JPH06291520A

JPH06291520A - 高周波多層集積回路

Info

Publication number: JPH06291520A
Application number: JP4081815A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; 和生江田; Yutaka Taguchi; 豊田口; Katsuyuki Miyauchi; 克行宮内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高周波多層集積回路に関するもの
で、特に埋め込みストリップラインと、表面回路部の機
能をうまく使い分けるとともに、靜電容量回路部をさら
に分離することにより、高周波回路を小型化し、高周波
特性を高性能化した構造を提供することを目的とする。【構成】上下に接地電極を有する誘電体に埋め込まれ
たストリップライン回路部と、それに積層して設けられ
た高誘電率誘電体層と、さらにその上に形成された誘電
体上に形成された電気回路部と、それらを接続するビア
ホールからなり、前記電気回路部に前記ストリップライ
ン回路部のインピーダンス整合調整回路や直流バイアス
回路を形成し、高誘電率誘電体層に靜電容量回路部を形
成するようにした高周波多層集積回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯で小型、高性
能な高周波多層集積回路の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波集積回路としては、半導体
基板上に能動素子と受動部品を一体に集積化したモノリ
シック集積回路と、アルミナなどの誘電体基板の上に、
各種能動素子や受動部品を一体に集積化したハイブリッ
ド集積回路とが知られている。一般に、モノリシック集
積回路は単層構造となっている。またアルミナ基板など
の誘電体を用いたものでは、電気回路が多層構造になっ
ているものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法、例えば、
モノリシック集積回路では、単層構造の集積化であり、
したがって、部品の大きさが決まると、それが同一面内
にいくら詰まるかで全体の大きさが決まる。しかし、高
周波回路では、空間あるいは基板内を通して電磁界的な
結合があり、ある密度以上に高集積化することは困難で
あった。

【０００４】またハイブリッド集積回路の場合、多層化
が可能であるが、電気配線のみを多層化しているため、
部品は、表面に実装することが必要であり、やはり集
積、小型化に限界があるなどの課題があった。

【０００５】また、一般に高周波回路は、空間を経て電
磁界結合しやすく、それを防止するため、金属板の蓋を
上につけたりするなどのいわゆる電磁界結合を遮蔽する
ための種々の工夫が必要であり、形状が複雑になったり
大きくなったり、また遮蔽が不十分なため、高周波特性
が損なわれるなどの課題もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、上下に接地電極を有する誘電体に埋め込まれたスト
リップライン回路部と、前記接地電極の少なくとも一方
をを共有する、前記ストリップライン回路埋め込みの誘
電体よりも誘電率の高い誘電体からなる層を有し、その
上に、前記共有接地電極との間の靜電容量を利用した靜
電容量回路を有し、さらにその上の誘電体層上に形成さ
れた電気回路部からなり、前記各部が、各接地電極を貫
通するビアホールによって、電気的に接続されるように
したものである。

【０００７】

【作用】上記のような構成とすることにより、高周波特
性が良好で、小型化が可能な高周波多層集積回路が得ら
れる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例の高周波多層集積回路の
構成について、図面を参照しながら説明する。

【０００９】（実施例１）本実施例の高周波多層集積回
路の構造の一例を図１に示す。図において、１はストリ
ップライン回路部、２はストリップライン回路部１を埋
め込んでいる誘電体、３はストリップライン回路部１の
上部接地電極、４はストリップライン回路部１の下部接
地電極、５は接地電極４の上に設けられた誘電体２より
も誘電率の大きい材料からなる誘電体層、６はさらにそ
の上に形成された誘電体と同じ材料からなる誘電体層、
７はストリップライン回路部と電気的に接続され誘電体
層６の上まで引き出したビアホール、８は上部電気回路
の配線、９は高周波回路部に各種電源を供給するための
直流バイアス回路部、１０はストリップラインの途中で
露出させた部分に設けたトランジスタなどの電子部品、
１１は誘電体層５を介して接地電極３に対向した電極
で、コンデンサなどの靜電容量回路を形成しており、１
２のビアホールによって、上部電極配線８に接続されて
いる。

【００１０】高周波電気信号は、例えば、ストリップラ
イン回路部１の左側より入力され、その露出部に設けら
れたトランジスタに接続され、再びストリップライン回
路部に戻り、図の右側へと信号が伝送されていく。スト
リップライン回路部の入力側および出力側には、途中ビ
アホール７により上部電気回路部に接続されている。

【００１１】この時、ビアホールは高周波に対してイン
ダクタンスとして有効に作用するように、ストリップラ
インの線幅に比して、大幅に小さな線径になるように設
定した。さらに本実施例では、高周波成分をほぼ完全に
遮断するために、直列にインダクタ、対アース間にコン
デンサを接続した。

【００１２】９は、例えばコイルのようなインダクタ部
品で、個別部品であることからインダクタンスの大きな
ものを用いることができ、また靜電容量回路１１は、誘
電体層５の誘電率が大きいことから、非常に大きな靜電
容量を持たすことができた。例えば、本実施例では誘電
率７０の材料を用い、誘電体層５の厚みを、５−５０ミ
クロンとし、電極面積を適当な大きさに設定することに
より、１００ｐＦ程度の靜電容量が容易に得られた。こ
れにより、直流バイアス回路に洩れてくる高周波成分を
ほぼ完全に遮断することができ、この端子からトランジ
スタに直流バイアスを加えることにより、高周波回路に
悪影響を与えることなく電力の供給が可能となった。こ
のような構成となっていることから、高周波回路では面
積を必要とする直流バイアス回路部および靜電容量回路
部を、高周波信号伝送部と分離、多層化することによ
り、回路としての必要面積を小さくすることができる
他、高周波の回り込みをほぼ完全に防ぐことができ、高
周波回路の性能が向上した。本実施例では、ビアホール
の線径を細くすることによって、ビアホール自身がイン
ダクタとして働くようにして高周波減衰機能を持たせた
が、ストリップライン回路接続部から直流バイアス回路
におけるコンデンサによる高周波接地部までのビアホー
ル配線の長さが、使用高周波の波長の１／４になるよう
に設定することにより、その波長の高周波にたいして、
ビアホール配線が先端オープン回路と同じになることか
ら、同じく高周波減衰、もしくは遮断特性が得られた。

【００１３】次に、このような構成の製造方法について
述べる。誘電体として、誘電体層２および６には、高周
波特性に優れた、アルミナーガラス成分を主成分とする
ものを、誘電体層５には誘電率が大きくて低温焼成可能
なビスマスーニオブを主成分とする無機材料を用いた。
これらの無機材料粉体をそれぞれバインダーなどの有機
物と溶媒を混ぜてスラリー状とし、ドクターブレード法
などの板状化する手法により、アルミナーガラス系は、
０．３−１ミリ、ビスマスーニオブ系は６ー６０ミクロ
ンの厚みの、シート状の、いわゆるグリーンシートに加
工した。

【００１４】次にビアホールを形成する所定の部分に、
パンチなどにより機械的に穴をあけ、酸化銅にガラス成
分とバインダーなどの有機物を加えてペースト化したも
のを導体ペーストとして用い、穴に充填、さらに、電
極、配線、ストリップラインなどの所定の形状になるよ
うに、先のグリーンシートの上に印刷した。このように
したグリーンシートを所定の順番に積層されるように順
次重ねて、８５０−１０００度Ｃの還元雰囲気で焼結さ
せることにより、酸化銅が還元され、実施例に示す多層
構造が得られた。ストリップライン回路部で露出した部
分は、グリーンシートを重ねていく時、あらかじめその
部分に空間を設けたグリーンシートを作り、重ねていく
ことにより実現できた。

【００１５】この後、必要箇所にそれぞれの個別電子部
品を実装することにより、実施例１の高周波多層集積回
路の構成が得られた。このようにして作られた電極、配
線などに用いられる銅は、電気抵抗が極めて低く、高周
波回路で問題となる電極抵抗に基づく抵抗損を極めて小
さくすることができ、特に高周波多層集積回路に有効で
ある。銅は１０００度Ｃ以上で焼結させると、周囲の誘
電体と反応、あるいは拡散が進むため、１０００度Ｃ以
下で焼結できるようにする必要があり、そのためにはア
ルミナとガラスの混合物およびビスマスーニオブ系材料
を用いるのが良かった。銅に代わるものとしては銀があ
った。但しこの場合には、銀粉にガラスと有機ペースト
を混ぜた銀ペーストを用い焼成した。この場合は還元雰
囲気を必要としないが、銀の融点が銅の融点よりも低い
ため、この場合の焼成温度は９３０度Ｃ以下でなければ
良好な特性は得られなかった。

【００１６】（実施例２）本実施例の高周波多層集積回
路の構造の他の例を図２に示す。図２において、１から
１２までの名称と機能は実施例１と全く同様である。１
３は下部接地電極４の下に設けられた第２のストリップ
ライン回路部、１４はストリップライン回路部１３を埋
め込んでいる誘電体、１５は最下部の接地電極、１６は
各ストリップライン回路部を電気的に接続しているビア
ホールである。高周波電気信号の経路と、１〜１２まで
の各構成要素の機能は、実施例１と同様である。ストリ
ップライン回路部１３には、インピーダンス整合用のオ
ープンスタブやその他のストリップライン回路が形成さ
れており、これによりインピーダンス整合を行うこと
が、多層化により面積を増やさずに可能となった。

【００１７】（実施例３）本実施例の高周波多層集積回
路の構造の他の例を、図３に示す。図３において、１〜
８までと１０〜１２までの各構成要素の名称と機能は、
実施例１の場合と同様である。９’はマイクロストリッ
プライン回路部１に接続されたインピーダンス整合調整
回路部である。高周波電気信号は、実施例１と同様、ス
トリップライン回路部１の左側より入力され、ビアホー
ル７を経て、インピーダンス整合調整回路部９’に接続
され、再びビアホール７を介してストリップライン回路
部に戻り、その露出部に設けられたトランジスタに接続
され、再びストリップライン回路部からインピーダンス
整合調整回路部をへて、ビアホールによりストリップラ
イン回路部に戻り、図の右側へと信号が伝送されてい
く。９’は、この場合トランジスタの入出力のインピー
ダンス整合の調整を行うものである。インピーダンスの
整合調整として、しばしばコンデンサを対アース間に挿
入することが有効であり、本実施例では、コンデンサ１
１がその働きをなしている。これにより、インピーダン
ス整合がより広範囲で行えるとともに、ストリップライ
ン回路部、インピーダンス整合調整部、コンデンサなど
の靜電容量回路部をそれぞれ別の層に設けたことから、
高周波特性を損なうことなく、面積の縮小ができ、回路
の大幅な小型化が図れた。

【００１８】実施例３においては、実施例２と同様に、
ストリップライン回路部をさらに多層にすることによ
り、回路の小型化、高周波特性の高性能化が図れること
は明かである。この場合、実施例２ではストリップライ
ン回路部を２層に多層化しているが、さらに３層、４層
と多層にすることも可能であることは明らかである。

【００１９】実施例２、３では、その作成方法について
述べなかったが、実施例１で述べたと同様の方法により
実現できた。

【００２０】またいずれの実施例においても、ストリッ
プライン回路部の接地電極の一方の側にのみ誘電体層を
形成し、その上部にインピーダンス調整回路や直流バイ
アス回路を形成した例を示したが、両面に形成すること
も可能であり、回路部品数が多い場合には、両面に形成
することにより、回路の小型化が図れることは明らかで
ある。

【００２１】また高誘電率の誘電体層に用いる材料の誘
電率は、アルミナーガラス系が１０以下であることか
ら、２０以上あれば小型化に有効に寄与する。

【００２２】また靜電容量回路部の例として、対アース
間に接続したコンデンサの例のみを示したが、コンデン
サを用いて高周波フィルタ回路を形成することも可能で
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成から
成るので、以下に記載されるような効果を示す。

【００２４】実施例１においては、ストリップラインで
各種高周波部品を形成できる高周波回路部と個別電子部
品を必要とする直流バイアス回路と、その中でも占有面
積の大きい靜電容量回路部を分離して多層化したので、
小型化に効果的であるとともに、高周波信号の直流回路
への回り込みがないため、高周波特性の性能向上が図れ
た。

【００２５】実施例２においては、ストリップライン回
路部をさらに多層化することにより、小型、高性能化が
可能となった。

【００２６】実施例３においては、大きい面積を必要と
する高周波のインピーダンス調整回路と、靜電容量回路
部と他の高周波回路を分離、多層化しているので、多層
集積化による小型化の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における高周波多層集積回路
の構成図

【図２】同実施例２における高周波多層集積回路の構成
図

【図３】同実施例３における高周波多層集積回路の構成
図

【符号の説明】

１ストリップライン回路部２ストリップライン埋め込み誘電体３上部接地電極４下部接地電極５高誘電率誘電体層６上部誘電体層７、１２ビアホール８配線９電気回路部１０トランジスタ１１靜電容量回路部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下に接地電極を有する誘電体に埋め込ま
れたストリップライン回路部と、前記接地電極の少なく
とも一方を共有する、ストリップライン回路埋め込みの
誘電体よりも誘電率の高い誘電体からなる層を有し、そ
の上に、前記共有接地電極との間の靜電容量を利用した
靜電容量回路部を有し、さらにその上の誘電体層上に形
成された電気回路部からなり、前記ストリップライン回
路部と前記靜電容量回路部と前記電気回路部とが、各接
地電極を貫通するビアホールによって、電気的に接続さ
れていることを特徴とする高周波多層集積回路。
【請求項２】最上層に形成された電気回路部が直流バイ
アス回路であり、ビアホールが、高周波減衰特性を有す
ることを特徴とする請求項１記載の高周波多層集積回
路。
【請求項３】上下に接地電極を有し、誘電体に埋め込ま
れたストリップライン回路部が２層以上あり、それぞれ
のストリップライン回路部が、それぞれの接地電極を貫
通するビアホールによって電気的に接続されていること
を特徴とする請求項１記載の高周波多層集積回路。
【請求項４】誘電率の低い誘電体がアルミナとガラスを
主成分とし、埋め込みされた電極が銅または銀であるこ
とを特徴とする請求項１記載の高周波多層集積回路。
【請求項５】誘電率の高い誘電体の誘電率が２０以上で
あることを特徴とする請求項１記載の高周波多層集積回
路。
【請求項６】最表層誘電体上に形成された電気回路部に
個別部品を実装したことを特徴とする請求項１記載の高
周波多層集積回路。
【請求項７】ストリップライン回路部の一部が露出して
おり、その部分に個別電子部品を実装したことを特徴と
する請求項１記載の高周波多層集積回路。
【請求項８】最上層に形成された電気回路部がインピー
ダンス整合調整回路であることを特徴とする請求項１記
載の高周波多層集積回路。