JP3008939B1 - 高周波回路基板 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 スルーホールを介して誘電体基板の表裏面の
伝送線路を接続した高周波回路基板において、高周波信
号の伝送劣化を防止する。 【解決手段】 誘電体基板１の表裏面にはグランド付き
コプレーナ線路２１、２２、２１'、２２'からなる一対
の伝送線路が設けられ、該線路がスルーホール４１、４
２を介して電気的に接続されている。各コプレーナ線路
は、グランド電極３０、３０'により囲繞されており、
コプレーナ線路とグランド電極との間隔が、スルーホー
ル近傍において広く設定されている。このように設定す
ることにより、スルーホールによる透過損失を低減で
き、よって、搭載するモジュールＭＭＩＣが高周波回路
モジュールであっても、高周波信号の劣化を抑制して伝
送することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、スルーホールを有する高
周波回路基板及び該基板を備えた半導体装置に関し、特
に、スルーホール部での伝送損失を小さくすることがで
きる高周波回路基板及び該基板を備えた半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面に素子又は回路チップからな
るモジュールが搭載される誘電体基板にスルーホールを
設け、該モジュールが電気的に接続される基板表面の伝
送線路をスルーホールを介して基板裏面に設けた伝送線
路に電気的に接続することにより、該基板裏面を外部回
路基板上に面実装可能にしている半導体装置が提案され
ている。しかしながら、このような構成の半導体装置
は、取り扱う信号の周波数が１０ＧＨｚ程度以上になる
と、スルーホールによる透過損失が急激に大きくなるこ
とが知られている。したがって、上記した従来例の構成
は、マイクロ波帯及びミリ波帯の信号を伝送させた場合
には信号の特性劣化が著しく、これらの周波数領域の信
号処理には適していない。

【０００３】このような問題点に鑑み、スルーホールを
用いていない高周波回路基板が既に提案されている。図
６は、このような高周波回路基板の断面を示しており、
該高周波回路基板は、多層構造等の誘電体基板１で構成
され、その内部に複数のスロット孔１１を設けたグラン
ド電極層６を設けるとともに、モジュール５が配置接続
される基板の表面にストリップ導体７を形成してグラン
ド電極層６とともにマイクロストリップ線路８を構成
し、さらに、外部回路基板上に面実装される基板裏面に
もストリップ導体９を形成してグランド電極層６ととも
にマイクロストリップ線路１０を構成し、これら２つの
マイクロストリップ線路をグランド電極層のスロット孔
１１を介して電磁結合させるよう構成されている。この
ような半導体装置によれば、スルーホールを必要としな
いため、それによる透過損失を生じることがないので、
高周波信号を比較的劣化が少ない状態で伝送することが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６の
従来例においては、マイクロストリップ線路８、１０を
構成するために基板内部にグランド電極層６を設ける必
要があり、したがって、その製造が単一層の基板に比べ
て複雑であり高価となる。したがって、安価な単一層の
基板を用い、スルーホールによる高周波信号の特性劣化
を抑制することができる高周波回路基板の提供が待たれ
ていた。本発明は、このような従来例の課題を解決する
ためになされたものであり、その目的は、スルーホール
を有する単一層の基板を用いた高周波回路基板におい
て、高周波信号をその特性劣化を抑制して伝送できるよ
うにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的を
達成するために、本発明においては、誘電体基板の表面
及び裏面にグランド付きコプレーナ線路からなる一対の
伝送線路を設け、これらの伝送線路を誘電体基板に設け
たスルーホールを介して電気的に接続した高周波回路基
板において、各伝送線路と同一平面上のグランド電極と
の間隔が、スルーホール近傍において他の部分と比べて
広く設定されていることを特徴としている。本発明にお
いては、スルーホール近傍における伝送線路とグランド
電極との間隔Ｗが、所定のコプレーナ線路の所定の特性
インピーダンスを有する部分の間隔ｄ１と対比して、ｄ
１＜Ｗ≦３ｄ１に設定されることが好ましい。さらに、
本発明においては、コプレーナ線路の所定の特性インピ
ーダンスを有する部分である伝送線路の側縁とグランド
電極との間隔ｄ１、スルーホール近傍における伝送線路
の側縁とグランド電極との間隔ｄ２、スルーホール近傍
における伝送線路の端縁とグランド電極との間隔ｄ３、
並びに、スルーホール近傍における伝送線路の端縁と間
隔ｄ１及びｄ２の境界との間隔ｄ４が、ｄ１＜ｄ２≦２
ｄ１、２ｄ１≦ｄ３≦３ｄ１、２ｄ１≦ｄ４≦３ｄ１に
設定されることが好ましい。

【０００６】

【発明の実施の態様】図１及び図２は、本発明の第１及
び第２の実施例の高周波回路基板を示している。図１及
び図２において、（Ａ）及び（Ｂ）は高周波回路基板の
表面図及び裏面図、（Ｃ）は該基板にモジュールＭＭＩ
Ｃを配置した状態の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿った断面
図を示している。これらの図において、１はセラミック
ス等からなる誘電体基板、２１、２２、２１'、２２'は
誘電体基板１の表裏面上に形成されたコプレーナ線路で
あり、信号の伝送線路を構成する。３０、３０'は誘電
体基板１の表裏面上に形成されたグランド電極、４１、
４２は誘電体基板１の中心線上の点にて該基板を貫通し
て設けられたスルーホールである。誘電体基板１の裏面
上の各コプレーナ線路に対向する箇所には、図１及び図
２から明らかなように、グランド電極が設けられてお
り、したがって、伝送線路を構成するコプレーナ線路２
１、２２、２１'、２２'は、グランド付きコプレーナ線
路である。

【０００７】誘電体基板１の表裏に形成されたコプレー
ナ線路２１、２１'は、スルーホール４１を介して電気
的に接続され、同様に、コプレーナ線路２２、２２'は
スルーホール４２を介して電気的に接続されている。コ
プレーナ線路及びグランド電極からなる誘電体基板１表
面及び裏面上の電極パターンは、フォトリソグラフィ又
はスクリーン印刷等によってパターニングされ形成され
る。スルーホール４１、４２は、ＮＣパンチ等の機械加
工によって形成される。

【０００８】図１に示した第１の実施例においては、誘
電体基板１の中心部１５がモジュールＭＭＩＣのサイズ
に打ち抜かれており、該モジュールが、図１（Ｃ）に示
すように、誘電体基板１に埋め込み状態に固定配置され
る。モジュールと誘電体基板１上のコプレーナ線路２
１、２２との電気的接続は、ワイアボンディング（ワイ
ア５１、５２）により行われる。図２に示した第２の実
施例においては、誘電体基板１の中心部を打ち抜かず
に、表面中心部に電極パターンを形成しない部分を設け
ている。該部分に対応する裏面中心部にはグランド電極
が形成されている。モジュールＭＭＩＣは、図２（Ｃ）
に示すように、誘電体基板１の表面の中心部に載置さ
れ、コプレーナ線路２１、２２と直接電気的に接続され
る。

【０００９】図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１及び図２に
示した本発明の高周波回路基板におけるコプレーナ線路
２１、２２、２１'、２２'、グランド電極３０、３
０'、及びスルーホール４１、４２の配置関係を説明す
るための斜視図及び平面図を示している。なお、図３に
おいては、図１の線Ｃ−Ｃから左部分又は線Ｄ−Ｄから
右部分を切断して示しており、また、コプレーナ線路、
グランド電極及びスルーホールを代表的に、参照番号２
０、３０及び４０で示している。図３（Ｂ）に示すよう
に、コプレーナ線路２０は、矩形形状を有し、その一端
部にスルーホール４０が形成され、そして適宜の間隔
（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を介してグランド電極３０に囲繞
されている。コプレーナ線路２０及びグランド電極３０
からなる電極パターンは、スルーホール４０及びコプレ
ーナ線路２０の中心を通る線Ｅ−Ｅに対して線対称に形
成されている。図３には示されていないが、誘電体基板
１の裏面にも、スルーホール４０に対して点対称の関係
にコプレーナ線路及びグランド電極が形成されている。

【００１０】スルーホール４０から離れているコプレー
ナ線路２０の両側縁とグランド電極３０との間の間隔ｄ
１は、伝送線路の所定の特性インピーダンスを有する部
分であり、該特性インピーダンスが５０Ωとなるように
設定されている。また、スルーホール４０近傍のコプレ
ーナ線路２０の側縁とグランド電極３０との間の間隔ｄ
２、及びスルーホール４０近傍のコプレーナ線路２０の
端縁とグランド電極３０との間隔ｄ３は、所望の通過帯
域で減衰量が最小となるように、電磁界シミュレーショ
ンによって決定される。なお、間隔ｄ４は、コプレーナ
線路２０のスルーホール側の端縁と間隔ｄ１及びｄ２の
境界との距離である。

【００１１】電磁界シミュレーション及び種々の実機テ
ストの結果、間隔ｄ１〜ｄ３が、 ｄ１<ｄ２≦３ｄ１ ｄ１<ｄ３≦３ｄ１ を満足している場合に、伝送特性の向上が認められた。
なお、ｄ２及びｄ３をまとめてＷで表すと、上記不等式
は ｄ１<Ｗ≦３ｄ１ で表される。さらにまた、間隔ｄ１〜ｄ４が、 ｄ１<ｄ２≦２ｄ１ ２ｄ１≦ｄ３≦３ｄ１ ２ｄ１≦ｄ４≦３ｄ１ を満足するように設定した場合に、伝送特性の劣化がよ
り低減されるという結果が得られた。

【００１２】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実機テストに
より本発明及び従来例の入出力間の伝送特性をネットワ
ークアナライザで測定した結果を対比して示したグラフ
である。従来例においては（グラフＢ）、誘電体基板１
の材料として、誘電率７．５のセラミックスを用い、図
５に示すように、信号ラインとグランド電極との距離を
一定の値ａに設定した回路基板を用いた。本発明の実験
例においては（グラフＡ）、誘電体基板１の材料とし
て、従来例の場合と同様に誘電率７．５のセラミックス
を用い、図３に示した構造を用いた。また、図３（Ｂ）
に示したそれぞれの間隔ｄ１〜ｄ４は、 ｄ１＝ａ ｄ２＝１．５ａ ｄ３＝ｄ４＝２．５ａ に設定した。図４から明らかなように、本発明の高周波
回路基板によれば、５５〜８０ＧＨｚの範囲で−０．５
ｄＢ以上の伝送特性が得られており、これに対して、従
来例においては、この周波数範囲で−１．０ｄＢ程度で
ある。したがって、本発明によれば、従来例に比べて減
衰量が１／２に低減されていることが分かる。

【００１３】以上説明したように、本発明の高周波回路
基板によれば、信号ラインとグランド電極との間隔をス
ルーホール近傍において広くしているので、インピーダ
ンスマッチングを行うことができる。したがって、マイ
クロ波帯及びミリ波帯の信号がスルーホールを介して伝
達されることによる伝送特性の劣化を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波回路基板の第１の実施例を示す
表面図、裏面図及び断面図である。

【図２】本発明の高周波回路基板の第２の実施例を示す
表面図、裏面図、及び断面図である。

【図３】本発明の高周波回路基板の信号ラインとグラン
ド電極との関係を説明するための説明図である。

【図４】本発明及び従来例の伝送特性を実験的に測定し
た結果を示すグラフである。

【図５】図４に結果を示した実験に用いた従来例の回路
基板を示す斜視図である。

【図６】スルーホールを用いていない従来例の高周波回
路基板を示す断面図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の表面及び裏面にグランド付
   きコプレーナ線路からなる一対の伝送線路を設け、これ
   らの伝送線路を誘電体基板に設けたスルーホールを介し
   て電気的に接続した高周波回路基板において、 各伝送線路と同一平面上のグランド電極との間隔が、ス
   ルーホール近傍において他の部分と比べて広く設定され
   ていることを特徴とする高周波回路基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高周波回路基板におい
   て、スルーホール近傍における伝送線路とグランド電極
   との間隔Ｗが、コプレーナ線路の所定の特性インピーダ
   ンスを有する部分の間隔ｄ１と対比して、 ｄ１<Ｗ≦３ｄ１ に設定されていることを特徴とする高周波回路基板。
3. 【請求項３】 請求項１記載の高周波回路基板におい
   て、コプレーナ線路の所定の特性インピーダンスを有す
   る部分である伝送線路の側縁とグランド電極との間隔ｄ
   １、スルーホール近傍における伝送線路の側縁とグラン
   ド電極との間隔ｄ２、スルーホール近傍における伝送線
   路の端縁とグランド電極との間隔ｄ３、並びに、スルー
   ホール近傍における伝送線路の端縁と間隔ｄ１及びｄ２
   の境界との間隔ｄ４が、 ｄ１<ｄ２≦２ｄ１ ２ｄ１≦ｄ３≦３ｄ１ ２ｄ１≦ｄ４≦３ｄ１ に設定されていることを特徴とする高周波回路基板。