JP2011187575A

JP2011187575A - 高周波多層回路基板の接続構造

Info

Publication number: JP2011187575A
Application number: JP2010049702A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hatakeyama; 英樹畠山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】インピーダンス不整合や高周波信号の放射を抑圧でき、かつ広帯域特性を実現できる高周波多層回路基板の接続構造を得ること。
【解決手段】高周波多層回路基板同士の接続部に、それぞれの高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、それぞれの高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体とを備える。これにより、インピーダンス不整合や高周波信号の放射を抑圧でき、かつ広帯域特性を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波多層回路基板の接続構造に関するものである。

金属ベース上に実装されている高周波回路基板同士を接続する場合、基板上に形成されている高周波信号用の導体線路を金リボン等の接続用導体にてボンディング、はんだ付け等により接続する方法では、接続部のインピーダンスと基板に形成される高周波回路のインピーダンスとに不整合が生じ、反射特性劣化等の特性悪化の原因となる。インピーダンス不整合による特性悪化を防ぐためには基板上に整合回路を形成する方法があるが、この場合インピーダンス整合が取れる周波数は制限され、周波数特性が狭くなるという問題がある。また、製造時のばらつきにより接続用導体の長さが変化した場合、整合状態が変化し、特性ばらつきの原因となる。

これを改善する手段として、例えば特許文献１では、接続用導体を金属ベース側に凸状に成るように形成し、接続部のインピーダンスを基板上の高周波回路のインピーダンスに近づけることにより不整合が小さくなるようにする方法が提案されている。

特開平７−２４０６０１号公報

しかし、特許文献１に記載の技術を多層基板に適用した場合、基板厚が厚いために、接続用導体とグランド（ＧＮＤ）として使用している金属ベースとの距離が大きくなり、インピーダンス整合が十分取れないという問題があった。

また、多層基板では、高周波回路のＧＮＤを基板内に形成した場合、基板内のＧＮＤと金属ベースとの距離が大きくなることにより、信号線路を流れる高周波電流と金属ベースを含むＧＮＤを流れる高周波電流との間で位相差が生じ、高周波信号の放射が大きくなる原因となっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、インピーダンス不整合や高周波信号の放射を抑圧でき、かつ広帯域特性を実現できる高周波多層回路基板の接続構造を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明にかかる高周波多層回路基板の接続構造は、高周波多層回路基板同士の接続部に、それぞれの高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、それぞれの高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、接続部に形成されるマイクロストリップ線路における信号線路電流経路とグランド線路電流経路との間で位相差が生じないように構成できるので、高周波信号の放射を抑圧できる。また、接続部のインピーダンスを高周波多層回路基板に形成されている高周波回路のインピーダンスに合わせることができるので、インピーダンス不整合を抑圧できる。これによって、整合回路を不要とすることができ、広帯域化が図れるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態による高周波多層回路基板の接続構造の構成を示す概念斜視図である。図２は、図１に示す接続構造において形成される電流経路を説明する図である。図３は、比較例の接続構造の構成を示す概念斜視図である。図４は、図３に示す比較例接続構造において形成される電流経路を説明する図である。図５は、図１に示す接続構造における接続部のインピーダンスの調整可能性を説明する特性図である。図６は、図１に示す接続構造における接続部のインピーダンスと両多層基板に形成された高周波回路のインピーダンスの値を揃えたときの反射特性を比較例接続構造と対比して示す特性図である。図７は、図１に示す接続構造における接続部のインピーダンスと両多層基板に形成された高周波回路のインピーダンスの値を揃えたときの通過特性を比較例接続構造と対比して示す特性図である。

以下に、本発明にかかる高周波多層回路基板の接続構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の一実施の形態による高周波多層回路基板の接続構造の構成を示す概念斜視図である。図２は、図１に示す接続構造において形成される電流経路を説明する図である。

図１において、金属ベース１上に実装される高周波多層回路基板２、３は、それぞれトリプレート構造のように、信号線路を内層に形成し、グランド（ＧＮＤ）を表層に形成した高周波回路が形成されている。なお、トリプレート構造の場合は、内層のＧＮＤがスルーホールにより表層のＧＮＤと接続されている。

このような高周波多層回路基板２、３の接続構造として、この実施の形態では、図１に示すように、高周波多層回路基板２の接続部において、内層に形成されている導体線路４に信号接続用導体５の一端をボンディングやはんだ付け等により接続し、表層に形成されているＧＮＤ面６にＧＮＤ接続用導体７の一端をボンディングやはんだ付け等により接続する。

同様に、高周波多層回路基板３の接続部において、内層に形成されている図示しない導体線路に信号接続用導体５の他端をボンディングやはんだ付け等により接続し、表層に形成されているＧＮＤ面８にＧＮＤ接続用導体７の他端をボンディングやはんだ付け等により接続する。なお、信号接続用導体５およびＧＮＤ接続用導体７は、金属リボンなどである。

そうすると、図２おいて、高周波多層回路基板２の接続部近傍では、内層の導体線路４をトリプレート信号線路とし、表層のＧＮＤ面６を一方のトリプレートＧＮＤ面とし、内層のＧＮＤ面１０を他方のトリプレートＧＮＤ面とするトリプレート線路１１が形成されており、また、高周波多層回路基板３の接続部近傍では、内層の導体線路１３をトリプレート信号線路とし、表層のＧＮＤ面８を一方のトリプレートＧＮＤ面とし、内層のＧＮＤ面１４を他方のトリプレートＧＮＤ面とするトリプレート線路１５が形成されている状況において、接続部の間隙では、信号接続用導体４をマイクロストリップ導体線路とし、ＧＮＤ用接続導体７をマイクロストリップＧＮＤ面とするマイクロストリップ線路１６が形成されることになる。

次に、この実施の形態の理解を容易にするため、比較例の接続構造について説明する。図３は、比較例の接続構造の構成を示す概念斜視図である。図４は、図３に示す比較例接続構造において形成される電流経路を説明する図である。

図３において、比較例の接続構造では、金属ベース２０上に実装される高周波多層回路基板２１、２２は、表層に形成されている導体線路２３，２４が金属リボンなどの接続用導体で接続される。

図４に示すように、高周波多層回路基板２１に形成されるマイクロストリップ線路は、表層に形成されている導体線路２３をマイクロストリップ導体線路とし、内層のＧＮＤ面２８をマイクロストリップＧＮＤ面としている。また、高周波多層回路基板２２に形成されるマイクロストリップ線路は、表層に形成されている導体線路２４をマイクロストリップ導体線路とし、内層のＧＮＤ面３０をマイクロストリップＧＮＤ面としている。

ところが、接続部の間隙に形成されるマイクロストリップ線路は、接続用導体２５をマイクロストリップ導体線路とし、金属ベース２０をマイクロストリップＧＮＤ面として形成される。そのため、ＧＮＤ面に形成される破線で示すＧＮＤ線路電流経路３３は、接続部の間隙において金属ベース２０を経由する経路となる。高周波多層回路基板２１，２２では、内層ＧＮＤ面２８，３０と金属ベース２０との距離は大きいので、金属ベース２０を経由する経路長は無視できない程度の大きさになる。

そのため、表層に形成される実線で示す信号線路電流経路３２を流れる高周波電流と、ＧＮＤ線路電流経路３３を流れる高周波電流との間で位相差が生じ、高周波信号の放射が起こる。また、高周波多層回路基板２１、２２内に形成される高周波回路のインピーダンスと、接続部に形成される高周波回路のインピーダンスとの差が大きくなるので、インピーダンス不整合による反射特性劣化等の特性劣化を引き起こす。

これに対し、実施の形態による接続構造では、図２に示すように、内層に形成される実線で示す信号線路電流経路１７と、表層に形成される破線で示すＧＮＤ線路電流経路１８との間で、経路長に大きな差はないので、両者を流れる高周波電流に無視できないような位相差は発生しない。したがって、比較例の接続構造で起こる高周波信号の放射を抑圧することができる。

また、実施の形態による接続構造では、高周波多層回路基板２、３内に形成される高周波回路のインピーダンスと、接続部に形成される高周波回路のインピーダンスとの差が比較例の接続構造よりも大幅に小さくなるので、インピーダンス不整合による反射特性劣化等の特性劣化を抑圧することができる。

次に、図５〜図７を参照して、具体的に実施の形態による接続構造で実現できる特性について説明する。図５は、図１に示す接続構造における接続部のインピーダンスの調整可能性を説明する特性図である。

図５において、横軸は、マイクロストリップ線路とみなした接続部の信号線路（信号接続用導体５）とＧＮＤ線路（ＧＮＤ接続用導体７）との距離［ｍｍ］であり、２ｍｍまで目盛られている。縦軸は、マイクロストリップ線路とみなした接続部のインピーダンス｛Ω｝であり、３００Ωまで目盛られている。特性Ａ〜特性Ｅは、信号接続用導体５の幅をパラメータとしたインピーダンス特性である。特性Ａは信号接続用導体５の幅が０．２ｍｍの場合、特性Ｂは信号接続用導体５の幅が０．４ｍｍの場合、特性Ｃは信号接続用導体５の幅が０．６ｍｍの場合、特性Ｄは信号接続用導体５の幅が０．８ｍｍの場合、特性Ｅは信号接続用導体５の幅が１．０ｍｍの場合のものである。

図５に示すように、信号接続用導体５と、信号接続用導体５とＧＮＤ接続用導体７との距離とを調整することにより、接続部を所望のインピーダンスに調整することができる。すなわち、接続部のインピーダンスと、高周波多層回路基板２，３に形成された高周波回路のインピーダンスの値を揃えることができるので、インピーダンス不整合の抑圧が可能になる。

図６と図７は、図１に示す接続構造における接続部のインピーダンスと両多層基板に形成された高周波回路のインピーダンスの値を揃えたときの反射特性、通過特性を比較例接続構造と対比して示す特性図である。

図６において、実施の形態による接続構造での反射振幅特性３５は、３０ＧＨｚまで特性劣化は無い。また、図７において、実施の形態による接続構造での通過振幅特性３７は、ほぼ３０ＧＨｚまで劣化が無く、ほぼ０ｄＢの特性を示している。これは、実施の形態による接続構造では、広い周波数に渡ってインピーダンス整合が取れていることを示している。

これに対し、図６において、比較例接続構造での反射振幅特性３５は、周波数が高くなるにつれて反射振幅が増大している。また、図７において、比較例接続構造での通過振幅特性３７は、周波数が高くなるにつれて通過振幅が減少している。これは、比較例接続構造では、周波数の増加と共にインピーダンス不整合が大きくなることを示している。

加えて、実施の形態による接続構造では、接続部のインピーダンスを高周波多層回路基板２，３に形成された高周波回路のインピーダンスに合わせることができるので、接続する高周波多層回路基板に整合回路を設ける必要がなくなる。これによって、整合回路により周波数特性が狭まることがなくなり、広帯域化が図れるとともに、整合回路が不要となることで回路の小型化が可能となる。

また、整合回路を用いて整合を取った場合、製造ばらつきにより接続用導体の長さが変化すると、整合状態が変化するため特性ばらつきが生じる。これに対し、実施の形態による接続構造では、接続部のインピーダンスを高周波多層回路基板２，３に形成された高周波回路のインピーダンスに合わせることができるので、接続用導体の長さが変化しても整合状態の変化は生じない。つまり、製造ばらつきによる特性ばらつきを抑圧することができる。

以上のように、本発明にかかる高周波多層回路基板の接続構造は、インピーダンス不整合や高周波信号の放射を抑圧でき、かつ広帯域特性を実現できる高周波多層回路基板の接続構造として有用である。

１金属ベース
２，３高周波多層回路基板
４，１３内層の導体線路（トリプレート信号線路）
５信号接続用導体
６，８表層のＧＮＤ面（表層のトリプレートＧＮＤ面）
７ＧＮＤ接続用導体
１０，１４内層のＧＮＤ面（内層のトリプレートＧＮＤ面）
１１，１５トリプレート線路
１６マイクロストリップ線路

Claims

高周波多層回路基板同士の接続部に、
それぞれの高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、
それぞれの高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体と
を備えることを特徴とする高周波多層回路基板の接続構造。
前記信号接続用導体の幅と、前記内層に形成された導体線路と前記表層に形成されたグランド面との間の距離との関係は、前記接続部のインピーダンスを、前記高周波多層回路基板に形成されている高周波回路のインピーダンスと整合の取れた所望のインピーダンスにする関係に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波多層回路基板の接続構造。