JP4462782B2 - 高周波用配線基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、高周波帯域で使用されるＩＣ，ＬＳＩ等の高周波集積回路素子または高周波回路装置を接続し搭載するための高周波用配線基板に関し、特に高周波信号の伝送特性を改善した信号伝送用の貫通導体を有する高周波用配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高性能で高集積のＩＣ，ＬＳＩ等の高周波集積回路素子を搭載するための高周波用配線基板には、絶縁性および放熱性に優れ、高周波信号を高速に伝送でき、かつ入出力端子を多端子化および狭ピッチ化することが可能であることが要求されてきている。このような要求特性を満足する高周波用配線基板として、例えばセラミック配線基板が知られている。
【０００３】
このセラミック配線基板は、一般に、多層セラミック基板との同時焼結により形成された内部導体層を用いた信号線路が設けられている。この内部導体層を同時焼結法で形成するには、まずセラミックグリーンシートに配線パターン間を上下方向で接続するための貫通導体に応じてスルーホールを形成し、このスルーホール内にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を含む導電性ペーストを充填すると共に、セラミックグリーンシート上にも配線パターンに応じて導電性ペーストを印刷する。このセラミックグリーンシートを必要枚数重ね、一定の圧力で圧着し積層した後、セラミックグリーンシートと導体ペーストの同時焼成および脱脂を行う。このようにしてセラミックス配線基板から成る高周波用配線基板が得られる。
【０００４】
ところで、近年、高周波集積回路素子の高性能化や高集積化に伴って、入出力信号数が増加する傾向にある。そこで、高周波集積回路素子を搭載する高周波用配線基板には、入出力信号数の増加に対応するために、内部信号配線となる内部導体層の配線密度を高密度化することが求められている。さらに、高周波集積回路素子の動作周波数は、動作速度の高速化を図るために漸次高周波化しており、このためセラミック配線基板には高周波信号の伝送特性の向上が求められている。
【０００５】
しかしながら、上記の同時焼結による内部導体層を信号線路として用いたセラミック配線基板から成る高周波用配線基板の場合、ＷやＭｏから成る内部導体層自体の電気抵抗が比較的大きいことから、配線密度の増大を図るために配線幅を狭くすると、信号線路の電気抵抗がさらに増大し伝送損失が増大するという問題を招いてしまう。即ち、配線密度を高めるために信号線路の幅を狭くした場合、一般的に厚さも薄くなるため、信号線路の断面積が大幅に減少してしまい、配線抵抗が急増することとなる。そこで、信号線路の断面積を確保する構成として、信号線路を厚く形成して断面の縦横比（アスペクト比）を増大させることが考えられるが、スクリーン印刷法等の印刷法による場合単純に縦横比を増大させることは困難であり、また信号線路が厚くなるとセラミック層が層間で剥離し易くなり、高周波用配線基板の積層信頼性も低下してしまう。
【０００６】
さらに、動作周波数を高周波化していくと、信号線路表面のみを高周波信号が伝送する表皮効果により信号線路の抵抗が増大することから、抵抗増大による問題が顕著になる。また、表皮効果による信号線路の抵抗およびインダクタンスの増加は、伝送特性の劣化のみならず、高周波集積回路素子の誤動作等の発生原因となる。
【０００７】
このようなことから、従来の高周波用配線基板においては、信号線路の高密度化を行なったうえで、抵抗やインダクタンスの増大を抑制することが課題とされてきた。
【０００８】
そこで、上記の課題を解決する高周波用配線基板として、例えば図１１に示す高周波用配線基板２１が提案されている（特許２８２２８１１号公報参照）。これは、複数の誘電体層が積層された誘電体基板２２の内部信号線路２３は、隣接する少なくとも２本以上で形成され、それぞれの内部信号線路２３を信号用貫通導体２５で電気的に接続するものである。これにより、並列接続された信号線路となり、信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスが低減される。また図１２に示すような構成とすることもでき、この場合、隣接する内部信号線路２３を複数の信号用貫通導体２５で接続することにより、さらに信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスが低減される。このようにして高周波信号の伝送特性が改善できる。
【０００９】
また、図１３に示すような、高周波集積回路素子を搭載した高周波用パッケージ３１が提案されており、この高周波用パッケージ３１においては、誘電体基板２２の上面と下面に信号線路２３が形成され、側面と内部に２つの信号用貫通導体２５が形成されており、上下面の信号線路２３は信号用貫通導体２５を介して電気的に接続されている。この構成によれば、信号用貫通導体２５を２つ形成し、それぞれ信号線路２３に対して並列接続した構造となり、高周波信号を伝送する信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスを低減できる。この構成により、さらに伝送特性が改善できる（特開平７−５０３６２号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示した上記従来の高周波用配線基板３１においては、高周波化されるにつれて、信号用貫通導体２５の長さと信号用貫通導体２５間の間隔による共振により、電磁波の漏洩が生じてしまう。その結果、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１１】
また、図１１，図１２の高周波用配線基板２１においては、信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスは低減されるが、高周波化するにつれて２本以上の内部信号線路２３間の間隔による共振及び信号用貫通導体２５の間隔による共振により、電磁波の漏洩が生じてしまう。その結果、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１２】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、信号用貫通導体の長さと信号用貫通導体間の間隔による共振をなくし、また高周波信号を伝送する信号用の貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることにより、電磁波の漏洩を抑制することである。その結果、マイクロ波帯からミリ波帯にわたって高周波信号の伝送特性を良好なものとした高周波用配線基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用配線基板は、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板と、該誘電体基板における一つの前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記一つの誘電体層の主面内に存在する第１の線路導体と、前記誘電体基板における他の前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記第１の線路導体の一端と上下方向で重なり前記第１の線路導体と略平行に一直線上に位置する第２の線路導体と、前記第１の線路導体の一端および前記第２の線路導体の一端を電気的に接続するとともに線路方向にずらして配置された２本の貫通導体と、互いに異なる前記誘電体層の主面にそれぞれ形成された接地導体層と、該接地導体層同士を電気的に接続する接地貫通導体とを具備し、前記貫通導体の長さをＬ１、前記２本の貫通導体間の距離をＬ２、前記第１の線路導体、前記貫通導体および前記第２の線路導体を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、前記Ｌ１と前記Ｌ２との和であるＬが、Ｌ＜λ／２であることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、Ｌ１とＬ２との和であるＬをＬ＜λ／２とすることにより、貫通導体間での高周波信号の共振の発生を防ぎ、また高周波信号を伝送する信号用の貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることで電磁波の放射を抑制することができる。その結果、広帯域にわたって伝送特性の良好な高周波用配線基板となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用配線基板について以下に詳細に説明する。図１、図２は、本発明の高周波用配線基板について実施の形態の一例を示す断面図および平面図である。これらの図において、１は高周波用配線基板、２は複数の誘電体層を積層して成るセラミックス等から成る誘電体基板であり、例えば誘電体基板２の上下の主面に接地導体層６が形成され、上下の主面の接地導体層６は複数の接地貫通導体７で電気的に接続される。また、３は第１の線路導体、４は第２の線路導体であり、第１の線路導体３および第２の線路導体４間が、線路方向でずらせて配置された２本の信号用の貫通導体５で電気的に接続される。これにより、第１の線路導体３、第２の線路導体４および接地導体層６とによって、２本の貫通導体５で一端同士が接続されたストリップ線路を構成する。
【００１６】
そして、本発明の高周波用配線基板１の基本構成は、誘電体基板２の一つの誘電体層の主面に一端がその主面内に存在するように形成された第１の線路導体３と、他の誘電体層の主面に一端を第１の線路導体３の一端と上下方向で重ねて第１の線路導体３と略平行に上方からみて一直線上に形成された第２の線路導体４と、第１の線路導体３の一端および第２の線路導体４の一端を電気的に接続するとともに線路方向にずらせて配置された複数の貫通導体５と、異なる誘電体層の主面にそれぞれ形成された接地導体層６と、接地導体層６同士を電気的に接続する接地貫通導体７とを具備したものである。
【００１７】
そして、本発明の高周波用配線基板1においては、図１、図２に示すように、第１の線路導体３の貫通導体５との接続部のうち最も第２の線路導体４の一端側にある接続部Ａと第２の線路導体４の貫通導体５との接続部のうち最も第１の線路導体３の一端側にある接続部Ｂとの信号伝送経路における距離をＬ、第１の線路導体３と貫通導体５および第２の線路導体４を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、Ｌ＜λ／２である。なお、距離Ｌは、貫通導体５の長さL１と２本の貫通導体５間の距離L２の和になる。
【００１８】
そして、上記の構成により、マイクロ波帯さらにはミリ波帯という高い周波数帯域で問題になる貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減することができ、特性インピーダンスの整合がとれ、かつ、貫通導体５の長さと貫通導体５間の距離によって生じる高周波信号の共振をなくすことができる。その結果、貫通導体５を有する線路部での良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００１９】
次に、図３〜図８に、本発明の高周波用配線基板1について実施の形態の他の例を断面図および平面図で示す。なお、図３〜図８において、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。これらの図において、1は高周波用配線基板、２は誘電体基板、３は第１の線路導体、４は第２の線路導体、５は第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する貫通導体、６は誘電体基板２の上下の主面や内部に形成される接地導体層、７は接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体である。
【００２０】
図３、図４の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の層間に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また誘電体基板２の上下の主面および内部に接地導体層６が形成され、誘電体基板２の下側主面では第２の線路導体４の周囲を取り囲むように接地導体層６が形成されている。接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成されている。２本の貫通導体５は、誘電体基板２の内部と下面にそれぞれ形成された第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。
【００２１】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を貫通導体５で電気的に接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２による高周波信号の共振をなくし、高周波信号が伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７とで取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、これにより電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたストリップ線路部とコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２２】
図５、図６の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の上側主面に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また誘電体基板２の上下の主面の接地導体層６が第１，第２の線路導体３，４の周囲を取り囲むように形成され、接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第１の線路導体３および第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成されている。第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する２本の貫通導体５は、誘電体基板２の上下の主面に形成された第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。
【００２３】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２によって生じる高周波信号の共振をなくし、高周波信号を伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第１の線路導体３および第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７で取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、これにより電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２４】
図７、図８の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の層間に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また接地導体層６が第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成され、接地導体層６間を接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第１，第２の線路導体３，４の周囲を取り囲むように形成されている。２本の貫通導体５は、第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。第１の線路導体３の上層側には誘電体層が積層されている。
【００２５】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２によって生じる高周波信号の共振をなくし、高周波信号を伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第１の線路導体３および第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７で取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、かつ第１の線路導体３の上層側に誘電体層が積層されているので、さらに電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２６】
このように、第１の線路導体３、第２の線路導体４、貫通導体５、誘電体基板２、接地導体層６および接地貫通導体７の配置、形状は様々に形成することができる。
【００２７】
本発明の高周波用配線基板における誘電体基板２の材料としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックスやムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂系材料などが用いられる。また、誘電体基板２の形状、寸法（厚み、幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２８】
本発明の第１の線路導体３および第２の線路導体４は、高周波信号伝送用として適した金属材料の導体層から成り、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎ層、W層、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ2Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたものから成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ処理法などにより形成される。その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２９】
また、接地導体層６は第１の線路導体３および第２の線路導体４と同様の材料で同様の方法により形成すればよく、第１の線路導体３および第２の線路導体４と接地導体層６との上下方向での間隔は、伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。また、接地貫通導体７は接地導体層６同士を接続するように形成され、例えばスルーホール導体やビアホール導体を形成することにより、あるいは金属板、金属棒または金属パイプ等を埋設することにより設けることができる。また、複数の貫通導体５は、第１の線路導体３と第２の線路導体４とを電気的に接続するように形成され、例えばスルーホール導体やビアホール導体を形成することにより、あるいは金属板、金属棒または金属パイプ等を埋設することにより設けることができる。
【００３０】
なお、複数の貫通導体５の本数は２〜４本が好ましい。４本より多くなると、貫通導体５の形成領域である第１の線路導体３と第２の線路導体との接続部の面積が大きくなり、誘電体基板２の面積も大きくなり、その結果高周波集積回路素子や高周波回路装置の小型化が困難になる。１本では、貫通導体５の導体抵抗およびインダクタンスが大きくなるため、インピーダンスの不整合が生じる。
【００３１】
本発明の高周波用配線基板１の作製は以下のように行なう。例えば誘電体基板２がアルミナセラミックスからなる場合、まず誘電体基板２となるアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体５および接地貫通導体７となる貫通孔を形成する。その後、スクリーン印刷法によりＷやＭｏなどの導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、第１の線路導体３と第２の線路導体４となる導体パターン、およびその他の導体層の導体パターンを印刷塗布する。次に、１６００℃で焼成を行い、最後に各導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００３２】
本発明において、高周波信号の周波数は３０ＧＨｚ程度以上がよく、その場合に上記本発明の効果が得られ易いものとなる。
【００３３】
【実施例】
本発明の高周波用配線基板の実施例を以下に説明する。
【００３４】
（実施例）
図１、図２に示した本発明の高周波用配線基板1として、比誘電率が８．６のアルミナセラミックスからなり、厚みが０．８ｍｍの誘電体基板２の上下の主面のほぼ全面に、Ｗメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させて成る接地導体層６を形成した。誘電体基板２の異なる誘電体層の主面、即ち内部の異なる層間に、第１の線路導体３および第２の線路導体４として０．１ｍｍの線幅のＷメタライズから成る線路導体をそれぞれ形成した。
【００３５】
第１の線路導体３の一端と第２の線路導体４の一端とを接続する２本の貫通導体５は、Ｗメタライズから成り、横断面形状が直径０．１ｍｍの略円形であり、長さＬ１は０．４ｍｍであった。また、２本の貫通導体５間の距離Ｌ２は０．３ｍｍとした。即ち、第１の線路導体３の接続部のうち最も第２の線路導体４の一端側にある接続部Ａと第２の線路導体４の接続部のうち最も第１の線路導体３の一端側にある接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌは０．７ｍｍであった。これにより、本発明の高周波用配線基板1の試料Ａを得た。
【００３６】
一方、比較例として、図１０の構成のものを、試料Ａと同様にして誘電体基板１２、第１の線路導体１３、第２の線路導体１４、貫通導体１５、接地導体層１６を形成した。ただし、２本の貫通導体１５間の距離Ｌ２は１．６mmとした。即ち、第１の線路導体３の接続部Ａと第２の線路導体４の接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌは２ｍｍであった。これにより、比較例の高周波用配線基板１１である試料Ｂを得た。
【００３７】
本発明および比較例の高周波配線基板1，１１の試料Ａ，Ｂのそれぞれについて、ネットワークアナライザを用いて高周波信号に対する伝送損失の測定を行った。その結果を図９に示す。図９は、試料Ａ，Ｂにおける伝送損失を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は伝送損失（ｄＢ）を表わしている。また、特性曲線のうち実線は試料Ａ、破線は試料Ｂの伝送損失の周波数特性を示している。これらの結果より、試料Ｂにおいては、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ付近で伝送損失が劣化し、その値は−３ｄＢを超えているが、試料Ａにおいては、図示した周波数範囲で上記のような特性劣化は見られず、良好な特性が得られた。
【００３８】
これにより、本発明の高周波用配線基板1によれば、第１の線路導体３の接続部Ａと第２の線路導体４の接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌと、第１の線路導体３、第２の線路導体４および貫通導体５を伝送する高周波信号の波長λとの関係をＬ＜λ／２、例えばＬを３０〜８０ＧＨｚで１．７〜０．６４ｍｍに設定したことにより、マイクロ波帯さらにはミリ波帯という高い周波数帯域で問題になる貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減することができ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、貫通導体５の長さと貫通導体５間の距離によって生じる高周波信号の共振をなくし、貫通導体５を有する線路部での良好な高周波信号の伝送特性が実現できることを確認できた。
【００３９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行っても差し支えない。例えば、上記実施例では貫通導体５を２本形成した例を示したが、接続部Ａと接続部Ｂとの距離ＬがＬ＜λ／２であれば貫通導体５が３本以上であっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、貫通導体の長さをＬ１、２本の貫通導体間の距離をＬ２、第１の線路導体、貫通導体および第２の線路導体を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、Ｌ１とＬ２との和であるＬが、Ｌ＜λ／２であることにより、貫通導体の長さおよび貫通導体間の距離によって生じる高周波信号の共振の発生を防ぎ、また高周波信号を伝送する貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることで電磁波の損失を抑制することができる。その結果、広帯域にわたって伝送特性の良好な高周波用配線基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の例を示す平面図である。
【図３】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図８】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例および比較例の高周波用配線基板について高周波信号の伝送損失を示すグラフである。
【図１０】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１１】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１２】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１３】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：高周波用配線基板
２：誘電体基板
３：第１の線路導体
４：第２の線路導体
５：貫通導体
６：接地導体層
７：接地貫通導体
【発明が属する技術分野】
本発明は、高周波帯域で使用されるＩＣ，ＬＳＩ等の高周波集積回路素子または高周波回路装置を接続し搭載するための高周波用配線基板に関し、特に高周波信号の伝送特性を改善した信号伝送用の貫通導体を有する高周波用配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高性能で高集積のＩＣ，ＬＳＩ等の高周波集積回路素子を搭載するための高周波用配線基板には、絶縁性および放熱性に優れ、高周波信号を高速に伝送でき、かつ入出力端子を多端子化および狭ピッチ化することが可能であることが要求されてきている。このような要求特性を満足する高周波用配線基板として、例えばセラミック配線基板が知られている。
【０００３】
このセラミック配線基板は、一般に、多層セラミック基板との同時焼結により形成された内部導体層を用いた信号線路が設けられている。この内部導体層を同時焼結法で形成するには、まずセラミックグリーンシートに配線パターン間を上下方向で接続するための貫通導体に応じてスルーホールを形成し、このスルーホール内にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を含む導電性ペーストを充填すると共に、セラミックグリーンシート上にも配線パターンに応じて導電性ペーストを印刷する。このセラミックグリーンシートを必要枚数重ね、一定の圧力で圧着し積層した後、セラミックグリーンシートと導体ペーストの同時焼成および脱脂を行う。このようにしてセラミックス配線基板から成る高周波用配線基板が得られる。
【０００４】
ところで、近年、高周波集積回路素子の高性能化や高集積化に伴って、入出力信号数が増加する傾向にある。そこで、高周波集積回路素子を搭載する高周波用配線基板には、入出力信号数の増加に対応するために、内部信号配線となる内部導体層の配線密度を高密度化することが求められている。さらに、高周波集積回路素子の動作周波数は、動作速度の高速化を図るために漸次高周波化しており、このためセラミック配線基板には高周波信号の伝送特性の向上が求められている。
【０００５】
しかしながら、上記の同時焼結による内部導体層を信号線路として用いたセラミック配線基板から成る高周波用配線基板の場合、ＷやＭｏから成る内部導体層自体の電気抵抗が比較的大きいことから、配線密度の増大を図るために配線幅を狭くすると、信号線路の電気抵抗がさらに増大し伝送損失が増大するという問題を招いてしまう。即ち、配線密度を高めるために信号線路の幅を狭くした場合、一般的に厚さも薄くなるため、信号線路の断面積が大幅に減少してしまい、配線抵抗が急増することとなる。そこで、信号線路の断面積を確保する構成として、信号線路を厚く形成して断面の縦横比（アスペクト比）を増大させることが考えられるが、スクリーン印刷法等の印刷法による場合単純に縦横比を増大させることは困難であり、また信号線路が厚くなるとセラミック層が層間で剥離し易くなり、高周波用配線基板の積層信頼性も低下してしまう。
【０００６】
さらに、動作周波数を高周波化していくと、信号線路表面のみを高周波信号が伝送する表皮効果により信号線路の抵抗が増大することから、抵抗増大による問題が顕著になる。また、表皮効果による信号線路の抵抗およびインダクタンスの増加は、伝送特性の劣化のみならず、高周波集積回路素子の誤動作等の発生原因となる。
【０００７】
このようなことから、従来の高周波用配線基板においては、信号線路の高密度化を行なったうえで、抵抗やインダクタンスの増大を抑制することが課題とされてきた。
【０００８】
そこで、上記の課題を解決する高周波用配線基板として、例えば図１１に示す高周波用配線基板２１が提案されている（特許２８２２８１１号公報参照）。これは、複数の誘電体層が積層された誘電体基板２２の内部信号線路２３は、隣接する少なくとも２本以上で形成され、それぞれの内部信号線路２３を信号用貫通導体２５で電気的に接続するものである。これにより、並列接続された信号線路となり、信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスが低減される。また図１２に示すような構成とすることもでき、この場合、隣接する内部信号線路２３を複数の信号用貫通導体２５で接続することにより、さらに信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスが低減される。このようにして高周波信号の伝送特性が改善できる。
【０００９】
また、図１３に示すような、高周波集積回路素子を搭載した高周波用パッケージ３１が提案されており、この高周波用パッケージ３１においては、誘電体基板２２の上面と下面に信号線路２３が形成され、側面と内部に２つの信号用貫通導体２５が形成されており、上下面の信号線路２３は信号用貫通導体２５を介して電気的に接続されている。この構成によれば、信号用貫通導体２５を２つ形成し、それぞれ信号線路２３に対して並列接続した構造となり、高周波信号を伝送する信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスを低減できる。この構成により、さらに伝送特性が改善できる（特開平７−５０３６２号公報参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示した上記従来の高周波用配線基板３１においては、高周波化されるにつれて、信号用貫通導体２５の長さと信号用貫通導体２５間の間隔による共振により、電磁波の漏洩が生じてしまう。その結果、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１１】
また、図１１，図１２の高周波用配線基板２１においては、信号線路のトータルの抵抗およびインダクタンスは低減されるが、高周波化するにつれて２本以上の内部信号線路２３間の間隔による共振及び信号用貫通導体２５の間隔による共振により、電磁波の漏洩が生じてしまう。その結果、高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１２】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、信号用貫通導体の長さと信号用貫通導体間の間隔による共振をなくし、また高周波信号を伝送する信号用の貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることにより、電磁波の漏洩を抑制することである。その結果、マイクロ波帯からミリ波帯にわたって高周波信号の伝送特性を良好なものとした高周波用配線基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用配線基板は、複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板と、該誘電体基板における一つの前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記一つの誘電体層の主面内に存在する第１の線路導体と、前記誘電体基板における他の前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記第１の線路導体の一端と上下方向で重なり前記第１の線路導体と略平行に一直線上に位置する第２の線路導体と、前記第１の線路導体の一端および前記第２の線路導体の一端を電気的に接続するとともに線路方向にずらして配置された２本の貫通導体と、互いに異なる前記誘電体層の主面にそれぞれ形成された接地導体層と、該接地導体層同士を電気的に接続する接地貫通導体とを具備し、前記貫通導体の長さをＬ１、前記２本の貫通導体間の距離をＬ２、前記第１の線路導体、前記貫通導体および前記第２の線路導体を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、前記Ｌ１と前記Ｌ２との和であるＬが、Ｌ＜λ／２であることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、Ｌ１とＬ２との和であるＬをＬ＜λ／２とすることにより、貫通導体間での高周波信号の共振の発生を防ぎ、また高周波信号を伝送する信号用の貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることで電磁波の放射を抑制することができる。その結果、広帯域にわたって伝送特性の良好な高周波用配線基板となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用配線基板について以下に詳細に説明する。図１、図２は、本発明の高周波用配線基板について実施の形態の一例を示す断面図および平面図である。これらの図において、１は高周波用配線基板、２は複数の誘電体層を積層して成るセラミックス等から成る誘電体基板であり、例えば誘電体基板２の上下の主面に接地導体層６が形成され、上下の主面の接地導体層６は複数の接地貫通導体７で電気的に接続される。また、３は第１の線路導体、４は第２の線路導体であり、第１の線路導体３および第２の線路導体４間が、線路方向でずらせて配置された２本の信号用の貫通導体５で電気的に接続される。これにより、第１の線路導体３、第２の線路導体４および接地導体層６とによって、２本の貫通導体５で一端同士が接続されたストリップ線路を構成する。
【００１６】
そして、本発明の高周波用配線基板１の基本構成は、誘電体基板２の一つの誘電体層の主面に一端がその主面内に存在するように形成された第１の線路導体３と、他の誘電体層の主面に一端を第１の線路導体３の一端と上下方向で重ねて第１の線路導体３と略平行に上方からみて一直線上に形成された第２の線路導体４と、第１の線路導体３の一端および第２の線路導体４の一端を電気的に接続するとともに線路方向にずらせて配置された複数の貫通導体５と、異なる誘電体層の主面にそれぞれ形成された接地導体層６と、接地導体層６同士を電気的に接続する接地貫通導体７とを具備したものである。
【００１７】
そして、本発明の高周波用配線基板1においては、図１、図２に示すように、第１の線路導体３の貫通導体５との接続部のうち最も第２の線路導体４の一端側にある接続部Ａと第２の線路導体４の貫通導体５との接続部のうち最も第１の線路導体３の一端側にある接続部Ｂとの信号伝送経路における距離をＬ、第１の線路導体３と貫通導体５および第２の線路導体４を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、Ｌ＜λ／２である。なお、距離Ｌは、貫通導体５の長さL１と２本の貫通導体５間の距離L２の和になる。
【００１８】
そして、上記の構成により、マイクロ波帯さらにはミリ波帯という高い周波数帯域で問題になる貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減することができ、特性インピーダンスの整合がとれ、かつ、貫通導体５の長さと貫通導体５間の距離によって生じる高周波信号の共振をなくすことができる。その結果、貫通導体５を有する線路部での良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００１９】
次に、図３〜図８に、本発明の高周波用配線基板1について実施の形態の他の例を断面図および平面図で示す。なお、図３〜図８において、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。これらの図において、1は高周波用配線基板、２は誘電体基板、３は第１の線路導体、４は第２の線路導体、５は第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する貫通導体、６は誘電体基板２の上下の主面や内部に形成される接地導体層、７は接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体である。
【００２０】
図３、図４の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の層間に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また誘電体基板２の上下の主面および内部に接地導体層６が形成され、誘電体基板２の下側主面では第２の線路導体４の周囲を取り囲むように接地導体層６が形成されている。接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成されている。２本の貫通導体５は、誘電体基板２の内部と下面にそれぞれ形成された第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。
【００２１】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を貫通導体５で電気的に接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２による高周波信号の共振をなくし、高周波信号が伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７とで取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、これにより電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたストリップ線路部とコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２２】
図５、図６の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の上側主面に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また誘電体基板２の上下の主面の接地導体層６が第１，第２の線路導体３，４の周囲を取り囲むように形成され、接地導体層６間を電気的に接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第１の線路導体３および第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成されている。第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する２本の貫通導体５は、誘電体基板２の上下の主面に形成された第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。
【００２３】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２によって生じる高周波信号の共振をなくし、高周波信号を伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第１の線路導体３および第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７で取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、これにより電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２４】
図７、図８の高周波配線基板1は、第１の線路導体３が誘電体基板２の層間に、第２の線路導体４が誘電体基板２の下側主面にそれぞれ形成され、また接地導体層６が第２の線路導体４の周囲を取り囲むように形成され、接地導体層６間を接続する接地貫通導体７も接地導体層６と同様に第１，第２の線路導体３，４の周囲を取り囲むように形成されている。２本の貫通導体５は、第１の線路導体３と第２の線路導体４を電気的に接続する。第１の線路導体３の上層側には誘電体層が積層されている。
【００２５】
そして、上記の構成により、第１の線路導体３と第２の線路導体４を接続する貫通導体５の長さＬ１と貫通導体５間の距離Ｌ２によって生じる高周波信号の共振をなくし、高周波信号を伝送する貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減させ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、第１の線路導体３および第２の線路導体４を接地導体層６と接地貫通導体７で取り囲むように形成することによりコプレーナ線路を構成しており、かつ第１の線路導体３の上層側に誘電体層が積層されているので、さらに電磁波の放射が抑制される。従って、貫通導体５で接続されたコプレーナ線路部によって、良好な高周波信号の伝送特性が実現できる。
【００２６】
このように、第１の線路導体３、第２の線路導体４、貫通導体５、誘電体基板２、接地導体層６および接地貫通導体７の配置、形状は様々に形成することができる。
【００２７】
本発明の高周波用配線基板における誘電体基板２の材料としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックスやムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂系材料などが用いられる。また、誘電体基板２の形状、寸法（厚み、幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２８】
本発明の第１の線路導体３および第２の線路導体４は、高周波信号伝送用として適した金属材料の導体層から成り、例えばＣｕ層、Ｍｏ−Ｍｎ層、W層、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｗメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔａ2Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたものから成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ処理法などにより形成される。その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２９】
また、接地導体層６は第１の線路導体３および第２の線路導体４と同様の材料で同様の方法により形成すればよく、第１の線路導体３および第２の線路導体４と接地導体層６との上下方向での間隔は、伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。また、接地貫通導体７は接地導体層６同士を接続するように形成され、例えばスルーホール導体やビアホール導体を形成することにより、あるいは金属板、金属棒または金属パイプ等を埋設することにより設けることができる。また、複数の貫通導体５は、第１の線路導体３と第２の線路導体４とを電気的に接続するように形成され、例えばスルーホール導体やビアホール導体を形成することにより、あるいは金属板、金属棒または金属パイプ等を埋設することにより設けることができる。
【００３０】
なお、複数の貫通導体５の本数は２〜４本が好ましい。４本より多くなると、貫通導体５の形成領域である第１の線路導体３と第２の線路導体との接続部の面積が大きくなり、誘電体基板２の面積も大きくなり、その結果高周波集積回路素子や高周波回路装置の小型化が困難になる。１本では、貫通導体５の導体抵抗およびインダクタンスが大きくなるため、インピーダンスの不整合が生じる。
【００３１】
本発明の高周波用配線基板１の作製は以下のように行なう。例えば誘電体基板２がアルミナセラミックスからなる場合、まず誘電体基板２となるアルミナセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して貫通導体５および接地貫通導体７となる貫通孔を形成する。その後、スクリーン印刷法によりＷやＭｏなどの導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、第１の線路導体３と第２の線路導体４となる導体パターン、およびその他の導体層の導体パターンを印刷塗布する。次に、１６００℃で焼成を行い、最後に各導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００３２】
本発明において、高周波信号の周波数は３０ＧＨｚ程度以上がよく、その場合に上記本発明の効果が得られ易いものとなる。
【００３３】
【実施例】
本発明の高周波用配線基板の実施例を以下に説明する。
【００３４】
（実施例）
図１、図２に示した本発明の高周波用配線基板1として、比誘電率が８．６のアルミナセラミックスからなり、厚みが０．８ｍｍの誘電体基板２の上下の主面のほぼ全面に、Ｗメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させて成る接地導体層６を形成した。誘電体基板２の異なる誘電体層の主面、即ち内部の異なる層間に、第１の線路導体３および第２の線路導体４として０．１ｍｍの線幅のＷメタライズから成る線路導体をそれぞれ形成した。
【００３５】
第１の線路導体３の一端と第２の線路導体４の一端とを接続する２本の貫通導体５は、Ｗメタライズから成り、横断面形状が直径０．１ｍｍの略円形であり、長さＬ１は０．４ｍｍであった。また、２本の貫通導体５間の距離Ｌ２は０．３ｍｍとした。即ち、第１の線路導体３の接続部のうち最も第２の線路導体４の一端側にある接続部Ａと第２の線路導体４の接続部のうち最も第１の線路導体３の一端側にある接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌは０．７ｍｍであった。これにより、本発明の高周波用配線基板1の試料Ａを得た。
【００３６】
一方、比較例として、図１０の構成のものを、試料Ａと同様にして誘電体基板１２、第１の線路導体１３、第２の線路導体１４、貫通導体１５、接地導体層１６を形成した。ただし、２本の貫通導体１５間の距離Ｌ２は１．６mmとした。即ち、第１の線路導体３の接続部Ａと第２の線路導体４の接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌは２ｍｍであった。これにより、比較例の高周波用配線基板１１である試料Ｂを得た。
【００３７】
本発明および比較例の高周波配線基板1，１１の試料Ａ，Ｂのそれぞれについて、ネットワークアナライザを用いて高周波信号に対する伝送損失の測定を行った。その結果を図９に示す。図９は、試料Ａ，Ｂにおける伝送損失を示すグラフであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は伝送損失（ｄＢ）を表わしている。また、特性曲線のうち実線は試料Ａ、破線は試料Ｂの伝送損失の周波数特性を示している。これらの結果より、試料Ｂにおいては、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ付近で伝送損失が劣化し、その値は−３ｄＢを超えているが、試料Ａにおいては、図示した周波数範囲で上記のような特性劣化は見られず、良好な特性が得られた。
【００３８】
これにより、本発明の高周波用配線基板1によれば、第１の線路導体３の接続部Ａと第２の線路導体４の接続部Ｂとの信号伝送経路における距離Ｌと、第１の線路導体３、第２の線路導体４および貫通導体５を伝送する高周波信号の波長λとの関係をＬ＜λ／２、例えばＬを３０〜８０ＧＨｚで１．７〜０．６４ｍｍに設定したことにより、マイクロ波帯さらにはミリ波帯という高い周波数帯域で問題になる貫通導体５の抵抗およびインダクタンスを低減することができ、特性インピーダンスの整合がとれる。また、貫通導体５の長さと貫通導体５間の距離によって生じる高周波信号の共振をなくし、貫通導体５を有する線路部での良好な高周波信号の伝送特性が実現できることを確認できた。
【００３９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行っても差し支えない。例えば、上記実施例では貫通導体５を２本形成した例を示したが、接続部Ａと接続部Ｂとの距離ＬがＬ＜λ／２であれば貫通導体５が３本以上であっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、貫通導体の長さをＬ１、２本の貫通導体間の距離をＬ２、第１の線路導体、貫通導体および第２の線路導体を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、Ｌ１とＬ２との和であるＬが、Ｌ＜λ／２であることにより、貫通導体の長さおよび貫通導体間の距離によって生じる高周波信号の共振の発生を防ぎ、また高周波信号を伝送する貫通導体の抵抗およびインダクタンスを低減させて特性インピーダンスを整合させることで電磁波の損失を抑制することができる。その結果、広帯域にわたって伝送特性の良好な高周波用配線基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の例を示す平面図である。
【図３】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図８】本発明の高周波用配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例および比較例の高周波用配線基板について高周波信号の伝送損失を示すグラフである。
【図１０】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１１】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１２】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【図１３】従来の高周波用配線基板の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：高周波用配線基板
２：誘電体基板
３：第１の線路導体
４：第２の線路導体
５：貫通導体
６：接地導体層
７：接地貫通導体
Claims (1)
- 複数の誘電体層を積層して成る誘電体基板と、該誘電体基板における一つの前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記一つの誘電体層の主面内に存在する第１の線路導体と、前記誘電体基板における他の前記誘電体層の主面に形成され、一端が前記第１の線路導体の一端と上下方向で重なり前記第１の線路導体と略平行に一直線上に位置する第２の線路導体と、前記第１の線路導体の一端および前記第２の線路導体の一端を電気的に接続するとともに線路方向にずらして配置された２本の貫通導体と、互いに異なる前記誘電体層の主面にそれぞれ形成された接地導体層と、該接地導体層同士を電気的に接続する接地貫通導体とを具備した高周波用配線基板であって、
前記貫通導体の長さをＬ１、前記２本の貫通導体間の距離をＬ２、前記第１の線路導体、前記貫通導体および前記第２の線路導体を伝送する高周波信号の波長をλとしたとき、前記Ｌ１と前記Ｌ２との和であるＬが、Ｌ＜λ／２であることを特徴とする高周波用配線基板。
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