JP2002185222A

JP2002185222A - 配線基板

Info

Publication number: JP2002185222A
Application number: JP2000382168A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kitazawa; 謙治北澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-28

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、低反射で接続する。【解決手段】第１の誘電体層１ａの一方の表面に終端５
ａを有するストリップ導体５と他方の表面にグランド層
７と形成してなる高周波伝送線路が形成され、この高周
波伝送線路と導波管Ｂとを接続する接続部を具備する配
線基板において、接続部が、グランド層７のストリップ
導体５の終端５ａと対峙する位置に形成されたスロット
孔６と、第１の誘電体層１ａのグランド層７表面に積層
形成された第２の誘電体層１ｂと、スロット孔６の周囲
にグランド層７から第２の誘電体層１ｂを貫通する複数
の垂直導体９によって形成された整合部１０と、誘電体
層１ｂ内に形成され垂直導体９間を電気的に接続すると
ともに、整合部１０を囲む位置に形成された２層以上の
導体帯１３とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【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。

【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。

【０００５】従来における回路基板あるいはパッケージ
を外部電気回路に設けら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導体等に接
続した後、そのマイクロストリップ導体と高周波用パッ
ケージとを接続する方法が採用される。

【０００６】最近では、導波管をパッケージに設けられ
た開口部に直接的に結合して導波管とパッケージ内のマ
イクロストリップ導体とを結合した簡易な構造が特開平
６−２８３９１４号、特開平１１−２４３３０７号、特
開平８−１６２８１０号等で提案されている。

【０００７】また、特開平１１−１１２２０９号では、
キャビティ内のマイクロストリップ導体と導波管とをグ
ランド層に形成したスロットによって電磁的に結合する
ことによって、半導体素子の気密封止が容易にできる構
造も提案されている。

【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
クロストリップ導体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】また、特開平１１−１１２２０９号では、
気密封止可能でありかつ伝送線路−導波管の信号接続が
できる技術が提唱されているが、これはマイクロストリ
ップラインの信号をグランド層に設けた開口部を通し誘
電体層を介して導波管に接続するもので、開口部下の誘
電体層厚みのみで信号の透過周波数を調整するので誘電
体厚みの影響が大きく、結果的に特性バラツキが大きく
なり製品としては使えなかった。

【００１０】一方、特開平６−２８３９１４号、特開平
１１−２４３３０７号では、マイクロストリップライン
の終端を導波管延長内に配置した構造になっているが、
広範囲で信号を伝送させたり、信号の通過帯域を調整す
るためには、時間のかかる回路調整を必要するため、製
品のコストアップとなっていた。

【００１１】さらに特開平８−１６２８１０号では、導
体穴を用い、１／１０波長以下の間隔で２重に配置する
ことで導波管壁を構成しているが、ミリ波領域で１／１
０波長以下の間隔で導体穴を形成することは困難であ
り、製品としては使えなかった。また導体穴の間隔を広
げた場合、導体穴から電磁波が漏れるため信号伝送線路
−導波管間で効率よく信号を伝送することが出来なかっ
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、前記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、導波管とを信号の損失
が小さく、また反射の小さい接続が可能な配線基板とそ
の導波管との接続構造を提供することを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の配線基板は、第
１の誘電体層と、該第１の誘電体層の一方の表面に形成
された終端を有するストリップ導体と、第１の誘電体層
の他方の表面に形成されたグランド層とを具備する高周
波伝送線路を具備するとともに、該高周波伝送線路と導
波管とを接続する接続部を具備する配線基板において、
前記接続部が、前記グランド層の前記ストリップ導体の
終端と対峙する位置に形成されたスロット孔と、前記グ
ランド層表面に積層形成された第２の誘電体層と、前記
グランド層から前記第２の誘電体層を貫通し且つ前記ス
ロット孔の周囲に信号波長の１／４未満の間隔をもって
複数の垂直導体を形成することによって形成された整合
部と、前記整合部内に形成された導体と、前記誘電体層
内に形成され、前記垂直導体間を電気的に接続するとと
もに、互いに１／２波長未満の間隔で前記整合部を囲む
位置に形成された２層以上の導体帯と、を具備すること
を特徴とするものである。

【００１４】上記の本発明によれば、導波管との接続部
を信号伝送線路が形成された第１誘電体層と垂直導体や
導体帯などが形成された第２誘電体層とを一体的に積層
されたものであるために、通常の多層基板の製造方法に
準じて容易に作製することができる。しかも、導波管と
信号伝送線路間のインピーダンスの整合を図るための整
合部を形成するための垂直導体群を所定の導体帯によっ
て接続することによって疑似的な導体壁から信号が漏洩
することを有効に防止できるために、変換効率を高める
ことができる。

【００１５】また、本発明によれば、前記整合部の大き
さを接続される導波管の内径以下とすることによって、
導波管の配線基板への接続時の位置ずれによる接続性の
低下を防止することができる。

【００１６】

【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
一例を以下に図面をもとに説明する。図１は、本発明の
配線基板の一例を説明するためのものであって、（ａ）
は概略断面図、（ｂ）は誘電体基板の平面図、（ｃ）は
誘電体基板の底面図である。

【００１７】まず、図１によれば、高周波用パッケージ
Ａは、誘電体層１ａと誘電体層１ｂとを具備する誘電体
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。

【００１８】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
するストリップ導体５が形成されている。そして、誘電
体層１ａのストリップ導体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が形成されている。ま
た、誘電体基板１のストリップ導体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。

【００１９】このパッケージにおいては、ストリップ導
体５が中心導体をなし、グランド層７とともにマイクロ
ストリップ構造の信号伝送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導体に限らず、
ストリップ導体５の両脇に他の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。

【００２０】（接続部）また、本発明の配線基板におい
ては導波管との接続部が設けられている。以下に接続部
の構造について説明する。まず、グランド層７のストリ
ップ導体５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。

【００２１】そして、誘電体層１ａのスロット孔６を含
むグランド層７の表面には、誘電体層１ｂが積層形成さ
れており、この誘電体層１ｂにおけるスロット孔６を囲
む周囲には、導波管Ｂの導体壁とグランド層７を電気的
に接続するための複数の垂直導体９が１／４波長未満の
間隔ａで形成されており、この垂直導体９によって囲ま
れた領域が導波管との接続時のインピーダンスの整合部
１０を形成している。

【００２２】上記の線路構成において、マイクロストリ
ップ導体のストリップ導体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、特開
平３−１２９９０３号に記載されており、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
プ導体のストリップ導体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。

【００２３】さらに、垂直導体９には、誘電体層１ｂの
内部において、垂直導体９間を電気的に接続するととも
に、整合部１０を囲む位置に２層以上の導体帯１２が互
いに１／２波長未満、特に１／４波長以下の間隔ｂでグ
ランド層７と平行して形成されている。その結果、この
整合部１０は、図２に示すような、垂直導体９が縦目、
導体帯１２が横目となる格子状からなる導体によって囲
まれることになり、かかる格子状の構造によって、整合
部１０で電磁波が外側に漏洩することを完全に遮断する
ことができる。それによって接続部における導波管とマ
イクロストリップ導体との変換効率をより高めることが
できる。

【００２４】また、図１（ｃ）に示すように、誘電体層
１ｂの底面には、導波管Ｂと接続するための接続用導体
帯１３が形成されている。

【００２５】このような配線基板に対して導波管Ｂを接
続するには、図３の導波管を接続したときの（ａ）概略
断面図と、（ｂ）底面図に示すように、導波管Ｂのフラ
ンジＢ’を接続用導体帯１３にロウ付けすることによっ
て接続することができる。

【００２６】また、垂直導体９によって囲まれた整合部
１０は、導波管Ｂの開口部１４と同じか、あるいはそれ
よりも小さいサイズに設定されていることが望ましい。
特に、導波管Ｂの開口部１４よりも小さいサイズである
ことが望ましい。

【００２７】即ち、図３（ｂ）に示す通り、導波管Ｂの
開口部１４の断面が長方形である場合、その開口部１４
の大きさがＬ２，Ｗ２であって、整合部１０もＬ１，Ｗ
１の長方形からなる場合、Ｌ１≦Ｌ２、特にＬ１＜Ｌ
２、またＷ１≦Ｗ２、特にＷ１＜Ｗ２であることが望ま
しい。特に、Ｌ１とＬ２の関係は（Ｌ２×０．６）≦Ｌ
１≦（Ｌ２−０．１ｍｍ）が好ましく、またＷ１とＷ２
の関係は（Ｗ２×０．６）≦Ｗ１≦（Ｗ２−０．１ｍ
ｍ）が好ましい。

【００２８】これは、整合部１０の大きさを導波管開口
部１４よりも小さくすることで、導波管Ｂをパッケージ
Ａの誘電体層１ｂに取り付ける場合に位置ずれが発生し
ても、整合部１０が導波管開口部１４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。また、信頼性の点から、整合
部１０と導波管開口部１４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。

【００２９】本発明においては、この誘電体層１ｂのス
ロット孔６の直下の内部には、図１に示すように、導体
１１を形成することが望ましい。この導体１１は、電磁
波を集中させ、導波管との結合性を高めるためのダイポ
ールアンテナとして機能させることもできるが、特に、
電磁波の流れを整えるための整流板として機能させるこ
とができる。即ち、この導体１１は、ストリップ導体５
から上側への電磁波の放射を抑制し、電磁波を整合部１
０内に閉じ込める作用を有する。

【００３０】また、導波管Ｂの接続にあたっては、図４
に示すように、誘電体層１ｂの下面に専用の接続部材１
５を接着固定し、その接続部材１５に導波管Ｂのフラン
ジＢ’をロウ付けやネジ止めなどによって接続固定する
ことができる。

【００３１】この図１のパッケージＡは、誘電体基板
１、ストリップ導体５、グランド層７、導体層８、垂直
導体９、導体１１、導体帯１２、接続用導体帯１３を、
周知のセラミック多層基板の製造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。

【００３２】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と接続されたストリップ導体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、さらに整合部１０を通過し信号が導波
管Ｂに伝達される。

【００３３】上記図１に示した本発明の高周波パッケー
ジＡにおいては、誘電体基板１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、Ａｌ
₂Ｏ₃、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（登録商標）基板によって形成す
ることができる。

【００３４】また、信号の伝達を担うストリップ導体５
などの各伝送線路およびグランド層７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。

【００３５】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。

【００３６】次に、上記図１に示したような本発明の高
周波用パッケージＡと導波管Ｂとの接続による伝送特性
について、ネットワークアナライザーを用いて評価し
た。

【００３７】測定に用いたパッケージは、垂直導体の間
隔、導体帯の挿入数、導体帯の間隔を変えて作製した。
このときの伝送特性結果を表１に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、垂直導体に対し
て導体帯を形成しない試料Ｎｏ．１４に対して、導体帯
を形成することによって伝送特性を改善することがで
き、特に垂直導体平均間隔が１／４未満、導体帯間隔が
１／２波長未満の試料Ｎｏ．２，３は、伝送特性（Ｓ２
１）が４．０ｄＢ以下と良好な特性を示した。これに対
して、垂直導体平均間隔が１／４波長以上の試料Ｎｏ．
４〜６では伝送特性（Ｓ２１）が４．０ｄＢより大きく
なり、信号伝送線路−導波管間で信号のロスが起きてい
ることがわかる。

【００４０】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の一例として高周波用パッケ
ージを説明するためのものであり、（ａ）はその概略断
面図、（ｂ）は誘電体基板１の底面図、（ｃ）は導波管
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】本発明における整合部を囲む垂直導体と導体帯
との関係を説明するための図である。

【図３】図１の高周波用パッケージを導波管Ｂと接続し
た時の（ａ）概略断面図と、（ｂ）平面図である。

【図４】本発明の配線基板の他の例として、高周波用パ
ッケージの導波管Ｂとの接続構造を説明するための概略
断面図である。

【符号の説明】

Ａ高周波用パッケージＢ導波管Ｂ’ フランジ１誘電体基板１ａ第１の誘電体層１ｂ第２の誘電体層２蓋体３キャビティ４高周波素子５ストリップ導体５ａ終端６スロット孔７グランド層９垂直導体１０整合部１２導体帯１３接続用導体帯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 ＺＦターム(参考） 5E346 AA02 AA04 AA13 AA15 AA23 AA33 BB02 BB04 BB07 BB15 CC14 CC17 CC18 CC21 CC31 CC32 CC35 CC36 CC38 CC39 HH03 HH06 5J067 AA04 CA71 CA73 CA75 FA16 KA29 KA68 KS11 LS02 LS12 QA04 QA05 QS03 QS05 QS16 QS17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の一
方の表面に形成された終端を有するストリップ導体と他
方の表面に形成されたグランド層とを有する高周波伝送
線路と、該高周波伝送線路と導波管とを接続する接続部
を具備する配線基板において、前記接続部が、前記グランド層の前記ストリップ導体の
終端と対峙する位置に形成されたスロット孔と、前記グ
ランド層表面に積層形成された第２の誘電体層と、前記
第２誘電体層の前記スロット孔の直下に形成された整合
部とを具備してなり、前記整合部の周囲が、前記グラン
ド層から前記第２の誘電体層を貫通し信号波長の１／４
未満の間隔をもって形成された複数の垂直導体と、前記
垂直導体間を電気的に接続するとともに、互いに１／２
波長未満の間隔で形成された導体帯とによって形成され
てなることを特徴とする配線基板。
【請求項２】前記整合部の内部に、導体が形成されてな
る請求項１記載の配線基板。
【請求項３】前記整合部の大きさが、接続される導波管
の内径以下である請求項１記載の配線基板。