JPH10275995A - 伝送線路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロストリップ線路と内層線路を接続し
て成る高周波信号の伝送線路構造において、内層線路が
ストリップ線路である場合、ストリップ線路の上面接地
導体に高周波信号による電位が生じて特性インピーダン
スの不整合を生じるために高周波信号の伝送特性が低下
する。 【解決手段】 マイクロストリップ線路21ａ・21ｂと、
上部誘電体26の上面が導体非形成面である内層線路22と
を接続し、線路導体25ａ・25ｂと内層線路導体28とを接
続するとともに接地導体24ａ・24ｂと下面接地導体29と
を接続して成り、内層線路導体28と下面接地導体29間に
電界が集中するようにした伝送線路構造である。線路導
体25ａ・25ｂと内層線路導体28における伝搬モードが近
づくことで伝搬モードの不整合の発生がなくなり、高周
波信号の伝送特性が良好となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路用パッケ
ージや高周波用多層回路基板等の信号入出力部に使用さ
れる伝送線路構造に関し、特にマイクロストリップ線路
と内層線路とを接続して成る高周波信号の伝送特性を改
善した伝送線路構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＨｚ帯やＧＨｚ帯の高周波信号を用い
る無線通信機器用等の高速デジタル回路や高周波回路も
しくは高周波半導体素子等を収容する高周波用パッケー
ジ、あるいは高周波用多層回路基板等に搭載した高周波
半導体素子等を気密封止した場合などの高周波信号の信
号入出力部においては、高周波信号の伝送線路としてマ
イクロストリップ線路を用い、パッケージの内部や回路
基板上の半導体素子搭載部に回路や素子等を収容して気
密封止する構造がとられるために、例えば図６に斜視図
で、また図７にそのＡ−Ａ’線断面図で示すようなマイ
クロストリップ線路とストリップ線路とを接続した伝送
線路構造が用いられる。

【０００３】図６および図７において１ａおよび１ｂは
マイクロストリップ線路であり、それぞれが例えば高周
波回路用パッケージの内側および外側に位置している。
２はストリップ線路であり、高周波回路用パッケージの
容器等としての側壁の一部ともなる。マイクロストリッ
プ線路１ａ・１ｂはそれぞれ誘電体３ａ・３ｂと、その
下面に形成された接地導体４ａ・４ｂと、その上面に形
成された線路導体５ａ・５ｂとから成る。ストリップ線
路２は上部誘電体６と、下部誘電体７と、それらの間に
挟持された内層線路導体８とから成り、下部誘電体７の
下面に下面接地導体９が、上部誘電体６の上面に上面接
地導体10がそれぞれ形成され、さらに必要に応じて、上
部誘電体６と下部誘電体７の側面に下面接地導体９と上
面接地導体10との導通をとるための側面導体11が設けら
れる。なお、側面導体11に代えて上部誘電体６内に設け
られたビアホール等が用いられる場合もある。

【０００４】従来の伝送線路構造においては、通常はマ
イクロストリップ線路１ａ・１ｂの誘電体３ａ・３ｂと
ストリップ線路２の上部誘電体６と下部誘電体７とには
それぞれ同じ誘電体材料が使用され、また、ほぼ同じ厚
みの誘電体として形成されており、ストリップ線路２に
おける内層線路導体８と下面接地導体９間および内層線
路導体８と上面接地導体10間の静電容量はほぼ同じ値で
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の伝送線路構造においては、信号入出力部の
ストリップ線路２において、マイクロストリップ線路１
ａ・１ｂの接地導体４ａ・４ｂに接続された下面接地導
体９から側面導体11等の金属部を介して上面接地導体10
の導通をとっているためにその導通経路上に内層線路導
体８に生じる電位に誘起されることによる電位が生じ、
それに伴う電流が流れる。このため、ストリップ線路２
における高周波信号の伝搬モードが理想的なストリップ
線路の伝搬モードから外れてしまい、周波数によっては
上面接地導体10に、あるいはそこから下面接地導体９に
わたって電位が定在的に分布することとなり、それによ
って高周波信号との間で共振特性を有することとなる結
果、特性インピーダンスの不整合を生じて入射した高周
波信号の伝搬が妨げられ、高周波信号の伝送特性を低下
させてしまうという問題点があった。

【０００６】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みて本発明者が鋭意研究に努めた結果完成されたもので
あり、その目的は、マイクロストリップ線路と誘電体に
狭持された内層線路とから成る伝送線路構造における高
周波信号の伝送特性を改善して、高周波信号の入出力を
安定に効率良く行なうことができる伝送線路構造を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
伝送線路構造は、誘電体の上面に線路導体が、下面に接
地導体が形成されたマイクロストリップ線路と、上面が
導体非形成面である上部誘電体と下面に下面接地導体が
形成された下部誘電体との間に内層線路導体を挟持した
内層線路とを、前記線路導体と前記内層線路導体とを接
続するとともに前記接地導体と前記下面接地導体とを接
続して成ることを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の請求項２に係る伝送線路構
造は、請求項１に係る伝送線路構造において、前記下部
誘電体の誘電率を前記上部誘電体の誘電率よりも高くし
たことを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項３に係る伝送線路構
造は、請求項１または請求項２に係る伝送線路構造にお
いて、前記下部誘電体の厚みを前記上部誘電体の厚みよ
りも小さくしたことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の伝送線路構造によれば、
内層線路部分の上部誘電体の上面を導体非形成面とし
て、通常のストリップ線路における上面接地導体を有し
ない構造としたことにより、内層線路における電界の分
布が内層線路導体から下面接地導体側に集中することと
なるため、従来のように内装線路導体の上下に接地導体
を有し、かつ内層線路導体と上下の接地導体との間の静
電容量がほぼ同じである場合と比較して、内層線路の内
層線路導体における高周波信号の伝搬モードをマイクロ
ストリップ線路の線路導体における伝搬モードに近づけ
ることができる。その結果、内層線路の下面接地導体の
電位が接地として安定するために電位の定在的な分布や
それによる特性インピーダンスの不整合の発生がなくな
るので、高周波信号の伝送特性を良好なものとして安定
に効率良く高周波信号の入出力を行なうことができる伝
送線路構造となる。

【００１１】また、本発明の請求項２に係る伝送線路構
造によれば、内層線路部分において下部誘電体の誘電率
を上部誘電体の誘電率よりも高くしたことから、それぞ
れの誘電体をほぼ同じ厚みの単一の誘電体層により構成
した場合にも内層線路の伝搬モードを容易にマイクロス
トリップ線路の伝搬モードに近づけることができる。

【００１２】また、それぞれの誘電体を異なる誘電率を
有する誘電体材料から成る複数の誘電体層を積層し、あ
るいは内層線路導体を中心にして入れ子状に組み合わせ
て構成した場合には、それぞれの誘電率を所望の値に精
密にかつ容易に制御して形成することができるため、内
層線路の伝搬モードをマイクロストリップ線路の伝搬モ
ードに容易に近づけることができる。

【００１３】そして、この請求項２に係る伝送線路構造
によっても、上部誘電体と下部誘電体とを同じ誘電体材
料で構成し、上部誘電体の上面に上面接地導体を形成し
たストリップ線路構造とした場合と比較して、内層線路
の内層線路導体における高周波信号の伝搬モードをマイ
クロストリップ線路の線路導体における伝搬モードに精
度よく近づけることができるため、高周波信号の伝送特
性を良好なものとして安定に効率良く高周波信号の入出
力を行なうことができるとともに、上下の誘電体をほぼ
同じ厚みで形成することができるので薄型とすることが
できるという利点を有する伝送線路構造となる。

【００１４】また、本発明の請求項３に係る伝送線路構
造によれば、内層線路部分において下部誘電体の厚みを
上部誘電体の厚みよりも小さくしたことから、下部誘電
体の誘電率と上部誘電体の誘電率が同じ場合であっても
内層線路の内層線路導体における高周波信号の伝搬モー
ドをマイクロストリップ線路の線路導体における伝搬モ
ードに近づけることができるとともに、下部誘電体の誘
電率を上部誘電体の誘電率よりも高くした場合には内層
線路導体における伝搬モードをより一層マイクロストリ
ップ線路の伝搬モードに近づけることができる。従っ
て、これによっても内層線路における電界を内層線路導
体と下面接地導体との間に集中させることができ、その
結果、同じ上部誘電体と下部誘電体とを同じ厚みで形成
し、上部誘電体の上面に上面接地導体を形成したストリ
ップ線路構造とした場合と比較して、また下部誘電体の
誘電率を高くした場合にはより一層、内層線路の内層線
路導体における高周波信号の伝搬モードをマイクロスト
リップ線路の線路導体における伝搬モードに近づけるこ
とができるため、高周波信号の伝送特性を良好なものと
して安定に効率良く高周波信号の入出力を行なうことが
できる伝送線路構造となる。

【００１５】本発明において下部誘電体の誘電率を上部
誘電体の誘電率よりも高くする場合は、誘電率の比で
1.5倍以上高いと内層線路導体と下面接地導体間の静電
容量が十分に大きくなって電界が効果的に集中すること
となって好ましく、好適には誘電率の比で２倍以上高い
ことが望ましい。

【００１６】以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明
する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更・改良を施す
ことは何ら差し支えない。

【００１７】図１は本発明の伝送線路構造の例を示す斜
視図である。また、図２はその信号入出力部の内層線路
の部分の断面図である。

【００１８】図１および図２において、21ａおよび21ｂ
はマイクロストリップ線路であり、それぞれ例えば高周
波ＩＣ用パッケージの内側および外側に位置している。
22は内層線路であり、マイクロストリップ線路21ａ・21
ｂと接続されて伝送線路構造を構成するとともに、高周
波ＩＣ用パッケージの内部や回路基板上の半導体素子搭
載部に回路や素子等を収容して気密封止するための容器
もしくは気密封止部としての側壁の一部ともなる。マイ
クロストリップ線路21ａ・21ｂはそれぞれ誘電体23ａ・
23ｂと、その下面のほぼ全面に被着形成された接地導体
24ａ・24ｂと、その上面に被着形成された線路導体25ａ
・25ｂとから成る。内層線路22は上部誘電体26と、下部
誘電体27と、それらの間に挟持した内層線路導体28とか
ら成り、下部誘電体27の下面に下面接地導体29が被着形
成されている。ここで、下部誘電体27は上部誘電体26よ
りも高い誘電率を有するほぼ同じ厚みの誘電体により構
成することが好ましい。

【００１９】さらに必要に応じて、上部誘電体26と下部
誘電体27の側面に下面接地導体29と電気的に接続された
側面導体30が設けられる。なお、31は高周波ＩＣ用パッ
ケージの仕様などの必要に応じて上部誘電体26上に設け
られる上面誘電体であり、図２においては図示していな
い。

【００２０】そして、線路導体25ａ・25ｂと内層線路導
体28とが接続され、接地導体24ａ・24ｂと下面接地導体
29とが接続されて、それぞれ信号線路と接地電位面とを
形成している。これら線路導体25ａ・25ｂならびに内層
線路導体28は伝送線路構造が使用される高周波回路用パ
ッケージや高周波多層回路基板等の仕様に応じて複数本
並列に形成される場合もある。また、側面導体30はこれ
に代えて上部誘電体26内に設けられたビアホール（貫通
導体）や導通スルーホール等が用いられる場合もあり、
メタライズ層として形成される場合や金属ブロックによ
り形成される場合もある。

【００２１】このような構成の本発明の伝送線路構造に
よれば、内層線路22において電界の分布が内層線路導体
28と下面接地導体29間に集中するため、マイクロストリ
ップ線路21ａ・21ｂの線路導体25ａ・25ｂを伝搬する電
磁波（高周波信号）による電界分布としてほとんどの電
界が線路導体25ａ・25ｂから接地導体24ａ・24ｂへ向け
て生じるのに対して内層線路22においても内層線路導体
28からの電界を下面接地導体29側へ向けて集中させるこ
とができ、それによりマイクロストリップ線路21ａ・21
ｂの電界分布に近づくことで、線路導体25ａ・25ｂと内
層線路導体28における高周波信号の伝搬モードを近づけ
て特性インピーダンスの不整合をなくし、反射の少ない
伝送特性の良好な伝送線路構造とすることが可能とな
る。

【００２２】また、図３は本発明の伝送線路構造の他の
例を示す内層線路の部分の断面図である。

【００２３】図３の内層線路32において、33は上部誘電
体、34は上部誘電体33よりも厚みの小さい下部誘電体で
あり、35は上部誘電体33と下部誘電体34との間で挟持し
た内層線路導体である。下部誘電体34の下面には下面接
地導体36が被着形成されている。さらに必要に応じて、
上部誘電体33と下部誘電体34の側面に下面接地導体36と
電気的に接続された側面導体37が設けられている。

【００２４】そして、内層線路32に接続されたマイクロ
ストリップ線路の線路導体と内層線路導体35とが接続さ
れ、マイクロストリップ線路の接地導体と下面接地導体
36とが接続されて、それぞれ信号線路と接地電位面とを
形成している。

【００２５】下部誘電体34の誘電率は上部誘電体33の誘
電率と同じか、またはより高くすることが好ましく、こ
のような内層線路32によれば、内層線路32において電界
の分布が内層線路導体35と下面接地導体36間に集中する
ため、マイクロストリップ線路の線路導体を伝搬する電
磁波による電界分布としてほとんどの電界が線路導体か
ら接地導体へ向けて生じるのに対して内層線路32の内層
線路導体35においてもそのようなマイクロストリップ線
路の電界分布に近づくことから、それにより線路導体と
内層線路導体35における高周波信号の伝搬モードを近づ
けて特性インピーダンスの不整合をなくし、反射の少な
い伝送特性の良好な伝送線路構造とすることが可能とな
る。

【００２６】なお、この内層線路導体35も伝送線路構造
が使用される高周波ＩＣ用パッケージや高周波多層回路
基板等の仕様に応じてマイクロストリップ線路の線路導
体とともに複数本並列に形成される場合もある。また、
側面導体37に代えて上部誘電体33内に設けられたビアホ
ールや導通スルーホール等が用いられる場合もある。

【００２７】さらに、下部誘電体34の厚みを上部誘電体
33の３分の２以下とすれば、内層線路32における伝搬方
向に垂直な面内での電界分布の下面接地導体36側への集
中がより顕著となるために、マイクロストリップ線路の
線路導体での伝搬モードとストリップ線路32の内層線路
導体35での伝搬モードがさらに近づき、内層線路32の下
面接地導体36の電位が接地として一層安定するため、高
周波信号の伝送特性がより一層良好なものとなる。ま
た、下部誘電体34の厚みを上部誘電体33の２分の１以下
とすれば、これらの作用効果がより顕著となって好適な
ものとなる。

【００２８】本発明の伝送線路構造における誘電体23ａ
・23ｂおよび上部誘電体26・33、下部誘電体27・34とし
ては、例えばアルミナやムライト等のセラミックスやい
わゆるガラセラ（ガラス＋セラミックス）、あるいはテ
フロン（ＰＴＦＥ）・ガラスエポキシ・ポリイミド等の
樹脂系材料などが用いられる。これら誘電体の厚みや幅
は、伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダン
スなどに応じて設定される。

【００２９】また、内層線路22・32の上部誘電体26・33
と下部誘電体27・34とは高周波ＩＣ用パッケージや高周
波多層回路基板の半導体素子搭載部等の信号入出力部に
おいて気密封止部としても利用されるため、内層線路導
体28・35を上下から挟み込むように形成される。これら
上部誘電体26・33と下部誘電体27・34は、マイクロスト
リップ線路21ａ・21ｂの誘電体23ａ・23ｂと一体的に形
成してもよく、別々に作製したものを接合するようにし
てもよい。

【００３０】線路導体25ａ・25ｂおよび内層線路導体28
・35は、高周波線路導体用の金属材料、例えばＣｕやＭ
ｏＭｎ＋Ｃｕ・Ｗ＋Ａｕ・Ｃｒ＋Ｃｕ・Ｃｒ＋Ｃｕ＋Ｎ
ｉ＋Ａｕ・Ｔａ₂ Ｎ＋ＮｉＣｒ＋Ａｕ・Ｔｉ＋Ｐｄ＋Ａ
ｕ・ＮｉＣｒ＋Ｐｄ＋Ａｕなどを用いて厚膜印刷法ある
いは各種の薄膜形成方法やメッキ処理法などにより形成
され、その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や
特性インピーダンスなどに応じて設定される。

【００３１】接地導体24ａ・24ｂおよび下面接地導体29
・36、側面導体30・37は、線路導体25ａ・25ｂおよび内
層線路導体28・35と同様の材料を用いて同様の方法によ
り誘電体23ａ・23ｂの下面のほぼ全面または下部誘電体
27・34の下面、または上部誘電体26・33と下部誘電体27
・34の側面に被着形成され、その厚みは、例えば厚膜で
あれば20μｍ程度、薄膜であれば５μｍ程度に設定され
る。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の具体例を示す。マイクロスト
リップ線路の誘電体および内層線路の下部誘電体として
厚み0.20ｍｍのアルミナ（比誘電率9.6 ）を、内層線路
の上部誘電体として同じ材料の厚み0.50ｍｍのものを用
い、幅0.10ｍｍの内層線路導体を有する長さ0.5 ｍｍ、
下部誘電体および上部誘電体の幅1.0 ｍｍの内層線路
に、幅0.2 ｍｍの線路導体を有するマイクロストリップ
線路を接続して成る伝送線路構造を作製し、本発明の伝
送線路構造の試料Ａを得た。

【００３３】また、比較例の伝送線路構造として、上部
誘電体の上面に上面接地導体を被着形成してストリップ
線路とし、上部誘電体の厚みを0.37ｍｍとした他は上記
と同様にして、伝送線路構造の試料Ｂを得た。

【００３４】これらの試料ＡおよびＢに対して、３次元
の電磁界解析により抽出した特性から入力した信号のう
ちの反射された量（Ｓ11）を、周波数に対する反射特性
として求めた。また、３次元の電磁界解析により抽出し
た特性から入力した信号のうちの伝送された量の評価指
標として挿入損失量（Ｓ21）を、周波数に対する伝送特
性として求めた。これらの結果について、反射特性を図
４に、伝送特性を図５に線図で示す。なお、図４におい
て横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は反射量（単
位：ｄＢ）を表わし、試料ＡのＳ11の特性曲線を実線
で、試料ＢのＳ11の特性曲線を破線で示している。ま
た、図５において横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸
は挿入損失量（単位：ｄＢ）を表わし、試料ＡのＳ21の
特性曲線を実線で、試料ＢのＳ21の特性曲線を点線で示
している。

【００３５】図４および図５の結果より、試料Ｂにおい
ては43ＧＨｚ付近に強い共振特性が生じていて反射量お
よび挿入損失量が大きくなっていることが分かる。一
方、試料Ａにおいては内層線路の内層線路導体の伝搬モ
ードをマイクロストリップ線路の線路導体の伝搬モード
に近づけて強い共振特性を抑圧することができ、しかも
共振周波数をより高周波側へ変化させることができたこ
とが分かる。

【００３６】これにより、本発明の伝送線路構造は高周
波信号の伝送特性を良好なものとして安定に効率良く高
周波信号の入出力を行なうことができるものであること
が確認できた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の伝送線路構造によれば、内層線
路部分の上部誘電体の上面を導体非形成面として、通常
のストリップ線路における上面接地導体を有しない構造
としたことから、内層線路において電界の分布が内層線
路導体と下面接地導体間に集中するため、マイクロスト
リップ線路を伝搬する電磁波による電界分布としてほと
んどの電界が線路導体から接地導体へ向けて生じるのに
対して、内層線路の内層線路導体においてもマイクロス
トリップ線路の電界分布に近づくことで、線路導体と内
層線路導体における高周波信号の伝搬モードを近づけて
特性インピーダンスの不整合の発生がなくなり、高周波
信号の伝送特性を良好なものとして安定に効率良く高周
波信号の入出力を行なうことができる伝送線路構造を提
供することができた。

【００３８】また、本発明の請求項２に係る伝送線路構
造によれば、内層線路において下部誘電体の誘電率を上
部誘電体の誘電率よりも高くしたことから、下部誘電体
の厚みと上部誘電体の厚みが同じ場合であっても内層線
路において電界の分布が内層線路導体と下面接地導体間
に集中するため、マイクロストリップ線路を伝搬する電
磁波による電界分布としてほとんどの電界が線路導体か
ら接地導体へ向けて生じるのに対して、内層線路の内層
線路導体においてもマイクロストリップ線路の電界分布
により近づくことで、線路導体と内層線路導体における
高周波信号の伝搬モードを近づけて特性インピーダンス
の不整合の発生がなくなり、高周波信号の伝送特性を良
好なものとして安定に効率良く高周波信号の入出力を行
なうことができるとともに、上下の誘電体をほぼ同じ厚
みで形成することができるので薄型とすることができる
という利点を有する伝送線路構造を提供することができ
た。

【００３９】また、本発明の請求項３に係る伝送線路構
造によれば、内層線路において下部誘電体の厚みを上部
誘電体の厚みよりも小さくしたことから、下部誘電体の
誘電率と上部誘電体の誘電率が同じ場合であっても内層
線路において電界の分布が内層線路導体と下面接地導体
間に集中し、また、下部誘電体の誘電率を上部誘電体の
誘電率よりも高くした場合には内層線路導体と下面接地
導体間により一層集中するため、マイクロストリップ線
路を伝搬する電磁波による電界分布としてほとんどの電
界が線路導体から接地導体へ向けて生じるのに対して、
内層線路の内層線路導体においてもマイクロストリップ
線路の電界分布により近づくとともに、下部誘電体の誘
電率を上部誘電体の誘電率よりも高くした場合にはより
一層、高周波信号の伝送特性を反射の少ない良好なもの
として安定に効率良く高周波信号の入出力を行なうこと
ができる伝送線路構造を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝送線路構造の実施の形態の一例を示
す斜視図である。

【図２】本発明の伝送線路構造における内層線路の部分
の例を示す断面図である。

【図３】本発明の伝送線路構造における内層線路の部分
の他の例を示す断面図である。

【図４】伝送線路構造における周波数に対する反射特性
を示す線図である。

【図５】伝送線路構造における周波数に対する伝送特性
を示す線図である。

【図６】従来の伝送線路構造の例を示す斜視図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図である。

【符号の説明】

21ａ、21ｂ・・・・・マイクロストリップ線路 23ａ、23ｂ・・・・・誘電体 24ａ、24ｂ・・・・・接地導体 25ａ、25ｂ・・・・・線路導体 22、32・・・・・・・内層線路 26、33・・・・・・・上部誘電体 27、34・・・・・・・下部誘電体 28、35・・・・・・・内層線路導体 29、36・・・・・・・下面接地導体 30、37・・・・・・・上面接地導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体の上面に線路導体が、下面に接地
   導体が形成されたマイクロストリップ線路と、上面が導
   体非形成面である上部誘電体と下面に下面接地導体が形
   成された下部誘電体との間に内層線路導体を挟持した内
   層線路とを、前記線路導体と前記内層線路導体とを接続
   するとともに前記接地導体と前記下面接地導体とを接続
   して成ることを特徴とする伝送線路構造。
2. 【請求項２】 前記下部誘電体の誘電率を前記上部誘電
   体の誘電率よりも高くしたことを特徴とする請求項１記
   載の伝送線路構造。
3. 【請求項３】 前記下部誘電体の厚みを前記上部誘電体
   の厚みよりも小さくしたことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の伝送線路構造。