JPH10163713A - Connection structure of high frequency transmission line - Google Patents

Connection structure of high frequency transmission line

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JPH10163713A
JPH10163713A JP8320491A JP32049196A JPH10163713A JP H10163713 A JPH10163713 A JP H10163713A JP 8320491 A JP8320491 A JP 8320491A JP 32049196 A JP32049196 A JP 32049196A JP H10163713 A JPH10163713 A JP H10163713A
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frequency
dielectric
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慎一 郡山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set the transmission loss of a high frequency signal to be small and to transmit the signal in a vertical direction by permitting the various sizes of an electromagnetic connection part to satisfy a specified relation in accordance with the frequency of the transmitted high frequency signal and the dielectric rate of a dielectric. SOLUTION: Micro strip lines A and B formed in different layers through the dielectrics 1A and 1B are electromagnetically connected. The end parts of center conductors 2A and 2B in the micro strip lines A and B are formed in symmetrical positions through a slot hole 4 provided for a ground layer 3 by making them face each other. When the frequency of the high frequency signal transmitted through the line is set to be f(GHz), the dielectric constant of the dielectrics 1A and 1B to be ε, a distance to line end parts 5A and 5B from the center of the slot hole 4 of the first and second micro strip lines A and B to be ML (mm), the length of the longitudinal direction of the slot hole 4 to be SL (mm) and the width of the slot hole 4 to be SW(mm), the relations of the formulas are satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波半導体素
子、受動部品、接続用端子間を相互に接続するための高
周波伝送線路の結合構造に関し、特に、30GHz以上
のミリ波領域の周波数の高い信号を小さな損失で伝送線
路から他の伝送線路に伝達することのできる結合構造に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coupling structure of a high-frequency transmission line for interconnecting a high-frequency semiconductor element, a passive component, and a connection terminal, and more particularly, to a high-frequency signal having a high frequency in a millimeter wave region of 30 GHz or more. , Which can transmit from a transmission line to another transmission line with a small loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年社会の情報化が進み、情報の伝達は
携帯電話に代表されるように無線化、パ−ソナル化が進
んでいる。このような状況の中、さらに高速大容量の情
報伝達を可能にするために、ミリ波(30〜300GH
z)領域で動作する半導体素子の開発が進んでいる。最
近ではこのような高周波半導体素子技術の進歩にともな
い、その応用として車間レ−ダ−や無線LANのような
ミリ波の電波を用いたさまざまな応用システムも提案さ
れるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, society has become more computerized, and information has been transmitted wirelessly and personally, as represented by mobile phones. Under these circumstances, in order to enable even higher-speed and large-capacity information transmission, millimeter-wave (30 to 300 GHz)
The development of a semiconductor device operating in the z) region is in progress. Recently, with the advance of such high-frequency semiconductor device technology, various application systems using millimeter wave radio waves, such as inter-vehicle radar and wireless LAN, have been proposed.

【0003】例えば、ミリ波を用いた車間レ−ダ−(1
995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエテ
ィ大会、SC−7−6参照)、コ−ドレスカメラシステ
ム(1995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサ
イエティ大会、C−137参照)、高速無線LAN(1
995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエテ
ィ大会、C−139参照)が提案されている。
For example, an inter-vehicle radar (1) using millimeter waves
995 IEICE Electronics Society Conference, SC-7-6), cordless camera system (1995 IEICE Electronics Society Conference, C-137), high-speed wireless LAN (1
995, IEICE Electronics Society Conference, C-139).

【0004】このようにミリ波の応用はシステム構築の
段階に入っており、必要とされる性能を満足しつつ、い
かに形状とコストを小さくするかに開発の主体は移行し
つつある。高周波回路の小型化と低コスト化を図るため
の手段の1つとして、回路素子を1つの基板上に実装
し、モジュール化する方法がある。この方法により形状
を小さくするには、できるだけ回路素子同士を近づけて
実装する必要がある。そのために、素子間あるいは素子
と基板外部とを接続する配線の形成密度が大きくなり、
その配線を高密度に配設するには、配線を多層化する技
術が必要不可欠になっている。
As described above, the application of millimeter waves has entered the system construction stage, and the main subject of development is shifting to how to reduce the shape and cost while satisfying the required performance. As one of means for reducing the size and cost of a high-frequency circuit, there is a method in which circuit elements are mounted on a single substrate and modularized. In order to reduce the size by this method, it is necessary to mount the circuit elements as close as possible. Therefore, the formation density of wiring connecting elements or between the elements and the outside of the substrate increases,
In order to arrange the wirings at a high density, a technique for making the wirings multi-layered is indispensable.

【0005】多層化された配線において伝達信号を伝送
させるためには、伝達信号を垂直方向に伝送させて異な
る層の配線間に接続する必要が生じる。このような他の
層に形成された配線との接続には、通常ビアホール導体
が用いられている。しかしビアホール導体を使ってミリ
波信号のような周波数が高い信号を伝送させると、伝送
損失が大きいという問題があったため、小さい伝送損失
で高周波信号を垂直方向に伝送できる伝送線路の結合構
造が望まれている。
In order to transmit a transmission signal through a multi-layered wiring, it is necessary to transmit the transmission signal in a vertical direction and connect the transmission signal between wirings of different layers. A via-hole conductor is usually used for connection with a wiring formed in such another layer. However, when high-frequency signals such as millimeter-wave signals are transmitted using via-hole conductors, there is a problem that transmission loss is large. Therefore, a transmission line coupling structure that can transmit high-frequency signals vertically with small transmission loss is desired. It is rare.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】高周波信号を基板の垂
直方向に伝送させる1つの手段として、従来よりパッケ
ージや配線基板で多用されているビアホール導体を改良
することが考えられる。(1995年電子情報通信学会
エレクトロニクスソサイエティ大会、C−326参
照)。この試みではビアホール導体でのインピーダンス
のミスマッチによる反射を抑えるために、ビアホール導
体の周囲にグランド層を設け、同軸線路に類似した構造
とすることが提案されている。
As one means for transmitting a high-frequency signal in the vertical direction of the substrate, it is conceivable to improve a via-hole conductor which has conventionally been frequently used in a package or a wiring substrate. (See IEICE Electronics Society Conference 1995, C-326). In this attempt, it has been proposed that a ground layer be provided around the via hole conductor to suppress the reflection due to the impedance mismatch at the via hole conductor, and to have a structure similar to a coaxial line.

【0007】しかしながら、その伝送特性は信号周波数
10GHzで反射が−18dB、損失が−2dBと伝送
損失が大きく、10GHz以上の信号周波数では、さら
に急激に特性が劣化している。これはビアホール導体に
高周波信号を伝送させると、配線部分とビア部分での電
磁界分布が大きく異なり、配線とビアの接続部分で急激
に電磁界分布が変化するためであると考えられる。
[0007] However, the transmission characteristics thereof are such that the reflection loss is -18 dB and the loss is -2 dB at a signal frequency of 10 GHz, and the transmission loss is large. At a signal frequency of 10 GHz or more, the characteristics deteriorate more rapidly. This is presumably because, when a high-frequency signal is transmitted to the via-hole conductor, the electromagnetic field distribution differs greatly between the wiring portion and the via portion, and the electromagnetic field distribution changes rapidly at the connection portion between the wiring and the via.

【0008】つまり、配線部分では高周波信号に伴う磁
界は配線に垂直な面内で、配線を軸にした周回形状に発
生する。ところがビアホール導体部分では高周波信号が
配線部分と同じモ−ドで伝送し、磁界は基板表面に平行
な面内でビアホール導体を軸にした周回形状に発生し、
配線とビアホール導体の接続部分で磁界の分布が90°
回転してしまうのである。
That is, in the wiring portion, the magnetic field associated with the high-frequency signal is generated in a circular shape around the wiring in a plane perpendicular to the wiring. However, in the via-hole conductor, the high-frequency signal is transmitted in the same mode as the wiring part, and the magnetic field is generated in a circular shape around the via-hole conductor in a plane parallel to the substrate surface.
Magnetic field distribution is 90 ° at the connection between wiring and via-hole conductor
It turns.

【0009】このような配線とビアホール導体の接続部
分での電磁界分布の変化を緩やかにするために、ビアホ
ール導体を斜めに設け配線とビアホール導体のなす角度
を鈍角にすることも考えられるが、そのようなビアホー
ル導体の形成は難しく、加工性や量産性に問題がある。
In order to moderate the change in the electromagnetic field distribution at the connection portion between the wiring and the via-hole conductor, it is conceivable that the via-hole conductor is provided obliquely and the angle between the wiring and the via-hole conductor is made obtuse. It is difficult to form such a via-hole conductor, and there is a problem in workability and mass productivity.

【0010】一方、上記のビアホール導体に代わり、電
磁結合を用いることも提案されている。この電磁結合構
造としては、マイクロストリップ線路と他のマイクロス
トリップ線路とをグランド層に設けられたスロット孔を
介して対峙させた構造からなる。
On the other hand, it has been proposed to use electromagnetic coupling instead of the via-hole conductor. This electromagnetic coupling structure has a structure in which a microstrip line and another microstrip line face each other via a slot hole provided in a ground layer.

【0011】しかし、このような電磁結合構造での信号
の伝送については、これまでマイクロ波帯の低い周波数
において伝送可能であることの報告があるのみで、ミリ
波のような周波数が高く、波長が誘電体の厚さに近い信
号の伝達に適用できるのか否か、また伝達可能であって
も挿入損失を実用に耐えうる程度に小さくするための具
体的な構造については全く報告されていない。
However, as for signal transmission with such an electromagnetic coupling structure, there has only been reported that transmission is possible at a low frequency in the microwave band. Is not applicable to the transmission of signals having a thickness close to the thickness of the dielectric, and no specific structure for reducing the insertion loss to a level that can be practically used even if the transmission is possible has not been reported.

【0012】本発明は、前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、その目的は、30GHz以上のミリ波等の
高周波信号の損失が実用上も充分に小さく、かつ量産性
に優れた、高周波信号を基板の垂直方向に伝送できる高
周波伝送線路の結合構造を提供することを目的とするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to reduce the loss of high-frequency signals such as millimeter waves of 30 GHz or more in practical use, and to provide a high-frequency It is an object of the present invention to provide a coupling structure of a high-frequency transmission line capable of transmitting a signal in a direction perpendicular to a substrate.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
について鋭意検討した結果、ミリ波信号を伝送するのに
マイクロストリップ線路間をスロット孔を介して電磁結
合させるにあたり、伝送する高周波信号の周波数と基板
として用いる誘電体の誘電率に応じて電磁結合部の種々
の寸法が特定の関係を満足する場合において、30GH
z以上のミリ波であっても実用上問題ない程度に高周波
信号の損失が小さく、且つ垂直方向に信号の伝達が可能
ない線路の結合構造を実現できることを見いだした。
Means for Solving the Problems As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors have found that when electromagnetic waves are coupled between microstrip lines via slot holes to transmit a millimeter wave signal, a high frequency signal to be transmitted is transmitted. In the case where various dimensions of the electromagnetic coupling portion satisfy a specific relationship according to the frequency and the dielectric constant of a dielectric used as a substrate, 30 GHz
It has been found that even if the millimeter wave is equal to or larger than z, the loss of the high-frequency signal is small enough to cause no practical problem, and a line coupling structure that does not allow transmission of a signal in the vertical direction can be realized.

【0014】即ち、本発明の高周波伝送線路の結合構造
は、第1のマイクロストリップ線路と、スロット孔を有
するグランド層と、第2のマイクロストリップ線路と、
前記第1のマイクロストリップ線路と前記グランド層間
および第2のマイクロストリップ線路と前記グランド層
間に配設された誘電体とを具備し、前記第1のマイクロ
ストリップ線路の端部と、前記第2のマイクロストリッ
プ線路の端部とを前記スロット孔を介して対峙させるこ
とにより、前記第1のマイクロストリップ線路と前記第
2のマイクロストリップ線路とを電磁結合してなる高周
波伝送線路の結合構造において、前記線路を伝送する高
周波信号の周波数をf(GHz)、前記誘電体の比誘電
率をε、前記第1および第2のマイクロストリップ線路
の前記スロット孔中心直上から線路端部までの距離をM
L(mm)、前記スロット孔の長さをSL(mm)、ス
ロット孔の幅をSW(mm)としたとき、下記数1
That is, the coupling structure of the high-frequency transmission line according to the present invention includes a first microstrip line, a ground layer having a slot hole, a second microstrip line,
An end portion of the first microstrip line, the second microstrip line, and a dielectric disposed between the second microstrip line and the ground layer. In a coupling structure of a high-frequency transmission line formed by electromagnetically coupling the first microstrip line and the second microstrip line by facing an end of the microstrip line through the slot hole, The frequency of the high-frequency signal transmitted through the line is f (GHz), the relative permittivity of the dielectric is ε, and the distance from directly above the center of the slot hole of the first and second microstrip lines to the end of the line is M.
L (mm), the length of the slot hole is SL (mm), and the width of the slot hole is SW (mm).

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】を満たすことを特徴とするものである。It is characterized by satisfying the following.

【0017】本発明の高周波伝送線路の結合構造によれ
ば、高周波信号を基板に対して垂直に伝送させる手段と
して、第1のマイクロストリップ線路からグランド層に
形成されたスロット孔を介して第2のマイクロストリッ
プ線路に結合する電磁結合を用い、伝送する高周波信号
の周波数、基板の比誘電率、マイクロストリップ線路の
スロット孔中心直上から開放端までの距離、スロット孔
の長さ、スロット孔の幅を前述した条件を満足するよう
に定めることにより、高周波信号を垂直方向に低損失で
伝送することができ、しかも前記各寸法が前記関係を満
足する限りにおいて特性変化が小さく、量産性に優れた
伝送線路の結合構造を提供できるのである。
According to the coupling structure of the high-frequency transmission line of the present invention, as a means for transmitting a high-frequency signal perpendicularly to the substrate, the second micro-strip line is connected to the second micro-strip line via the slot hole formed in the ground layer. The frequency of the high-frequency signal to be transmitted, the relative permittivity of the substrate, the distance from directly above the center of the slot hole to the open end of the microstrip line, the length of the slot hole, and the width of the slot hole using electromagnetic coupling coupled to the microstrip line Is determined so as to satisfy the above-described conditions, a high-frequency signal can be transmitted with low loss in the vertical direction, and the characteristic change is small as long as each of the dimensions satisfies the above relationship, and the mass productivity is excellent. The coupling structure of the transmission line can be provided.

【0018】その結果、この伝送線路の結合構造を多層
化された高周波用の配線基板や高周波素子を搭載したパ
ッケージなどに配設することにより、高信頼性の多層配
線基板やパッケージを作製することができる。
As a result, by providing the coupling structure of the transmission line on a multilayered high-frequency wiring board or a package on which a high-frequency element is mounted, a highly reliable multilayer wiring board or package can be manufactured. Can be.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の高周波伝送線路の結合構
造の基本構造の断面図を図1に示した。図1において、
1A、1Bは誘電体、2Aは第1のマイクロストリップ
線路の中心導体、2Bは第2のマイクロストリップ線路
の中心導体、3はグランド層、4はグランド層に形成さ
れたスロット孔である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of a coupling structure of a high-frequency transmission line according to the present invention. In FIG.
1A and 1B are dielectrics, 2A is a center conductor of the first microstrip line, 2B is a center conductor of the second microstrip line, 3 is a ground layer, and 4 is a slot hole formed in the ground layer.

【0020】図1の結合構造によれば、誘電体1Aの上
面には、第1のマイクロストリップ線路の中心導体2A
が形成され、誘電体1Bの上面には、グランド層3が形
成され、さらに、誘電体1Bの下面には、第2のマイク
ロストリップ線路の中心導体2Bが形成されている。そ
して、グランド層3には、スロット孔4が形成されてい
る。
According to the coupling structure shown in FIG. 1, the center conductor 2A of the first microstrip line is provided on the upper surface of the dielectric 1A.
Is formed, a ground layer 3 is formed on the upper surface of the dielectric 1B, and a center conductor 2B of the second microstrip line is formed on the lower surface of the dielectric 1B. The slot hole 4 is formed in the ground layer 3.

【0021】上記の構造によれば、中心導体2Aとグラ
ンド層3との相互作用によって第1のマイクロストリッ
プ線路Aが形成され、同様に中心導体2Bとグランド層
3との相互作用によって第2のマイクロストリップ線路
Bが形成される。
According to the above structure, the first microstrip line A is formed by the interaction between the center conductor 2A and the ground layer 3, and similarly, the second microstrip line A is formed by the interaction between the center conductor 2B and the ground layer 3. A microstrip line B is formed.

【0022】本発明は、誘電体1A、1Bを介して、異
なる層間に形成されたマイクロストリップ線路A、B同
士を電磁結合させるための構造であって、マイクロスト
リップ線路A、Bのそれぞれの中心導体2A、2Bの端
部は、グランド層3に設けられたスロット孔4を介して
対称となる位置に対峙して形成される。
The present invention relates to a structure for electromagnetically coupling microstrip lines A and B formed between different layers via dielectrics 1A and 1B. The ends of the conductors 2 </ b> A and 2 </ b> B are formed to face symmetric positions via the slot holes 4 provided in the ground layer 3.

【0023】なお、図1において、第1および第2のマ
イクロストリップ線路A,Bのスロット孔4の中心直上
から線路端部5A、5Bまでの距離をML(mm)、ス
ロット孔4の長手方向の長さをSL(mm)、スロット
孔4の幅をSW(mm)と規定した。
In FIG. 1, the distance from directly above the center of the slot hole 4 of the first and second microstrip lines A, B to the line ends 5A, 5B is ML (mm), and the longitudinal direction of the slot hole 4 is Is defined as SL (mm), and the width of the slot hole 4 is defined as SW (mm).

【0024】図1の結合構造によれば、マイクロストリ
ップ線路Aに給電された高周波信号は端部5Aに向かう
進行波と、端部5Aで反射した後退波と重なる。そのた
め、マイクロストリップ線路Aにおけるスロット孔4の
中心直上から線路端部5Aまでの距離MLを調整するこ
とにより、スロット孔4の直上での電流を大きくするこ
とができる。スロット孔4直上での電流を最も大きくす
るためのMLは、伝送される信号の周波数とマイクロス
トリップ線路Aを構成する誘電体1Aの誘電率εによっ
て変化する。
According to the coupling structure shown in FIG. 1, the high-frequency signal supplied to the microstrip line A overlaps with the traveling wave traveling toward the end 5A and the backward wave reflected at the end 5A. Therefore, by adjusting the distance ML from just above the center of the slot hole 4 in the microstrip line A to the line end 5A, the current just above the slot hole 4 can be increased. The ML for maximizing the current immediately above the slot hole 4 varies depending on the frequency of the signal to be transmitted and the dielectric constant ε of the dielectric 1A constituting the microstrip line A.

【0025】スロット孔4直上での電流を大きくする
と、ここでの磁界も大きくなり、マイクロストリップ線
路Aの中心導体2Aを軸に周回する強い磁界を伴う電磁
界が発生する。スロット孔4の長さSLを調整すると、
マイクロストリップ線路Aで発生している磁界によりス
ロット孔4にも強い電磁界が励起される。そうすると裏
面のマイクロストリップ線路Bにも、中心導体2Bを軸
に周回する強い磁界を伴う電磁界が発生し、マイクロス
トリップ線路Aに給電された高周波信号はスロット孔4
を介して、マイクロストリップ線路Bに伝送されること
になる。
When the current just above the slot hole 4 is increased, the magnetic field here is also increased, and an electromagnetic field accompanied by a strong magnetic field orbiting around the central conductor 2A of the microstrip line A is generated. When the length SL of the slot hole 4 is adjusted,
A strong electromagnetic field is also excited in the slot hole 4 by the magnetic field generated in the microstrip line A. Then, an electromagnetic field with a strong magnetic field orbiting around the center conductor 2B is also generated in the microstrip line B on the back surface, and the high-frequency signal supplied to the microstrip line A is
, And transmitted to the microstrip line B.

【0026】この伝送線路による高周波信号の磁界は、
ビアホール導体を用いた場合と異なり、常にマイクロス
トリップ線路に垂直な面内での周回形状となり、それが
マイクロストリップ線路A、スロット孔4、マイクロス
トリップ線路Bへと結合により移行し、損失の小さな高
周波信号の伝送を可能にしている。
The magnetic field of the high-frequency signal from this transmission line is
Unlike the case where a via-hole conductor is used, it always has a circling shape in a plane perpendicular to the microstrip line, which is transferred to the microstrip line A, the slot hole 4 and the microstrip line B by coupling, and a high-frequency high frequency with a small loss It enables signal transmission.

【0027】また、上述した電磁結合は最も基本的な結
合の形態であり、このような結合構造においては、前記
MLは、信号波長の1/4波長相当長さ、前記SLは、
信号波長の1/2波長相当長さに設定することが一部に
報告されるが、30GHz以上のミリ波の信号伝送の場
合、各部の寸法によっては例えばマイクロストリップ線
路部が容量性となり、スロット孔部が誘導性となって全
体として共振して結合することを見い出し、これを利用
して電磁結合部の各部の寸法が上記の設定以外に製造公
差等により若干変化したとしても特性変化が小さく、損
失の小さい伝送線路の結合を実現したものである。
The above-described electromagnetic coupling is the most basic form of coupling. In such a coupling structure, the ML has a length corresponding to a quarter wavelength of the signal wavelength, and the SL has
Although it is reported in part that the length is set to a half wavelength equivalent to the signal wavelength, in the case of millimeter wave signal transmission of 30 GHz or more, for example, the microstrip line portion becomes capacitive depending on the size of each portion, and the slot becomes It is found that the hole becomes inductive and resonates and couples as a whole, and by using this, even if the dimensions of each part of the electromagnetic coupling part slightly change due to manufacturing tolerances other than the above setting, the characteristic change is small. And transmission lines with low loss are realized.

【0028】かかる観点から、線路を伝送する高周波信
号の周波数をf(GHz)、誘電体1A,1Bの比誘電
率をεした時、前記ML(mm)、SL(mm)および
SW(mm)の最適条件について検討した結果、下記数
From this viewpoint, when the frequency of the high-frequency signal transmitted through the line is f (GHz) and the relative permittivity of the dielectrics 1A and 1B is ε, the ML (mm), SL (mm) and SW (mm) After examining the optimal conditions for

【0029】[0029]

【数1】 (Equation 1)

【0030】の関係を満足する時、最も低損失で結合で
き、具体的には、後述する実施例から明らかなように、
周波数30〜60GHzの信号において、挿入損失−4
dB以下の損失で結合することができ、上記の条件を満
足しない場合には、挿入損失は−4dBを越えるものと
なり良好な結合ができなくなる。
When the above relationship is satisfied, coupling can be performed with the lowest loss. Specifically, as is apparent from the embodiment described later,
In a signal of a frequency of 30 to 60 GHz, an insertion loss of -4
Coupling can be achieved with a loss of less than dB, and if the above conditions are not satisfied, the insertion loss exceeds -4 dB and good coupling cannot be achieved.

【0031】図1に示されるようなマイクロストリップ
線路間の電磁結合構造における伝送特性は、各線路やグ
ランド層を形成する導体の抵抗が小さいほど損失も小さ
くなる傾向にある。導体の種類として、W、Mo、Mo
−Mn、Cu、Au、Al、Pt等が挙げられるが、こ
れらの中でも電気抵抗が小さいCu、Au、Ag、Al
等が最も望ましい。
The transmission characteristics of the electromagnetic coupling structure between the microstrip lines as shown in FIG. 1 tend to decrease as the resistance of each line or the conductor forming the ground layer decreases. As the type of conductor, W, Mo, Mo
-Mn, Cu, Au, Al, Pt, etc., among them, Cu, Au, Ag, Al
Etc. are most desirable.

【0032】また、誘電体としては、従来から配線基板
やパッケージにおける絶縁基板として用いられる無機
質、有機質のあらゆるものが使用できるが、図1に示し
たような積層構造を形成する上で、各導体と誘電体とが
同時に焼成することにより作製できるのがよい。
As the dielectric, any of inorganic and organic substances conventionally used as an insulating substrate in a wiring board or a package can be used. In forming a laminated structure as shown in FIG. And the dielectric are preferably fired at the same time.

【0033】例えば、導体として、W,Mo等の高融点
金属を用いる場合には、誘電体としては、アルミナ系セ
ラミックス材料によって構成し、Cu、Au、Ag等の
金属を用いる場合には、900〜1100℃で焼成可能
がセラミックス、具体的には、ホウケイ酸系ガラス、焼
結過程で結晶相を析出し得る結晶化ガラスや、非結晶化
ガラス、あるいはこれらのガラスにフィラーとしてアル
ミナ、ジルコニア、コーディエライト、フォルステライ
ト、シリカ等を添加し焼成した、いわゆるガラスセラミ
ック焼結体や、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシ
ウム等の誘電体に焼結助剤として酸化ホウ素やアルカリ
金属酸化物等を添加し焼成したセラミックス等、周知の
材料が用いられる。
For example, when a metal having a high melting point such as W or Mo is used as the conductor, an alumina-based ceramic material is used as the dielectric, and when a metal such as Cu, Au or Ag is used, 900 is used. Ceramics that can be fired at ~ 1100 ° C, specifically, borosilicate glass, crystallized glass capable of precipitating a crystal phase in the sintering process, non-crystallized glass, or alumina, zirconia, Addition of boron oxide, alkali metal oxide, etc. as a sintering aid to so-called glass ceramic sinters, which are made by adding and firing cordierite, forsterite, silica, etc., and dielectrics such as magnesium titanate and calcium titanate Well-known materials such as fired ceramics are used.

【0034】上記のような導体材料および誘電体材料を
用いて、図1に示したような結合構造を作製するには、
例えば、上記セラミック粉末をシート状に成形したグリ
ーンシートの表面に各種導体金属を含むペーストを中心
導体、スロット孔を有するグランド層のパターンに印刷
したものを積層一体化し、所望の焼成温度で焼成するこ
とにより作製することができる。
In order to fabricate the coupling structure as shown in FIG. 1 using the above-described conductor material and dielectric material,
For example, a paste obtained by printing a paste containing various conductive metals on a surface of a green sheet formed of a sheet of the ceramic powder in the form of a central conductor and a ground layer having slot holes is laminated and integrated, and fired at a desired firing temperature. It can be manufactured by the following.

【0035】本発明の高周波伝送線路の結合構造は、図
1の構造を基本構造とするものであり、かかる構造を種
々の高周波用として用いられる高周波用半導体パッケー
ジなどの多層化された配線基板における信号伝送配線と
して利用することができる。その場合には、多層配線基
板において、高周波信号を配線基板の積層方向に伝達す
る必要のある箇所に、図1の結合構造を採用すればよ
い。
The coupling structure of the high-frequency transmission line according to the present invention is based on the structure shown in FIG. 1 and is applicable to a multilayer wiring board such as a high-frequency semiconductor package used for various high-frequency applications. It can be used as signal transmission wiring. In such a case, the coupling structure shown in FIG. 1 may be adopted in a portion of the multilayer wiring board where a high-frequency signal needs to be transmitted in the stacking direction of the wiring board.

【0036】[0036]

【実施例】【Example】

実施例1 誘電体として結晶性ホウケイ酸ガラスにフィラーとして
コーディエライトを40重量%添加した誘電率が5.6
のガラスセラミックスを用い、またマイクロストリップ
線路、グランド層を構成する導体として、Cuを用い
て、窒素雰囲気中で940℃で同時焼成して図2に示し
たような2層構造の評価用配線基板6を作製した。図2
は、作製した評価用配線基板6の伝送損失を測定するた
めに金属ブロック7に接合したときの断面図である。図
2によれば、評価用配線基板6を内側にキャビティ部8
を有する金属ブロック7に載置し、評価用配線基板6
は、測定用変換基板9とリボン10によって電気的に接
続されている。従って、評価用配線基板6は、測定の都
合上、電磁結合部を2個含み、測定用変換基板9との接
続位置が同一面となるように配置した。
Example 1 Crystalline borosilicate glass as a dielectric was added with 40% by weight of cordierite as a filler, and the dielectric constant was 5.6.
A wiring board for evaluation having a two-layer structure as shown in FIG. 2 by simultaneously firing at 940 ° C. in a nitrogen atmosphere using Cu as a conductor constituting a microstrip line and a ground layer using the glass ceramics described above. No. 6 was produced. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a case where the evaluation wiring board 6 is joined to a metal block 7 for measuring transmission loss. According to FIG. 2, the evaluation wiring board 6 is placed inside the cavity portion 8.
Is placed on a metal block 7 having
Are electrically connected to the conversion board 9 for measurement by the ribbon 10. Therefore, the evaluation wiring board 6 includes two electromagnetic coupling portions for convenience of measurement, and is arranged such that the connection position with the measurement conversion board 9 is on the same plane.

【0037】図2によって測定される伝送損失は、電磁
結合部2個、測定用変換基板2個、リボン2個、リボン
と電磁結合部を接続するマイクロストリップ線路2個、
電磁結合部間を接続するマイクロストリップ線路1個の
合計の損失になる。
The transmission loss measured by FIG. 2 is as follows: two electromagnetic coupling parts, two measurement conversion boards, two ribbons, two microstrip lines connecting the ribbon and the electromagnetic coupling parts,
This is the total loss of one microstrip line connecting the electromagnetic coupling parts.

【0038】測定用配線基板6の外形寸法は8.6mm
×8.6mmとし、厚みが0.4mm、各導体層の厚み
0.015mm、マイクロストリップ線路の幅は、0.
3mmとし、マイクロストリップ線路のスロット孔中心
直上からの線路端部までの距離ML(mm)、スロット
孔の長さSL(mm)、スロット孔の幅SW(mm)を
種々変化させた基板を作製し、60GHzおよび30G
Hzでの挿入損失を測定した。測定の結果を表1(60
GHz)、表2(30GHz)に示す。
The external dimensions of the wiring board for measurement 6 are 8.6 mm.
× 8.6 mm, the thickness is 0.4 mm, the thickness of each conductor layer is 0.015 mm, and the width of the microstrip line is 0.3 mm.
A substrate was prepared in which the distance ML (mm) from the position just above the center of the slot hole of the microstrip line to the line end, the length SL (mm) of the slot hole, and the width SW (mm) of the slot hole were varied. 60GHz and 30G
The insertion loss at Hz was measured. Table 1 (60
GHz) and Table 2 (30 GHz).

【0039】表1、表2に示した挿入損失は、図2によ
る測定結果から得られた挿入損失値から、電磁結合部以
外の損失を差し引いたものを2で割った値(すなわち、
電磁結合1個あたりの挿入損失)である。なお、電磁結
合部以外の損失は、電磁結合部を全く含まない単一のマ
イクロストリップ線路を形成した基板を前記評価用配線
基板と同一形状にて作製し、マイクロストリップ線路の
両端をリボンで接続し測定した。
The insertion loss shown in Tables 1 and 2 is a value obtained by subtracting the loss other than the electromagnetic coupling portion from the insertion loss value obtained from the measurement result in FIG.
Insertion loss per electromagnetic coupling). In addition, the loss other than the electromagnetic coupling portion is obtained by fabricating a substrate on which a single microstrip line having no electromagnetic coupling portion is formed in the same shape as the evaluation wiring substrate, and connecting both ends of the microstrip line with a ribbon. And measured.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】表1、表2の結果によれば、ML、SLお
よびSWの値が、前述した特定条件を満足する場合にお
いて、挿入損失が−4dB以下の結合が実現しているこ
とがわかる。しかも、伝送する信号の周波数が30GH
zから60GHzに変化してもこの関係は変化しないこ
とがわかる。
According to the results shown in Tables 1 and 2, when the values of ML, SL, and SW satisfy the above-mentioned specific conditions, it is understood that the coupling with the insertion loss of -4 dB or less is realized. Moreover, the frequency of the signal to be transmitted is 30 GHz.
It can be seen that this relationship does not change even when changing from z to 60 GHz.

【0043】実施例2 誘電体として、実施例1の誘電率が低いガラスセラミッ
クスに代えて、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシ
ウムと、さらに焼結助剤として酸化ホウ素、酸化リチウ
ムを添加した誘電率が20の高誘電率誘電体磁器材料
を、導体材料としてCuを用いて実施例1と同様に評価
用配線基板を作製し、周波数60GHzにおける挿入損
失を測定した。
Example 2 In place of the glass ceramic having a low dielectric constant of Example 1 as a dielectric, magnesium titanate and calcium titanate were added, and the dielectric constant obtained by adding boron oxide and lithium oxide as sintering aids was changed. A wiring board for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 by using Cu as the conductor material, and the insertion loss at a frequency of 60 GHz was measured.

【0044】また導体材料が異なる場合として、前記高
誘電率誘電体磁器材料組成から焼結助剤を除いた組成
で、導体にタングステンを用い、加湿した還元雰囲気
(水素10%、窒素90%、露点20℃)で1500℃
で同時焼成して、配線基板(試料No.65)を作製し、
実施例1と同様にして挿入損失を測定した。結果は表3
に示した。
Further, as a case where the conductor material is different, a humidifying reducing atmosphere (10% hydrogen, 90% nitrogen, 1500 ℃ with dew point 20 ℃)
At the same time to produce a wiring board (Sample No. 65)
The insertion loss was measured in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results
It was shown to.

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】表3の結果より、ML、SL、SWが本発
明の条件を満足する場合において、−4dB以下の結合
が実現しており、条件を満足しない場合において、挿入
損失が−4dBよりも大きくなることがわかった。ま
た、誘電体の誘電率が大きくなってもこの関係は変化し
ないことがわかる。
From the results shown in Table 3, when ML, SL, and SW satisfy the conditions of the present invention, a coupling of -4 dB or less is realized, and when the conditions are not satisfied, the insertion loss is higher than -4 dB. It turned out to be bigger. It can also be seen that this relationship does not change even if the dielectric constant of the dielectric increases.

【0047】但し、試料No.59と試料No.65とを比
較すると導体にタングステンを用いても挿入損失は小さ
いが、電気抵抗が小さいCuを用いた方がさらに挿入損
失が小さくなることがわかる。
However, a comparison between Sample No. 59 and Sample No. 65 shows that the insertion loss is small even when tungsten is used as the conductor, but the insertion loss is further reduced when Cu having a small electric resistance is used. .

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波伝送
線路の結合構造によれば、高周波信号を基板に対して垂
直に伝送させる手段として、信号がマイクロストリップ
線路を用いてグランド層に形成されたスロット孔を介し
てマイクロストリップ線路に結合する電磁結合を用い、
伝送する高周波信号の周波数f、基板の比誘電率ε、マ
イクロストリップ線路のスロット孔中心直上から開放端
までの距離ML、スロット孔の長さSL、スロット孔の
幅SWを特定関係を満足する寸法に調整することによ
り、高周波信号の伝送損失が小さく、かつML、SL、
SW等の電磁結合部の寸法が製造上の公差により若干変
化したとしても特性変化が小さい、量産性に優れた伝送
線路の結合構造を実現できる。その結果、この結合構造
を具備する多層配線基板や高周波素子を搭載、収納する
パッケージ等の信頼性を高めることができる。
As described above in detail, according to the high frequency transmission line coupling structure of the present invention, a signal is formed on a ground layer using a microstrip line as a means for transmitting a high frequency signal vertically to a substrate. Using electromagnetic coupling coupled to the microstrip line through the slot hole
Dimensions satisfying a specific relationship are defined as the frequency f of the high-frequency signal to be transmitted, the relative permittivity ε of the substrate, the distance ML from directly above the center of the slot hole of the microstrip line to the open end, the length SL of the slot hole, and the width SW of the slot hole. , The transmission loss of the high frequency signal is small, and ML, SL,
Even if the dimensions of the electromagnetic coupling part such as SW are slightly changed due to manufacturing tolerances, it is possible to realize a transmission line coupling structure that is small in characteristic change and excellent in mass productivity. As a result, it is possible to improve the reliability of a package or the like in which a multilayer wiring board or a high-frequency element having this coupling structure is mounted and housed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の高周波伝送線路の結合構造の基本的構
造を説明するための図であり、(a)は断面図、(b)
は平面図である。
1A and 1B are diagrams for explaining a basic structure of a coupling structure of a high-frequency transmission line according to the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG.
Is a plan view.

【図2】本発明の実施例における挿入損失の測定方法を
説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring insertion loss in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A、1B 誘電体 2A、2B 中心導体 A 第1のマイクロストリップ線路 B 第2のマイクロストリップ線路 3 グランド層 4 スロット孔 5A,5B 端部 6 評価用配線基板 7 金属ブロック 8 キャビティ 9 測定用変換基板 10 リボン Reference Signs List 1A, 1B Dielectric 2A, 2B Central conductor A First microstrip line B Second microstrip line 3 Ground layer 4 Slot hole 5A, 5B End 6 Evaluation wiring board 7 Metal block 8 Cavity 9 Conversion board for measurement 10 Ribbon

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1のマイクロストリップ線路と、スロッ
ト孔を有するグランド層と、第2のマイクロストリップ
線路と、前記第1のマイクロストリップ線路と前記グラ
ンド層間および第2のマイクロストリップ線路と前記グ
ランド層間に配設された誘電体とを具備し、前記第1の
マイクロストリップ線路の端部と、前記第2のマイクロ
ストリップ線路の端部とを前記スロット孔を介して対峙
させることにより、前記第1のマイクロストリップ線路
と前記第2のマイクロストリップ線路とを電磁結合して
なる高周波伝送線路の結合構造において、前記線路を伝
送する高周波信号の周波数をf(GHz)、前記誘電体
の比誘電率をε、前記第1および第2のマイクロストリ
ップ線路の前記スロット孔中心直上から線路端部までの
距離をML(mm)、前記スロット孔の長さをSL(m
m)、スロット孔の幅をSW(mm)としたとき、下記
数1 【数1】 を満たすことを特徴とする高周波伝送線路の結合構造
1. A first microstrip line, a ground layer having a slot hole, a second microstrip line, the first microstrip line and the ground layer, and a second microstrip line and the ground. A dielectric disposed between the layers, wherein an end of the first microstrip line and an end of the second microstrip line face each other through the slot hole, thereby forming the second microstrip line. In a coupling structure of a high-frequency transmission line formed by electromagnetically coupling the first microstrip line and the second microstrip line, a frequency of a high-frequency signal transmitted through the line is f (GHz), and a relative permittivity of the dielectric is And ε, and the distance from directly above the center of the slot hole of the first and second microstrip lines to the end of the line is ML (mm The length of the slot hole SL (m
m), when the width of the slot hole is SW (mm), Structure of high frequency transmission line characterized by satisfying
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7193490B2 (en) 2003-04-11 2007-03-20 Tdk Corporation High frequency transmission line and high frequency board
US7586386B2 (en) 2005-03-15 2009-09-08 Asahi Glass Company, Limited Transmission line transition from a coplanar strip line to a conductor pair using a semi-loop shape conductor
JP2020014231A (en) * 2016-09-01 2020-01-23 ウェハー エルエルシーWafer Llc Method for producing software controlled antenna
CN114128037A (en) * 2020-02-27 2022-03-01 京东方科技集团股份有限公司 Coupling member, microwave device, and electronic apparatus
CN114128037B (en) * 2020-02-27 2023-06-20 京东方科技集团股份有限公司 Coupling member, microwave device, and electronic apparatus

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