(57)【要約】【課題】小さな設置面積での高周波マッチングを実現することによって、高密度の相互接続を可能とする多層パッケージを提供する。【解決手段】パッケージを構成する積層体１２の層内の接地平面部３０に設置されたラジアルスタブ配置２８によって、多層セラミックパッケージにおける高周波マッチングが実現される。ラジアルスタブ配置２８は信号ビアを囲み、ビアを囲んだ接地平面部の中心剥離部３２と、中心剥離部３２から放射状に外側に向かって開いた、複数のスタブ形成用剥離部３４と、によって構成される。ラジアルスタブ３６は接地平面部から、信号ビアに隣接して、かつ信号ビアから離れた位置まで、放射状に内向きに伸びている。剥離部によって生じる不連続は直列キャパシタンスに接続されたシャントインダクタンスとして機能する。【選択図】図４
2006060240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層パッケージであって、
各層に接地平面部を有する鉛直に積層された層と、
鉛直に積層された層の最上面に設置されたコプレーナ導波路（coplanar waveguide）と、
鉛直に積層された層の最上面とは反対側の最下面に設置されたボールグリッドアレイ（ball grid array）と、
コプレーナ導波路とボールグリッドアレイとの間の積層された層を鉛直に貫通するビア（via）と、
ビアの周囲にビアから離れた複数のラジアルスタブ（radial stub）を形成するように設けられている少なくとも１個の接地平面部と、
を備えることを特徴とする多層パッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の多層パッケージにおいて、鉛直に積層された層の最上面から数えて１番目の接地平面部と、最上面から２番目の接地平面部とが、それぞれビアの周囲にビアから離れた複数のラジアルスタブを形成するように設けられていることを特徴とする多層パッケージ。
【請求項３】
請求項１に記載の多層パッケージにおいて、コプレーナ導波路が鉛直な積層体上に信号路を構成し、鉛直な積層体上には少なくとも１個の追加の信号路が備えられ、ラジアルスタブがこれらの信号路間の高周波マッチングを実現することを特徴とする多層パッケージ。
【請求項４】
請求項１に記載の多層パッケージにおいて、ビアは信号ビアを構成し、信号ビアの周囲に設置された複数の接地ビアは積層された層を鉛直に貫通し、積層体の接地平面部を相互に接続することを特徴とする多層パッケージ。
【請求項５】
請求項１に記載の多層パッケージにおいて、接地平面部の中心にビアを囲んで開いた剥離部と、複数のスタブ形成用剥離部であって、接地平面部の中心の剥離部から放射状に外側に向かって開いた剥離部と、によってラジアルスタブが形成され、互いに隣接する一組のスタブ形成用剥離部が、その間に接地平面部のラジアルスタブを形成することを特徴とする多層パッケージ。
【請求項６】
請求項５に記載の多層パッケージにおいて、各ラジアルスタブが接地平面部の中心の剥離部を通るビアから離れて設置され、ビアとラジアルスタブとの間に不連続部を生じ、その不連続部が直列キャパシタンスに接続されたシャントインダクタンスとして機能することを特徴とする多層パッケージ。
【請求項７】
多層セラミックパッケージであって、
複数の接地平面部を有する多層の積層体と、
少なくとも１個の信号路が積層体を貫通する信号ビアと接続されている、積層体上の複数の信号路と、
複数の信号路間の高周波マッチングを実現するために、接地平面部から、信号ビアに隣接し、かつ信号ビアから離れた位置まで放射状に伸びる複数のスタブを有する、少なくとも１個の接地平面部と、
を備えることを特徴とする多層セラミックパッケージ。
【請求項８】
請求項７に記載の多層セラミックパッケージにおいて、複数のスタブが接地平面部の剥離部によって構成されることを特徴とする多層セラミックパッケージ。
【請求項９】
請求項８に記載の多層セラミックパッケージにおいて、４個のスタブが略等間隔に信号ビアを囲んで環状に配置されていることを特徴とする多層セラミックパッケージ。
【請求項１０】
多層パッケージにおいて高周波マッチングを実現する方法であって、
複数の接地平面部を有する積層体を設けるステップと、
少なくとも１個の信号路を積層体上に設けるステップと、
少なくとも１個の信号路と接続されていて、積層体を貫通する信号ビアを設けるステップと、
複数の接地平面部のうち少なくとも１個の接地平面部において、信号ビアに隣接する複数の剥離部であって、接地平面部から信号ビアへ向かって広がる複数のスタブを形成し、各スタブが信号ビアに隣接し、かつ信号ビアから離れた位置で終了する剥離部を構成するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、複数の剥離部を構成するステップが、複数の接地平面部のうち少なくとも１個の接地平面部において、その中心に信号ビアを囲む剥離部を構成することと、中心の剥離部から放射状に外側に向かって開いた複数のスタブ形成用剥離部を構成することと、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層パッケージに関し、特に、接地平面部と、積層体の内部に鉛直に設置された信号ビアに接続された信号路と、を有する積層体を備える多層セラミックパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野で、積層された層の内部の鉛直なビア（via）によって、信号路が相互に接続される多層セラミックパッケージが知られている。パッケージの各層は接地平面部を備え、パッケージは一般的にボールグリッドアレイ（ball grid array, BGA）上に配置される。信号ビアに加えて、積層体は一般的に、積層体の接地平面部を相互に接続する複数の接地ビアを備える。
【０００３】
この種の多層セラミックパッケージにおいては、信号路間の高周波マッチングを実現することが、しばしば必要であるか、もしくは望ましい。従来技術では、パッケージの層の平面部上で、信号路のそばにマッチング用のスタブを設置することによって実現される。
【０００４】
例えば、特許文献１で開示されている、多層回路基板構造を有する相互接続では、接地平面部層の間に接地スペーサを挿入する。特許文献１では、鉛直な信号線が異なる層上の信号路を接続しており、接地スペーサは信号線の通るスルーホールを有する。インピーダンスマッチングを実現するために、接地スペーサと信号線との間を誘電媒体で満たし、同軸構造を構成する。
【０００５】
また、特許文献２では、多層回路基板の異なる層を相互に接続するビアが開示されている。各層で、鉛直なビアのそばに、電気的に絶縁された部品が設置される。これらの部品には、信号路に接続された部品と接地された部品とが存在し、これらの部品の大きさと形状とを変えることで、予め定められたインピーダンス特性を持った相互接続回路を実現する。
【０００６】
また、特許文献３には、積層構造を有するインピーダンス変換装置が開示されている。特許文献３のインピーダンス変換装置は、各層の中心に円筒状のビアを有し、円筒状のビアは環状の誘電体領域に囲まれている。さらに、誘電体領域の外側には接地平面部を備える。誘電体領域の誘電率と、ビアと接地平面部との距離と、又はどちらか一方を、変えることで装置のインピーダンス特性を制御する。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６６０２０７８号
【特許文献２】米国特許第６３８８２０８号
【特許文献３】米国特許第５８３０３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、以上のような従来技術では、ビアのインピーダンスマッチングに必要な設置面積が大きくなる。従って、パッケージの相互接続密度がより低くなる。その上、従来技術のような手法では、設置面積が大きくなるだけでなく、広帯域バンド幅のマッチングがより困難になり、マッチングを実現するのに更に大きな設置面積が必要になる可能性がある。上記のように、従来技術によれば、小さな設置面積で高周波マッチングを実現することが困難であり、このため、高密度の相互接続を有する多層パッケージを実現することが困難である。
【０００９】
本願の目的は、小さな設置面積での高周波マッチングを実現することによって、高密度の相互接続を可能とする多層パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る多層パッケージは、各層に、または少なくとも何個かの層に、接地平面部を有する鉛直に積層された層と、鉛直に積層された層の最上面に設置されたコプレーナ導波路（coplanar waveguide）と、鉛直に積層された層の最上面とは反対側の最下面に設置されたボールグリッドアレイと、コプレーナ導波路とボールグリッドアレイとの間の積層された層を鉛直に貫通するビアと、ビアの周囲にビアから離れた複数のラジアルスタブ（radial stub）を形成するように設けられている少なくとも１個の接地平面部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、鉛直に積層された層の最上面から数えて１番目の接地平面部と、最上面から２番目の接地平面部とが、それぞれビアの周囲にビアから離れた複数のラジアルスタブを形成するように設けられていることが好ましい。また、ビアが信号ビアを構成し、多層パッケージは信号ビアの周囲に複数の接地ビアを有し、それぞれの接地ビアは積層された層を鉛直に貫通していて、積層体の接地平面部を相互に接続することが好ましい。また、接地平面部の中心にビアを囲んで開いた剥離部と、複数のスタブ形成用剥離部であって、接地平面部の中心の剥離部から放射状に外側に向かって開いた剥離部と、によってラジアルスタブが形成され、互いに隣接する一組のスタブ形成用剥離部が、その間に接地平面部のラジアルスタブを形成することが好ましい。また、各ラジアルスタブが接地平面部の中心の剥離部を通るビアから離れて設置されていて、ビアとラジアルスタブとの間に不連続部を生じ、その不連続部が直列キャパシタンスに接続されたシャントインダクタンスとして機能することが好ましい。
【００１２】
また、最良の実施形態においては、４個のスタブが略等間隔に信号ビアを囲んで環状に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る多層パッケージにおいて高周波マッチングを実現する方法は、複数の接地平面部を持つ多層の積層体を設けるステップと、少なくとも１個の信号路を積層体上に設けるステップと、少なくとも１個の信号路と接続されていて、積層体を貫通する信号ビアを設けるステップと、複数の接地平面部のうち少なくとも１個の接地平面部において、信号ビアに隣接する複数の剥離部であって、接地平面部から信号ビアへ向かって広がる複数のスタブを形成し、各スタブが信号ビアに隣接し、かつ信号ビアから離れた位置で終了する剥離部を構成するステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、複数の剥離部を構成するステップは、複数の接地平面部のうち少なくとも１個の接地平面部において、その中心に信号ビアを囲む剥離部を構成することと、中心の剥離部から放射状に外側に向かって開いた複数のスタブ形成用剥離部を構成することと、を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、小さな設置面積で高周波マッチングが実現される。よって、高密度の相互接続を可能とする多層パッケージを実現することができる。後述の実施例においては、２個の信号路間のマッチング回路のすべてが、信号路に接続されたビアの鉛直な経路に沿って実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
【００１７】
図１は、多層セラミックパッケージ１０の従来の構成を示す。パッケージ１０は複数の層１４からなる積層体１２を備え、各層は接地平面部１６を有する。パッケージ１０のビア１８、２２をよりよく示すため、積層体１２を破線で示す。
【００１８】
パッケージ１０は信号ビア１８を有する。信号ビア１８はビア下端に接続されている信号ビアパッド２０から上方に向かってパッケージ１０を鉛直に貫通している。信号ビア１８は複数の接地ビア２２に囲まれ、接地ビア２２もまた、パッケージ１０を貫通しており、各層１４の接地平面部１６を相互に接続している。接地ビア２２の下端は接地ビアパッド２４に接続されている。信号ビアパッド２０と接地ビアパッド２４はボールグリッドアレイ４２に接続され、ボールグリッドアレイ４２は図５及び図１に破線で示してある。信号ビア１８の上端はコプレーナ導波路３８に接続され、コプレーナ導波路３８もまた、図５及び図１に破線で示してある。
【００１９】
図２は、図１の従来の多層セラミックパッケージにおいて反射される電力を示す。図２は矩形プロットであり、ＧＨｚで表した周波数の関数として、ｄＢで表した反射電力をプロットしたグラフである。図２に示すように、反射電力は周波数の関数として概ね増加する。このため、多層セラミックパッケージ１０において、信号路間の高周波マッチングはほとんど実現されない。
【００２０】
図３は、本発明に係る多層セラミックパッケージ２６を示す。図３のパッケージ２６は、いくつかの層１４内の接地平面部１６がラジアルスタブ配置２８を有することを除外すると、図１のパッケージに類似する。ラジアルスタブ配置２８は図３に破線で示され、後述するように、接地平面部１６に開いた剥離部によって構成される。接地平面部１６の剥離部はラジアルスタブを形成し、そのラジアルスタブは信号ビア１８に向かって内向きに放射状に伸び、信号ビア１８から離れた位置で終了する。ラジアルスタブ配置２８のラジアルスタブは、パッケージ２６内の信号ビア１８などの複数のビアによって相互に接続された信号路間の高周波マッチングを実現する。
【００２１】
図４は、図３のパッケージ２６における層１４の積層体１２を示し、層１４の一部は破線で示されている。複数の接地平面部１６のうち最も上部の接地平面部３０に構成されているラジアルスタブ配置２８は、本来は外部から見えないが、図面上は表示する。ラジアルスタブ配置２８は、最も上部の接地平面部３０内の中心剥離部３２と、中心剥離部３２から放射状に外側に向かって開いた、複数のスタブ形成用剥離部３４と、を設けることで構成される。隣接したスタブ形成用剥離部３４の組は、その間にラジアルスタブ３６を形成する。本実施例では、４個のスタブ形成用剥離部３４が略等間隔に環状に配置されている。スタブ形成用剥離部３４は、中心剥離部３２の周囲に略等間隔に配置された４個のラジアルスタブ３６を形成する。各ラジアルスタブ３６は接地平面部３０から、中心剥離部３２の中心に隣接し、かつ中心から離れた位置まで伸びていることがわかる。後述するように、信号ビア１８は中心剥離部３２の中心を貫通し、このため、各ラジアルスタブ３６は信号ビア１８から小さな距離のある位置で終了している。これらの小さな剥離部は不連続であり、直列キャパシタンスに接続されたシャントインダクタンスとして機能する。結果として、信号ビア１８によって相互に接続された信号路間の高周波マッチングが実現される。
【００２２】
図４は、最も上部にある接地平面部３０に構成されたラジアルスタブ配置２８を示す。本実施例においては、同様のラジアルスタブ配置が、最上の接地平面部３０の次にある接地平面部、すなわち最上面から数えて２番目の接地平面部、に構成されている。必要であれば、他の層１４の接地平面部１６にラジアルスタブ配置を構成することも可能である。
【００２３】
図５に、本発明に係る多層セラミックパッケージの一部の側断面図を示す。図５に示すパッケージは、３個の接地平面部がラジアルスタブ配置を有することを除き、図３のパッケージ２６と同様である。図５に示すように、パッケージ２６は複数の層１４の鉛直な積層体１２からなる。層１４の各層は接地平面部１６を有する。コプレーナ導波路３８が信号路の形で積層体１２の上面部４０に設置され、信号ビア１８に接続されている。信号ビア１８は積層体１２内に鉛直に設置され、積層体１２の底面部４４に設置されたボールグリッドアレイ４２と、積層体１２の上面部４０に設置されたコプレーナ導波路３８と、の間を鉛直に貫通している。
【００２４】
図５の例においては、積層体１２内の接地平面部１６の両方がラジアルスタブ配置２８を有する。図５に示すように、各ラジアルスタブ配置２８の複数のラジアルスタブ３６は接地平面部１６から信号ビア１８に隣接し、かつ信号ビア１８から離れた位置まで伸びている。これは図４に記載した通りである。
【００２５】
図６は、本発明に係るラジアルスタブ配置２８を有する多層セラミックパッケージ２６の反射損失を示す矩形プロットである。図１の従来のパッケージ構成に対応する図２のグラフとは異なり、図６のグラフでは、周波数の増加と共に損失がわずかに増加し、周波数約２１ＧＨｚで損失は約−４２ｄＢに下がる。その後、再び、周波数の増加に従って損失が増加する。２１ＧＨｚでの損失−４２ｄＢは、この周波数において１％未満の反射を表す。ラジアルスタブ配置２８は選択された周波数においてこのような特性を実現するよう、希望通りに設計することが可能である。これによって、比較的小さなゲインの増幅器の設計が可能になる。ラジアルスタブ３６と、信号ビア１８との間の一般的には数ミリの比較的小さな剥離部は不連続を生じ、上述したとおり、この不連続は直列キャパシタンスに接続されたシャントインダクタンスとして機能する。
【００２６】
ここで開示した実施形態はすべての点について、例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。従って、前述の記載よりはむしろ添付の請求項に記載された本発明の範囲と、請求項と均等な範囲内で生じるすべての変更と、が本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の多層パッケージを示す斜視図であり、信号ビアと複数の接地ビアとをよりよく示すため、パッケージの層を破線で図示している。
【図２】周波数の関数としてプロットした、反射損失をｄＢで示すグラフであり、図１の積層体で反射された電力を示す。
【図３】図１に類似した、ただし、接地平面部のうちの２個が、本発明に係るラジアルスタブの配置を備える多層セラミックパッケージを示す斜視図である。
【図４】図３の積層体を示す斜視図であり、最も上部にある接地平面部のラジアルスタブ配置を示す。
【図５】本発明に係る多層パッケージの一部の断面図であり、信号路と、相互に接続された信号ビア、接地平面部のラジアルスタブ配置を示す。
【図６】図２に類似した、ただし、本発明によって改良された図３のパッケージにおける反射損失を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  従来の多層セラミックパッケージ、１２  積層体、１４  層、１６  接地平面部、１８  信号ビア、２０  信号ビアパッド、２２  接地ビア、２４  接地ビアパッド、２６  本発明に係る多層セラミックパッケージ、２８  ラジアルスタブ配置、３０  最も上部の接地平面部、３２  中心剥離部、３４  スタブ形成用剥離部、３６  ラジアルスタブ、３８  コプレーナ導波路、４０  積層体の上面部、４２  ボールグリッドアレイ、４４  積層体の底面部。
【図１】
2006060240.tif 000003
【図２】
2006060240.tif 000004
【図３】
2006060240.tif 000005
【図４】
2006060240.tif 000006
【図５】
2006060240.tif 000007
【図６】
2006060240.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月14日(2005.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006060240.tif 000009
【図２】
2006060240.tif 000010
【図３】
2006060240.tif 000011
【図４】
2006060240.tif 000012
【図５】
2006060240.tif 000013
【図６】
2006060240.tif 000014
【外国語明細書】
Title of Invention:
IMPEDENCE MATCHING ALONG VERTICLE PATH OF MICROWAVE VIAS IN MULTILAYER PACKAGES
Background of the Invention
1.  Field of the Invention
The present invention relates to multilayer packages, and more particularly to multilayer ceramic packages having a stack of layers with ground planes and signal traces coupled to signal vias disposed vertically within the stack.  
2.  History of the Prior Art
It is known in the art to provide multilayer ceramic packages in which signal traces are interconnected by vertical vias within a stack of layers.  The various layers of the packages are provided with ground planes, and the package is typically disposed on a ball grid array (BGA).  In addition to the signal vias, the stack is typically provided with a plurality of ground vias which interconnect the ground planes of the stack.
In multilayer ceramic packages of this type, it is frequently necessary or desirable to provide high frequency matching between the signal traces.  This is usually accomplished by placing matching stubs alongside the signal traces in the 2-dimentional planar dimensions of the package.  A disadvantage of such approach, however, is that it increases the required footprint for the via matching, and therefore results in packages with lower interconnect densities.  Moreover, not only is the footprint enlarged by such approach, but matching of broadband bandwidths is more difficult and may require even greater space to accomplish.
The prior art includes various examples of techniques for providing high frequency matching in multilayer ceramic packages.  U.S. Patent 6, 602,078 of Kwark shows an impedance matching arrangement having a vertical signal line.  A ground spacer, together with the signal line and a dielectric medium,  form a coaxial structure to provide impedance matching.  
U. S. Patent 6,388,208 of Kiani et al. shows a vertical via.  Within each of plural layers, there are signal and ground segments.  The size and shape of the electrically isolated segments provide an interconnection circuit with a predetermined impedance characteristic.
U. S. Patent 5,830,301 of Sturzebecher, et al. discloses a stack of layers.  A cylindrical via is surrounded by an annular dielectric region and outer ground planes are comprised of continuous pairs of ground plane segments.
Other examples in the prior art are provided by U.S. Patent 4,498,122 of Rainal, U.S. Patent 6,172,497 of Okumichi, U.S. Patent 4,851,794 of Williams et al., U.S, Patent 4,494,083 of Josefsson et al., U.S. Patent 6, 538,538 of Hreish et al., U.S. Patent 6,072,375 of Adkins et al., U.S. Patent 6,207,903 of Wen et al., U.S. Patent 6,181,219 of Gailus et al., U.S. Patent 6,570,102 of Miller et al., and U.S. Patent 5,801,599 of Flynn et al.
In view of the shortcomings of the prior art, it would be desirable to provide a multilayer ceramic package in which high frequency matching is accomplished by a compact arrangement requiring a small footprint and thereby enabling higher interconnect density in such packages.
Patent Document
U.S.Patent   No.6,602,078
U.S.Patent   No.6,388,208
U.S.Patent   No.5,830,301
Brief Description of the Invention 
The present invention provides improved multilayer packages in which high frequency matching is accomplished by a compact arrangement having a small foot-print and permitting high interconnect density of the packages.  In the preferred embodiment described hereafter, the entire matching circuit between two signal traces occurs along the vertical paths of the vias coupled to the signal traces.  
In a preferred embodiment of a multilayer package according to the invention, a vertical stack of layers is provided, each or at least some having a ground plane therein.  A coplanar waveguide is disposed on a top surface of the vertical stack of layers, and a ball grid array is disposed at the bottom surface of the grid vertical stack of layers opposite the top surface.  A via extends vertically through the stack  of layers between the waveguide and the ball grid array.  
In accordance with the invention, at least one of the ground planes is configured to form a plurality of radial stubs surrounding and spaced-apart from the via.   At least the topmost ground plane adjacent to the top surface of the stack of layers and the second ground plane immediately below the topmost ground plane are each configured to form a plurality of radial stubs surrounding and spaced-apart from the via.  The vertical via comprises a signal via, and the multilayer package includes a plurality of ground vias surrounding the signal via and each extending vertically through the stack of layers and interconnecting the ground planes of the stack.
The radial stubs are formed by a central space in the ground plane surrounding the via and a plurality of stub-forming spaces in the ground plane extending radially outwardly from the central space, so that adjacent pairs of the stub-forming spaces form radial stubs of the ground plane therebetween.  Each of the radial stubs is spaced apart from the signal via at the central space in the ground plane to  provide a discontinuity therebetween which behaves as a shunt inductance connected to a series capacitance.  In the preferred embodiment, there are four stubs generally equally spaced about a circular array surrounding the signal via.  
In accordance with a method for providing high frequency matching in a multilayer package according to the invention, a multilayer stack having a plurality of ground planes therein is provided.  At least one signal trace is provided on the stack, and a signal via is coupled to the at least one signal trace and extends through the stack.  According to the invention, a plurality of spaces are formed in at least one of the plurality of ground planes adjacent the signal via.  The spaces form a plurality of stubs extending radially from the ground plane toward the signal via, with each of the stubs terminating in a location adjacent and spaced-apart from the signal via.  Preferably, the step of forming a plurality of spaces includes forming a central space in the ground plane surrounding the signal via and forming a plurality of stub-forming spaces in the ground plane extending radially outwardly from the central space.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERED EMBODIMENT
Fig. 1 shows a conventional arrangement of a multilayer ceramic package 10.  The package 10 includes a stack 12 of layers 14, each of which includes a ground plane 16.  The stack 12 is shown in phantom so that vias 18, 22 of the package 10 can be better illustrated.
The package 10 includes a signal via 18 which extends upwardly in vertical fashion through the package 10 from a signal via pad 20 at a lower end thereof.  The signal via 18 is surrounded by a cluster of ground vias 22 which also extend upwardly through the package 10 and which interconnect to the ground planes 16 of the various layers 14.  The lower ends of the ground vias 22 are coupled to ground via pads 24 at the lower ends thereof.  The signal via pad 20 and the ground via pads 24 are coupled to a ball grid array 42 (BGA) which is shown in Fig. 5 and in phantom in Fig. 1.  The upper end of the signal via 18 is coupled to a coplanar waveguide 38 which is also shown in Fig. 5 and in phantom  in Fig. 1.  
Fig. 2 illustrates power reflected in the conventional multilayer ceramic package 10 of Fig. 1.  Fig. 2 is a rectangular plot and as such comprises a plot of magnitude of reflected power in dB as a function of frequency in GHz.  As shown in Fig. 2, the magnitude generally increases as a function of the frequency, so that little high frequency matching is provided between signal traces in the multilayer ceramic package 10.  
Fig. 3 illustrates a multilayer ceramic package 26 in accordance with the invention.  The package 26 of Fig. 3 is similar to the package 10 of Fig. 1, except that the ground planes 16 in several of the layers 14 are provided with radial stub arrangements 28.  The radial stub arrangements 28 are shown in phantom in Fig. 3 and, as described in detail hereafter, are formed by openings within the ground planes 16.  The openings form radial stubs which extending inwardly in radial fashion toward the signal via 18 and terminate at locations spaced apart from the signal via 18.  The radial stubs of the radial stub arrangements 28 have the effect of providing high frequency matching between signal traces interconnected by vias such as the signal via 18 within the package 26.
Fig. 4 shows the stack 12 of layers 14 of the package 26 of Fig. 3, with portions of the layers 14 shown in phantom.  Only a topmost one 30 of the ground planes 16 is visible in terms of the details of the radial stub arrangement 28 formed therein.  The radial stub arrangement 28 is formed by creating a central space 32 within the topmost ground plane 30 and plurality of stub-forming spaces 34 which extend radially outwardly from the central space 32.  Adjacent pairs of the stub-forming spaces 34 form radial stubs 36 therebetween.  In the present example, there are four  stub-forming spaces 34 generally equally spaced around a circular array.  The stub-forming spaces 34 form four radial stubs 36 generally equally spaced about the central space 32.  It will be seen that each of the radial stubs 36 extends from the ground plane 30 to a location adjacent but spaced apart from the center of the central space 32.  As described hereafter in connection with Fig. 5, the signal via 18 extends through the center of the central space 32, so that each of the radial stubs 36 terminates a location spaced a small distance from the signal via 18.  These small spaces are discontinuities which behave as shunt inductances connected to series capacitances.  As a result, high frequency matching is provided between signal traces interconnected by the signal vias 18.  
Fig. 4 illustrates the radial stub arrangement 28 formed in the topmost ground plane 30.  In the present example, a similar radial stub arrangement is formed in a second ground plane immediately below the top most ground plane 30.  Radial stub arrangements can be formed in the ground planes 16 of the other layers 14, if desired.
Fig. 5 is a side sectional view of a portion of the multilayer ceramic package 26 of Fig. 3.  As shown in Fig. 5, the package 26 is comprised of the vertical stack 12 of the layers 14.  Each of the layers 14 has a ground plane 16.  A coplanar wave-guide 38 in the form of a signal trace is disposed on a top surface 40 of the stack 12 and is coupled to the signal via 18.  The signal via 18 is vertically disposed within the stack 12 and extends upwardly in vertical fashion between a ball grid array 42 disposed at a bottom surface 44 of the stack 12 and the coplanar waive guide 38 at the top surface 40 thereof.
In the example of Fig. 5, both of the ground planes 16 within the stack 12 are provided with the radial stub arrangement 28.  As shown in Fig. 5, the radial stubs 36 of each such arrangement 28 extend from the ground plane 16 to a location adjacent but spaced apart from the signal via 18.  This is as described in Fig. 4.  
Fig. 6 is a rectangular plot illustrating the return loss of the multilayer ceramic package 26 which is provided with the radial stub arrangements 28 according to the invention.  Unlike the plot of Fig. 2 which corresponds to the conventional package arrangement of Fig. 1, the plot of Fig. 6 increases slightly with increasing frequency, before dropping to a magnitude of approximate -42 dB at a frequency of approximately 21 GHz.  Thereafter, the plot again increases as the frequency increases.  The magnitude of -42 dB at 21 GHz represents a reflectivity of less than 1% at this frequency.  The radial stub arrangement 28 can be designed to provide such characteristics at selected frequencies, as desired.  This allows for the design of amplifiers which have relatively small gains.  The relatively small spacings of typically a few mills between the radial stubs 36 and the signal via 18 provide discontinuities which behave as shunt inductance connected to a series capacitance, as noted above.  
The presently disclosed embodiment is to be considered in all respect as illustrated and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appending claims, rather than the foregoing description, and all changes which come within the meaning and range of equivalency  of the claims are therefore intended to be embraced herein. 
Brief Description of the Drawings
Fig. 1 is perspective view of a conventional multilayer package with the layers of the package shown in phantom so as better illustrate a signal via and a plurality of ground vias of the package.
Fig. 2 is a chart of  magnitude, in dB, of the return loss plotted as a function of frequency and illustrating the power reflected by the stack of Fig. 1.
Fig. 3 is perspective view similar to that of Fig. 1 but with two of the ground planes provided with radial stub arrangements according to the invention.
Fig. 4 is a perspective view of the stack of Fig. 3 and illustrating the radial stub arrangement in the topmost ground plane of the stack.
Fig. 5 is a sectional view a portion of the package of Fig. 3 illustrating a signal trace and interconnected signal via together with the radial stud arrangement of the ground planes.
Fig. 6 is a chart similar that of Fig. 2 but illustrating the improved operation of the package of Fig. 3 in accordance with the invention. 
I claim:
1.  A multilayer package comprising:
a vertically stack of layers, each having a ground plane therein;
a coplanar waveguide disposed on a top surface of the vertical stack of layers;
a ball grid array disposed at a bottom surface of the vertical stack of layers opposite the top surface;
a via extending vertically through the stack of layers between the waveguide and the ball grid array; and 
at least one of the ground planes being configured to form a plurality of radial stubs surrounding and spaced apart from the via.  
2.  A multilayer package according to claim 1, wherein a topmost ground plane adjacent to the top surface of the vertical stack of layers and a second ground plane immediately below the topmost ground plane are each configured to form a plurality of radial stubs surrounding and spaced apart from the via.  
3.  A multilayer package according to claim 1, wherein the coplanar waveguide forms a signal trace on the vertical stack, the vertical stack has at least one additional signal trace thereon and the radial stubs provide high frequency matching between the signal traces.  
4.  A multilayer package according to claim 1, wherein the via comprises a signal via, and further including a plurality of ground vias surrounding the signal via and each extending vertically through the stack of layers and interconnecting the ground planes of the stack.  
5.  A multilayer package according to claim 1, wherein the radial stubs are formed by a central space in the ground plane surrounding the via and a plurality of stub-forming spaces in the ground plane extending radially outwardly from the central space, adjacent pairs of the stub-forming spaces forming radial stubs of the ground plane therebetween.
6.  A multilayer package according to claim 5, wherein each of the radial stubs is spaced apart from the via at the central space in the ground plane to provide a discontinuity therebetween which behaves as a shunt inductance connected to a series capacitance.  
7.  A multilayer ceramic package comprising:
a multilayer stack having a plurality of ground planes therein;
a plurality of signal traces on the stack, at least one of the signal traces being coupled to a signal via extending downwardly therefrom through the stack; and
at least one of the ground planes having a plurality of stubs extending radially therefrom to locations adjacent and spaced-apart from the signal via to provide high frequency matching between the plurality of signal traces.
8.  A multilayer ceramic package according to claim 7, wherein the plurality of stubs are formed by spaces in the ground plane.
9.  A multilayer ceramic package according to claim 8, wherein there are four stubs generally equally disposed about a circular array surrounding the signal via.  
10.  A method for providing high frequency matching in a multilayer package comprising the steps of:
providing a multilayer stack having a plurality of ground planes therein;
providing at least one signal trace on the stack;
providing a signal via coupled to  at least one signal trace and extending through the stack; and
forming a plurality of spaces in at least one of the plurality of ground planes adjacent the signal via, the spaces forming a plurality of stubs extending radially from the ground plane toward the signal via, each of the stubs terminating in a location adjacent and spaced-apart from the signal via.  
11.  A method according to claim 10, wherein the step of forming a plurality of spaces includes forming a central space in the at least one of the plurality of ground planes surrounding the signal via and forming a plurality of stub-forming spaces in the at least one of the plurality of ground planes extending radially outwardly from the central space.  
1,ABSTRACT OF THE DISCLOSURE
High frequency matching in a multilayer ceramic package is accomplished by a radial stub arrangement provided in one or more of the ground planes of a stack of layers forming the package.  A signal via extends vertically upwardly between a ball grid array at a bottom surface of the stack and a coplanar waveguide in the form of a signal trace on a top surface of the stack.  Each radial stub arrangement surrounds the signal via and is formed by a central space in the ground plane which surrounds the via and a plurality of stub-forming spaces in the ground plane which extend radially outwardly from the central space.  The stub-forming spaces form a plurality of radial stubs which extends inwardly from the ground plane to locations adjacent but spaced apart from the signal via.  The discontinuities provided by the spaces behave as a shunt inductance connected to a series capacitance.  The radial stub arrangements provide high frequency matching in an arrangement which is confined to the vertical path of the signal via, thereby enabling higher interconnect density in multilayer packages.  
2,Representative Drawing：Fig.4
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