JP2004120659A

JP2004120659A - 高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージ

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Publication number: JP2004120659A
Application number: JP2002284636A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 田中　宏行; Takehiro Okumichi; 奥道　武宏
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP4012796B2

Abstract

【課題】信号配線接続導体の長さが長く、ここを伝搬する高周波信号から見てグランドまでの距離が遠いためにこの部分がインダクタンスとして働くことにより高周波信号特性の劣化が生じる。
【解決手段】信号配線接続導体部のインダクタンスを小さくするために、構成する信号線幅・長さ・比誘電率を適切に設定することにより、高周波伝送特性に優れた高周波信号伝送用積層構造を得る。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波帯やミリ波等の高周波に使用される高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージに関し、特に高周波伝送特性が良好となるように適用した高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記高周波信号伝送用積層構造として、従来、図１０に示すような構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。図１０に示す高周波信号伝送用積層構造において、１は誘電体層であり、これらを積層することで積層基板としている。１１および２１は信号配線導体であり、１３および２３の信号配線接続導体を介して、１４および２４の表層信号用貫通導体にそれぞれ接続している。また、１５および２５は表層接地用貫通導体であり、１２および２２の表面接地導体に接続している。表面接地導体１２，２２には１６および２６に示す矩形状の表面接地導体非形成領域が形成されている。内層には３４の内層信号用貫通導体とそれらを接続する３３の信号用貫通導体接続導体が形成され、表層信号用貫通導体１４，２４との間を接続しており、３２の内層接地導体の内側には３６に示す矩形状の内層接地導体非形成領域が形成され、内層接地導体非形成領域３６の外周近傍に３５に示す内層接地用貫通導体が形成されている。そして、表層信号用貫通導体１４，２４と内層信号用貫通導体３４ならびに表面接地導体非形成領域１６，２６と内層接地導体非形成領域３６とは中心を共有して重ねた、いわゆる同軸線路構造をなし、高周波信号伝送用積層構造としていた。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３００８９３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の高周波信号伝送用積層構造においては、前記信号配線接続導体の長さが長く、ここを伝搬する高周波信号から見てグランドまでの距離が遠いためにこの部分がインダクタンスとして働くこととなり、高周波伝送特性が劣化するという問題があった。
【０００５】
例えば、前記高周波信号伝送用積層構造の全厚みを４ｍｍとし、また前記最上層および最下層の信号配線導体の直下または直上の内層接地導体と重ならず、前記表層信号用貫通導体に至るまでの最上層および最下層の信号配線接続導体の長さ・幅をそれぞれＬ_１＝０．４４９ｍｍ・Ｗ_１＝０．１５０ｍｍ、Ｌ_２＝０．４４９ｍｍ・Ｗ_２＝０．１５０ｍｍとし、また積層基板の比誘電率をε_ｒ＝８、また表層信号用貫通導体と内層信号用貫通導体を円柱形とし、その直径をそれぞれ同じ０．１０４ｍｍ、また適用する特性インピーダンスをＺ_０＝５０Ωとしたとき、信号配線導体１１・２１の長さを０．５００ｍｍとして、この間の高周波伝送特性を電磁界シミュレーションにて抽出すると、図１１に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。
【０００６】
図１１において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量を評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。図１１における特性曲線は、周波数が高くなるにつれて反射係数が大きくなることを示しており、信号配線接続導体１３・２３のインダクタンスの影響が現れ、高周波信号の伝送に劣化を及ぼしていることがわかる。
【０００７】
この例では、反射係数が２３．３ＧＨｚで−１０ｄＢを超えて伝送特性が劣化しているが、前記高周波信号伝送用積層構造の全厚が変化した場合には、信号配線導体１１・２１の間の電気長が変化するために、定在波が生じる周波数が変化することとなるが、その定在波による反射量は信号配線接続導体１３・２３のインダクタンスを合成したインダクタンスによる反射量と等しくなり、すなわち、包絡線をたどることとなる。この包絡線は、上記の場合においては約２０ＧＨｚで−１０ｄＢを超え、使用する周波数帯域の最高周波数が２０ＧＨｚ以上にある場合に問題となる。
【０００８】
なお、上記高周波信号伝送用積層構造においては、使用する周波数帯域の最高周波数の管内波長の１／８以上の厚みを有していることから、積層基板の厚み方向の信号の伝搬は分布定数回路として振舞うので、高周波伝送線路として機能させる必要があるために、内層接地導体の内側に矩形状の内層接地導体非形成領域を形成し、内層接地導体非形成領域の外周近傍に内層接地用貫通導体が形成したことで、高周波伝送線路として構成した。
【０００９】
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、前記インダクタンスを低減し、高周波伝送特性を改善するための条件を満たした高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る高周波信号伝送用積層構造は、複数の誘電体層を積層して成る積層基板が使用する周波数帯域の最高周波数の管内波長の１／８以上の厚みを有し、前記積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成して前記内層接地導体間を接続した高周波信号伝送用積層構造において、下記式を満足することを特徴とする。
【００１１】
【数２】

【００１２】
（ただし、Ｌ_１：最上層に形成された信号配線接続導体おいて、その直下の内層接地導体と重ならない長さ、Ｌ_２：最下層に形成された信号配線接続導体おいて、その直上の内層接地導体と重ならない長さ、Ｗ_１：Ｌ_１の範囲における信号配線接続導体の幅、Ｗ_２：Ｌ_２の範囲における信号配線接続導体の幅、ε_ｒ：積層基板の比誘電率、ｆ_ｍａｘ（単位：ＧＨｚ）：使用する周波数帯域の最高周波数、Ｚ_０：適用する特性インピーダンス）
【００１３】
従来、信号配線接続導体の長さが長く、ここを伝搬する高周波信号から見てグランドまでの距離が遠いために、この部分がインダクタンスとして働くことにより高周波信号特性の劣化が生じる場合と比較して、条件式を満たすことにより、確実に信号配線接続導体のインダクタンスを小さくすることができるので、良好な高周波伝送特性とすることができる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００１４】
上記条件式から明らかなように、Ｌ_１／Ｗ_１、Ｌ_２／Ｗ_２を小さくし、またε_ｒを大きくすると、ｆ_ｍａｘを高周波側に上げることができることがわかる。また、特定の特性インピーダンスで構造を成す場合において、比誘電率が小さいほど信号配線接続導体の長さは短くなるので、同様にｆ_ｍａｘを高周波側に上げることができる。また、内層信号用貫通導体の径を小さくするほど、適用する特性インピーダンスを得るための内層接地導体非形成領域は小さくなり、信号配線接続導体の長さが短くなるので、同様にｆ_ｍａｘを高周波側に上げることができる。
【００１５】
請求項２の高周波信号伝送用積層構造によれば、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体の全体を前記信号配線接続導体における前記信号配線導体とは反対側の端よりも前記信号配線導体の側に配置することを特徴とする。
【００１６】
これにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００１７】
請求項３の高周波信号伝送用積層構造によれば、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体が前記信号配線導体を取囲むことを特徴とする。
【００１８】
これにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００１９】
請求項４の高周波パッケージによれば、請求項１に記載の高周波信号伝送用積層構造を備えた前記積層基板の上面に形成した信号配線導体に、高周波半導体素子を接続させて成ることを特徴とする。例えば、積層基板の上面に高周波半導体素子を収容するように枠体および蓋体を形成し、積層基板の下面の信号配線導体の信号配線接続導体と反対側に外部との信号入出力のための入出力信号配線接続導体を形成したことにより、高周波伝送特性が良好な高周波半導体パッケージとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、模式的に示した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、本発明の主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。
【００２１】
図１は本発明の請求項１に係る、第１の高周波信号伝送用積層構造の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ’断面図である。第１の高周波信号伝送用積層構造は、複数の誘電体層を積層して成る積層基板が使用する周波数帯域の最高周波数の管内波長の１／８以上の厚みを有し、前記積層基板の最上層と最下層を除いた内層の各誘電体層は使用する最高周波数の管内波長の半分より小さい厚みとして成し、積層基板の上面および下面に互いに逆方向に延びる信号配線導体を形成し、信号配線導体の一端は誘電体層の最上層と最下層に設けられた各層を上下に貫く表層信号用貫通導体との間をそれぞれ信号配線接続導体を介して接続し、積層基板の上面および下面に表層信号用貫通導体および信号配線接続導体を取囲む状態で信号配線導体の両側の所定幅を除いて略全面に表面接地導体を形成し、内層の各層には内層接地導体を矩形状や円形状や楕円形状等の２軸対称形状に設けた内層接地導体非形成領域を除いて略全面に形成し、これらの内層接地導体非形成領域は互いに上下に重なり合うように配置し、内層接地導体非形成領域の内側には誘電体層の内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体のそれぞれを接続する信号用貫通導体接続導体を形成するとともに、使用する最高周波数の管内波長の半分よりも短い間隔をあけて内層接地導体非形成領域の外周近傍に内層の各層を上下に貫く複数の内層接地用貫通導体ならびに表面接地導体と内層接地導体との間を上下に貫く複数の表面接地用貫通導体を配設して内層接地導体間ならびに表面接地導体と内層接地導体との間をそれぞれ接続することにより内層部に電磁遮蔽空間を形成し、表層信号用貫通導体と内層信号用貫通導体との間を信号用貫通導体接続導体を介して接続することにより積層基板の上下面の間を電気的に接続する積層構造において、前記最上層および最下層の信号配線導体の直下または直上の内層接地導体と重ならず、前記表層信号用貫通導体に至るまでの最上層および最下層の信号配線接続導体の長さ・幅をそれぞれＬ_１・Ｗ_１、Ｌ_２・Ｗ_２とし、また、積層基板の比誘電率をε_ｒとし、前記積層基板また使用する周波数帯域の最高周波数をｆ_ｍａｘ（単位：ＧＨｚ）とし、また適用する特性インピーダンスをＺ_０としたとき、使用するｆ_ｍａｘに応じて、下記条件式に当てはめた（条件を満たすように、Ｌ_１・Ｗ_１、Ｌ_２・Ｗ_２、ε_ｒを設定した）。
【００２２】
【数３】

【００２３】
（ただし、Ｌ_１：最上層に形成された信号配線接続導体おいて、その直下の内層接地導体と重ならない長さ、Ｌ_２：最下層に形成された信号配線接続導体おいて、その直上の内層接地導体と重ならない長さ、Ｗ_１：Ｌ_１の範囲における信号配線接続導体の幅、Ｗ_２：Ｌ_２の範囲における信号配線接続導体の幅、ε_ｒ：積層基板の比誘電率、ｆ_ｍａｘ（単位：ＧＨｚ）：使用する周波数帯域の最高周波数、Ｚ_０：適用する特性インピーダンス）
【００２４】
すなわち、図１において、１は誘電体層でありそれぞれを積層することで積層板としている。１１および２１は信号配線導体であり１３ならびに２３の信号配線接続導体を介して１４ならびに２４の表層信号用貫通導体にそれぞれ接続している。また、１５および２５は表層接地用貫通導体であり１２ならびに２２の表面接地導体に接続している。表面接地導体１２・２２には１６ならびに２６に示す矩形状の表面接地導体非形成領域が形成されている。内層には３４の内層信号用貫通導体とそれらを接続する３３の信号用貫通導体接続導体が形成され、表層信号用貫通導体１４・２４との間を接続しており、３２の内層接地導体の内側には３６に示す矩形状の内層接地導体非形成領域が形成され、内層接地導体非形成領域３６の外周近傍に３５に示す内層接地用貫通導体が形成されている。そして、表面接地導体非形成領域１６・２６と内層接地導体非形成領域３６とはそれぞれ上下に重ねて配置しており、表層信号用貫通導体１４・２４の間を内層信号用貫通導体３４および信号用貫通導体接続導体３３により接続するように配置する。
【００２５】
これにより、従来、信号配線接続導体の長さが長く、ここを伝搬する高周波信号から見てグランドまでの距離が遠いためにこの部分がインダクタンスとして働くことにより高周波信号特性の劣化が生じる場合と比較して、上記条件式を満たすことにより、確実に信号配線接続導体のインダクタンスを小さくすることができるために、良好な高周波伝送特性とすることができる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００２６】
ところで、上記条件式については、以下に述べる方法で良好な一致を得ることを確認した。まず、図１に示す高周波信号伝送用積層構造において、Ｌ＝Ｌ_１＝Ｌ_２、Ｗ＝Ｗ_１＝Ｗ_２、ε_ｒの値を変化させて、電磁界シュミレーションにより、片側の信号配線接続導体部のインダクタンスを算出し、図６に示した。図６において、菱形点は電磁界シュミレーションにより算出された各Ｌ・Ｗ・ε_ｒとインダクタンスの関係を示しており、またこの関係に良好に一致する特性曲線を得た。ここで、インダクタンスは最上層と最下層の信号配線接続導体部の両個所に存在するので、それぞれのインダクタンスをＬ_ｕ・Ｌ_ｄとしたときに、高周波信号伝送用積層構造としてのリアクタンスはω（Ｌ_ｕ＋Ｌ_ｄ）（ωは角周波数）となることから、良好な高周波特性を維持するためには、ω（Ｌ_ｕ＋Ｌ_ｄ）≦２Ｚ_０／３（Ｚ_０は適用する特性インピーダンス）とすればよい。
【００２７】
次に、図２は本発明の請求項２に係る、第２の高周波信号伝送用積層構造の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ’断面図である。第２の高周波信号伝送用積層構造は、上記第１の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体の全体を前記信号配線接続導体における前記信号配線導体とは反対側の端よりも前記信号配線導体の側に配置した。
【００２８】
図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は誘電体層であり、１１・２１は信号配線導体、１３・２３は信号配線接続導体、１４・２４は表層信号用貫通導体、３２は内層接地導体、３３は信号用貫通導体接続導体、３４は内層信号用貫通導体、３５は内層接地用貫通導体、３６は内層接地導体非形成領域である。そして、図２は、誘電体層１の上面および下面において、表層接地導体非形成領域１６・２６と信号配線導体１１・２１に対し所定間隔を有する表層接地導体１２・２２を形成するとともに、表層接地導体１２・２２の全体を信号配線接続導体１３・２３における信号配線導体１１・２１とは反対側の端よりも信号配線導体１１・２１の側に配置した様子を示している。
【００２９】
これにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００３０】
次に、図３は本発明の請求項３に係る、第３の高周波信号伝送用積層構造の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ’断面図である。第３の高周波信号伝送用積層構造は、上記第１乃至第２の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体が前記信号配線導体を取囲む構造とした。
【００３１】
図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は誘電体層であり、１１・２１は信号配線導体、１３・２３は信号配線接続導体、１４・２４は表層信号用貫通導体、３２は内層接地導体、３３は信号用貫通導体接続導体、３４は内層信号用貫通導体、３５は内層接地用貫通導体、３６は内層接地導体非形成領域である。そして、図３は、誘電体層１の上面および下面において、表層接地導体非形成領域１６・２６と信号配線導体１１・２１に対し所定間隔を有する表層接地導体１２・２２を形成するとともに、表層接地導体１２・２２が信号配線導体１１・２１を取囲む構造とした。
【００３２】
これにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００３３】
また、上記高周波伝送用積層構造を高周波半導体パッケージに適用が可能である。すなわち、上記積層基板の上面に高周波半導体素子を収容するように枠体および蓋体を形成し、積層基板の下面の信号配線導体の信号配線接続導体と反対側に外部との信号入出力のための入出力信号配線接続導体を形成することにより、高周波の伝送特性が良好な高周波半導体パッケージとなる。
【００３４】
このような本発明の高周波半導体パッケージにおいて、誘電体基板としては、例えばアルミナやムライト、窒化アルミ等のセラミックス材料、いわゆるガラセラ（ガラス＋セラミック）材料が広く用いられ、信号配線導体や接地導体といった導体パターンは、高周波配線導体用の金属材料、例えば、Ｃｕなどの単体金属やＭｏＭｎ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｗ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｃｒ＋Ｃｕ、Ｃｒ＋Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｔａ２Ｎ＋ＮｉＣｒ＋Ａｕ、Ｔｉ＋Ｐｄ＋Ａｕ、ＮｉＣｒ＋Ｐｄ＋Ａｕなどの合金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る。また、その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や使用する特性インピーダンスなどに応じて誘電体の誘電率や厚みとともに設定される。また、枠体や蓋体に金属を用いる場合には、Ｆｅ−Ｎｉ−ＣｏやＦｅ−Ｎｉ４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金・無酸素銅・アルミニウム・ステンレス・Ｃｕ−Ｗ合金・Ｃｕ−Ｍｏ合金などから成る材料を用い、金属構造物間の接合には、ハンダ・ＡｕＳｎロウやＡｕＧｅロウ等の高融点金属ロウ・シームウェルド（溶接）等により取着することによって気密封止し、また、誘電体基板と金属構造物とは、ＡｇＣｕロウ・ＡｕＳｎロウ・ＡｕＧｅロウ等の高融点金属ロウにより接合することによって、半導体素子を収容することで良好な伝送特性を有する高周波半導体パッケージを提供できる。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明の高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージについて具体例を説明する。
【００３６】
〔例１〕
まず、本発明の請求項１乃至３に係る第３の高周波信号伝送用積層構造を示す図３と略同様の構成にて、比誘電率が８で厚みが０．２ｍｍの誘電体層を最上層と最下層に、そして他は０．６ｍｍの誘電体層を６層積層して積層板とし、信号配線導体１１・２１の幅を０．１７６ｍｍで表面接地導体１２・２２と０．１ｍｍの間隔をあけて形成し、信号配線接続導体１３・２３の幅を０．１５ｍｍで信号配線導体１１・２１と表面信号用貫通導体１４・２４までの距離を０．２６５ｍｍにて形成し、表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を直径０．０７ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を直径０．１３ｍｍの円形状とし、表面接地導体非形成領域１６・２６および内層接地導体非形成領域３６は長辺が１ｍｍで短辺が０．６ｍｍの矩形状に、表層接地用貫通導体１５・２５および内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて表層接地導体非形成領域１６・２６ならびに内層接地導体非形成領域３６の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の外周上に８箇所に配置することで構成し、そして、８層間の表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を一直線に接続することにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ａを得た。
【００３７】
また、比較例として、高周波信号伝送用積層構造を示す図１０と略同様の構成にて、比誘電率が８で厚みが０．２ｍｍの誘電体層を最上層と最下層に、そして他は０．６ｍｍの誘電体層を６層積層して積層板とし、信号配線導体１１・２１の幅を０．１７６ｍｍで表面接地導体１２・２２と０．１ｍｍの間隔をあけて形成し、信号配線接続導体１３・２３の幅を０．１５ｍｍで信号配線導体１１・２１と表面信号用貫通導体１４・２４までの距離を０．４４９ｍｍにて形成し、表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を直径０．１０２ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を直径０．１６２ｍｍの円形状とし、表面接地導体非形成領域１６・２６および内層接地導体非形成領域３６は一辺が１ｍｍの正方形状に、表層接地用貫通導体１５・２５および内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて表層接地導体非形成領域１６・２６ならびに内層接地導体非形成領域３６の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の外周上に８箇所に配置することで構成し、そして、８層間の表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を一直線に接続することにより、従来例の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｚを得た。
【００３８】
そして、これらの試料Ａ・Ｚについて下面の信号配線導体２１の端部から上面の信号配線導体１１の端部の間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図７に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図７において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量を評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＡ・Ｚは各々試料Ａ・Ｚの特性曲線であることを示している。
【００３９】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ａは、従来例の試料Ｚに比べ、より高周波において反射が小さく、良好な電気的特性を有する高周波伝送用積層構造であることが分かる。なぜなら、条件式に、試料Ａと試料Ｚの値をそれぞれ代入し、ｆ_ｍａｘの値を求めると、試料Ａについては３５ＧＨｚ、試料Ｚについては２１．５ＧＨｚとなり、適用可能な周波数に試料Ａの方が高いためである。
【００４０】
〔例２〕
まず、本発明の請求項１乃至３に係る第３の高周波信号伝送用積層構造を示す図４と略同様の構成にて、比誘電率が８で厚みが０．２ｍｍの誘電体層を最上層と最下層に、そして他は０．６ｍｍの誘電体層を６層積層して積層板とし、信号配線導体１１・２１の幅を０．１７６ｍｍで表面接地導体１２・２２と０．１ｍｍの間隔をあけて形成し、信号配線接続導体１３・２３の幅を０．２５ｍｍで信号配線導体１１・２１と表面信号用貫通導体１４・２４までの距離を０．４４９ｍｍにて形成し、表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を直径０．１０２ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を直径０．１６２ｍｍの円形状とし、表面接地導体非形成領域１６・２６および内層接地導体非形成領域３６は一辺が１ｍｍの正方形状に、表層接地用貫通導体１５・２５および内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて表層接地導体非形成領域１６・２６ならびに内層接地導体非形成領域３６の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の外周上に８箇所に配置することで構成し、そして、８層間の表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を一直線に接続することにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｂを得た。
【００４１】
そして、この試料Ｂと〔例１〕で示した試料Ｚについて下面の信号配線導体２１の端部から上面の信号配線導体１１の端部の間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図８に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図８において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量を評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＢ・Ｚは各々試料Ｂ・Ｚの特性曲線であることを示している。
【００４２】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ｂは、従来例の試料Ｚに比べ、より高周波において反射が小さく、良好な電気的特性を有する高周波伝送用積層構造であることが分かる。なぜなら、上記条件式に、試料Ａと試料Ｚの値をそれぞれ代入し、ｆ_ｍａｘの値を求めると、試料Ｂについては３４．３ＧＨｚ、試料Ｚについては２１．５ＧＨｚとなり、適用可能な周波数に試料Ｂの方が高いためである。
【００４３】
〔例３〕
まず、本発明の請求項１乃至３に係る第３の高周波信号伝送用積層構造を示す図５と略同様の構成にて、比誘電率が８で厚みが０．２ｍｍの誘電体層を最上層と最下層に、そして他は０．６ｍｍの誘電体層を６層積層して積層板とし、信号配線導体１１・２１の幅を０．１７６ｍｍで表面接地導体１２・２２と０．１ｍｍの間隔をあけて形成し、信号配線接続導体１３・２３の幅を０．１５ｍｍで、表層信号用貫通導体１４・２４を直径０．２４０ｍｍの円形状に形成し信号配線導体１１・２１と表面信号用貫通導体１４・２４までの距離を０．３１１ｍｍとなる位置に表層信号用貫通導体１４・２４を配置し、内層信号用貫通導体３４を直径０．１０２ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を直径０．１６２ｍｍの円形状とし、表面接地導体非形成領域１６・２６および内層接地導体非形成領域３６は一辺が１ｍｍの正方形状に、表層接地用貫通導体１５・２５および内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて表層接地導体非形成領域１６・２６ならびに内層接地導体非形成領域３６の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の外周上に８箇所に配置することで構成し、そして、８層間の表層信号用貫通導体１４・２４および内層信号用貫通導体３４を重なるように接続することにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｃを得た。
【００４４】
そして、この試料Ｃと〔例１〕で示した試料Ｚについて下面の信号配線導体２１の端部から上面の信号配線導体１１の端部の間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図９に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図９において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量を評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＣ・Ｚは各々試料Ｃ・Ｚの特性曲線であることを示している。
【００４５】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ｃは、従来例の試料Ｚに比べ、より高周波において反射が小さく、良好な電気的特性を有する高周波伝送用積層構造であることが分かる。なぜなら、条件式に、試料Ｃと試料Ｚの値をそれぞれ代入し、ｆ_ｍａｘの値を求めると、試料Ｃについては２９．４ＧＨｚ、試料Ｚについては２１．５ＧＨｚとなり、適用可能な周波数に試料Ｃの方が高いためである。
【００４６】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれら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種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に係る高周波信号伝送用積層構造によれば、複数の誘電体層を積層して成る積層基板が使用する周波数帯域の最高周波数の管内波長の１／８以上の厚みを有し、前記積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成して前記内層接地導体間を接続した高周波信号伝送用積層構造において、前記最上層および最下層の信号配線導体の直下または直上の内層接地導体と重ならず、前記表層信号用貫通導体に至るまでの最上層および最下層の信号配線接続導体の長さ・幅をそれぞれＬ_１・Ｗ_１、Ｌ_２・Ｗ_２とし、また、積層基板の比誘電率をε_ｒとし、前記積層基板また使用する周波数帯域の最高周波数をｆ_ｍａｘ（単位：ＧＨｚ）とし、また適用する特性インピーダンスをＺ_０としたとき、所定の条件式を満たすことにより、従来、信号配線接続導体の長さが長く、ここを伝搬する高周波信号から見てグランドまでの距離が遠いためにこの部分がインダクタンスとして働くことにより高周波信号特性の劣化が生じる場合と比較して、前記条件式を満たすことにより、確実に信号配線接続導体部のインダクタンスを小さくすることができるために、良好な高周波伝送特性を有することから、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００４８】
また、本発明の請求項２に係る高周波信号伝送用積層構造によれば、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体の全体を前記信号配線接続導体における前記信号配線導体とは反対側の端よりも前記信号配線導体の側に配置することにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００４９】
また、本発明の請求項３に係る高周波信号伝送用積層構造によれば、前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体が前記信号配線導体を取囲むことにより、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を少なくすることができる構造となる。その結果、使用する周波数帯域の最高周波数までの伝送特性が良好な高周波信号伝送用積層構造となる。
【００５０】
また、本発明の請求項４の高周波半導体パッケージによれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波信号伝送用積層構造を有する積層基板の上面に高周波半導体素子を収容するように枠体および蓋体を形成し、積層基板の下面の信号配線導体の信号配線接続導体と反対側に外部との信号入出力のための入出力信号配線接続導体を形成したことにより、高周波の伝送特性が良好な高周波半導体パッケージとして提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の高周波信号伝送用積層構造の例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】本発明に係る第２の高周波信号伝送用積層構造の例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明に係る第３の高周波信号伝送用積層構造の第１の例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】本発明に係る第３の高周波信号伝送用積層構造の第２の例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】本発明に係る第３の高周波信号伝送用積層構造の第３の例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】信号配線接続導体部を構成する線幅・長さ・比誘電率と信号配線接続導体部のインダクタンスとの関係を示す線図である。
【図７】本発明の高周波信号伝送用積層構造の第１の例と従来例の高周波伝送特性を比較した線図である。
【図８】本発明の高周波信号伝送用積層構造の第２の例と従来例の高周波伝送特性を比較した線図である。
【図９】本発明の高周波信号伝送用積層構造の第３の例と従来例の高周波伝送特性を比較した線図である。
【図１０】従来の高周波信号伝送用積層構造の例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１１】従来の高周波信号伝送用積層構造の例の高周波伝送特性を比較した線図である。
【符号の説明】
１：誘電体層
１１，２１：信号配線導体
１２，２２：表面接地導体
１３，２３：信号配線接続導体
１４，２４：表層信号用貫通導体
１５，２５：表層接地用貫通導体
１６，２６：表面接地導体非形成領域
３２：内層接地導体
３３：信号用貫通導体接続導体
３４：内層信号用貫通導体
３５：内層接地用貫通導体
３６：内層接地導体非形成領域

Claims

複数の誘電体層を積層して成る積層基板が使用する周波数帯域の最高周波数の管内波長の１／８以上の厚みを有し、前記積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、前記信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地導体非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成して前記内層接地導体間を接続して成るとともに、前記最上層および前記最下層のそれぞれに形成した信号配線接続導体が下記式を満足することを特徴とする高周波信号伝送用積層構造。

（ただし、Ｌ_１：最上層に形成された信号配線接続導体おいて、その直下の内層接地導体と重ならない長さ、Ｌ_２：最下層に形成された信号配線接続導体おいて、その直上の内層接地導体と重ならない長さ、Ｗ_１：Ｌ_１の範囲における信号配線接続導体の幅、Ｗ_２：Ｌ_２の範囲における信号配線接続導体の幅、ε_ｒ：積層基板の比誘電率、ｆ_ｍａｘ（単位：ＧＨｚ）：使用する周波数帯域の最高周波数、Ｚ_０：適用する特性インピーダンス）
前記積層基板の上面および／または下面に、表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体の全体を前記信号配線接続導体における前記信号配線導体とは反対側の端よりも前記信号配線導体の側に配置してなる請求項１に記載の高周波信号伝送用積層構造。
前記積層基板の上面および／または下面に表層接地導体非形成領域と前記信号配線導体に対し所定間隔を有する表層接地導体を形成するとともに、前記表層接地導体が前記信号配線導体を取囲むことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の高周波信号伝送用積層構造。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波信号伝送用積層構造を備えた前記積層基板の上面に枠体および蓋体を設けることにより、高周波半導体素子を収容する構造としたことを特徴とする高周波半導体パッケージ。