JP3762109B2 - 配線基板の接続構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板や高周波素子を収納するパッケージ等に適用され、ストリップ導体とグランド層を有するマイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路などの高周波用線路を具備する配線基板を他の配線基板に接続するための構造に関し、高周波信号の伝送損失を低減して他の配線基板に接続するための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、車間レーダーやオフィス内高速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さまざまな応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
そのようなマイクロ波、ミリ波用のシステムにおいて用いられる配線基板７０としては、例えば、図７に示すように、誘電体基板７１表面に高周波用素子７２が搭載されており、さらに基板７１表面には、その高周波素子７２に信号を伝送するための信号線が設けられている。信号線としては、マイクロ波、ミリ波領域では、一般的な導体線では信号の伝送ができないために、通常、従来より、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路などの高周波用線路７３が用いられている。
【０００４】
高周波用線路のうち、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路は、いずれもストリップ導体７４とグランド層７５を有するものであり、ストリップ導体７４は誘電体基板７１表面に形成され、グランド層７５は誘電体基板７１の裏面または内部に設けることができるが、この図７においては、グランド層７５は誘電体基板７１の内部に設けられている。
【０００５】
そして、このような構造の配線基板７０を複数配置してモジュール化する場合、配線基板７０と、同様にストリップ導体７６とグランド層７７を有する高周波用線路７３を具備する他の配線基板７８とを接続する場合には、各配線基板７０、７８において、ビアホール導体７９、８０によってグランド層７５、７７を配線基板７０、７８の下面に導出し、配線基板７０、７８を接続用グランド層８１が表面に形成された外部基板８２の表面にそれぞれ実装することにより、グランド層７５とグランド層７７を、ビアホール導体７９、８０、接続用グランド層８１を介して接続される。
【０００６】
そして、ストリップ導体７４とストリップ導体７６とは、ワイヤやリボンなどの導体線８３によって電気的に接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グランド層７５，７７が誘電体基板７１の内部に設けられた配線基板７０、７８同士を接続する場合、図７に示したように、ビアホール導体７９、８０や接続用グランド層８１などを用いて引き回して接続すると、接続部におけるストリップ導体とグランド層との間隔が変動して電磁的な結合状態が変化するために、この接続部において信号の伝送の損失が大きくなるという問題があった。しかも、電磁場分布の位相がずれてしまい信号が反射してしまうという問題があった。
【０００８】
また、グランド層７５、７７を誘電体基板７１の裏面に形成する場合、扱う信号の周波数が高くなるにつれて、ストリップ導体とグランド層間の距離を狭くする必要があるために、誘電体基板厚みを必然的に１ｍｍ以下の厚さまで薄くする必要がある。そのために、基板がわずかな衝撃で破損しやすくなり、取扱いが難しいという問題があった。
【０００９】
従って、本発明は、グランド層を誘電体基板内部に有する高周波用線路を具備する配線基板を他の配線基板に対して簡単な構造で且つ接続部における信号の伝送損失が小さい配線基板の接続構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に対して検討を重ねた結果、グランド層を内部に有する配線基板の端部に段差を設けて、その段差面にグランド層を露出せしめ、この露出したグランド層を用いて、他の配線基板のグランド層と略同一平面内にて接続することにより、接続部での信号の伝送損失を低減できるとともに、他の配線基板との接続構造を簡略化できることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面と前記第２の配線基板の段差面とを重ね合わせることによって、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とする配線基板の接続構造である。
【００１２】
また、本発明の他の配線基板の接続構造は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、
前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面および前記第２の配線基板の段差面を、接続部材表面に形成された第３のグランド層に重ね合わせて、前記第１の配線基板の前記第１のグランド層と前記第２の配線基板の前記第２のグランド層と前記接続部材の前記第３のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
なお、前記接続部材が、前記高周波素子を気密に封止するための凹部を有することが望ましい。また、前記第２の配線基板表面に高周波素子が搭載されてなることが望ましい。さらには、前記高周波用線路が、マイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路のうちの少なくとも１種であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の接続構造を具体的に図面を用いて説明する。
まず、図１は、本発明の配線基板の接続構造において用いられる配線基板の基本構造を説明するための概略断面図である。
【００１６】
先ず、図１の配線基板Ａは、誘電体層１ａ、１ｂを積層して形成された誘電体基板１を有し、この誘電体基板１の表面には、ストリップ導体２が被着形成されており、誘電体層１ａと誘電体層１ｂの間には、グランド層３が内蔵されている。そして、このストリップ導体２と、グランド層３によってマイクロストリップ線路が形成されている。
【００１７】
かかる構造の配線基板Ａにおいては、誘電体層１ａの厚みを信号の周波数に応じて適宜厚さを調整することにより、ストリップ導体２とグランド層３との間隔を調整できるために、良好な高周波伝送特性を有するマイクロストリップ線路を形成することができる。また、誘電体層１ｂの厚みの調整によって、配線基板Ａ全体としての厚みを任意に定めることができるために、配線基板Ａとしての強度を向上することができる。
【００１８】
本発明においては、配線基板Ａの端部において、誘電体層１ａ、誘電体層１ｂのいずれか一方を切り欠くことにより段差部４を形成し、その段差面５にグランド層３を露出させる。この段差部４は、配線基板Ａの一端、あるいは複数の端部に形成することもでき、図１の配線基板Ａでは、誘電体層１ｂの長さを誘電体１ａよりも短くして両端に段差部４、４が設けられ、その段差面５、５にグランド層３が露出した構造からなり、かかる露出したグランド層３を他の電気回路、例えば、配線基板や、配線基板を支持しそれ自体が接地された金属製シャーシ、さらには他の配線基板と接続するための接続部材などに形成されたグランド層と接続する。なお、他の電気回路におけるグランド層とは、誘電体基板表面に導体層として形成されたグランド層や金属製シャーシのように、配線基板を接続する箇所が電気的に接地された金属面であってもよい。
【００１９】
図２乃至図４は、いずれも本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造を説明するための概略断面図である。
図２によれば、配線基板Ｂは、例えば、配線基板Ａを収納する金属製のシャーシ６の一部に設けられており、配線基板Ｂは、誘電体層７ａと誘電体層７ｂとの積層体からなる誘電体基板７の誘電体層７ａ表面にストリップ導体８が被着形成されており、また、誘電体基板７の内部には、グランド層９が設けられている。また、配線基板Ｂの配線基板Ａとの接続部には、段差部１０が設けられており、その段差面１１には、グランド層９が露出されている。
【００２０】
そして、配線基板Ｂのグランド層９が露出した段差面１１に対して、配線基板Ａのグランド層３が露出した段差面５を当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ａのグランド層３と、配線基板Ｂのグランド層９とを略同一平面内にて電気的に接続することができるために、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく配線基板Ａと配線基板Ｂ間において良好な高周波伝送特性が得られる。
【００２１】
また、配線基板Ａのストリップ導体２と、配線基板Ｂのストリップ導体８とは、ワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材１２によって電気的に接続されている。なお、上記グランド層３とグランド層９とは、半田などのロウ剤によって強固に接続することも可能である。なお、配線基板Ａと配線基板Ｂとの隙間は、できるだけ小さいほうが高周波特性を劣化させないために望ましい。
【００２２】
図３の接続構造においては、配線基板Ｃは、配線基板Ａと同様に、誘電体層１３ａ、１３ｂを積層して形成された誘電体基板１３を有し、この誘電体基板１３の表面には、ストリップ導体１４が被着形成されており、誘電体層１３ａと誘電体層１３ｂの間には、グランド層１５が内蔵されている。そして、このストリップ導体１４と、グランド層１５によってマイクロストリップ線路が形成されている。そして、配線基板Ｃの端部において、誘電体層１３ａ、誘電体層１３ｂを一定の幅だけずらして積層された構造によって両端に段差部１６、１６が形成され、その段差面１７、１７にグランド層１５、１５が露出されている。一方、配線基板Ｄは、配線基板Ｃと全く同様の構造の誘電体基板１３’、ストリップ導体１４’、グランド層１５’、段差部１６’、段差面１７’を具備する配線基板から構成されるものである。
【００２３】
図３によれば、配線基板Ｃの段差面１７と配線基板Ｄの段差面１７’とを当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ｃのグランド層１５と、配線基板Ｄのグランド層１５’とを略同一平面内にて電気的に接続することができるために、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、配線基板Ｃと配線基板Ｄ間において良好な高周波伝送特性が得られる。
【００２４】
また、配線基板Ｃのストリップ導体１４と、配線基板Ｄのストリップ導体１４’とはワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材１８によって電気的に接続されている。なお、上記グランド層１５とグランド層１５’とは、半田などのロウ材によって強固に接続することも可能である。
【００２５】
図４は、図１に示した配線基板Ａと、配線基板Ａと全く同様の構造を有する、誘電体基板１’、ストリップ導体２’、グランド層３’、段差部４’、段差面５’を具備する配線基板Ｅとを接続するための構造に関するものである。図４の接続構造によれば、配線基板Ａと配線基板Ｅとの間には、誘電体基板１９の表面にグランド層２０が設けられた接続部材Ｆが設けられている。そして、配線基板Ａおよび配線基板Ｅの段差面５，５’は、接続部材Ｆのグランド層２０に対してそれぞれ当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ａのグランド層３、接続部材Ｆのグランド層２０、配線基板Ｅのグランド層３’とを略同一平面内にて電気的に接続することができる。また、配線基板Ａのストリップ導体２と、配線基板Ｅのストリップ導体２’とをワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材２１によって電気的に接続する。なお、上記配線基板Ａ，Ｅのグランド層３，３’と接続部材Ｆのグランド層２０とは、半田などのロウ材によって強固に接続することも可能である。
【００２６】
このような接続構造においては、配線基板Ａのグランド層３と、配線基板Ｅのグランド層３’とを接続部材Ｆのグランド層２０を介して略同一平面内にて電気的に接続することができるために、配線基板Ａと配線基板Ｅとの接続部において、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、配線基板Ａと配線基板Ｅ間において良好な高周波信号の伝達が可能となる。
【００２７】
また、図４における接続部材Ｆは、上記のように誘電体基板１９の表面にグランド層２０を設けたもの以外に、全てが金属からなり、電気的に接地されたシャーシ部材であってもよい。
【００２８】
次に、図５及び図６は、本発明における配線基板の典型的な応用例として高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造を説明するための概略断面図である。
【００２９】
図５における高周波素子収納用パッケージＧ１によれば、誘電体層３１ａ，誘電体層３１ｂを積層してなる誘電体基板３１を具備し、その誘電体層３１ａと誘電体層３１ｂとの界面には、グランド層３２が設けられている。また、誘電体基板３１の中央部には凹部３３が設けられており、凹部３３内のグランド層３２の表面には、高周波素子３４が固着されている。
【００３０】
また、誘電体層３１ｂの表面には、ストリップ導体３５が被着形成されており、誘電体基板３１内部のグランド層３２とともにマイクロストリップ線路を形成している。そして、誘電体基板３１の高周波素子３４搭載側には、高周波素子３４を気密に封止するために金属製の蓋体３６が取り付けられている。
【００３１】
一方、誘電体基板３１の高周波素子３４搭載側とは反対の表面には、ストリップ導体３７が設けられており、誘電体基板３１内部のグランド層３２とともにマイクロストリップ線路が形成されている。
【００３２】
そして、高周波素子３４搭載面側に設けられたストリップ導体３５とグランド層３２からなるマイクロストリップ線路と、高周波素子３４搭載面側の反対側に設けられたストリップ導体３７とグランド層３２からなるマイクロストリップ線路とは、ストリップ導体３５とストリップ導体３７との端部をスルーホール導体３８によって電気的に接続することにより信号の伝達を可能としている。
【００３３】
また、この高周波素子収納用パッケージＧ１によれば、誘電体層３１ａと誘電体層３１ｂとを所定量ずらして積層された構造によって、パッケージの端部に、グランド層３２が上側に露出した段差面３９を有する段差部４０と、グランド層３２が下側に露出した段差面４１を有する段差部４２が形成されている。
【００３４】
そして、このパッケージＧ１と全く同様の形状からなるパッケージＧ２は、各パッケージの段差面３９と、隣接するパッケージの段差面４１とを当接させて重ね合わせることにより、各パッケージＧ１、Ｇ２のグランド層３２を略同一平面内にて電気的に接続することができる。そして、各パッケージのストリップ導体３７同士をワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープ等の導体部材４３によって電気的に接続することにより、各パッケージＧ１、Ｇ２の各マイクロストリップ線路間を高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく良好な高周波信号の伝達が可能ななる。
【００３５】
図６における高周波素子収納用パッケージＨ１によれば、高周波素子収納用パッケージＧ１と同様に、誘電体層５１ａ，誘電体層５１ｂを積層してなる誘電体基板５１を具備し、誘電体層５１ａと誘電体層５１ｂとの界面には、グランド層５２が設けられている。また、誘電体基板５１の中央部には凹部５３が設けられており、凹部５３内のグランド層５２の表面には、高周波素子５４が固着されている。
【００３６】
また、誘電体層５１ｂの表面には、ストリップ導体５５が被着形成されており、誘電体基板５１内部のグランド層５２とともにマイクロストリップ線路を形成している。一方、誘電体基板５１の高周波素子５４搭載側とは反対の表面には、ストリップ導体５６が設けられており、誘電体基板５１内部のグランド層５２とともにマイクロストリップ線路が形成されている。
【００３７】
そして、高周波素子５４搭載面側に設けられたストリップ導体５５とグランド層５２からなるマイクロストリップ線路と、高周波素子５４搭載面側の反対側に設けられたストリップ導体５６とグランド層５２からなるマイクロストリップ線路とは、ストリップ導体５５とストリップ導体５６との端部をグランド層５２に設けられたスロット５７を介して対照的に配置することにより、互いに電磁的に結合され信号の伝達を可能としている。
【００３８】
また、この高周波素子収納用パッケージＨ１によれば、誘電体層５１ｂの長さを誘電体層５１ａよりも短くして積層された構造によって、パッケージの端部に、グランド層５２が下側に露出した段差面５８を有する段差部５９が両端に形成されている。
【００３９】
そして、このパッケージＨ１およびパッケージＨ１と全く同様の形状からなるパッケージＨ２は、パッケージＨ１、Ｈ２の高周波素子５４、５４’をそれぞれ気密に封止するための凹部６０を有し、接地された金属製のシャーシ６１に対して、その突起部６２にパッケージの段差面５８、５８’を当接させて重ね合わせることにより、各パッケージＨ１、Ｈ２のグランド層５２、５２’を略同一平面内にて電気的に接続することができるとともに、高周波素子５４、５４’は金属製シャーシ６１によって気密に封止される。そして、各パッケージのストリップ導体５６、５６’同士をワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープ等の導体部材６３によって電気的に接続することにより、各パッケージＨ１、Ｈ２の各マイクロストリップ線路間を各パッケージの接続部において、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、良好な高周波信号の伝達が可能となる。
【００４０】
本発明によれば、高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造については図５及び図６に説明した構造に限定されるものではなく、図１乃至図３に示した基本的な接続構造を基礎として、あらゆる組み合わせによって、高周波素子を搭載したパッケージとシャーシ、あるいは、高周波素子を搭載したパッケージ同士などの接続に適用することが可能である。
【００４１】
本発明の配線基板の接続構造において、配線基板の誘電体基板は、アルミナ、ムライト、ガラス、ガラスセラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素等の焼結体や、有機樹脂を構成要素として含有する有機質絶縁材によって構成される。また、グランド層、ストリップ導体などは、高周波信号の伝送損失を小さくするためには、導体層材料としてＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の低抵抗導体によって形成されていることが望ましく、そのために、誘電体基板を焼結体によって形成する場合には、焼成温度が８００〜１０００℃程度のガラス、ガラスセラミックス等の低温焼成の焼結体が最適であり、この組み合わせにより誘電体層とストリップ導体やグランド層とを同時焼成によって形成することも可能である。
【００４２】
次に、本発明における配線基板を製造するには、例えば、ガラスセラミックスを構成する原料粉末に有機物系のバインダーを混合して調製した成形材料を、ドクターブレード法やプレス成形法、圧延法等の周知の成形方法でシート状の成形体を得た後、各シート状成形体に適宜打ち抜き加工して凹部やスルーホール等を形成し、次いでスルーホール内にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の低抵抗金属を主体とするペーストを用いてスルーホール導体や、ストリップ導体、グランド層などの線路パターンを印刷形成する。
【００４３】
そして、複数のシート状成形体のうちグランド層の上側、または下側のシート状成形体をずらすかまたは短く切断して積層して、段差面にグランド層を有する段差部を形成する。その後、該積層体を８００〜１０００℃の温度で、窒素等の非酸化性雰囲気中で焼成することにより配線基板が得られる。
【００４４】
また、段差面にグランド層を有する段差部を形成する方法としては、焼成した配線基板から、グランド層の上側、または下側の誘電体層を研削加工してグランド層を露出させることも可能である。
【００４５】
かくして得られた配線基板の凹部内に高周波素子をＡｕ・Ｇｅ合金、Ａｕ・Ｓｎ合金等により凹部内の所定位置に接着固定した後、ワイヤボンディングやリボンにより信号伝送線路と電気的に接続したり、金属製蓋体を接着することにより高周波素子用パッケージを作製することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の配線基板およびその接続構造は、グランド層を内蔵する配線基板において、その端部おいてグランド層が露出した段差面を形成して、その露出したグランド層をもって略同一平面内にて他の配線基板のグランド層を接続することにより、接続部におけるストリップ導体とグランド層間の極端な間隙の変化を抑制することができるために、簡略化した構造からなり、接続部での伝送損失の小さい接続構造を提供できる。また、かかる配線基板の構造においては、基板の厚さを大きくして表面に近い部分にグランド層を形成してマイクロストリップ線路等の高周波用線路を形成することが可能であり、しかも他の配線基板のグランド層との接続を良好に行うことができるために、配線基板の強度の向上と伝送する周波数に応じて高周波特性に優れた接続構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の接続構造における配線基板の基本的な構造を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造の一実施態様を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造の他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造のさらに他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の配線基板の接続構造を高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造の一実施態様を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の配線基板の接続構造を高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造の他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図７】従来の高周波用線路を有する配線基板の接続構造を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ 配線基板
１ａ，１ｂ、７ａ，７ｂ 誘電体層
１，７ 誘電体基板
２，８ ストリップ導体
３，９ グランド層
４，１０ 段差部
５，１１ 段差面
６ シャーシ
１２ 導体部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板や高周波素子を収納するパッケージ等に適用され、ストリップ導体とグランド層を有するマイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路などの高周波用線路を具備する配線基板を他の配線基板に接続するための構造に関し、高周波信号の伝送損失を低減して他の配線基板に接続するための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、車間レーダーやオフィス内高速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さまざまな応用システムも提案されるようになっている。
【０００３】
そのようなマイクロ波、ミリ波用のシステムにおいて用いられる配線基板７０としては、例えば、図７に示すように、誘電体基板７１表面に高周波用素子７２が搭載されており、さらに基板７１表面には、その高周波素子７２に信号を伝送するための信号線が設けられている。信号線としては、マイクロ波、ミリ波領域では、一般的な導体線では信号の伝送ができないために、通常、従来より、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路などの高周波用線路７３が用いられている。
【０００４】
高周波用線路のうち、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路は、いずれもストリップ導体７４とグランド層７５を有するものであり、ストリップ導体７４は誘電体基板７１表面に形成され、グランド層７５は誘電体基板７１の裏面または内部に設けることができるが、この図７においては、グランド層７５は誘電体基板７１の内部に設けられている。
【０００５】
そして、このような構造の配線基板７０を複数配置してモジュール化する場合、配線基板７０と、同様にストリップ導体７６とグランド層７７を有する高周波用線路７３を具備する他の配線基板７８とを接続する場合には、各配線基板７０、７８において、ビアホール導体７９、８０によってグランド層７５、７７を配線基板７０、７８の下面に導出し、配線基板７０、７８を接続用グランド層８１が表面に形成された外部基板８２の表面にそれぞれ実装することにより、グランド層７５とグランド層７７を、ビアホール導体７９、８０、接続用グランド層８１を介して接続される。
【０００６】
そして、ストリップ導体７４とストリップ導体７６とは、ワイヤやリボンなどの導体線８３によって電気的に接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グランド層７５，７７が誘電体基板７１の内部に設けられた配線基板７０、７８同士を接続する場合、図７に示したように、ビアホール導体７９、８０や接続用グランド層８１などを用いて引き回して接続すると、接続部におけるストリップ導体とグランド層との間隔が変動して電磁的な結合状態が変化するために、この接続部において信号の伝送の損失が大きくなるという問題があった。しかも、電磁場分布の位相がずれてしまい信号が反射してしまうという問題があった。
【０００８】
また、グランド層７５、７７を誘電体基板７１の裏面に形成する場合、扱う信号の周波数が高くなるにつれて、ストリップ導体とグランド層間の距離を狭くする必要があるために、誘電体基板厚みを必然的に１ｍｍ以下の厚さまで薄くする必要がある。そのために、基板がわずかな衝撃で破損しやすくなり、取扱いが難しいという問題があった。
【０００９】
従って、本発明は、グランド層を誘電体基板内部に有する高周波用線路を具備する配線基板を他の配線基板に対して簡単な構造で且つ接続部における信号の伝送損失が小さい配線基板の接続構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に対して検討を重ねた結果、グランド層を内部に有する配線基板の端部に段差を設けて、その段差面にグランド層を露出せしめ、この露出したグランド層を用いて、他の配線基板のグランド層と略同一平面内にて接続することにより、接続部での信号の伝送損失を低減できるとともに、他の配線基板との接続構造を簡略化できることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面と前記第２の配線基板の段差面とを重ね合わせることによって、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とする配線基板の接続構造である。
【００１２】
また、本発明の他の配線基板の接続構造は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、
前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面および前記第２の配線基板の段差面を、接続部材表面に形成された第３のグランド層に重ね合わせて、前記第１の配線基板の前記第１のグランド層と前記第２の配線基板の前記第２のグランド層と前記接続部材の前記第３のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
なお、前記接続部材が、前記高周波素子を気密に封止するための凹部を有することが望ましい。また、前記第２の配線基板表面に高周波素子が搭載されてなることが望ましい。さらには、前記高周波用線路が、マイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路のうちの少なくとも１種であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の接続構造を具体的に図面を用いて説明する。
まず、図１は、本発明の配線基板の接続構造において用いられる配線基板の基本構造を説明するための概略断面図である。
【００１６】
先ず、図１の配線基板Ａは、誘電体層１ａ、１ｂを積層して形成された誘電体基板１を有し、この誘電体基板１の表面には、ストリップ導体２が被着形成されており、誘電体層１ａと誘電体層１ｂの間には、グランド層３が内蔵されている。そして、このストリップ導体２と、グランド層３によってマイクロストリップ線路が形成されている。
【００１７】
かかる構造の配線基板Ａにおいては、誘電体層１ａの厚みを信号の周波数に応じて適宜厚さを調整することにより、ストリップ導体２とグランド層３との間隔を調整できるために、良好な高周波伝送特性を有するマイクロストリップ線路を形成することができる。また、誘電体層１ｂの厚みの調整によって、配線基板Ａ全体としての厚みを任意に定めることができるために、配線基板Ａとしての強度を向上することができる。
【００１８】
本発明においては、配線基板Ａの端部において、誘電体層１ａ、誘電体層１ｂのいずれか一方を切り欠くことにより段差部４を形成し、その段差面５にグランド層３を露出させる。この段差部４は、配線基板Ａの一端、あるいは複数の端部に形成することもでき、図１の配線基板Ａでは、誘電体層１ｂの長さを誘電体１ａよりも短くして両端に段差部４、４が設けられ、その段差面５、５にグランド層３が露出した構造からなり、かかる露出したグランド層３を他の電気回路、例えば、配線基板や、配線基板を支持しそれ自体が接地された金属製シャーシ、さらには他の配線基板と接続するための接続部材などに形成されたグランド層と接続する。なお、他の電気回路におけるグランド層とは、誘電体基板表面に導体層として形成されたグランド層や金属製シャーシのように、配線基板を接続する箇所が電気的に接地された金属面であってもよい。
【００１９】
図２乃至図４は、いずれも本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造を説明するための概略断面図である。
図２によれば、配線基板Ｂは、例えば、配線基板Ａを収納する金属製のシャーシ６の一部に設けられており、配線基板Ｂは、誘電体層７ａと誘電体層７ｂとの積層体からなる誘電体基板７の誘電体層７ａ表面にストリップ導体８が被着形成されており、また、誘電体基板７の内部には、グランド層９が設けられている。また、配線基板Ｂの配線基板Ａとの接続部には、段差部１０が設けられており、その段差面１１には、グランド層９が露出されている。
【００２０】
そして、配線基板Ｂのグランド層９が露出した段差面１１に対して、配線基板Ａのグランド層３が露出した段差面５を当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ａのグランド層３と、配線基板Ｂのグランド層９とを略同一平面内にて電気的に接続することができるために、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく配線基板Ａと配線基板Ｂ間において良好な高周波伝送特性が得られる。
【００２１】
また、配線基板Ａのストリップ導体２と、配線基板Ｂのストリップ導体８とは、ワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材１２によって電気的に接続されている。なお、上記グランド層３とグランド層９とは、半田などのロウ剤によって強固に接続することも可能である。なお、配線基板Ａと配線基板Ｂとの隙間は、できるだけ小さいほうが高周波特性を劣化させないために望ましい。
【００２２】
図３の接続構造においては、配線基板Ｃは、配線基板Ａと同様に、誘電体層１３ａ、１３ｂを積層して形成された誘電体基板１３を有し、この誘電体基板１３の表面には、ストリップ導体１４が被着形成されており、誘電体層１３ａと誘電体層１３ｂの間には、グランド層１５が内蔵されている。そして、このストリップ導体１４と、グランド層１５によってマイクロストリップ線路が形成されている。そして、配線基板Ｃの端部において、誘電体層１３ａ、誘電体層１３ｂを一定の幅だけずらして積層された構造によって両端に段差部１６、１６が形成され、その段差面１７、１７にグランド層１５、１５が露出されている。一方、配線基板Ｄは、配線基板Ｃと全く同様の構造の誘電体基板１３’、ストリップ導体１４’、グランド層１５’、段差部１６’、段差面１７’を具備する配線基板から構成されるものである。
【００２３】
図３によれば、配線基板Ｃの段差面１７と配線基板Ｄの段差面１７’とを当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ｃのグランド層１５と、配線基板Ｄのグランド層１５’とを略同一平面内にて電気的に接続することができるために、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、配線基板Ｃと配線基板Ｄ間において良好な高周波伝送特性が得られる。
【００２４】
また、配線基板Ｃのストリップ導体１４と、配線基板Ｄのストリップ導体１４’とはワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材１８によって電気的に接続されている。なお、上記グランド層１５とグランド層１５’とは、半田などのロウ材によって強固に接続することも可能である。
【００２５】
図４は、図１に示した配線基板Ａと、配線基板Ａと全く同様の構造を有する、誘電体基板１’、ストリップ導体２’、グランド層３’、段差部４’、段差面５’を具備する配線基板Ｅとを接続するための構造に関するものである。図４の接続構造によれば、配線基板Ａと配線基板Ｅとの間には、誘電体基板１９の表面にグランド層２０が設けられた接続部材Ｆが設けられている。そして、配線基板Ａおよび配線基板Ｅの段差面５，５’は、接続部材Ｆのグランド層２０に対してそれぞれ当接させて重ね合わせることにより、配線基板Ａのグランド層３、接続部材Ｆのグランド層２０、配線基板Ｅのグランド層３’とを略同一平面内にて電気的に接続することができる。また、配線基板Ａのストリップ導体２と、配線基板Ｅのストリップ導体２’とをワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープなどの導体部材２１によって電気的に接続する。なお、上記配線基板Ａ，Ｅのグランド層３，３’と接続部材Ｆのグランド層２０とは、半田などのロウ材によって強固に接続することも可能である。
【００２６】
このような接続構造においては、配線基板Ａのグランド層３と、配線基板Ｅのグランド層３’とを接続部材Ｆのグランド層２０を介して略同一平面内にて電気的に接続することができるために、配線基板Ａと配線基板Ｅとの接続部において、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、配線基板Ａと配線基板Ｅ間において良好な高周波信号の伝達が可能となる。
【００２７】
また、図４における接続部材Ｆは、上記のように誘電体基板１９の表面にグランド層２０を設けたもの以外に、全てが金属からなり、電気的に接地されたシャーシ部材であってもよい。
【００２８】
次に、図５及び図６は、本発明における配線基板の典型的な応用例として高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造を説明するための概略断面図である。
【００２９】
図５における高周波素子収納用パッケージＧ１によれば、誘電体層３１ａ，誘電体層３１ｂを積層してなる誘電体基板３１を具備し、その誘電体層３１ａと誘電体層３１ｂとの界面には、グランド層３２が設けられている。また、誘電体基板３１の中央部には凹部３３が設けられており、凹部３３内のグランド層３２の表面には、高周波素子３４が固着されている。
【００３０】
また、誘電体層３１ｂの表面には、ストリップ導体３５が被着形成されており、誘電体基板３１内部のグランド層３２とともにマイクロストリップ線路を形成している。そして、誘電体基板３１の高周波素子３４搭載側には、高周波素子３４を気密に封止するために金属製の蓋体３６が取り付けられている。
【００３１】
一方、誘電体基板３１の高周波素子３４搭載側とは反対の表面には、ストリップ導体３７が設けられており、誘電体基板３１内部のグランド層３２とともにマイクロストリップ線路が形成されている。
【００３２】
そして、高周波素子３４搭載面側に設けられたストリップ導体３５とグランド層３２からなるマイクロストリップ線路と、高周波素子３４搭載面側の反対側に設けられたストリップ導体３７とグランド層３２からなるマイクロストリップ線路とは、ストリップ導体３５とストリップ導体３７との端部をスルーホール導体３８によって電気的に接続することにより信号の伝達を可能としている。
【００３３】
また、この高周波素子収納用パッケージＧ１によれば、誘電体層３１ａと誘電体層３１ｂとを所定量ずらして積層された構造によって、パッケージの端部に、グランド層３２が上側に露出した段差面３９を有する段差部４０と、グランド層３２が下側に露出した段差面４１を有する段差部４２が形成されている。
【００３４】
そして、このパッケージＧ１と全く同様の形状からなるパッケージＧ２は、各パッケージの段差面３９と、隣接するパッケージの段差面４１とを当接させて重ね合わせることにより、各パッケージＧ１、Ｇ２のグランド層３２を略同一平面内にて電気的に接続することができる。そして、各パッケージのストリップ導体３７同士をワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープ等の導体部材４３によって電気的に接続することにより、各パッケージＧ１、Ｇ２の各マイクロストリップ線路間を高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく良好な高周波信号の伝達が可能ななる。
【００３５】
図６における高周波素子収納用パッケージＨ１によれば、高周波素子収納用パッケージＧ１と同様に、誘電体層５１ａ，誘電体層５１ｂを積層してなる誘電体基板５１を具備し、誘電体層５１ａと誘電体層５１ｂとの界面には、グランド層５２が設けられている。また、誘電体基板５１の中央部には凹部５３が設けられており、凹部５３内のグランド層５２の表面には、高周波素子５４が固着されている。
【００３６】
また、誘電体層５１ｂの表面には、ストリップ導体５５が被着形成されており、誘電体基板５１内部のグランド層５２とともにマイクロストリップ線路を形成している。一方、誘電体基板５１の高周波素子５４搭載側とは反対の表面には、ストリップ導体５６が設けられており、誘電体基板５１内部のグランド層５２とともにマイクロストリップ線路が形成されている。
【００３７】
そして、高周波素子５４搭載面側に設けられたストリップ導体５５とグランド層５２からなるマイクロストリップ線路と、高周波素子５４搭載面側の反対側に設けられたストリップ導体５６とグランド層５２からなるマイクロストリップ線路とは、ストリップ導体５５とストリップ導体５６との端部をグランド層５２に設けられたスロット５７を介して対照的に配置することにより、互いに電磁的に結合され信号の伝達を可能としている。
【００３８】
また、この高周波素子収納用パッケージＨ１によれば、誘電体層５１ｂの長さを誘電体層５１ａよりも短くして積層された構造によって、パッケージの端部に、グランド層５２が下側に露出した段差面５８を有する段差部５９が両端に形成されている。
【００３９】
そして、このパッケージＨ１およびパッケージＨ１と全く同様の形状からなるパッケージＨ２は、パッケージＨ１、Ｈ２の高周波素子５４、５４’をそれぞれ気密に封止するための凹部６０を有し、接地された金属製のシャーシ６１に対して、その突起部６２にパッケージの段差面５８、５８’を当接させて重ね合わせることにより、各パッケージＨ１、Ｈ２のグランド層５２、５２’を略同一平面内にて電気的に接続することができるとともに、高周波素子５４、５４’は金属製シャーシ６１によって気密に封止される。そして、各パッケージのストリップ導体５６、５６’同士をワイヤ、リボン、ＴＡＢ用テープ等の導体部材６３によって電気的に接続することにより、各パッケージＨ１、Ｈ２の各マイクロストリップ線路間を各パッケージの接続部において、高周波信号による電磁界分布を乱すことがなく、良好な高周波信号の伝達が可能となる。
【００４０】
本発明によれば、高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造については図５及び図６に説明した構造に限定されるものではなく、図１乃至図３に示した基本的な接続構造を基礎として、あらゆる組み合わせによって、高周波素子を搭載したパッケージとシャーシ、あるいは、高周波素子を搭載したパッケージ同士などの接続に適用することが可能である。
【００４１】
本発明の配線基板の接続構造において、配線基板の誘電体基板は、アルミナ、ムライト、ガラス、ガラスセラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素等の焼結体や、有機樹脂を構成要素として含有する有機質絶縁材によって構成される。また、グランド層、ストリップ導体などは、高周波信号の伝送損失を小さくするためには、導体層材料としてＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の低抵抗導体によって形成されていることが望ましく、そのために、誘電体基板を焼結体によって形成する場合には、焼成温度が８００〜１０００℃程度のガラス、ガラスセラミックス等の低温焼成の焼結体が最適であり、この組み合わせにより誘電体層とストリップ導体やグランド層とを同時焼成によって形成することも可能である。
【００４２】
次に、本発明における配線基板を製造するには、例えば、ガラスセラミックスを構成する原料粉末に有機物系のバインダーを混合して調製した成形材料を、ドクターブレード法やプレス成形法、圧延法等の周知の成形方法でシート状の成形体を得た後、各シート状成形体に適宜打ち抜き加工して凹部やスルーホール等を形成し、次いでスルーホール内にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の低抵抗金属を主体とするペーストを用いてスルーホール導体や、ストリップ導体、グランド層などの線路パターンを印刷形成する。
【００４３】
そして、複数のシート状成形体のうちグランド層の上側、または下側のシート状成形体をずらすかまたは短く切断して積層して、段差面にグランド層を有する段差部を形成する。その後、該積層体を８００〜１０００℃の温度で、窒素等の非酸化性雰囲気中で焼成することにより配線基板が得られる。
【００４４】
また、段差面にグランド層を有する段差部を形成する方法としては、焼成した配線基板から、グランド層の上側、または下側の誘電体層を研削加工してグランド層を露出させることも可能である。
【００４５】
かくして得られた配線基板の凹部内に高周波素子をＡｕ・Ｇｅ合金、Ａｕ・Ｓｎ合金等により凹部内の所定位置に接着固定した後、ワイヤボンディングやリボンにより信号伝送線路と電気的に接続したり、金属製蓋体を接着することにより高周波素子用パッケージを作製することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の配線基板およびその接続構造は、グランド層を内蔵する配線基板において、その端部おいてグランド層が露出した段差面を形成して、その露出したグランド層をもって略同一平面内にて他の配線基板のグランド層を接続することにより、接続部におけるストリップ導体とグランド層間の極端な間隙の変化を抑制することができるために、簡略化した構造からなり、接続部での伝送損失の小さい接続構造を提供できる。また、かかる配線基板の構造においては、基板の厚さを大きくして表面に近い部分にグランド層を形成してマイクロストリップ線路等の高周波用線路を形成することが可能であり、しかも他の配線基板のグランド層との接続を良好に行うことができるために、配線基板の強度の向上と伝送する周波数に応じて高周波特性に優れた接続構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の接続構造における配線基板の基本的な構造を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造の一実施態様を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造の他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明の配線基板の接続構造における基本的接続構造のさらに他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の配線基板の接続構造を高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造の一実施態様を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の配線基板の接続構造を高周波素子を搭載した複数のパッケージを相互接続した高周波用モジュールに応用した場合の接続構造の他の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図７】従来の高周波用線路を有する配線基板の接続構造を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ 配線基板
１ａ，１ｂ、７ａ，７ｂ 誘電体層
１，７ 誘電体基板
２，８ ストリップ導体
３，９ グランド層
４，１０ 段差部
５，１１ 段差面
６ シャーシ
１２ 導体部材
Claims (5)
- 第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、
第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、
前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面と前記第２の配線基板の段差面とを重ね合わせることによって、前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とする配線基板の接続構造。 - 第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に形成された第１のストリップ導体と該第１の誘電体基板内部に形成された第１のグランド層を有する高周波用線路とを具備し、さらに前記第１の誘電体基板表面に第１の高周波素子が搭載されてなる第１の配線基板と、
第２の誘電体基板と、該第２の誘電体基板表面に形成された第２のストリップ導体と該第２の誘電体基板内部に形成された第２のグランド層を有する高周波用線路とを具備する第２の配線基板とを接続する構造であって、
前記第１の配線基板および前記第２の配線基板の端部にそれぞれ前記第１のグランド層および前記第２のグランド層が露出した段差面を設け、前記第１の配線基板の段差面および前記第２の配線基板の段差面を、接続部材表面に形成された第３のグランド層に重ね合わせて、前記第１の配線基板の前記第１のグランド層と前記第２の配線基板の前記第２のグランド層と前記接続部材の前記第３のグランド層とを略同一平面内にて電気的に接続するとともに、
前記第１の配線基板表面の前記第１のストリップ導体と前記第２の配線基板表面の前記第２のストリップ導体とをワイヤ、リボンなどの導体部材によって電気的に接続したことを特徴とする配線基板の接続構造。 - 前記接続部材が、前記高周波素子を気密に封止するための凹部を有することを特徴とする請求項２記載の配線基板の接続構造。
- 前記第２の配線基板表面に高周波素子が搭載されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の配線基板の接続構造。
- 前記高周波用線路が、マイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路のうちの少なくとも１種である請求項１乃至請求項４のいずれか記載の配線基板の接続構造。
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