JP2006237967A - 多層高周波回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な製造方法で高周波ＩＣの入出力間結合を抑圧し、高周波回路の高性能化を図ることができる多層高周波回路を得る。
【解決手段】シャーシ金属板８と、シャーシ金属板上に配置されて掘り込みを設けた多層誘電体基板３と、多層誘電体基板に設けた掘り込み部分に配置された金属キャリア２と、金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップ１と、多層誘電体基板３表面に形成されたストリップ導体５と、多層誘電体基板３の内層に形成された平面グランド導体６と、前記掘り込み部分の側面に形成され平面グランド導体とシャーシ金属板とを電気的に接続する金属パターン１０と、高周波ＩＣチップ１の高周波信号入出力端子とストリップ導体５とを電気的に接続するワイヤ９とを備えた多層高周波回路において、平面グランド導体６の一部と金属キャリア２の一部とを電気的に接続するリボン４を中空に配置した。
【選択図】図１

Description

この発明は、主としてマイクロ波及びミリ波帯で用いられる多層高周波回路に関するものである。

従来、高周波用ハイパワーＩＣの実装方法としては、放熱用金属キャリアの上にＩＣを実装する方法を採用することによって、ＩＣで発生する熱を効率良く放熱していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３３２８１１号公報（図１、図２）

しかしながら、金属キャリアを用いた放熱構造を有する高周波回路においては、高周波用ＩＣの高周波信号入出力端子と接続する入出力回路基板と金属キャリアとの間に溝が生じ、入出力回路基板の内層に配置されるグランド導体と金属キャリアで形成される溝部を伝搬する不要モードによりＩＣの入出力間の結合を生じるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡易な製造方法で高周波ＩＣの入出力間結合を抑圧し、高周波回路の高性能化を図ることができる多層高周波回路を得ることを目的とする。

この発明に係る多層高周波回路は、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、前記掘り込み部分の側面に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する金属パターンと、前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段とを備えた多層高周波回路において、前記第２のグランド導体の一部と前記金属キャリアの一部とを電気的に接続する接続手段を中空に配置したことを特徴とする。

また、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段とを備えた多層高周波回路において、前記第２のグランド導体の一部と前記金属キャリアの一部とを電気的に接続する接続手段を中空に配置したことを特徴とする。

また、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段とを備えた多層高周波回路において、前記柱状導体は、少なくとも、前記金属キャリア側に隣接し前記第１のグランド導体側と接した第１の柱状導体と、前記第２のグランド導体側と接し抵抗体材料を介在して前記第１の柱状導体と接続された第２の柱状導体とを有することを特徴とする。

さらに、多層誘電体基板と、前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段とを備えた多層高周波回路において、前記多層誘電体基板の内層であって、前記金属キャリアと当該金属キャリアに隣接する柱状導体との間の領域に、電波吸収体材料を装荷したことを特徴とする。

この発明によれば、放熱用金属キャリアと多層誘電体基板の導体間に生じる溝部を伝搬するモードを低減して実装する高周波ＩＣチップの性能低下を回避することができ、簡易な製造方法で高周波ＩＣの入出力間結合を抑圧し、高周波回路の高性能化を図ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る多層高周波回路の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

図１に示す多層高周波回路は、シャーシ金属板８の上に掘り込みを設けた多層誘電体基板３を設置し、上記掘り込み部に放熱用金属キャリア２を配置し、この金属キャリア２の上にＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）１を実装した構成である。多層誘電体基板３の表面にはストリップ導体５が設けられており、内層に構成したグランド導体６と表面のストリップ導体５によりマイクロストリップ線路を構成している。また、上記掘り込み部の内壁は金属パターン１０によりメタライズされており、内層のグランド導体６は、金属パターン１０を介してシャーシ金属板８と電気的に接続されている。上記マイクロストリップ線路は、ＭＭＩＣ１における高周波信号入出力端子にワイヤ９により接続される。また、図１においては、表面に一部露出したグランド導体６と金属キャリア２とを電気的に接続するリボン４が設けられている。

ここで、ＭＭＩＣ１とストリップ導体５との接続を１本のワイヤ９により接続しているが、複数本のワイヤを用いても良く、ワイヤの代わりにリボンを用いても良い。また、図１の例では、高周波信号の信号線のみワイヤで接続しているが、多層誘電体基板３の表面に内層グランド導体とビアホール等で接続される導体パターンを形成し、ＭＭＩＣ表面のグランドパッドと接続するＧＳＧ（Ground Signal Ground）接続を採用しても良い。

また、図１では、グランド導体６と金属キャリア２とを電気的に接続する接続手段にリボン４を用いているが、電気的な導通が得られれば、リボンを平板で代用してもよく、また、リボンをワイヤで代用しても良い。

図１に示すようなＭＭＩＣの実装方法では、放熱用金属キャリア２の上にＭＭＩＣ１を直接配置できるため、例えばパワーアンプのような比較的熱を多く発する素子を使う場合、効率の良い放熱が行える。

しかしながら、高周波信号伝送特性の観点から、信号接続用ワイヤ９の接着位置は、できるだけ高低差が無いことが望ましいため、多層誘電体基板３の表面の高さ位置と、ＭＭＩＣ１の表面の高さ位置が等しいことが望ましい。このため、上記のような実装方法を採用する場合、放熱用金属キャリア２の高さを、多層基板の厚みに応じた高さにする必要があり、この結果、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８および金属パターン１０により形成されるＵ字型の溝の深さが深くなる。

一般に、図１に示すようなストリップ導体５とＭＭＩＣ１とを接続するワイヤ部分においては、高周波信号の不連続性が生じるため、ワイヤ９付近では放射電磁界が比較的大きくなる。ワイヤ９付近で生じた放射電磁界の一部が上記したＵ字型の溝内部に漏れ出すと、放熱用金属キャリア２の周回を伝搬し、他方のワイヤに電磁界結合を起こす。この結果、ＭＭＩＣ１の入出力端子間のアイソレーションが劣化し、例えば増幅器ＭＭＩＣにおいては、入出力帰還が発生しＭＭＩＣ１の不安定動作が起こる等の問題がある。また、ある固定した周波数において、上記したＵ字型の溝の深さが深い程、入出力間の結合が大きくなるという問題がある。

図１に示す多層高周波回路構造では、ワイヤ９付近から漏れ出した電磁界が伝搬する経路であるＵ字型溝の上部に、グランド導体６、内壁金属パターン１０および放熱用金属キャリア２を中空で導通させるリボン４を用いることにより、溝部断面形状を、図１（ｂ）に示すように閉曲線形状にしている。

溝部を伝搬する伝搬モードには、溝の深さに関係する遮断周波数があり、固定した溝の深さに対して、溝の断面形状が閉曲線になる場合、上部が開放されているＵ字型形状の場合に比べて上記遮断周波数が高い。このため、リボン４等の接続手段を用いることにより、ＭＭＩＣ１の入出力間結合を低減する効果がある。また、リボン４等の接続手段は、例えばリボンボンダを用いることにより、簡易に実現できる。

以上のように、実施の形態１によれば、図１に示すような多層高周波回路構造を用いることにより、放熱用金属キャリア２と多層誘電体基板３の導体間に生じる溝部を伝搬するモードを低減できるので、実装する高周波ＩＣの性能低下を回避することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る多層高周波回路の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

図２に示す多層高周波回路は、シャーシ金属板８の上に掘り込みを設けた多層誘電体基板３を設置し、上記掘り込み部に放熱用金属キャリア２を配置し、この金属キャリア２の上にＭＭＩＣ１を実装した構成である。多層誘電体基板３の表面にはストリップ導体５が設けられており、内層に構成したグランド導体６と表面のストリップ導体５によりマイクロストリップ線路を構成している。また、内層のグランド導体６は、多層誘電体基板３内部に形成されて中空の柱状導体で構成されたビアホール７によってシャーシ金属板８と電気的接続を有する。上記マイクロストリップ線路は、ＭＭＩＣ１における高周波信号入出力端子にワイヤ９により接続される。また、図２においては、表面に一部露出したグランド導体６と金属キャリア２とを電気的に接続するリボン４が設けられている。

図２に示す多層高周波回路においては、実施の形態１と同様に、ＭＭＩＣ１とストリップ導体５との接続を１本のワイヤ９により接続しているが、複数本のワイヤを用いても良く、ワイヤの代わりにリボンを用いても良い。また、図１の例では、高周波信号の信号線のみワイヤで接続しているが、多層誘電体基板３の表面に内層グランド導体とビアホール等で接続される導体パターンを形成し、ＭＭＩＣ表面のグランドパッドと接続するＧＳＧ（Ground Signal Ground）接続を採用しても良い。さらに、グランド導体６と金属キャリア２とを電気的に接続する手段にリボンを用いているが、電気的な導通が得られれば、リボンを平板で代用してもよく、またリボンをワイヤで代用しても良い。

この実施の形態２においては、実施の形態１に示す、内壁の金属パターン１０が無く、内層のグランド導体６とシャーシ金属板８との電気的接続はビアホール７により行われる。このため、多層誘電体基板３の作製工程のうち、内壁のメタライズが必要無く、工程が簡略化される。

実施の形態１では、ワイヤ９付近で発生した電磁界が伝搬する経路となるＵ字型の溝は、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８および内壁の金属パターン１０により形成されていたが、図２に示す実施の形態２においては、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８、多層誘電体基板３の内層にあるビアホール７および内層のグランド導体６により形成される溝が伝搬経路となる。

図２に示す多層高周波回路構造では、ワイヤ９付近から漏れ出した電磁界が伝搬する経路である上記溝の上部開放部分に、グランド導体６と放熱用金属キャリア２を中空で導通させるリボン４を用いることにより、溝部断面形状を、図２（ｂ）に示すように、閉曲線形状にしている。このため、溝部を伝搬するモードの遮断周波数を上昇させることができ、リボン４等の接続手段を用いることにより、ＭＭＩＣ１の入出力間結合を低減する効果がある。

以上のように、実施の形態２によれば、図２に示すような多層高周波回路構造を用いることにより、放熱用金属キャリア２と多層誘電体基板３の導体間に生じる溝部を伝搬するモードを低減できるので、実装する高周波ＩＣの性能低下を回避することができる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係る多層高周波回路の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

図３に示す多層高周波回路は、シャーシ金属板８の上に掘り込みを設けた多層誘電体基板３を設置し、上記掘り込み部に放熱用金属キャリア２を配置し、金属キャリア２の上にＭＭＩＣ１を実装した構成である。多層誘電体基板３の表面にはストリップ導体５が設けられており、内層に構成したグランド導体６と表面のストリップ導体５によりマイクロストリップ線路を構成している。また、内層のグランド導体６は、多層誘電体基板３内部に形成されて中空の柱状導体で構成されたビアホール７またはビアホール７ａ、７ｂおよびシート抵抗１１によってシャーシ金属板８と電気的接続を有する。上記マイクロストリップ線路は、ＭＭＩＣ１における高周波信号入出力端子にワイヤ９により接続される。

ここで、ビアホール７ａは、中空の第１の柱状導体で構成され、金属キャリア２側に隣接しシャーシ金属板８側と接し、ビアホール７ｂは、中空の第２の柱状導体で構成され、平面グランド導体６側と接し抵抗体材料でなるシート抵抗１１を介在してビアホール７ａと接続される。

図３に示す実施の形態３おいては、実施の形態１、２と同様に、ＭＭＩＣ１とストリップ導体５との接続を１本のワイヤ９により接続しているが、複数本のワイヤを用いても良く、ワイヤの代わりにリボンを用いても良い。また、図１の例では、高周波信号の信号線のみワイヤで接続しているが、多層誘電体基板３の表面に内層グランド導体とビアホール等で接続される導体パターンを形成し、ＭＭＩＣ表面のグランドパッドと接続するＧＳＧ（Ground Signａl Ground）接続を採用しても良い。

上記した内層に配置するシート抵抗１１は、多層誘電体基板積層時に作製することが可能である。また、シート抵抗１１を抵抗ペーストで代用しても良い。

図３に示す実施の形態３において、ワイヤ９付近で発生した電磁界が伝搬する経路となる溝部は、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８、誘電体基板内層にあるビアホール７ａ、７ｂ、内層に装荷した抵抗シート１１および内層グランド導体６により形成される溝である。

上記した電磁界が溝部を伝搬すると、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８、誘電体基板内層にあるビアホール７ａ、７ｂ、内層に装荷した抵抗シート１１および内層グランド導体６上を電流が流れるため、電流経路の中に抵抗成分であるシート抵抗１１を装荷することにより、伝搬する電磁界を減衰させることができる。この結果、ＭＭＩＣ１の入出力間結合を低減する効果が得られる。

以上のように、実施の形態３によれば、図３に示すような多層高周波回路構造を用いることにより、放熱用金属キャリア２と多層誘電体基板３の導体間に生じる溝部を伝搬するモードを低減できるので、実装する高周波ＩＣの性能低下を回避することができる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係る多層高周波回路の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

図４に示す多層高周波回路は、シャーシ金属板８の上に掘り込みを設けた多層誘電体基板３を設置し、上記掘り込み部に放熱用金属キャリア２を配置し、金属キャリア２の上にＭＭＩＣ１を実装した構成である。多層誘電体基板３の表面にはストリップ導体５が設けられており、内層に構成したグランド導体６と表面のストリップ導体５によりマイクロストリップ線路を構成している。また、内層のグランド導体６はビアホール７によってシャーシ金属板８と電気的接続を有し、ビアホール７と金属キャリア２で挟まれる領域でかつ多層誘電体基板３の内層に、電波吸収体１２を装荷している。上記マイクロストリップ線路は、ＭＭＩＣ１における高周波信号入出力端子にワイヤ９により接続される。

図４に示す実施の形態４おいては、実施の形態１、２、３と同様に、ＭＭＩＣ１とストリップ導体５との接続を１本のワイヤ９により接続しているが、複数本のワイヤを用いても良く、ワイヤの代わりにリボンを用いても良い。また、図１の例では高周波信号の信号線のみワイヤで接続しているが、多層誘電体基板３の表面に内層グランド導体とビアホール等で接続される導体パターンを形成し、ＭＭＩＣ表面のグランドパッドと接続するＧＳＧ（Ground Signａl Ground）接続を採用しても良い。

上記した内層に配置する電波吸収体１２は、多層誘電体基板積層時に作製することが可能である。また、電波吸収体としてシート状の電波吸収体を用いても良く、ペースト状の電波吸収体を用いても良い。

図４において、ワイヤ９付近で発生した電磁界が伝搬する経路となる溝部は、実施の形態２と同様に、放熱用金属キャリア２、シャーシ金属板８、誘電体基板内層にあるビアホール７および内層グランド導体６により形成される。

つまり、上記の溝内部に電磁界が集中し、伝搬が生じるので、溝内部に電波吸収体１２を配置する図４の構造を採用することにより、溝部を伝搬する電磁界を吸収することができる。この結果、ＭＭＩＣ１の入出力間結合を低減する効果が得られる。

以上のように、実施の形態４によれば、図４に示すような多層高周波回路構造を用いることにより、放熱用金属キャリア２と多層誘電体基板３の導体間に生じる溝部を伝搬するモードを低減できるので、実装する高周波ＩＣの性能低下を回避することができる。

この発明の実施の形態１に係る多層高周波回路の構造を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る多層高周波回路の構造を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る多層高周波回路の構造を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る多層高周波回路の構造を示す図である。

符号の説明

１ ＭＭＩＣ、２ 金属キャリア、３ 多層誘電体基板、４ リボン、５ ストリップ導体、６ グランド導体、７ ビアホール、７ａ，７ｂ ビアホール、８ シャーシ金属板、９ ワイヤ、１０ 金属パターン、１１ シート抵抗、１２ 電波吸収体。

Claims (4)

1. 多層誘電体基板と、
   前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、
   前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、
   前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、
   前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、
   前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、
   前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、
   前記掘り込み部分の側面に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する金属パターンと、
   前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段と
   を備えた多層高周波回路において、
   前記第２のグランド導体の一部と前記金属キャリアの一部とを電気的に接続する接続手段を中空に配置した
   ことを特徴とする多層高周波回路。
2. 多層誘電体基板と、
   前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、
   前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、
   前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、
   前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、
   前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、
   前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、
   前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、
   前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段と
   を備えた多層高周波回路において、
   前記第２のグランド導体の一部と前記金属キャリアの一部とを電気的に接続する接続手段を中空に配置した
   ことを特徴とする多層高周波回路。
3. 多層誘電体基板と、
   前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、
   前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、
   前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、
   前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、
   前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、
   前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、
   前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、
   前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段と
   を備えた多層高周波回路において、
   前記柱状導体は、少なくとも、前記金属キャリア側に隣接し前記第１のグランド導体側と接した第１の柱状導体と、前記第２のグランド導体側と接し抵抗体材料を介在して前記第１の柱状導体と接続された第２の柱状導体とを有する
   ことを特徴とする多層高周波回路。
4. 多層誘電体基板と、
   前記多層誘電体基板の表面から中間層または最下層まで貫通する掘り込み部分と、
   前記掘り込み部分の底面に設けられた第１のグランド導体と、
   前記第１のグランド導体上に配置された金属キャリアと、
   前記金属キャリア上に実装された高周波ＩＣチップと、
   前記多層誘電体基板表面に形成されたストリップ導体と、
   前記多層誘電体基板の内層に形成された第２のグランド導体と、
   前記多層誘電体基板内部に形成され前記第１のグランド導体と前記第２のグランド導体とを電気的に接続する柱状導体と、
   前記高周波ＩＣチップの高周波信号入出力端子と前記ストリップ導体とを電気的に接続する接続手段と
   を備えた多層高周波回路において、
   前記多層誘電体基板の内層であって、前記金属キャリアと当該金属キャリアに隣接する柱状導体との間の領域に、電波吸収体材料を装荷した
   ことを特徴とする多層高周波回路。

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