(57)【要約】【課題】方路変更に伴う反射の発生や電磁エネルギーの放射量を低減し、伝送特性の改善を図ることが可能な回路基板とそれを収容する高周波用パッケージを提供する。【解決手段】同軸コネクタ１２が備えられた高周波用パッケージ１０内に半導体素子１５とともに設置され、隣り合う二つの辺のうちの第一の側面１４ａに同軸コネクタ１２が、第二の側面１４ｂに半導体素子１５が配置される矩形状の回路基板であって、同軸コネクタ１２と半導体素子１５とを接続する信号線路１６をその基板上に備えるとともに、信号線路１６が同軸コネクタ１２の軸方向Ｙを基準として少なくとも３０度の角度をもって緩曲して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸コネクタが接続されるパッケージの内部に半導体素子とともに設置される矩形平板状の回路基板であって、この回路基板の隣り合う二つの側面のうち、第一の側面に近接配置される前記同軸コネクタと第二の側面に近接配置される前記半導体素子を接続するマイクロストリップ線路を備え、このマイクロストリップ線路は前記同軸コネクタの軸方向に対して少なくとも３０度の角度で緩曲して形成されることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記マイクロストリップ線路は、微小長さに区分された各線路の角度が少なくとも減少しないように形成されることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
同軸コネクタが側面に装着される枠体と、この枠体の内部に収容される半導体素子及び矩形平板状の回路基板とを備え、この回路基板の隣り合う二つの側面のうち、第一の側面に前記同軸コネクタが近接配置され、第二の側面に前記半導体素子が近接配置されるとともに、前記回路基板の表面に前記同軸コネクタと前記半導体素子を接続するマイクロストリップ線路が前記同軸コネクタの軸方向に対して少なくとも３０度の角度で緩曲して形成されることを特徴とする高周波用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に高周波信号の伝送用線路が形成された回路基板とそれを収容する高周波用パッケージに係り、特に、高周波信号の伝送時に発生するエネルギー損失を抑えて、好適な伝送特性を実現することが可能な回路基板とそれを収容する高周波用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波伝送用の半導体素子が内部に収容される高周波用パッケージに対して、特に優れた伝送特性が要求される場合、外部機器に対する信号伝送用の入出力端子として同軸コネクタが用いられることがある。高周波用パッケージでは、同軸線路と基板伝送路との間に電気的な接続部が介在するため、高周波信号の伝送に際して、空間的に非対称な電磁界分布（基板伝送路）から空間的に対称な電磁界分布（同軸線路）への変換、あるいはこの逆変換が発生する。そのため、同軸コネクタを入出力端子として備えた高周波用パッケージでは、電磁的な不連続性に伴うエネルギー放射が発生し、信号電力の損失が大きくなるという課題があった。
【０００３】
このような課題を解決するものとして、例えば、特性インピーダンスが略等しい第１及び第２のストリップ線路と同軸線路とからなり、第２のストリップ線路の線路導体が第１のストリップ線路の線路導体及び同軸線路の中心導体の一部と接触するように第１のストリップ線路上に載置される構造のストリップ線路／同軸線路変換器が提案されている（特許文献１参照）。
上述のストリップ線路／同軸線路変換器によれば、第１のストリップ線路と第２のストリップ線路とが接触する面をはさんで対称的に配置される構造となっているため電磁界分布は共に対称的となり、ストリップ線路と同軸線路との間における電磁モードの変換が円滑に行われる。これにより、電磁エネルギーの放射や信号電力損失を防止することが可能となる。
【特許文献１】特開平７−２４０６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の発明においては、ストリップ線路／同軸線路変換器によって電磁モードの変換が円滑に行われたとしても、基板伝送路を構成する導体が必ずしも直線状に形成されるとは限らず、例えば、コーナーやカーブ等の屈曲部を有する場合には、屈曲部における特性インピーダンスの不連続性によって反射が発生するという課題があった。さらに、屈曲部では電磁エネルギーの放射による損失を生ずるという課題もあった。
【０００５】
従来の基板伝送路における上記課題について、図４の例を参照しながら詳細に説明する。
図４（ａ）は信号線路にコーナー部を有する従来の回路基板の平面図であり、図４（ｂ）は信号線路にラウンド部を有する従来の回路基板の平面図である。なお、本願明細書では、「誘電体基板」上に信号線路が形成されたものを「回路基板」として、両者を区別して用いている。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、同軸コネクタ１２１ａ、１２１ｂと半導体チップ１５１ａ、１５１ｂが誘電体基板１４１ａ、１４１ｂ上に形成された基板伝送路（信号線路１６１ａ、１６１ｂ）を介して接続されており、半導体チップ１５１ａ、１５１ｂが同軸コネクタ１２１ａ、１２１ｂのコネクタ芯線１３１ａ、１３１ｂの突出方向ではなくその横方向に配置されたレイアウトとなっている。
【０００６】
一般に、このようなレイアウトの場合、信号線路１６１ａ，１６１ｂの一部に９０度のコーナー部が設けられるが、このままではコーナー部での特性インピーダンスが低下して反射が生じてしまう。さらに、放射も起こる。そのため、実際には、図４（ａ）に示すように、さらにコーナー部に対して面取り（ベンド処理）が施される。コーナー部における線路導体−接地導体間の容量（Ｃ）はコーナー部の導体面積（Ｓ）にほぼ比例（式（１）参照）するため、コーナー部の導体面積（Ｓ）を小さくすると、線路導体−接地導体間の容量（Ｃ）が減少する。それに伴い、特性インピーダンス（Ｚ0）は大きくなる（式（２）参照）。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
【数２】
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【０００９】
つまり、信号線路にコーナー部を設ける場合、ベンド処理を行うことによって特性インピーダンスを好適に整合させ、伝送特性の劣化を防ぐことが可能となる。図４（ａ）では、反射は改善されるが、放射による損失は改善されない。また、使用する周波数が高いほど電磁エネルギーの放射量は多くなる傾向にあるため、ブロードバンド環境が求められる昨今では、高周波帯を利用した高速通信時における伝送特性等、伝送品質に関する不具合が顕在化するようになっていた。
【００１０】
一方、上述のようにコーナー部を形成せず、図４（ｂ）に示すようにラウンド処理によって線路を構成する場合もある。このような線路形態によれば、コーナー部を有する構成に比べて、電磁エネルギーの放射量を低減することができる。そして、ラウンド部のＲ（半径）は大きければ大きいほど、電磁エネルギーの放射量は少なくなる傾向にある。しかしながら、ラウンド部のＲを大きくするためには、線路を円弧状に大きく引き回さなければならず、基板上の敷設スペースを多く必要とするため、線路敷設の自由度や小型化を阻害する要因となっていた。
【００１１】
本発明は、以上のような従来の技術が有する課題を解決するためのものであり、誘電体基板上に形成される線路において大きな方路変更を必要とする場合でも、電磁エネルギーの放射量を効果的に低減させるとともに、伝送特性の劣化を防ぐことが可能な回路基板とそれを収容する高周波用パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、同軸コネクタが接続されるパッケージの内部に半導体素子とともに設置される矩形平板状の回路基板であって、この回路基板の隣り合う二つの側面のうち、第一の側面に近接配置される同軸コネクタと第二の側面に近接配置される半導体素子を接続するマイクロストリップ線路を備え、このマイクロストリップ線路は同軸コネクタの軸方向に対して少なくとも３０度の角度で緩曲して形成されることを特徴とするものである。
このような構成によれば、同軸コネクタと半導体素子がそれぞれ回路基板の隣り合う側面に近接配置され、これらを接続するマイクロストリップ線路の向きが大きく異なるような場合であっても、電磁エネルギーの放射量が極めて少なくなり、伝送特性（通過特性）が向上する。また、これらの作用は、線路材質の改良や構造の改造等によらず、線路形状の調整のみによって実現される。さらに、屈曲した線路形態をとることなく、ショートカットによって伝送路が形成される。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路基板において、マイクロストリップ線路は、微小長さに区分された各線路の角度が少なくとも減少しないように形成されることを特徴とするものである。
このような構成によれば、請求項１に記載した発明と同様の作用を有する。また、緩曲するマイクロストリップ線路が正確に形成されるため、良好な伝送特性が安定して実現されるという作用を有する。
【００１４】
さらに、請求項３に記載された発明である高周波用パッケージは、同軸コネクタが側面に装着される枠体と、この枠体の内部に収容される半導体素子及び矩形平板状の回路基板とを備え、この回路基板の隣り合う二つの側面のうち、第一の側面に同軸コネクタが近接配置され、第二の側面に半導体素子が近接配置されるとともに、回路基板の表面に同軸コネクタと半導体素子を接続するマイクロストリップ線路が同軸コネクタの軸方向に対して少なくとも３０度の角度で緩曲して形成されることを特徴とするものである。
このような構成からなる高周波用パッケージにおいては、収納される回路基板が請求項１乃至請求項３に記載した発明と同様の作用を有することから、半導体素子や同軸コネクタを搭載するパッケージとしての利便性が高まる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された回路基板によれば、同軸コネクタと半導体素子とを接続するマイクロストリップ線路の向きが大きく異なるような場合であっても、滑らかな軌道により線路を形成することができる。従って、電磁エネルギーの放射量が極めて少なく、伝送特性（通過特性）に優れた回路基板を実現できる。また、線路材質の改良や構造の改造等によらず、線路形状の調整のみによって回路基板を実現できるため、簡易に本発明を提供することが可能である。さらに、線路長を短路化できるため、マイクロストリップ線路の配設スペースを省いて、基板の小型化を図ることが可能である。
【００１６】
また、請求項２に記載された回路基板によれば、簡易かつ確実に本発明を実現できるため、製品の品質を保つとともに、設計や製造にかかるコストを低減することができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、実用性、利便性及び信頼性に優れる高周波用パッケージを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施の形態に係る回路基板の実施例について図１乃至図３を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
回路基板の実施例について図１を用いて説明する（特に、請求項１及び請求項２に対応）。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る回路基板の実施例の平面図であり（ｂ）は同図（ａ）に示されるＡ’部の拡大図である。なお、図１は高周波用パッケージ１０に搭載された状態の回路基板を正面から見た場合の様子を示したものである。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、高周波用パッケージ１０の内部には誘電体基板１４の他、アンプやレーザーダイオード等の半導体チップ（半導体素子）１５が収容されており、半導体チップ１５と誘電体基板１４とはボンディングワイヤ（図示せず）等によって電気的に接続されている。そして、半導体チップ１５が収容される枠体１１には予め同軸コネクタ１２が挿着されており、誘電体基板１４の表層面上に配設された信号線路１６を介し同軸コネクタ１２のコネクタ芯線１３と半導体チップ１５とが電気的に接続される構成となっている。すなわち、このような構成によって高周波用パッケージ１０に収容された半導体チップ１５は、誘電体基板１４上の信号線路１６及び同軸コネクタ１２を介して図示しない外部機器に対して電気的に接続されることとなる。
【００２１】
誘電体基板１４は、その一側面上に線路導体（信号線路１６）を形成するとともに他の側面上に接地導体２６（図２（ｂ）参照）が形成されるマイクロストリップ線路を構成するものであり、信号線路１６の半導体チップ１５近傍表面の両脇には接地導体１７が形成され、接地導体２６と電気的に接続するためのビアホール３０が設けられている。
マイクロストリップ線路は、誘電体基板１４上に信号線路１６を構成するため、誘電体基板１４やその接続対象となる素子やコネクタの位置関係によってその方路が様々なバリエーションを形成する。
【００２２】
図１（ａ）の例において、誘電体基板１４は矩形状をなしており、側面１４ａに隣接して同軸コネクタ１２が配置され、側面１４ｂに隣接して半導体チップ１５が配置されている。そして、誘電体基板１４上には、半導体チップ１５とコネクタ芯線１３とを接続するためにコネクタ芯線接続部ａから半導体チップ接続部ｂにかけて信号線路１６が形成されている。
本実施例の回路基板において、信号線路１６がコネクタ芯線接続部ａからコネクタ芯線１３の軸方向（以下、Ｙ方向という。）に対して反時計回りに３０度以上の角度をもって形成されている。この場合、後述するようにエネルギー放射量を抑えて良好な通過特性を実現することが可能である。
【００２３】
また、この回路基板においては、滑らかな軌道によって信号線路１６が形成されている。すなわち、微小長さに区分された各線路がそれぞれ３０度以上の角度をもった方向へ形成され、かつ、これらの角度が単調増加するようにして緩曲区間が形成されている。以下、この緩曲区間の具体的な形成方法について図１（ｂ）を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、ここでは、まず、緩曲区間Ａにおける信号線路１６を、便宜上、所定の微小長さΔＬに区分し、その線路区分ごとに方路を設定し、各線路区分においては、それぞれＹ方向を基準として３０度以上の角度を確保するものとする。例えば、任意の線路区分における面積の中心Ｐnから次の線路区分における面積の中心Ｐn+1に向かう方向をこの区分の線路方向としてとらえた上で、Ｙ方向を基準として反時計回りに角度θnをとり、この角度θnを３０度以上に設定し、さらに対応する角度θn-1，θn+1，θn+2のすべてを３０度以上に設定するのである。なお、このような角度の定義は、上述の各線路区分における面積の中心を基準とした方法に限定するものではなく、実質的に同じものとみなされるならば、他の方法であってもよい。例えば、設定すべき曲線の接線に対して角度を定義する方法であってもよい。
【００２５】
次いで、緩曲区間Ａにおける各線路の角度は、対象区間内においては次第に大きくすることによって滑らかな軌道を形成する必要がある。例えば、図１（ｂ）において、θn-1＝４８度，θ＝４９度，θn+1＝５０度，θn+2＝５１度、といったように、線路区分ごとに一定の角度ずつ増加させるのである。ただし、Ｙ方向との角度を３０度以上に保つことができるのであれば、緩曲区間の軌道についても他の方法を利用することができる。例えば、基板表層面をｘ−ｙ平面と見なして、滑らかな曲線関数を導出し、これに基づいて線路軌道を形成してもよい。
【００２６】
さらに、図１（ａ）に示すように、微小長さに区分された各線路の角度が単調増加する緩曲区間Ａと直線区間Ｃとを組み合わせて信号線路１６を形成しても良い。すなわち、微小長さに区分された各線路の角度が少なくとも減少しないように信号線路１６を形成するのである。この場合、緩曲区間Ａと直線区間Ｃとの組み合わせによって、線路パターンのバリエーションが増えるため、接続する素子や部品のレイアウト性を向上させることが可能である。
【００２７】
このように、本実施例の回路基板によれば、信号線路１６の伝送特性を、従来の回路基板に比べて良好に改善することができる。また、コネクタ芯線接続部ａから３０度以上の角度をもって緩やかに線路を形成するようにしており、コーナー部やラウンド部等の屈曲した線路形態が形成されないため、放射による影響を極めて小さくすることができる。さらに、本実施例に示した方法によれば、確実に緩曲区間を形成できるため、設計方法や製造方法が統一化され、品質の安定した回路基板を安価に提供することが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
次に、実施例１の回路基板を収容した高周波用パッケージの実施例について図２を用いて説明する（特に、請求項３に対応）。
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る高周波用パッケージの実施例の構成を示した平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ’線矢視断面の拡大図である。
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例の高周波用パッケージ１０は、金属製の枠体１１とボード等に取り付けるための固定用孔１９を備えた金属性の基体１８とが接合され、基体１８上に高周波用の半導体チップ１５の収容部であるキャビティ部２０が設けられた構造となっている。
枠体１１の側壁１１ａには、同軸コネクタ１２を固定するための金属製のアダプター２１がキャビティ部２０に連通するように取り付けられている。アダプター２１に形成された挿通孔２２の内部には、端面２３ａがアダプター２１に接合された状態でコネクタ芯線支持部２３が設置されており、挿通孔２２に挿入される同軸コネクタ１２はコネクタ芯線支持部２３を介して挿通孔２２に固定されている。また、コネクタ芯線支持部２３の外周を覆う金属製筒体２４は、側面外周部が挿通孔２２の内壁面にろう材等を用いて接合されている。
【００２９】
本実施例の高周波用パッケージ１０では、コネクタ芯線支持部２３の端面２３ａから突出するコネクタ芯線１３の端部を信号線路１６に接続するために、セラミックや樹脂等からなる矩形状の誘電体基板１４を接合台２８上に配置した構成となっている。
アダプター２１の外面側には、コネクタ芯線１３の端部に接続されるリード線等（図示せず）を固定するために筒体部２５が形成されている。そして、コネクタ芯線支持部２３の端面２３ｂからパッケージ外に突出するコネクタ芯線１３の端部は、筒体部２５の内部に露出している。
誘電体基板１４の上面には信号線路１６が形成され、下面には接地導体２６が形成されてマイクロストリップラインを構成している。また、信号線路１６の一端は、側面１４ａに配置される同軸コネクタ１２のコネクタ芯線１３に直接接続されるとともに、その他端は、側面１４ｂに配置される半導体チップ１５にボンディングワイヤ（図示せず）を介して接続されている。
【００３０】
本実施例の高周波用パッケージ１０は、キャビティ部２０内に高周波用の半導体チップ１５が実装されるとともに、貫通孔２７に光ファイバー（図示せず）が取り付けられ、金属部材から形成される蓋体（図示せず）をシールリング２９に接合し、封止することで光通信用の高周波用半導体モジュールとして使用される。なお、高周波用パッケージ１０には、外部との電気的接続を行うための外部接続端子やフィードスルー基板等を有するタイプもあるがここではその説明を割愛する。
【００３１】
以上、説明したように、本実施例の高周波用パッケージ１０によれば、実施例１に示した回路基板を備え、又は、その回路基板を収容しうる構成となっている。従って、優れた伝送特性を備えつつ、回路基板やこれに接続される半導体チップ１５及び同軸コネクタ１２のレイアウト性に優れたパッケージを実現することができる。その結果、キャビティ部２０内のスペースの有効利用が可能となり、パッケージが高機能化されるとともに設計コストが低減される。また、高周波用パッケージの小型化を図ることが可能である。さらに、予め必要な電子部品が搭載されたユニットとして提供することにより、実用性、利便性及び信頼性が向上する。
【００３２】
次に、実施例１の回路基板と従来技術の回路基板についてエネルギー放射の割合及び伝送特性（通過特性）の比較を行った結果について図３を用いて説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は実施例１の回路基板と従来技術の回路基板とのエネルギー放射の割合及び伝送特性（通過特性）に関する比較図である。なお、実施例１の回路基板は、信号線路が４５度以上の角度をもった緩やかな軌道のマイクロストリップ線路である（図１参照）。また、従来例１の回路基板は、信号線路が９０度のコーナーを有するマイクロストリップ線路であり、さらにそのコーナーの外側の角についてはベンド処理が施された構造となっている（図４（ａ）参照）。さらに、従来例２の回路基板は、信号線路がラウンド部を有するマイクロストリップ線路である（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
図３（ａ）及び（ｂ）のグラフは、それぞれの線路における電磁エネルギーの放射の割合及び伝送特性（Ｓ２１通過特性）について有限要素法に基づく電磁界シミュレーション解析を行った結果を示している。なお、図３（ａ）に示すグラフは、横軸に周波数、縦軸にそれぞれの周波数における電磁エネルギーの放射の割合を表示しており、図３（ｂ）に示すグラフは、横軸に周波数、縦軸にそれぞれの周波数におけるＳ２１通過特性をデシベル（ｄＢ）で表示している。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、実施例１の回路基板の電磁エネルギーの放射量は、周波数の全範囲を通して、従来技術の回路基板の電磁エネルギーの放射量よりも明らかに少なくなっており、実施例１の回路基板は従来技術の回路基板に比べて電磁エネルギーの損失が少なく伝送特性に優れていることがわかる。特に、両者は、３５ＧＨｚ近傍の周波数帯において差が大きい。そして、実施例１の回路基板では電磁エネルギーの放射量が、従来例１と比較して約５０％に低減されており、従来例２との比較では約６０％に低減されている。また、図３（ｂ）に示すように、実施例１の回路基板のＳ２１は、周波数の全範囲を通して、従来例の回路基板のＳ２１よりも明らかに優れている。特に、３５ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数帯においてＳ２１を従来例１と比較した場合、実施例１の回路基板では約０．２〜０．３ｄＢの改善が見られる。また、３５ＧＨｚ近傍の周波数帯においてＳ２１を従来例２と比較した場合、実施例１の回路基板では約０．２ｄＢの改善が見られる。
【００３５】
なお、図１（ａ）において信号線路１６の角度θをさらに大きくしてより滑らかな軌道を形成した場合、伝送特性等のさらなる向上が期待できる。しかしながら、金属製の枠体１１との距離が近くなり、枠体１１と信号線路１６間に寄生容量が生じて特性インピーダンスが不整合となり、反射が増大するなどのおそれがある。従って、実施の際には十分注意する必要がある。
【００３６】
以上、本発明の回路基板について、好ましい実施の形態を示して説明したが、本発明にかかる回路基板は、上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内であれば、種々の変更実施が可能である。また、本発明の回路基板は、上述の実施例に示したように高周波用パッケージに搭載される形態に限らず、一般的な電子部品収容パッケージに搭載される基板に対しても広く適用される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、高周波通信に用いる回路基板及びこの回路基板を搭載する高周波用パッケージに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る回路基板の実施例の平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示されるＡ’部の拡大図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態に係る高周波用パッケージの実施例の構成を示した平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ’線矢視断面の拡大図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１の回路基板と従来技術の回路基板とのエネルギー放射の割合及び伝送特性（通過特性）に関する比較図である。
【図４】（ａ）は信号線路にコーナー部を有する従来の回路基板の平面図であり、（ｂ）は信号線路にラウンド部を有する従来の回路基板の平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…高周波用パッケージ  １１…枠体  １１ａ…側壁  １２…同軸コネクタ    １３…コネクタ芯線  １４…誘電体基板  １４ａ，１４ｂ…側面  １５…半導体チップ  １６…信号線路  １７…接地導体  １８…基体  １９…固定用孔  ２０…キャビティ部  ２１…アダプター  ２２…挿通孔  ２３…コネクタ芯線支持部  ２３ａ，２３ｂ…端面  ２４…金属製筒体  ２５…筒体部  ２６…接地導体  ２７…貫通孔  ２８…接合台  ２９…シールリング  ３０…ビアホール  １２１ａ，１２１ｂ…同軸コネクタ  １３１ａ，１３１ｂ…コネクタ芯線  １４１ａ，１４１ｂ…誘電体基板  １５１ａ，１５１ｂ…半導体チップ  １６１ａ，１６１ｂ…信号線路  Ａ…緩曲区間  Ａ’…Ａ部拡大図  Ｃ…直線区間  ａ…コネクタ芯線接続部  ｂ…半導体チップ接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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