JP6151794B2 - 回路基板、電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電極端子または配線と接続する接続端を有するプリント基板、フレキシブル回路基板等の高周波信号用の回路基板に関するものである。
高周波用回路基板の一つに、マイクロストリップ型高周波線路を用いたものがある。マイクロストリップ型の回路基板は、表面に配置された高周波信号用線路の裏面に接地導体が形成されたものである。これら高周波用の回路基板は、電子部品の電極または他の回路基板と信号を導通させるための接続端部（パッド）を有している。
図４は、従来のマイクロストリップ線路型の差動信号線路を有する回路基板１００の例を示す平面図である（例えば、特許文献１参照）。
図４に示すように、基板１００の表面には、第１マイクロストリップ線路１０１および第２マイクロストリップ線路１０２の一対のマイクロストリップ線路から成る差動信号線路１０３が形成されている。回路基板１００の裏面には、差動信号線路１０３の形成されている対応部分に接地導体１０４（不図示）が形成されている。
回路基板１００の終端部（図４において下部）には、第１および第２のマイクロストリップ線路１０１，１０２の線幅を広くしたパッド１０１ａ，１０２ａがそれぞれ形成されている。パッド１０１ａ，１０２ａは接続を容易にするために設けられる。そして、パッド１０１ａ，１０２ａを電子部品の電極等に接続することによって、回路基板１００は、電子部品に、または電子部品からの高周波電気信号を伝送する。
特許文献１の差動信号線路には、第１および第２のマイクロストリップ線路１０１，１０２とパッド１０１ａ，１０２ａとの間に、第１および第２の中継ライン１０１ｂ，１０２ｂが設けられている。第１および第２の中継ライン１０１ｂ，１０２ｂは、第１および第２のマイクロストリップ線路１０１，１０２の線幅よりも細い線幅を有する。線幅を広くしたパッド１０１ａ，１０２ａ部分では高周波インピーダンスが低くなる。第１および第２の中継ライン１０１ｂ，１０２ｂは、これを補償し、高周波インピーダンス・マッチングを図るために設けられている。
特許文献１に開示された例のような回路基板では、電子部品の電極等を回路基板に接続する場合に、第１および第２のマイクロストリップ線路１０１，１０２が設けられている面に電子部品の電極を対向させるようにして接続する必要がある。この場合、回路基板の他端側に接続される電子部品等も同じ面側に電極が対向するように電子部品等を配置する必要がある。
回路基板の裏面側からマイクロストリップ線路１０１，１０２のパッド１０１ａ，１０２ａの位置を推定して接続する必要があり、正確に接続するのは容易でないという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロストリップ線路が形成された面と反対側の面にも電子部品等を接続可能な、高周波特性に優れる回路基板を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る回路基板は、誘電体から成り、表面および裏面を有する板状材と、前記表面に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路と、前記裏面に形成された接地導体とを備える。前記接地導体は、前記板状材の一端から所定距離を隔てた前記裏面に形成されている。前記信号線路は、前記裏面の前記一端から所定距離を隔てた端部内に前記接地導体と距離を隔てて形成された端子と、この端子に接続され、この端子に対向させて前記表面の端部に設けられた接続パッドと、前記接続パッドから延びる伝送線路部と、前記端子と前記接地導体との間に対応する前記伝送線路部の位置に配置された前記伝送線路部より線幅の広い拡幅部とを有する。複数本の前記差動信号線路が前記表面に並べて形成されている。前記拡幅部は、前記一対の信号線路の線間のみに突出させて設けられている。
また、本発明の一実施形態に係る回路基板は、上記回路基板において、前記拡幅部は、前記一対の信号線路の線間に突出させて設けられている。
さらに、本発明の一実施形態に係る回路基板は、上記回路基板において、前記拡幅部は、矩形形状を有する。
本発明の一実施形態に係る電子装置は、上記いずれかの回路基板と、前記端子に対応する位置に接続導体を有する端子板を備えた電子部品とを具備し、前記端子板の接続導体に前記端子が接続されている。
本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージは、電子部品を収容する凹部を有する容器体と、該容器体の外壁部に設けられ、該容器の内外を導通させる接続導体を有する端子台とを備え、前記端子台の接続導体に上記いずれかの回路基板が接続されている。
本発明の一実施形態に係る電子装置は、上記電子部品収納用パッケージと、前記凹部に収容されて気密に封止され、前記接続導体に電気的に接続された電子部品とを具備する。
本発明の一実施形態に係る回路基板によれば、裏面の一端から所定距離を隔てた端部内に端子が設けられていることから、信号線路が形成された面と反対側の面に電子装置等の電極を接続することができる。
また、信号線路は、伝送線路部の端子と接地導体との間に対応する位置に線幅の広い拡幅部を有することから、インピーダンス・マッチングに優れたものとすることができる。
また、本発明の一実施形態に係る回路基板によれば、拡幅部は、一対の信号線路の線間に突出させて設けられていることから、隣接する差動信号線路との間のクロストークを生じにくいものとすることができる。
さらに、本発明の一実施形態に係る電子装置は、拡幅部が矩形形状を有することから、インピーダンス・マッチングを図りやすいものとすることができる。
本発明の一実施形態に係る電子装置および電子部品収納用パッケージは、上記いずれかの回路基板を具備することから、電極をより自由な位置に配置でき、高周波特性に優れたものとすることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る回路基板１０について、図を参照しながら説明する。なお、図はいずれも模式的なものであって、実際の寸法関係や細部形状において異なることがある。また、以下の説明において上下左右表裏という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いるものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
図１Ａ，図１Ｂは本発明の一実施形態の回路基板１０を示す平面図である。図１Ａは回路基板１０の表面、図１Ｂはその反対面である裏面を示す。これら図において、判かりやすくするために導体部分にハッチングを付している。これらハッチングは断面を示すものではない。また、図１Ａ，図１Ｂにおいて、その反対面の導体形状を破線で表わしている。図は回路基板の要部である一端１ａ部の例を示したもので、他端側や他の部分を省略して示している。また、図では、高周波信号用線路に差動信号線路を用いた例を示しているが、これに限ることはなく、通常の１本の高周波信号用線路を用いたマイクロストリップ線路等に用いることもできる。
図１Ａに示すように、回路基板１０には、誘電体から成る板状体１の表面に、第１信号線路２，第２信号線路３が形成されている。一対の第１および第２信号線路２，３は差動信号線路４として動作するように形成されている。また、複数本の差動信号線路４が板状体１の表面に並べて形成されている。これら複数本の差動信号線路４の内、代表として一番右側の差動信号線路４に各部符号を付した。他の差動信号線路４については各部符号を付すのを省略した。
図１Ｂに示すように、板状体１の裏面には接地導体５が形成されている。接地導体５は、板状体１の一端１ａから所定距離１ｂを設けて形成されている。
図１Ａ，図１Ｂから判るように、差動信号線路４は、第１信号線路２と第２信号線路３とをこれらの間の中間線に関して対称形に配置して形成されている。そして、第１信号線路２と第２信号線路３とは左右対称に同じ対応部位を有している。そこで、以下、第１信号線路２を代表として各部の説明を行なう。なお、以下において第１，第２を冠さず、単に信号線路２，信号線路３等ともいう。
信号線路２は、板状体１の裏面の一端１ａから所定距離１ｂの範囲内に形成された端子２ｂを有する。端子２ｂは、接地導体５が形成されていない板状体１の一端１ａから所定距離１ｂの端部内に、接地導体５と距離を隔てて形成される。接地導体５との距離を隔てることによって、端子２ｂは、接地導体５との絶縁を保ち、一定の高周波性能を発揮する。端子２ｂは信号線路２の伝送線路部２ａよりも幅広の長方形状に形成されている。端子２ｂを幅広に形成することによって、電子部品等の電極との接続を容易にできる。また、板状体１との密着強度を強くできる。
板状体１の表面において、信号線路２は、一端１ａに接続パッド２ｃが形成されている。接続パッド２ｃは伝送線路部２ａの線幅よりも幅を広くして形成されている。接続パッド２ｃは、板状体１の一端１ａから幅を広くして形成されているので、板状体１との密着強度を強くすることができる。剥離しやすい一端１ａに接続パッド２ｂを設けることにより、信号線路２の一端を剥離し難いものとすることができる。
接続パッド２ｃは、裏面の端子２ｂと貫通導体を介して接続されている。接続パッド２ｃは、端子２ｂの幅および長さに応じて、同じ幅および長さに形成されている。接続パッド２ｃを端子２ｂと同じ幅および長さとすることによって、板状体１と接続パッド２ｃおよび端子２ｂとの熱膨張差によって生じる板状体１の反りを抑制することができる。接続パッド２ｃは、伝送線路部２ａと端子２ｂとの接続を行なうために設けられているので、必ずしも端子２ｂと同じ幅および同じ長さとする必要はない。
なお、接続パッド２ｃに電子部品等の電極を接続してもよい。接続パッド２ｂは幅広に形成されているので、電子部品等の電極を接続するのは容易である。また、インピーダンスの急激な変化を避けるため、伝送線路部２ａとの接続端では伝送線路部２ａに向けて徐々に細くなるように傾斜させた形状とされている。
接続パッド２ｃと端子２ｂとは、貫通導体に代えて一端１ａ面に設けた端面導体によって接続してもよい。また、端面導体と貫通導体とを併用してもよい。
なお、接続パッド２ｃが差動信号線路４のインピーダンスに大きな不整合を来さない範囲で、接続パッド２ｃの信号線路３に面する側の辺を信号線路３側に寄せて配置してもよい。このように配置すれば、隣接する差動信号線路４をより密接させて配置することができ、回路基板１０をコンパクトなものにすることができる。
そして、この接続パッド２ｃから延びる伝送線路部２ａ上において、裏面の端子２ｂと接地導体５との間の導体が形成されていない部分に対応する表面側の伝送線路部２ａの位置に、伝送線路部２ａの線幅を広くする拡幅部２ｄが配置される。
接地導体５は一端１ａから所定距離１ｂの位置に形成され、この部分に形成された接続パッド２ｃおよび伝送線路部２ａと接地導体５との間に生じる容量成分が少なくなるため、インピーダンスが高くなる。特に、端子２ｂと接地導体５との間の導体が形成されていない部分に対応する伝送線路部２ａの部分は、高インピーダンスになる傾向がある。ところが、伝送線路部２ａ上に拡幅部２ｄが配置されることによって、この部分のインピーダンスを低下させ、伝送線路部２ａに沿ったインピーダンス・マッチングに大きな不整合を来さないようにすることができる。
図１Ａにおいて拡幅部２ｄは、伝送線路部２ａと伝送線路部３ａとに挟まれるこれらの線間に突出させて形成されている。この他、拡幅部２ｄを伝送線路部２ａおよび伝送線路部３ａの外側に突出するように形成してもよい。また、拡幅部２ｄを伝送線路部２ａおよび伝送線路部３ａの両側に突出するように形成してもよい。伝送線路部２ａおよび伝送線路部３ａのインピーダンス・マッチングを行なう目的にそった形状とすればよい。
しかしながら、図１Ａに示すように、拡幅部２ｄを伝送線路部２ａと伝送線路部３ａとの線間に突出させるように形成すると、拡幅部２ｄが隣接する差動信号線路４に近づくように形成されることがなく、隣接する差動信号線路４との間の容量性結合が増加しない。このため、クロストークも生じにくくすることができる。図１Ａに示すように、複数の差動信号線路４を配置した回路基板１０とする場合は、拡幅部２ｄをこのように伝送線路２と伝送線路３との間に配置するのがよい。
また、拡幅部２ｄの形状は、矩形状にするのがよい。形状を矩形状とすることによって、伝送線路部２ａと伝送線路部３ａとの間の限られたスペースでより広い面積の拡幅部２ｄとすることができる。面積を広くできるので、拡幅部２ｄによってより大きな容量を確保することができる。
さらに、拡幅部２ｄを、伝送線路部２ａに向けて細くなるように端部を傾斜させた台形状の形状にすると、差動信号線路４に沿ったインピーダンス変化を緩やかなものにすることができる。
信号線路２、信号線路３および接地導体５は、板状体１の表面に、銅，銀，マンガン，モリブデン，その他の金属，または合金から成る金属導体をめっき、印刷、蒸着、焼結等することによって形成される。
板状体１には、誘電体、すなわち電気的絶縁材が用いられる。板状体１には、可撓性を備えたものを用いることもできる。具体的には、ポリイミド樹脂等を用いたフレキシブル基板や、エポキシ樹脂等の樹脂を用いた有機基板、セラミックスまたはガラス等の無機材を用いたリジッド回路基板等、一般的に回路基板に用いられる電気的絶縁材を板状体１として用いることができる。
これら回路基板１０の端子２ｂに外部回路基板の高周波線路が接続される。例えば、回路基板１０は、電子装置等の端子台に接続され、電子装置同士を接続する配線として用いられる。電子装置等の端子台には高周波信号を接続する接続導体が形成されており、この接続導体に回路基板１０の差動信号線路４が接続される。
その一例として、電子部品収納用パッケージ２１に高周波半導体等の電子部品２４が封止された電子装置２０と回路基板１０との接続例を図２および図３に示す。図２は、電子装置２０の分解斜視図を示す。図３は電子装置２０の斜視図を示す。
一例としての電子部品収納用パッケージ２１は、容器体２２が鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属やアルミナセラミックス等のセラミックス材によって形成される。容器体２２は上面に開口を有する凹部２２ａを備えている。また、容器体２２の一側壁を貫通するように、アルミナセラミックス等のセラミックスから成り、電子部品収納用パッケージ２１の内外を接続する接続導体２３ａを備えた端子台２３が嵌着されている。
図２に示すように、回路基板１０の端子２ｂは、電子部品収納用パッケージ２１の端子台２３に設けられた接続導体２３ａにそれぞれ半田等で接続される。同じく回路基板１０の接地導体５は、端子台２３の接地導体２３ｂに半田等で接続される。このように接続することによって、電子部品収納用パッケージ２１と回路基板１０とを接続する。
なお、拡幅部２ｄは、電子部品収納用パッケージ２１を平面視した際に接地導体２３ｂと重ならない位置に設けられる。これにより、信号線路２の一端１ａから所定距離１ｂにおける接地導体２３ｂとの間の容量成分の低下を少なくできる。その結果、インピーダンス・マッチングに大きな不整合を来さないようにすることができる。
そして、電子部品収納用パッケージ２１の凹部２２ａ内に電子部品２４を載置し、電子部品２４の電極を接続導体２３ａと電気的に接続する。その後、蓋体２５を凹部２２ａを塞ぐように容器体２２に接合することによって、電子部品を気密に封止する。このようにして電子装置２０が完成する。
回路基板１０を用いて電子部品収納用パッケージ２１内部の電子部品２４と外部回路とを接続することによって、回路基板１０の接続端における高周波特性が改善される。そして、良好な性能を有する電子装置２０とすることができる。また、端子台２３の接続導体２３ａを回路基板１０の裏面に設けられた端子２ｂに接続することができる。
表面に図１Ａに示す差動信号線路４を有し、裏面に図１Ｂに示す接地導体５を有した板状体１を作製した。板状体１は厚さが０．０７５ｍｍのポリイミドから成る誘電体を幅１２ｍｍ×長さ５ｍｍに切断したものである。この板状体１に銅めっきを施し、パターンエッチングすることによって線路導体２，３および接地導体５と、それぞれを電気的に接続する貫通ビアを形成した。
この表面の幅方向に差動信号線路４を１組形成した。１組の差動信号線路４において、信号線路２，３の線幅は０．２ｍｍ、線路長は５ｍｍ、信号線路２ａ，３ａの線間は０．２５ｍｍとした。そして、信号線路２，３の一端１ａに幅０．２３ｍｍ×長さ１ｍｍの接続パッド２ｃ，３ｃを設け、接続パッド２ｃ，３ｃに隣接する信号線路２，３の線間に、拡幅部２ｄ，３ｄを設けた。拡幅部２ｄ，３ｄは下底が０．２４ｍｍ，上底が０．１２ｍｍ，高さ０．０８ｍｍの等脚台形形状を有する。なお、拡幅部２ｄ，３ｄに隣接する接続パッド２ａ，３ａの辺は、拡幅部２ｄ，３ｄの脚と同じ角度に傾斜させた。
そして、板状体１の裏面には、一端１ａから１．２５ｍｍの所定距離１ｂを除く部分に接地導体５を形成した。そして、接続パッド２ｃ，３ｃと対向する位置に、幅０．２３ｍｍ×長さ１ｍｍの端子２ｂ，３ｂを形成した。端子２ｂ，３ｂは、接続パッド２ａ，３ａと貫通ビアで接続されている。
図５Ａ，図５Ｂは、本実施形態に係る板状体１の周波数特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。図５Ａは信号線路２，３の一端側から見た反射損失（Return Loss）を示し、図５Ｂは挿入損失（Insertion Loss）を示す。図５Ａにおいて、本実施形態の反射損失を実線で、比較例の反射損失を点線で示している。また、図５Ｂにおいて、本実施形態の挿入損失を長破線で、比較例の透過挿入損失を破線で示している。
なお、本実施形態のシミュレーションは、図１Ａのように伝送線路部２ａと伝送線路部３ａとの線間に拡幅部２ｄ，３ｄを突出させるように設けた構造に基づくものである。一方、比較例は、伝送線路部２ａと伝送線路部３ａとの線間に拡幅部２ｄ，３ｄが無い構造に基づくものである。
図５Ａに示されるように、本実施形態に示す拡幅部２ａ，３ａがある場合は、例えば２０ＧＨｚにおいて、反射損失が比較例よりも１３ｄＢ改善されることが解る。
また、図５Ｂに示されるように、挿入損失において、本実施形態に示す拡幅部２ａ，３ａがある場合は、例えば２０ＧＨｚにおいて比較例よりも０．４ｄＢ改善されることが解る。
なお、本発明は上述の実施形態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において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、本実施形態においては、差動信号線路４がマイクロストリップス形の信号線路２および信号線路３から成るものとして説明したが、隣接する差動信号線路４の間に接地導体層を形成することもできる。さらに、信号線路２および信号線路３の間にも接地導体層を設け、コプレーナ形の信号線路２および信号線路３としてもよい。
また、本実施形態では、複数の差動信号線路４と接地導体５とから成る回路基板１０の例を示したが、１組の差動信号線路４のみであってもよい。
１：板状体
１ａ：一端
１ｂ：所定距離
２：信号線路
２ａ：伝送線路部
２ｂ：端子
２ｃ：接続パッド
２ｄ：拡幅部
３：信号線路
３ａ：伝送線路部
３ｂ：端子
３ｃ：接続パッド
３ｄ：拡幅部
４：差動信号線路
５：接地導体
１０：回路基板
２０：電子装置
２１：電子部品収納用パッケージ
２２：容器体
２２ａ：凹部
２３：端子台
２３ａ：接続導体
２３ｂ：接地導体
２４：電子部品
２５：蓋体
１ａ：一端
１ｂ：所定距離
２：信号線路
２ａ：伝送線路部
２ｂ：端子
２ｃ：接続パッド
２ｄ：拡幅部
３：信号線路
３ａ：伝送線路部
３ｂ：端子
３ｃ：接続パッド
３ｄ：拡幅部
４：差動信号線路
５：接地導体
１０：回路基板
２０：電子装置
２１：電子部品収納用パッケージ
２２：容器体
２２ａ：凹部
２３：端子台
２３ａ：接続導体
２３ｂ：接地導体
２４：電子部品
２５：蓋体
Claims (7)
- 誘電体から成り、表面および裏面を有する板状材と、前記表面に形成された一対の信号線路から成る差動信号線路と、前記裏面に形成された接地導体とを備える回路基板であって、前記接地導体は、前記板状材の一端から所定距離を隔てた前記裏面に形成されており、前記信号線路は、前記裏面の前記一端から所定距離を隔てた端部内に前記接地導体と距離を隔てて形成された端子と、該端子に接続され、該端子に対向させて前記表面の端部に設けられた接続パッドと、前記接続パッドから延びる伝送線路部と、前記端子と前記接地導体との間に対応する前記伝送線路部の位置に配置された前記伝送線路部より線幅の広い拡幅部とを有しており、
複数本の前記差動信号線路が前記表面に並べて形成されているとともに、前記拡幅部は、前記一対の信号線路の線間のみに突出させて設けられている回路基板。 - 前記拡幅部は、前記伝送線路部に向けて細くなるように端部を傾斜させた台形状である請求項１記載の回路基板。
- 前記拡幅部は、矩形形状を有する請求項１記載の回路基板。
- 前記接続パッドは、前記拡幅部と反対側に突出しており、前記信号線路より線幅が広い請求項１乃至３のいずれか１つに記載された回路基板。
- 請求項１乃至４のいずれか１つに記載された回路基板と、前記端子に対応する位置に接続導体を有する端子板を備えた電子部品とを具備し、前記端子板の接続導体に前記端子が接続されている電子装置。
- 電子部品を収容する凹部を有する容器体と、該容器体の外壁部に設けられ、該容器の内外を導通させる接続導体を有する端子台とを備え、前記端子台の接続導体に請求項１乃至４のいずれか１つに記載の回路基板が接続されている電子部品収納用パッケージ。
- 請求項６に記載の電子部品収納用パッケージと、前記凹部に収容されて気密に封止され、前記接続導体に電気的に接続された電子部品とを具備する電子装置。
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