JP2005276859A

JP2005276859A - 高周波用配線基板

Info

Publication number: JP2005276859A
Application number: JP2004083516A
Authority: JP
Inventors: Masanao Kabumoto; 正尚株元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP4377725B2

Abstract

【課題】信号伝送方向に沿って所定の間隔で形成された貫通導体とそれに隣接する信号線路との間で不要なキャパシタンス成分が発生し、貫通導体が存在する箇所において対をなす各信号線路の特性インピーダンスの不整合が差動信号線路の特性インピーダンスとして大きな不整合を生じさせるという問題があった。
【解決手段】誘電体基板２の上面に平行に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路８の両側に線路方向と平行に列を成して形成された複数の貫通導体７を形成し、これらの貫通導体７の配列間隔が差動信号線路８で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下であり、差動信号線路８の両側の貫通導体７を、誘電体基板２の上面内の線路方向に直交する方向において他方の側の貫通導体７同士の間に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＨｚ帯の高周波帯域で使用されるＩＣ，ＬＳＩ等の高周波回路部品または高周波回路装置と入出力部との間にインピーダンス整合等の目的で設けられる高周波用配線基板に関し、特に高周波信号の伝送特性を改善した差動信号線路構造を有する高周波用配線基板に関する。

近年の通信技術の高周波化および大容量化に伴いＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ（ＰＤ：Photo Diode）等の通信用デバイスがより高周波で動作するようになってきており、この通信用デバイスを搭載するパッケージやそれを実装する回路基板に形成される信号線路においても、より高周波の高周波信号を低損失で伝送させる必要がある。このため、通信用デバイスのパッケージ内の信号線路や回路基板の信号線路を、高周波用の伝送線路として作製しなければならない。また、ＭＵＸ（Multiplexer：多重回路），ＤＥＭＵＸ（Demultiplexer：多重分離回路），ＮＰＵ（Network Processor Unit）等の通信用デバイスの入出力端子数の増加に伴い、パッケージおよび回路基板の信号線路数が飛躍的に増加している。そのため、信号線路を高密度に形成しなければならず、自ずと信号線路間の間隔も狭くなる。しかしながら、高周波信号を伝送する信号線路同士を近接して配置すると、信号線路間に発生する寄生成分、特に信号線路間の電気的容量（浮遊容量）や相互インダクタンスによりノイズが発生して、アイソレーションの劣化、クロストークの発生等によって伝送損失が増大するという問題があった。

そこで、特許文献１に示されるような、誘電体基板の上面に平行に２つの信号線路から成る差動信号線路が設けられている高周波用配線基板において、隣接する差動信号線路の間に、接地導体層または電源導体層に接続される貫通導体を信号伝送方向に沿って所定の間隔で形成することにより、隣接する差動信号線路間の電磁気的干渉によるノイズを小さくするものが提案されている。
特開２００３−２２４４０８号公報

しかしながら、上記従来の高周波用配線基板では、信号伝送方向に沿って所定の間隔で形成された貫通導体とそれに隣接する信号線路との間で不要なキャパシタンス成分が発生し、貫通導体が存在する箇所において信号線路の特性インピーダンスが下がってしまい、差動信号線路の場合は対をなす各信号線路の特性インピーダンスの合計が差動信号線路としての特性インピーダンスとなるため、寄生容量による対をなす各信号線路の特性インピーダンスの微小な不整合が差動信号線路の特性インピーダンスとして大きな不整合を生じさせるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、差動信号線路間の電気的干渉によるノイズを小さくし、かつ差動信号線路の特性インピーダンスを整合させ、高周波信号の反射損失および伝送損失を低減することである。

本発明の高周波用配線基板は、複数の誘電体層を積層してなる誘電体基板の上面または前記誘電体層の層間に互いに平行に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路と、該差動信号線路の両側に所定間隔をもって形成された同一面接地導体層と、前記誘電体基板の下面の全面に形成された下面導体層と、前記同一面接地導体層および前記下面導体層を電気的に接続するとともに前記差動信号線路の両側に線路方向と平行に列を成して形成された複数の貫通導体とを具備しており、前記複数の貫通導体は、前記線路方向における配列間隔が前記差動信号線路で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下であるとともに、前記差動信号線路の一方の側の前記貫通導体が、前記誘電体基板の上面内の前記線路方向に直交する方向において他方の側の前記貫通導体同士の間に位置していることを特徴とするものである。

また、本発明の高周波用配線基板は好ましくは、前記差動信号線路の一方の側の前記貫通導体が、前記誘電体基板の上面内の前記線路方向に直交する方向において他方の側の前記貫通導体同士の間の中間に位置していることを特徴とするものである。

また、本発明の高周波配線基板は好ましくは、前記差動信号線路は、複数のものが平行に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の高周波用配線基板によれば、誘電体基板の上面または層間に互いに平行に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路の両側に線路方向と平行に列を成して形成された複数の貫通導体を形成し、これらの貫通導体の配列間隔を差動信号線路で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下としたことから、差動信号線路の両側に擬似的な導体壁が形成されたことになり、差動信号線路と隣接する他の信号線路との間に生じる電界のカップリングを抑制することができるため電磁気的干渉によるノイズを小さくすることができる。

さらに、差動信号線路の一方の側の貫通導体が、誘電体基板の上面内の線路方向に直交する方向において他方の側の貫通導体同士の間に位置していることから、貫通導体と信号線路との間の不要なキャパシタンス成分による特性インピーダンスの低下箇所を差動信号線路を形成する対をなす信号線路間で異なる位置に配置することが出来るため、特性インピーダンスの低下箇所の重ね合わせを避けることができ、差動信号線路として大きな特性インピーダンスの低下を防ぐことができるものとなる。

また、本発明の高周波用配線基板によれば、好ましくは差動信号線路の一方の側の貫通導体が、誘電体基板の上面内の線路方向に直交する方向において他方の側の貫通導体同士の間の中間に位置していることから、貫通導体と信号線路との間の不要なキャパシタンス成分による特性インピーダンスの低下箇所を、差動信号線路を形成する対をなす信号線路間で均一に分散配置することが出来るため、特性インピーダンスの低下箇所の重ね合わせを避けることができ、差動信号線路として大きな特性インピーダンスの低下を防ぐことができるとともに、差動信号線路の特性インピーダンスを均一に制御できるものとなる。

また、本発明の高周波用配線基板によれば、差動信号線路と隣接する他の信号線路の間に生じる電界のカップリングを抑制することができ、電磁気的干渉によるノイズを小さくすることができるため、複数の差動信号線路を平行に形成することによって、最も効率良く配線密度を上げた設計が可能であり、ＭＵＸ，ＤＥＭＵＸ，ＮＰＵ等の通信用デバイスの入出力端子数の増加に対応可能である。

本発明の高周波用配線基板（以下、高周波基板ともいう）について以下に詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の高周波基板について実施の形態の一例を示す平面図および断面図である。これらの図において、１は高周波基板、２は誘電体基板、３は差動信号線路８を成す第１の信号線路、４は差動信号線路８を成す第２の信号線路、５は同一面接地導体層、６は下面導体層、７は貫通導体である。

本発明の高周波基板１は、誘電体基板２の上面に形成された、平行な２つの信号線路３，４から成る差動信号線路８と、差動信号線路８の両側に形成された同一面接地導体層５と、誘電体基板２の下面の全面に形成された下面導体層６と、同一面接地導体層５および下面導体層６を電気的に接続するとともに差動信号線路８の線路方向に平行に列を成して形成された複数の貫通導体７とを具備し、差動信号線路８の線路方向における貫通導体７の配列間隔が、差動信号線路８で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下であり、差動信号線路８の一方の側の貫通導体７が、誘電体基板２の上面内の線路方向に直交する方向において他方の側の貫通導体７同士の間に位置している。すなわち、本発明の高周波基板１は、基本的には、差動信号線路８と同一面接地導体層５と下面側導体層６とでコプレーナ線路を構成している。

そして、差動信号線路８の線路方向における貫通導体７の配列間隔が差動信号線路８で伝送される高周波信号の波長λの４分の１以下であることにより、差動信号線路８間に擬似的な導体壁が形成されたことになり、隣接しあう差動信号線路８間の容量結合が低減できる。その結果、隣接しあう差動信号線路８間のクロストークノイズが低減される。

また、本発明の高周波基板１は、差動信号線路８の一方の側の貫通導体７が、誘電体基板２の上面内の線路方向に直交する方向において他方の側の貫通導体７同士の間の中間に位置していることから、貫通導体７と第１の信号線路３および第２の信号線路４との間の不要なキャパシタンス成分による特性インピーダンスの低下箇所の重ね合わせを避けることができ、差動信号線路８を形成する対をなす第１の信号線路３と第２の信号線路４との間で特性インピーダンスの低下箇所を差動信号線路８で伝達される高周波信号の波長の８分の１以下に均一に分散配置することが出来る。そのため、差動信号線路８を伝達する高周波信号に対して、特性インピーダンスの不連続部の間隔が十分短くなるため、均一な特性インピーダンスを持つ伝送線路としてみなすことができるものとなる。その結果、特性インピーダンスの不整合による高周波信号の伝送性の劣化が少なく、良好な高周波特性を得ることができる。

さらに、第１の信号線路３と第２の信号線路４との間の間隔は、高周波信号の波長λの４分の１以下になっているのがよく、第１の信号線路３と第２の信号線路４とが電磁的に結合して差動信号線路８として機能することとなる。

また、差動信号線路８を挟んで形成される左右の同一面接地導体層５と下面導体層６とを接続する左右の貫通導体７間の距離は、高周波信号の波長λ以下が好ましい。この場合、第１の信号線路３と第２の信号線路４との電界のカップリングがさらに強くなり、コプレーナ線路構造とされた差動信号線路８においてさらに良好な高周波信号の伝送特性が実現される。

また、本発明の高周波基板１は、差動信号線路８の両側に形成された貫通導体７によって、差動信号線路８の両側に擬似的な導体壁が形成されていることから、差動信号線路８と隣接する他の信号線路の間に生じる電界のカップリングを抑制することができ、電磁気的干渉によるノイズを小さくすることができるため、複数の差動信号線路を平行に形成することによって、最も効率良く配線密度を上げた設計が可能であり、ＭＵＸ，ＤＥＭＵＸ，ＮＰＵ等の通信用デバイスの入出力端子数の増加に対応可能なものとなる。

本発明の高周波基板１における誘電体基板２の材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックスやムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）セラミックス等のセラミックス，ガラスセラミックス等の無機材料、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂材料などが用いられる。また、誘電体基板２の形状、寸法（厚み、幅、長さ）は、高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて適宜設定される。

本発明の第１の信号線路３、第２の信号線路４は、高周波信号伝送用として適した金属の導体層から成り、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎ層、Ｗ層、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ_２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたものから成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ処理法などにより形成される。その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。

また、同一面接地導体層５、下面導体層６は、第１の信号線路３や第２の信号線路４等と同様の材料で同様の方法により形成すればよく、差動信号線路８と同一面接地導体層５との間隔、差動信号線路８と下面導体層６との間隔は、高周波信号の周波数や差動信号線路８の特性インピーダンスなどに応じて適宜設定される。

また、同一面接地導体層５と下面導体層６とを電気的に接続する複数の貫通導体７は、スルーホール導体やビアホール導体から成り、または金属板、金属棒、金属パイプ等を埋設することにより設けられる。

本発明の高周波基板１の作製は以下のように行なう。誘電体基板２がアルミナセラミックスからなる場合、まず誘電体基板２となるアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体７となる貫通孔を形成する。その後、スクリーン印刷法によりＷやＭｏなどの導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、第１の信号線路３や第２の信号線路４等となる導体パターンおよびその他の導体層となる導体パターンを印刷塗布する。次に、１６００℃で焼成を行い、最後に各導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施すとよい。

誘電体基板２の誘電体層間に差動信号線路８および同一面接地導体層５が形成される場合、誘電体基板２の上下主面に下面導体層６を形成し、貫通導体７にて同一面接地導体層５と下面導体層６とを電気的に接続する構造が好ましい。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なっても何等差し支えない。

（ａ）は、本発明の高周波用配線基板についての実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の高周波用配線基板のＡ−Ａ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）の高周波用配線基板のＢ−Ｂ’線における断面図である。

符号の説明

１：高周波用配線基板
２：誘電体基板
３：第１の信号線路
４：第２の信号線路
５：同一面接地導体層
６：下面導体層
７：貫通導体
８：差動信号線路

Claims

複数の誘電体層を積層してなる誘電体基板の上面または前記誘電体層の層間に互いに平行に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路と、該差動信号線路の両側に所定間隔をもって形成された同一面接地導体層と、前記誘電体基板の下面の全面に形成された下面導体層と、前記同一面接地導体層および前記下面導体層を電気的に接続するとともに前記差動信号線路の両側に線路方向と平行に列を成して形成された複数の貫通導体とを具備しており、前記複数の貫通導体は、前記線路方向における配列間隔が前記差動信号線路で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下であるとともに、前記差動信号線路の一方の側の前記貫通導体が、前記誘電体基板の上面内の前記線路方向に直交する方向において他方の側の前記貫通導体同士の間に位置していることを特徴とする高周波用配線基板。
前記差動信号線路の一方の側の前記貫通導体が、前記誘電体基板の上面内の前記線路方向に直交する方向において他方の側の前記貫通導体同士の間の中間に位置していることを特徴とする請求項１記載の高周波用配線基板。
前記差動信号線路は、複数のものが平行に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波用配線基板。