JP2002151915A

JP2002151915A - ミリ波モジュール用基板

Info

Publication number: JP2002151915A
Application number: JP2000339521A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Takahashi; 和晃高橋
Original assignee: Matsushita Communication Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Mobile Communications Co Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ミリ波帯におけるモジュールを高性能か
つ安価に実現する。【解決手段】フィルム状のポリイミド樹脂１０１の上
面にコプレナ線路１０３、下面にインバーテッド線路１
０２を設け、両者をスルーホール１０４で接続するとと
もに、その上下に選択的に穴や凹形状を設けた金属導体
１０５、１０６を導電性接着剤で接着し、インバーテッ
ド線路１０２の周辺を空気で囲んだ構造とする。インバ
ーテッド線路の周囲が空気であるため、損失が非常に少
ない。またこのような形状をフィルム状の樹脂と金属板
を用いて実現することで、低コスト化を実現することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、準ミリ波・ミリ波
を利用した無線通信装置に用いて好適なミリ波モジュー
ル用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ミリ波用の基板としては、１９９
８年ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＯＮＭＩＲＯＷＡＶＥ
ＴＨＥＯＲＹＡＮＤＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，ＶＯ
Ｌ．４６，ＮＯ．１１、１８４５頁から１８４９頁に記
載されたものが知られている。

【０００３】図１１は、従来のミリ波モジュール用基板
の構造断面図である。この図に示すように、従来のミリ
波モジュール用基板は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の薄膜
８０１を積層した面上に金属配線８０３を形成する一
方、金属配線８０３の下部がエッチングにより取り除か
れたシリコン基板８０２と、このシリコン基板８０２の
上側にエッチングにより凹形状を形成し、その凹形状側
面に接地導体８０５を積層したシリコン基板８０４と、
接地導体８０７を形成したシリコン基板８０６とを具備
し、シリコン基板８０２をシリコン基板８０４とシリコ
ン基板８０６とで挟み、金属配線８０３を空中に保持す
る構造を採る。金属配線８０３を低誘電率かつ誘電体損
失のない空気で囲むことにより、低損失化を実現でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のミリ
波モジュール用基板においては、次のような問題があ
る。すなわち、金属導体を保持するための材料として１
〜２μｍ程度の非常に薄いＳｉＯ₂膜を用いているた
め、強度面で問題がある。ＳｉＯ₂膜は硬い材料である
ため、ＳｉＯ₂膜とシリコンの熱膨張係数の違いから、
あまり大きな面積を上記構造とするとシリコン基板が温
度変化により収縮した際に、ＳｉＯ₂膜に亀裂が生じる
可能性が高い。

【０００５】また、シリコン基板の裏面からエッチング
を行うため、ＳｉＯ₂膜下面の穴の深さはシリコン基板
の厚さで決定され、異なる深さの穴を形成することは困
難であった。

【０００６】また、ＳｉＯ₂膜を積層する蒸着工程や、
シリコンを選択的に取り除くエッチング工程には半導体
プロセス装置が必要であり、製造コストが高くなる。ま
た基板材料として使用するシリコンウェハの大きさにも
制限があるので大量生産に向かない。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、十分な機械的な強度が得られるとともに、低コス
ト化が図れるミリ波モジュール用基板を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のミリ波モジュー
ル用基板は、上面にコプレナ線路、下面にインバーテッ
ド線路導体が形成されるとともに、前記コプレナ線路と
前記インバーテッド線路導体を接続するスルーホールが
形成されたポリイミド樹脂からなるフィルム状の誘電体
基板と、選択的に凹状の形状を設けた第１、第２の金属
板とを具備し、前記誘電体基板を前記第１の金属板と前
記第２の金属板で挟み込む構造を成したミリ波モジュー
ル用基板において、前記インバーテッド線路導体の下部
の第２の金属板に設けた凹形状の深さを第１の金属板の
凹形状の深さより浅くし、且つ前記インバーテッド線路
の上面、下面に空隙を設けるような位置に前記第１、第
２の金属板の凹形状を配置した構造を採る。

【０００９】このような構造とすることで、低損失なミ
リ波モジュール用基板を低コストで実現することができ
る。インバーテッド線路部分はその上面、下面を空気に
囲まれるため、誘電体損失のない低損失な線路となる。

【００１０】ポリイミドフィルムは圧延工程で低コスト
で実現できるとともに、金属板も金型加工により低コス
トで実現することができるため、シリコン加工プロセス
と比べると大量生産に向いた構造である。また、樹脂材
料であることから機械的強度も優れる。さらにポリイミ
ドフィルムを多層化することにより、ミリ波集積回路を
高密度に実装することも可能であり、低損失のアンテナ
やフィルタに加えて、能動回路までを一体的に形成する
ことができる。

【００１１】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、コプレナ線
路とインバーテッド線路導体とをスルーホールの代わり
誘電体基板を介した電磁界結合により接続する構造を採
る。

【００１２】このような構造とすることで、スルーホー
ルがなく簡便な構造で実現可能となる。

【００１３】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、上面にコプ
レナ線路とインバーテッド線路導体を混在させ各々を接
続したポリイミド樹脂からなるフィルム状の誘電体基板
と、選択的に凹状の形状を設けた第１、第２の金属板と
を具備し、前記誘電体基板を前記第１の金属板と前記第
２の金属板で挟み込む構造を成したミリ波モジュール用
基板において、前記インバーテッド線路導体の上部の前
記第１の金属板に設けた凹形状の深さを前記第２の金属
板に設けた凹形状の深さより浅くし、且つ前記インバー
テッド線路導体の上面、下面に空隙を設けるような位置
に前記第１、第２の金属板の凹形状を配置した構造を採
る。

【００１４】このような構造とすることで、片面のみの
配線でコプレナ線路とインバーテッド線路導体を混在さ
せることができる。

【００１５】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、インバーテ
ッド線路導体上にアンテナ素子を設けるとともに、第１
の金属板の凹形状を貫通穴とした構造を採る。

【００１６】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、インバーテッド線路導体上にアンテナ素子を設ける
とともに、第２の金属板の凹形状を貫通穴とした構造を
採る。

【００１７】本発明のミリ波モジュール用基板は、アン
テナ素子への応用を示したものであり、同様の構造で放
射効率の高いアンテナも実現可能である。

【００１８】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、誘電体基板
として２層以上の誘電体層を有する多層誘電体基板を用
い、前記コプレナ線路の代わりに第１の金属板又は第２
の金属板を接地導体とするマイクロストリップ線路を設
けた構造を採る。

【００１９】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、多層誘電体
基板の内層にマイクロストリップ線路とインバーテッド
線路導体を設け、前記インバーテッド線路導体とスルー
ホールを介して接続された電極を部分的に前記多層誘電
体基板上に設けた構造を採る。

【００２０】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、多層誘電体
基板上に設けた電極に集積回路をフリップチップ実装し
た構造を採る。

【００２１】本発明のミリ波モジュール用基板は、フィ
ルム状の誘電体基板を多層化した構造を有し、またミリ
波能動回路をフリップチップした構造を有する。このよ
うな構造とすることにより、能動回路も集積化できる。

【００２２】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、誘電体基板
と第１の金属板又は第２の金属板との接合面にインバー
テッド線路の空隙の高さを調整するフィルム状の金属板
を有する構造を採る。

【００２３】また、本発明のミリ波モジュール用基板
は、上記ミリ波モジュール用基板において、金属板の凹
状の底面にインバーテッド線路の空隙の高さを調整する
フィルム状の金属板を有する構造を採る。

【００２４】本発明のミリ波モジュール用基板は、誘電
体基板と金属板との高さ調整を目的として、前記誘電体
基板と金属板との接合面または金属板の凹形状の底面に
フィルム状の金属板を挿入した構造を有する。このよう
な構造とすることにより、容易に空隙の高さ調整が可能
となる。

【００２５】本発明の無線端末装置は、上記ミリ波モジ
ュール用基板を具備する構成を採る。

【００２６】本発明の無線基地局装置は、上記ミリ波モ
ジュール用基板を具備する構成を採る。

【００２７】本発明の無線計測装置は、上記ミリ波モジ
ュール用基板を具備する構成を採る。

【００２８】本発明の無線端末、無線基地局、無線計測
装置は、上記ミリ波モジュール用基板を具備するもので
あり、安価で高性能のミリ波モジュール用基板を用いる
ことで、低コスト化及び高性能化が図れる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の骨子は、金属配線が中空
に浮いたインバーテッド線路構造を、フィルム状の誘電
体基板と金属板とを張り合わせることである。

【００３０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１に係るミリ波モジュール用基板の断面構造図、図２
は同基板の構造を示す斜視図、図３は金属配線部分を拡
大した斜視図である。

【００３１】これらの図において、１０１はフィルム状
のポリイミド樹脂、１０２はポリイミド樹脂の下面に設
けたインバーテッド線路、１０３はポリイミド樹脂上に
形成されたコプレナ線路である。インバーテッド線路１
０２とコプレナ線路１０３はスルーホール１０４で接続
されている。

【００３２】１０５、１０６は、各々第１、第２の金属
導体で、各々貫通穴を設けた金属導体１０５ａ、１０６
ａと、平らな金属導体１０５ｂ、１０６ｂを導電性接着
剤１０７で接着されて凹形状を成している。この場合、
第２の金属導体１０６の凹形状の深さ（Ｈ₂）を第１の
金属導体１０５の凹形状の深さ（Ｈ₁）より浅くしてい
る（Ｈ₁＞Ｈ₂）。次に、図２において、１０８、１０９
は金属導体を貫通した貫通孔であり、１１０、１１１は
金属導体を貫通しない非貫通孔である。このような多層
構造を位置合わせをしながら接着することによりミリ波
モジュール用基板を製造することができる。

【００３３】インバーテッド線路１０２は、電磁界のほ
とんどが誘電体損失のない空気中を伝搬するため誘電体
損失が小さい点と、実効誘電率が低いため、同じインピ
ーダンスの線路で比較すると導体損も小さくできるとい
う特長がある。特にインバーテッド線路１０２は、線路
部分を保持する誘電体基板厚が空気厚に比べて無視でき
る厚さであれば、低損失化の効果が大きい。

【００３４】ポリイミド樹脂の影響をさらに低減するた
めに、第２の金属導体１０６の凹形状の深さを第１の金
属導体１０５の凹形状より浅くし、ポリイミド樹脂の下
面に電磁界を多く集中させるようにしている。また、他
回路との接続に用いるコプレナ線路１０３の上下も金属
導体に設けた凹形状により空気に囲まれるため、低損失
化が可能となる。

【００３５】誘電体として、フィルム状の樹脂材料を用
いることで誘電体厚を５μｍ程度まで薄くすることも可
能であり、空気層が１００μｍ〜５００μｍ程度であっ
ても十分な低損失特性が得られる。また、フィルム材料
が樹脂であるため、温度変化による熱膨張係数の違いか
ら、亀裂が入る可能性が少なく信頼性も高い。また、圧
延工程でフィルムを形成することが可能であり、フィル
ムの製造コストも低い。金属導体も金型でプレス加工す
ることにより大量生産が可能であり、低コストで製造可
能である。また、金属加工であるから、金属導体の中で
選択的に貫通孔と貫通しない非貫通孔を混在させること
も容易である。

【００３６】このように、本実施の形態によれば、低損
失なミリ波モジュール用基板を低コストで実現すること
ができる。インバーテッド線路部分はその上面、下面を
空気に囲まれるため、誘電体損失のない低損失な線路と
なる。なお、本実施の形態において、誘電体フィルムの
材料としてポリイミドとしたが、他の樹脂材料でも良い
ことは言うまでもない。

【００３７】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２に係るミリ波モジュール用基板の断面構造図、図５
はその金属配線部分の拡大図である。

【００３８】これらの図において、本実施の形態のミリ
波モジュール用基板は、インバーテッド線路１０２とコ
プレナ線路１０３の接続をスルーホールによらず、ポリ
イミド樹脂１０１を介して電磁界結合させた点で、実施
の形態１のミリ波モジュール用基板との相違している。
このような構造とすることにより、誘電体フィルムにス
ルーホール加工をする必要がなく構造が簡単となり、低
コスト化を実現できる。

【００３９】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３に係るミリ波モジュール用基板の構造を示す斜視図
である。

【００４０】この図において、本実施の形態のミリ波モ
ジュール用基板は、誘電体の樹脂フィルム３０１の下面
に形成したインバーテッド線路３０２を用いてパッチア
ンテナを形成し、第２の金属導体３０６に貫通孔３０８
を有する点で、実施の形態１のミリ波モジュール用基板
との相違している。インバーテッド線路３０２によるパ
ッチアンテナの接地面は第１の金属導体３０５ｂであ
り、電磁界は下面に向かって放射される。誘電率が低い
空気を誘電体としたパッチアンテナであるため帯域が広
く、損失も少ないため放射効率が高いアンテナを実現す
ることができる。

【００４１】（実施の形態４）図７は本発明の実施の形
態４に係るミリ波モジュール用基板の構造を示す斜視図
である。

【００４２】この図において、本実施の形態のミリ波モ
ジュール用基板は、誘電体の樹脂フィルム４０１の下面
に形成したインバーテッド線路４０２を用いてパッチア
ンテナを形成するとともに、第１の金属導体４０５ａに
貫通孔４０８を有する点で、実施の形態１のミリ波モジ
ュール用基板と相違している。パッチアンテナの接地面
は第２の金属導体４０６ｂであり、電磁界は上面に向か
って放射される。

【００４３】（実施の形態５）図８は本発明の実施の形
態５に係るミリ波モジュール用基板の構造を示す断面図
である。

【００４４】この図において、本実施の形態のミリ波モ
ジュール用基板は、誘電体フィルム５０１を多層化した
点であり、内層にストリップ線路５０２とインバーテッ
ド線路５０３を形成し、部分的にスルーホール５０４を
介して上面の電極パッド５０９へ接続している点で、実
施の形態１のミリ波モジュール用基板と相違している。
また、図示のように、中央の２つの電極パッド５０９上
にはミリ波集積回路（ＭＭＩＣ）５１０がフリップチッ
プ実装されている。

【００４５】誘電体フィルム５０１の内層に伝送線路を
設けることにより、第１の金属導体５０８または第２の
金属導体５０６を接地導体としてだけではなく、気密封
止のシールドとしても利用することができるため、簡便
な気密封止が可能となる。通常フリップチップしたミリ
波集積回路５１０は、封止樹脂を基板とミリ波集積回路
５１０との空隙に注入し封止をするが、ミリ波集積回路
５１０に対し個別に封止をしなくともモジュールとして
機密性を保つことができる。

【００４６】（実施の形態６）図９は本発明の実施の形
態６に係るミリ波モジュール用基板の構造を示す断面図
である。

【００４７】この図において、本実施の形態のミリ波モ
ジュール用基板は、誘電体の樹脂フィルム６０１と第２
の金属導体６０６との間にフィルム状の金属板６０８を
導電性接着剤６０７を用いて挟んだ点で、実施の形態１
のミリ波モジュール用基板と相違している。このような
構造とすることにより、インバーテッドマイクロストリ
ップ線路の接地導体（第２の金属導体６０６）までの高
さを高くする方向で、微調整することができる。

【００４８】なお、本実施の形態では、誘電体フィルム
６０１と第２の金属導体６０６との間に微調整用のフィ
ルム状の金属板６０８を挿入したが、第１の金属導体６
０５と誘電体フィルム６０１との間に挿入することによ
り、高さ調整が可能である。

【００４９】（実施の形態７）図１０は本発明の実施の
形態７に係るミリ波モジュール用基板の構造を示す断面
図である。

【００５０】この図において、本実施の形態のミリ波モ
ジュール用基板は、微調整用の金属板７０８を第２の金
属導体７０６の凹形状の底面に設けた点で、実施の形態
６のミリ波モジュール用基板と相違している。このよう
な構造とすることにより、空隙の高さを低くする方向で
高さ調整ができる。

【００５１】なお、本実施の形態では第２の金属導体７
０６側に金属板７０８を設けたが、第１の金属導体７０
５側に設けても良いことは言うまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属配線が中空に浮いたインバーテッド線路構造をフィ
ルム状の誘電体基板と金属板とを張り合わせることによ
り、ミリ波で用いる低損失な基板を安価に実現できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るミリ波モジュール
用基板の構造断面図

【図２】本発明の実施の形態１に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す斜視図

【図３】本発明の実施の形態１に係るミリ波モジュール
用基板の金属配線部分の拡大図

【図４】本発明の実施の形態２に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す斜視図

【図５】本発明の実施の形態２に係るミリ波モジュール
用基板の金属配線部分の拡大図

【図６】本発明の実施の形態３に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す斜視図

【図７】本発明の実施の形態４に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す斜視図

【図８】本発明の実施の形態５に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す断面図

【図９】本発明の実施の形態６に係るミリ波モジュール
用基板の構造を示す断面図

【図１０】本発明の実施の形態７に係るミリ波モジュー
ル用基板の構造を示す断面図

【図１１】従来のミリ波モジュール用基板の構造を示す
断面図

【符号の説明】

１０１ポリイミド樹脂１０２、３０２、４０２、５０３インバーテッド線路１０３コプレナ線路１０４スルーホール１０５、３０５、４０５ａ、５０８、６０５、７０５
第１の金属導体１０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６第
２の金属導体１０７、３０７、４０７、６０７、７０７、７０９導
電性接着剤１０８、１０９、３０８貫通孔１１０、１１１非貫通孔３０１、６０１、７０１樹脂フィルム３０３、４０３、５０２ストリップ線路５０１誘電体フィルム５０４スルーホール５０９電極パッド５１０ミリ波集積回路７０８金属板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E346 AA13 AA33 AA43 AA51 BB02 BB06 BB11 BB16 BB20 CC08 CC10 CC21 FF01 HH01 HH03 HH31 5J014 CA05 CA44 CA55 5J045 AA05 AB06 DA10 EA07 HA05 MA07 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面にコプレナ線路、下面にインバーテ
ッド線路導体が形成されるとともに、前記コプレナ線路
と前記インバーテッド線路導体を接続するスルーホール
が形成されたポリイミド樹脂からなるフィルム状の誘電
体基板と、選択的に凹状の形状を設けた第１、第２の金
属板とを具備し、前記誘電体基板を前記第１の金属板と
前記第２の金属板で挟み込む構造を成したミリ波モジュ
ール用基板において、前記インバーテッド線路導体の下
部の第２の金属板に設けた凹形状の深さを第１の金属板
の凹形状の深さより浅くし、且つ前記インバーテッド線
路の上面、下面に空隙を設けるような位置に前記第１、
第２の金属板の凹形状を配置したことを特徴とするミリ
波モジュール用基板。
【請求項２】コプレナ線路とインバーテッド線路導体
とが誘電体基板を介した電磁界結合により接続されたこ
とを特徴とする請求項１記載のミリ波モジュール用基
板。
【請求項３】上面にコプレナ線路とインバーテッド線
路導体を混在させ各々を接続したポリイミド樹脂からな
るフィルム状の誘電体基板と、選択的に凹状の形状を設
けた第１、第２の金属板とを具備し、前記誘電体基板を
前記第１の金属板と前記第２の金属板で挟み込む構造を
成したミリ波モジュール用基板において、前記インバー
テッド線路導体の上部の前記第１の金属板に設けた凹形
状の深さを前記第２の金属板に設けた凹形状の深さより
浅くし、且つ前記インバーテッド線路導体の上面、下面
に空隙を設けるような位置に前記第１、第２の金属板の
凹形状を配置したことを特徴とするミリ波モジュール用
基板。
【請求項４】インバーテッド線路導体上にアンテナ素
子を設けるとともに、第１の金属板の凹形状を貫通穴と
したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
に記載のミリ波モジュール用基板。
【請求項５】インバーテッド線路導体上にアンテナ素
子を設けるとともに、第２の金属板の凹形状を貫通穴と
したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
に記載のミリ波モジュール用基板。
【請求項６】誘電体基板として２層以上の誘電体層を
有する多層誘電体基板を用い、前記コプレナ線路の代わ
りに第１の金属板又は第２の金属板を接地導体とするマ
イクロストリップ線路を設けたことを特徴とする請求項
１から請求項５のいずれかに記載のミリ波モジュール用
基板。
【請求項７】多層誘電体基板の内層にマイクロストリ
ップ線路とインバーテッド線路導体を設け、前記インバ
ーテッド線路導体とスルーホールを介して接続された電
極を部分的に前記多層誘電体基板上に設けたことを特徴
とする請求項６記載のミリ波モジュール用基板。
【請求項８】多層誘電体基板上に設けた電極に集積回
路をフリップチップ実装したことを特徴とする請求項７
記載のミリ波モジュール用基板。
【請求項９】誘電体基板と第１の金属板又は第２の金
属板との接合面にインバーテッド線路の空隙の高さを調
整するフィルム状の金属板を設けたことを特徴とする請
求項１から請求項８のいずれかに記載のミリ波モジュー
ル用基板。
【請求項１０】金属板の凹状の底面にインバーテッド
線路の空隙の高さを調整するフィルム状の金属板を設け
たことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに
記載のミリ波モジュール用基板。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれかに
記載のミリ波モジュール用基板を具備することを特徴と
する無線端末装置。
【請求項１２】請求項１から請求項１０のいずれかに
記載のミリ波モジュール用基板を具備することを特徴と
する無線基地局装置。
【請求項１３】請求項１から請求項１０のいずれかに
記載のミリ波モジュール用基板を具備することを特徴と
する無線計測装置。