JP3619398B2 - 高周波用配線基板および接続構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号導体線と、誘電体基板を介してその信号導体線と平行して形成されたグランド層を有する高周波用伝送線路が形成された高周波用配線基板に関するもので、特に、周波数３０ＧＨｚ以上のミリ波帯領域の高周波用半導体素子を備えた半導体素子収納用パッケ−ジあるいは多層配線基板等に好適な高周波用配線基板およびその接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる電波は１〜３０ＧＨｚのマイクロ波領域から、更に３０〜３００ＧＨｚのミリ波領域の周波数まで活用することが検討されており、例えば、オフィス内高速無線データ通信システム（無線ＬＡＮ）のようなミリ波の電波を用いた応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
かかる応用システム等に用いられる高周波用半導体素子（以下、単に高周波素子という）を収納あるいは搭載するパッケージなどの配線基板には、従来、高周波信号の伝送損失を小さく抑えるために金属製枠体にセラミック製の接続用基板を接合したいわゆるメタルパッケージが用いられている。
【０００４】
図８は、従来のメタルパッケージに高周波素子を収納して外部回路基板に実装した実装構造を示す平面図（ａ）とその断面図（ｂ）である。なお図８（ａ）では蓋体は省略した。
【０００５】
図８によれば、金属製の基板３１および蓋体３２からなるメタルパッケージ３３の一部に、セラミック基板３４に信号導体線３５を形成した接続用基板３６が取り付けられており、信号導体線３５は、メタルパッケージ３３内に搭載された高周波素子３７とリボンなどによって電気的に接続されている。そして、メタルパッケージ３３は、ベース基板３８の表面にネジ３９等によって固定され、ベース基板３８の表面において、誘電体基板４０の表面に信号導体線４１が形成された回路基板４２とは、接続用基板３６の信号導体線３５とリボンやワイヤ等によって電気的に接続されている。
【０００６】
このようなメタルパッケージにおいては、その組み立てが複雑であることから、モジュール製造時の量産性及び低コスト化に問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するために、誘電体基板内部からスルーホール導体等を用いて信号導体線をパッケージの裏面に引出してその終端部に接続端子部を形成し、半田リフローによって他の誘電体基板の表面に形成された高周波用回路にロウ接して表面実装することが提案されている。
【０００８】
図９、図１０は、このようなスルーホール導体を用いた高周波用パッケージの概略を説明するための図である。この図９の概略断面図に示すように、この高周波用パッケージ５０によれば、誘電体基板５１と蓋体５２からなるキャビティ内に高周波素子５３が収納されており、また、誘電体基板５１の表面には一端が高周波素子５３とリボンなどにより接続された信号導体線５４が形成され、また、誘電体基板５１の内部には、図１０（ａ）に示すようなパターンのグランド層５５が形成されている。
【０００９】
そして、信号導体線５４の他端は、誘電体基板５１を貫通し、グランド層５５に接触することなく形成されたスルーホール導体５６によって誘電体基板５１の裏面に導出され、誘電体基板５１の裏面に形成された信号導体線５７と電気的に接続されている。
【００１０】
誘電体基板５１の裏面においては、図１０（ｂ）に示すように、信号導体線５７の端部の両側に一対の接続用グランド導体５８が設けられており、このグランド導体５８は、ビアホール導体５９によって誘電体基板５１内部のグランド層５５と電気的に接続されている。
【００１１】
なお、かかる構造において、ビアホール導体５９を誘電体基板５１の端面ａ近くに形成すると、ビアホール導体５９と誘電体基板５１との間にクラック等が発生しやすくなるとの観点から、一般には、このビアホール導体５９は、そのマイクロドリルなどによるビアホールの加工性の点から誘電体基板５１の端面ａから２ｍｍ以上離間した位置に形成されている。
【００１２】
一方、このパッケージ５０を実装する外部回路基板６０においては、図９、図１０（ｃ）に示すように、その内部にグランド層（図示せず）が形成されており、その表面には、信号導体線６２が形成され、パッケージとの接続部においては、信号導体線６２の両側に接続用グランド導体６３が形成されており、この接続用グランド導体６３はグランド層６１とビアホール導体６４によってそれぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
そして、上記パッケージ５０は、信号導体線５７と６２、接続用グランド導体５８と６３同士をそれぞれ半田などのロウ材６５によって電気的に接続することにより外部回路基板６０の表面に実装される。
【００１４】
かかる図９、１０におけるパッケージ５０は、図８のメタルパッケージ３３に比較して外部回路基板との機械的接続と電気的接続をリフロー等で一括して行うことが可能で、モジュール製造時の量産性向上及び低コスト化が可能である点で有利である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９のパッケージ構造において誘電体基板５１の裏面に形成された信号導体線５７とその両側に形成された一対の接続用グランド導体５８を具備する接続端子部の構造においては、その接続部の特性は、伝送信号の周波数が３０ＧＨｚ以下の場合には良好な伝送特性を有するものの、伝送信号の周波数が３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域と非常に高い場合には、実装構造において高周波信号の伝送損失が大きくなったり、場合によっては、信号の伝送自体が困難になるという場合があった。
【００１６】
この原因について種々検討した結果、誘電体基板５１表面の接続用グランド導体５８と誘電体基板５１内部のグランド層５５とを電気的に接続するために設けたビアホール導体５９と誘電体基板５１の端面との間で、共振が発生してしまうために伝送特性が劣化してしまうことがわかった。
【００１７】
この共振は、信号周波数が低い場合、信号波長が長いために、上記のようなビアホール導体５９と誘電体基板５１の端面との間で共振が発生することはほとんどないが、周波数が高く信号波長が短くなるに従い、共振が発生しやすくなってしまうのである。
【００１８】
従って、本発明は、誘電体基板に信号導体線とグランド層を具備する高周波伝送線路が設けられた高周波用配線基板を他の高周波回路と接続するに際して、上述したようなビアホール導体による共振の発生を防止し、接続部における高周波信号の伝送損失を低減した高周波用配線基板およびその接続構造を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に鑑み接続部での高周波信号の特性劣化を発生することなく他の高周波回路との接続が可能な配線基板について検討を重ねた結果、接続用グランド導体と誘電体基板内部のグランド層とを接続するためのビアホール導体の形成位置を誘電体基板の端面から０．０５ｍｍ以上とし、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることにより、ビアホール導体の加工性とともに、前述したような接続部におけるビアホール導体に起因した共振の発生を防止し、信号の損失を低減し良好な信号の伝達が可能となることを見いだし本発明に至った。
【００２０】
即ち、本発明の高周波用配線基板は、誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成されその終端部が誘電体基板の端面近傍まで延設された信号導体線と、前記信号導体線と平行して前記誘電体基板の内部又は裏面に形成されたグランド層とを有し、３０ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送される高周波伝送線路を具備するとともに、該高周波伝送線路の終端部に他の高周波回路と接続するための接続端子部を形成してなる高周波用配線基板であって、前記接続端子部における前記信号導体線両側の前記誘電体基板表面に一対の接続用グランド導体を形成し、該一対の接続用グランド導体を前記誘電体基板を貫通して形成された一対のビアホール導体によってそれぞれ前記グランド層と接続するとともに、前記ビアホール導体の前記誘電体基板の端部からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下としたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記接続端子部における信号導体線の線幅を前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることが望ましく、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域に非グランド領域を設けることがさらに望ましい。また、この前記接続端子部は、ロウ材によって他の高周波回路と接続される場合に好適である。さらには、ビアホール導体の直径は、０．３ｍｍ以下であることがビアホール導体の信頼性を高める上で望ましい。
【００２２】
また、本発明の高周波用配線基板の接続構造は、上記接続端子部の構造を具備する２つの高周波用配線基板における信号導体線同士および一対の接続用グランド導体同士をそれぞれロウ材を介して接続したことを特徴とするものである。なお、かかる接続構造においても、各接続端子部における信号導体線の線幅を前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることが望ましく、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域に非グランド領域を設けることがさらに望ましい。また、ビアホール導体の直径は、０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２３】
【作用】
本発明によれば、上記のように誘電体基板と、その表面に形成された信号導体線と、前記誘電体基板の内部あるいは裏面に前記信号導体線と平行に形成されたグランド層とからなる高周波伝送線路の終端部に形成された接続端子部において、前記信号導体線の端部の両側に一対の接続用グランド導体を形成するとともに、接続用グランド導体を誘電体基板内部のグランド層とビアホール導体によって電気的に接続し、そのビアホール導体の形成位置を誘電体基板の端面から前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることによって、ビアホール導体と誘電体基板端面との間での共振の発生を防止することができる結果、他の外部回路との接続部全体における高周波信号の損失が低減され、高周波信号の良好な伝送、伝達が可能となる。
【００２４】
また、配線基板の接続端子部を信号導体線の両側に一対の接続用グランド導体を形成したコプレーナ線路によって構成しているために、他の外部回路との接続をコプレーナ線路同士の接続により構成することからも高周波信号の反射を低減することができる。
【００２５】
さらに、接続端子部の信号導体線の線幅を高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることにより、信号導体線とグランド層との結合を小さくして相対的に信号導体線と接続用グランド導体との結合を強め、よりコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変換することが可能になり、電磁界分布の変化による信号の反射を低減できる。
【００２６】
また、同様の理由により、高周波用配線基板の接続端子部の少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ信号導体線に対向するグランド層を非グランド領域とすることにより、さらに接続端子部の電磁界分布をコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変換することが可能となるために信号の反射を低減し、高周波信号の低損失な伝送を可能にするのに有効である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板を図面に基づき詳述する。
図１は、本発明の高周波用配線基板の一例を説明するためのものであり、（ａ）は誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図および（ｂ）はその概略断面図である。図１の配線基板Ａによれば、誘電体基板１の表面に信号導体線２が形成され、また、誘電体基板１の内部には、信号導体線２と平行にグランド層３が形成されており、かかる信号導体線２およびグランド層３によってマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路Ｘが形成されている。そして、高周波伝送線路Ｘの終端部には、外部回路と接続するための接続端子部Ｙが形成されている。
【００２８】
本発明によれば、接続端子部Ｙにおいて、信号導体線２終端部の両側の誘電体基板１表面には一対の接続用グランド導体４が設けられており、接続用グランド導体４は、ビアホール導体５、５を介してそれぞれグランド層３と電気的に接続されている。
【００２９】
本発明によれば、ビアホール導体５、５と誘電体基板端面ａとの距離Ｔを０．０５ｍｍ以上、特に０．０８ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下、特に０．２倍以下とすることが重要である。
【００３０】
これは、上記距離Ｔが、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍よりも大きいと、ビアホール導体５、５と誘電体基板端面ａとの間で共振が発生し、信号の伝送特性が極端に低下してしまうためである。
【００３１】
また、上記距離Ｔが０．０５ｍｍよりも小さいと、ビアホール導体５と誘電体基板の端面との間の強度が低下し、精度の高いビアホール導体の形成が難しく、あるいはビアホール導体５中の導体と誘電体基板との熱膨張差等によってビアホール導体５と誘電体基板の端面との間にクラック等が生じやすく、長期信頼性が低下してしまうためである。
【００３２】
また、このビアホール導体５、５の断面形状は、特に限定するものではなく、円形、楕円形などの形状であればよいが、これは、誘電体基板１の端面にビアホール導体５を形成する場合の加工性を高める上、その断面の最大径は０．３ｍｍ以下、特に０．２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３３】
本発明によれば、上記の接続端子部構造において、信号導体線２の中心とビアホール導体５との距離Ｇを０．２５λｇ以下（λｇ：高周波信号の誘電体基板中の信号波長）とすることが望ましい。これは、配線基板Ａを外部回路基板に表面実装した場合に、外部回路基板との接続部における高周波信号の伝送を担う信号導体線直下のグランド層のグランド電流が、ビアホール導体５を経由して小さな位相差でグランド導体に伝送されるため、位相差による信号の反射が低減され、３０ＧＨｚ以上の高周波信号を通過伝送することが可能となる。
【００３４】
なお、本明細書中における距離Ｇとは、信号導体線２の終端部における線路幅の中心とビアホール導体５、５の信号導体線２側端部との距離の意である。従って、言い換えれば、ビアホール導体５，５間の距離は、２Ｇ、即ち、０．５λｇ以下、特に０．３λｇ以下となることを意味する。
【００３５】
また、本発明の配線基板は、他の一例の平面図を示す図２のように、配線基板Ｂの接続端子部Ｙの信号導体線２の幅を高周波伝送線路Ｘの信号導体線２の幅より小さくする、具体的には高周波伝送線路Ｘの信号導体線２の幅をＷ０ 、接続端子部Ｙの信号導体線２の幅をＷ１ とした時、０．４Ｗ０ ≦Ｗ１ ≦０．８Ｗ０ とする。
【００３６】
これにより、接続端子部Ｙでのグランド層３内の信号伝送による電磁界の集中領域がビアホール導体５を経由して連続的に外部回路基板に伝送される、すなわち信号導体線２とグランド層３との結合を小さくして、信号の電磁界分布をマイクロストリップ線路の電磁界に近い分布からコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変更することが可能になり、接続部での電磁界分布の変化による信号の反射を低減することができる。
【００３７】
また、配線基板の接続端子部において、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体５、５間に位置し、かつ信号導体線２に対向する領域Ｚ、言い換えれば、平面的に見て、一対のビアホール導体５、５を結ぶ線分領域と信号導体線２とは重なる領域Ｚを非グランド領域とすることによっても、上記と同様に信号の反射を低減するのに有効である。
【００３８】
この非グランド領域６は、前記領域Ｚを含んでいればよく、前記領域Ｚのみを非グランド領域６とすることのみならず、例えば、図３（ａ）に示すように、前記領域Ｚに加え、前記領域Ｚからグランド層３の端面までの領域を非グランド領域６とすることによって、さらに伝送損失を低減することができる。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示すように、非グランド領域６を、前記領域Ｚを含み、前記信号導体線２の終端部に向けて、連続的にあるいは段階的に徐々に広がるように形成することが望ましい。このように、非グランド領域６を略Ｖ字状に形成することにより、配線基板の高周波伝送線路部から接続端子部までの電磁界分布の変化をスムーズにして、信号の反射を低減できる。
【００４０】
さらに、図３（ｃ）に示すように、非グランド領域６をグランド層３のビアホール導体５、５に挟まれた領域のみならず、ビアホール導体５、５の外側の領域を前記信号導体線の終端部に向けて、連続的にあるいは段階的に徐々に広がるように形成し、言わばＷ状に形成することにより、さらに電磁界分布の変化をスムーズにして、反射を低減できる。
【００４１】
次に、本発明の配線基板の接続構造の一例として、高周波素子を搭載したパッケージを外部回路基板に実装した場合の接続構造について説明する。図４の概略断面図に示すように、パッケージ７は、誘電体基板８と蓋体９からなるキャビティ内に高周波素子１０が収納されており、また、誘電体基板８の高周波素子１０搭載面側の表面には図５の蓋体９を除いた平面図（ａ）に示すように、一端が高周波素子１０とリボンなどにより接続された入力用および出力用の２つの信号導体線１１が形成されている。
【００４２】
また、誘電体基板８の内部には、図５（ｂ）のパターン図に示すように、図３（ｃ）で説明したのと同様の端部がＷ状のグランド層１２が形成されている。この信号導体線１１とグランド層１２によってマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路を形成している。そして、信号導体線１１の高周波素子１０と接続された一端とは反対側の他端は、誘電体基板８を貫通し、グランド層１２に接触することなく形成されたビアホール導体１３によって誘電体基板８の反対側表面に導出され、誘電体基板８の反対側表面に形成された信号導体線１４と電気的に接続されている。また、信号導体線１４とグランド層１２とはマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路Ｘを形成している。
【００４３】
誘電体基板８の裏側表面においては、図５（ｃ）の平面図に示すように、入力用および出力用の２つの信号導体線１４が形成されており、それぞれの信号導体線１４の終端部の両側には一対の接続用グランド導体１５が設けられて接続端子部Ｙが形成されており、接続用グランド導体１５はビアホール導体１６を介して誘電体基板８内部のグランド層１２と電気的に接続されている。また、接続端子部Ｙにおいて信号導体線１４の線幅は高周波伝送線路Ｘの線幅よりも狭く形成されている。
【００４４】
そして、かかるパッケージ７においては、図１、図２および図３で説明したように、高周波用配線基板の接続端子部において、ビアホール導体１６と誘電体基板８端面との距離Ｔが０．０５ｍｍ以上、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下になるように配置されている。
【００４５】
一方、パッケージ７を実装する外部回路基板１８は、入力用、出力用としてそれぞれ個別の外部回路基板１８’、１８’’を有し、外部回路基板１８’、１８’’表面の平面図である図６（ａ）に示されるように、それらの表面には、前述のパッケージ７に対して入出力するための２つの信号導体線１９がそれぞれ形成され、また外部回路基板１８’，１８’’の内部にはそれぞれグランド層２０が形成されており、信号導体線１９とともにマイクロストリップ線路を形成している。このグランド層２０は、図６（ｂ）に示すように、接続端子部において図５（ｂ）と同様の理由から端部がＷ状に形成されている。
【００４６】
そして、入力用および出力用の各信号導体線１９の終端部には、それぞれ接続端子部が形成されており、この接続端子部において各信号導体線１９の両側には、パッケージ７の接続端子部Ｙと全く同様に一対の接続用グランド導体２１が形成されており、接続用グランド導体２１はそれぞれグランド層２０とビアホール導体２２によって電気的に接続されている。
【００４７】
また、接続端子部の信号導体線１９の線幅はそれ以外の高周波伝送線路における信号導体線１９の線幅よりも狭く形成されている。
【００４８】
そして、外部回路基板１８においても図１乃至図３で説明したものと同様な接続端子構造からなり、即ち、外部回路基板１８’、１８’’の端面ａ’、ａ’’から距離Ｔが０．０５ｍｍ以上、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下になるように配置されている。
【００４９】
そして、パッケージ７は、図４に示すように、外部回路基板１８’、１８’’に対して、各信号導体線１４、１９同士、接続用グランド導体１５、２１同士を当接し、半田リフローなどによって半田等のロウ材２４によってパッケージ７の信号導体線１４と外部回路基板１８’、１８’’の信号導体線１９と、また、パッケージ７の接続用グランド導体１５と外部回路基板１８’、１８’’の接続用グランド導体２１同士をそれぞれ電気的に接続することにより、パッケージ７を外部回路基板１８’、１８’’に表面実装される。なお、前記信号導体１４、１９間、接続用グランド導体１５、２１間は、ロウ材よりも高い融点を有するバンプやボール状の端子を介してロウ材によって接合固定することも可能である。
【００５０】
かかる実装構造によれば、パッケージ７と外部回路基板１８’、１８’’の互いの接続端子部において、上述したようなビアホール導体１６と誘電体基板８の端面ａ間の共振、および外部回路基板１８’、１８’’におけるビアホール導体２２と基板１８’、１８’’の各端面ａ’、ａ’’との間での共振を防止し、パッケージＡと外部回路基板１８’、１８’’との伝送損失を低減した実装構造を提供できる。
【００５１】
上記図６（ａ）（ｂ）の外部回路基板は、２つの外部回路基板の表面にそれぞれ入力用および出力用の接続端子部が形成されたものであるが、入力用の接続端子部および出力用の接続端子部は、図６（ｃ）に示すように、１つの外部回路基板１８にそれぞれ形成されていてもよいが、接続端子部の延長上に凹部ｂを形成して誘電体基板端面ａを形成することが伝送特性の改善の点から望ましい。
【００５２】
なお、図４のパッケージ７において、高周波素子１０搭載側の信号導体線１１とその反対側表面の信号導体線１４との接続は、ビアホール導体１３によるものであるが、信号導体線１１と信号導体線１４との接続は、これに限定されるものではなく、例えば、グランド層１２にスロット孔（スロット線路）を形成し、このスロット孔を介して各信号導体線１１、１４の端部を対峙させることにより、両導体を電磁的に接続することも可能である。
【００５３】
また、本発明における接続端子部の構造は、少なくとも信号導体線とグランド層を具備するものであれば、あらゆる高周波伝送線路に対して適用でき、図１乃至図５に示したようなマイクロストリップ線路のみならず、グランド付きコプレーナ線路に対しても適用することができる。
【００５４】
なお、本発明の高周波用配線基板は、周波数３０ＧＨｚ以上の信号を伝送する場合に適用されるものであるが、この信号周波数が４０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上の場合に対して特に効果的である。
【００５５】
【実施例】
本発明の高周波用配線基板の外部回路基板への表面実装後の伝送特性を測定した。測定に用いた評価用配線基板の構造を図７に示した。この評価用配線基板２４によれば、図７（ａ）に示すように、誘電体基板２５の実装面側表面に、２つの終端部を有する線幅（Ｗ０ ）の信号導体線２６を、誘電体基板２５内部にグランド層２８を形成してマイクロストリップ線路からなる高周波伝送線路を形成した。そして、信号導体線２６の各終端部の両側に、それぞれ一対の直径が０．１６ｍｍφの接続用グランド導体２７を形成し、接続用グランド導体２７とグランド層２８とを直径が０．１０ｍｍφのビアホール導体（ＶＨ）２９によって電気的に接続し、接続端子部Ｙを形成した。また、接続端子部Ｙにおける信号導体線の線幅比（Ｗ１ ／Ｗ０ ）を表１のように変化させた。なお、信号導体線の中心とビアホール導体２９との距離Ｇは０．１５λｇ（λｇ：高周波信号の誘電体基板中の信号波長）とした。
【００５６】
なお、ビアホール導体２９の位置を変えて、誘電体基板２５の端面ａとビアホール導体２９との距離Ｔが表１のように異なる数種のサンプルを用意した。なお、試料Ｎｏ．５、９、１９を除き、グランド層２８の接続端子部と対向する部分には、図３（ｃ）で説明したように、略Ｗ字状の端部形状を有する非グランド領域３０を形成した。
【００５７】
この評価用配線基板２４を図６（ａ）（ｂ）に示したような全く同様の接続端子部パターンを表面に有する外部回路基板１８に半田を介して接続、実装した。この評価用配線基板２４を表面実装した外部回路基板１８に対して、外部回路基板の一方の接続端子部から評価用配線基板２４を経由して他方の接続端子部までの３０ＧＨｚにおける伝送特性として信号の挿入損失Ｓ２１を測定した。
【００５８】
なお、評価用配線基板と外部回路基板は、比誘電率２のフッ素樹脂基板、比誘電率４のプリント基板、比誘電率９のアルミナ基板（誘電体基板中の３０ＧＨｚの信号波長２ｍｍ）、比誘電率１２および１５のガラスセラミック基板を用い、信号導体線、グランド層、接続用グランド導体、ビアホール導体は、フッ素系樹脂基板、エポキシ系プリント基板およびガラスセラミック基板では、銅を用いて、アルミナ基板ではタングステンによって、セラミック系では同時焼成により形成し、表面に露出している信号導体線、接続グランド導体の表面には金メッキを施した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果から明らかなように、ビアホール導体の誘電体基板の端面からの距離Ｔが高周波信号の誘電体基板中の信号波長（λｇ）の０．３倍よりも大きい試料Ｎｏ．３、８、１３、１８、２５では、実装後の挿入損失が大きく、また、前記距離Ｔが０．０５ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１４、２１では、ビアホール加工時にビアホールと誘電体基板との端面にクラックが発生し良好なビアホール形成することができなかった。
【００６１】
これに対して、本発明に従い、ビアホール導体の誘電体基板の端面からの距離Ｔが高周波信号の誘電体基板中の信号波長（λｇ）の０．３倍以下とすることにより、ビアホール導体と誘電体基板端面との間の共振を防止し、実装後の挿入損失を低減できることがわかった。また、接続端子部の線幅Ｗ１ を高周波伝送線路の線幅Ｗ０ よりも小さい試料では、Ｗ１ ＝Ｗ０ である試料よりも挿入損失を低減でき、さらに非グランド領域を設けた試料では、非グランド領域を有しない試料Ｎｏ．５、９、１９に比較してさらに挿入損失を低減できることがわかった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、誘電体基板表面に信号導体線と、誘電体基板の内部あるいは裏面にグランド層を具備する高周波用配線基板において、接続端子部の信号導体線の両側に接続用グランド導体を形成し、接続用グランド導体とグランド層をビアホール導体で接続し、ビアホール導体の前記誘電体基板の端面からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることにより、接続端子部におけるビアホール導体と誘電体基板端面間の共振を防止し、接続端子部での伝送特性の劣化を防止し、他の高周波回路との接続部における高周波信号の伝送損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用配線基板の一例を説明するためのもので、（ａ）誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図および（ｂ）その概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の他の一例を説明するための誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、いずれも本発明の配線基板の好適例におけるグランド層のパターンを示す図である。
【図４】本発明の高周波用配線基板の接続構造の一例を説明するための概略断面図である。
【図５】図４の高周波用配線基板の（ａ）誘電体基板表面の平面図、（ｂ）グランド層のパターン図、（ｃ）誘電体基板裏側側面の平面図を示す。
【図６】図４のパッケージを実装する外部回路基板の構造を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）グランド層のパターン図および（ｃ）他の外部回路基板の平面図を示す。
【図７】評価用配線基板の構造を説明するための（ａ）実装面側表面の平面図、（ｂ）グランド層のパターン図を示す。
【図８】従来のメタルパッケージの構造を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）断面図を示す。
【図９】従来の表面実装型高周波用パッケージの構造を説明するための概略断面図である。
【図１０】図９のパッケージにおける（ａ）グランド層のパターン図、（ｂ）誘電体基板実装面側表面の平面図、（ｃ）パッケージを実装する外部回路基板の平面図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２ 信号導体線
３ グランド層
４ グランド導体
５ ビアホール導体（接続導体）
６ 非グランド領域
Ｘ 高周波伝送線路
Ｙ 接続端子部
ａ 端面
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号導体線と、誘電体基板を介してその信号導体線と平行して形成されたグランド層を有する高周波用伝送線路が形成された高周波用配線基板に関するもので、特に、周波数３０ＧＨｚ以上のミリ波帯領域の高周波用半導体素子を備えた半導体素子収納用パッケ−ジあるいは多層配線基板等に好適な高周波用配線基板およびその接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる電波は１〜３０ＧＨｚのマイクロ波領域から、更に３０〜３００ＧＨｚのミリ波領域の周波数まで活用することが検討されており、例えば、オフィス内高速無線データ通信システム（無線ＬＡＮ）のようなミリ波の電波を用いた応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
かかる応用システム等に用いられる高周波用半導体素子（以下、単に高周波素子という）を収納あるいは搭載するパッケージなどの配線基板には、従来、高周波信号の伝送損失を小さく抑えるために金属製枠体にセラミック製の接続用基板を接合したいわゆるメタルパッケージが用いられている。
【０００４】
図８は、従来のメタルパッケージに高周波素子を収納して外部回路基板に実装した実装構造を示す平面図（ａ）とその断面図（ｂ）である。なお図８（ａ）では蓋体は省略した。
【０００５】
図８によれば、金属製の基板３１および蓋体３２からなるメタルパッケージ３３の一部に、セラミック基板３４に信号導体線３５を形成した接続用基板３６が取り付けられており、信号導体線３５は、メタルパッケージ３３内に搭載された高周波素子３７とリボンなどによって電気的に接続されている。そして、メタルパッケージ３３は、ベース基板３８の表面にネジ３９等によって固定され、ベース基板３８の表面において、誘電体基板４０の表面に信号導体線４１が形成された回路基板４２とは、接続用基板３６の信号導体線３５とリボンやワイヤ等によって電気的に接続されている。
【０００６】
このようなメタルパッケージにおいては、その組み立てが複雑であることから、モジュール製造時の量産性及び低コスト化に問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するために、誘電体基板内部からスルーホール導体等を用いて信号導体線をパッケージの裏面に引出してその終端部に接続端子部を形成し、半田リフローによって他の誘電体基板の表面に形成された高周波用回路にロウ接して表面実装することが提案されている。
【０００８】
図９、図１０は、このようなスルーホール導体を用いた高周波用パッケージの概略を説明するための図である。この図９の概略断面図に示すように、この高周波用パッケージ５０によれば、誘電体基板５１と蓋体５２からなるキャビティ内に高周波素子５３が収納されており、また、誘電体基板５１の表面には一端が高周波素子５３とリボンなどにより接続された信号導体線５４が形成され、また、誘電体基板５１の内部には、図１０（ａ）に示すようなパターンのグランド層５５が形成されている。
【０００９】
そして、信号導体線５４の他端は、誘電体基板５１を貫通し、グランド層５５に接触することなく形成されたスルーホール導体５６によって誘電体基板５１の裏面に導出され、誘電体基板５１の裏面に形成された信号導体線５７と電気的に接続されている。
【００１０】
誘電体基板５１の裏面においては、図１０（ｂ）に示すように、信号導体線５７の端部の両側に一対の接続用グランド導体５８が設けられており、このグランド導体５８は、ビアホール導体５９によって誘電体基板５１内部のグランド層５５と電気的に接続されている。
【００１１】
なお、かかる構造において、ビアホール導体５９を誘電体基板５１の端面ａ近くに形成すると、ビアホール導体５９と誘電体基板５１との間にクラック等が発生しやすくなるとの観点から、一般には、このビアホール導体５９は、そのマイクロドリルなどによるビアホールの加工性の点から誘電体基板５１の端面ａから２ｍｍ以上離間した位置に形成されている。
【００１２】
一方、このパッケージ５０を実装する外部回路基板６０においては、図９、図１０（ｃ）に示すように、その内部にグランド層（図示せず）が形成されており、その表面には、信号導体線６２が形成され、パッケージとの接続部においては、信号導体線６２の両側に接続用グランド導体６３が形成されており、この接続用グランド導体６３はグランド層６１とビアホール導体６４によってそれぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
そして、上記パッケージ５０は、信号導体線５７と６２、接続用グランド導体５８と６３同士をそれぞれ半田などのロウ材６５によって電気的に接続することにより外部回路基板６０の表面に実装される。
【００１４】
かかる図９、１０におけるパッケージ５０は、図８のメタルパッケージ３３に比較して外部回路基板との機械的接続と電気的接続をリフロー等で一括して行うことが可能で、モジュール製造時の量産性向上及び低コスト化が可能である点で有利である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９のパッケージ構造において誘電体基板５１の裏面に形成された信号導体線５７とその両側に形成された一対の接続用グランド導体５８を具備する接続端子部の構造においては、その接続部の特性は、伝送信号の周波数が３０ＧＨｚ以下の場合には良好な伝送特性を有するものの、伝送信号の周波数が３０ＧＨｚ以上のミリ波帯域と非常に高い場合には、実装構造において高周波信号の伝送損失が大きくなったり、場合によっては、信号の伝送自体が困難になるという場合があった。
【００１６】
この原因について種々検討した結果、誘電体基板５１表面の接続用グランド導体５８と誘電体基板５１内部のグランド層５５とを電気的に接続するために設けたビアホール導体５９と誘電体基板５１の端面との間で、共振が発生してしまうために伝送特性が劣化してしまうことがわかった。
【００１７】
この共振は、信号周波数が低い場合、信号波長が長いために、上記のようなビアホール導体５９と誘電体基板５１の端面との間で共振が発生することはほとんどないが、周波数が高く信号波長が短くなるに従い、共振が発生しやすくなってしまうのである。
【００１８】
従って、本発明は、誘電体基板に信号導体線とグランド層を具備する高周波伝送線路が設けられた高周波用配線基板を他の高周波回路と接続するに際して、上述したようなビアホール導体による共振の発生を防止し、接続部における高周波信号の伝送損失を低減した高周波用配線基板およびその接続構造を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に鑑み接続部での高周波信号の特性劣化を発生することなく他の高周波回路との接続が可能な配線基板について検討を重ねた結果、接続用グランド導体と誘電体基板内部のグランド層とを接続するためのビアホール導体の形成位置を誘電体基板の端面から０．０５ｍｍ以上とし、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることにより、ビアホール導体の加工性とともに、前述したような接続部におけるビアホール導体に起因した共振の発生を防止し、信号の損失を低減し良好な信号の伝達が可能となることを見いだし本発明に至った。
【００２０】
即ち、本発明の高周波用配線基板は、誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成されその終端部が誘電体基板の端面近傍まで延設された信号導体線と、前記信号導体線と平行して前記誘電体基板の内部又は裏面に形成されたグランド層とを有し、３０ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送される高周波伝送線路を具備するとともに、該高周波伝送線路の終端部に他の高周波回路と接続するための接続端子部を形成してなる高周波用配線基板であって、前記接続端子部における前記信号導体線両側の前記誘電体基板表面に一対の接続用グランド導体を形成し、該一対の接続用グランド導体を前記誘電体基板を貫通して形成された一対のビアホール導体によってそれぞれ前記グランド層と接続するとともに、前記ビアホール導体の前記誘電体基板の端部からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下としたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記接続端子部における信号導体線の線幅を前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることが望ましく、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域に非グランド領域を設けることがさらに望ましい。また、この前記接続端子部は、ロウ材によって他の高周波回路と接続される場合に好適である。さらには、ビアホール導体の直径は、０．３ｍｍ以下であることがビアホール導体の信頼性を高める上で望ましい。
【００２２】
また、本発明の高周波用配線基板の接続構造は、上記接続端子部の構造を具備する２つの高周波用配線基板における信号導体線同士および一対の接続用グランド導体同士をそれぞれロウ材を介して接続したことを特徴とするものである。なお、かかる接続構造においても、各接続端子部における信号導体線の線幅を前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることが望ましく、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域に非グランド領域を設けることがさらに望ましい。また、ビアホール導体の直径は、０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２３】
【作用】
本発明によれば、上記のように誘電体基板と、その表面に形成された信号導体線と、前記誘電体基板の内部あるいは裏面に前記信号導体線と平行に形成されたグランド層とからなる高周波伝送線路の終端部に形成された接続端子部において、前記信号導体線の端部の両側に一対の接続用グランド導体を形成するとともに、接続用グランド導体を誘電体基板内部のグランド層とビアホール導体によって電気的に接続し、そのビアホール導体の形成位置を誘電体基板の端面から前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることによって、ビアホール導体と誘電体基板端面との間での共振の発生を防止することができる結果、他の外部回路との接続部全体における高周波信号の損失が低減され、高周波信号の良好な伝送、伝達が可能となる。
【００２４】
また、配線基板の接続端子部を信号導体線の両側に一対の接続用グランド導体を形成したコプレーナ線路によって構成しているために、他の外部回路との接続をコプレーナ線路同士の接続により構成することからも高周波信号の反射を低減することができる。
【００２５】
さらに、接続端子部の信号導体線の線幅を高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくすることにより、信号導体線とグランド層との結合を小さくして相対的に信号導体線と接続用グランド導体との結合を強め、よりコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変換することが可能になり、電磁界分布の変化による信号の反射を低減できる。
【００２６】
また、同様の理由により、高周波用配線基板の接続端子部の少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ信号導体線に対向するグランド層を非グランド領域とすることにより、さらに接続端子部の電磁界分布をコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変換することが可能となるために信号の反射を低減し、高周波信号の低損失な伝送を可能にするのに有効である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板を図面に基づき詳述する。
図１は、本発明の高周波用配線基板の一例を説明するためのものであり、（ａ）は誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図および（ｂ）はその概略断面図である。図１の配線基板Ａによれば、誘電体基板１の表面に信号導体線２が形成され、また、誘電体基板１の内部には、信号導体線２と平行にグランド層３が形成されており、かかる信号導体線２およびグランド層３によってマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路Ｘが形成されている。そして、高周波伝送線路Ｘの終端部には、外部回路と接続するための接続端子部Ｙが形成されている。
【００２８】
本発明によれば、接続端子部Ｙにおいて、信号導体線２終端部の両側の誘電体基板１表面には一対の接続用グランド導体４が設けられており、接続用グランド導体４は、ビアホール導体５、５を介してそれぞれグランド層３と電気的に接続されている。
【００２９】
本発明によれば、ビアホール導体５、５と誘電体基板端面ａとの距離Ｔを０．０５ｍｍ以上、特に０．０８ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下、特に０．２倍以下とすることが重要である。
【００３０】
これは、上記距離Ｔが、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍よりも大きいと、ビアホール導体５、５と誘電体基板端面ａとの間で共振が発生し、信号の伝送特性が極端に低下してしまうためである。
【００３１】
また、上記距離Ｔが０．０５ｍｍよりも小さいと、ビアホール導体５と誘電体基板の端面との間の強度が低下し、精度の高いビアホール導体の形成が難しく、あるいはビアホール導体５中の導体と誘電体基板との熱膨張差等によってビアホール導体５と誘電体基板の端面との間にクラック等が生じやすく、長期信頼性が低下してしまうためである。
【００３２】
また、このビアホール導体５、５の断面形状は、特に限定するものではなく、円形、楕円形などの形状であればよいが、これは、誘電体基板１の端面にビアホール導体５を形成する場合の加工性を高める上、その断面の最大径は０．３ｍｍ以下、特に０．２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３３】
本発明によれば、上記の接続端子部構造において、信号導体線２の中心とビアホール導体５との距離Ｇを０．２５λｇ以下（λｇ：高周波信号の誘電体基板中の信号波長）とすることが望ましい。これは、配線基板Ａを外部回路基板に表面実装した場合に、外部回路基板との接続部における高周波信号の伝送を担う信号導体線直下のグランド層のグランド電流が、ビアホール導体５を経由して小さな位相差でグランド導体に伝送されるため、位相差による信号の反射が低減され、３０ＧＨｚ以上の高周波信号を通過伝送することが可能となる。
【００３４】
なお、本明細書中における距離Ｇとは、信号導体線２の終端部における線路幅の中心とビアホール導体５、５の信号導体線２側端部との距離の意である。従って、言い換えれば、ビアホール導体５，５間の距離は、２Ｇ、即ち、０．５λｇ以下、特に０．３λｇ以下となることを意味する。
【００３５】
また、本発明の配線基板は、他の一例の平面図を示す図２のように、配線基板Ｂの接続端子部Ｙの信号導体線２の幅を高周波伝送線路Ｘの信号導体線２の幅より小さくする、具体的には高周波伝送線路Ｘの信号導体線２の幅をＷ０ 、接続端子部Ｙの信号導体線２の幅をＷ１ とした時、０．４Ｗ０ ≦Ｗ１ ≦０．８Ｗ０ とする。
【００３６】
これにより、接続端子部Ｙでのグランド層３内の信号伝送による電磁界の集中領域がビアホール導体５を経由して連続的に外部回路基板に伝送される、すなわち信号導体線２とグランド層３との結合を小さくして、信号の電磁界分布をマイクロストリップ線路の電磁界に近い分布からコプレーナ線路の電磁界に近い分布に変更することが可能になり、接続部での電磁界分布の変化による信号の反射を低減することができる。
【００３７】
また、配線基板の接続端子部において、前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体５、５間に位置し、かつ信号導体線２に対向する領域Ｚ、言い換えれば、平面的に見て、一対のビアホール導体５、５を結ぶ線分領域と信号導体線２とは重なる領域Ｚを非グランド領域とすることによっても、上記と同様に信号の反射を低減するのに有効である。
【００３８】
この非グランド領域６は、前記領域Ｚを含んでいればよく、前記領域Ｚのみを非グランド領域６とすることのみならず、例えば、図３（ａ）に示すように、前記領域Ｚに加え、前記領域Ｚからグランド層３の端面までの領域を非グランド領域６とすることによって、さらに伝送損失を低減することができる。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示すように、非グランド領域６を、前記領域Ｚを含み、前記信号導体線２の終端部に向けて、連続的にあるいは段階的に徐々に広がるように形成することが望ましい。このように、非グランド領域６を略Ｖ字状に形成することにより、配線基板の高周波伝送線路部から接続端子部までの電磁界分布の変化をスムーズにして、信号の反射を低減できる。
【００４０】
さらに、図３（ｃ）に示すように、非グランド領域６をグランド層３のビアホール導体５、５に挟まれた領域のみならず、ビアホール導体５、５の外側の領域を前記信号導体線の終端部に向けて、連続的にあるいは段階的に徐々に広がるように形成し、言わばＷ状に形成することにより、さらに電磁界分布の変化をスムーズにして、反射を低減できる。
【００４１】
次に、本発明の配線基板の接続構造の一例として、高周波素子を搭載したパッケージを外部回路基板に実装した場合の接続構造について説明する。図４の概略断面図に示すように、パッケージ７は、誘電体基板８と蓋体９からなるキャビティ内に高周波素子１０が収納されており、また、誘電体基板８の高周波素子１０搭載面側の表面には図５の蓋体９を除いた平面図（ａ）に示すように、一端が高周波素子１０とリボンなどにより接続された入力用および出力用の２つの信号導体線１１が形成されている。
【００４２】
また、誘電体基板８の内部には、図５（ｂ）のパターン図に示すように、図３（ｃ）で説明したのと同様の端部がＷ状のグランド層１２が形成されている。この信号導体線１１とグランド層１２によってマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路を形成している。そして、信号導体線１１の高周波素子１０と接続された一端とは反対側の他端は、誘電体基板８を貫通し、グランド層１２に接触することなく形成されたビアホール導体１３によって誘電体基板８の反対側表面に導出され、誘電体基板８の反対側表面に形成された信号導体線１４と電気的に接続されている。また、信号導体線１４とグランド層１２とはマイクロストリップ線路構造の高周波伝送線路Ｘを形成している。
【００４３】
誘電体基板８の裏側表面においては、図５（ｃ）の平面図に示すように、入力用および出力用の２つの信号導体線１４が形成されており、それぞれの信号導体線１４の終端部の両側には一対の接続用グランド導体１５が設けられて接続端子部Ｙが形成されており、接続用グランド導体１５はビアホール導体１６を介して誘電体基板８内部のグランド層１２と電気的に接続されている。また、接続端子部Ｙにおいて信号導体線１４の線幅は高周波伝送線路Ｘの線幅よりも狭く形成されている。
【００４４】
そして、かかるパッケージ７においては、図１、図２および図３で説明したように、高周波用配線基板の接続端子部において、ビアホール導体１６と誘電体基板８端面との距離Ｔが０．０５ｍｍ以上、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下になるように配置されている。
【００４５】
一方、パッケージ７を実装する外部回路基板１８は、入力用、出力用としてそれぞれ個別の外部回路基板１８’、１８’’を有し、外部回路基板１８’、１８’’表面の平面図である図６（ａ）に示されるように、それらの表面には、前述のパッケージ７に対して入出力するための２つの信号導体線１９がそれぞれ形成され、また外部回路基板１８’，１８’’の内部にはそれぞれグランド層２０が形成されており、信号導体線１９とともにマイクロストリップ線路を形成している。このグランド層２０は、図６（ｂ）に示すように、接続端子部において図５（ｂ）と同様の理由から端部がＷ状に形成されている。
【００４６】
そして、入力用および出力用の各信号導体線１９の終端部には、それぞれ接続端子部が形成されており、この接続端子部において各信号導体線１９の両側には、パッケージ７の接続端子部Ｙと全く同様に一対の接続用グランド導体２１が形成されており、接続用グランド導体２１はそれぞれグランド層２０とビアホール導体２２によって電気的に接続されている。
【００４７】
また、接続端子部の信号導体線１９の線幅はそれ以外の高周波伝送線路における信号導体線１９の線幅よりも狭く形成されている。
【００４８】
そして、外部回路基板１８においても図１乃至図３で説明したものと同様な接続端子構造からなり、即ち、外部回路基板１８’、１８’’の端面ａ’、ａ’’から距離Ｔが０．０５ｍｍ以上、且つ前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下になるように配置されている。
【００４９】
そして、パッケージ７は、図４に示すように、外部回路基板１８’、１８’’に対して、各信号導体線１４、１９同士、接続用グランド導体１５、２１同士を当接し、半田リフローなどによって半田等のロウ材２４によってパッケージ７の信号導体線１４と外部回路基板１８’、１８’’の信号導体線１９と、また、パッケージ７の接続用グランド導体１５と外部回路基板１８’、１８’’の接続用グランド導体２１同士をそれぞれ電気的に接続することにより、パッケージ７を外部回路基板１８’、１８’’に表面実装される。なお、前記信号導体１４、１９間、接続用グランド導体１５、２１間は、ロウ材よりも高い融点を有するバンプやボール状の端子を介してロウ材によって接合固定することも可能である。
【００５０】
かかる実装構造によれば、パッケージ７と外部回路基板１８’、１８’’の互いの接続端子部において、上述したようなビアホール導体１６と誘電体基板８の端面ａ間の共振、および外部回路基板１８’、１８’’におけるビアホール導体２２と基板１８’、１８’’の各端面ａ’、ａ’’との間での共振を防止し、パッケージＡと外部回路基板１８’、１８’’との伝送損失を低減した実装構造を提供できる。
【００５１】
上記図６（ａ）（ｂ）の外部回路基板は、２つの外部回路基板の表面にそれぞれ入力用および出力用の接続端子部が形成されたものであるが、入力用の接続端子部および出力用の接続端子部は、図６（ｃ）に示すように、１つの外部回路基板１８にそれぞれ形成されていてもよいが、接続端子部の延長上に凹部ｂを形成して誘電体基板端面ａを形成することが伝送特性の改善の点から望ましい。
【００５２】
なお、図４のパッケージ７において、高周波素子１０搭載側の信号導体線１１とその反対側表面の信号導体線１４との接続は、ビアホール導体１３によるものであるが、信号導体線１１と信号導体線１４との接続は、これに限定されるものではなく、例えば、グランド層１２にスロット孔（スロット線路）を形成し、このスロット孔を介して各信号導体線１１、１４の端部を対峙させることにより、両導体を電磁的に接続することも可能である。
【００５３】
また、本発明における接続端子部の構造は、少なくとも信号導体線とグランド層を具備するものであれば、あらゆる高周波伝送線路に対して適用でき、図１乃至図５に示したようなマイクロストリップ線路のみならず、グランド付きコプレーナ線路に対しても適用することができる。
【００５４】
なお、本発明の高周波用配線基板は、周波数３０ＧＨｚ以上の信号を伝送する場合に適用されるものであるが、この信号周波数が４０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上の場合に対して特に効果的である。
【００５５】
【実施例】
本発明の高周波用配線基板の外部回路基板への表面実装後の伝送特性を測定した。測定に用いた評価用配線基板の構造を図７に示した。この評価用配線基板２４によれば、図７（ａ）に示すように、誘電体基板２５の実装面側表面に、２つの終端部を有する線幅（Ｗ０ ）の信号導体線２６を、誘電体基板２５内部にグランド層２８を形成してマイクロストリップ線路からなる高周波伝送線路を形成した。そして、信号導体線２６の各終端部の両側に、それぞれ一対の直径が０．１６ｍｍφの接続用グランド導体２７を形成し、接続用グランド導体２７とグランド層２８とを直径が０．１０ｍｍφのビアホール導体（ＶＨ）２９によって電気的に接続し、接続端子部Ｙを形成した。また、接続端子部Ｙにおける信号導体線の線幅比（Ｗ１ ／Ｗ０ ）を表１のように変化させた。なお、信号導体線の中心とビアホール導体２９との距離Ｇは０．１５λｇ（λｇ：高周波信号の誘電体基板中の信号波長）とした。
【００５６】
なお、ビアホール導体２９の位置を変えて、誘電体基板２５の端面ａとビアホール導体２９との距離Ｔが表１のように異なる数種のサンプルを用意した。なお、試料Ｎｏ．５、９、１９を除き、グランド層２８の接続端子部と対向する部分には、図３（ｃ）で説明したように、略Ｗ字状の端部形状を有する非グランド領域３０を形成した。
【００５７】
この評価用配線基板２４を図６（ａ）（ｂ）に示したような全く同様の接続端子部パターンを表面に有する外部回路基板１８に半田を介して接続、実装した。この評価用配線基板２４を表面実装した外部回路基板１８に対して、外部回路基板の一方の接続端子部から評価用配線基板２４を経由して他方の接続端子部までの３０ＧＨｚにおける伝送特性として信号の挿入損失Ｓ２１を測定した。
【００５８】
なお、評価用配線基板と外部回路基板は、比誘電率２のフッ素樹脂基板、比誘電率４のプリント基板、比誘電率９のアルミナ基板（誘電体基板中の３０ＧＨｚの信号波長２ｍｍ）、比誘電率１２および１５のガラスセラミック基板を用い、信号導体線、グランド層、接続用グランド導体、ビアホール導体は、フッ素系樹脂基板、エポキシ系プリント基板およびガラスセラミック基板では、銅を用いて、アルミナ基板ではタングステンによって、セラミック系では同時焼成により形成し、表面に露出している信号導体線、接続グランド導体の表面には金メッキを施した。
【００５９】
【表１】
表１の結果から明らかなように、ビアホール導体の誘電体基板の端面からの距離Ｔが高周波信号の誘電体基板中の信号波長（λｇ）の０．３倍よりも大きい試料Ｎｏ．３、８、１３、１８、２５では、実装後の挿入損失が大きく、また、前記距離Ｔが０．０５ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１４、２１では、ビアホール加工時にビアホールと誘電体基板との端面にクラックが発生し良好なビアホール形成することができなかった。
【００６１】
これに対して、本発明に従い、ビアホール導体の誘電体基板の端面からの距離Ｔが高周波信号の誘電体基板中の信号波長（λｇ）の０．３倍以下とすることにより、ビアホール導体と誘電体基板端面との間の共振を防止し、実装後の挿入損失を低減できることがわかった。また、接続端子部の線幅Ｗ１ を高周波伝送線路の線幅Ｗ０ よりも小さい試料では、Ｗ１ ＝Ｗ０ である試料よりも挿入損失を低減でき、さらに非グランド領域を設けた試料では、非グランド領域を有しない試料Ｎｏ．５、９、１９に比較してさらに挿入損失を低減できることがわかった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、誘電体基板表面に信号導体線と、誘電体基板の内部あるいは裏面にグランド層を具備する高周波用配線基板において、接続端子部の信号導体線の両側に接続用グランド導体を形成し、接続用グランド導体とグランド層をビアホール導体で接続し、ビアホール導体の前記誘電体基板の端面からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とすることにより、接続端子部におけるビアホール導体と誘電体基板端面間の共振を防止し、接続端子部での伝送特性の劣化を防止し、他の高周波回路との接続部における高周波信号の伝送損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用配線基板の一例を説明するためのもので、（ａ）誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図および（ｂ）その概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の他の一例を説明するための誘電体基板表面の接続端子部付近の平面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、いずれも本発明の配線基板の好適例におけるグランド層のパターンを示す図である。
【図４】本発明の高周波用配線基板の接続構造の一例を説明するための概略断面図である。
【図５】図４の高周波用配線基板の（ａ）誘電体基板表面の平面図、（ｂ）グランド層のパターン図、（ｃ）誘電体基板裏側側面の平面図を示す。
【図６】図４のパッケージを実装する外部回路基板の構造を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）グランド層のパターン図および（ｃ）他の外部回路基板の平面図を示す。
【図７】評価用配線基板の構造を説明するための（ａ）実装面側表面の平面図、（ｂ）グランド層のパターン図を示す。
【図８】従来のメタルパッケージの構造を説明するための（ａ）平面図、（ｂ）断面図を示す。
【図９】従来の表面実装型高周波用パッケージの構造を説明するための概略断面図である。
【図１０】図９のパッケージにおける（ａ）グランド層のパターン図、（ｂ）誘電体基板実装面側表面の平面図、（ｃ）パッケージを実装する外部回路基板の平面図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２ 信号導体線
３ グランド層
４ グランド導体
５ ビアホール導体（接続導体）
６ 非グランド領域
Ｘ 高周波伝送線路
Ｙ 接続端子部
ａ 端面
Claims (9)
- 誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成されその終端部が誘電体基板の端面近傍まで延設された信号導体線と、前記信号導体線と平行して前記誘電体基板の内部又は裏面に形成されたグランド層とを有し、３０ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送される高周波伝送線路を具備するとともに、該高周波伝送線路の終端部に他の高周波回路と接続するための接続端子部を形成してなる高周波用配線基板であって、
前記接続端子部における前記信号導体線両側の前記誘電体基板表面に一対の接続用グランド導体を形成し、該一対の接続用グランド導体を前記誘電体基板を貫通して形成された一対のビアホール導体によってそれぞれ前記グランド層と接続するとともに、前記ビアホール導体の前記誘電体基板の端面からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下としたことを特徴とする高周波用配線基板。 - 前記接続端子部における信号導体線の線幅を前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくしたことを特徴とする請求項１記載の高周波用配線基板。
- 前記グランド層における少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域に非グランド領域を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の高周波用配線基板。
- 前記接続端子部が、ロウ材によって他の高周波回路と接続される請求項１乃至３のいずれか記載の高周波用配線基板。
- 前記ビアホール導体の直径が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の高周波用配線基板。
- 誘電体基板と、該誘電体基板表面に形成されその終端部が誘電体基板の端面近傍まで延設された信号導体線と、前記信号導体線と平行して前記誘電体基板の内部又は裏面に形成されたグランド層とを有し、３０ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送される高周波伝送線路を具備するとともに、該高周波伝送線路の終端部に他の高周波回路を接続するための接続端子部を形成してなる２つの高周波用配線基板を具備し、該２つの高周波用配線基板とを互いに接続する構造であって、
前記２つの高周波用配線基板の前記接続端子部における前記信号導体線両側の前記誘電体基板表面に一対の接続用グランド導体を形成し、該一対の接続用グランド導体を前記誘電体基板を貫通して形成された一対のビアホール導体によってそれぞれ前記グランド層と接続するとともに、前記ビアホール導体前記誘電体基板の端部からの距離を０．０５ｍｍ以上、前記高周波信号の前記誘電体基板中の信号波長の０．３倍以下とし、
前記２つの高周波用配線基板の接続端子部における信号導体線同士および一対の接続用グランド導体同士をそれぞれロウ材を介して接続したことを特徴とする高周波用配線基板の接続構造。 - 前記２つの高周波用配線基板の接続端子部における信号導体線の線幅を、前記高周波伝送線路の信号導体線の線幅より小さくしたことを特徴とする請求項６記載の高周波用配線基板の接続構造。
- 前記２つの高周波用配線基板における前記接続端子部の前記グランド層において、少なくとも前記一対のビアホール導体間に位置し、かつ前記信号導体線と対向する領域を非グランド領域としたことを特徴とする請求項６または７記載の高周波用配線基板の接続構造。
- 前記２つの高周波用配線基板における前記ビアホール導体の直径が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか記載の高周波用配線基板の接続構造。
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