JP6745743B2 - 高周波整合回路 - Google Patents

Description

この発明は、高周波部品と多層基板とを接続する高周波整合回路に関する。

多層基板への高周波部品の接続のために、部品リード、金ワイヤ、金リボン及びはんだボールといった接続用部品が用いられる際、接続用部品の接続長が長くなり、また接続用部品に高い周波数の信号が伝送されると、接続用部品が有するインダクタンス成分が増加し、反射特性及び通過特性が劣化する。

特許文献１に開示される高周波多層回路基板の接続構造は、高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体とを備える。特許文献１に開示される高周波多層回路基板の接続構造では、信号接続用導体の近くにグランド接続用導体を設けることにより、接続用部品が有するインダクタンス成分が低減され、また２つの高周波多層回路基板同士の接続部におけるインピーダンスを高周波多層回路基板に形成されている高周波回路のインピーダンスに合わせることにより、インピーダンス不整合が抑圧される。

特開２０１１−１８７５７５号公報

しかしながら特許文献１に開示される高周波多層回路基板の接続構造では、接続部の構成が立体的で複雑なため、インピーダンス整合をとるための接続構造の製造が長時間に及ぶという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立可能な高周波整合回路を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高周波整合回路は、多層基板の表層または内層に設けられた基板端子と、多層基板の表層に設けられた表層導体と、多層基板の表層に設けられた高周波部品の第１の部品端子と表層導体とを接続する第１の接続導体と、表層導体と対向して多層基板の内層に設けられた内層導体と、表層又は内層に設けられ、一端が内層導体に接続され、他端が基板端子に接続された高インピーダンス線路と、多層基板の表層に設けられ、高周波部品の第２の部品端子に接続される第２の接続導体に接続された第１の接地導体と、多層基板の表層に設けられ、高周波部品の第３の部品端子に接続される第３の接続導体に接続された第２の接地導体であって、表層導体を挟んで第１の接地導体に対向するように設けられる第２の接地導体と、を備え、表層導体と内層導体との間に直列容量が形成され、表層導体と第１の接地導体との間、および表層導体と第２の接地導体との間に第１の対地容量が形成され、内層導体と第１の接地導体との間、および内層導体と第２の接地導体との間に第２の対地容量が形成されることを特徴とする。

本発明に係る高周波整合回路は、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る高周波整合回路の構成図 図１に示す高周波整合回路を多層基板上に構成した状態を示す斜視図 実施の形態１に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図 比較例に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図 実施の形態１に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図 比較例に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図 実施の形態２に係る高周波整合回路を単層基板上に構成した状態を示す斜視図

以下に、本発明の実施の形態に係る高周波整合回路を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る高周波整合回路の構成図である。図２は図１に示す高周波整合回路を多層基板上に構成した状態を示す斜視図である。図１に示す実施の形態１に係る高周波整合回路１００は、図２に示す高周波部品８に設けられる部品端子１と、図２に示す多層基板９に設けられる基板端子２と、高インピーダンス線路７を備える。部品端子１及び基板端子２のそれぞれは、高周波信号が入出力される端子である。

また高周波整合回路１００には、図２に示すインダクタンス３と、直列容量４と、直列容量４に寄生する対地容量５と、直列容量４に寄生する対地容量６とが形成される。インダクタンス３は、高周波部品８の部品端子１と多層基板９とを接続するためのリード１２が有するインダクタンスである。

図２では、右手系のＸＹＺ座標において、鉛直方向がＸ軸方向とされ、水平方向がＹ軸方向とされ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とされる。

図２に示す多層基板９は、多層基板９のＸ軸方向における一端側の表層９１に設けられた表層導体である第１の接地導体２０と、多層基板９のＹ軸方向において第１の接地導体２０から離れて多層基板９の表層９１に設けられた表層導体である第２の接地導体２１と、第１の接地導体２０と第２の接地導体２１との間において多層基板９の表層９１に設けられた表層導体である上部電極１０とを備える。

また多層基板９は、多層基板９のＸ軸方向において上部電極１０と対向して多層基板９の内層９２に設けられた内層導体である下部電極１１と、多層基板９の表層９１又は内層９２に設けられた基板端子２と、多層基板９の表層９１又は内層９２に設けられた高インピーダンス線路７とを備える。内層９２は、多層基板９のＸ軸方向において複数の基材を積層することにより一体化された基板内部のパターンである。高インピーダンス線路７の一端は基板端子２に接続され、高インピーダンス線路７の他端は下部電極１１に接続されている。

図２に示すように高周波部品８に設けられた複数の部品端子１には、導電性のリード１２が接続されている。リード１２は高周波部品８と表層導体とを接続するための接続導体である。複数の部品端子１のそれぞれに接続されたリード１２の先端部は、上部電極１０、第１の接地導体２０及び第２の接地導体２１のそれぞれに接続されている。

図１に示す直列容量４は、図２に示す上部電極１０と下部電極１１との間に形成される。図１に示す対地容量５は、図２に示す上部電極１０と第１の接地導体２０との間に形成されると共に、上部電極１０と第２の接地導体２１との間に形成される。図１に示す対地容量６は、図２に示す下部電極１１と第１の接地導体２０との間に形成されると共に、下部電極１１と第２の接地導体２１との間に形成される。

次に実施の形態１に係る高周波整合回路１００の動作について説明する。図３は実施の形態１に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図である。図４は比較例に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図である。

図４に示す比較例に係る高周波整合回路１００Ａと図３に示す実施の形態１に係る高周波整合回路１００との相違点は、高周波整合回路１００Ａでは、直列容量４、対地容量５及び対地容量６の代わりに、対地容量５０が用いられていることである。

図３に示す高周波整合回路１００の等価回路では、高周波整合回路１００の各点から部品端子１側を見たときのインダクタンス３と直列容量４との接続点のインピーダンスが「Ｚ１」と表記され、部品端子１から高周波整合回路１００を見たときの直列容量４と高インピーダンス線路７との接続点のインピーダンスが「Ｚ２」と表記され、部品端子１から高周波整合回路１００を見たときの高インピーダンス線路７と基板端子２との接続点のインピーダンスが「Ｚ３」と表記される。

図４に示す高周波整合回路１００Ａの等価回路では、高周波整合回路１００Ａの各点から部品端子１側を見たときのインダクタンス３と対地容量５０との接続点のインピーダンスが「Ｚ１」と表記され、部品端子１から高周波整合回路１００Ａを見たときの対地容量５０と高インピーダンス線路７との接続点のインピーダンスが「Ｚ２」と表記され、部品端子１から高周波整合回路１００Ａを見たときの高インピーダンス線路７と基板端子２との接続点のインピーダンスが「Ｚ３」と表記される。

図３のスミスチャート上には高周波整合回路１００の各インピーダンスが示され、図４のスミスチャート上には高周波整合回路１００Ａの各インピーダンスが示される。

図４に示す高周波整合回路１００Ａでは、対地容量５０によりインピーダンスＺ２の周波数特性が大きくなるため、インピーダンスＺ３の周波数特性が大きくなり、狭帯域な特性を示す。

図３に示す高周波整合回路１００では、直列容量４と、直列容量４に寄生する対地容量５，６とにより、インピーダンスＺ２の周波数特性を小さくすることができるため、インピーダンスＺ３の周波数特性が小さくなり、広帯域な特性を得ることができる。

図５は実施の形態１に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図である。図６は比較例に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図である。図５及び図６の横軸は中心周波数で規格化した規格化周波数を表し、図５及び図６の縦軸は反射特性を表す。

高周波整合回路１００Ａでは、図６に示すように反射特性−２０ｄＢ以下の比帯域が１５％前後であるのに対し、実施の形態１に係る高周波整合回路１００では、図５に示すように反射特性−２０ｄＢ以下の比帯域が６０％前後であることが分かる。また実施の形態１に係る高周波整合回路１００は、一般に用いられる多層基板９を利用できるため、容易に製造できる。

以上に説明したように実施の形態１に係る高周波整合回路１００は、多層基板の表層に設けられた表層導体と、高周波部品と表層導体とを接続する接続導体と、表層導体と対向して多層基板の内層に設けられた内層導体と、表層又は内層に設けられ内層導体に接続された高インピーダンス線路とを備え、表層導体と内層導体との間に直列容量が形成されている。この構成により、実施の形態１に係る高周波整合回路１００は、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立させることができる。

実施の形態２．
図７は実施の形態２に係る高周波整合回路を単層基板上に構成した状態を示す斜視図である。実施の形態２に係る高周波整合回路１００では、図２に示される多層基板９の代わりに、単層基板１３が用いられている。また実施の形態２に係る高周波整合回路１００では、図２に示す上部電極１０と下部電極１１と複数のリード１２と第１の接地導体２０と第２の接地導体２１との代わりに、平行平板キャパシタ１４と複数のボンディングワイヤ１５と接地導体３０とが用いられる。

平行平板キャパシタ１４のＸ軸方向における一端側には上面電極１４ａが設けられ、平行平板キャパシタ１４のＸ軸方向における他端側には下面電極１４ｂが設けられている。下面電極１４ｂには高インピーダンス線路７の一端が接続されている。単層基板１３のＸ軸方向における下面１３ａには接地導体３０が設けられている。

図１に示す直列容量４は、平行平板キャパシタ１４の上面電極１４ａと下面電極１４ｂとの間に形成される。図１に示す対地容量５は、平行平板キャパシタ１４の上面電極１４ａと接地導体３０との間に形成される。図１に示す対地容量６は、平行平板キャパシタ１４の下面電極１４ｂと接地導体３０との間に形成される。

部品端子１にはボンディングワイヤ１５の一端が接続され、ボンディングワイヤ１５の他端には平行平板キャパシタ１４の上面電極１４ａが接続される。

このように実施の形態２に係る高周波整合回路１００は、単層基板に設けられた平行平板キャパシタと、高周波部品と平行平板キャパシタとを接続する接続導体と、平行平板キャパシタを構成する下面電極に接続された高インピーダンス線路とを備え、上面電極及び下面電極との間に直列容量が形成されている。この構成により、実施の形態２に係る高周波整合回路１００は、実施の形態１と同様に、直列容量４と、直列容量４に寄生する対地容量５，６とにより、インピーダンスＺ２の周波数特性を小さくすることができるため、インピーダンスＺ３の周波数特性が小さくなり、広帯域な特性を得ることができる。また実施の形態２に係る高周波整合回路１００は、一般に用いられる単層基板１３を利用できるため、容易に製造できる。

なお実施の形態１，２において、直列容量と、高インピーダンス線路７のＹ軸方向における配線幅と、高インピーダンス線路７のＺ軸方向における配線長とは、図２に示す高周波部品８の多層基板９への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整され、また図７に示す高周波部品８の単層基板１３への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整されている。ここでいう整合とは、高インピーダンス線路７と直列容量とによる特性インピーダンスを、多層基板９又は単層基板１３に接続される高周波部品８のインピーダンスを合わせることをいう。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 部品端子、２ 基板端子、３ インダクタンス、４ 直列容量、５，６，５０ 対地容量、７ 高インピーダンス線路、８ 高周波部品、９ 多層基板、１０ 上部電極、１１ 下部電極、１２ リード、１３ 単層基板、１３ａ 下面、１４ 平行平板キャパシタ、１４ａ 上面電極、１４ｂ 下面電極、１５ ボンディングワイヤ、２０ 第１の接地導体、２１ 第２の接地導体、３０ 接地導体、９１ 表層、９２ 内層、１００，１００Ａ 高周波整合回路。

Claims (3)

1. 多層基板の表層または内層に設けられた基板端子と、
   前記多層基板の表層に設けられた表層導体と、
   前記多層基板の表層に設けられた高周波部品の第１の部品端子と前記表層導体とを接続する第１の接続導体と、
   前記表層導体と対向して前記多層基板の内層に設けられた内層導体と、
   前記表層又は前記内層に設けられ、一端が前記内層導体に接続され、他端が前記基板端子に接続された高インピーダンス線路と、
   前記多層基板の表層に設けられ、前記高周波部品の第２の部品端子に接続される第２の接続導体に接続された第１の接地導体と、
   前記多層基板の表層に設けられ、前記高周波部品の第３の部品端子に接続される第３の接続導体に接続された第２の接地導体であって、前記表層導体を挟んで前記第１の接地導体に対向するように設けられる前記第２の接地導体と、
   を備え、
   前記表層導体と前記内層導体との間に直列容量が形成され、
   前記表層導体と前記第１の接地導体との間、および前記表層導体と前記第２の接地導体との間に第１の対地容量が形成され、前記内層導体と前記第１の接地導体との間、および前記内層導体と前記第２の接地導体との間に第２の対地容量が形成される
   ことを特徴とする高周波整合回路。
2. 前記直列容量と、前記高インピーダンス線路の配線幅と、前記高インピーダンス線路の配線長とは、前記高周波部品の前記多層基板への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波整合回路。
3. 単層基板の表層に設けられた基板端子と、
   前記単層基板の表層に設けられた下面電極および前記下面電極に対向する上面電極を有する平行平板キャパシタと、
   高周波部品の部品端子と前記平行平板キャパシタの前記上面電極とを接続する接続導体と、
   一端が前記下面電極に接続され、他端が前記基板端子に接続された高インピーダンス線路と、
   を備え、
   前記単層基板の下面には、接地導体が設けられ、
   前記上面電極と前記下面電極との間に直列容量が形成され、
   前記上面電極と前記接地導体との間に第１の対地容量が形成され、前記下面電極と前記接地導体との間に第２の対地容量が形成される
   ことを特徴とする高周波整合回路。

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