JP2002016407A - 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】配線基板表面に形成された信号伝送線路と導波
管とを接続にあたり損失のバラツキの低減ができ、歩留
りが向上し低コスト化が可能となり信頼性も向上できる
配線基板と導波管との接続構造を提供する。 【解決手段】誘電体基板１の一方の表面に形成された信
号伝送線路５と導波管Ｂとを接続可能な配線基板であっ
て、導波管Ｂとの接続部が、誘電体基板１の他方の表面
に形成され、信号伝送線路５の終端５ａと対峙する位置
にスロット孔６が形成されてなるグランド層７と、グラ
ンド層７の表面に積層形成された誘電体層１０と、誘電
体層１０を貫通して前記グランド層７と電気的に接続さ
れ、スロット孔６を囲む位置に所定間隔をもって配列形
成された複数の垂直導体１２と、を具備してなり、誘電
体層１０における垂直導体１２により囲まれた誘電体領
域９を接続される導波管Ｂの断面開口部１３よりも小さ
くする。
管とを接続にあたり損失のバラツキの低減ができ、歩留
りが向上し低コスト化が可能となり信頼性も向上できる
配線基板と導波管との接続構造を提供する。 【解決手段】誘電体基板１の一方の表面に形成された信
号伝送線路５と導波管Ｂとを接続可能な配線基板であっ
て、導波管Ｂとの接続部が、誘電体基板１の他方の表面
に形成され、信号伝送線路５の終端５ａと対峙する位置
にスロット孔６が形成されてなるグランド層７と、グラ
ンド層７の表面に積層形成された誘電体層１０と、誘電
体層１０を貫通して前記グランド層７と電気的に接続さ
れ、スロット孔６を囲む位置に所定間隔をもって配列形
成された複数の垂直導体１２と、を具備してなり、誘電
体層１０における垂直導体１２により囲まれた誘電体領
域９を接続される導波管Ｂの断面開口部１３よりも小さ
くする。
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
ため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
間の信号変換の特性バラツキが小さく小型で信頼性が高
くしかも製造コストの低い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
ため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
間の信号変換の特性バラツキが小さく小型で信頼性が高
くしかも製造コストの低い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、いかに小型で信頼性が高く
低コストとす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、いかに小型で信頼性が高く
低コストとす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
ジあるいはモジュール基板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（特開平８−２７４５
１３）。この提案では、導波管変換部に多数のホールを
設け誘電率を調整し、なおかつ変換部の導波管が接続さ
れるのとは逆側に金属製のキャップを設けるものであ
る。
ジあるいはモジュール基板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（特開平８−２７４５
１３）。この提案では、導波管変換部に多数のホールを
設け誘電率を調整し、なおかつ変換部の導波管が接続さ
れるのとは逆側に金属製のキャップを設けるものであ
る。
【０００７】
【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。また、他の線路形態やコネクタの使用は製造
工程を複雑にすることになり特性のバラツキが大きくな
りコストアップにつながった。
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。また、他の線路形態やコネクタの使用は製造
工程を複雑にすることになり特性のバラツキが大きくな
りコストアップにつながった。
【０００８】これに対して、導波管から電磁波の形でパ
ッケージ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、前記特開平８−２７４５１
３号で提案されている方法は、導波管変換部に多数のホ
ールを設けなおかつ導波管を接続する箇所とは逆側に金
属製のキャップ等を設置することが必要であり、そのた
めに、工程数、部品点数が増えコストアップに繋がって
いた。
ッケージ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、前記特開平８−２７４５１
３号で提案されている方法は、導波管変換部に多数のホ
ールを設けなおかつ導波管を接続する箇所とは逆側に金
属製のキャップ等を設置することが必要であり、そのた
めに、工程数、部品点数が増えコストアップに繋がって
いた。
【０００９】また、特開平１１−１１２２０９号では、
気密封止可能でありかつ信号伝送線路−導波管の信号変
換ができる技術が提唱されているが、これは導波管のズ
レや配線基板の信頼性についてなんら考慮されていなか
った。
気密封止可能でありかつ信号伝送線路−導波管の信号変
換ができる技術が提唱されているが、これは導波管のズ
レや配線基板の信頼性についてなんら考慮されていなか
った。
【００１０】本発明は、前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、導波管との接続が可能な配線基板に関し、
信号伝送線路−導波管間の信号変換の特性バラツキが小
さく、小型で信頼性が高くしかも製造コストの低い配線
基板とその導波管との接続構造を提供することを目的と
する。
れたもので、導波管との接続が可能な配線基板に関し、
信号伝送線路−導波管間の信号変換の特性バラツキが小
さく、小型で信頼性が高くしかも製造コストの低い配線
基板とその導波管との接続構造を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、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
の一方の表面に形成された信号伝送線路と、該信号伝送
線路と導波管とを接続可能な配線基板であって、導波管
との接続部が、前記誘電体基板の他方の表面に形成さ
れ、前記信号伝送線路の終端と対峙する位置にスロット
孔が形成されてなるグランド層と、該グランド層の表面
に積層形成された誘電体層と、誘電体層を貫通して前記
グランド層と電気的に接続され、前記スロット孔を囲む
位置に所定の間隔をもって配列形成された複数の垂直導
体とを具備し、前記誘電体層における前記垂直導体によ
り囲まれた誘電体領域を接続される導波管の断面開口部
よりも小さくすることによって信号伝送線路−導波管間
の信号の変換損失のバラツキを低減し、それにより歩留
りが向上し低コスト化が図れ、また高周波素子の気密封
止をも確実に行うことができ、かつ信頼性が高いことを
見出した。
ついて鋭意検討した結果、誘電体基板と、該誘電体基板
の一方の表面に形成された信号伝送線路と、該信号伝送
線路と導波管とを接続可能な配線基板であって、導波管
との接続部が、前記誘電体基板の他方の表面に形成さ
れ、前記信号伝送線路の終端と対峙する位置にスロット
孔が形成されてなるグランド層と、該グランド層の表面
に積層形成された誘電体層と、誘電体層を貫通して前記
グランド層と電気的に接続され、前記スロット孔を囲む
位置に所定の間隔をもって配列形成された複数の垂直導
体とを具備し、前記誘電体層における前記垂直導体によ
り囲まれた誘電体領域を接続される導波管の断面開口部
よりも小さくすることによって信号伝送線路−導波管間
の信号の変換損失のバラツキを低減し、それにより歩留
りが向上し低コスト化が図れ、また高周波素子の気密封
止をも確実に行うことができ、かつ信頼性が高いことを
見出した。
【００１２】また、かかる構造においては、導波管を接
続するにあたり、配線基板に対して導波管の導体壁を固
定可能な接続部材を取着することもできる。その場合、
接続部材の誘電体領域直下に内壁が導体からなる開口部
を有し、開口部を導波管の断面開口部と実質的に同一形
状とし、前記誘電体領域よりも大きく形成することが望
ましい。この接続部材に導波管を接続することにより、
導波管の装着が、接続部材へのネジ止め等で行うことが
可能となり、導波管の着脱が容易となり、半導体素子を
実装したパッケージを一旦測定し特性検査した後に実際
の製品として用いるという検査工程が行いやすくなる利
点がある。
続するにあたり、配線基板に対して導波管の導体壁を固
定可能な接続部材を取着することもできる。その場合、
接続部材の誘電体領域直下に内壁が導体からなる開口部
を有し、開口部を導波管の断面開口部と実質的に同一形
状とし、前記誘電体領域よりも大きく形成することが望
ましい。この接続部材に導波管を接続することにより、
導波管の装着が、接続部材へのネジ止め等で行うことが
可能となり、導波管の着脱が容易となり、半導体素子を
実装したパッケージを一旦測定し特性検査した後に実際
の製品として用いるという検査工程が行いやすくなる利
点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の配線基板の構造
について、典型的な応用例として高周波用パッケージの
例を以下に図面をもとに説明する。まず、図１は高周波
用パッケージの一例を説明するための（ａ）概略断面
図、（ｂ）誘電体基板表面の平面図、（ｃ）パッケージ
の底面図である。
について、典型的な応用例として高周波用パッケージの
例を以下に図面をもとに説明する。まず、図１は高周波
用パッケージの一例を説明するための（ａ）概略断面
図、（ｂ）誘電体基板表面の平面図、（ｃ）パッケージ
の底面図である。
【００１４】まず、図１の概略断面図に示される高周波
用パッケージＡ１によれば、誘電体基板１と、蓋体２に
よって形成されたキャビティ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内
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によれば、誘電体基板１と、蓋体２に
よって形成されたキャビティ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内
は蓋体２によって気密に封止されている。
【００１５】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と対峙する部分には導
体が形成されていない長孔（いわゆる、スロット孔）６
が形成されている。
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と対峙する部分には導
体が形成されていない長孔（いわゆる、スロット孔）６
が形成されている。
【００１６】このパッケージにおいては、信号伝送線路
５は、これが中心導体をなし、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。なお、信
号伝送線路は上記マイクロストリップ線路に限らず、信
号伝送線路（中心導体）の両脇にグランド層を形成し、
グランド層７とともにグランド付きコプレーナ構造の線
路でも良い。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。
５は、これが中心導体をなし、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。なお、信
号伝送線路は上記マイクロストリップ線路に限らず、信
号伝送線路（中心導体）の両脇にグランド層を形成し、
グランド層７とともにグランド付きコプレーナ構造の線
路でも良い。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。
【００１７】また、図１の高周波用パッケージＡ１にお
いては、グランド層７の表面には、誘電体層１０が積層
形成されている。そして、この誘電体層１０には、この
誘電体層１０を貫通してグランド層７と電気的に接続さ
れ、スロット孔６を囲む位置に所定間隔をもって配列形
成された複数の垂直導体１２が設けられている。そし
て、この垂直導体１２によって囲まれた部分によって誘
電体領域９が形成されている。なお、図面では垂直導体
１２に円柱状の物を用いているが、角柱状のものでも楕
円柱のものでも特に問題は無い。
いては、グランド層７の表面には、誘電体層１０が積層
形成されている。そして、この誘電体層１０には、この
誘電体層１０を貫通してグランド層７と電気的に接続さ
れ、スロット孔６を囲む位置に所定間隔をもって配列形
成された複数の垂直導体１２が設けられている。そし
て、この垂直導体１２によって囲まれた部分によって誘
電体領域９が形成されている。なお、図面では垂直導体
１２に円柱状の物を用いているが、角柱状のものでも楕
円柱のものでも特に問題は無い。
【００１８】また、誘電体層１０の誘電体領域９の周囲
には、導体層１１が形成されており、この導体層１１は
垂直導体１２によってグランド層７と電気的に接続され
ている。
には、導体層１１が形成されており、この導体層１１は
垂直導体１２によってグランド層７と電気的に接続され
ている。
【００１９】上記の線路構成において、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、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Ｌ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、その他の組み合わせでも良好な結合は可能
である。
ップ線路の信号伝送線路５は、スロット孔６と電磁結合
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、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Ｌ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、その他の組み合わせでも良好な結合は可能
である。
【００２０】図２は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（ａ）概略断面図
と、（ｂ）導波管開口部と誘電体領域の大きさを把握す
るための底面図である。
を接続した時の構造を説明するための（ａ）概略断面図
と、（ｂ）導波管開口部と誘電体領域の大きさを把握す
るための底面図である。
【００２１】パッケージＡ１に対して導波管Ｂを接続す
る場合には、導波管Ｂの開放端のフランジＢ’をパッケ
ージＡ１の導体層１１に当接させるが、その際に、グラ
ンド層７のスロット孔６が導波管Ｂの中心となるように
位置合わせする。そして、フランジＢ’は、導体層１１
に対して単に当接させるか、またはフランジＢ’を導体
層１１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および誘電体層１０にネジ止めなど
の機械的な接合手段により組み合わせて取り付ける。
る場合には、導波管Ｂの開放端のフランジＢ’をパッケ
ージＡ１の導体層１１に当接させるが、その際に、グラ
ンド層７のスロット孔６が導波管Ｂの中心となるように
位置合わせする。そして、フランジＢ’は、導体層１１
に対して単に当接させるか、またはフランジＢ’を導体
層１１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および誘電体層１０にネジ止めなど
の機械的な接合手段により組み合わせて取り付ける。
【００２２】また、同時に、導波管ＢのフランジＢ’は
誘電体層１０表面の導体層１１と電気的に接続される結
果、導波管Ｂの導体壁１６はフランジＢ’、導体層１
１、垂直導体１２を介してグランド層７と電気的に接続
され、グランド層７と導波管Ｂの電位が同電位に維持さ
れる。
誘電体層１０表面の導体層１１と電気的に接続される結
果、導波管Ｂの導体壁１６はフランジＢ’、導体層１
１、垂直導体１２を介してグランド層７と電気的に接続
され、グランド層７と導波管Ｂの電位が同電位に維持さ
れる。
【００２３】本発明においては、上記の接続構造におい
て、パッケージＡ１の誘電体層１０に形成された誘電体
領域９が、導波管Ｂの開口部１３よりも小さいことが重
要である。即ち、図２（ｂ）に示す通り、導波管Ｂの開
口断面が長方形である場合、その開口の大きさがＬ２，
Ｗ２であって、誘電体領域９もＬ１，Ｗ１の長方形から
なる場合、誘電体Ｌ１＜Ｌ２およびＷ１＜Ｗ２でなけれ
ばならない。望ましくは、Ｌ１とＬ２の関係は（Ｌ２×
０．６）≦Ｌ１≦（Ｌ２−０．１ｍｍ）が好ましく、ま
たＷ１とＷ２の関係は（Ｗ２×０．６）≦Ｗ１≦（Ｗ２
−０．１ｍｍ）が好ましい。
て、パッケージＡ１の誘電体層１０に形成された誘電体
領域９が、導波管Ｂの開口部１３よりも小さいことが重
要である。即ち、図２（ｂ）に示す通り、導波管Ｂの開
口断面が長方形である場合、その開口の大きさがＬ２，
Ｗ２であって、誘電体領域９もＬ１，Ｗ１の長方形から
なる場合、誘電体Ｌ１＜Ｌ２およびＷ１＜Ｗ２でなけれ
ばならない。望ましくは、Ｌ１とＬ２の関係は（Ｌ２×
０．６）≦Ｌ１≦（Ｌ２−０．１ｍｍ）が好ましく、ま
たＷ１とＷ２の関係は（Ｗ２×０．６）≦Ｗ１≦（Ｗ２
−０．１ｍｍ）が好ましい。
【００２４】これは、誘電体領域９の大きさを導波管開
口部１３よりも小さくすることで、導波管Ｂをパッケー
ジＡ１の誘電体層１０に取り付ける場合に位置ズレが発
生しても、誘電体領域９は、常に導波管開口部１３内に
収納される確率を高くすることができる結果、接続時の
特性のバラツキを低減することができる。
口部１３よりも小さくすることで、導波管Ｂをパッケー
ジＡ１の誘電体層１０に取り付ける場合に位置ズレが発
生しても、誘電体領域９は、常に導波管開口部１３内に
収納される確率を高くすることができる結果、接続時の
特性のバラツキを低減することができる。
【００２５】また、信頼性の点から、誘電体領域９と導
波管開口部１３の大きさが同一である場合、導波管Ｂを
ロウ材などを用いて接続した場合に、充分なロウ材のメ
ニスカスができず、信頼性が劣る場合がある。
波管開口部１３の大きさが同一である場合、導波管Ｂを
ロウ材などを用いて接続した場合に、充分なロウ材のメ
ニスカスができず、信頼性が劣る場合がある。
【００２６】この図１の構造のパッケージＡ１は、誘電
体基板１と誘電体層１０、信号伝送線路５、導体層８、
グランド層７、導体層１１、垂直導体１２などを、周知
のセラミック積層技術を用いて一括して焼成して製造す
ることができる点で有利である。また、銅箔パターン等
を有する有機材料誘電体基板を用いて一括積層しても製
造可能である。
体基板１と誘電体層１０、信号伝送線路５、導体層８、
グランド層７、導体層１１、垂直導体１２などを、周知
のセラミック積層技術を用いて一括して焼成して製造す
ることができる点で有利である。また、銅箔パターン等
を有する有機材料誘電体基板を用いて一括積層しても製
造可能である。
【００２７】かかる接続構造において、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、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、誘電体領域９を通過し信号が導波管Ｂに
伝達される。ここで、誘電体領域９の大きさが導波管開
口部１３より小さくなっており、それぞれの大きさが同
じ場合に比べて、導波管Ｂが多少ずれても誘電体領域９
の開口部１３の大きさは変化しない。そのため、導波管
Ｂの接続時の位置ズレに対する変換損失の変化は小さく
なり特性バラツキが小さくなる。これにより歩留りが向
上しコストを低く抑えることが可能となる。
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、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、誘電体領域９を通過し信号が導波管Ｂに
伝達される。ここで、誘電体領域９の大きさが導波管開
口部１３より小さくなっており、それぞれの大きさが同
じ場合に比べて、導波管Ｂが多少ずれても誘電体領域９
の開口部１３の大きさは変化しない。そのため、導波管
Ｂの接続時の位置ズレに対する変換損失の変化は小さく
なり特性バラツキが小さくなる。これにより歩留りが向
上しコストを低く抑えることが可能となる。
【００２８】また、導波管Ｂを配線基板Ａに導電性接着
剤や銀ロウ、半田などロウ材で接合した場合、誘電体領
域９を導波管開口部１３よりも小さくすることで、導体
層１１と導波管Ｂの接合部端面にロウ材のメニスカスが
形成可能となり、接合部端面での応力集中を回避でき、
ロウ付け時に生じる温度変化からくる接合部の破壊を抑
制でき歩留りを向上できる。また、温度変化などに対す
る信頼性も向上できる。
剤や銀ロウ、半田などロウ材で接合した場合、誘電体領
域９を導波管開口部１３よりも小さくすることで、導体
層１１と導波管Ｂの接合部端面にロウ材のメニスカスが
形成可能となり、接合部端面での応力集中を回避でき、
ロウ付け時に生じる温度変化からくる接合部の破壊を抑
制でき歩留りを向上できる。また、温度変化などに対す
る信頼性も向上できる。
【００２９】図３は、高周波用パッケージの変形例を示
すパッケージであり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）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、誘電体層１０の表面に、金属
などからなる接続部材１５をロウ剤等の導電性接着剤を
用いて取付けることもできる。そして、この接続部材１
５に導波管Ｂの開放端のフランジＢ’を当接するか、ロ
ウ付けにより接合するかあるいは接続部材１５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。
すパッケージであり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）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、誘電体層１０の表面に、金属
などからなる接続部材１５をロウ剤等の導電性接着剤を
用いて取付けることもできる。そして、この接続部材１
５に導波管Ｂの開放端のフランジＢ’を当接するか、ロ
ウ付けにより接合するかあるいは接続部材１５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。
【００３０】この構造においても、高周波用パッケージ
Ａ１と同様に接続部材１５の開口部１６を導波管Ｂの断
面開口部１３と実質的に同一形状とし、誘電体領域９を
開口部１６よりも小さくすることで誘電体層１０への接
続部材１５の接続時の位置ズレからくる特性バラツキを
抑えることができる。また、温度変化などに対する信頼
性も向上できる。
Ａ１と同様に接続部材１５の開口部１６を導波管Ｂの断
面開口部１３と実質的に同一形状とし、誘電体領域９を
開口部１６よりも小さくすることで誘電体層１０への接
続部材１５の接続時の位置ズレからくる特性バラツキを
抑えることができる。また、温度変化などに対する信頼
性も向上できる。
【００３１】また、かかる構造によれば、接続部材１５
を開口部１６の内壁を導体によって形成すれば、任意の
材料によって形成でき、特に金属のように剛性の高い材
料によって形成できるために、セラミックスなどの誘電
体層１０に固定する場合に比較して導波管Ｂを接続部材
１５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、誘電体
基板１の底面に存在する２つの接続部の直下に２つの開
口部１６を有する接続部材１５を形成したが、パッケー
ジＡ２内に存在する複数の導波管との接続部に対して、
各接続部毎に接続部材を個別に設けても良い。
を開口部１６の内壁を導体によって形成すれば、任意の
材料によって形成でき、特に金属のように剛性の高い材
料によって形成できるために、セラミックスなどの誘電
体層１０に固定する場合に比較して導波管Ｂを接続部材
１５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、誘電体
基板１の底面に存在する２つの接続部の直下に２つの開
口部１６を有する接続部材１５を形成したが、パッケー
ジＡ２内に存在する複数の導波管との接続部に対して、
各接続部毎に接続部材を個別に設けても良い。
【００３２】図４は、高周波用パッケージの他の変形例
を示す概略断面図である。この高周波用パッケージＡ３
によれば、誘電体領域９の内部あるいは表面に、アンテ
ナ的機能や、共振器的機能、電磁場整合機能を具備する
導体層１７を設けて特性の改善を図ってもよい。
を示す概略断面図である。この高周波用パッケージＡ３
によれば、誘電体領域９の内部あるいは表面に、アンテ
ナ的機能や、共振器的機能、電磁場整合機能を具備する
導体層１７を設けて特性の改善を図ってもよい。
【００３３】図１、図３のパッケージにおいては、高周
波素子４は、誘電体基板１の表面に実装された構造から
なるが、その変形例として、図４のパッケージＡ３に示
すように、誘電体基板１と誘電体層１０によりキャビテ
ィ３を形成して、グランド層７を誘電体層１０の表面に
形成して、さらにそのグランド層７の表面に高周波素子
４を実装することも可能である。
波素子４は、誘電体基板１の表面に実装された構造から
なるが、その変形例として、図４のパッケージＡ３に示
すように、誘電体基板１と誘電体層１０によりキャビテ
ィ３を形成して、グランド層７を誘電体層１０の表面に
形成して、さらにそのグランド層７の表面に高周波素子
４を実装することも可能である。
【００３４】さらには、図１乃至図４では半導体素子を
実装し蓋体によって気密封止したパッケージについて述
べたが、信号伝送線路を具備する一般の回路基板と導波
管との接続、あるいは表面に信号伝送線路が形成され、
半導体素子を直接実装搭載し、素子を樹脂などによって
封止した回路基板と導波管との接続においても、図１乃
至図４の接続構造が適用できる。
実装し蓋体によって気密封止したパッケージについて述
べたが、信号伝送線路を具備する一般の回路基板と導波
管との接続、あるいは表面に信号伝送線路が形成され、
半導体素子を直接実装搭載し、素子を樹脂などによって
封止した回路基板と導波管との接続においても、図１乃
至図４の接続構造が適用できる。
【００３５】上記図１乃至図４に示した本発明の高周波
パッケージＡ１乃至Ａ３においては、誘電体基板１、誘
電体領域９、誘電体層１０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、Ａ
ｌＮ、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Ａｌ2Ｏ3、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
板やテフロン基板によって形成することができる。
パッケージＡ１乃至Ａ３においては、誘電体基板１、誘
電体領域９、誘電体層１０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、Ａ
ｌＮ、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Ａｌ2Ｏ3、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
板やテフロン基板によって形成することができる。
【００３６】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。
【００３７】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、１３００〜１９００℃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、１３００〜１９００℃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。
【００３８】また、誘電体基板に接続する接続部材１５
には、一般的な金属であれば特に問題は無い。例えば、
Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金やＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−
Ｗや、ステンレスでも特に問題は無い。
には、一般的な金属であれば特に問題は無い。例えば、
Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金やＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−
Ｗや、ステンレスでも特に問題は無い。
【００３９】
【実施例】実施例１ 特性評価のために、半導体素子搭載部を有せず、入力
用、出力用の信号伝送線路同士を接続する以外は、全く
図３のパッケージと同一形状からなる図５のサンプル基
板ａを作製し、導波管と信号伝送線路間の接続特性を評
価した。図５は、サンプル基板ａの概略断面図と、
（ｂ）その導波管ｂとの接続構造を示す概略断面図であ
る。サンプル基板ａは、対象周波数を９４ＧＨｚとして
設計した。測定には、ネットワークアナライザーを用い
た。サンプル基板ａの測定形態は以下の通りである。
用、出力用の信号伝送線路同士を接続する以外は、全く
図３のパッケージと同一形状からなる図５のサンプル基
板ａを作製し、導波管と信号伝送線路間の接続特性を評
価した。図５は、サンプル基板ａの概略断面図と、
（ｂ）その導波管ｂとの接続構造を示す概略断面図であ
る。サンプル基板ａは、対象周波数を９４ＧＨｚとして
設計した。測定には、ネットワークアナライザーを用い
た。サンプル基板ａの測定形態は以下の通りである。
【００４０】ネットワークアナライザーからの導波管ｂ
１をサンプル基板ａの金属製接続部材１５にねじ止めし
て接続し、導波管ｂ内の信号が変換部ｘで変換されマイ
クロストリップ線路５を通過し再び変換部ｙで変換され
導波管ｂ２につながる形態とした。
１をサンプル基板ａの金属製接続部材１５にねじ止めし
て接続し、導波管ｂ内の信号が変換部ｘで変換されマイ
クロストリップ線路５を通過し再び変換部ｙで変換され
導波管ｂ２につながる形態とした。
【００４１】サンプル基板における誘電体基板および誘
電体層を形成する材料としては誘電率９．０のＡｌ2Ｏ3
セラミックスを用い、種々の導体層および垂直導体をタ
ングステンを用いて基板と同時焼成して形成した。な
お、上記の露出した導体層の表面には厚さ３μｍのＡｕ
メッキを施した。また、接続部材としてはＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金を用い誘電体層に対してＡｇロウによって接合
した。
電体層を形成する材料としては誘電率９．０のＡｌ2Ｏ3
セラミックスを用い、種々の導体層および垂直導体をタ
ングステンを用いて基板と同時焼成して形成した。な
お、上記の露出した導体層の表面には厚さ３μｍのＡｕ
メッキを施した。また、接続部材としてはＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金を用い誘電体層に対してＡｇロウによって接合
した。
【００４２】なお、サンプル基板ａにおいては、誘電体
領域９の大きさｗ１、Ｌ１を表１のように変えた数種類
のサンプル基板を作成した。各種類について１０個づつ
作製し、評価を行なった。なお、接続部材１５の開口部
１６の大きさは導波管ｂ１，ｂ２の断面開口部と全く同
一とした。
領域９の大きさｗ１、Ｌ１を表１のように変えた数種類
のサンプル基板を作成した。各種類について１０個づつ
作製し、評価を行なった。なお、接続部材１５の開口部
１６の大きさは導波管ｂ１，ｂ２の断面開口部と全く同
一とした。
【００４３】作製したサンプル基板に対して、Ｓ２１の
平均値、最良値（ｂｅｓｔ）、最悪値（ｗｏｒｓｔ）、
最良値（ｂｅｓｔ）と最悪値（ｗｏｒｓｔ）との差をバ
ラツキとして評価した。
平均値、最良値（ｂｅｓｔ）、最悪値（ｗｏｒｓｔ）、
最良値（ｂｅｓｔ）と最悪値（ｗｏｒｓｔ）との差をバ
ラツキとして評価した。
【００４４】また、サンプル基板の特性評価後に熱衝撃
試験を行い信頼性の評価も行った。条件は液槽の温度サ
イクル試験であり、０℃、１００℃で各５分間保持し
た。サンプル数は１０個であり、サンプル基板のうち、
１個でも壊れた時点でのサイクル数を表に示した。なお
試験は１０００サイクルまで行い１００サイクル毎にサ
ンプルの外観チェックを行い破壊を調査した。
試験を行い信頼性の評価も行った。条件は液槽の温度サ
イクル試験であり、０℃、１００℃で各５分間保持し
た。サンプル数は１０個であり、サンプル基板のうち、
１個でも壊れた時点でのサイクル数を表に示した。なお
試験は１０００サイクルまで行い１００サイクル毎にサ
ンプルの外観チェックを行い破壊を調査した。
【００４５】
【表１】
【００４６】表１によれば、誘電体領域の大きさを導波
管の断面開口部と同一にした試料Ｎｏ．１は、基板間で
のＳ２１のバラツキが大きく、また、１００サイクルで
磁器と接続部材との接合部界面で亀裂が発生した。
管の断面開口部と同一にした試料Ｎｏ．１は、基板間で
のＳ２１のバラツキが大きく、また、１００サイクルで
磁器と接続部材との接合部界面で亀裂が発生した。
【００４７】これに対して、試料Ｎｏ．２〜６のように
誘電体領域の大きさを導波管の断面開口部より小さくす
ることでバラツキが低減できており、しかも信頼性試験
においてもも３００サイクルまで破壊しなかった。
誘電体領域の大きさを導波管の断面開口部より小さくす
ることでバラツキが低減できており、しかも信頼性試験
においてもも３００サイクルまで破壊しなかった。
【００４８】また、誘電体領域を更に小さくした試料Ｎ
ｏ．３、４、５、６では更にバラツキが低減可能であ
り、熱衝撃試験においても１０００サイクルまで信頼性
向上が図れた。
ｏ．３、４、５、６では更にバラツキが低減可能であ
り、熱衝撃試験においても１０００サイクルまで信頼性
向上が図れた。
【００４９】
【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、小型化ならびに損失のバラツキの低減
ができ、配線基板として気密封止が可能であり、歩留り
が向上し低コスト化が可能となり信頼性も向上できる。
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、小型化ならびに損失のバラツキの低減
ができ、配線基板として気密封止が可能であり、歩留り
が向上し低コスト化が可能となり信頼性も向上できる。
【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、その導波管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
る誘電体層の平面図、（ｃ）は底面図である。
Ａ１と、その導波管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
る誘電体層の平面図、（ｃ）は底面図である。
【図２】図１の高周波用パッケージＡ１に導波管Ｂを接
続した時の（ａ）概略断面図と、（ｂ）導波管開口部と
誘電体領域の大きさを把握するための底面図である。
続した時の（ａ）概略断面図と、（ｂ）導波管開口部と
誘電体領域の大きさを把握するための底面図である。
【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を説明するためものであり、高周波用パッ
ケージＡ３の概略断面図である。
ッケージＡ３を説明するためものであり、高周波用パッ
ケージＡ３の概略断面図である。
【図５】実施例における特性測定用のサンプル基板を説
明するためのものであり、（ａ）は特性評価用サンプル
基板の概略断面図、（ｂ）は特性評価用サンプル基板の
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。
明するためのものであり、（ａ）は特性評価用サンプル
基板の概略断面図、（ｂ）は特性評価用サンプル基板の
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 誘電体領域 １０ 誘電体層 １１ 導体層 １２ 垂直導体（ＶＩＡ） １３ 導波管開口部 １４ 導波管壁 １５ 接続部材 １６ 開口部 １７ 導体層
Claims (3)
- 【請求項１】誘電体基板と、該誘電体基板の一方の表面
に形成された信号伝送線路と、該信号伝送線路と導波管
とを接続可能な配線基板であって、導波管との接続部
が、前記誘電体基板の他方の表面に形成され、前記信号
伝送線路の終端と対峙する位置にスロット孔が形成され
てなるグランド層と、該グランド層の表面に積層形成さ
れた誘電体層と、誘電体層を貫通して前記グランド層と
電気的に接続され、前記スロット孔を囲む位置に所定間
隔をもって配列形成された複数の垂直導体と、を具備し
てなり、前記誘電体層における前記垂直導体により囲ま
れた誘電体領域が、接続される導波管の断面開口部より
も小さいことを特徴とする配線基板。 - 【請求項２】前記誘電体層表面に、導波管の導体壁を固
定可能な接続部材を取着してなり、該接続部材の前記誘
電体領域形成部に内壁が導体からなる開口部を有し、該
開口部が導波管の断面開口部と実質的に同一形状からな
り、前記誘電体領域よりも大きいことを特徴とする請求
項１記載の配線基板。 - 【請求項３】請求項１乃至請求項２のいずれか記載の配
線基板の接続部に導波管を接続してなることを特徴とす
る配線基板と導波管との接続構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194398A JP3628238B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194398A JP3628238B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 配線基板およびその導波管との接続構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016407A true JP2002016407A (ja) | 2002-01-18 |
| JP3628238B2 JP3628238B2 (ja) | 2005-03-09 |
Family
ID=18693236
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000194398A Expired - Fee Related JP3628238B2 (ja) | 1999-11-10 | 2000-06-28 | 配線基板およびその導波管との接続構造 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3628238B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109466A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Sharp Corp | 無線通信装置 |
| CN102891955A (zh) * | 2011-07-22 | 2013-01-23 | 佳能株式会社 | 摄像设备 |
| WO2014022688A1 (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-06 | Samtec, Inc. | Multi-layer transmission lines |
| WO2019008859A1 (ja) * | 2017-07-07 | 2019-01-10 | 株式会社フジクラ | 伝送線路 |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000194398A patent/JP3628238B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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