JPH11345910A - 高周波用配線基板の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロ波やミリ波の信号伝送線路における伝
送損失が小さく、且つ簡略した構造からなる高信頼性の
高周波用配線基板の接続構造を提供する。 【解決手段】第１の誘電体基板２の一方の表面に高周波
素子５を実装し、一方の端部が高周波素子５と電気的に
接続された第１の高周波伝送線路６と、第２の誘電体基
板１３に第２の高周波伝送線路７を形成し、第１の線路
６の他方の端部と第２の線路７の端部とを第１の誘電体
基板２または第２の誘電体基板１３に形成されるグラン
ド層８のスロット孔９を介してそれぞれ電磁的に結合す
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、マイクロ波帯から
ミリ波帯領域の高周波素子を搭載した高周波用配線基板
に関し、特に、高周波信号の特性を劣化させることなく
高周波素子間での信号の伝達を行うことのできる高周波
用配線基板の接続構造に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、マイクロ波やミリ波を取り扱う高周
波回路素子を搭載した高周波用パッケージにおいては、
誘電体基板と、誘電体基板の表面に接続された壁体や蓋
体によって形成されるキャビティ内に気密封止されてい
る高周波素子が収納されており、高周波素子と電気的に
接続された信号伝送線路と外部回路基板に形成された信
号伝送線路を電気的に接続して高周波信号の入出力が行
われている。

【０００３】そこで、従来から、この種の高周波配線基
板の応用例である高周波用モジュールでは、図９（ａ）
に示すように、誘電体からなる誘電体基板４１と蓋４
２、４２’により形成されたキャビティ４３、４３’内
にそれぞれ高周波素子４４、４４’を搭載して気密に封
止されている。そして高周波信号の入出力は、誘電体基
板４１表面に高周波素子４４、４４’と接続されるスト
リップ線路等の高周波用伝送線路４５、４５’がそれぞ
れ形成されている。この伝送線路４５と４５’とを、蓋
４２、４２’に形成された絶縁体４６により絶縁された
導体層４７を介してワイヤボンディングやリボン等によ
り接続されている。

【０００４】また、図９（ｂ）に示すように、誘電体基
板４１の内部に信号伝送線路４９を形成し、この信号伝
送線路４９と伝送線路４５と４５’とをスル−ホ−ル導
体５０を通じて接続した半導体パッケージが提案されて
いる。さらに、図９（ｃ）に示すように、複数の高周波
素子を、それぞれ独立して導電性蓋体にて電磁的に封止
して、各高周波素子の入出力端に、それぞれ誘電体基板
の主表面から金属板５１の裏面にかけて貫通するスルー
ホールを形成し、該スルーホールの内部に、同軸伝送路
５２、５３を配し、該同軸伝送路５２、５３の主表面側
の入出力端と、回路ブロックの入出力端とを電気的に接
続する同軸伝送路接続部５４、５４’を介し、回路ブロ
ックの入力端に接続される同軸伝送路５２、５３と、他
の回路ブロックの出力端に接続される同軸伝送路５
２’、５３’とを接続し、さらに、裏面側にて接続部材
５５を介して接続する構成が平７−２６３８８７号等に
て提案されている。

【０００５】このような高周波用モジュールにおいて
は、高周波信号の伝送特性を劣化させることなく、高周
波素子間で信号の入出力が可能であり、さらには、製造
が容易であることも要求される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９
（ａ）においては、高周波信号が導体層４７中を通り、
壁体４２、４２’を通過する場合、壁体通過部で信号伝
送線路がマイクロストリップ線路からストリップ線路へ
と変換されるため、インピーダンス整合をとるために信
号伝送線路幅を狭くする必要がある。その結果、この通
過部で反射損、放射損が発生しやすく高周波信号の伝送
特性が劣化するという問題がある。しかも、信号伝送線
路４５、４５’をキャビティ４２、４２’の外側に引出
すために、壁体の少なくとも線路通過部は誘電体によっ
て形成する必要があり、構造が複雑になり、モジュール
全体のコストを高める要因にもなっていた。

【０００７】これに対して、図９（ｂ）は、スルーホー
ル導体５０によって壁体を通過しないために、信号の特
性劣化は小さいが、伝送する信号の使用周波数が４０Ｇ
Ｈｚ以上になると信号伝送線路４９とスルーホール導体
５０との接続部が曲折するために、曲折部での透過損失
が急激に大きくなり、高周波信号を伝送することが困難
であった。

【０００８】また、図９（ｃ）においても、スルーホー
ル導体５２、５２’の内部の同軸伝送路５４、５４’に
より、高周波信号の伝送損失を小さくすることはできる
が、スルーホール内に同軸伝送路を形成することが難し
く、また、接続部の信頼性が劣るという問題があった。

【０００９】従って、本発明は、誘電体基板表面に形成
された高周波素子を電磁的に封止するとともに、高周波
素子間の信号伝達時の伝送損失が小さく、且つ簡略した
構造からなる小型で高信頼性の高周波用配線基板を提供
することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、高周波用
配線基板の接続構造において、低損失化、小型化が可能
な構造について検討を重ねた結果、蓋体によるキャビテ
ィ内の誘電体基板表面に形成され、一方の端部が前記高
周波素子と電気的に接続された第１の高周波伝送線路
を、前記キャビティ外の領域に形成された第２の高周波
伝送線路との電磁結合によって接続することにより、前
記高周波素子間を伝送特性を劣化させることなく電気的
に接続することができるとともに、かつ単純で小型化が
可能な配線基板の接続が可能となることを見いだした。

【００１１】即ち、本発明の高周波用配線基板の接続構
造は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表面に
実装された高周波素子と、前記第１の誘電体基板の表面
に形成され、一方の端部が前記高周波素子と電気的に接
続された第１の高周波伝送線路とを具備する高周波用配
線基板と、表面または内部にスロット孔が設けられたグ
ランド層と、内部または裏面に形成された第２の高周波
伝送線路とが形成された第２の誘電体基板とを具備して
なり、前記高周波用配線基板における第１の高周波伝送
線路と、前記第２の誘電体基板における前記第２の高周
波伝送線路とを、前記グランド層内に設けられたスロッ
ト孔を介して電磁的に接続してなることを特徴とするも
のである。

【００１２】また、本発明の高周波用配線基板の他の接
続構造は、第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板表
面に実装された高周波素子と、前記第１の誘電体基板の
表面に形成され、一方の端部が前記高周波素子と電気的
に接続された第１の高周波伝送線路と、前記第１の誘電
体基板の裏面に形成され、且つスロット孔が設けられた
グランド層とを具備する高周波用配線基板と、内部また
は裏面に第２の高周波伝送線路が形成された第２の誘電
体基板とを具備してなり、前記高周波用配線基板におけ
る第１の高周波伝送線路と、前記第２の誘電体基板にお
ける前記第２の高周波伝送線路とを、前記グランド層内
に設けられたスロット孔を介して電磁的に接続してなる
ことを特徴とするものである。

【００１３】また、前記第１の高周波伝送線路は、マイ
クロストリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコ
プレーナ線路から選ばれる１種から構成され、前記第２
の高周波伝送線路が、マイクロストリップ線路、コプレ
ーナ線路、グランド付きコプレーナ線路およびトリプレ
ート線路から選ばれる１種から構成されることが望まし
い。

【００１４】

【作用】本発明の上記構成によれば、特に第１の高周波
伝送線路の他方の端部と、第２の高周波伝送線路の端部
とを、例えば、グランド層に形成されたスロット孔を介
して電磁的に結合することにより、伝送線路が誘電体か
らなる壁体内を通過したり、スルーホール導体や同軸線
路等を経由することがないために、高周波信号が壁体内
や曲折部を通過する際に生じる反射損や放射損の発生を
極力抑制することができ、また同軸線路等の形成の必要
がなく、低伝送損失で且つ小型化が可能な配線基板の接
続が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明における高周波用配線基板
の接続構造の応用例である高周波用モジュールについて
その第１の実施態様における概略断面図を図１に示し
た。図１の高周波用モジュール１によれば、誘電体材料
からなる誘電体基板２の表面には、２つ以上の蓋体３、
３’が接合されており、誘電体基板２とそれらの蓋体
３、３’によってキャビティ４、４’が形成されてい
る。そして、そのキャビティ４、４’内の誘電体基板２
表面には、それぞれＭＭＩＣ、ＭＩＣ等の高周波用の高
周波素子５、５’が実装されている。また、上記のモジ
ュールのキャビティ４、４’内には、高周波素子５、
５’に信号を伝送するための線路として、マイクロスト
リップ線路、ストリップ線路、グランド付コプレーナ線
路のうちから選ばれる１種からなる第１の高周波伝送線
路（以下、第１の線路と略す。）６、６’がキャビティ
４、４’内の誘電体基板２表面に被着形成され、高周波
素子５、５’と電気的に接続されている。

【００１６】この誘電体基板２は、誘電率が２０以下の
アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミ
ニウム等のセラミックス、ガラスセラミックス、セラミ
ック金属複合材料、ガラス有機樹脂系複合材料および石
英等の誘電体材料からなることが望ましい。

【００１７】蓋体３、３’は、キャビティ４、４’から
の電磁波が外部に漏洩したり、電磁波が外部にもれるの
を防止できる電磁波遮蔽性を有する材料から構成され、
例えば、金属、導電性セラミックス、セラミック金属複
合材料等が使用できるが、絶縁基板の表面に導電性物質
を塗布したものであってもよいが、コストの点から考慮
すれば金属であるのがよい。

【００１８】第１の線路６、６’は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ
等の低抵抗導体からなることが望ましく、この点から前
記誘電体基板２は、焼成温度が８００〜１０００℃程度
のガラスセラミックスが最適であり、この組み合わせに
より誘電体基板２と信号伝送線路との同時焼成が可能と
なる。

【００１９】高周波素子５、５’は第１の線路６、６’
上に直接搭載するプリップチップ実装により、小さな伝
送損失で接続することができるが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば、金リボンや複数のワイヤ
ボンディングで接続したり、ポリイミド等の基板にＣｕ
等の導体を形成した導体板等により接続することもでき
る。

【００２０】本発明によれば、図１に示すように他の部
材であり誘電体材料からなる第２の誘電体基板（以下第
２の基板と略す）１３の表面にはほぼ全面にわたりグラ
ンド層８が形成され、グランド層８内には、スロット孔
９、９’が形成されている。

【００２１】なお、図１によれば、マイクロストリップ
線路、ストリップ線路、グランド付コプレーナ線路およ
びトリプレートのうちから選ばれる１種からなる第２の
高周波伝送線路（以下第２の線路と略す）７が第２の基
板１３の内部に形成されている。

【００２２】そして、高周波素子５と一端が電気的に接
続された第１の線路６の他端部と第２の基板１３内部に
形成された第２の線路７の一端とを図１で示すように、
スロット孔９を介して対峙する位置関係になるように第
１の基板２と第２の基板１３との貼り合わせることによ
り、第１の線路６と第２の線路７間を電磁的に結合する
ことが可能となり、損失の小さい信号の伝達が行われ
る。

【００２３】同様に、高周波素子５’と一端が電気的に
接続された第１の線路６’の他端部と第２の基板１３内
部に形成された第２の線路７の一端とが図１で示すよう
に、スロット孔９’を介して対峙する位置関係になるよ
うに形成することにより、第１の線路６、６’と第２の
線路７間を電磁的に結合することが可能となり、第１の
線路６’と第２の線路７間で損失の小さい信号の伝達が
行われる。

【００２４】その結果、高周波素子５と高周波素子５’
とを、第１の線路６、第２の線路７および第１の線路
６’を経由して、低損失で接続することができる。

【００２５】なお、前記電磁結合の具体的構造について
説明すると、第１の線路６および第２の線路７は、各線
路の端部がそれぞれスロット孔９の中心直上位置から必
要な周波数の伝送信号の１／４波長相当の長さに突出さ
せた対峙位置に形成されることが望ましく、スロット孔
９の形状は、長辺と短辺とからなる長方形の孔であり、
そのサイズは、使用周波数や周波数の帯域幅により適宜
設定される。特に、スロット孔９の長辺は信号周波数の
１／２波長相当長さにするのが望ましく、スロット孔９
の短辺は１／５波長相当長さから１／５０波長相当長さ
に設定することが望ましい。また、第１の線路６’と第
２の線路７も同様に配置される。

【００２６】また、第１の基板２と第２の基板１３と
は、接着剤やネジ止めにより貼り合わせ固定することが
できる他、接着剤を用いずに単に重畳しても問題はな
い。

【００２７】また、図１においてはグランド層８が第２
の基板１３の表面に形成される場合について示したが、
本発明の構成によればこれに限られるものではなく、グ
ランド層８は第２の基板１３の内部に形成されてもよ
く、また、この場合、第２の線路７は第２の基板１３の
内部または裏面に形成される。

【００２８】また、図１に示すように第１の基板２と電
磁波遮蔽性の蓋体３、３’との接合部にグランド層１０
を形成し、ビアホール１１を通じてグランド層８と電気
的に接続することにより、キャビティ４、４’内の電磁
波がシールドできるため高周波素子５、５’および第１
の線路６、６’に発生する電磁波が外部に漏洩および外
部の電磁界による悪影響を防止し、回路の誤作動を防止
することができるため、配線基板の信頼性を高めること
ができる。さらに信号伝送線路からの共振が他の回路等
に影響を及ぼさないようにするため、蓋体３、３’の内
面に電磁波吸収体をとりつけてもかまわない。

【００２９】さらに、第１の基板２のキャビティ４、
４’内の表面には、高周波素子５、５’への電源供給線
路や１ＧＨｚ以下の低周波信号が伝送される低周波信号
伝送線路（図示せず）などが設けられ、さらには、他の
電子部品等が実装されていてもよく、これらは通常の多
層配線基板技術によってビアホールまたはスルーホール
を介してキャビティ４、４’外に導出され、さらに高周
波用モジュール１の外部へと導出される。

【００３０】さらに、図１においてはグランド層８が第
２の基板１３に形成される場合について示したが、本発
明の構成によればこれに限られるものではなく、グラン
ド層８は必ずしも第２の基板１３に設けられる必要はな
い。そこで、グランド層８を第１の基板２に形成した第
２の実施態様を図２に示した。図２は、その第２の実施
態様の分解断面図である。

【００３１】図２によれば、高周波用配線基板１４にお
いては、第１の基板２、蓋体３、３’、キャビティ４、
４’、高周波素子５、５’、第１の線路６、６’は高周
波用配線基板１と同様の構成であるが、図３によれば、
第１の基板２の裏面に前記第１の線路６、６’と平行に
なるようにほぼ全面にわたりグランド層８が形成され、
グランド層８内には、スロット孔９、９’が形成され、
また、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、グラ
ンド付コプレーナ線路およびトリプレートのうちから選
ばれる１種からなる第２の線路７が誘電体材料からなる
第２の基板１３の内部に形成されている。

【００３２】そして、第１の線路６、６’と第２の基板
１３内部に形成された第２の線路７の終端部が図１で説
明したのと同様にスロット孔９、９’を介して所定の位
置関係になるように第１の基板２と第２の基板１３とを
貼り合わせることにより、第１の線路６、６’と第２の
線路７間を電磁的に結合することが可能となり、損失の
小さい信号の伝達が行われる。

【００３３】なお、第１の基板２と第２の基板１３と
は、図２の高周波用配線基板１４と同様に貼り合わせ固
定することができる。

【００３４】図２の高周波用モジュール１４において
は、第２の線路７が第２の基板１３内に設けられたもの
であるが、第２の線路は必ずしも第２の基板１３内に設
けられる必要はない。そこで、第２の線路７を他の部材
である第２の基板１３の裏面に形成した第３の実施態様
を図３に示した。図２は第２の実施態様の分解断面図で
ある。図３によれば、高周波用配線基板１５において
は、第１の基板２、蓋体３、３’、キャビティ４、
４’、高周波素子５、５’、第１の線路６、６’、スロ
ット孔９, ９’およびグランド層８は高周波用配線基板
１と同様の構成であるが、図２によれば、第２の基板１
３の裏面に第２の線路７が形成されている。

【００３５】そして、第１の線路６の終端部と第２の基
板１３裏面に形成された第２の線路７の終端部とが図１
で説明したのと同様にスロット孔９を介して所定の位置
関係になるように第１の基板２と第２の基板１３との貼
り合わせることにより、第１の線路６と第２の線路７間
を電磁的に結合することが可能となり、損失の小さい信
号の伝達が行われる。

【００３６】なお、第１の基板２と第２の基板１３と
は、図１並びに図２の高周波用モジュール１、１４と同
様に貼り合わせ固定することができる。

【００３７】また、図１〜３に示した第２の基板１３
は、第１の基板２よりも低誘電率の材料、特に樹脂製で
あることが、電磁結合性を高める上で望ましい。また、
この第２の基板１３は、ヒートシンク、ハウジングなど
を兼ね備えてもよく、もちろんこれと独立した部材であ
ってもよい。

【００３８】本発明においては、図１乃至図３の実施態
様において、第２の線路７は電磁気的にシールドされて
いることが望ましい。

【００３９】また、本発明の高周波用モジュールにおい
ては、図１〜３のモジュールでは、いずれも蓋体３、
３’、キャビティ４、４’、高周波素子５、５’、第１
の線路６、６’が同一の誘電体基板２に形成されている
が、本発明はこれに限られるものではなく、蓋体３、キ
ャビティ４、高周波素子５、第１の線路６が誘電体基板
２に、蓋体３’、キャビティ４’、高周波素子５’、第
１の線路６’が他の誘電体基板２’に形成される構造で
あってもよい。

【００４０】また、蓋体３、３’については、別体とし
て説明したが、蓋体３、３’は高周波素子５、５’を個
々に電磁的にシールドできる構造であればよく、例え
ば、蓋体３、３’が完全に一体化され、壁部３ａによっ
て第１、第２のキャビティに分別されるもの、あるい
は、蓋体３、３’が壁部３ａの開口部を蓋部３ｂで覆う
構造の壁部３ａと蓋部３ｂによって構成され、壁部３ａ
によって第１、第２のキャビティに分別されるような一
体型の蓋体であってもよい。

【００４１】さらに、キャビティ４、４’内において
は、１つの高周波素子以外に他の高周波素子や低周波素
子が内蔵されていてもよく、また、１つのキャビティ内
に電磁結合部が３つ以上存在していてもなんら差し支え
ない。

【００４２】なお、本発明によれば、誘電体基板の表面
に３つ以上のキャビティが設けられ、それぞれのキャビ
ティ内に高周波素子が収納される場合において、３つ以
上の高周波素子間が上記と同様な構造によって相互接続
されてもよく、また、相互接続されない独立した高周波
素子が存在していてもよい。

【００４３】また、本発明の高周波用モジュールにおい
ては、第２の線路７内の第１の線路６、６’との接続端
間において、整合用回路が設けられたり、線路に電子部
品等が接続、介在していてもよい。

【００４４】さらに、本発明においては、モジュールの
末端の高周波素子に対しては、第１の線路６からスロッ
ト孔９を介して導波管等を接続することにより、直接ア
ンテナ素子等に信号を伝達することが可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波用配
線基板の接続構造は、例えば高周波用モジュール等にお
いて高周波素子をそれぞれ内蔵する各々のキャビティ内
の第１の線路とキャビティ外に形成された第２の線路と
の電磁的な結合によって接続することにより、高周波信
号伝送線路がキャビティ形成のための壁体等を通過する
ことがないために、線路間及び高周波回路素子間を低伝
送損失で信号を伝達することが可能となり、また容易に
かつ低コストに作製することができる。しかも、高周波
素子、第１の線路が収納されるキャビティを導電性層等
により電磁的にシールドすることにより、非常に簡単な
構造で、外部からの電磁波による影響および素子や線路
間に及ぼす影響を防止することができ、高信頼性の小型
化が可能な高周波用モジュールを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用配線基板の接続構造の応用例
である高周波用モジュールの第１の実施態様を示す分解
断面図である。

【図２】本発明の高周波用配線基板の接続構造の応用例
である高周波用モジュールの第２の実施態様を示す分解
断面図である。

【図３】本発明の高周波用配線基板の接続構造の応用例
である高周波用モジュールの第３の実施態様を示す分解
断面図である。

【図４】従来の高周波用モジュールの構造を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１、１４、１５ 高周波用モジュール ２ 第１の誘電体基板 ３ 蓋体 ４ キャビティ ５ 高周波素子 ６ 第１の高周波伝送線路 ７ 第２の高周波伝送線路 ８、１０ グランド層 ９ スロット孔 １１ ビアホール １２ 第２の誘電体基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森岡 滋生 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 久保 貴則 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板
   表面に実装された高周波素子と、前記第１の誘電体基板
   の表面に形成され、一方の端部が前記高周波素子と電気
   的に接続された第１の高周波伝送線路とを具備する高周
   波用配線基板と、 表面または内部にスロット孔が設けられたグランド層
   と、内部または裏面に形成された第２の高周波伝送線路
   とが形成された第２の誘電体基板とを具備してなり、 前記高周波用配線基板における第１の高周波伝送線路
   と、前記第２の誘電体基板における前記第２の高周波伝
   送線路とを、前記グランド層内に設けられたスロット孔
   を介して電磁的に接続してなることを特徴とする高周波
   用配線基板の接続構造。
2. 【請求項２】第１の誘電体基板と、該第１の誘電体基板
   表面に実装された高周波素子と、前記第１の誘電体基板
   の表面に形成され、一方の端部が前記高周波素子と電気
   的に接続された第１の高周波伝送線路と、前記第１の誘
   電体基板の裏面に形成され、且つスロット孔が設けられ
   たグランド層とを具備する高周波用配線基板と、 内部または裏面に第２の高周波伝送線路が形成された第
   ２の誘電体基板とを具備してなり、 前記高周波用配線基板における第１の高周波伝送線路
   と、前記第２の誘電体基板における前記第２の高周波伝
   送線路とを、前記グランド層内に設けられたスロット孔
   を介して電磁的に接続してなることを特徴とする高周波
   用配線基板の接続構造。
3. 【請求項３】前記第１の高周波伝送線路が、マイクロス
   トリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレー
   ナ線路から選ばれる１種から構成される請求項１または
   ２記載の高周波用配線基板の接続構造。
4. 【請求項４】前記第２の高周波伝送線路が、マイクロス
   トリップ線路、コプレーナ線路、グランド付きコプレー
   ナ線路およびトリプレート線路から選ばれる１種から構
   成される請求項１または２記載の高周波用配線基板。