JP3983456B2

JP3983456B2 - Multilayer board module

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Publication number: JP3983456B2
Application number: JP2000137599A
Authority: JP
Inventors: 憲一前田; 政好小野; 憲治末松; 直高木; 健治伊東; 隆俊桂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001320170A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波アンプを搭載する多層基板モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、例えばIEEE 1996 Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Digest pp.13-16 に示された従来の多層基板モジュールを示す模式的な斜視図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図において、１０１は多層基板、１０２は高周波信号入力端子、１０３は高周波信号出力端子、１０４はアンプを有する半導体基板、１０５は入力側整合回路、１０６は出力側整合回路、１０７はワイヤ、１０８はアンプの入力端子、１０９はアンプのグランド端子、１１０はアンプの出力端子、１１１は共通グランド層、１１２は共通グランド層１１１のグランド用スルーホール、１１３は入力側整合回路１０５のグランド用スルーホール、１１４はアンプのグランド用スルーホール、１１５は出力側整合回路１０６のグランド用スルーホールである。
【０００３】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子１０２に入力した信号は、入力側整合回路１０５においてインピーダンス変換されてアンプの入力端子１０８に入力される。そして、アンプを有する半導体基板１０４において増幅された信号は、アンプの出力端子１１０から出力され、その後出力側整合回路１０６においてインピーダンス変換されて高周波信号出力端子１０３から出力される。
【０００４】
ここで、図１２に示されるような共通グランド層１１１を設けることで、入力側整合回路１０５のグランド用スルーホール１１３、アンプのグランド用スルーホール１１４、および出力側整合回路１０６のグランド用スルーホール１１５を共通に接続してグランドをひとまとめにすることにより、モジュール内構造を簡略化することができて配線の引き回しが容易となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多層基板モジュールは以上のように構成されているので、共通グランド層１１１において、入力側整合回路のグランド用スルーホール１１３、アンプのグランド用スルーホール１１４、および出力側整合回路のグランド用スルーホール１１５が共通に接続される。また、共通グランド層１１１はグランド用スルーホール１１２を介して多層基板モジュール裏面の金属層に接続され、グランド用スルーホール１１２においてはインダクタンス成分が発生する。したがって、このインダクタンス成分により、共通グランド層１１１は高周波について理想的なグランド層とはならなくなり、この共通グランド層１１１を介しての帰還が生じて、アンプを有する半導体基板１０４が発振する可能性があるという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、安定に動作するアンプを搭載した多層基板モジュールを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層基板モジュールは、多層基板と、多層基板の表面に設けられるアンプを有する半導体基板および１または複数の整合回路と、多層基板の裏面に金属層で形成された接地面と、多層基板の内部に設けられたアンプ用グランド層と、多層基板の内部に１または複数の整合回路毎に設けられて、アンプ用グランド層に対して非接触であるとともに相互にも非接触に配置される整合回路用グランド層と、アンプから延びるグランド用導線とアンプ用グランド層とを接続するグランド用スルーホールと、アンプ用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールと、１または複数の整合回路毎に形成されて、当該整合回路から延びるグランド用導線と対応する整合回路用グランド層とをそれぞれ接続するグランド用スルーホールと、整合回路用グランド層毎に、整合回路用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールとを備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る多層基板モジュールは、多層基板内において、アンプ用グランド層と１または複数の整合回路用グランド層とを同一層上に配置するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。図において、１は多層基板、２は高周波信号入力端子、３は高周波信号出力端子、４はアンプを有する半導体基板、５は入力側整合回路（整合回路）、６は出力側整合回路（整合回路）、７はワイヤ、８はアンプの入力端子、９はアンプのグランド端子、１０はアンプの出力端子、１１は多層基板１の裏面に金属層で形成された接地面、１２は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、１３はアンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、１４は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００１４】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２に入力した信号は、入力側整合回路５においてインピーダンス変換されてアンプの入力端子８に入力される。そして、アンプを有する半導体基板４において増幅された信号は、アンプの出力端子１０から出力され、その後出力側整合回路６においてインピーダンス変換されて高周波信号出力端子３から出力される。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１２と、アンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１３と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１４とを備えるように構成したので、入力側整合回路５、アンプを有する半導体基板４および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール１２、グランド用スルーホール１３およびグランド用スルーホール１４がそれぞれ独立に多層基板１裏面に形成された接地面１１に対して直接的に接続されるから、帰還による発振を防止することができてアンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００１６】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール１３，１２，１４の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図２および図３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。２１は多層基板１の内部に設けられた共通グランド層、２２は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール、２３は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール、２４はそれぞれ共通グランド層２１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、２５はアンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００１８】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。上記の構成に係る説明から明らかなように、共通グランド層２１において、入力側整合回路５のグランド用スルーホール２２と出力側整合回路６のグランド用スルーホール２３とは共通に接続される。また、共通グランド層２１はグランド用スルーホール２４を介して接地面１１に接続され、グランド用スルーホール２４においてインダクタンス成分が発生する。したがって、このインダクタンス成分により共通グランド層２１は高周波について理想的なグランド層とはならなくなるが、入力側整合回路５のグランド用スルーホール２２と出力側整合回路６のグランド用スルーホール２３との間の帰還は負帰還であるために発振することはない。
【００１９】
以上のように、この実施の形態２によれば、共通グランド層２１と、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール２２と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール２３と、共通グランド層２１と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール２４と、アンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを直接的に接続するグランド用スルーホール２５とを備えるように構成したので、グランド用スルーホール２２とグランド用スルーホール２３との間では負帰還が生じ、またアンプを有する半導体基板４に接続されるグランド用スルーホール２５は入力側整合回路５および出力側整合回路６に接続されるグランド用スルーホールに対して独立に接地面１１に接続されるから、帰還による発振を防止することができてアンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００２０】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール２５，２２，２３の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図５は、図４のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図４および図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。３１は多層基板１の内部に設けられたアンプ用グランド層、３２はアンプ用グランド層３１に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた共通グランド層、３３はアンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層３１とを接続するグランド用スルーホール、３４はそれぞれアンプ用グランド層３１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、３５は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール、３６は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール、３７はそれぞれグランド層３２と接地面１１とを接続する共通グランド用スルーホールである。
【００２２】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。また、入力側整合回路５のグランド用スルーホール３５と出力側整合回路６のグランド用スルーホール３６との間に負帰還が生じるのは実施の形態２と同様である。一方、上記の構成に係る説明から明らかなように、アンプのグランド端子９から延びる導線に接続するグランド用スルーホール３３は、共通グランド層３２とは非接触に設けられたアンプ用グランド層３１に接続される。また、アンプ用グランド層３１は複数のグランド用スルーホール３４を介して接地面１１に接続され、グランド用スルーホール３４においてインダクタンス成分が発生する。しかし、グランド用スルーホール３４は並列に複数設けられているので、アンプ用グランド層３１と接地面１１との間のインダクタンス成分が低減され、ひいてはアンプに接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分が低減される。なお、アンプ用グランド層３１を多層基板１内において上方の層に形成するほど、アンプ用グランド層３１と接地面１１との間のインダクタンス成分をより低減することができる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態３によれば、アンプ用グランド層３１と、共通グランド層３２と、アンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層３１とを接続するグランド用スルーホール３３と、アンプ用グランド層３１と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール３４と、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール３５と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール３６と、共通グランド層３２と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール３７とを備えるように構成したので、グランド用スルーホール３５とグランド用スルーホール３６との間では負帰還が生じ、またアンプを有する半導体基板４に接続されるグランド用スルーホール３３，３４は入力側整合回路５および出力側整合回路６に接続されるグランド用スルーホールに対して独立に接地面１１に接続されて帰還による発振を防止することができ、さらにアンプに接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減することができてアンプの特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００２４】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール３３，３５，３６の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００２５】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図７は、図６のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図６および図７において図４および図５と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。これらの図から明らかなように、実施の形態４による多層基板モジュールは、実施の形態３による多層基板モジュールと基本的には同じ構造を有しており、アンプ用グランド層３１と共通グランド層３２とが同一層上に配置されている点でのみ実施の形態３と相違している。なお、動作についても、実施の形態３による多層基板モジュールと同様であるのでその説明を省略する。
【００２６】
以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態３と同等の効果が得られるとともに、アンプ用グランド層３１と共通グランド層３２とを同一層上に配置するように構成したので、多層基板１の層数を低減することができるという効果を奏する。
【００２７】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図９は、図８のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図８および図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。４１は多層基板１の内部に設けられたアンプ用グランド層、４２はアンプ用グランド層４１に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた入力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４３はアンプ用グランド層４１および入力側整合回路用グランド層４２に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた出力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４４はアンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層４１とを接続するグランド用スルーホール、４５はそれぞれアンプ用グランド層４１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、４６は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と入力側整合回路用グランド層４２とを接続するグランド用スルーホール、４７はそれぞれ入力側整合回路用グランド層４２と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、４８は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と出力側整合回路用グランド層４３とを接続するグランド用スルーホール、４９はそれぞれ出力側整合回路用グランド層４３と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００２８】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。一方、上記の構成に係る説明から明らかなように、アンプのグランド端子９から延びる導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線、および出力側整合回路６から延びるグランド用導線は、それぞれ対応するグランド用スルーホール４４、４６および４８を介して、多層基板１内に互いに非接触に形成されたグランド層４１、４２および４３にそれぞれ接続される。また、各グランド層４１、４２および４３はそれぞれ複数のグランド用スルーホール４５、４７および４９を介して接地面１１に接続される。したがって、アンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分は低減される。なお、グランド層を上方に形成するほど当該グランド層に接続されるスルーホール全体に係るインダクタンス成分は低減されるので、インダクタンス成分の低減がより必要な回路に係るグランド層を優先的に多層基板モジュール上部に形成するのが好適である。
【００２９】
以上のように、この実施の形態５によれば、多層基板１の内部に互いに非接触に設けられたアンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３と、アンプのグランド端子９から延びる導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線とそれぞれに対応するグランド層４１、４２および４３とを接続するグランド用スルーホール４４、４６および４８と、各グランド層４１、４２および４３と接地面１１とをそれぞれ接続する複数のグランド用スルーホール４５、４７および４９とを備えるように構成したので、アンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホールを互いに独立に接地面１１に接続することができて帰還による発振を防止することができるとともに、またアンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減してアンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６の特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００３０】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール４４，４６，４８の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００３１】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図１０および図１１において、図８および図９と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。これらの図から明らかなように、実施の形態６による多層基板モジュールは、実施の形態５による多層基板モジュールと基本的には同じ構造を有しており、アンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３が同一層上に配置されている点でのみ実施の形態５と相違している。なお、動作についても、実施の形態５による多層基板モジュールと同様であるのでその説明を省略する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、実施の形態５と同等の効果が得られるとともに、アンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３を同一層上に配置するように構成したので、多層基板１の層数を低減することができるという効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、多層基板と、多層基板の表面に設けられるアンプを備えた半導体基板および１または複数の整合回路と、多層基板の裏面に金属層で形成された接地面と、多層基板の内部に設けられたアンプ用グランド層と、多層基板の内部に１または複数の整合回路毎に設けられて、アンプ用グランド層に対して非接触であるとともに相互にも非接触に配置される整合回路用グランド層と、アンプから延びるグランド用導線とアンプ用グランド層とを接続するグランド用スルーホールと、アンプ用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールと、１または複数の整合回路毎に形成されて、当該整合回路から延びるグランド用導線と対応する整合回路用グランド層とをそれぞれ接続するグランド用スルーホールと、整合回路用グランド層毎に、整合回路用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールとを備えるように構成したので、アンプおよび１または複数の整合回路にそれぞれ接続されるグランド用スルーホールを互いに独立に接地面に接続することができて帰還による発振を防止することができ、またアンプおよび１または複数の整合回路にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減してアンプおよび１または複数の整合回路の特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００３８】
この発明によれば、多層基板内において、アンプ用グランド層と１または複数の整合回路用グランド層とを同一層上に配置するように構成したので、多層基板の層数を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態２による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】図８のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図１２】従来の多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【符号の説明】
１多層基板、２高周波信号入力端子、３高周波信号出力端子、４アンプを有する半導体基板、５入力側整合回路（整合回路）、６出力側整合回路（整合回路）、７ワイヤ、８アンプの入力端子、９アンプのグランド端子、１０アンプの出力端子、１１接地面、１２，１３，１４，２２，２３，２４，２５，３３，３４，３５，３６，３７，４４，４５，４６，４７，４８，４９グランド用スルーホール、２１，３２共通グランド層、３１，４１アンプ用グランド層、４２入力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４３出力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer board module on which a high frequency amplifier is mounted.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a conventional multilayer substrate module shown in, for example, IEEE 1996 Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Digest pp. 13-16. Moreover, FIG. 13 is sectional drawing seen along the AB line | wire of FIG. In the figure, 101 is a multilayer substrate, 102 is a high frequency signal input terminal, 103 is a high frequency signal output terminal, 104 is a semiconductor substrate having an amplifier, 105 is an input side matching circuit, 106 is an output side matching circuit, 107 is a wire, 108 is An amplifier input terminal, 109 an amplifier ground terminal, 110 an amplifier output terminal, 111 a common ground layer, 112 a ground through hole in the common ground layer 111, 113 a ground through hole in the input side matching circuit 105, Reference numeral 114 denotes a ground through hole for the amplifier, and reference numeral 115 denotes a ground through hole for the output side matching circuit 106.
[0003]
Next, the operation will be described.
The signal input to the high frequency signal input terminal 102 is impedance-converted by the input side matching circuit 105 and input to the input terminal 108 of the amplifier. Then, the signal amplified in the semiconductor substrate 104 having an amplifier is output from the output terminal 110 of the amplifier, and then impedance-converted in the output side matching circuit 106 and output from the high frequency signal output terminal 103.
[0004]
Here, by providing the common ground layer 111 as shown in FIG. 12, the ground through hole 113 of the input side matching circuit 105, the ground through hole 114 of the amplifier, and the ground through hole of the output side matching circuit 106 are provided. 115 is connected in common and the ground is grouped together, the internal structure of the module can be simplified and the wiring can be easily routed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional multilayer board module is configured as described above, in the common ground layer 111, the ground through hole 113 for the input side matching circuit, the ground through hole 114 for the amplifier, and the ground through hole for the output side matching circuit. The holes 115 are connected in common. Further, the common ground layer 111 is connected to the metal layer on the back surface of the multilayer substrate module through the ground through hole 112, and an inductance component is generated in the ground through hole 112. Therefore, due to this inductance component, the common ground layer 111 does not become an ideal ground layer for high frequencies, and feedback through the common ground layer 111 may occur, and the semiconductor substrate 104 having an amplifier may oscillate. There was a problem that there was.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a multilayer substrate module on which an amplifier that operates stably is mounted.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A multilayer substrate module according to the present invention includes a multilayer substrate, a semiconductor substrate having an amplifier provided on the surface of the multilayer substrate and one or more matching circuits, a ground plane formed of a metal layer on the back surface of the multilayer substrate, The amplifier ground layer provided inside the substrate and the one or a plurality of matching circuits provided inside the multilayer substrate are arranged in contact with each other and not in contact with the amplifier ground layer. A matching circuit ground layer, a ground through-hole connecting the ground conductor extending from the amplifier and the amplifier ground layer, a plurality of ground through-holes connecting the amplifier ground layer and the ground plane, 1 or A ground conductor formed for each of a plurality of matching circuits and connecting a ground conductor extending from the matching circuit to a corresponding matching circuit ground layer. And Horu, each ground layer for matching, in which as and a through hole for a plurality of ground connecting the ground plane and the ground layer a matching circuit.
[0012]
In the multilayer substrate module according to the present invention, the amplifier ground layer and one or a plurality of matching circuit ground layers are arranged on the same layer in the multilayer substrate.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 is a multilayer substrate, 2 is a high frequency signal input terminal, 3 is a high frequency signal output terminal, 4 is a semiconductor substrate having an amplifier, 5 is an input side matching circuit (matching circuit), and 6 is an output side matching circuit (matching circuit). , 7 is a wire, 8 is an input terminal of the amplifier, 9 is a ground terminal of the amplifier, 10 is an output terminal of the amplifier, 11 is a ground plane formed of a metal layer on the back surface of the multilayer substrate 1, and 12 is an input side matching circuit. 5 is a ground through hole that connects the ground lead wire extending from 5 and the ground plane 11, 13 is a ground through hole that connects the lead wire extending from the ground terminal 9 of the amplifier and the ground plane 11, and 14 is from the output side matching circuit 6. This is a ground through hole that connects the extending ground wire and the ground surface 11.
[0014]
Next, the operation will be described.
The signal input to the high-frequency signal input terminal 2 is impedance-converted in the input matching circuit 5 and input to the input terminal 8 of the amplifier. Then, the signal amplified in the semiconductor substrate 4 having the amplifier is output from the output terminal 10 of the amplifier, and then impedance-converted in the output-side matching circuit 6 and output from the high-frequency signal output terminal 3.
[0015]
As described above, according to the first embodiment, the ground through hole 12 for connecting the ground conductor extending from the input matching circuit 5 and the ground plane 11, and the conductor and the ground plane extending from the ground terminal 9 of the amplifier. 11, and a ground through hole 14 for connecting the ground lead wire extending from the output side matching circuit 6 and the ground plane 11 to the input side matching circuit 5. A ground through hole 12, a ground through hole 13, and a ground through hole 14 connected to the semiconductor substrate 4 having an amplifier and the output side matching circuit 6 are respectively formed on the ground surface 11 formed on the back surface of the multilayer substrate 1. Therefore, it is possible to prevent oscillation due to feedback and ensure stable operation of the amplifier. There is an effect that it is.
[0016]
In the multilayer substrate 1, the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6 do not necessarily have to be provided together, and only one of the matching circuits may be provided. The number of ground through-holes 13, 12, 14 connected to the ground conductor extending from the amplifier, the ground conductor extending from the input-side matching circuit 5, and the ground conductor extending from the output-side matching circuit 6 is one. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of ground through holes may be connected to each conductor.
[0017]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 2 of the present invention. Moreover, FIG. 3 is sectional drawing seen along the AB line | wire of FIG. 2 and FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 21 is a common ground layer provided inside the multilayer substrate 1, 22 is a ground through-hole connecting the ground conductor extending from the input side matching circuit 5 and the common ground layer 21, and 23 is extended from the output side matching circuit 6. Ground through-holes connecting the grounding conductor and the common ground layer 21; 24, ground through-holes connecting the common ground layer 21 and the ground plane 11; and 25, a conductor extending from the ground terminal 9 of the amplifier and the ground plane. 11 is a ground through-hole for connecting the terminal 11 to the ground 11.
[0018]
Next, the operation will be described.
Since the operation related to signal transmission from the high-frequency signal input terminal 2 to the high-frequency signal output terminal 3 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. As is clear from the description of the above configuration, in the common ground layer 21, the ground through hole 22 of the input side matching circuit 5 and the ground through hole 23 of the output side matching circuit 6 are connected in common. The common ground layer 21 is connected to the ground plane 11 through the ground through hole 24, and an inductance component is generated in the ground through hole 24. Therefore, the common ground layer 21 does not become an ideal ground layer for high frequencies due to this inductance component, but between the ground through hole 22 of the input side matching circuit 5 and the ground through hole 23 of the output side matching circuit 6. Since the feedback is negative feedback, it does not oscillate.
[0019]
As described above, according to the second embodiment, the common ground layer 21, the ground through hole 22 that connects the ground lead wire extending from the input side matching circuit 5 and the common ground layer 21, and the output side matching circuit 6 extending from the ground lead 9 extending from 6 and the ground through hole 23 connecting the common ground layer 21, the plurality of ground through holes 24 connecting the common ground layer 21 and the ground plane 11, and the amplifier ground terminal 9. Since the ground through hole 25 that directly connects the conductive wire and the ground plane 11 is provided, negative feedback occurs between the ground through hole 22 and the ground through hole 23, and an amplifier is provided. The ground through hole 25 connected to the semiconductor substrate 4 is connected to the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6. Since being connected to the ground plane 11 independently of the through hole land, there is an effect that it is possible to secure stable operation of the amplifier can be to prevent oscillation due to feedback.
[0020]
In the multilayer substrate 1, the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6 do not necessarily have to be provided together, and only one of the matching circuits may be provided. The number of ground through-holes 25, 22, and 23 connected to the ground conductor extending from the amplifier, the ground conductor extending from the input matching circuit 5, and the ground conductor extending from the output matching circuit 6 is one. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of ground through holes may be connected to each conductor.
[0021]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the multilayer substrate module according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 4 and FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. Reference numeral 31 denotes an amplifier ground layer provided in the multilayer substrate 1, 32 denotes a common ground layer provided in the multilayer substrate 1 in a non-contact manner with respect to the amplifier ground layer 31, and 33 denotes an amplifier ground terminal 9. Ground through-holes connecting the extending conductor and the amplifier ground layer 31, 34 are ground through-holes connecting the amplifier ground layer 31 and the ground plane 11, and 35 are ground conductors extending from the input matching circuit 5. And a ground through hole for connecting the common ground layer 32, a ground through hole for connecting the ground conductor extending from the output side matching circuit 6 and the common ground layer 32, and 37 for the ground layer 32 and the ground plane 11, respectively. Is a common ground through hole that connects to the ground.
[0022]
Next, the operation will be described.
Since the operation related to signal transmission from the high-frequency signal input terminal 2 to the high-frequency signal output terminal 3 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. Similarly to the second embodiment, negative feedback occurs between the ground through hole 35 of the input matching circuit 5 and the ground through hole 36 of the output matching circuit 6. On the other hand, as is clear from the description of the above configuration, the ground through hole 33 connected to the conductive wire extending from the amplifier ground terminal 9 is formed in the amplifier ground layer 31 provided in non-contact with the common ground layer 32. Connected. The amplifier ground layer 31 is connected to the ground plane 11 via a plurality of ground through holes 34, and an inductance component is generated in the ground through hole 34. However, since a plurality of ground through-holes 34 are provided in parallel, the inductance component between the amplifier ground layer 31 and the ground plane 11 is reduced, and consequently the inductance associated with the entire ground through-hole connected to the amplifier. Components are reduced. The inductance component between the amplifier ground layer 31 and the ground plane 11 can be further reduced as the amplifier ground layer 31 is formed as an upper layer in the multilayer substrate 1.
[0023]
As described above, according to the third embodiment, the amplifier ground layer 31, the common ground layer 32, and the ground through hole 33 that connects the conductor extending from the amplifier ground terminal 9 and the amplifier ground layer 31. A plurality of ground through holes 34 that connect the amplifier ground layer 31 and the ground plane 11, a ground through hole 35 that connects the ground conductor extending from the input matching circuit 5 and the common ground layer 32, and A ground through-hole 36 that connects the ground conductor extending from the output-side matching circuit 6 and the common ground layer 32 and a plurality of ground through-holes 37 that connect the common ground layer 32 and the ground plane 11 are provided. As a result, negative feedback occurs between the ground through-hole 35 and the ground through-hole 36, and unloading occurs. The ground through-holes 33 and 34 connected to the semiconductor substrate 4 having the same are connected to the ground plane 11 independently of the ground through-holes connected to the input-side matching circuit 5 and the output-side matching circuit 6 and fed back. Oscillation can be prevented, and the inductance component of the entire ground through-hole connected to the amplifier can be reduced to stabilize the amplifier characteristics, thus ensuring stable operation of the amplifier. There is an effect that can be done.
[0024]
In the multilayer substrate 1, the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6 do not necessarily have to be provided together, and only one of the matching circuits may be provided. The number of ground through holes 33, 35, and 36 connected to the ground conductor extending from the amplifier, the ground conductor extending from the input matching circuit 5, and the ground conductor extending from the output matching circuit 6 is one. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of ground through holes may be connected to each conductor.
[0025]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing the structure of a multilayer substrate module according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 6 and FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 4 and FIG. As can be seen from these drawings, the multilayer substrate module according to the fourth embodiment has basically the same structure as the multilayer substrate module according to the third embodiment, and the amplifier ground layer 31 and the common ground layer 32. Are different from the third embodiment only in that they are arranged on the same layer. Since the operation is the same as that of the multilayer substrate module according to the third embodiment, the description thereof is omitted.
[0026]
As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained, and the amplifier ground layer 31 and the common ground layer 32 are arranged on the same layer. There is an effect that the number of layers of the multilayer substrate 1 can be reduced.
[0027]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 5 of the present invention. Moreover, FIG. 9 is sectional drawing seen along the AB line | wire of FIG. 8 and 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and the description thereof is omitted. Reference numeral 41 denotes an amplifier ground layer provided inside the multilayer substrate 1, and 42 denotes an input-side matching circuit ground layer (matching circuit ground) provided inside the multilayer substrate 1 in a non-contact manner with respect to the amplifier ground layer 41. Layer) 43 is an output-side matching circuit ground layer (matching circuit ground layer) provided in the multilayer substrate 1 in a non-contact manner with respect to the amplifier ground layer 41 and the input-side matching circuit ground layer 42. Is a ground through hole for connecting the lead wire extending from the amplifier ground terminal 9 and the amplifier ground layer 41, 45 is a ground through hole for connecting the amplifier ground layer 41 and the ground plane 11, and 46 is input side matching. Ground through-holes 47 connecting the ground conductors extending from the circuit 5 and the input-side matching circuit ground layer 42 are input-side matching circuits, respectively. A ground through hole connecting the ground layer 42 and the ground plane 11, 48 is a ground through hole connecting the ground conductor extending from the output side matching circuit 6 and the output side matching circuit ground layer 43, and 49 is an output. This is a ground through hole that connects the side matching circuit ground layer 43 and the ground plane 11.
[0028]
Next, the operation will be described.
Since the operation related to signal transmission from the high-frequency signal input terminal 2 to the high-frequency signal output terminal 3 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. On the other hand, as is clear from the description of the above configuration, the conductor extending from the amplifier ground terminal 9, the ground conductor extending from the input-side matching circuit 5, and the ground conductor extending from the output-side matching circuit 6 correspond to each other. The ground layers 41, 42, and 43 are connected to the multilayer substrate 1 through the ground through holes 44, 46, and 48, respectively. The ground layers 41, 42 and 43 are connected to the ground plane 11 through a plurality of ground through holes 45, 47 and 49, respectively. Therefore, the inductance component relating to the entire ground through-hole connected to the amplifier, the input-side matching circuit 5 and the output-side matching circuit 6 is reduced. In addition, since the inductance component related to the entire through-hole connected to the ground layer is reduced as the ground layer is formed at the upper side, the ground layer related to the circuit where the inductance component needs to be reduced is given priority to the multilayer substrate module. It is preferable to form the upper portion.
[0029]
As described above, according to the fifth embodiment, the amplifier ground layer 41, the input-side matching circuit ground layer 42, and the output-side matching circuit ground layer 43 provided in the multilayer substrate 1 in a non-contact manner. And a ground wire connecting the ground layers 41, 42, and 43 corresponding to the lead wire extending from the ground terminal 9 of the amplifier, the ground lead wire extending from the input side matching circuit 5, and the ground lead wire extending from the output side matching circuit 6, respectively. Since it is configured to include the through holes 44, 46 and 48, and a plurality of ground through holes 45, 47 and 49 for connecting the ground layers 41, 42 and 43 and the ground plane 11, respectively, the amplifier, the input side Ground through-holes connected to the matching circuit 5 and the output-side matching circuit 6 are connected to the ground plane 11 independently of each other. In addition to preventing oscillation due to feedback, the amplifier reduces the inductance component associated with the entire ground through-hole connected to the amplifier, the input-side matching circuit 5 and the output-side matching circuit 6, respectively. Since the characteristics of the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6 can be stabilized, there is an effect that a stable operation of the amplifier can be ensured.
[0030]
In the multilayer substrate 1, the input side matching circuit 5 and the output side matching circuit 6 do not necessarily have to be provided together, and only one of the matching circuits may be provided. The number of ground through-holes 44, 46, and 48 connected to the ground conducting wire extending from the amplifier, the ground conducting wire extending from the input-side matching circuit 5, and the ground conducting wire extending from the output-side matching circuit 6 is one. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of ground through holes may be connected to each conductor.
[0031]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 10 and 11, the same reference numerals as those in FIGS. 8 and 9 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted. As is apparent from these drawings, the multilayer substrate module according to the sixth embodiment has basically the same structure as the multilayer substrate module according to the fifth embodiment, and includes an amplifier ground layer 41, an input side matching circuit. This embodiment is different from the fifth embodiment only in that the ground layer for output 42 and the ground layer for output side matching circuit 43 are arranged on the same layer. Since the operation is the same as that of the multilayer substrate module according to Embodiment 5, the description thereof is omitted.
[0032]
As described above, according to the sixth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment can be obtained, and the amplifier ground layer 41, the input-side matching circuit ground layer 42, and the output-side matching circuit ground layer 43 are obtained. Are arranged on the same layer, so that the number of layers of the multilayer substrate 1 can be reduced.
[0037]
【The invention's effect】
As described above , according to the present invention, a multilayer substrate, a semiconductor substrate including an amplifier provided on the surface of the multilayer substrate and one or more matching circuits, and a ground plane formed of a metal layer on the back surface of the multilayer substrate And an amplifier ground layer provided in the multilayer substrate, and provided in the multilayer substrate for each of one or a plurality of matching circuits, being in contact with the amplifier ground layer and not in contact with each other. A matching circuit ground layer, a ground through-hole connecting the ground conductor extending from the amplifier and the amplifier ground layer, and a plurality of ground through-holes connecting the amplifier ground layer and the ground plane. A ground through which is formed for each of the one or more matching circuits and connects the ground conductor extending from the matching circuit and the corresponding matching circuit ground layer. And a plurality of ground through holes for connecting the matching circuit ground layer and the ground plane to each of the matching circuit ground layers, so that each of the matching circuit ground layers is connected to the amplifier and one or more matching circuits. The ground through-holes can be connected to the ground plane independently of each other, so that oscillation due to feedback can be prevented, and the entire ground through-hole connected to the amplifier and one or a plurality of matching circuits respectively Since the inductance component can be reduced and the characteristics of the amplifier and the one or more matching circuits can be stabilized, there is an effect that a stable operation of the amplifier can be ensured.
[0038]
According to the present invention, since the amplifier ground layer and the one or more matching circuit ground layers are arranged on the same layer in the multilayer substrate, the number of layers of the multilayer substrate can be reduced. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 2 of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 2;
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 3 of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line AB of FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 4 of the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 5 of the present invention.
9 is a cross-sectional view taken along line AB of FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a multilayer substrate module according to Embodiment 6 of the present invention.
11 is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a conventional multilayer substrate module.
13 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer substrate, 2 High frequency signal input terminal, 3 High frequency signal output terminal, 4 Semiconductor substrate which has amplifier, 5 Input side matching circuit (matching circuit), 6 Output side matching circuit (matching circuit), 7 wires, 8 Amplifier input Terminal, 9 amplifier ground terminal, 10 amplifier output terminal, 11 ground plane, 12, 13, 14, 22, 23, 24, 25, 33, 34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47, 48, 49 Ground through hole, 21, 32 Common ground layer, 31, 41 Amplifier ground layer, 42 Input side matching circuit ground layer (matching circuit ground layer), 43 Output side matching circuit ground layer (matching circuit) For ground layer).

Claims

A multilayer substrate;
A semiconductor substrate having an amplifier and one or more matching circuits provided on the surface of the multilayer substrate;
A ground plane formed of a metal layer on the back surface of the multilayer substrate;
An amplifier ground layer provided in the multilayer substrate;
A matching circuit ground layer provided for each of the one or a plurality of matching circuits in the multilayer substrate and being in non-contact with the amplifier ground layer and in non-contact with each other;
A ground through-hole connecting the ground lead wire extending from the amplifier and the amplifier ground layer;
A plurality of ground through-holes connecting the amplifier ground layer and the ground plane;
A ground through hole that is formed for each of the one or more matching circuits and that connects the ground conductor extending from the matching circuit and the corresponding matching circuit ground layer;
A multilayer substrate module comprising a plurality of ground through-holes connecting the matching circuit ground layer and the ground plane for each matching circuit ground layer.

2. The multilayer substrate module according to claim 1 , wherein the amplifier ground layer and the one or more matching circuit ground layers are arranged on the same layer in the multilayer substrate.