JP2016012601A - 配線基板およびこれを用いた高周波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性が改善された配線基板を提供する。【解決手段】配線基板１０は、誘電体から成る基板１と、表面に形成された線路導体２と、この線路導体２の両側に間隔を隔てて配された接地導体３とを備えたコプレナー線路を有する。コプレナー線路は、曲線上に屈曲する曲線部Ｒを有し、曲線部Ｒの曲がる方向と反対方向側において、線路導体２と接地導体３との間隔を広く、曲線部Ｒの曲がる方向と同じ方向側において、線路導体２と接地導体３との間隔を狭くして形成されている。この構成によって、コプレナー線路の反射特性等、高周波特性を向上することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波信号を伝送させるプリント基板、回路基板、フレキシブル配線基板等の高周波信号用の配線基板に関するものである。

高周波用配線基板の一つに、コプレナー型高周波線路を用いた配線基板がある。コプレナー型の配線基板には、表面に配置された線路導体の両側に接地導体が形成されている。

図８は、従来のコプレナー型線路を有する配線基板の例を示す平面図である（例えば、特許文献１）。配線基板１０１の表面には、直線部および屈曲部を有する帯状の線路導体１０２が設けられている。また、線路導体１０２の両側には、線路導体１０２に沿って所定間隔を空けて接地導体１０３が配置され、コプレナー線路が形成されている。線路導体１０２の両側の接地導体１０３との間隔は均等な所定間隔となるように設計されている。

そして、コプレナー線路は、線路導体１０２の屈曲部において、線路導体１０２と接地導体１０３との間の間隔Ｗ１２を直線部における間隔Ｗ１１よりも広くするように形成されている。図８に示されたコプレナー線路では、線路導体１０２の屈曲部の角を切り取り、外側の接地導体１０３との間の間隔Ｗ１２を広くしてある。

コプレナー線路によって高周波信号を良好に伝播させるために、コプレナー線路に沿った特性インピーダンスができるだけ一定となるようにされる。図８に示すコプレナー線路においては、屈曲部において線路導体１０２と接地導体１０３との間隔を広くし、屈曲部における容量成分が小さくなるようにしている。これによって、屈曲部における特性インピーダンスを調整し、屈曲部において高周波信号に反射が生じるのを避けるようにしている。

特開２０１０−１０９２４３号公報

この例のように、屈曲させる必要がある高周波信号線路の屈曲部において高周波信号を良好に伝播させるのは容易ではない。屈曲部においては、高周波信号に付随する電磁界が乱れ、どうしても反射損失や挿入損失が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波信号線路の屈曲部において生じる高周波損失等を低減する配線基板を提供することにある。

本発明の一態様の配線基板は、誘電体から成る基板と、この基板の表面に形成された線路導体と、この線路導体の両側に間隔を隔てて配された接地導体とを備えたコプレナー線路を有する配線基板において、前記コプレナー線路は、曲線状に屈曲する曲線部を有し、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側において、前記線路導体と前記接地導体との間隔を広く、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側において、前記線路導体と前記接地導体との間隔を狭くして形成されていることを特徴とする。

本発明の上記一態様の配線基板において、前記線路導体は、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側が切り欠かれて形成されていてもよい。

また、前記線路導体は、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側を突出させて形成されていてもよい。

また、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側の前記接地導体が突出させて形成されていてもよい。

また、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側の前記接地導体が切り欠かれて形成されていてもよい。

本発明の一態様の高周波装置は、上記配線基板と、この配線基板の前記コプレナー線路に接続された高周波半導体素子とを備えていることを特徴とする。

本発明の一態様の配線基板によれば、コプレナー線路が、曲線部の曲がる方向と反対方向側において、線路導体と接地導体との間隔を広くし、曲線部の曲がる方向と同じ方向側において、線路導体と接地導体との間隔を狭くして形成されていることから、曲線部において生成される電磁界が変化し、反射損失を低減することができる。

上述配線基板において、線路導体が、曲線部の曲がる方向と反対方向側が切り欠かれて形成されていると、曲線部の曲がる方向と反対方向側における線路導体と接地導体との間の間隔を広くすることができる。

また、線路導体が、曲線部の曲がる方向と同じ方向側を突出させて形成されていると、曲線部の曲がる方向と同じ方向側における線路導体と接地導体との間の間隔を狭くすることができる。

また、曲線部において、曲線部の曲がる方向と同じ方向側の記接地導体が突出させて形成されていると、線路導体と接地導体との間の間隔を狭くすることができる。

また、曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側の前記接地導体が切り欠かれて形成されていると、線路導体と接地導体との間の間隔を広くすることができる。

本発明の一態様の高周波装置は、上記配線基板を備えていることから、高周波性能に優れる高周波装置とすることができる。

本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態の他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態のさらに他の例を示す平面図である。 本発明の実施の形態のさらに他の例を示す平面図である。 本発明の配線基板の一実施形態における高周波反射損失のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の高周波装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。 図５の高周波装置の一実施形態に係る半導体パッケージ部分を示す平面図である。 従来の配線基板の例を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る配線基板１０について、図を参照して説明する。なお、図はいずれも模式的なものであって、実際の寸法関係とは異なることがある。また、以下の説明において上下左右表裏という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いるものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

図１は本発明の一実施形態の配線基板１０を示す平面図である。なお、図において、分かりやすくするために導体部分にハッチングを付している。これらハッチングは断面を示すものではない。

図１に示すように、配線基板１０には、誘電体から成る基板１の表面に、線路導体２が形成されている。線路導体２の両側には、所定間隔を隔てて接地導体３が形成されている。線路導体２および両側の接地導体３は、いわゆるコプレナー線路を形成している。なお、配線基板１０のコプレナー線路が形成されている部分の裏面に、第２接地導体（不図示）が形成され、いわゆるグランデッドコプレナー線路とされていてもよい。

線路導体２は、例えば蛇行するように配置され、曲線状に屈曲する曲線部Ｒを有している。線路導体２は、曲線部Ｒにおいて、曲線の曲がる方向と反対側の側部が一定幅に切り欠かれた切り欠き部２ａを有している。典型的な線路導体２の幅は、例えば０．０８ｍｍである、また切り欠き部２ａの幅は０．０１ｍｍである。通常、線路導体２の両側の接地導体３との間隔Ｗ１は均等になるように設計される。しかしながら、このことによって線路導体２の曲がる方向と反対側の接地導体３と線路導体２との間隔Ｗ２は、曲線部Ｒでない部分の間隔Ｗ１よりも広くなっている。

一方、線路導体２の曲線の曲がる方向と同じ方向側の側部には一定幅に突出する形状の突出部２ｂが設けられている。典型的な突出部２ｂの突出幅は、例えば０．０１ｍｍである。これによって、線路導体２の曲がる方向と同じ方向側の接地導体３と線路導体２との間隔Ｗ３は、曲線部Ｒでない部分の間隔Ｗ１よりも狭くなっている。

なお、曲線の曲がる方向とは、曲線の曲率中心が存在する側であることを意味し、曲線の曲がる方向と反対側とは、この曲率中心が存在する側とは曲線を跨いで反対側であることを意味する。以降説明においては、曲線の曲がる方向と同じ方向を曲線の内側、曲線の曲がる方向と反対側方向を曲線の外側とも称する。

図１に示す例においては、曲線部Ｒにおける線路導体２の外側の側部が切り欠かれ、線路導体２の内側の側部が突出されている。つまり、線路導体２は、曲線部Ｒにおいて、全体が曲線部Ｒの内側方向側に一定距離だけシフトさせたような形状に形成されている。

曲線部Ｒの外側方向における線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ２を広くし、曲線部Ｒの内側方向における線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ３を狭くする手段としては、この他にも様々な形態とすることが可能である。

例えば、図２に示す例は、曲線部Ｒにおいて、曲線部Ｒの内側方向側の接地導体３が一定幅に突出させた突出部３ａとして形成されている。典型的な突出部３ａの突出幅は、例えば０．０１ｍｍである。これによって、線路導体２の内側方向の線路導体２と接地導体３との間隔を狭くすることができる。

一方、曲線部Ｒにおいて、曲線部Ｒの外側方向側の接地導体３が一定幅切り欠かれた切り欠き部３ｂを有する形状に形成されている。典型的な切り欠き部３ｂの切り欠き幅は、例えば０．０１ｍｍである。これによって、線路導体２の外側方向の線路導体２と接地導
体３との間隔を広くすることができる。

図２に示す例においては、曲線部Ｒにおいて、曲線部Ｒの外側方向側に接地導体３全体をシフトさせたような形状に形成されている。これによって、曲線部Ｒの外側方向側において線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ２を広くし、曲線部Ｒの内側方向側において線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ３を狭くすることができる。

また、上述の手段を組み合わせることによって実現してもよい。例えば、図３に示す例においては、曲線部Ｒにおいて、線路導体２の外側方向側の側部に切り欠き部２ａが設けられている。一方、線路導体２の内側方向側の側部に突出部２ｂを設ける代わりに、内側方向側の接地導体３の側部に突出部３ａが設けられている。これによって、曲線部Ｒの外側方向側において線路導体２と接地導体３との間隔を広くし、曲線部Ｒの内側方向側において線路導体２と接地導体３との間隔を狭くしている。

さらに、線路導体２の両側に切り欠き部２ａおよび突出部２ｂを設け、線路導体２の両側の接地導体３に突出部３ａと切り欠き部３ｂとを設けて実現してもよい。例えば、図４は、曲線部Ｒにおいて、線路導体２の両側に切り欠き部２ａと突出部２ｂとを設け、同時に、接地導体３に突出部３ａと切り欠き部３ｂとを設けた例を示す。

これら、曲線部Ｒにおいて、線路導体２の外側方向の線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ２を広くし、内側方向の線路導体２と接地導体３との間隔Ｗ３を狭くすることによって、コプレナー線路の反射損失を低くすることができる。

図５は、周波数を５０ＧＨｚまで変化させたときのコプレナー線路の反射損失をシミュレートした結果をグラフにした図である。図５において、曲線Ａは、図１に示す一方のコプレナー線路Ａにおける両側の接地導体３との間隔が直線部と同じ間隔である従来のコプレナー線路とした場合の反射損失をプロットしたものである。曲線Ｂは、図１に示す例の一方のコプレナー線路Ａの反射損失をプロットしたものである。図１に示す例の一方のコプレナー線路Ａの反射損失は従来のコプレナー線路の反射損失よりも低くなることが図から判る。

高周波信号が伝播される際、線路導体２に沿って、線路導体２の側部と両側の接地導体３の側部との間に電磁界が生じる。直線部においては線路導体２の両側で対称な電磁界が生じて高周波信号が伝播されるのであるが、曲線部Ｒにおいては、線路導体２の内側と外側とで位相差が生じることになり、このような電磁界の乱れが反射損失増大等の結果になって現れるのではないかと考えられる。

本発明の一実施形態に係る配線基板１０においては、曲線部Ｒにおいて、線路導体２の内側における接地導体３との間隔が狭い。したがって線路導体２と接地導体３との結合が線路導体２の内側で強くなる。一方、線路導体２の外側における接地導体３との間隔が広い。したがって線路導体２と接地導体３との結合が線路導体２の外側で弱くなる。そこで、高周波信号は主として線路導体２の内側における電磁結合を通じて伝播することになり、曲線部Ｒの内側と外側との位相差によって生じる電磁界の乱れ等の影響が緩和されることで、高周波特性が改善するのではないかと推測される。

基板１には、誘電体、すなわち電気的絶縁材が用いられる。具体的には、ポリイミド樹脂等を用いたフレキシブル基板や、エポキシ樹脂等の樹脂を用いた有機基板、セラミックスまたはガラス等の無機材を用いたリジッド回路基板等、一般的に回路基板に用いられる電気的絶縁材を用いることができる。

これら基板１の表面に、銅や銀，マンガン，モリブデン，その他の金属や合金から成る金属導体をめっき、印刷、蒸着、焼結等することによって、線路導体２，接地導体３が形成される。

これら配線基板１０は高周波装置３０の内部において高周波信号を接続するために用いられる。図６に、配線基板１０が用いられる高周波装置３０の一例として、半導体パッケージ２０に高周波半導体素子２４が封止された高周波半導体装置３０の例を示す。図７は、図６に示される半導体パッケージ２０部の平面図である。

この半導体パッケージ２０は、一例を挙げると、筐体２１が鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属やアルミナセラミックス等のセラミックス材によって形成されている。その筐体２１の一側壁を貫通するように、アルミナセラミックス等のセラミックスから成り、半導体パッケージ２０の内外を接続する接続導体を備えた入出力端子２２が嵌着されたものである。

図６，図７に示す例において、配線基板１０は、半導体パッケージ２０の高周波入出力端子２２の一部として用いられている。そして、入出力端子２２の枠体２１外側部分には、リード端子等（不図示）が接続される。リード端子は、それぞれ入出力端子２２上の配線基板１０の線路導体２、および接地導体３に電気的に接続される。また、配線基板１０の線路導体２の他端および接地導体３の他端には高周波半導体素子２４の電極がボンディングワイヤ等を介して接続される。

図６に示した例の他に、例えば、高周波半導体素子２４が搭載される基板２３に配線基板１０を用いてもよい。この場合、入出力端子２２とボンディングワイヤ等を介して配線基板１０の線路導体２および接地導体３に接続される。また、高周波半導体素子２４が、線路導体２および接地導体３に半田バンプ等を介して接続される。

このように、配線基板１０を用いて外部回路基板と半導体パッケージ２０内部の高周波半導体素子２４とを接続することによって、高周波入出力信号の高周波特性が改善される。よって、良好な性能を有する高周波半導体装置３０とすることができる。

なお、本発明は上述の実施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において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、本実施形態においては、基板１の表面に線路導体２および接地導体３を形成した配線基板１０を示したが、これら配線基板１０の上層または下層にさらに他の配線基板１０を積層し、多層の配線基板１０としてもよい。

また、本実施形態では、一本の線路導体２とその両側の接地導体３とから成る一本のコプレナー線路を形成した例を代表として説明したが、これらコプレナー線路を複数並列に配置し、複数のコプレナー線路を有する配線基板１０としてもよい。

１：基板
２：線路導体
２ａ：（線路導体の）切り欠き部
２ｂ：（線路導体の）突出部
３：接地導体
３ａ：（接地導体の）突出部
３ｂ：（接地導体の）切り欠き部
Ｒ：曲線部
１０：配線基板
２０：半導体パッケージ
３０：高周波装置

Claims (6)

1. 誘電体から成る基板と、該基板の表面に形成された線路導体と、該線路導体の両側に間隔を隔てて配された接地導体とを備えたコプレナー線路を有する配線基板において、
   前記コプレナー線路は、曲線状に屈曲する曲線部を有し、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側において、前記線路導体と前記接地導体との間隔を広く、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側において、前記線路導体と前記接地導体との間隔を狭くして形成されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記線路導体は、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側が切り欠かれて形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記線路導体は、前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側を突出させて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板。
4. 前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と同じ方向側の前記接地導体が突出させて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線基板。
5. 前記曲線部において、前記曲線部の曲がる方向と反対方向側の前記接地導体が切り欠かれて形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の配線基板。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された配線基板と、該配線基板の前記コプレナー線路に接続された高周波半導体素子とを備えていることを特徴とする高周波装置。