JP6013298B2 - 高周波伝送線路 - Google Patents
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非特許文献1では、具体的には、図29A〜図29Dに示すように、導体と絶縁体を交互に積層した多層基板の上面において、領域Aに高周波信号線路としてマイクロストリップ線路が形成されている場合、領域Bでは高周波信号線路の直下に形成されたグランドプレーンを選択的に削除し、高周波信号線路の特性インピーダンスを高くしている。
まず、図1A〜図1Eを参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図1Aは、第1の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図1Bは、図1AのI−I断面図である。図1Cは、図1Aの左側面図である。図1Dは、図1BのII−II断面図である。図1Eは、図1BのIII−III断面図である。
高周波信号ビア14は、金属などの導体からなり、多層配線基板11のうち、接地導体からなるグランドプレーン11Gが平面視略円形状に選択的に除去されたアンチパッド領域16の略中央を、多層配線基板11の最上層から最下層まで垂直方向に貫通して形成されたビアである。
これら高周波信号ビア14、グランドビア15、グランドプレーン11Gにより、擬似同軸線路構造が構成されている。
この拡張部13により、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図2Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図3Aおよび図3Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図3Cおよび図3Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図3Aおよび図3Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
具体的には、拡張部13のうちアンチパッド領域16との境界となる端縁を、高周波信号線路12の伸延方向Xと直交する直交方向Yに沿って、平面視略直線状に形成したものである。
次に、図5A〜図5Eを参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図5Aは、第2の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図5Bは、図5AのI−I断面図である。図5Cは、図5Aの左側面図である。図5Dは、図5BのII−II断面図である。図5Eは、図5BのIII−III断面図である。
また、多層配線基板11の最上層には、上部グランドプレーン17が形成されている。この上部グランドプレーン17は、接地電位に接続された金属などの導体層からなり、当該導体層が高周波信号ビア14を中心として平面視略円環状に選択除去されてなる上部アンチパッド領域16を挟んで、高周波信号ビア14および高周波信号線路12の周囲に形成された接地導体である。
この拡張部13により、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図6Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図7Aおよび図7Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図7Cおよび図7Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図7Aおよび図7Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
次に、図9A〜図9Eを参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図9Aは、第3の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図9Bは、図9AのI−I断面図である。図9Cは、図9Aの左側面図である。図9Dは、図9BのII−II断面図である。図9Eは、図9BのIII−III断面図である。
すなわち、図9Bに示すように、本実施の形態において、多層配線基板11の最上層の直下に位置する直下絶縁層11Pの厚さH1が、多層配線基板11の内層に位置する内層絶縁層11Pの厚さH2より小さくなるよう形成されている。
両者を比較して明らかなように、本実施の形態のように絶縁層が薄い場合には電界分布の広がりが狭く、電界密度が比較的高くなる。よって、高周波信号線路12の直下に位置する直下グランドプレーン11Gの面積を小さく形成することが可能であることが容易にわかる。
本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち、高周波信号線路12の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を形成したものである。
この拡張部13により、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図11Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図12Aおよび図12Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図12Cおよび図12Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図12Aおよび図12Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
具体的には、拡張部13のうちアンチパッド領域16との境界となる端縁を、高周波信号ビア14に向けて凸となる凸形状に形成したものである。
次に、図14A〜図14Eを参照して、本発明の第4の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図14Aは、第4の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図14Bは、図14AのI−I断面図である。図14Cは、図14Aの左側面図である。図14Dは、図14BのII−II断面図である。図14Eは、図14BのIII−III断面図である。
本実施の形態において、高周波信号線路12は、第2の実施の形態と同様、多層配線基板11の最上層に線状に形成された金属などの導体と、絶縁層11Pを介して最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gからなる底面グランドとを有する、特性インピーダンスZ0のグランデッドコプレーナ線路から構成されている。
両者を比較して明らかなように、本実施の形態のように絶縁層が薄い場合には電界分布の広がりが狭く、電界密度が比較的高くなる。よって、高周波信号線路12の直下に位置する直下グランドプレーン11Gの面積を小さく形成することが可能であることが容易にわかる。
本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち、高周波信号線路12の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を形成したものである。
この拡張部13により、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図16Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図17Aおよび図17Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図17Cおよび図17Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図17Aおよび図17Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
具体的には、拡張部13のうちアンチパッド領域16との境界となる端縁を、高周波信号線路12の伸延方向Xに向けて凸となる放物線状に形成したものである。
次に、図19A〜図19Eを参照して、本発明の第5の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図19Aは、第5の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図19Bは、図19AのI−I断面図である。図19Cは、図19Aの左側面図である。図19Dは、図19BのII−II断面図である。図19Eは、図19BのIII−III断面図である。
本実施の形態にかかるその他の構造については、第3の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、図19Bに示すように、多層配線基板11の最上層の直下に位置する直下絶縁層11Pの厚さH1が、多層配線基板11の内層に位置する内層絶縁層11Pの厚さH2より小さくなるよう形成されている。
両者を比較して明らかなように、本実施の形態のように絶縁層が薄い場合には電界分布の広がりが狭く、電界密度が比較的高くなる。よって、高周波信号線路12の直下に位置する直下グランドプレーン11Gの面積を小さく形成することが可能であることが容易にわかる。
本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち、高周波信号線路12の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を形成したものである。
この凹部13Aにより、アンチパッド領域16のうち直交方向Yに高周波信号ビア14を挟んで位置する領域まで、拡張部13の端縁を拡張することができ、効率よく拡張部13の面積を増大させることができる。これにより、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図21Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図22Aおよび図22Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図22Cおよび図22Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図22Aおよび図22Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
具体的には、拡張部13の具体的形状として、拡張部13のうちアンチパッド領域16との境界となる端縁に、高周波信号ビア14と距離をおいて離間する凹部13Aを形成したものである。
次に、図24A〜図24Eを参照して、本発明の第6の実施の形態にかかる高周波伝送線路10について説明する。図24Aは、第6の実施の形態にかかる高周波伝送線路の構成を示す上面図である。図24Bは、図24AのI−I断面図である。図24Cは、図24Aの左側面図である。図24Dは、図24BのII−II断面図である。図24Eは、図24BのIII−III断面図である。
本実施の形態において、高周波信号線路12は、第2の実施の形態と同様、多層配線基板11の最上層に線状に形成された金属などの導体と、絶縁層11Pを介して最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gからなる底面グランドとを有する、特性インピーダンスZ0のグランデッドコプレーナ線路から構成されている。
両者を比較して明らかなように、本実施の形態のように絶縁層が薄い場合には電界分布の広がりが狭く、電界密度が比較的高くなる。よって、高周波信号線路12の直下に位置する直下グランドプレーン11Gの面積を小さく形成することが可能であることが容易にわかる。
本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち、高周波信号線路12の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を形成したものである。
この凹部13Aにより、アンチパッド領域16のうち直交方向Yに高周波信号ビア14を挟んで位置する領域まで、拡張部13の端縁を拡張することができ、効率よく拡張部13の面積を増大させることができる。これにより、アンチパッド領域16のうち高周波信号線路12が高周波信号ビア14に接続されるまでの接続領域において、高周波信号線路12と接地電位との間の電気容量を高くさせ、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間での電界密度を上昇させている。
よって、高周波信号線路12と直下グランドプレーン11Gとの間における電気容量の大小も図26Fの方が小さいことも分かる。
本実施の形態では、高周波信号線路12と擬似同軸線路構造とのそれぞれの特性インピーダンスはZ0で等しくなっていることから、互いの接続部の近傍においても特性インピーダンスをZ0にすることが望ましいことは言うまでもない。これは、接続部における電界強度分布の安定性の有無として現れる。
図27Aおよび図27Bにおける電界強度分布31は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けた場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示しており、図27Cおよび図27Dにおける電界強度分布32は、直下グランドプレーン11Gに拡張部13を設けていない場合の電界強度分布(シミュレーション結果)を示している。
よって、図27Aおよび図27Bの電界強度分布31に示されているように、基板平面方向から垂直方向への屈曲部において、高周波信号線路12から高周波信号ビア14に向かう高周波信号の反射や放射が比較的低くなり、安定した伝搬特性が得られる。
このように、本実施の形態は、多層配線基板11を構成するグランドプレーン11Gのうち最上層の直下に形成された直下グランドプレーン11Gに、アンチパッド領域16のうち高周波信号ビア14と接触しない範囲で、高周波信号線路12がアンチパッド領域16の外周縁と平面視において交差する交点Pから高周波信号ビア14に向けて、直下グランドプレーン11Gの端部が拡張された拡張部13を設けたものである。
具体的には、拡張部13の具体的形状として、拡張部13のうちアンチパッド領域16との境界となる端縁に、高周波信号ビア14と距離をおいて離間する凹部13Aを形成したものである。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (4)
- グランドプレーンと絶縁体、あるいはグランドプレーンと半導体とが交互に積層された多層配線基板と、
前記グランドプレーンが選択的に除去されたアンチパッド領域を、前記多層配線基板の最上層から最下層まで垂直方向に貫通して形成された高周波信号ビアと、
前記アンチパッド領域の外側に前記高周波信号ビアを囲うように点在配置されて、前記各グランドプレーンと接続するとともに、前記多層配線基板の最上層から最下層まで垂直方向に貫通して形成された複数のグランドビアと、
前記最上層に線状に形成されて、先端が前記高周波信号ビアの上端と接続された高周波信号線路とを備え、
前記グランドプレーンのうち前記最上層の直下に形成された直下グランドプレーンは、前記アンチパッド領域のうち前記高周波信号ビアと接触しない範囲で、前記高周波信号線路が前記アンチパッド領域の外周縁と交差する交点から前記高周波信号ビアに向けて、当該直下グランドプレーンの端部が拡張された拡張部を有し、
前記拡張部のうち前記アンチパッド領域との境界となる端縁は、前記高周波信号ビアに向けて凸となる凸形状に形成されている
ことを特徴とする高周波伝送線路。 - グランドプレーンと絶縁体、あるいはグランドプレーンと半導体とが交互に積層された多層配線基板と、
前記グランドプレーンが選択的に除去されたアンチパッド領域を、前記多層配線基板の最上層から最下層まで垂直方向に貫通して形成された高周波信号ビアと、
前記アンチパッド領域の外側に前記高周波信号ビアを囲うように点在配置されて、前記各グランドプレーンと接続するとともに、前記多層配線基板の最上層から最下層まで垂直方向に貫通して形成された複数のグランドビアと、
前記最上層に線状に形成されて、先端が前記高周波信号ビアの上端と接続された高周波信号線路とを備え、
前記グランドプレーンのうち前記最上層の直下に形成された直下グランドプレーンは、前記アンチパッド領域のうち前記高周波信号ビアと接触しない範囲で、前記高周波信号線路が前記アンチパッド領域の外周縁と交差する交点から前記高周波信号ビアに向けて、当該直下グランドプレーンの端部が拡張された拡張部を有し、
前記拡張部のうち前記アンチパッド領域との境界となる端縁は、前記高周波信号ビアと距離をおいて離間する凹部を有する
ことを特徴とする高周波伝送線路。 - 請求項2に記載の高周波伝送線路において、
前記凹部の端縁は、前記高周波信号ビアを囲うように、前記高周波信号線路の伸延方向に沿って前記高周波信号ビアの先端位置まで拡張されていることを特徴とする高周波伝送線路。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の高周波伝送線路において、
前記高周波信号線路は、マイクロストリップ線路、または、グランデッドコプレーナ線路からなることを特徴とする高周波伝送線路。
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