JP7255705B2 - 高周波線路構造、サブアセンブリ、ラインカード、および高周波線路構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高周波特性に優れる高周波線路構造、サブアセンブリ、ラインカードおよび高周波線路構造の製造方法に関する。

通信機器に搭載されるラインカード上には、様々な複数の光電子部品が高密度実装されており、所望の通信機能が実現されている。これらの通信機器では１Ｔｂｐｓ伝送に向けた広帯域化に向けた開発が進められており、ラインカードの基板となるプリント基板上での複数の高周波線路それぞれにおいては、７０ＧＨｚ以上の伝送を可能とする広帯域化がプリント基板上での一部の領域で必要とされつつある。

しかしながら、近年における光電子部品の小型化に伴い、光電子部品間での高周波信号を伝搬させる複数の高周波線路のピッチも狭小化が進みつつあり、これによって隣接する高周波線路間のクロストーク問題が顕在化しつつある。このようなプリント基板上の高周波線路と光電子部品を接続する領域でのクロストークが重要な課題となっていた。

特許文献１には、基板上に光導波路、光電子素子等を実装した光モジュールにおいて３次元構造で小型化する技術が開示されている。図１２に特許文献１に記載された光モジュール１００１の側面断面図を示す。光モジュール１００１に光ファイバー１００２が接続され、パッケージ内部にフォトダイオード（ＰＤ）１００３とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）１００４が実装されている。ＴＩＡ１００４から出力された高周波信号は絶縁体からなるベースを貫通する高周波線路１００５、そして厚さが同一のリードピン１００６へと伝播する。

特許第６１２２３８０号公報

しかしながら、この光モジュールにおいて、インピーダンス整合を調整する構成はなく、クロストークを低減することはできない。したがって、ＤＣから７０ＧＨｚまで高周波信号を安定に伝搬させる広帯域化は困難となっていた。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る高周波線路構造は、高周波線路基板と、前記高周波線路基板の底面に備えたグランド端に固着されたグランドリードピンと、前記高周波線路基板の底面に備えた信号線路端に固着されたシグナルリードピンと、前記グランドリードピンの間に前記シグナルリードピンが配置され、前記シグナルリードピンが前記グランドリードピンの底面の属する水平面から、前記高周波線路基板が配置された側の方向に跳ね上がる構造を有し、前記複数のシグナルリードピンそれぞれの跳ね上がる構造における跳ね上げ高さが略同一であることを特徴とする。

また、本発明に係る高周波線路構造の製造方法は、ベース治具の上に、複数の線路を備え、当該複数の線路が間隔をおいて配置され、当該線路の基端部同士が連結部により一体に接続されて略櫛状に形成された厚型リードフレームと、複数の線路を備え、当該複数の線路が間隔をおいて配置され、当該線路の基端部同士が連結部により一体に接続されて略櫛状に形成され、当該線路に稜線部を有する薄型リードフレームと、底面に伝送線路を備える高周波線路基板とを載せて高周波線路構造を製造する方法であって、前記ベース治具の上方において、前記薄型リードフレームの線路を前記厚型リードフレームの線路の間に配置して、当該薄型リードフレームの前記稜線部を前記ベース治具の上面に当接するように配置する工程と、前記高周波線路基板の底面に備えられたグランド端と厚型リードフレームの線路の先端部とを当接させる工程と、前記高周波線路基板の底面に備えられた信号線路端と薄型リードフレームの線路の先端部とを当接させる工程と、前記厚型リードフレームの連結部と前記薄型リードフレームの連結部の上面に載せた位置合わせ押圧治具の上面と前記高周波線路基板の上面を押圧する工程と、前記高周波線路基板の底面に備えられたグランド端と前記厚型リードフレームの線路の先端部とを当接させた箇所と、前記高周波線路基板の底面に備えられた信号線路端と薄型リードフレームの線路の先端部とを当接させた箇所を導電性の部材で固着して電気的に接続する工程と、前記厚型リードフレームと前記薄型リードフレームとを切断する工程とを備える。

本発明によれば、高周波線路を電気的に接続して構成部品を実装するときに高精度の位置合わせを可能にする高周波線路構造の製造方法を提供し、広帯域でクロストークを低減できる高周波特性を備えた高周波線路構造、サブアセンブリ、及び、ラインカードを提供でき、次世代１Ｔｂｐｓ超用の広帯域特性を備えた電子部品や光モジュール部品を提供できる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における構成部品を配置する工程を示す鳥瞰透視図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における構成部品を配置する工程を示す側面透視図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における構成部品を押圧する工程を示す鳥瞰透視図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における構成部品を押圧する工程を示す側面透視図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における厚型リードフレームと薄型リードフレームを切断する工程を示す鳥瞰透視図である。 図４Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の鳥瞰透視図である。 図４Ｂは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の側面透視図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態にかかるサブアセンブリの鳥瞰透視図である。 図６Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかるサブアセンブリの上面透視図である。 図６Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかるサブアセンブリの側面透視図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる、計算により得られるサブアセンブリの高周波特性である。 図８は、本発明の第２の実施の形態にかかるサブアセンブリの鳥瞰透視図である。 図９Ａは、本発明の第２の実施の形態にかかるサブアセンブリの上面透視図である。 図９Ｂは、本発明の第２の実施の形態にかかるサブアセンブリの側面透視図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態にかかる、計算により得られるサブアセンブリの高周波特性の計算結果である。 図１１は、本発明の第３の実施の形態にかかるラインカードの概念図である。 図１２は、従来技術の光モジュールの概念図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１Ａ－図４を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造１０の製造方法と高周波線路構造１０を説明する。

＜高周波線路構造の製造方法＞
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波線路構造の製造方法における構成部品を配置を示す鳥瞰透視図であり、図１Ｂは側面透視図である。本実施の形態にかかる高周波線路基板１１１はメタル２層からなり、底面、上面それぞれにコプレーナ線路を備えている（大きさ：１０ｍｍ×１０ｍｍ程度）。高周波線路基板１１１の底面に備えられたコプレーナ線路のグランド端と当接する厚型リードフレーム１２１そしてコプレーナ線路の信号線路端と当接する薄型リードフレーム１３１が用意される。高周波線路基板１１１の底面にはヒートシンク１１２が備えられている。これらの構成部品をベース治具２２の上に配置させ、そして位置合わせ押圧治具２１によって構成部品を整列させる。

厚型リードフレーム１２１（厚さ：０．３ｍｍ）は、複数の線路１２１Ａ（長さ：２０ｍｍ、幅：０．２ｍｍ）を備えており、複数の線路１２１Ａが間隔（０．８ｍｍ）をおいて配置されるとともに、線路１２１Ａの基端部同士が連結部１２１Ｂにより一体に接続され、略櫛状に形成されている。

薄型リードフレーム１３１（厚さ：０．２ｍｍ）は、複数の線路１３１Ａ（長さ：２０ｍｍ、幅：０．２ｍｍ）を備えており、複数の線路１３１Ａが間隔（０．８ｍｍ）をおいて配置されるとともに線路１３１Ａの基端部同士が連結部１３１Ｂにより一体に接続され、略櫛状に形成されている。図１Ａにおいては、厚型リードフレーム１２１は４本の線路、薄型リードフレーム１３１は３本の線路からなるが、線路の本数にはこれに限定されず、後述するように、薄型リードフレーム１３１の略櫛状の線路１３１Ａが厚型リードフレーム１２１の略櫛状の線路１２１Ａの間に配置されるように並べられるように構成できればよい。

薄型リードフレーム１３１は、図１Ｂに示すように、ベース治具２２の上面２２Ｃに当接する面で、線路１３１Ａの先端部から２．４ｍｍ離れた位置に稜線部１５Ａを有する。稜線部１５Ａは薄型リードフレーム１３１の長手方向に対して垂直方向に延びている。稜線部１５Ａは屈曲形状でも湾曲形状でもよい。ベース治具２２の上面２２Ｃに当接できるように凸状の形状をなしていればよい。このように薄型リードフレーム１３１は稜線部１５Ａを有する結果、上方に跳ね上がる構造を有し、その基端部の高さ（稜線部１５Ａが接する水平面からのその基端の上面までの垂直方向の高さ。以下、「跳ね上げ量１６」という。）は１０ｍｍ程度である。

また、薄型リードフレーム１３１は、図１Ｂに示すように、高周波線路基板１１１の底面に備えられた伝送線路に当接する面に稜線部１５Ｂを有する。稜線部１５Ｂは薄型リードフレーム１３１の長手方向に対して垂直方向に延びている。稜線部１５Ｂは、薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの先端部の上面が、厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの先端部の上面と同一面内になるように形成される。稜線部１５Ｂは屈曲形状でも湾曲形状でもよい。

本実施の形態においては、厚型リードフレーム１２１、薄型リードフレーム１３１の材料には、コバール（鉄・ニッケル・コバルト合金）を用いる。ここで、コバールの熱膨張係数がプリント基板に用いるセラミックの熱膨張係数とほぼ等しい。厚型リードフレーム１２１、薄型リードフレーム１３１の材料には、タングステンや鉄・Niなどの他の合金を用いることもできる。

薄型リードフレーム１３１の略櫛状の線路１３１Ａは、厚型リードフレーム１２１の略櫛状の線路１２１Ａの間に配置されるように並べられる。このとき、薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａと厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａとが干渉しないように並べられる。

薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの先端部と厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの先端部が長手方向に揃うように並べられる。換言すれば、厚型リードフレーム１２１の上面と薄型リードフレーム１３１の先端部の上面が属する水平面と長手方向に垂直な面が交わる直線上に、薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの上面の先端と厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの上面の先端が配置されるように並べられる。

薄型リードフレーム１３１の稜線部１５Ａがベース治具２２の上面２２Ｃに当接するように配置される。

高周波線路基板１１１の底面に備えられた伝送線路のグランド端と厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの先端部とを当接させ、高周波線路基板１１１の底面に備えられた伝送線路の信号線路端と薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの先端部とを当接させる。

位置合わせ押圧治具２１は、その底面に、薄型リードフレーム１３１の連結部１３１Ｂと嵌合させるための凹部２１Ａと、厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間と嵌合させるための凸部２１Ｂを備えている。凹部２１Ａの深さは０．１５ｍｍであり、薄型リードフレーム１３１の厚さより浅いことが望ましい。凹部２１Ａの幅は薄型リードフレーム１３１の連結部１３１Ｂの幅に比べて０．１ｍｍ程度広いことが望ましい。凸部２１Ｂの高さは０．１５ｍｍであり、厚型リードフレーム１２１の厚さより低いことが望ましい。凸部２１Ｂの幅は厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間の幅に比べて０．１ｍｍ程度狭いことが望ましい。

ベース治具２２は、上面２２Ｃに、厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間と嵌合させるための凸部２２Ｂを備える。凸部２２Ｂの高さは０．１５ｍｍであり、厚型リードフレーム１２１の厚さより低いことが望ましい。凸部２２Ｂの幅は厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間の幅に比べて０．１ｍｍ程度狭いことが望ましい。

また、ベース治具２２は、上面２２Ｃに、凸部２２Ａを備え、その高さは０．２５ｍｍであり、厚型リードフレーム１２１の厚さより低いことが望ましい。また、凸部２２Ａ間の溝の深さは、ヒートシンク１１２が収まる深さであればよい。

図２Ａ、Ｂに構成部品が押圧された状態を示す。すべての構成部品をベース治具２２上に配置整列後、位置合わせ押圧治具２１の上面および高周波線路基板１１１上面を押圧する。
図２Ａ、Ｂに押圧する方向を矢印２３で示す。

薄型リードフレーム１３１はそのリード長手方向でのバネ性によって変形することで、ベース治具２２と位置合わせ押圧治具２１によって嵌め合うことによって、嵌合が強固になりガタつきが抑えられ一体となる。詳細には、位置合わせ押圧治具２１と高周波線路基板１１１を押圧すると、薄型リードフレーム１３１は、弾性力を有し、ベース治具２２の上面２２Ｃに当接する稜線部１５Ａを支点として、高周波線路基板１１１に対して上方向に反力が生じるので、厚型リードフレーム１２１、薄型リードフレーム１３１と高周波線路基板１１１の密着性が向上する。

さらに、位置合わせ押圧治具２１の底面の凹部２１Ａが薄型リードフレーム１３１の連結部１３１Ｂと嵌合し、凸部２１Ｂが厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間と嵌合し、ベース治具２２の凸部２２Ｂが厚型リードフレーム１２１の線路１２１Ａの間と嵌合するので、位置合わせ押圧治具２１と薄型リードフレーム１３１、厚型リードフレーム１２１とを組み合わせた部分の隙間を最低限に抑え、嵌合を強固にすることができ、ガタつきを抑えて、構成部品の位置合わせをすることができる。

この状態で、薄型リードフレーム１３１、厚型リードフレーム１２１それぞれの先端部の上面が高周波線路基板１１１の底面に備えられた金属面と当接している箇所で銀ロウ、金錫ハンダ、通電性樹脂、通電性接着剤等の通電性接合材（図示せず）によって、高い密着性で精密に固着され電気的に接続される。

固着後においては、図３に示すように切断刃３２によって、リードフレームが高周波線路基板１１１から、１ｍｍ－２ｍｍ程度離れた位置で一斉に切断される。このとき、薄型リードフレーム１３１の下に配置される厚型リードフレーム１２１によって、切断時に薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの下方への変形が防止される。

本実施の形態では、リードフレームが高周波線路基板１１１から、１ｍｍ－２ｍｍ程度離れた位置で切断されたが、切断位置はこの位置に限られない。ただし、高周波線路基板１１１からの距離が２ｍｍ以上長くなると、上述の実装時のハンダ等による固着が難しくなる。

＜高周波線路構造の構成＞
図４Ａにベース治具２２から取り外された後の仕上がり状態である高周波線路構造１０の鳥瞰透視図、図４Ｂに側面透視図を示す。厚型リードフレーム１２１から形成されたグランドリードピン１２２、薄型リードフレーム１３１から形成されたシグナルリードピン１３２、高周波線路基板１１１、そしてヒートシンク１１２が一体となり、高周波線路構造１０は３次元構造を有している。

高周波線路基板１１１はメタル２層構造から成り、底面、上面それぞれにコプレーナ線路を備えており、その間に誘電体材料１４２を備えている。底面のコプレーナ線路においては、メタルからなる底面グランド１４１の一部に開口部を設けて、この開口部に底面信号線路が設けられている。上面のコプレーナ線路においては、メタルからなる上面グランド１４３の一部に開口部を設けて、この開口部に上面信号線路が設けられている。高周波線路基板端において、底面側に底面信号線路端１４４を備え、疑似同軸線路１４５によって高周波線路基板１１１の上面側へと接続され、そして上面信号線路端１４６まで接続される。

グランドリードピン１２２とシグナルリードピン１３２は、上述の製造過程で同じ位置で切断されるので、それぞれの長さは同等であり、３ｍｍ程度である。また、シグナルリードピン１３２の厚さ１７２よりも、グランドリードピン１２２の厚さ１７１が大きいことを特徴とした構造を備えている。

シグナルリードピン１３２は、上述の製造過程における薄型リードフレーム１３１の稜線部１５Ａに相当する稜線部１３２Ａを有する。また、グランドリードピン１２２の底面の属する水平面から上方に跳ね上がる構造を有する。跳ね上がる構造における跳ね上げ高さ１６Ｈは、グランドリードピン１２２の底面の属する水平面とシグナルリードピン１３２の先端の上面との距離である。跳ね上げ高さ１６Ｈは０．２５ｍｍ－０．３ｍｍ程度であり、グランドリードピン１２２の高さと同等又はその高さより小さいことが望ましい。

シグナルリードピン１３２は、高周波線路基板１１１に接続する側の先端部において、高周波線路基板１１１の底面に備えられた伝送線路に当接する面で先端から２ｍｍ程度の位置に稜線部１３２Ｂを有する。稜線部１３２Ｂはシグナルリードピン１３２の長手方向に対して垂直方向に延びている。稜線部１３２Ｂは、シグナルリードピン１３２の先端部の上面が、グランドリードピン１２２の先端部の上面と同一面内になるように形成される。その結果、シグナルリードピン１３２の上面とコプレーナ線路の信号線路端の底面とをハンダ等の通電性接合材によって接続する際に接続が容易になり強固になる。稜線部１３２Ｂは屈曲形状でも湾曲形状でもよい。

図４Ｂに示すように、シグナルリードピン１３２はグランドリードピン１２２の底面の属する水平面から上方向に跳ね上がる構造を特徴とし、跳ね上げ高さ１６Ｈを有する。跳ね上げ高さ１６Ｈは、グランドリードピン１２２の底面の属する水平面とシグナルリードピン１３２の先端の上面との距離であり、図１Ｂ、図２Ｂに示すように、高周波線路構造１０の製造過程における跳ね上げ量１６に依存し、薄型リードフレーム１３１の長手方向の長さ（線路の長さ）に依存するので、線路の長さを設計時に調整することにより十分コントロール可能である。

ここで、高周波線路構造１０の製造過程において、薄型リードフレーム１３１の線路１３１Ａの基端が連結部１３１Ｂで一体となっているので、跳ね上げ量１６を統一することが可能である。その結果、全てのシグナルリードピン１３２の跳ね上げ高さ１６Ｈを略同一にすることができるので、シグナルリードピン１３２をプリント基板に実装するときに、シグナルリードピンごとにおける高周波特性のバラつきを十分抑圧することが可能である。

さらに、上述の位置合わせ押圧治具２１による押圧時に、高周波線路基板１１１に対する反力は跳ね上げ量１６に依存するので、線路の長さで跳ね上げ量１６を制御することにより、高周波線路基板１１１と厚型リードフレーム１２１、薄型リードフレーム１３１との密着性を制御できる。

＜サブアセンブリの構成＞
図５に上述の高周波線路構造１０を実装した基板５０（以下、「サブアセンブリ」という。）を示す。プリント基板４１には、その底面に底面グランド４２、上面にコプレーナ線路を備えており、コプレーナ線路は上面グランド端４３を含む上面グランド、信号線路端４４を含む信号線路を備えている。

グランドリードピン１２２の底面と上面グランド端４３の上面、およびシグナルリードピン１３２の底面と信号線路端４４の上面とは、ハンダ等の通電性接合材によって接続部５１および接続部５２で接続される。ここで、シグナルリードピン１３２は、上述のように跳ね上げ高さ１６Ｈを有するので、シグナルリードピン１３２の底面と信号線路端４４端の上面との間に所定の空間が備えられる。そこで、ハンダ等の通電性接合材によって機械的強度を確保でき、安定な高周波特性を提供することができる。

高周波線路基板１１１の上面には、広帯域アンプ素子６１が電極６２と高周波線路基板１１１上面のコプレーナ線路のグランド端、信号線路端の間でフリップチップ実装されている。なお、本図面では広帯域アンプ素子のＤＣ端子等の表記は省いている。

図６Ａにサブアセンブリ５０の上面透視図、図６Ｂに側面透視図を示す。グランドリードピン１２２の間にシグナルリードピン１３２が配列され、グランドリードピン１２２とシグナルリードピン１３２がそれぞれ、高周波線路基板１１１の底面のコプレーナ線路のグランド端と信号線路端と電気的に接続されている。図６Ｂに、グランドリードピン１２２によってシールド効果が得られている領域６（以下、「シールド領域」という。）を点線で示す。

本実施の形態にかかるサブアセンブリ５０においては、シグナルリードピン１３２の厚さ１７２よりも、グランドリードピン１２２の厚さ１７１が大きいことを特徴とした構造を備えている。グランドリードピンの厚さがシグナルリードピン１３２の厚さ以下の場合には、シグナルリードピンの傾斜構造部の周囲は空気であるため、電磁界分布が広がりやすい構造を原理的に備えており、その領域でのインピーダンスがハイインピーダンスになり反射損失が劣化すると同時に、電磁界分布広がりが大きいことによるクロストーク問題の出現が見られやすくなる。

本実施の形態においては、シグナルリードピン１３２の厚さ１７２よりも、グランドリードピン１２２の厚さ１７１が大きいので、グランドリードピン１２２によって、グランド（接地）とシグナルリードピン１３２間との静電容量の増加による、ハイインピーダンス化の抑制が実現できるだけでなく、電磁界のシールド板として機能することで、シグナルリードピン１３２同士間でのクロストークを抑圧できる。例えば、グランドリードピン１２２の厚さが、シグナルリードピン１３２の厚さの１．５倍以上のときに特に有効であることが計算シミュレーションで確認できた。

グランドリードピン１２２の厚さの上限はクロストーク抑制の改善効果と反射損失の低減効果のバランスで決定される。上述の通り、グランドリードピン１２２の厚さの増加に伴い、シールド板としての機能はさらに向上してクロストーク抑制の効果は増大する。一方、静電容量の増加によって低インピーダンス化が進み、インピーダンス不整合が図６Ｂにおけるシールド領域６で発生する。したがって、グランドリードピン１２２において、クロストークを抑制できるとともに、インピーダンス不整合も抑制できる厚さが望ましい。

また、グランドリードピン１２２の厚さに相当する厚型リードフレーム１２１の厚さが０．５ｍｍより厚くなると、上述の製造過程の切断後の切断箇所にバリが生じ、その後のハンダ等による電気的接続が不良になる場合がある。そこで、グランドリードピン１２２の厚さにおいて、０．５ｍｍが上限となる。

図７に、シグナルリードピン１３２、グランドリードピン１２２の厚さをそれぞれ０．２ｍｍ、０．３ｍｍとしたときの高周波特性のシミュレーション結果を示す。上記のシグナルリードピン１３２、グランドリードピン１２２を有する本実施の形態の高周波線路構造１０に高周波ＩＣを実装したサブアセンブリ５０に対して、高周波信号を入力して出力信号とチャネル間クロストークを計算した。計算には市販のソフトウェア「ＡＮＳＹＳ ＨＦＳＳ」（アンシス社）を用いた。

計算で得られた特性は、プリント基板に備えられるコプレーナ線路の信号線路端間での特性であり、高周波線路構造１０に実装されている高周波ＩＣの特性を含んでいる。右肩上がりの特性が隣接チャネル間のチャネル間クロストークである。点線グラフ７１が、シグナルリードピンとグランドリードピンとを同じ構造（０．２ｍｍの厚さで跳ね上げ構造を有する構造）にした場合のチャネル間クロストークであり、実線のグラフ７２が本実施の形態におけるチャネル間クロストークである。実線グラフ７３が帯域特性を示す。７０ＧＨｚまで高周波信号の品質が維持されていることを示す。全周波数帯域において２０ｄＢ程度のクロストークの改善が算出されており、本実施の形態の有効性が認められる。よって、低クロストーク特性を広帯域で備える高周波線路構造１０が提供される。

＜第２実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図８に第２の実施の形態にかかるサブアセンブリ６０を示す。サブアセンブリ６０は、第１の実施の形態にかかるサブアセンブリ５０とほぼ同等であるが、高周波線路基板１１３の上面に形成される高周波線路が基板両端で対向接続可能とするコプレーナ線路１４７を備える点と、プリント基板上面に差動マイクロストリップ線路４５を備える点で相違する。この高周波線路構造１０によって、直交する高周波線路を互いにショートさせることなく、３次元の高周波線路構造を実現することができる。

＜サブアセンブリの構成＞
図９Ａにサブアセンブリ６０の上面透視図、図９Ｂに側面透視図を示す。グランドリードピン１２２の間にシグナルリードピン１３２が配列されており、高周波線路基板１１３と当接しているシールド領域６において、シグナルリードピン１３２の厚さ１７２よりも、グランドリードピン１２２の厚さ１７１が大きいことを特徴とした構造を備えている。シグナルリードピンの傾斜構造部の周囲は空気であるため、電磁界分布が広がりやすい構造を原理的に備えており、その領域でのインピーダンスがハイインピーダンスになり反射損失が劣化すると同時に、電磁界分布広がりが大きいことによるクロストーク問題の出現が見られやすくなる。

本実施の形態では、グランドリードピン１２２によって、グランド（接地）とシグナルリードピン１３２間との静電容量の増加による、ハイインピーダンス化の抑制が実現できるだけでなく、電磁界のシールド板として機能することで、シグナルリードピン１３２同士間でのクロストークを抑圧可能とした。例えば、グランドリードピン１２２の厚さが、シグナルリードピン１３２の厚さの１．５倍以上のときに特に有効であることが計算シミュレーションで確認できた。

一方、グランドリードピン１２２の厚さの上限は、クロストーク抑制の改善効果と反射損失の低減効果のバランスで決定される。上述の通り、グランドリードピン１２２の厚さの増加に伴い、シールド板としての機能はさらに向上してクロストーク抑制の効果は増大する。一方、静電容量の増加によって低インピーダンス化が進み、インピーダンス不整合が図６Ｂにおけるシールド領域６で発生する。したがって、グランドリードピン１２２において、クロストークを抑制できるとともに、インピーダンス不整合も抑制できる厚さが望ましい。

また、グランドリードピン１２２の厚さに相当する厚型リードフレーム１２１の厚さが０．５ｍｍより厚くなると、上述の製造過程の切断後の切断箇所にバリが生じ、その後のハンダ等による電気的接続が不良になる場合がある。そこで、グランドリードピン１２２の厚さにおいて、０．５ｍｍが上限となる。

シグナルリードピン１３２、グランドリードピン１２２の厚さをそれぞれ０．２ｍｍ、０．３ｍｍとしたときの高周波特性のシミュレーション結果を図１０に示す。上記のシグナルリードピン１３２、グランドリードピン１２２を有する本実施の形態の高周波線路構造１０に高周波ＩＣを実装したサブアセンブリ６０に対して、高周波信号を入力して出力信号とチャネル間クロストークを計算した。計算には市販のソフトウェア「ＡＮＳＹＳ ＨＦＳＳ」（アンシス社）を用いた。

計算で得られた特性は、プリント基板に備えられるコプレーナ線路の信号線路端間での特性である。右肩上がりの特性が隣接チャネル間のチャネル間クロストークである。点線トレース８１がシグナルリードピンとグランドリードピンとを同じ構造（０．２ｍｍの厚さで跳ね上げ構造を有する構造）にした場合のチャネル間クロストークであり、実線のグラフ８２が本実施の形態におけるチャネル間クロストークである。実線８３が帯域特性を示す。７０ＧＨｚまで高周波信号の品質が維持されていることを示す。全周波数帯域において２０ｄＢ程度のクロストークの改善が算出されており、本実施の形態の有効性が認められる。よって、本実施の形態の構造を備えることよって、低クロストーク特性を広帯域で備える高周波線路構造１０が提供される。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。

＜ラインカードの構成＞
図１１に本発明の第３の実施の形態であるラインカードの一例を示す。基板９１上に第１の実施の形態のサブアセンブリ９２とともに入力ポート９３、ＰＤ９４、ＴＩＡ９５、出力ポート９６が実装される。入力ポートには光ファイバー（図示せず。）が接続され、高周波光信号が入力する。入力した高周波光信号はＰＤ９４、ＴＩＡ９５を介して高周波電気信号に変換され、サブアセンブリ９２で信号処理され、出力ポート９６より出力する。本実施の形態のラインカードは広帯域で低クロストーク特性を有する高周波信号処理を可能にする。

本実施の形態のサブアセンブリには、第１の実施の形態のサブアセンブリを用いたが、第２の実施の形態のサブアセンブリを用いてもよく、本発明の高周波線路構造を有するサブアセンブリであれば、同様の効果を奏する。

本実施の形態にかかるラインカードは受信用であるが送信用でもよく、光電子デバイスとしてレーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装してもよい。

本発明の第１の実施の形態から第３の実施の形態において、高周波線路基板１１１、１１３，プリント基板４１における伝送線路には、コプレーナ線路を用いたが、マイクロストリップ線路などの他の伝送線路を用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態から第３の実施の形態にかかる高周波線路構造、サブアセンブリ、ラインカードおよび高周波線路構造の製造方法の構成部、部品などの寸法を記載したが、この寸法に限ることはなく、各構成部、部品などが機能する寸法であればよい。

なお、全ての実施の形態に於いては、高周波線路基板を構成する誘電体をアルミナ等の低損失セラミックスとしているが、窒化アルミニウム、ジルコニア、コージライト、ジルコン、フォルステライトあるいは石英ガラス等でも代替可能であることは言うまでもない。また、全ての実施の形態で、リードピンをハンダで電気的に接続する際、ハンダの濡れ性向上を目的とした金めっきをそれぞれの線路接続部に施すのが一般であるが、金めっきについては本発明の本質ではないため、特に明記しないこととしている。

本発明は、高周波特性に優れる高周波線路構造、サブアセンブリ、及び、ラインカードや、次世代１Ｔｂｐｓ超用の広帯域特性を備えた電子部品や光モジュール部品に適用することができる。

１０ 高周波線路構造
１１１、１１３ 高周波線路基板
１２１ 厚型リードフレーム
１３１ 薄型リードフレーム
１２２ グランドリードピン
１３２ シグナルリードピン
１４４ 底面コプレーナ線路端
１４６ 上面コプレーナ線路端
１４７ コプレーナ線路
１５Ａ、１５Ｂ 稜線部
１６ 跳ね上げ量
２１ 位置合わせ押圧治具
２２ ベース治具
３２ 切断刃

Claims (8)

1. 高周波線路基板と、
   前記高周波線路基板の底面に備えたグランド端に固着されたグランドリードピンと、
   前記高周波線路基板の底面に備えた信号線路端に固着されたシグナルリードピンと、
   前記グランドリードピンの間に前記シグナルリードピンが配置され、
   前記シグナルリードピンが前記グランドリードピンの底面の属する水平面から、前記高周波線路基板が配置された側の方向に跳ね上がる構造を有し、
   前記複数のシグナルリードピンそれぞれの跳ね上がる構造における跳ね上げ高さが略同一である高周波線路構造。
2. 前記グランドリードピンが前記シグナルリードピンより厚いことを特徴とする請求項１に記載の高周波線路構造。
3. 前記グランドリードピンの厚さが前記シグナルリードピンの厚さの１．５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波線路構造。
4. 前記グランドリードピンの厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の高周波線路構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の高周波線路構造と、
   プリント基板を備え、
   前記グランドリードピンの底面が前記プリント基板の上面グランド端の上面に固着され、
   前記シグナルリードピンの底面が前記プリント基板の信号線路端に固着されているサブアセンブリ。
6. 請求項５に記載のサブアセンブリを備えるラインカード。
7. ベース治具の上に、
   複数の線路を備え、当該複数の線路が間隔をおいて配置され、当該線路の基端部同士が連結部により一体に接続されて略櫛状に形成された厚型リードフレームと、
   複数の線路を備え、当該複数の線路が間隔をおいて配置され、当該線路の基端部同士が連結部により一体に接続されて略櫛状に形成され、当該線路に稜線部を有する薄型リードフレームと、
   底面に伝送線路を備える高周波線路基板と、
   を載せて高周波線路構造を製造する方法であって、
   前記ベース治具の上方において、前記薄型リードフレームの線路を前記厚型リードフレームの線路の間に配置して、当該薄型リードフレームの前記稜線部を前記ベース治具の上面に当接するように配置する工程と、
   前記高周波線路基板の底面に備えられたグランド端と厚型リードフレームの線路の先端部とを当接させる工程と、
   前記高周波線路基板の底面に備えられた信号線路端と薄型リードフレームの線路の先端部とを当接させる工程と、
   前記厚型リードフレームの連結部と前記薄型リードフレームの連結部の上面に載せた位置合わせ押圧治具の上面と前記高周波線路基板の上面を押圧する工程と、
   前記高周波線路基板の底面に備えられたグランド端と前記厚型リードフレームの線路の先端部とを当接させた箇所と、前記高周波線路基板の底面に備えられた信号線路端と薄型リードフレームの線路の先端部とを当接させた箇所を導電性の部材で固着して電気的に接続する工程と、
   前記厚型リードフレームと前記薄型リードフレームとを切断する工程と、
   を備える高周波線路構造の製造方法。
8. 前記位置合わせ押圧治具の一の面に、薄型リードフレームの連結部と嵌合する凹部と、厚型リードフレームの線路間と嵌合する凸部とを備えることを特徴とする請求項７に記載の高周波線路構造の製造方法。

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