JPH1098301A

JPH1098301A - 信号分配構造

Info

Publication number: JPH1098301A
Application number: JP9177051A
Authority: JP
Inventors: Ron Barnett; ロン・バーネット
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-04-14
Also published as: GB9713350D0; US5756932A; GB2315916A; DE19723052A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低周波信号経路との高周波信号との分離度を増
し、共振を減衰させる製造原価が低い信号分配構造を提
供する。【解決手段】信号分配に印刷布線ができる新規な多線条
を用いた。直流及び低周波信号を分配する多線条内の内
部導体は、損失絶縁体及び導電性遮蔽によって包囲され
ている。直流及び低周波信号は、多線条によって比較的
減衰されずに済むが、内部導体に生じる高周波信号は、
損失絶縁体によって減衰される。多線条は、また、信号
経路の共振も減衰させ、スプリアス振動を排除する。代
替実施例の開放多線条構造は、導電性遮蔽を持たない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波システムにおけ
る信号分配に関するものであり、とりわけ、高周波にお
いて回路素子間を分離あるいは絶縁するように回路素子
を接続するための信号分配構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波システムに用いられる集積回路
（ＩＣ）の製造原価が低下するにつれて、システムにお
ける信号分配がシステムの製造原価に及ぼす影響がます
ます大きくなっている。無線周波（ＲＦ）及びマイクロ
波通信システムのような高周波システムでは、信号分配
経路を用いて、信号を分配し、システムのパッケージ内
においてＩＣ及びその他の回路素子を相互接続してい
る。回路素子は、システム内で高周波信号を発生し、そ
の処理を行う。低周波信号経路は、電力を分配し、回路
素子に制御信号を供給する。低周波信号経路と高周波信
号との分離は、高性能装置の実現にとって重要であり、
低周波信号経路と高周波とが結合すると、回路素子間に
漏話が生じ、性能を劣化させることがある。

【０００３】分離は、現在利用可能なさまざまな信号分
配方式を利用して実現される。信号分配方式の１つで
は、容量性貫通接続によって、低周波信号経路が高周波
信号から分離される。しかし、貫通接続と回路素子の間
においてなされるワイヤ・ボンド及び他の接続は、高周
波信号と結合し、分離を弱めることになる。この結合を
軽減するため、システムのパッケージに遮蔽構造が機械
加工で設けられ、貫通接続は、低周波信号経路の複数位
置に配置されるので、この形式の信号分配方式は製造原
価が高くつく。もう１つの信号分配方式では、分離は、
同軸ケーブルに接続されている、独立した、電気的に遮
蔽されたパッケージに回路素子を実装することによって
実現する。しかし、独立したパッケージ及び同軸ケーブ
ルも製造原価が高い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、低周波信号経路との高周波信号との分離度を増し、
共振を減衰させるための製造原価が低い信号分配構造を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の望ましい実施例
によれば、信号分配構造すなわち多線条によって、ＲＦ
またはマイクロ波通信システムのような高周波システム
において信号経路の分離が可能になる。多線条によっ
て、高性能が得られ、システムの製造原価が低下する。
多線条内の内部導体は、直流（以下ＤＣと略称す）及び
低周波信号をシステム内で分配する。内部導体は、シス
テム内において信号経路と高周波信号の間を分離するた
め、損失絶縁体及び導電性遮蔽によって包囲されてい
る。導電性遮蔽は、内部導体を高周波信号から分離し、
回路素子間の漏話を阻止する。ＤＣ及び低周波信号は、
多線条によって比較的減衰されずに済むが、内部導体に
生じる高周波信号は、損失絶縁体によって減衰される。
多線条は、また、信号経路の共振も減衰させ、スプリア
ス振動を排除する。

【０００６】本発明の代替実施例の場合、開放多線条構
造が形成される。開放多線条の内部導体は、導電性遮蔽
のない、損失絶縁体によって包囲される。開放多線条ま
たは多線条は、信号貫通接続から供給される低周波信号
をシステム全体に分配できるようにする、セラミック基
板または別形式の担体に印刷されるので、システムの製
造原価を低下させることが可能になる。

【０００７】

【実施例】図１には、高周波システム１０内において用
いられる先行技術の信号分配方式が示されている。シス
テム１０には、パッケージ１２に包囲された、受信器、
増幅器、変調器、または、他の形式のシステム１０を形
成する集積回路、個別デバイス、または、他の形式の回
路素子１１が含まれている。回路素子１１は、セラミッ
ク回路１３のマイクロ・ストリップ線１４と相互接続さ
れ、システム１０内に高周波信号経路を形成する。マイ
クロ・ストリップ線１４に生じる高周波信号は、一般
に、ＲＦまたはマイクロ波（０．０１０ＧＨｚ〜５０Ｇ
Ｈｚ）周波数範囲に含まれる。

【０００８】貫通接続１６は、システム１０の電源（不
図示）及び回路素子１１の制御回路要素（不図示）とい
った、パッケージ１２の外部にある回路要素に回路素子
１１を接続する。貫通接続１６の中心ピン１５の一方の
端部は、パッケージ１２の外部にあって、外部回路要素
に接続し、中心ピン１５のもう一方の端部は、パッケー
ジ１２の内部にあって、ワイヤ・ボンド１８に接続す
る。ワイヤ・ボンド１８は、中心ピン１５をセラミック
回路１３の低周波信号線１９に接続し、該線が、さら
に、回路素子１１に接続する。貫通接続１６、ワイヤ・
ボンド１８、及び、低周波信号線１９が、共に、システ
ム１０の低周波信号経路を形成する。中心ピン１５に加
えられる低周波信号は、一般に、ＤＣ〜０．０１０ＧＨ
ｚの周波数範囲内に含まれる。

【０００９】システム１０に生じる高周波信号は、低周
波信号経路に結合するが、システム１０のアースを形成
するパッケージ１２に分路される。これらの高周波信号
は、各貫通接続１６の内部にあって、中心ピン１５をパ
ッケージ１２に容量結合する同軸コンデンサ（不図示）
によって分路される。単一の貫通接続の代わりに、複数
の貫通接続１６が、システム１０の低周波信号経路に加
えられる各低周波信号毎に用いられる。複数の貫通接続
１６は、低周波信号経路に結合する高周波信号をより有
効に分路し、低周波信号経路と高周波信号の分離を向上
させる。しかし、複数の貫通接続は、システム１０の製
造原価を増大させる。

【００１０】高周波信号と低周波信号経路との分離が不
足のために結合を生じると、システム１０の性能を予測
することができなくなり、結合によってシステムの性能
が劣化する場合が多い。高周波信号は、入力８から同軸
コネクタを介してパッケージ１０内に入り、パッケージ
１２の空洞６に結合する。次に、ワイヤ・ボンド１８
が、空洞６において高周波信号に結合し、高周波信号
が、回路素子１１をバイパスするか、あるいは、低周波
信号経路を通って回路素子１１間に結合することができ
るようにする。高周波信号は、直接出力９に結合し、シ
ステム１０の性能を劣化させる場合もある。例えば、シ
ステム１０が、パルス変調器であって、回路素子１１
が、高減衰状態にある場合、回路素子をバイパスし、出
力９に結合する高周波信号によって、パルス変調器のパ
ルスのオン／オフ比が大幅に劣化する。低周波信号経路
と高周波信号の結合度を弱め、分離を実現するため、パ
ッケージ空洞６内またはパッケージ蓋（不図示）内にお
いて遮蔽が機械加工で設けられる。しかし、パッケージ
１２または蓋に機械加工を施して遮蔽を設けるので、こ
の形式の信号分配方式は製造原価が高くなる。

【００１１】結合以外に、低周波信号経路における共振
によって、システム１０の性能を予測することができな
くなり、共振によって、システムの性能が劣化する場合
がある。各低周波信号経路のワイヤ・ボンド１８は、貫
通接続１６の内部にある同軸コンデンサとＬ−Ｃ共振回
路を形成する固有インダクタンスを備えている。Ｌ−Ｃ
共振回路によって、回路素子１１に接続する低周波信号
経路に振動が生じることがある。さらに、この振動によ
って、出力９に生じる高周波信号にスプリアス振動が誘
発されることがある。Ｌ−Ｃ共振回路によって生じる振
動を減衰させるため、鉄を含浸したゴムすなわちポリア
イアンが、低周波信号線１９の経験に基づいて決定され
た位置に配置される。この製造ステップの追加によっ
て、システム１０の製造原価が増大する。

【００１２】先行技術による信号分配方式は、低周波信
号経路との結合及び該経路における共振を生じやすい。
分離度を増し、共振を減衰させるために用いられる技法
によって、先行技術による信号分配方式は、製造原価が
増大する。

【００１３】図２には、本発明の望ましい実施例に従っ
て構成された、高周波システム２０内の信号分配構造す
なわち多線条２２が示されている。多線条２２、ワイヤ
・ボンド１８、及び、貫通接続１６は、ＲＦまたはマイ
クロ波通信システム、または、別の形式のシステム２０
とすることが可能なシステム２０内に、信号分配経路を
形成している。多線条２２は、システム２０内において
信号分配経路を高周波信号から分離する。貫通接続１６
の中心ピン１５に加えられるＤＣ及び低周波信号は、多
線条２２のブランチ２４を経由する経路で回路素子に送
られる。入力８に加えられる高周波信号は、マイクロス
トリップ線１４、回路素子１１を通って伝搬し、さら
に、出力９を通ってパッケージ１７を出る。高周波信号
は、パッケージ１７の空洞２６に結合し、次に、ワイヤ
・ボンド１８に結合するが、高周波信号は、多線条２２
において減衰される。従って、多線条２２の各ブランチ
２４は、高周波信号から分離される。多線条２２によっ
て得られる分離によって、ＤＣ及び低周波信号を信号貫
通接続１６の中心ピン１５に加え、システム２０全体に
分配することが可能になる。このため、分離を施すの
に、複数の貫通接続１６に依存しなくてすむようにな
り、システム２０の製造原価が低下する。多線条２２に
よって高周波信号が減衰されるので、貫通接続１６に頼
って、システム２０の接地を可能にするパッケージ１７
に、高周波信号を分路するといったことはなくなる。貫
通接続１６の代わりに、あるいは、貫通接続１６に加え
て、ピン・グリッド・アレイのような他の形式の相互接
続を利用し、システム２０とパッケージ１７の外部にあ
る回路要素を相互接続することも可能である。

【００１４】多線条２２は、貫通接続１６の内部にある
同軸コンデンサ、及び、多線条２２に接続するワイヤ・
ボンド１８の固有インダクタンスによって形成されるＬ
−Ｃ共振回路によって生じる可能性のある、信号分配経
路における共振を減衰させる。これによって、システム
２０の性能が向上し、システムにおけるスプリアス振動
が低減する。多線条２２は、セラミック基板２３上また
は別の形式の担体上に簡単に印刷され、製造原価が低
い。

【００１５】図３Ａには、図２に示す多線条２２の詳細
な断面図が示されている。多線条２２は、基板２３に印
刷されている。基板２３は、各種材料から製作すること
が可能であるが、本実施例では、厚膜回路処理技術との
プロセス適合性が得られる基板が選択されている。９６
％アルミナによる厚さ1.016mm（０．０４０インチ）の
セラミック基板２３が用いられる。基板２３上に、金ペ
ーストから形成される導電性底部層２がスクリーン印刷
される。基板２３及び導電性底部層２は、炉内で焼成さ
れ、金ペーストが硬化し、導電性底部層２と基板２３が
接着される。結果得られる導電性底部層２は、厚さが0.
0762mm（０．００３インチ）で、幅が1.27mm（０．０５
０インチ）である。導電性底部層２は、基板２３を通っ
て突き出した導電性中継孔（不図示）を介して、裏側の
接地７または他の信号線に接続することが可能である。

【００１６】下方絶縁層３は、鉄・セラミック・ペース
ト、または、鉄または他の強磁性材料が埋め込まれた別
の誘電体材料から形成される。鉄・セラミック・ペース
トの一例が、Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＳｃｉｅｎｃｅＬａｂ
ｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＥＸ−＃
２０００強磁性ペーストである。鉄・セラミック・ペー
ストは、導電性底部層２の上にスクリーン印刷され、や
はり、焼成されて、鉄・セラミック・ペーストが硬化
し、導電性底部層２に接着する。結果得られる下方絶縁
層３は、厚さが0.0508mm（０．００２インチ）、幅が0.
762mm（０．０３０インチ）であり、底部層２の幅のほ
ぼ中央に位置するので、導電性底部層２の一部が下方絶
縁層３の両側で露出している。

【００１７】やはり、金ペーストから形成された内部導
体４が、下方絶縁体層３の上にスクリーン印刷される。
次に、内部導体４は、焼成されて、金ペーストが硬化
し、下方絶縁層３に接着する。内部導体４は、幅が0.12
7mm（０．００５インチ）、厚さが0.0254mm（０．００
１インチ）である。内部導体は、下方絶縁層３の幅のほ
ぼ中央に位置するので、下方絶縁層３の一部が内部導体
４の各側において露出したままになる。

【００１８】上方絶縁層５は、下方絶縁層３と同様の鉄
・セラミック・ペーストから形成される。鉄・セラミッ
ク・ペーストは、内部導体４の上にスクリーン印刷さ
れ、さらに、焼成されて、硬化し、内部導体４及び下方
絶縁層３に接着する。結果得られる上方絶縁層５は、厚
さが0.0508mm（０．００２インチ）で、幅が0.762mm
（０．０３０インチ）であり、下方絶縁層３とほぼ整列
し、内部導体４の両側で下方絶縁層３と接触し、従っ
て、内部導体４を包囲することになる。

【００１９】最後に、金ペーストから形成される導電性
頂部層１が、上方絶縁層５の上にスクリーン印刷され
る。導電性頂部層１は、焼成されると、金ペーストが硬
化して、上方絶縁層５に接着し、下方絶縁層３の各エッ
ジにおいて導電性底部層２に接着する。上方絶縁層５及
び導電性頂部層１は、多線条２２に対する相互接続点か
ら内部導体４に対して後退している。これによって、内
部導体４に対するワイヤ・ボンドまたは他の形式の接続
を行うことが可能になる。

【００２０】下方絶縁層３及び上方絶縁層５は、共に、
内部導体４を包囲する損失絶縁体を形成している。導電
性底部層２及び導電性頂部層１は、共に、損失絶縁体及
び内部導体４を包囲する導電性遮蔽を形成している。導
電性底部層２及び導電性頂部層６によって形成される導
電性遮蔽は、信号が内部導体４に結合するのを阻止す
る。導電性遮蔽は、基板２３の導電性中継孔を通って、
背面の接地７またはパッケージ１７に接続することが可
能である。下方絶縁層３及び上方絶縁層５内の強磁性材
料は、内部導体４に生じる高周波信号を減衰させる。損
失絶縁体によって生じる減衰または伝送損失によって、
高周波信号に対する多線条２２の全長に沿った分離が得
られる。損失絶縁体によって生じる減衰によって、シス
テム２０の信号分配経路における共振も減衰する。

【００２１】システム２０の性能及び製造原価の目標に
従って、多線条２２の構造を修正することが可能であ
る。例えば、システム２０において導電性遮蔽が不要で
ある場合、多線条は、導電性頂部層１または導電性底部
層２抜きで構成される。図３Ｂには、本発明の望ましい
代替実施例に基づいて構成された開放多線条３２が示さ
れている。開放多線条３２は、導電性底部層２及び導電
性頂部層１がないことを除けば、図３Ａの多線条と同様
に形成される。開放多線条３２の内部導体４は、内部導
体に加えられる高周波信号に損失または減衰を生じさせ
る下方絶縁層３及び上方絶縁層５の間に挿入されてい
る。

【００２２】図４には、多線条２２の信号減衰または伝
送損失対信号周波数が示されている。図４のプロット
は、長さ25.4mm（１インチ）の多線条２２に関するもの
である。問題となる周波数範囲内において、ＤＣ及び低
周波信号（帯域Ａ）は、減衰が小さく、高周波信号（帯
域Ｂ）は、ＤＣ及び低周波信号に対してかなり大きく減
衰する。多線条２２の単位長当たりの減衰は、下方絶縁
層３または上方絶縁層５の鉄含有量や透磁率を変更する
ことによって調整される。多線条２２の減衰は、多線条
２２の長さに従って変動し、多線条の長さを延長するこ
とによって増大させることが可能である。

【００２３】この周波数応答、すなわち信号周波数に対
する減衰のゆえに、多線条２２を高周波システム２０に
おける低周波信号経路以外のさまざまな用途にも用いる
ことが可能になる。例えば、ミクサの中間周波数（Ｉ
Ｆ）ポートに接続された信号経路として用いられる場
合、多線条２２は、高周波信号を減衰させ、ミクサの他
のポートからの高周波信号の漏洩を減少させる。多線条
２２は、信号経路を分離し、共振を減衰させることによ
って高いシステム性能をもたらす。多線条２２は、既知
の厚膜処理技法に簡単に組み込むことができ、製造原価
が安い。

【００２４】以下に本発明の実施態様の数例を掲げる。（実施態様１）信号を受信するための内部導体（４）
と、内部導体（４）を包囲しており、信号を減衰させ
て、その結果、信号の周波数が所定の周波数範囲内で高
くなるにつれて、減衰が大きくなるようにするための損
失絶縁体（３、５）と、損失絶縁体のまわりに配置され
た外部導電性遮蔽（１、２）と、外部導電性遮蔽（１、
２）に接着された基板（２３）とを備えた、信号分配構
造（２２）。

【００２５】（実施態様２）外部導電性遮蔽（１、２）
が接地（７）に接続されていることを特徴とする、実施
態様１に記載の信号分配構造（２２）。（実施態様３）損失絶縁体（３、５）に、さらに、強磁
性材料が埋め込まれている誘電絶縁体が含まれることを
特徴とする、実施態様１に記載の信号分配構造（２
２）。（実施態様４）外部導電性遮蔽（１、２）に、基板（２
３）上に配置された導電性底部層（２）と、導電性底部
層（２）に接続された導電性頂部層（１）が含まれてい
ることを特徴とする、実施態様１に記載の信号分配構造
（２２）。

【００２６】（実施態様５）損失絶縁体（３、５）に、
内部導体（４）の下方の導電性底部層（２）上に配置さ
れた下方絶縁層（３）と、内部導体（４）の上方の下方
絶縁層（３）上に配置された上方絶縁層（５）が含まれ
ていることを特徴とする、実施態様４に記載の信号分配
構造（２２）。（実施態様６）下方絶縁層（３）及び上方絶縁層（５）
が強磁性ペーストから形成されることを特徴とする、実
施態様５に記載の信号分配構造（２２）。

【００２７】（実施態様７）基板（２３）と、基板（２
３）上に形成され、所定の幅を備えた下方絶縁層（２）
と、下方絶縁層（３）上に形成され、幅が下方絶縁層
（３）の幅より狭い、信号を受信する内部導体（４）
と、下方絶縁層（３）及び内部導体（４）の上方に形成
され、幅が内部導体（４）の幅を超える上方絶縁層
（５）が含まれており、下方絶縁層（３）及び上方絶縁
層（５）によって、内部導体（４）が包囲されること
と、上方絶縁層（５）及び下方絶縁層（３）によって、
信号が減衰し、所定の周波数範囲内において、信号の周
波数が高くなるにつれて、減衰が増大するようになって
いることを特徴とする、信号分配構造（２２、２３）。

【００２８】（実施態様８）下方絶縁層（３）及び上方
絶縁層（５）が、強磁性材料が埋め込まれた誘電絶縁体
から形成されることを特徴とする、実施態様７に記載の
信号分配構造（２２、２３）。（実施態様９）さらに、基板（２３）と下方絶縁層
（３）の間において、基板上に形成され、幅が下方絶縁
層（３）の幅より広い導電性底部層（２）と、上方絶縁
層（５）上に形成される導電性頂部層（１）が含まれて
おり、導電性頂部層（１）が導電性底部層（２）に接続
し、上部絶縁層（５）及び下部絶縁層（３）を包囲する
ことを特徴とする、実施態様８に記載の信号分配構造
（２２、２３）。

【００２９】（実施態様１０）導電性頂部層（１）及び
導電性底部層（２）、及び、内部導体（４）が、それぞ
れ、金ペーストから形成されることを特徴とする、実施
態様９に記載の信号分配構造（２２、２３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波システム内における先行技術による信号
分配方式を示すシステムの概略図である。

【図２】本発明の望ましい実施例に従って構成された信
号分配構造、すなわち、多線条を使用したシステムの概
略図である。

【図３Ａ】図２に示す多線条の詳細を示す断面図であ
る。

【図３Ｂ】本発明の望ましい代替実施例に従って構成さ
れた開放多線条を示す断面図である。

【図４】多線条の信号減衰対信号周波数特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１導電性頂部層２導電性底部層３下方絶縁層４内部導体５上方絶縁層６空洞７接地８入力９出力１４マクロ・ストリップ線１５中心ピン１６貫通接続１７パッケージ１８ワイヤ・ボンド２０高周波システム２２多線条２３基板２４ブランチ２６空洞３２開放多線条

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号を受信するための内部導体と、内部導体を包囲し、信号を減衰させて、その結果、信号
の周波数が所定の周波数範囲内で高くなるにつれて、減
衰が大きくなるようにする、損失絶縁体と、損失絶縁体のまわりに配置された外部導電性遮蔽と、外部導電性遮蔽に接着された基板とを備えた、信号分配構造。