JP3610715B2

JP3610715B2 - 多層実装ｍｍｉｃ回路

Info

Publication number: JP3610715B2
Application number: JP00611597A
Authority: JP
Inventors: 直幸栗田; 恵吾鴨崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH10209720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層実装ＭＭＩＣ（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）回路に関し、特に、実装された複数のＭＭＩＣ回路面同士をスロット線路を介して高周波信号のみの電気的導通が図られている多層実装ＭＭＩＣ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、誘電体基板１０、表面ＭＭＩＣ回路面２０、裏面ＭＭＩＣ回路面３０、グランド金属面４０よりなる２層実装ＭＭＩＣ回路において、表面ＭＭＩＣ回路面２０と裏面ＭＭＩＣ回路面３０間の電気的導通を得るために、誘電体基板１０にスルーホール５０を形成し、その側壁面上に金属層５５を堆積させて、表面ＭＭＩＣ回路面２０と裏面ＭＭＩＣ回路面３０とを接続する方式が用いられる。表面ＭＭＩＣ回路面２０からの入力信号はスルーホール５０の側壁面上の金属層５５を通じて裏面ＭＭＩＣ回路面３０へ出力される。スルーホール５０の形成箇所近傍のグランド金属面４０上の金属層は除かれており、金属層５５とグランド金属面４０との間の電気的絶縁が保持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多層実装ＭＭＩＣ回路は、誘電体基板１０を選択的に溶解せしめてスルーホール５０を形成し、その側壁面上にめっき法等により金属層５５を堆積させる。このめっき工程には長時間を要する。このためＭＭＩＣ回路の生産性の向上に限界があり、かつＭＭＩＣ回路全体が高価になるという問題がある。
【０００４】
また、金属層５５の堆積厚みはめっき処理の時間により制御するためスルーホールごとに層厚のばらつきが大きく、高周波信号の伝送特性が大きくばらつくことにより、回路全体の信頼性の低下を招くことがある。
【０００５】
さらに、表面ＭＭＩＣ回路面２０と裏面ＭＭＩＣ回路面３０との間に、ＧＨｚオーダーの高周波信号を伝送させる場合には、スルーホール５０の物理長、すなわち誘電体基板１０の厚みに対応するインダクタンス成分が付加されるため、伝送損失が大きくなる。また、そのインダクタンス成分により高周波帯域でインピーダンスが大きくなることによってスルーホール５０がローパスフィルタの働きをすることになり、高周波信号を伝送することができなくなるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明においては、第１のＭＭＩＣ回路面と第２のＭＭＩＣ回路面と第１のＭＭＩＣ回路面と第２のＭＭＩＣ回路面に介在する誘電体基板の中央部にグランド金属面が設けられた多層実装ＭＭＩＣ回路において、グランド金属面上にスロット線路を形成し、かつ、第１のＭＭＩＣ回路面上の伝送線路と第２のＭＭＩＣ回路面上の伝送線路の先端部近傍において、第１のＭＭＩＣ回路面上の伝送線路の中心線及び第２のＭＭＩＣ回路面上の伝送線路の中心線のそれぞれがスロット線路の中心線と略直交するようにする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を２層実装ＭＭＩＣ回路に適用した実施の形態を図１及び図２を用いて詳細に説明する。図１は２層実装ＭＭＩＣ回路の断面図であり、図２はその平面透視図である。誘電体基板１０の表面に第１のＭＭＩＣ回路面２０が形成され、裏面に第２のＭＭＩＣ回路面３０が形成されている。誘電体基板１０の厚み方向における中央部にグランド金属面４０が形成されている。本発明は、第１のＭＭＩＣ回路面２０と第２のＭＭＩＣ回路面３０間の電気的導通を得るための方法として、グランド金属面４０にエッチング法等によりスロット線路４５を形成するものである。
【０００８】
図２を用いて、本発明における高周波信号の流れを説明する。第１のＭＭＩＣ回路面２０上のマイクロストリップ線路を伝搬してきた高周波信号は、線路端のＡ部においてマイクロストリップ−スロットモード変換を受け、スロット線路４５に伝搬し、伝搬方向が９０度変化する。スロット線路４５を伝搬する高周波信号は、第２のＭＭＩＣ回路面３０上のマイクロストリップ線路の線路端のＢ部において再びモード変換を受け、第２のＭＭＩＣ回路面３０上のマイクロストリップ線路に伝搬し、再び伝搬方向が９０度変化する。Ａ、Ｂ部は、ＭＭＩＣ回路面２０または３０上のマイクロストリップ線路の中心線とスロット線路４５の中心線とが交叉する領域である。Ａ、Ｂ部においてはマイクロストリップ線路とスロット線路は直交していることが変換効率上望ましい。
【０００９】
ここで、第１のＭＭＩＣ回路面２０上のマイクロストリップ線路幅Ｗ１と、第２のＭＭＩＣ回路面３０上のマイクロストリップ線路幅Ｗ２と、スロット線路４５のスロット幅Ｓの各寸法は、誘電体基板１０の厚みと、誘電率と、回路の特性インピーダンス等の各パラメータにより最適値が決定できる。
【００１０】
また、スロット線路４５の中心線から、第１のＭＭＩＣ回路面２０上および第２のＭＭＩＣ回路面３０上のマイクロストリップ線路先端までの距離Ｌは、伝送する高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に等しくする。これにより、マイクロストリップ線路の先端位置では電気的に開放、スロット線路４５の中心線に一致する位置では電気的に短絡となり、Ａ部およびＢ部におけるマイクロストリップ線路とスロット線路４５との結合が最大となり、高周波信号の伝搬効率が最大となる。
【００１１】
さらに、Ａ部において第１のＭＭＩＣ回路面２０上のマイクロストリップ線路からスロット線路４５に伝搬してきた高周波信号は、スロット線路４５の両先端方向に伝搬する。Ａ部からスロット線路４５の先端部に伝搬され、反射された高周波信号は、Ａ部からＢ部に直接伝搬される高周波信号と位相ずれを生じて伝搬されることにより、高周波信号の伝搬効率を低下させる。そのため、スロット線路４５の線路先端ではインピーダンス整合をとり、スロット線路４５の先端部から高周波信号が反射しないようにする必要がある。Ｂ部においても同様である。
【００１２】
具体的には、スロット線路４５の線路先端でインピーダンス整合をとるためには、図２に示すように、スロット線路４５の線路先端において線路幅を拡張し、例えば、矩形構造とすることで実現できる。矩形の大きさは高周波信号が反射を生じないインピーダンス値を与えるべく定められる。この矩形構造の代替例として、図４のように両端を円形スロット構造としてもよく、図５のように両端をラジアルスロット構造としてもよい。
【００１３】
このように、本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路では、高周波信号の伝達にマイクロストリップ−スロットモード変換を利用するため、誘電体基板にスルーホールを形成する必要がない。したがって、スルーホールの物理長に起因するインダクタンス成分による伝送損失等の問題を解決できる。
【００１４】
図１、図２に示したのは、ＭＭＩＣ回路を誘電体基板１０の表面および裏面の２面に形成する実施例であるが、本発明はＭＭＩＣ回路面を３面以上形成する例にも容易に適用できる。図６に、表面と、裏面と、内部面との３面にＭＭＩＣ回路面を形成した３層実装ＭＭＩＣ回路の実施例を示す。
【００１５】
誘電体基板１０の表面に第１のＭＭＩＣ回路面２０を、裏面に第２のＭＭＩＣ回路面３０を、内部面に第３のＭＭＩＣ回路面３５を形成し、各ＭＭＩＣ回路面の間にグランド金属面４０ａおよび４０ｂを形成する。図２で説明した２層実装ＭＭＩＣ回路と同様に、グランド金属面４０ａ上および前記グランド金属面４０ｂ上には、それぞれスロット線路４５ａおよびスロット線路４５ｂを形成する。
【００１６】
第１のＭＭＩＣ回路面２０を伝搬してきた高周波信号は、スロット線路４５ａを経由して第２のＭＭＩＣ回路面３５に伝搬する。さらに、第２のＭＭＩＣ回路面３５からの高周波信号は、スロット線路４５ｂを経由して第３のＭＭＩＣ回路面３０に伝搬する。
【００１７】
このように、グランド面４０ａおよび４０ｂ上の任意の位置にスロット線路を形成することにより、第１のＭＭＩＣ回路面２０と、第２のＭＭＩＣ回路面３０と、第３のＭＭＩＣ回路面３５との３層間の電気的導通を、誘電体基板１０上の任意の場所で実現できる。
【００１８】
以上説明した実施例は、誘電体基板１０内に、スロット線路面とＭＭＩＣ回路面を交互に形成することによって、任意数のＭＭＩＣ回路面をもつ多層実装ＭＭＩＣ回路に拡張できる。
【００１９】
また、高周波信号はマイクロストリップ線路により伝搬される実施例について説明してきたが、ＭＭＩＣ回路面がコプレーナ線路によって形成されたＭＭＩＣ回路についても本発明は適用可能である。図７は、誘電体基板１０と信号線２０ａおよびグランド線２０ｂとからなるコプレーナ線路により形成される第１のＭＭＩＣ回路面と、第２のＭＭＩＣ回路面３０と、グランド面４０とからなる２層実装ＭＭＩＣ回路の実施例を示している。（ａ）はその表面透視図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【００２０】
コプレーナ線路により形成される第１のＭＭＩＣ回路面の信号線２０ａの線路長は、グランド線２０ｂの線路長よりも延伸させる。グランド線２０ｂはスルーホール５０によりグランド面４０と電気的導通がとられる。信号線２０ａは、グランド線２０ｂ端部のスルーホール５０より延伸された領域においてはマイクロストリップ線路と同等の構成となる。信号線２０ａを伝搬してきた高周波信号はＡ部を経由してスロット線路４５に伝搬し、スロット線路４５を伝搬する高周波信号は、Ｂ部を経由して第２のＭＭＩＣ回路面３０に伝搬する。
【００２１】
図７の実施例においては、第１のＭＭＩＣ回路面のコプレーナ線路を構成するグランド線２０ｂにスルーホール５０を形成する必要がある。そこで、図８のように、グランド線２０ｂの先端を信号線２０ａに対して９０度折り曲げ、オープンスタブを形成する。ここでオープンスタブ長Ｌは、伝送高周波信号の波長の４分の１の奇数倍に等しくすることにより、グランド線２０ｂの先端部は電気的に開放、折り曲げ部は電気的に短絡の構成となり、前記グランド線２０ｂの折り曲げ部においてグランド面４０との電気的導通が得られる。
【００２２】
本発明によるＭＭＩＣ回路においては、高周波信号の伝搬にマイクロストリップ−スロットモード変換を利用しているために直流成分を遮断できるという効果がある。図９を用いて説明する。図９はアンテナ回路の一部を示したもので、発振器６０、増幅器７０とアンテナ８０よりなる。図１に対応させると、発振器６０、増幅器７０とは第１のＭＭＩＣ回路面２０を形成し、アンテナ８０は第２のＭＭＩＣ回路面３０を形成する。
【００２３】
従来においては、増幅器７０のドレインバイアス回路７１からの直流成分がアンテナ８０に流入することを防止する、あるいはアンテナ８０からのノイズ成分が増幅器７０に流入することを防止するためにコンデンサ７２を設けていた。しかしながら、増幅器７０とアンテナ８０との接続に本発明を適用することにより、コンデンサ７２は不要であり、省略することができる。これにより、アンテナ回路をより単純化することができるという効果がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路は、誘電体基板にスルーホールを形成する必要がないため、エッチングおよびスルーホール側壁のめっき等の工程を廃することができる。その結果、ＭＭＩＣ回路の生産性の向上、および低廉化が図られ、スルーホールによる高周波信号の伝送に比べ、信頼性が向上するという効果が奏される。また、スルーホールの物理長に起因するインダクタンス成分が存在しないため、高周波信号の伝送損失を小さくでき、伝送帯域も広くとれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す平面透視図である。
【図３】従来例の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す平面透視図である。
【図５】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す平面透視図である。
【図６】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す平面透視図および断面図である。
【図８】本発明の多層実装ＭＭＩＣ回路の接続法の構成を示す平面透視図である。
【図９】本発明を適用するアンテナ回路の一部である。
【符号の説明】
１０…誘電体基板、２０…第１のＭＭＩＣ回路面、３０…第２のＭＭＩＣ回路面、３５…第３のＭＭＩＣ回路面、４０…グランド金属面、４５…スロット線路、５０…スルーホール、５５…スルーホール側壁面上に堆積させた金属層、６０…発振器、７０…増幅器、７１…ドレイン側バイアス回路、７２…コンデンサ、８０…アンテナ。

Claims

第１のＭＭＩＣ回路面と第２のＭＭＩＣ回路面と上記第１のＭＭＩＣ回路面と上記第２のＭＭＩＣ回路面に介在する誘電体基板の中央部にグランド金属面が設けられた多層実装ＭＭＩＣ回路において、
上記グランド金属面上にスロット線路を形成し、かつ、上記第１のＭＭＩＣ回路面上の伝送線路と上記第２のＭＭＩＣ回路上の伝送線路の先端部近傍において、上記第１のＭＭＩＣ回路上の伝送線路の中心線及び上記第２のＭＭＩＣ回路上の伝送線路の中心線のそれぞれは上記スロット線路の中心線と略直交することを特徴とする多層実装ＭＭＩＣ回路。
請求項１記載の多層実装ＭＭＩＣ回路において、
上記スロット線路の先端部はインピーダンス整合をとるために線路幅が拡張されていることを特徴とする多層実装ＭＭＩＣ回路。
高周波信号を第１のＭＭＩＣ回路面上の第１の伝送線路から、誘電体基板のグランド金属面に設けられたスロット線路を介して、上記第１のＭＭＩＣ回路面の設けられた誘電体基板の面と異なる面上に設けられた第２のＭＭＩＣ回路面上の第２の伝送線路に伝搬する多層実装ＭＭＩＣ回路において、
上記第１のＭＭＩＣ回路面上の第１の伝送線路を伝搬した高周波信号は、上記第１の伝送線路の端部においてマイクロストリップ−スロットモード変換を受けて、上記スロット線路を伝搬し、上記スロット線路の端部においてマイクロストリップ−スロットモード変換を受けて、上記第２の伝送線路に伝搬することを特徴とする多層実装ＭＭＩＣ回路。