小さい接続構造を容易に実現できる。
属箔を転写したり、薄膜スパッタなどにより誘電体基板
１表面全面に導体を形成後、ポリイミド等の感光性樹脂
を塗布し、露光、現像、エッチングによりパターン形成
するサブトラクト法でも信号伝送線路５や導体層８とと
もに形成することができる。その結果、高周波信号の伝
送損失の小さい接続構造を容易に実現できる。
【００２７】そのため、従来のインピーダンス整合用の
誘電体層を設けるのに比べて、新たに導体層を付加する
必要がなく、作成が作成が容易であり、バラツキが少な
いなどの長所を有する。
誘電体層を設けるのに比べて、新たに導体層を付加する
必要がなく、作成が作成が容易であり、バラツキが少な
いなどの長所を有する。
【００２８】さらに、導波管Ｂとパッケージとの接続に
際して、導波管Ｂとグランド層７とを電気的に接続すれ
ばよいので、導波管Ｂとの接続面の反対側に設置される
高周波素子４の封止性に何ら影響を与えることがなく、
蓋体２によって通常の封止方法によって容易に気密封止
を行なうことができる。
際して、導波管Ｂとグランド層７とを電気的に接続すれ
ばよいので、導波管Ｂとの接続面の反対側に設置される
高周波素子４の封止性に何ら影響を与えることがなく、
蓋体２によって通常の封止方法によって容易に気密封止
を行なうことができる。
【００２９】なお、共振導体部９は、信号伝送線路５と
の最小の離間距離（最短距離）Ｌ２が、信号波長λの２
倍以内、言い換えれば２λ以下であることが望ましく、
また共振導体部９の信号伝送線路５と平行な方向への最
大長さＬ３は前記信号波長λの１／８〜７／８倍、言い
換えればλ／８〜７λ／８、特にλ／４〜３λ／４であ
ることが望ましい。これらの条件により、共振導体部９
からの不要な電磁波放射を抑制し、信号伝送線路５との
共振をより大きくすることが可能となり、損失が低減で
きる。
の最小の離間距離（最短距離）Ｌ２が、信号波長λの２
倍以内、言い換えれば２λ以下であることが望ましく、
また共振導体部９の信号伝送線路５と平行な方向への最
大長さＬ３は前記信号波長λの１／８〜７／８倍、言い
換えればλ／８〜７λ／８、特にλ／４〜３λ／４であ
ることが望ましい。これらの条件により、共振導体部９
からの不要な電磁波放射を抑制し、信号伝送線路５との
共振をより大きくすることが可能となり、損失が低減で
きる。
【００３０】図２は、共振導体部９の形成の変形例を説
明するためのものであり、共振導体部９は図２（ａ）の
平面図に示すように、連続した導体ではなく、信号波長
λのλ／８以下の間隔で途切れていてもよい。また、図
２（ｂ）に示すように、グランド層７と垂直導体１１に
よって電気的に接続されていてもよい。
明するためのものであり、共振導体部９は図２（ａ）の
平面図に示すように、連続した導体ではなく、信号波長
λのλ／８以下の間隔で途切れていてもよい。また、図
２（ｂ）に示すように、グランド層７と垂直導体１１に
よって電気的に接続されていてもよい。
【００３１】さらには、図１では、共振導体部９は、信
号伝送線路５と同一平面内に形成されていたが、共振導
体部９は、グランド層７よりも上方側に形成されていれ
ばよく、例えば、図２（ｃ）に示すように、信号伝送線
路５形成面とグランド層７との間の誘電体基板１内に形
成してもよい。その場合も、共振導体部９と信号伝送線
路５との最短距離Ｌ２が信号波長λの２倍以内であるこ
とが望ましい。
号伝送線路５と同一平面内に形成されていたが、共振導
体部９は、グランド層７よりも上方側に形成されていれ
ばよく、例えば、図２（ｃ）に示すように、信号伝送線
路５形成面とグランド層７との間の誘電体基板１内に形
成してもよい。その場合も、共振導体部９と信号伝送線
路５との最短距離Ｌ２が信号波長λの２倍以内であるこ
とが望ましい。
【００３２】また、上記の例では、信号伝送線路に対し
て線対称となる位置に２つの共振導体部９を形成した
が、共振導体部９は、線対称からずれても共振を生じさ
せることができる。また、共振導体部９は、図２（ｄ）
のように、片側に一本のみでもよく、また、スロット孔
６との結合部の付近に複数本存在しても問題はない。ま
た、信号伝送線路５と共振し得るものであれば平行であ
る必要も無い。
て線対称となる位置に２つの共振導体部９を形成した
が、共振導体部９は、線対称からずれても共振を生じさ
せることができる。また、共振導体部９は、図２（ｄ）
のように、片側に一本のみでもよく、また、スロット孔
６との結合部の付近に複数本存在しても問題はない。ま
た、信号伝送線路５と共振し得るものであれば平行であ
る必要も無い。
【００３３】図３は、本発明の配線基板のさらに他の変
形例を示す高周波用パッケージの図であり、（ａ）は概
略断面図、（ｂ）は誘電体基板の底面図、（ｃ）は導波
管Ｂと接続した時の概略断面図である。この高周波用パ
ッケージＡ２によれば、図１の高周波用パッケージＡ１
における誘電体基板１のグランド層７に、例えば、導電
性材料からなる接続部材１２をロウ剤等の導電性接着剤
を用いて取付け、グランド層７と接続部材１２とを電気
的に接続させる。この接続部材１２のスロット孔６形成
部の周囲には、接続する導波管Ｂの内壁寸法と実質的に
同一寸法の貫通孔１２ａが形成されている。
形例を示す高周波用パッケージの図であり、（ａ）は概
略断面図、（ｂ）は誘電体基板の底面図、（ｃ）は導波
管Ｂと接続した時の概略断面図である。この高周波用パ
ッケージＡ２によれば、図１の高周波用パッケージＡ１
における誘電体基板１のグランド層７に、例えば、導電
性材料からなる接続部材１２をロウ剤等の導電性接着剤
を用いて取付け、グランド層７と接続部材１２とを電気
的に接続させる。この接続部材１２のスロット孔６形成
部の周囲には、接続する導波管Ｂの内壁寸法と実質的に
同一寸法の貫通孔１２ａが形成されている。
【００３４】そして、導波管Ｂの開放端のフランジＢ’
をこの接続部材１２に対して、当接するか、ロウ付けに
より接合するかあるいは接続部材１２にネジ止めなどの
機械的な接合手段により取り付けることができる。
をこの接続部材１２に対して、当接するか、ロウ付けに
より接合するかあるいは接続部材１２にネジ止めなどの
機械的な接合手段により取り付けることができる。
【００３５】かかる構造によれば、導波管Ｂを接続部材
１２を介して高周波用パッケージＡ２に対して強固に接
合することができ、パッケージＡ２と導波管Ｂとの接続
信頼性を高めることができる。なお、図３では、接続部
材１２に２つの貫通孔１２ａを有する接続部材を用いた
が、この接続部材１２は、個々のスロット孔６毎に接続
部材を設けてもよい。
１２を介して高周波用パッケージＡ２に対して強固に接
合することができ、パッケージＡ２と導波管Ｂとの接続
信頼性を高めることができる。なお、図３では、接続部
材１２に２つの貫通孔１２ａを有する接続部材を用いた
が、この接続部材１２は、個々のスロット孔６毎に接続
部材を設けてもよい。
【００３６】図１、図２、図３の高周波用パッケージに
おいては、スロット孔６は、何も介在することなく導波
管Ｂと直接接続されていたが、特開平１１−１１２２０
９号と同様に、このスロット孔６の表面に誘電体を設
け、スロット孔６をその誘電体を介して導波管Ｂと接続
してもよいし、さらには、その誘電体の導波管Ｂ側表面
あるいは誘電体内部に励振用の導体層を形成してもよ
い。このように誘電体をスロット孔表面に形成する場
合、誘電体はインピーダンス整合のためにその厚みを制
御することが必要であるが、本発明に基づき共振導体部
９を形成することによって、誘電体の厚みの厳密な制御
なく、良好な伝送特性が達成できる。
おいては、スロット孔６は、何も介在することなく導波
管Ｂと直接接続されていたが、特開平１１−１１２２０
９号と同様に、このスロット孔６の表面に誘電体を設
け、スロット孔６をその誘電体を介して導波管Ｂと接続
してもよいし、さらには、その誘電体の導波管Ｂ側表面
あるいは誘電体内部に励振用の導体層を形成してもよ
い。このように誘電体をスロット孔表面に形成する場
合、誘電体はインピーダンス整合のためにその厚みを制
御することが必要であるが、本発明に基づき共振導体部
９を形成することによって、誘電体の厚みの厳密な制御
なく、良好な伝送特性が達成できる。
【００３７】また、さらに具体的な例としては、図４の
高周波用パッケージＡ３に示すように、誘電体基板１に
対して、第２の誘電体基板１４を一体的に形成し、誘電
体基板１と誘電体基板１４の間に介在するグランド層７
に形成されたスロット孔６の周囲に、第２の誘電体基板
１４を貫通して形成されたビアホール導体１５を信号波
長λの１／２以下の間隔で形成する。さらに、第２の誘
電体基板１４の表面に導体層１６、１７を形成する。
高周波用パッケージＡ３に示すように、誘電体基板１に
対して、第２の誘電体基板１４を一体的に形成し、誘電
体基板１と誘電体基板１４の間に介在するグランド層７
に形成されたスロット孔６の周囲に、第２の誘電体基板
１４を貫通して形成されたビアホール導体１５を信号波
長λの１／２以下の間隔で形成する。さらに、第２の誘
電体基板１４の表面に導体層１６、１７を形成する。
【００３８】かかる構造においては、第２の誘電体基板
１４のビアホール導体１５に囲まれた領域をインピーダ
ンス整合用の誘電体として用い、この導体層１６を共振
用または電磁場分布調整用として用いることができる。
さらには、この導体層１６の表面に誘電体が存在しても
よい。
１４のビアホール導体１５に囲まれた領域をインピーダ
ンス整合用の誘電体として用い、この導体層１６を共振
用または電磁場分布調整用として用いることができる。
さらには、この導体層１６の表面に誘電体が存在しても
よい。
【００３９】さらには、図１乃至図４では半導体素子を
実装し気密封止したパッケージについて述べたが、半導
体素子を収納したパッケージを実装する回路基板、ある
いは半導体素子を直接実装する回路基板においても同様
のことがいえる。
実装し気密封止したパッケージについて述べたが、半導
体素子を収納したパッケージを実装する回路基板、ある
いは半導体素子を直接実装する回路基板においても同様
のことがいえる。
【００４０】上記図１乃至図４に示した本発明の高周波
用パッケージＡ１乃至Ａ３においては、誘電体基板１、
１４は、セラミックスまたは有機樹脂、あるいはそれら
の複合体からなる構成することができる。例えば、セラ
ミックスとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4などの
セラミック材料や、ガラス材料、あるいはガラスとＡｌ
2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどの無機質フィラーとの複合
体からなるガラスセラミック材料により形成でき、これ
らの原料粉末を用いて所定の基板形状に成形した後、焼
成することにより形成される。また、有機樹脂として
は、有機系材料からなるプリント基板やテフロン（登録
商標）基板によって形成することができる。
用パッケージＡ１乃至Ａ３においては、誘電体基板１、
１４は、セラミックスまたは有機樹脂、あるいはそれら
の複合体からなる構成することができる。例えば、セラ
ミックスとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4などの
セラミック材料や、ガラス材料、あるいはガラスとＡｌ
2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどの無機質フィラーとの複合
体からなるガラスセラミック材料により形成でき、これ
らの原料粉末を用いて所定の基板形状に成形した後、焼
成することにより形成される。また、有機樹脂として
は、有機系材料からなるプリント基板やテフロン（登録
商標）基板によって形成することができる。
【００４１】また、信号の伝達を担う各伝送線路および
グランド層は、タングステン、モリブデンなどの高融点
金属や、金、銀、銅などの低抵抗金属などにより形成す
ることができ、これらは、用いる基板材料に応じて適宜
選択して、従来の積層技術をもって一体的に形成するこ
とができる。
グランド層は、タングステン、モリブデンなどの高融点
金属や、金、銀、銅などの低抵抗金属などにより形成す
ることができ、これらは、用いる基板材料に応じて適宜
選択して、従来の積層技術をもって一体的に形成するこ
とができる。
【００４２】例えば、基板をＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3
Ｎ4などのセラミック材料により形成する場合には、タ
ングステン、モリブデン等の高融点金属を用いて未焼成
体に印刷塗布して、１５００〜１９００℃の温度で焼成
すればよく、基板をガラス材料、ガラスセラミック材料
により形成する場合には、銅、金、銀などを用いて同様
にして８００〜１１００℃の温度で焼成することにより
作製できる。なお、基板を有機樹脂を含む絶縁材料によ
り形成する場合には、銅、金、銀などを用いてペースト
を塗布するか、金属箔を接着することにより線路やグラ
ンド層を形成することができる。
Ｎ4などのセラミック材料により形成する場合には、タ
ングステン、モリブデン等の高融点金属を用いて未焼成
体に印刷塗布して、１５００〜１９００℃の温度で焼成
すればよく、基板をガラス材料、ガラスセラミック材料
により形成する場合には、銅、金、銀などを用いて同様
にして８００〜１１００℃の温度で焼成することにより
作製できる。なお、基板を有機樹脂を含む絶縁材料によ
り形成する場合には、銅、金、銀などを用いてペースト
を塗布するか、金属箔を接着することにより線路やグラ
ンド層を形成することができる。
【００４３】次に、上記本発明の高周波用パッケージと
導波管との接続による伝送特性について図１の高周波用
パッケージＡ１に対して、有限要素法に基づいて評価し
た。その結果を表１に示した。表１でＳ２１は、信号伝
送線路５となるマイクロストリップ線路からスロット孔
６を通り導波管Ｂに至るまでの信号の伝送損失を示して
おり、周波数が６８ＧＨｚのときの値である。
導波管との接続による伝送特性について図１の高周波用
パッケージＡ１に対して、有限要素法に基づいて評価し
た。その結果を表１に示した。表１でＳ２１は、信号伝
送線路５となるマイクロストリップ線路からスロット孔
６を通り導波管Ｂに至るまでの信号の伝送損失を示して
おり、周波数が６８ＧＨｚのときの値である。
【００４４】また、モデルにおける誘電体基板は、誘電
率９．０のアルミナ基板とし、信号伝送線路、グランド
層などの導体層はすべてタングステン導体によるものと
して計算した。この時、表層の線路に対する実行誘電率
は６．０とし、信号波長λは、λ0／（ε）1/2＝０．４
０８×λ0の式を用い１．８ｍｍとした。また、内層の
時は、λ0／（ε）1/2＝０．３３３×λ0の式を用い
１．４７ｍｍとした。
率９．０のアルミナ基板とし、信号伝送線路、グランド
層などの導体層はすべてタングステン導体によるものと
して計算した。この時、表層の線路に対する実行誘電率
は６．０とし、信号波長λは、λ0／（ε）1/2＝０．４
０８×λ0の式を用い１．８ｍｍとした。また、内層の
時は、λ0／（ε）1/2＝０．３３３×λ0の式を用い
１．４７ｍｍとした。
【００４５】
【表１】
【００４６】表１の結果によれば、信号周波数６８ＧＨ
ｚにおいて、共振導体部が無い場合（試料Ｎｏ．１）、
｜Ｓ２１｜が１．６ｄＢであったものが、共振導体部を
設けることによって、損失−１．１ｄＢ以下となった。
さらに、共振導体部の位置、長さを変化させ、共振導体
部の形成位置（信号伝送線路からの離間距離Ｌ２）が信
号波長長さの２倍以下（試料Ｎｏ．３〜１２）で０．８
８ｄＢ以下、さらに共振導体部の長さＬ３が信号波長長
さの１／８〜７／８倍である（試料Ｎｏ．５〜１２）で
は、０．８１ｄＢ以下が達成された。
ｚにおいて、共振導体部が無い場合（試料Ｎｏ．１）、
｜Ｓ２１｜が１．６ｄＢであったものが、共振導体部を
設けることによって、損失−１．１ｄＢ以下となった。
さらに、共振導体部の位置、長さを変化させ、共振導体
部の形成位置（信号伝送線路からの離間距離Ｌ２）が信
号波長長さの２倍以下（試料Ｎｏ．３〜１２）で０．８
８ｄＢ以下、さらに共振導体部の長さＬ３が信号波長長
さの１／８〜７／８倍である（試料Ｎｏ．５〜１２）で
は、０．８１ｄＢ以下が達成された。
【００４７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、配
線基板表面に形成された信号伝送線路と導波管との信号
の伝送にあたり、低損失、低反射で効率よく行うことが
可能であり、またパッケージ構造においても高周波素子
の気密封止をも確実に行うことができる。
線基板表面に形成された信号伝送線路と導波管との信号
の伝送にあたり、低損失、低反射で効率よく行うことが
可能であり、またパッケージ構造においても高周波素子
の気密封止をも確実に行うことができる。
【図１】本発明の一実施態様である高周波用パッケージ
Ａ１と導波管Ｂとの接続構造の一実施態様を説明するた
めものであり、（ａ）は高周波用パッケージＡ１の概略
断面図、（ｂ）は高周波用パッケージＡ１における誘電
体基板の平面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を
説明するための概略断面図である。
Ａ１と導波管Ｂとの接続構造の一実施態様を説明するた
めものであり、（ａ）は高周波用パッケージＡ１の概略
断面図、（ｂ）は高周波用パッケージＡ１における誘電
体基板の平面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を
説明するための概略断面図である。
【図２】本発明における共振導体部の形成方法の他の例
を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）断
面図である。
を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）断
面図である。
【図３】本発明の他の実施態様である高周波用パッケー
ジＡ２と導波管Ｂとの接続構造を説明するためものであ
り，（ａ）は高周波用パッケージＡ２の概略断面図、
（ｂ）は高周波用パッケージＡ２における誘電体基板の
底面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を説明する
ための概略断面図である。
ジＡ２と導波管Ｂとの接続構造を説明するためものであ
り，（ａ）は高周波用パッケージＡ２の概略断面図、
（ｂ）は高周波用パッケージＡ２における誘電体基板の
底面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を説明する
ための概略断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施態様である高周波用パ
ッケージＡ３と導波管Ｂとの接続構造を説明するためも
のであり，（ａ）は高周波用パッケージＡ３の概略断面
図、（ｂ）は高周波用パッケージＡ３における誘電体基
板の底面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を説明
するための概略断面図である。
ッケージＡ３と導波管Ｂとの接続構造を説明するためも
のであり，（ａ）は高周波用パッケージＡ３の概略断面
図、（ｂ）は高周波用パッケージＡ３における誘電体基
板の底面図、（ｃ）はその導波管Ｂとの接続構造を説明
するための概略断面図である。
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 高周波用パッケージ Ｂ 導波管 Ｂ’ フランジ １ 誘電体基板 ２ 蓋体 ３ キャビティ ４ 高周波素子 ５ 信号伝送線路 ５ａ 終端 ６ スロット孔 ７ グランド層 ９ 共振導体部 １０ 導体壁 １１ 垂直導体 １２ 接続部材
フロントページの続き (72)発明者 郡山 慎一 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】誘電体基板と、該誘電体基板の表面に形成
された信号伝送線路と、前記信号伝送線路より下面側の
前記誘電体基板の内部または他方の表面に形成され、前
記信号伝送線路と電磁的に結合したスロット孔が形成さ
れてなるグランド層とを具備し、前記信号伝送線路が前
記スロット孔を介して導波管と接続可能な配線基板にお
いて、前記信号伝送線路と前記スロット孔との結合部近
傍の前記グランド層よりも上方側に前記信号伝送線路と
共振する共振導体部を設けたことを特徴とする配線基
板。 - 【請求項２】前記共振導体部の前記信号伝送線路との最
短距離が信号波長長さの２倍以下であることを特徴とす
る請求項１記載の配線基板。 - 【請求項３】前記共振導体部の長さが、信号波長長さの
１／８〜７／８倍であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の配線基板。 - 【請求項４】少なくとも２つの共振導体部を、平面的に
みて、前記信号伝送線路に対して線対称となる位置に設
けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
記載の請求項１記載の配線基板。 - 【請求項５】誘電体基板と、該誘電体基板の表面に形成
された信号伝送線路と、前記信号伝送線路より下面側の
前記誘電体基板の内部または他方の表面に形成され、前
記信号伝送線路と電磁的に結合したスロット孔が形成さ
れてなるグランド層とを具備し、前記信号伝送線路と導
波管とを前記スロット孔を介して接続してなる接続構造
であって、前記信号伝送線路と前記スロット孔との結合
部近傍の前記グランド層よりも上方側に前記信号伝送線
路と共振する共振導体部を設けたことを特徴とする配線
基板と導波管との接続構造。 - 【請求項６】前記共振導体部が、前記信号伝送線路の側
面から信号波長長さの２倍以下離間した位置に形成した
ことを特徴とする請求項５記載の配線基板と導波管との
接続構造。 - 【請求項７】前記共振導体部の長さが、信号波長長さの
１／８〜７／８倍であることを特徴とする請求項５また
は請求項６記載の配線基板と導波管との接続構造。 - 【請求項８】少なくとも２つの共振導体部を、平面的に
みて、前記信号伝送線路に対して線対称となる位置に設
けたことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか
記載の配線基板と導波管との接続構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092191A JP2001284916A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 配線基板およびその導波管との接続構造 |
| US09/709,098 US6870438B1 (en) | 1999-11-10 | 2000-11-10 | Multi-layered wiring board for slot coupling a transmission line to a waveguide |
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|---|---|---|---|
| JP2000092191A JP2001284916A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 配線基板およびその導波管との接続構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2000092191A Pending JP2001284916A (ja) | 1999-11-10 | 2000-03-29 | 配線基板およびその導波管との接続構造 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004273509A (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-30 | Sharp Corp | 高周波半導体装置の実装構造及びこれを用いた高周波送信装置並びに高周波受信装置 |
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2000
- 2000-03-29 JP JP2000092191A patent/JP2001284916A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004273509A (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-30 | Sharp Corp | 高周波半導体装置の実装構造及びこれを用いた高周波送信装置並びに高周波受信装置 |
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