JP2007150526A - サスペンデット線路及び高周波パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 低損失で広範囲の温度環境下で使用でき、且つ、生産性の良いサスペンデット線路を得る。
【解決手段】 導体線路の形成された誘電体基板を挟んで中空の空洞を形成するように、接地導体が形成された誘電体基板を多層積層し、積層した各誘電体基板の間に非導電性の接着層を介在させて接合するとともに、各誘電体基板と各接着層とを共に貫通する導体スルーホールを設けることによって、上記各誘電体基板の接地導体を電気的に接続する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、マイクロ波もしくはミリ波の高周波信号を伝送するサスペンデット線路、及び当該線路を有した高周波パッケージに関する。

従来のサスペンデット線路は、溝の形成された金属からなる第１、第２の導体平板の間に、給電線路（ストリップ導体線路）の形成された誘電体基板を挟んで構成される。誘電体基板の給電線路と対向する位置には各導体平板の溝が対応するように配置されて、第１、第２の導体平板の溝と給電線路とが一種の同軸線路を構成する。誘電体基板における給電線路の周囲には接地導体が設けられ、各導体平板の接合面に導通されてグランドに接続される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１８６８３７号公報

サスペンデット線路は、給電線路の周囲を導電体で取り囲むことにより、電界が給電線路と導体平板の溝との間に集中し、誘電体による損失が少なくなり、伝播損失が主に導体による損失となるので、低損失な給電線路を実現することができる。

しかしながら、従来のサスペンデット線路は、給電線路の周囲を導電体で囲む構造上、導体平板と誘電体基板の接地導体とを導電性接着剤により接着して、その接合面での導通を確保する必要がある。この接着時に、導電性接着剤が誘電体基板の給電線路側に流れ出すと、流れ出た導電性接着剤が給電線路の周辺に不規則に固着し、信号伝播特性が劣化する。最悪の場合、流れ出た導電性接着剤が給電線路に付着し、グランドと導通して信号伝搬が出来なくなる。このため、組立工程の歩留まりが悪く、生産性が低くなるという問題があった。

また、導体平板と誘電体基板の異種材料を導電性接着剤によって接合しているので、広範囲の温度環境下で使用される場合、材料の熱膨張率差によって基板に歪が発生して信号伝播特性が劣化し、環境信頼性が低くなるという問題があった。なお、導電性接着剤は導電性ビーズが樹脂バインダに混成されているので非導電性接着剤に比べて僅かに接着力が弱く、広範囲の温度環境下で使用した場合に接着強度の信頼性がより低い。

さらに、導体平板に溝を形成するので切削加工が必要となり、加工費が高く生産性が悪くなるという問題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広範囲の温度環境下での信頼性を向上させるとともに、生産性を向上させることができるサスペンデット線路を得ることを目的とする。

この発明によるサスペンデット線路は、
第１の接地導体が形成された第１の誘電体基板と、
側面及び表裏面に第２の接地導体を有し、当該第２の接地導体が上記第１の誘電体基板における第１の接地導体に接合された第２の誘電体基板と、
第１面に設けられた第１の導体線路、第１面の裏面である第２面に第１の導体線路と対向して設けられた第２の導体線路、上記第１の導体線路から離間して上記第１面に設けられた第３の接地導体、上記第２の導体線路から離間して上記第２面に設けられた第４の接地導体、及び当該第１、第２の導体線路を導通する導電体とを有し、当該第３の接地導体が上記第２の誘電体基板における第２の接地導体に接合された第３の誘電体基板と、
側面及び表裏面が第５の接地導体を有し、当該第５の接地導体が上記第３の誘電体基板における第４の接地導体に接合された第４の誘電体基板と、
第６の接地導体が形成され、当該第６の接地導体が上記第４の誘電体基板における第５の接地導体に接合された第５の誘電体基板と、
非導電性の接着剤から成り上記各誘電体基板間をそれぞれ接合する接着層と、
を備え、
上記第２の誘電体基板は、上記第１、第２の接地導体層と上記第３の誘電体基板の第１面とで周囲を囲まれた第１の空洞が形成され、
上記第１の空洞内に上記第１の導体線路が配置され、
上記第５の誘電体基板は、上記第５、第６の接地導体と上記第３の誘電体基板の第２面とで周囲を囲まれた第２の空洞が形成され、
上記第２の空洞内に上記第２の導体線路が配置され、
上記第１〜第６の接地導体層は、上記各誘電体基板および上記接着層をそれぞれ共に貫通する接地導電体を介して電気的に接続されたものである。

この発明によれば、誘電体基板の積層構造によってサスペンデット線路を構成できるので、熱膨張の影響を抑えることができ、かつ生産性を向上させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるサスペンデット線路を構成するパッケージ１０の構造を示す断面図、図２はマイクロ波又はミリ波の高周波信号を伝送する高周波パッケージ１０を構成する各基板を示す分解断面図、図３は分解斜視図である。以下、図１〜３について説明する。
高周波パッケージ１０は、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板２、第３の誘電体基板３、第４の誘電体基板４、第５の誘電体基板５が、それぞれ下から順に積層され接合されて構成される。各誘電体基板は、いずれも比誘電率及び熱膨張率が等しい材料を用いる。
なお、図３では、図示の簡略化のために第１、第２の誘電体基板１、２を一体的に記載し、第４、第５の誘電体基板４、５を一体的に記載している他、適宜構成を簡略化している。また、図の説明において、誘電体基板における図の下方向を表面、上方向を裏面と呼ぶが、両者の位置関係を明記するための記述であって、表面、裏面を逆に表記しても良い。

第１の誘電体基板１は、少なくとも一方の表面全面に金めっきが施されて、第１の接地導体１１が形成される。
第２の誘電体基板２は、第１の誘電体基板１よりもサイズの小さい複数の部分基板の集合体から構成される。図の例では、中央に１つ（部分基板２ａ）、中央の両側に２つ（部分基板２ｂ、２ｃ）の、３つの部分基板から構成された例を示している。また、別の例として、各部分基板が一体構造を成して第２の誘電体基板２を構成しても良い。例えば、一枚の基板に複数の刳り貫き穴を設けて、刳り貫き穴の周囲を一体的に形成された複数の部分基板によって取り囲んだ構造（すなわち、部分基板２ａ〜２ｃが一体化されて日の字型を成した構造）であっても良い。第２の誘電体基板２は、表面から少なくとも一側端面を介して裏面に至るまでの全面に金めっきが施されて、第２の接地導体１２が形成される。

第３の誘電体基板３は、表面（第１面）及びその裏面（第２面）の端縁及び中央部に部分的に金めっきが施されて、第３の接地導体１３及び第４の接地導体１４が形成される。図の例では、基板の両側端縁と基板中央における表面側及び裏面側に、第３の接地導体１３及び第４の接地導体１４が設けられている。また、第３の誘電体基板３の表面に金導体のストリップ線路を構成する第１の導体線路１５が形成され、第３の誘電体基板３の裏面における第１の導体線路１５と対向する位置に金導体のストリップ線路を構成する第２の導体線路１６が配置される。

第１の導体線路１５及び第２の導体線路１６は基板端縁と基板中央との間に配置され、第３の接地導体１３及び第４の接地導体１４から所定の距離を有して非接続に設けられ、第３の接地導体１３及び第４の接地導体１４から絶縁される。図の例では、誘電体基板３の同一表面（第１面）上における、基板一端と基板中央の間と基板他端と基板中央の間の２箇所に、第１の導体線路１５ａ及び第１の導体線路１５ｂが並列に配列されている。また、誘電体基板３の同一裏面（第２面）上における、基板一端と基板中央の間と基板他端と基板中央の間の２箇所に、第１の導体線路１６ａ及び第１の導体線路１６ｂが並列に配列されている。第１の導体線路１５と第２の導体線路１６は、第３の誘電体基板３の表裏を貫通する円柱もしくは円筒もしくは円錐台形状の、所定の間隔で複数配列された導電体（スルーホール）４０によって導通される。

第４の誘電体基板４は、第１の誘電体基板１よりもサイズの小さい複数の部分基板の集合体から構成される。図の例では、中央に１つ、中央の両側に２つの、３つの部分基板から構成された例を示している。また、別の例として、各部分基板が一体構造を成して第４の誘電体基板４を構成しても良い。例えば、一枚の基板に複数の刳り貫き穴を設けて、刳り貫き穴の周囲を一体的に形成された複数の部分基板によって取り囲んだ構造であっても良い。第４の誘電体基板４は、表面から少なくとも一側端面を介して裏面に至るまでの全面に金めっきが施されて、第５の接地導体１７が形成される。
第５の誘電体基板５は、少なくとも一方の表面全面に金めっきが施されて、第６の接地導体１８が形成される。

第１の誘電体基板１の裏面に、接着層２１を介在して第２の誘電体基板２が接着される。接着層２１は第１の誘電体基板１における第１の接地導体１１と、第２の誘電体基板２における表面側の第２の接地導体１２とを接着する接着剤から構成される。第２の誘電体基板２における中央と両端縁の各部分基板は、それぞれ接着層２１を介在して第１の誘電体基板１に接着される。
第３の誘電体基板３の表面に、接着層２２を介在して第４の誘電体基板４が接着される。接着層２２は第２の誘電体基板２における裏面側の第２の接地導体１２と、第３の誘電体基板３の第３の接地導体１３とを接着する接着剤から構成される。第２の誘電体基板２における中央と両端縁の各部分基板は、それぞれ接着層２２を介在して第１の誘電体基板１に接着される。
第３の誘電体基板３の裏面に、接着層２３を介在して第４の誘電体基板４が接着される。接着層２３は第３の誘電体基板３における第４の接地導体１４と、第４の誘電体基板４における表面側の第５の接地導体１７とを接着する接着剤から構成される。第４の誘電体基板４における中央と両端縁の各部分基板は、それぞれ接着層２３を介在して第３の誘電体基板３に接着される。
第４の誘電体基板４の裏面に、接着層２４を介在して第５誘電体基板５が接着される。接着層２４は第４の誘電体基板４における裏面側の第５の接地導体１７と、第５の誘電体基板５の第６の接地導体１８とを接着する接着剤から構成される。第４の誘電体基板４における中央と両端縁の各部分基板は、それぞれ接着層２４を介在して第５の誘電体基板５に接着される。
接着層２１〜２４を構成する接着剤は、接着強度の高い非導電性接着剤を用いるのが好ましい。
すなわち、第１の接地導体１１、第２の接地導体１２、第３の接地導体１３、第４の接地導体１４、第４の接地導体１７、第５の接地導体１８は、接着層２１〜２４に対して非導通に接合される。

第１〜第５の誘電体基板の接合体（もしくは積層体）は、内部に第１の空洞３１、第２の空洞３２を有する。第１の空洞３１は、第２の誘電体基板２ｂを間に隔てて異なる隔室（一方の第１の空洞３１ａ、他方の第１の空洞３１ｂ）から構成される。第２の空洞３２は、第４の誘電体基板２ｂを間に隔てて異なる隔室（一方の第２の空洞３２ａ、他方の第２の空洞３２ｂ）から構成される。
すなわち、中央に設けられた第２の誘電体基板２ｂと一方端に設けられた第２の誘電体基板２ａとが所定の間隙を有して配置され、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板２ａ、第２の誘電体基板２ｂ、及び第３の誘電体基板３とで、一方の第１の空洞３１ａを形成する。
中央に設けられた第２の誘電体基板２ｂと他方端に設けられた第２の誘電体基板２ｃとが所定の間隙を有して配置され、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板２ｂ、第２の誘電体基板２ｃ、及び第３の誘電体基板３とで、他方の第１の空洞３１ｂを形成する。
中央に設けられた第４の誘電体基板４ｂと一方端に設けられた第４の誘電体基板４ａとが所定の間隙を有して配置され、第５の誘電体基板５、第４の誘電体基板４ａ、第４の誘電体基板４ｂ、及び第３の誘電体基板３とで、一方の第２の空洞３２ａを形成する。
中央に設けられた第４の誘電体基板４ｂと他方端に設けられた第４の誘電体基板４ｃとが所定の間隙を有して配置され、第５の誘電体基板５、第４の誘電体基板４ｂ、第４の誘電体基板４ｃ、及び第３の誘電体基板３とで、他方の第２の空洞３２ｂを形成する。

第１の導体線路１５は第１の空洞３１に接して設けられ、３方を第１の接地導体１１及び第２の接地導体１２に囲まれる。第２の導体線路１６は第２の空洞３２に接して設けられ、３方を第６の接地導体１８及び第５の接地導体１７に囲まれる。
図１に示す断面内で、一方の第１の導体線路１５ａが一方の第１の空洞３１ａ内に配置され、他方の第１の導体線路１５ｂが他方の第１の空洞３１ｂ内に配置される。また、一方の第２の導体線路１６ａが一方の第２の空洞３２ａ内に配置され、他方の第２の導体線路１６ｂが他方の第２の空洞３２ｂ内に配置される。第３の誘電体基板が第１の空洞３１及び第２の空洞３２と接する面は、第１の導体線路１５及び第２の導体線路１６の占める部分を除いて、誘電体表面が露出しており絶縁されている。

この際、第１の導体線路１５及び第２の導体線路１６は、第３の誘電体基板３の中央部と両端縁にそれぞれ設けられた第３の接地導体１３及び第４の接地導体１４に対して、概ね対称に配置される。また、第１の導体線路１５及び第２の導体線路１６は、第２の誘電体基板２および第４の誘電体基板４の各接地導体１２、１７に対して、概ね対称に配置される。

第１〜第５の誘電体基板１〜５は、導体スルーホール（接地導電体）５０、５１、５２が共に貫通する。導体スルーホール５０、５１は高周波パッケージ１０の外縁部に沿って複数個配列され、導体スルーホール５２は高周波パッケージ１０の中央部に複数個配列される。また、導体スルーホール５０、５１、５２は、接着層２１〜２４をそれぞれ共に貫通する。これによって、第１の接地導体１１、第２の接地導体１２、第３の接地導体１３、第４の接地導体１４、第４の接地導体１７、第５の接地導体１８が相互に導通される。

導体スルーホール５０、５１、５２は、導体線路１５、１６を伝播する信号の各誘電体基板及び接着層内の自由伝搬波長λに対して、λ／２以下の間隔で配列されることが望ましい。これによって、導体線路１５、１６を伝播する信号は、各誘電体基板及び各接着層から漏れ出ることがないように、複数配列された導体スルーホール５０、５１と第１の接地導体１１、第２の接地導体１２、第４の接地導体１７、第５の接地導体１８によって電磁的に遮蔽される。
また、第１の空洞３１ａまたは第２の空洞３２ａ内の導体線路１５ａ、１６ａを伝播する信号が、第１の空洞３１ｂまたは第２の空洞３２ｂ内の導体線路１５ｂ、１６ｂに干渉することがないように、複数配列された導体スルーホール５２と第１の接地導体１１、第２の接地導体１２、第４の接地導体１７、第５の接地導体１８によって電磁的に遮蔽されている。すなわち、互いに隣接する第１の導体線路１５ａまたは１６ａと、第２の導体線路１５ｂまたは１６ｂとが電磁干渉しないように遮断されている。

第１〜第５の誘電体基板１〜５と、第１〜第６の接地導体１１、１２、１３、１４、１７、１８と、導体スルーホール５０、５１、５２は擬似的な外導体として作用し、第１、第２の導体線路１５、１６を擬似的な内導体として作用して、サスペンデット線路が構成される。サスペンデット線路は、擬似的な同軸線路を構成する。図１の例では、第１、第２の導体線路１５ａ、１６ａが第１のサスペンデット線路の内導体、第１、第２の導体線路１５ｂ、１６ｂが第２のサスペンデット線路の内導体を構成し、各線路が相互に並列に配置されている。

図４は、本実施の形態によるサスペンデット線路の動作を示す図である。
第３の誘電体基板３上の第１の導体線路１５に所定の周波数の電圧を印加すると、これに応じて、第３の誘電体基板表面の第１の導体線路１５と第１の誘電基板の第１の接地導体１１との間に電界が形成されるとともに、第３の誘電体基板裏面の第２の導体線路１６と第５の誘電基板の第６の接地導体１８との間に電界が形成される。この電界により、導体線路上を伝送すべき高周波信号の電波が伝播する。

このようにサスペンデット線路は、電界が第１の導体線路１５と第１の接地導体１１、および第２の導体線路１６と第６の接地導体１８の間に集中し、第３の誘電体基板３中にはほとんど電界が通過しないため、誘電体による損失がほとんどなく、伝播損失が主に導体による損失に帰着されるので、マイクロストリップ線路と比べて極めて低損失な給電線路を実現することができる。
また、第１の導体線路１５ａと１５ｂのように、導体線路を並列させた場合であっても、第２の接地導体１２、第５の接地導体１７、及び導体スルーホール５２によって隣接する線路が電気的に遮断されており、かつ第３の誘電体基板中を伝播する電波も遮断されているので、線路間の不要な結合も抑制されている。

図５に、本実施の形態によるサスペンデット線路の製造工程を示す。図に示されているように、第３の誘電体基板３の導体スルーホールを形成した後（ステップＳ１）、第１〜第５の誘電体基板１〜５を適宜金めっき（エッチング加工）して導体線路及び接地導体をパターニングする（ステップＳ２）。
その後、各誘電体基板間に接着剤を介在させて、第１〜第５の誘電体基板１〜５を積層した後、加熱した状態で加圧することによって、各誘電体基板を一体化させる（ステップＳ３）。
一体化後、各誘電体基板１〜５及び接着層２１〜２５を貫通させて、導体スルーホール５０〜５２を設けることにより、各接地導体の導通が確保できる（ステップＳ４）。
これによって、導電性接着剤を使用する必要がないので、導電性接着剤のはみ出しによる第１の誘電体基板３上の導体線路と接地導体間の導通の発生を排除できる。

以上のように、本実施の形態では、導体線路の形成された誘電体基板を挟んで中空の空洞を形成するように、接地導体が形成された誘電体基板を多層積層し、積層した各誘電体基板の間に非導電性の接着層を介在させて接合するとともに、各誘電体基板と各接着層とを共に貫通する導体スルーホールを設けることによって各誘電体基板の接地導体を電気的に接続することにより、サスペンデット線路を形成することが出来る。
これによって、従来問題となっていた、接着剤のはみ出しや誘電体基板上への付着による、信号伝播特性の劣化を防ぎ、生産性が高くなる。また、導体板を切削加工する必要もないので、加工費が安く、生産性がさらに向上する。

さらに、同一種類の誘電体基板を積層することによってサスペンデット線路を形成することができるので、従来問題となっていた異種間材料の熱膨張の違いによる、広範囲の温度環境下での歪みの発生を防止することができる。また、非導電性の強力な接着剤を使用できるので、接着強度の信頼性も向上する。

この発明の実施形態を示すサスペンデット線路の構成図である。 この発明の実施形態を示すサスペンデット線路の分解図である。 この発明の実施形態を示すサスペンデット線路の分解斜視図である。 この発明の実施形態において、電波が伝搬する時の電界を表す図である。 この発明の実施形態において、サスペンデット線路の製造工程を表す図である。

符号の説明

１ 第１の誘電体基板、２ 第２の誘電体基板、３ 第３の誘電体基板、４ 第４の誘電体基板、５ 第５の誘電体基板、１０ 高周波パッケージ、１１ 第１の接地導体、１２ 第２の接地導体、１３ 第３の接地導体、１４ 第４の接地導体、１５（１５ａ、１５ｂ） 第１の導体線路、１６（１６ａ、１６ｂ） 第２の導体線路、１７ 第５の接地導体、１８ 第６の接地導体、２１、２２、２３、２４ 接着層、３１（３１ａ、３１ｂ） 第１の空洞、３２（３２ａ、３２ｂ） 第２の空洞、４０ 導電体（スルーホール）、５０、５１、５２ 導体スルーホール（接地導電体）。

Claims (2)

1. 第１の接地導体が形成された第１の誘電体基板と、
   側面及び表裏面に第２の接地導体を有し、当該第２の接地導体が上記第１の誘電体基板における第１の接地導体に接合された第２の誘電体基板と、
   第１面に設けられた第１の導体線路、第１面の裏面である第２面に第１の導体線路と対向して設けられた第２の導体線路、上記第１の導体線路から離間して上記第１面に設けられた第３の接地導体、上記第２の導体線路から離間して上記第２面に設けられた第４の接地導体、及び当該第１、第２の導体線路を導通する導電体とを有し、当該第３の接地導体が上記第２の誘電体基板における第２の接地導体に接合された第３の誘電体基板と、
   側面及び表裏面が第５の接地導体を有し、当該第５の接地導体が上記第３の誘電体基板における第４の接地導体に接合された第４の誘電体基板と、
   第６の接地導体が形成され、当該第６の接地導体が上記第４の誘電体基板における第５の接地導体に接合された第５の誘電体基板と、
   非導電性の接着剤から成り上記各誘電体基板間をそれぞれ接合する接着層と、
   を備え、
   上記第２の誘電体基板は、上記第１、第２の接地導体層と上記第３の誘電体基板の第１面とで周囲を囲まれた第１の空洞が形成され、
   上記第１の空洞内に上記第１の導体線路が配置され、
   上記第５の誘電体基板は、上記第５、第６の接地導体と上記第３の誘電体基板の第２面とで周囲を囲まれた第２の空洞が形成され、
   上記第２の空洞内に上記第２の導体線路が配置され、
   上記第１〜第６の接地導体層は、上記各誘電体基板および上記接着層をそれぞれ共に貫通する接地導電体を介して電気的に接続されたサスペンデット線路。
2. 請求項１もしくは請求項２記載のサスペンデット線路が少なくとも２列配列され、
   一方のサスペンデット線路と他方のサスペンデット線路の間に、上記各誘電体基板及び接着層をそれぞれ貫通する複数の接地導電体が配列されたことを特徴とする高周波パッケージ。

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