JPH11111890A

JPH11111890A - 高周波配線基板

Info

Publication number: JPH11111890A
Application number: JP9267581A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchimura; 弘志内村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3398311B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストを低減させる。また、各種製品仕様
に適用できる高周波配線基板を提供する。【解決手段】導体層が形成された誘電体基板内に信号波
長の１／２以下の間隔で多数のビアホール導体１３、１
６を並べたビアホール導体群１４、１７を複数個配列
し、隣接するビアホール導体群１４、１７間を信号伝送
用線路１５、１８となす誘電体導波路体８、９を、隣接
する誘電体導波路体８、９間での信号伝送用線路１５、
１８の方向がほぼ直交されるように積み重ねて、上記導
体層内の孔に貫通させた給電体２０、２３、２４により
双方の信号伝送用線路１５、１８間を接続せしめた高周
波配線基板７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主にマイクロ波およ
びミリ波等の高周波信号を利用する半導体パッケージな
どの高周波配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、配線基板や半導体パッケージに形
成するマイクロ波やミリ波等の高周波信号伝送線路とし
て、マクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレー
ナ線路、スロット線路等の平面型線路があるが、これら
平面型線路は簡単な構成であって、製造が容易である
が、その反面、３０ＧＨｚ以上になると伝送特性が劣化
するという問題点がある。

【０００３】かかる問題点を解決して、ミリ波領域でも
優れた伝送特性を達成するために、図５や図６に示すよ
うな誘電体導波路構造が提案されている。図５の誘電体
導波路構造Ａによれば、誘電体層１の両主面に導体層
２、３を形成し、これら導体層２、３間を接続する二列
の複数のビアホール導体４によって側壁を形成し、これ
ら側壁によって囲まれる誘電体層１の領域を信号伝送用
線路５としている（特開平６−５３７１１号参照）。

【０００４】また、本発明者等が提案した図６に示す誘
電体導波路構造Ｂにおいては、上記誘電体導波路構造Ａ
の誘電体層１を複数の誘電体層６で形成し、各誘電体層
６を副導体層７を介して積層している。そして、この副
導体層７によってビアホール導体４が配列された側壁に
対し、電気的な壁として強化され、伝送特性が向上する
（特願平８−１５７２３号参照）。

【０００５】かくして上記構成の誘電体導波路構造Ａ、
Ｂによれば、ミリ波領域においても優れた伝送特性が得
られ、しかも、平面内での線路の引き回しを任意におこ
なうことができ、さらに従来の誘電体シート積層化技術
を用いて容易に作製でき、これにより、配線基板または
半導体パッケージに用いる高周波信号に適した誘電体導
波路が得られた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記誘
電体導波路構造Ａ、Ｂにおいては、信号伝送用線路５を
引き回す場合、その側面に多数のビアホール導体、たと
えば数千個から数万個のビアホール導体４を配列するの
で、下記のような問題点がある。

【０００７】ビアホール導体は、誘電体シートにマイク
ロドリル、レーザ、打ち抜きにより加工して、ビアホー
ルをつくり、ついで印刷技術によりビアホールに導体ペ
ーストを埋め込んで形成する。これら加工方法にうち、
マイクロドリルを用いた場合では、ある程度の厚みの誘
電体層でも加工できるが、順次形成するので生産効率が
低いという問題がある。これに対して、レーザによる穴
加工では、高速でおこなうことができるが、その反面、
レーザ照射のための装置が非常に高価である。そこで、
通常、金属ピンによる打ち抜き加工が用いられている。

【０００８】この打ち抜き加工には２とおりあり、一つ
のピンでもって穴を一つずつ順次空けていくという方法
と、所定の位置に多数のピンを予め取り付けた治具を作
製し、一つのシートに対し、同時にすべての穴を空ける
という方法とがある。前者の方法では、入力された数値
データによって穴加工位置が決められるので、どのよう
な配列加工でも可能となるが、加工の所要時間が長いと
いう問題点がある。後者の方法では、非常に効率よく打
ち抜き加工ができるが、ピンが一本でも折れると治具を
交換する必要があり、製造コスト上問題である。さら
に、双方の加工方法を組み合わせた方法も考えられ、一
シート内のビアホールを数ブロックに分割し、各ブロッ
ク毎に多数のピンを備えた治具を用意すれば、一つの治
具のコストが低減でき、さらに加工時間も短縮できる。
しかしながら、さまざまなパターンで伝送回路を引き回
し、製品毎にパターンが異なれば、非常に多数の治具が
必要となり、その結果、製造コストが増大する。

【０００９】本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究に努
めた結果、多数のビアホール導体を所定の方向に並べた
ビアホール導体群を複数個配列し、隣接するビアホール
導体群間を信号伝送用線路となす誘電体導波路体を打ち
抜き加工で複数個作製し、信号伝送用線路間を接続する
ように、それらを積み重ねた高周波配線基板であれば、
個々の誘電体導波路体に対し信号伝送用線路を規定する
だけで、さまざまな製品仕様に適用でき、製造コストが
低減されることを見出した。

【００１０】したがって、本発明は上記知見により完成
されたものであって、その目的は製造コストを低減させ
るとともに、各種製品仕様に適用できる高周波配線基板
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波配線基板
は、両主面に導体層が形成された誘電体基板の厚み方向
に信号波長の１／２未満の間隔で多数のビアホール導体
を一定方向に並べたビアホール導体群を３列以上配設
し、隣接するビアホール導体群間が信号伝送用線路とな
る第１の誘電体導波路体と同様の第２の誘電体導波路体
とを、双方の信号伝送用線路の方向がほぼ直交するよう
に積層した誘電体導波路体間の導体層に開口部を設け、
この開口部に給電体を貫通させて双方の信号伝送用線路
を接続せしめたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１〜図４により
詳述する。図１は本発明の高周波配線基板７の破断面分
解図であり、図２は図１中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面
図である。また、図３は本発明の高周波配線基板を構成
する個々の誘電体導波路体の平面図、図４は本発明の高
周波配線基板をアレーアンテナの給電回路に用いた場合
の個々の誘電体導波路体の平面図である。

【００１３】図１と図２に示す高周波配線基板７によれ
ば、２種類の誘電体導波路体８、９を積み重ねたもので
あって、それぞれの両主面には通常、グランド層と呼ば
れる導体層１０、１１、１２が形成されている。なお、
導体層１１は双方の誘電体導波路体８、９の共通の導体
層である。

【００１４】誘電体導波路体８においては、信号波長の
１／２未満の間隔で多数のビアホール導体１３をｘ方向
に並べられ、これによってビアホール導体群１４とな
し、これらビアホール導体群１４もｘ方向に複数個配列
されている。そして、これら隣接するビアホール導体群
１４間を信号伝送用線路１５となす。

【００１５】他方の誘電体導波路体９においても、信号
波長の１／２未満の間隔で多数のビアホール導体１６を
ｙ方向に、すなわちｘ方向と直交するように並べられ、
これによってビアホール導体群１７となし、これらビア
ホール導体群１７もｙ方向に複数個配列され、隣接する
ビアホール導体群１７間を信号伝送用線路１８となす。

【００１６】上記導体層１０には前記開口部としての穴
１９が形成され、この穴１９にはそれと非接触となるよ
うに給電体２０を貫通させている。同様に導体層１１、
１２にも穴２１、２２が貫通され、それぞれ非接触のま
まで給電体２３、２４を貫通させている。これら給電体
２０、２３、２４はたとえばピン形状にする。

【００１７】上記構成の高周波配線基板７においては、
給電体２４に高周波信号を入力すると、誘電体導波路体
９の信号伝送用線路１８を伝播し、給電体２３を通じて
誘電体導波路体８の信号伝送用線路１５を伝播し、給電
体２０より出力される。

【００１８】この高周波配線基板７によれば、ビアホー
ル導体１３、１６を信号波長の１／２未満の間隔で、好
適には１／４程度の間隔で並べるとよく、これによっ
て、信号の伝送方向に対して垂直方向に電気的な壁が形
成され、その結果、信号（電磁波）が信号伝送用線路１
５、１８の方向にのみ良好に伝播される疑似的な導波管
となる。

【００１９】そして、このような構成の高周波配線基板
７には、導体層１２の上に誘電体層を形成し、その上部
にマイクロストリップ線路、コプレーナ線路またはプリ
ント型のアンテナ素子を形成してもよい。また、上記信
号伝送用線路１５、１８においては、それぞれ給電体２
４から左右双方向に伝播されるので、一方の伝播に対し
ては反射機能をもたせたビアホール導体は配して、それ
によって反射した高周波信号と、他方に伝播される高周
波信号とを組み合わせている。その場合、両者の電磁波
の位相が合うように給電体から管内波長の１／４程度の
位置に、かかる反射機能のビアホール導体を配するとよ
い。

【００２０】図３に示す回路接続例によれば、Ａは誘電
体導波路体８の平面図、Ｂは誘電体導波路体９の平面図
である。また、白丸および黒丸はいずれも導体層１０、
１１、１２に設けた孔１９、２１、２２を示し、白丸は
誘電体導波路体８や誘電体導波路体９のそれぞれの線路
と下層の誘電体導波路体の線路とを接続する給電部、黒
丸は誘電体導波路体８や誘電体導波路体９のそれぞれの
線路と上層の誘電体導波路とを接続する給電部を示す。

【００２１】まず、誘電体導波路体８の裏面から誘電体
導波路体９の上面への給電経路を示すと、誘電体導波路
体８の裏面より給電体２０ａを通して信号伝送用線路１
５ａに信号として給電される。この信号は信号伝送用線
路１５ａをｙ方向に伝播され、給電体２３ａを通して誘
電体導波路体９の信号伝送用線路１８ｂに給電され、ｘ
方向に伝播して給電体２４ａより誘電体導波路体９の上
面まで接続される。

【００２２】また、誘電体導波路体９の上面から誘電体
導波路体９の上面の他の位置への給電経路を示すと、誘
電体導波路体９の上面において、給電体２４ｂを通して
ｘ方向の信号伝送用線路１８ｃに信号として給電され
る。つぎに給電体２３ｂを通してｙ方向の信号伝送用線
路１５ｂに伝播され、給電体２３ｃを通してｘ方向の信
号伝送用線路１８ｄに信号として給電される。そして、
給電体２４ｃを通して誘電体導波路体９の上面に給電さ
れる。

【００２３】なお、図３の回路接続例において、さらに
信号伝送用線路１５、１８の中央部に電源線Ｋを形成し
てもよく、これにより、同軸タイプの線路となり、電源
線に不要なノイズが乗らなくなる。このような電源線Ｋ
の接続も同様にビアホール導体により接続する。

【００２４】つぎに図４にアレーアンテナの給電回路例
を示す。同図によれば、誘電体導波路体８の裏面におい
て給電体２０ｂを通して信号伝送用線路１５ｃに信号と
して給電される。この信号は２分され、一方の信号は給
電体２３ｄに通される。なお、図４において上下対称の
給電関係であるので、下方の給電回路についてのみ説明
する。この給電体２３ｄを経由した信号は２分され、一
方は給電体２３ｅへ、他方は給電体２３ｆへ伝播され
る。それぞれの信号は信号伝送用線路１５ｄ、１５ｅへ
通じるが、図４において左右対称の給電関係となるの
で、左側のものは略す。つぎに信号伝送用線路１５ｅを
通る信号は給電体２３ｇ、２３ｈを通して２分され、信
号伝送用線路１８ｆ、１８ｇにいたる。そして、各信号
伝送用線路１８ｆ、１８ｇよりそれぞれ給電体２４ｄ、
２４ｅ、２４ｆ、２４ｇを通して外部に配設したアンテ
ナ素子に接続され、このアンテナ素子に信号が給電され
る。

【００２５】つぎに本発明の高周波配線基板７の製造方
法を述べる。誘電体導波路体８、９はアルミナセラミッ
クスやガラスセラミックス、窒化アルミニウムセラミッ
クス等の誘電体材料からなるが、アルミナセラミックス
からなる場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラ
ミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合
し、ドクターブレード法や圧延法によってシート状成形
体（グリーンシート）を作製し、このセラミックグリー
ンシートの表面に、導体層１０、１１、１２としてタン
グステン、モリブデン等の金属粉末を含む導電べ一スト
を従来周知の厚膜印刷法等を採用することによって５〜
２５μｍの厚みをもって印刷・塗布する。同時にセラミ
ックグリーンシートに予め開けておいたビアホール導体
１３、１６用の穴に導電ペーストを埋め込み、セラミツ
クグリーンシートと同時に焼成（約１６００℃）するこ
とによって誘電体導波路体８と誘電体導波路体９との積
層構造である高周波配線基板７をなす。

【００２６】上記のようにグリーンシートに多数の孔を
配列形成するには、所要とおりのビアホール導体配列を
得るために、その配列に対応する所定の位置に多数のピ
ンを予め取り付けた治具を作製し、この治具を用いた打
ち抜き加工でもって複数個作製すると、いずれも誘電体
導波路体８、９の双方に使用することができる。そし
て、各誘電体導波路体８、９に応じた仕様にするために
は、さらに給電体２０、２３、２４などのように所定に
位置に設けるために別の仕様で穴を設ける。たとえば、
各誘電体導波路体８、９をそれぞれ３層のグリーンシー
トにより構成して、個々の層の積層にともなって適宜ビ
アホール導体を形成することで、所要とおりの給電体２
０、２３、２４を設けることができる。

【００２７】かくして上記のように製造することで、ビ
アホール導体配列を形成するまでは、各誘電体導波路体
に対して共通のものを使用することができ、さらに用途
に応じて給電体用の穴を形成するので、さまざまな製品
仕様に適用でき、製造コストが低減される。

【００２８】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良等は何ら差し支えない。たとえばこの実
施形態例では、二つの誘電体導波路体を積層したが、３
個もしくはそれ以上の誘電体導波路体を重ねてもよい。
また、給電体としてピン形状のビアホール導体で構成し
たが、これに代えて積層構造の上層と下層において、双
方の間に共有して配した導体層の一部にスロットや孔を
空けて給電体となし、これによって接続してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の高周波配線基板
によれば、多数のビアホール導体を所定の方向に並べた
ビアホール導体群を複数個配列し、隣接するビアホール
導体群間を信号伝送用線路となす誘電体導波路体を、隣
接する誘電体導波路体間での信号伝送用線路の方向がほ
ぼ直交されるように積み重ねて、上記導体層内の開口部
に貫通させた給電体により双方の信号伝送用線路間を接
続させている。このような構成にしたことで、各誘電体
導波路体に対し共通な打ち抜き加工でき、これにより、
製造コストが著しく低減される。さらに従来では一つの
信号伝送用線路に対し２列のビアホール導体群を形成し
なければならなかったが、本発明においては、隣接する
信号伝送用線路間で共通のビアホール導体群を使用する
ので、信号伝送用線路の数に対するビアホール導体群の
数が減少し、これによっても製造コストが低減できた。

【００３０】また、本発明によれば、個々の誘電体導波
路体に対し信号伝送用線路を規定するだけで、さまざま
な製品仕様に適用できる高周波配線基板が提供でき、た
とえばマイクロ波やミリ波等の高周波信号を利用した通
信システム、ＩＤカードシステム、無線ＬＡＮ、車載レ
ーダー等のシステムの開発に伴って、これらの機器に使
用される高周波素子収納用パッケージなどの高周波配線
基板が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波配線基板の分解破断面図であ
る。

【図２】図１中の切断面線Ｘ−Ｘによる断面図である。

【図３】ＡおよびＢは本発明の高周波配線基板を構成す
る個々の誘電体導波路体の平面図である。

【図４】ＡおよびＢは本発明の高周波配線基板を構成す
る個々の誘電体導波路体の平面図である。

【図５】従来の誘電体導波路構造の斜視図である。

【図６】従来の誘電体導波路構造の斜視図である。

【符号の説明】

７高周波配線基板８、９誘電体導波路体１０、１１、１２導体層１３、１６ビアホール導体１４、１７ビアホール導体群１５、１８信号伝送用線路１９、２１、２２穴２０、２３、２４給電体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両主面に導体層が形成された誘電体基板の
厚み方向に信号波長の１／２未満の間隔で多数のビアホ
ール導体を一定方向に並べたビアホール導体群を３列以
上配設し、隣接するビアホール導体群間が信号伝送用線
路となる第１の誘電体導波路体と同様の第２の誘電体導
波路体とを、双方の信号伝送用線路の方向がほぼ直交す
るように積層した誘電体導波路体間の導体層に開口部を
設け、この開口部に給電体を貫通させて双方の信号伝送
用線路を接続せしめた高周波配線基板。