JP2005244110A - 多層基板及び高周波回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な高周波特性を得る多層基板及び高周波回路装置を提供する。
【解決手段】誘電体層１０ａ、誘電体層１０ａの表面に形成され且つ高周波回路１３が形成される表面導体層Ｌ１、誘電体層１０ａの裏面に形成された内部導体層１０ｃ（Ｌ２）、内部導体層１０ｃ（Ｌ２）の一部が露出するように該内部導体層１０ｃ（Ｌ２）に接合された他の層１２、１１（１１ｂ、１１ａ、１１ｃ）を備えた多層基板１と、多層基板１の内部導体層１０ｃ（Ｌ２）の露出している部分に接合される筐体３と、筐体３に搭載されて多層基板３の表面導体層Ｌ１に形成された高周波回路１３に接続される高周波デバイス２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層基板及び高周波回路装置に関し、特に高周波回路が搭載された多層基板と高周波デバイスとの接続を良好に行う技術に関する。

従来、低周波回路（ＤＣ回路ともいう）と高周波回路とが混在する高周波回路装置が知られている。近年は、高周波回路装置を小型化したいという要請に応えるため、低周波回路及び高周波回路を搭載する基板として回路部品の高密度実装が可能な多層基板を採用するケースが増えている。

図２は、このような従来の高周波回路装置の構成を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側断面図である。この高周波回路装置は、多層基板１ａ、高周波デバイス２、筐体３ａ及び接続リボン４を有して構成されている。筐体３ａは、多層基板１ａ及び高周波デバイス２を搭載するとともに、高周波回路装置全体の基準グランドとして使用される。この基準グランドは筐体グランドとも呼ばれる。

図２に示す例では、多層基板１ａとして４層基板が用いられている。この多層基板１ａは、例えば第１両面基板１０と第２両面基板１１とをプリプレグ１２で接着することにより構成されている。第１両面基板１０と第２両面基板１１の各々は、板状の誘電体の表面及び裏面に導体が接着された構造を有する。ここで、多層基板１ａの表面に形成された外層（第１両面基板１０の表面層）を第１層Ｌ１、その下側に形成された内層（第１両面基板１０の裏面層）を第２層Ｌ２、さらにその下側に形成された内層（第２両面基板１１の表面層）を第３層Ｌ３、裏面に形成された外層（第２両面基板１１の裏面層）を第４層Ｌ４と呼ぶ。

第１層Ｌ１には、高周波回路１３を構成する配線パターンが形成されている。この配線パターンには、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４が含まれる。第２層Ｌ２には、高周波回路１３のグランドとなる第１内層グランドパターン１５が形成されている。この第１内層グランドパターン１５は、マイクロストリップ線路の接地導体としても使用される。この第１内層グランドパターン１５は、第１層Ｌ１から第４層まで貫通するスルーホールＴＨ（Through Hole）によって筐体３ａ（筐体グランド）に接続されている。

第４層Ｌ４には、低周波回路１６を構成する配線パターンが形成されている。第３層には、低周波回路１６のグランドとなる第２内層グランドパターン１７が形成されている。この第２内層グランドパターン１７は、第３層Ｌ３と第４層Ｌ４との間を貫通する図示しないインターステシャルビアホールＩＶＨ（Interstitial Via Hole）によって筐体３ａ（筐体グランド）に接続されている。

高周波デバイス２は、例えばパワーアンプ、ミキサ、発振器、逓倍器などが１つのパッケージに収納されて構成されている。この高周波デバイス２は、筐体３ａに直付けされている。これにより、高周波デバイス２に収容されている素子、特にパワーアンプで発生される熱が、ヒートシンクとして機能する筐体３ａによって放散される。

多層基板１ａの第１層Ｌ１に形成された中心導体１４と高周波デバイス２との間は、接続リボン４によって電気的に接続されている。これにより、高周波デバイス２と高周波回路１３との間がマイクロストリップ線路によって電気的に接続されることになり、高周波回路装置として機能する。

なお、関連する技術として、高周波帯域、特にミリ波帯域に使用される高周波回路基板と、電源回路等の低周波回路基板とを組み合わせた多層回路基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。この多層回路基板は、一方の面に接地導体が密着配置されている高周波用樹脂基板と、一方の面に接地導体が密着配置されている低周波用樹脂基板とを少なくとも有し、高周波用樹脂基板と低周波用樹脂基板とは、接地導体側において対向して配置され、少なくとも高周波用樹脂基板に形成されている導体パターンの一部と低周波用樹脂基板に形成されている導体パターンの一部とがスルーホールで接続されている構造を有する。この構造により、よりコンパクトに高周波回路と低周波回路を共存させることができ、しかも高周波回路基板において低損失で、耐熱性も有し、しかもパターンが微細になりすぎず、高密度実装が可能な小型、高性能で低価格の多層回路基板を構成できる。
特開２００３−６０３５９号公報

しかしながら、図２に示すような構造を有する従来の高周波回路装置では、スルーホールＴＨの位置によっては、中心導体１４の直下の第１内層グランドパターン１５の位置から筐体３ａ（筐体グランド）までの距離が長くなり、誘導リアクタンス（ωＬ）が発生し、グランドのインピーダンスが大きくなる。

その結果、インピーダンスの整合がとれなくなって反射等が生じ、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４と高周波デバイス２との接続部分で高周波的な不連続が生じる。

上述した高周波的な不連続は、上記接続部分を流れる信号の周波数が高くなるに従って顕著になる。その結果、高周波特性が劣化し、高周波デバイスが本来的に有する性能を発揮できなくなるという問題がある。この問題を解消するためにはスタブを付加する等の調整が必要になるので、高周波回路装置のコストアップにつながる。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、良好な高周波特性を得ることができる多層基板及び高周波回路装置を提供することにある。

本発明に係る多層基板は、上記課題を達成するために、誘電体層と、誘電体層の表面に形成され且つ高周波回路が形成された表面導体層と、誘電体層の裏面に形成された内部導体層と、内部導体層の一部が露出するように該内部導体層に接合された他の層とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る高周波回路装置は、誘電体層、誘電体層の表面に形成され且つ高周波回路が形成された表面導体層、誘電体層の裏面に形成された内部導体層、内部導体層の一部が露出するように該内部導体層に接合された他の層とを備えた多層基板と、多層基板の内部導体層の露出している部分に接合される筐体と、筐体に搭載されて多層基板の表面導体層に形成された高周波回路に接続される高周波デバイスとを備えたことを特徴とする。

本発明に係る多層基板によれば、内部導体層の一部が露出するように構成されているので、内部導体層を表面導体層に形成される高周波回路のグランドとして用いる場合、その露出された部分を直接に外部のグランドに接続することができる。この場合、内部導体層と外部のグランドとの距離はゼロになるので、内部導体層をスルーホールを用いて外部のグランドに接続すると、インピーダンスが大きくなるという問題を回避できる。

また、本発明に係る高周波回路装置によれば、多層基板の内部導体層の一部が露出するように構成し、その露出された部分を直接に筐体に接続するように構成したので、内部導体層を表面導体層に形成される高周波回路のグランドとして用い、筐体を高周波回路装置全体のグランド（筐体グランド）として用いる場合に、内部導体層と筐体グランドとの距離はゼロになるので、従来のような第１内層グランドパターンから筐体グランドまでの距離が長くなることに起因してグランドのインピーダンスの不整合が生じるという問題は発生しない。

従って、従来の高周波回路装置のような、内部導体層である第１内層グランドパターンから筐体（筐体グランド）までの距離が長くなることに起因するインピーダンスの不整合の問題は発生せず、マイクロストリップ線路を構成する表面導体層と高周波デバイスとの接続部分で高周波的な不連続が生じることもない。その結果、高周波デバイスが本来的に有する性能を発揮できるので、良好な高周波特性が得られるとともに、高周波的な不連続性を調整するための作業も不要であるので、低コストの高周波回路装置を提供できる。

以下、本発明の実施例に係る多層基板及び高周波回路装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。

なお、従来の技術の欄で説明した構成部分と同一または相当する構成部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る多層基板及び高周波回路装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側断面図である。

本発明の実施例１に係る高周波回路装置は、多層基板１、高周波デバイス２、筐体３、接続リボン４及びねじ５から構成されている。なお、以下では、多層基板１として４層基板が用いられる場合について説明するが、多層基板は４層に限定されることはなく、３層、あるいは５層以上でもよい。

筐体３は、多層基板１及び高周波デバイス２を搭載するとともに、高周波回路装置全体の基準グランドとして使用される。この基準グランドは筐体グランドとも呼ばれる。筐体３の所定部位には、筐体３及び多層基板１の各グランドとを電気的に接続するための凸部３０が設けられている。

多層基板１は、例えば第１両面基板１０と第２両面基板１１とがプリプレグ１２を介して層構造になるように接合されて構成されている。第１両面基板１０は、板状の誘電体からなる誘電体層１０ａと、誘電体層１０ａの表面に接着された銅箔等の導体からなる導体層１０ｂと、誘電体層１０ａの裏面に接着された銅箔等の導体からなる導体層１０ｃとから構成されている。同様に、第２両面基板１１は、板状の誘電体からなる誘電体層１１ａと、誘電体層１１ａの表面に接着された銅箔等の導体からなる導体層１１ｂと、誘電体層１１ａの裏面に接着された銅箔等の導体からなる導体層１１ｃとから構成されている。

以下では、多層基板１の表面に形成された外層（第１両面基板１０の導体層１０ｂと同じ）を第１層Ｌ１、その下側に形成された内層（第１両面基板１０の導体層１０ｃと同じ）を第２層Ｌ２、さらにその下側に形成された内層（第２両面基板１１の導体層１１ｂと同じ）を第３層Ｌ３、裏面に形成された外層（第２両面基板１１の導体層１１ｃと同じ）を第４層Ｌ４と呼ぶ。

第１層Ｌ１は本発明の表面導体層に対応し、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２との間の層（第１両面基板１０の誘電体層１０ａと同じ）は本発明の誘電体層に対応し、第２層Ｌ２は本発明の内部導体層に対応する。また、本発明の「他の層」は、プリプレグ１２及び第２両面基板１１に対応する。

多層基板１の第１層Ｌ１には、高周波回路１３を構成するための配線パターンが形成されている。この配線パターンには、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４が含まれる。第２層Ｌ２には、高周波回路１３のグランドとなる第１内層グランドパターン１５が形成されている。この第１内層グランドパターン１５は、マイクロストリップ線路の接地導体として使用される。

第４層Ｌ４には、低周波回路１６を構成するための配線パターンが形成されている。第３層には、低周波回路１６のグランドとなる第２内層グランドパターン１７が形成されている。この第２内層グランドパターン１７は、第３層Ｌ３と第４層Ｌ４との間を貫通する図示しないインターステシャルビアホールＩＶＨによって筐体３（筐体グランド）に接続されている。

プリプレグ１２及び第２両面基板１１（第３層Ｌ３、誘電体層１１ａ及び第４層Ｌ４）は、第１両面基板１０（第１層Ｌ１、誘電体層１０ａ及び第２層Ｌ２の）端部から距離Ｌまでの範囲には形成されていない。従って、第２層Ｌ２の第１内層グランドパターン１５は、その端部から距離Ｌまでの範囲で露出されている。距離Ｌは、例えば１８ＧＨｚ帯の高周波信号を取り扱う場合は、例えば５ｍｍ程度とすることができる。

以上のように構成された多層基板１は、第１内層グランドパターン１５の露出した部分が筐体３の凸部３０に載置され、ねじ５によってねじ止めされることにより筐体３に取り付けられる。

ねじ５は、距離Ｌ／２の位置であって、且つねじ５の頭が中心導体１４から距離Ｘ（Ｘ＞中心導体１４の幅Ｗ）以上離れた位置でねじ止めするのが好ましい。このねじ止めにより、第１内層グランドパターン１５と筐体３の凸部３０とが密着され、これらの間のインピーダンスを略ゼロにすることができる。

この状態において、内層グランドが筐体グランドに最短距離で接続される。このため、中心導体１４の直下の第１内層グランドパターン１５の位置から筐体３（筐体グランド）までの距離がゼロになり、従来のようなインピーダンスの不整合に起因する反射は生じないので、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４と高周波デバイス２との接続部分で高周波的な不連続は発生しない。

なお、この実施例１は、多層基板１の第１内層グランドパターン１５と筐体３との間をねじ５によるねじ止めにより接続したが、半田付けや導電性接着剤を用いた接着などにより接続することもできる。ねじ止めによる場合には、ねじ４の周囲のみが密着されてねじ４の外側は、密着度が低下するケースが発生するが、半田付けや導電性接着剤を用いた接着によれば、第１内層グランドパターン１５と筐体３との間を広い範囲で接着させることができる。

高周波デバイス２は、例えばパワーアンプ、ミキサ、発振器などが１つのパッケージに収納されて構成されている。この高周波デバイス２は、筐体３に直付けされている。これにより、高周波デバイス２に収容されている素子、特にパワーアンプで発生される熱が、ヒートシンクとして機能する筐体３によって放散される。

多層基板１の第１層Ｌ１に形成された中心導体１４と高周波デバイス２との間は、接続リボン４によって電気的に接続されている。これにより、高周波デバイス２と高周波回路１３との間がマイクロストリップ線路によって電気的に接続されることになり、高周波回路装置として機能する。この場合、上述したように、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４と高周波デバイス２とを接続リボン４によって接続する部分で高周波的な不連続は発生しないので、良好な高周波特性が得られる。

以上説明した本発明の実施例１に係る多層基板及び高周波回路装置によれば、多層基板１の第１内層グランドパターン１５の一部が露出するように構成し、その露出された部分を直接に筐体３に接続するように構成したので、第１内層グランドパターン１５を第１層Ｌ１に形成される高周波回路１３のグランドとして用い、筐体３を高周波回路装置全体のグランド（筐体グランド）として用いる場合に、第１内層グランドパターン１５と筐体３との距離はゼロになるので、従来のような第１内層グランドパターン１５から筐体グランドまでの距離が長くなることに起因してグランドのインピーダンスの不整合が生じるという問題は発生しなくなる。

従って、従来の高周波回路装置のような、第１内層グランドパターン１５から筐体３（筐体グランド）までの距離が長くなることに起因するインピーダンスの不整合の問題は発生せず、マイクロストリップ線路を構成する中心導体１４と高周波デバイス２とを接続リボン４で接続する部分で高周波的な不連続が生じることもない。その結果、高周波デバイス２が本来的に有する性能を発揮できるので、良好な高周波特性が得られるとともに、高周波的な不連続性を調整するための作業も不要であるから、低コストの高周波回路装置を提供できる。

なお、上述した実施例１では多層基板として第１両面基板１０と第２両面基板１１とをプリプレグ１２を介して層構造になるように接合して構成された４層基板を例に挙げて説明したが、本発明は、第１両面基板１０の裏面の導体層１０ｃに任意の数の誘電体層や導体層が形成される種々の多層基板にも適用できる。

本発明に係る多層基板及び高周波回路装置は、高周波信号と低周波信号とが混在したものを処理する高周波送受信モジュールに適用可能である。

本発明の実施例１に係る多層基板及び高周波回路装置を説明するための図である。 従来の多層基板及び高周波回路装置を説明するための図である。

符号の説明

１…多層基板、２…高周波デバイス、３…筐体、４…接続リボン、５…ねじ、１０…第１両面基板、１０ａ…誘電体層、１０ｂ，１０ｃ…導体層、１１…第２両面基板、１１ａ…誘電体層、１１ｂ，１１ｃ…導体層、１２…プリプレグ、１３…高周波回路、１４…中心導体、１５…第１内層グランドパターン、１６…低周波回路、１７…第２内層グランドパターン、３０…凸部、Ｌ１…第１層、Ｌ２…第２層、Ｌ３…第３層、Ｌ４…第４層、

Claims (3)

1. 誘電体層と、
   前記誘電体層の表面に形成され且つ高周波回路が形成された表面導体層と、
   前記誘電体層の裏面に形成された内部導体層と、
   前記内部導体層の一部が露出するように該内部導体層に接合された他の層と、
   を備えたことを特徴とする多層基板。
2. 誘電体層、前記誘電体層の表面に形成され且つ高周波回路が形成された表面導体層、前記誘電体層の裏面に形成された内部導体層、前記内部導体層の一部が露出するように該内部導体層に接合された他の層を備えた多層基板と、
   前記多層基板の内部導体層の露出している部分に接合される筐体と、
   前記筐体に搭載されて前記多層基板の表面導体層に形成された高周波回路に接続される高周波デバイスと、
   を備えたことを特徴とする高周波回路装置。
3. 前記多層基板の前記内部導体層と前記筐体との間をねじ又は半田により接続したことを特徴とする請求項２記載の高周波回路装置。
   

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