JPH0697310A - ハイブリッド回路 - Google Patents

ハイブリッド回路

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JPH0697310A
JPH0697310A JP5202972A JP20297293A JPH0697310A JP H0697310 A JPH0697310 A JP H0697310A JP 5202972 A JP5202972 A JP 5202972A JP 20297293 A JP20297293 A JP 20297293A JP H0697310 A JPH0697310 A JP H0697310A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリント回路基板上にマイクロ波周波数ハイ
ブリッド回路を取付ける構造に関し、モジュール化さ
れ、表面取付けが可能な、無パッケージのハイブリッド
回路を提供する。 【構成】 上面に取付けられた回路要素26をもつセラミ
ック基板24はプリント回路板34の接地パッド30に半田付
けされる。プリント回路板34と基板24との間のマイクロ
波周波数の高性能伝送は、プリント回路板上の３個のソ
ルダーパッド46〜48を基板24上の３個のソルダーパッド
50〜52に接続するガルウイング形状のリードによるRF接
続により行なわれる。ソルダーパッドはリードインダク
タンスを補償する容量性整合部を有する。中心のリード
はRF信号に接続され、外側の２個のリードは接地され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プリント回路基板上に
マイクロ波周波数ハイブリッド回路を取付ける構造に関
し、更に詳しくは、モジュール化され、且つ表面取付け
が可能な、無パッケージのハイブリッド回路に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】マイクロ波周波数での所望の
回路性能を得るためには、ハイブリッド回路を使用する
ことが度々必要になる。しかしながら、一般的に言っ
て、複数のハイブリッド回路を１つのプリント回路基板
に集積化（一体化）することは困難であり、また高価と
なる。ハイブリッド回路をプリント回路基板に集積化さ
せる多くのデザインにおけるもう一つの欠点は、ハイブ
リッド回路が、プリント回路基板上の多くの面積を占有
してしまうと言う点にある。ハイブリッド回路とプリン
ト回路基板とを集積化させるための伝統的な解決方法の
１つは、ハイブリッド回路を、機械加工された金属製の
パッケージ内にパッケージすると言う方法である。金属
製のパッケージ内にパッケージされたハイブリッド回路
は、プリント回路基板に対するインターフェースとして
の高周波(RF)用同軸コネクタ部を含む。このような金属
製のパッケージおよび当該デザインの同軸コネクタ部
は、共に概して嵩ばる上、高価である。
【０００３】これまでに使用されてきたもう一つの解決
方法は、多層・同時焼成形セラミック・パッケージ内に
ハイブリッド回路をパッケージすると言う方法である。
この解決方法は、一般的に、集積回路(IC)チップと、他
の幾つかの回路要素とをパッケージするために使用され
る。これらのセラミック・パッケージは、規格化された
配置構成で提供されるので、回路要素の設計許容範囲を
制限し、それ故、設計の自由度を制限する。当該解決方
法は、又、高価になる傾向も有する。
【０００４】更にもう一つの解決方法は、ハイブリッド
回路をプリント回路基板に接続させるためのエッジ・ク
リップ(edge clip)を使用すると言う方法である。この
インターフェースの欠点は、電気的性能が悪くて、適応
最大周波数がわずかに１及至２GHzに過ぎない点であ
る。
【０００５】
【発明の概要】本発明においては、表面取付け形無パッ
ケージ・ハイブリッド回路(SMPH)が提供される。当該回
路は、付加的な担持体またはパッケージなしで、直接的
にプリント回路基板に取付けられ、そしてアルミナ製の
厚膜基板を含む。回路要素は、従来のプロセスを使用す
ることによって、この厚膜基板上に取付けられるか、又
は形成され、且つ微細ストリップでもって相互接続され
る。この厚膜基板の全背面は、はんだ付けによって、又
は、導電性エポキシを使用することによって、プリント
回路基板上の接地パッドに取付けられる。プリント回路
基板と上記厚膜基板との間の接続は、三本のガルウイン
グ(gullwing)形リード線によって成される。当該リード
線は、プリント回路基板上の三つのパッドを、上記厚膜
基板上の三つのパッドに接続させる。これらのパッド
は、リード線のインダクタンスを補償するための容量性
整合部を提供する。RF接続を成すために、上記の三本の
リード線のうちの中央の一本のリード線は、信号用リー
ド線である。一方、残りの二本の外側のリード線は、接
地用リード線である。DCコネクタ部のために、同じリー
ド線パターンが使用され、その際、三対のリード線の各
々の一本は、個々のDC信号を搬送する。上記厚膜基板上
の回路要素は、カバー、又は、カプセルによって保護さ
れる。しかしながら、上記厚膜基板は、パッケージ内に
封入されることはない。
【０００６】上記SMPHは、ハイブリッド回路とプリント
回路基板とを一体化させるための効率的な方法を提供す
る。当該方法において、プリント回路基板が必要とする
占有面積が最少化されると共に、高性能のＲＦ伝送特性
が得られ、またハイブリッド回路のデザインに加えられ
る制限が最少化される。無パッケージのデザインを使用
することによって、上記SMPHが一段と小型化され、且
つ、プリント回路基板上に占める占有面積も一段と縮小
型化される。上記SMPHは、過渡応答の補償を実現させ
る。当該実現のために、上記リード線と上記パッドのデ
ザインが使用されると共に、プリント回路基板上の上記
接地パッドに上記厚膜基板の背面がはんだ付けされ、又
は、導電性エポキシで結合される。高い気密性も付与さ
れる。上記の表面取付け形無パッケージ・ハイブリッド
回路のデザインは、約４GHzまでのより低いマイクロ波
周波数領域における高い性能の過渡特性を実現させる。
一段と高い周波数領域における動作を、一段と少ない補
償で実現させることもできる。SMPHハイブリッド回路
は、更にもう一つの利点として、規格化された回路要素
や、規格化された組立プロセスを使用することができる
と言う点を有する。
【０００７】本発明のその他の特徴や、利点は、添付図
面を引用した以下の好ましい実施例についての説明から
明らかになるものと考える。
【０００８】
【実施例】図１および図２を参照すると、本発明に従っ
た表面取付け形無パッケージ・ハイブリッド回路20は、
セラミック基板24を含む。セラミック基板24は、好まし
い実施例において、約500ミル(mil)×500ミル(mil)×25
ミル(mil)の寸法を有する。セラミック基板24は、通常
のアルミナ製の厚膜ハイブリッド基板であって、望まし
くは、約96％のアルミナから構成される。
【０００９】本発明の図解を容易にする目的で、図１に
おいては、上記基板の表面上の形状は、正真の三次元等
角図法では描かれていない。しかしながら、本発明の各
要素の相互接続構造は、充分に理解することができるよ
うに図解されている。
【００１０】セラミック基板24は、厚膜およびハイブリ
ッド回路要素26のためのベースとして働く。図１および
図２において、回路要素26は、図解の目的で、一般化さ
れ且つ概念化されたブロックとしてのみ示される。厚膜
回路要素26は、通常の厚膜回路製造技術を使用すること
によって、上記基板24上に作られる。一般的に、上記厚
膜回路要素26は、上記基板24上に撮影され、そして焼成
される。厚膜回路要素は、下記のものにのみ限定される
わけではないが、下記のものを含む：微細ストリップ・
トレースと；接地へのヴイア(via)接続部と、非導電性
マスクと；コンポーネント取付けパッドと；プリント抵
抗器と；プリント・コンデンサと；そして、プリント・
インダクタ。ハイブリッド回路要素は、通常の組立プロ
セス技術を使用することによって取付けられる。ハイブ
リッド回路要素は、下記のものに限定されると言うわけ
ではないが、下記のものを含む：トランジスタ・チップ
と；集積回路チップと；半導体チップと；パッケージさ
れたチップと；表面取付け形素子と；そしてリード線で
接続されたコンポーネント。微細ストリップ導体28は、
通常の厚膜製造プロセスを使用することによって上記基
板24上に形成され、そして厚膜ハイブリッド回路要素26
をソード取付け領域38、100（後述される）に接続す
る。ハイブリッド回路要素は、カプセルか、又は、カバ
ーでもって保護される。ハイブリッド回路要素は、例え
ば、エポキシ製のカプセル内に収められてよい。上記カ
バーに適した材料として、セラミックや、プラスチッ
ク、又は金属などがある。
【００１１】図１〜３を参照すると、セラミック基板24
は、プリント回路基板34上の接地パッド30に取付けられ
る。好ましい実施例において、接地バッド30は、約520
ミル(mil)×520ミル(mil)の寸法を有し、銅製である。
プリント回路基板34は、望ましくは、FR-4プリント回路
基板材料製である。しかしながら、テフロン−ガラス材
料や、シアネート・エステル(cyanate ester)などのそ
の他のプリント回路基板材料も又、上記プリント回路基
板34を作る上で好適な材料であることが見出されてい
る。接地パッド30は、トレース（小路）が上記プリント
回路基板34上に形成される方法と同じ方法で、プリント
回路基板34上に形成される。多数のメッキされたスルー
ホール（貫通孔）35が、接地パッド30を、プリント回路
基板の背面側の接地面（図示せず）に、接続させる。セ
ラミック基板24の底面36は、接地パッド30に取付けられ
る。この取付けは、リフローはんだ付けプロセスか、又
は導電性エポキシ・プロセスかのいずれか一方を使用す
ることによって達成される。接地パッド30は、上記セラ
ミック基板24に対して良好な接地を与えると共に、熱対
策の一助となる。上記セラミック基板24とプリント回路
基板材料との間の熱的な不一致の程度によって、上記セ
ラミック基板24の最大寸法が制限される。
【００１２】プリント回路基板34とセラミック基板24と
の間の信号接続は、２種類の接続、すなわち、高周波(R
F)接続と、直流(DC)接続とからなる。RF接続38は、三本
のリード線42〜44を含む。当該リード線42〜44は、プリ
ント回路基板34上の三個の長方形のプリント回路基板は
んだパッド46〜48を、セラミック基板24上の三個の基板
はんだパット50〜52に接続させる。
【００１３】図１、３及び４を参照すると、プリント回
路基板はんだパッド46〜48は、接地パッド30の１つの縁
部53に隣接している。プリント回路基板はんだパッドの
うちの外方の２つのパッド46及び48は、接地パッド30の
長方形状の突出耳部である。当該外方のパッド46、48
は、接地パッド30から外側に向かって約70ミル(mil)だ
け突出し、そして約50ミル(mil)の幅を有する。一方、
プリント回路基板はんだパッドのうちの長方形状の中央
パッド47は、上記接地パッド30から、約20ミル(mil)だ
け隔てられており、そして約50ミル(mil)×50ミル(mil)
の寸法を有する。当該プリント回路基板はんだパッド46
〜48は、相互に約10ミル(mil)だけ隔てられる。図１を
参照すると、上記中央パッド47は、プリント回路基板34
上の伝送線54に接続される。伝送線54は、RF信号を伝え
る。外側パッド46及び48は、接地パッド30に接続され、
それ故、接地される。
【００１４】図１および図２を参照すると、基板はんだ
パッド50〜52は、セラミック基板24上にあって、当該基
板の縁部60に隣接する。図１に示される通りに、接地パ
ッド30に対してセラミック基板24が取付けられると、基
板はんだパッド50〜52は、プリント回路基板はんだパッ
ド46〜48に、各々、隣接する。好ましい実施例におい
て、基板はんだパッド50〜52の各々は、約50ミル(mil)
×50ミル(mil)の寸法を有し、相互に約10ミル(mil)だけ
隔てられる。外側の基板はんだパッド50、52は、隣接す
るパッド62、63に接続される。パッド62、63は、プリン
トスルーホール（貫通孔）64〜67を有する。プリント貫
通孔64〜67は、接地パッド30に対する導通路を提供す
る。微細ストリップ導体68は、上記の中央の基板はんだ
パッド51を、回路要素26に接続して、上記RF信号を当該
回路要素に導く。
【００１５】RF信号接続部38の高周波性能は、容量性整
合を行なうことによってリード線のインダクタンスを補
償することによって、発揮される。分路(shunt)キャパ
シタンスは、上記の中央の基板はんだパッド51を拡大さ
せることによって、そして更には、基板はんだパッド51
に対する外側の基板はんだパッド50、52の各離隔距離を
つめると共に、中央のプリント回路基板はんだパッド47
に対する外側のプリント回路基板はんだパッド46、48の
各離隔距離をつめることによって、提供される。付加さ
れる当該分路キャパシタンスは、リード線のインダクタ
ンスと共に働いて、ローパス整合回路網を形成する。
【００１６】図１および図６を参照すると、プリント回
路基板はんだパッド46〜48は、３本のガルウイング形リ
ード線42〜44でもって、基板はんだパッド50〜52に、そ
れぞれ接続される。当該リード線は、上記基板はんだパ
ッドに対して、ろう付けされるか、又は高温共晶形はん
だ、例えばAuSnなどでもってはんだ付けされるか、或は
又、導電性エポキシでもって張り付けられるかする。当
該リード線のこのような取付けを助けるために、誘電材
料製のはんだダム64aおよびはんだマスク72によって上
記はんだパッドの輪郭が形成される。当該はんだダム64
aおよびはんだマスク74によって、上記はんだパッド間
の間隙が、導電性の取付け材料によって埋められること
が防止される。
【００１７】図４を参照すると、はんだマスク72は、プ
リント回路基板はんだパッド46〜48の輪郭を形成する。
はんだマスク72は：接地パッド30およびセラミック基板
24から、上記パッド46〜48を分離させるベース・ストリ
ップ76と；当該パッドを相互に隔てる２本の中央ストリ
ップ78、80と；そして、２本の端部ストリップ82、84
と；をそれぞれ含む。ベース・ストリップ76と中央スト
リップ78、80とは、約16ミル(mil)の幅を有する。中央
ストリップ78、80間の距離は、約30ミル(mil)であり、
それによって、約30ミル(mil)×50ミル(mil)の寸法だけ
中央はんだパッド47の一部が露出させられる。同じく、
30ミル(mil)×50ミル(mil)の寸法だけ、外側パッド46、
48の各々の一部が、中央ストリップ48、80間および端部
ストリップ82、84間において、それぞれ露出させられ
る。
【００１８】図２を参照すると、誘電材料製のはんだダ
ム64aは、基板はんだパッド50〜52を定め、リード線間
またはパッド間の間隙が導電性の取付け材料でもって埋
められる（短絡される）のを防止する。はんだダム64a
は、はんだマスク72と同じ輪郭を有し、そして誘電材料
でもって各々のパッドを包囲させて、各々のパッドにつ
いて、30ミル(mil)×40ミル(mil)の寸法の一部分のみを
露出させて、当該パッドに対するリード線の接続を可能
にさせる。
【００１９】セラミック基板24が不均一に膨脹をするこ
とができるようにするために、リード線42〜44は、図６
に示される通りに取付けられなければならない。即ち、
リード線43の最初の水平部90は、望ましくは、セラミッ
ク基板24から約25ミル(mil)だけ外側に突出し、その先
方で、下方に傾斜する部分92を形成する。当該下方に傾
斜する部分92は、約45度の角度でもって約25ミル(mil)
だけ下向きに伸び、次いでプリント回路基板はんだパッ
ド47に向かって水平に伸びる。当該下方に傾斜する部分
92の下向きの角度は、望ましくは45度であるが、30度か
ら90度までの範囲内の角度であれば、どの角度でも良い
ことが見出されている。最後に、当該リード線43の第２
水平部94は、はんだパッド47に沿って、少なくとも25ミ
ル(mil)の長さにわたって伸びる必要がある。リード線4
3は、下向きに傾斜した部分92を、２つの水平部90およ
び94と共に備えることによって、かもめの翼の形状と同
じガルウイング形状を形成する。
【００２０】上記の好ましい実施例において、プリント
回路基板とセラミック基板との間のDC接続も、上記RFコ
ネクタ部と同じ３本のリード線パターンを使用する。し
かしながら、セラミック基板に対するDC接続において
は、何本のリード線でも使用することが可能である。DC
接続においては、上記３本のリード線パターンの全ての
３本のリード線を、DC信号を伝えるために使用すること
ができる。なぜならば、外側の２本のリード線を接地す
る必要がないからである。次に、図１、図２、図３およ
び図５を参照すると、DC接続部100は：３つのプリント
回路基板はんだパッド102〜104と；３つの基板はんだパ
ッド106〜108と；そして、３本のリード線110〜112と；
を含む。３本のリード線110〜112は、基板はんだパッド
106〜108に対して、プリント回路基板はんだパッド102
〜104を接続させる。DC接続部100用のプリント回路基板
はんだパッド102〜104は、下記の点で、上記RF接続部用
のプリント回路基板はんだパッド46〜48とは相違してい
る：即ち、外側のパッド102、104が、接地パッド30に接
続されていない点で相違している。上記の好ましい実施
例において、３つの全てのはんだパッド102〜104は、約
30ミル(mil)×50ミル(mil)の寸法の表面面積を有し、そ
して、上記接地パッドから分離されており、且つ相互に
約20ミル(mil)の距離だけ互いに隔てられる。はんだマ
スク116は、誘電体材料製のものであって、プリント回
路基板はんだパッド102〜104の輪郭を形成して、当該パ
ッドを絶縁する。
【００２１】DC接続部用の基板はんだパッド106〜108
は、多くの点で、上記RF接続部用の基板はんだパッド50
〜52と似ている。しかしながら、外側の基板はんだパッ
ド106、108は、外側の基板はんだパッド50および52が、
プリント貫通孔64〜67を備えた隣接パッド62、63を有す
るのとは異なって、このような隣接パッド62、63を有さ
ない。その代わりに、３つの全ての基板はんだパッド10
6〜108は、微細ストリップ導体118でもって、回路要素
に接続される。はんだダム120は、基板はんだパッド106
〜108を包囲して、はんだ材料が微細ストリップ導体118
に沿って、流れるのを防止する。しかしながら、はんだ
ダム64aの場合とは相違して、はんだダム120は、基板は
んだパッド106〜108の輪郭を形成するように働くことは
ない。
【００２２】表面取付け形無パッケージ・ハイブリッド
回路20は、望ましくは、３つの主要なステップ、即ち、
厚膜形成ステップと、厚膜ハイブリッド回路組立ステッ
プと、そしてプリント回路基板取付けステップと、によ
って製造される。第１ステップ、即ち厚膜製造ステップ
は、その最終製品として、セラミック基板24を有し、当
該セラミック基板24には、プリント小路と、パッドと、
コンポーネントと、接地面と、そして抵抗器とが備えら
れている。厚膜製造ステップにおいて実施される工程に
は、望ましくは、工業規格プロセスに従って実施される
下記工程が含まれる：即ち、(1)印刷と、硬化(curing)
と、焼成(firing)とを伴う金属被覆工程と；(2)印刷
と、硬化と、焼成とを伴うマスク工程と；(3)印刷と、
硬化と、焼成と、トリミングと、テストとを伴う抵抗器
製造工程と：そして、(4)印刷と、硬化と、焼成とを伴
うマスク工程。基板はんだパッド50〜52及び同106〜108
のようなセラミック基板のリード線取付け領域において
は、溶融金厚膜金属被覆(fritted gold thick film met
allization)工程が望ましい。なぜならば、金属被覆に
ついて適切な接着性が要求されると共に、リード線を取
付けるための適切な表面が要求されるからである。当該
溶融金厚膜金属被覆工程によって、優れた金属被覆をセ
ラミックに接着させることができると共に、金合金のは
んだ付けや、ろう付けや、溶接に適した表面を提供する
ことができる。
【００２３】第２のステップ、即ちハイブリッド回路組
立ステップは、その最終製品として、下記のものを備え
た、テストされるハイブリッド回路を有する。当該下記
のものに含まれるものは：リード線およびチップ・コン
ポーネント用の表面マウントと；ワイヤ・ボンドと；カ
プセルまたはカバーと；そして、当該ハイブリッド回路
をプリント回路基板に接続させるためのリード線と；で
ある。ハイブリッド回路組立ステップは、望ましくは、
工業規格プロセスに従って実施される下記の工程を含
む：即ち、(1)高温金合金材料による炉内ろう付けを使
用することによって、リード線を取付ける工程と；(2)
コンポーネントを取付けたり、又は接続したりするため
のはんだ付けや、エポキシによる接着方法を使用するこ
とによって当該コンポーネントを取付けたり、接続した
りする工程と、更には、チップ・コンポーネントと調整
可能回路とを、ワイヤ・ボンドを使用することによって
取付けたり、又は接続したりする工程と；(3)手動また
は自動のテスト装置を使用することによって、ハイブリ
ッド回路の電気的および機械的なテストを実施するテス
ト工程と；(4)エポキシのカプセルを使用することによ
って、又は、エポキシによって取付けられるセラミック
や、プラスチックや、金属から作られたカバーを使用す
ることによって、カプセルに入れたり、又はカバーをか
けたりする工程と；そして、(5)通常のダイ形成プロセ
スを使用することによって、リード線を形成する工程。
【００２４】第３のステップ、即ち、プリント回路基板
の取付けステップは、その最終製品として、表面マウン
トおよび無パッケージのハイブリッド回路を含む、テス
トされる実装されたプリント回路基板を有する。プリン
ト回路基板の取付けは、望ましくは、工業規格プロセス
を利用する下記の工程を含む：即ち(1)はんだのペース
トを、プリント回路基板上に印刷したり、又は供給した
りすることなどによって、はんだを付着させる工程と；
(2)手動、または半自動、或いは又、自動の設置方法を
使用することによって、プリント回路基板上に、ハイブ
リッド回路を配置する工程と；(3)はんだのリフロー(re
flow)工程と；そして、(4)電気的および機械的なテスト
手続による、完全なプリント回路基板組立体をテストす
るテスト工程。
【００２５】以上、図面を参照して実施例を説明してき
たが、ここで認識されることは：本発明は、当該発明の
原理から逸脱することなく、構成および細部の点で、変
更可能である；と言うことである。RF接続部38が、２本
の接地されたリード線42および44と、関連の接地された
はんだパッド46、48、50および52とを有するように示さ
れた図面を引用しているが、本発明は、その他の種々の
形態の下でも、即ち、正に単一の信号リード線43を使用
する形態を含めて、実施可能である。
【００２６】本発明の原理を適用することができる多数
の可能性のある実施例に鑑み、ここで留意されるべきこ
とは：図示の実施例は、図解を目的としたのみのもので
あって、本発明の範囲を制限するものとして受け取って
はないない；と言うことである。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によればプリント回路基板が必要とする占有面積が最少
化される。高性能のRF伝送特性が得られる。基板にはパ
ッケージが必要とされない、小型化が可能となる。ソー
ドインダクタンスを補償する構成が得られる等の多大な
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による無パッケージハイブリッ
ド回路の斜視図である。
【図２】図１のハイブリッド回路の基板の平面図であ
る。
【図３】図１のハイブリッド回路の接地パッドの平面図
である。
【図４】図３の接地パッドのRF接続部およびソルダーマ
スクの拡大平面図である。
【図５】図３の接地パッドのDC接続部およびソルダーマ
スクの拡大平面図である。
【図６】図１の縁６−６による断面図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１ソルダーパッドに 接続された伝送
    線をその上に有するプリント回路板と、前記第１ソルダ
    ーパッドに近接して前記プリント回路板上に配置され、
    １個以上の接地ソルダーパッドを有する接地パッドと、
    前記接地パッドに取り付けられた底面と、第２ソルダー
    パッドおよび１個以上の付加ソルダーパッドが形成され
    た上面とを有し、前記第２ソルダーパッドは前記第１ソ
    ルダーパッドに整列形成され、前記付加ソルダーパッド
    は前記接地ソルダーパッドに整列形成される持基板と、
    前記第１、第２ソルダーパッドを接続する第１リード線
    と、前記接地ソルダーパッドを前記付加ソルダーパッド
    に接続する第２リード線とを有するハイブリッド回路、
  2. 【請求項２】 前記基板はパッケージで包われない請求
    項１に記載のハイブリッド回路。
  3. 【請求項３】 前記基板上に支持された回路要素はカバ
    ーによって保護されている請求項１に記載のハイブリッ
    ド回路。
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