(57)【要約】【課題】本発明の目的は、伝送線路のインピーダンスの不連続によって生ずる放射損失が抑えられ、寄生成分が小さく且つ位相の進行による損失の少ない、高周波信号を伝送する高周波装置を提供することである。【解決手段】第１の基板（５０１）と第２の基板（５１１）との間の空隙を充填する非導電性フィル上部（５２７）に、印刷・あるいは蒸着法を以ってμｍオーダーで精度よく第１のコプレーナ型伝送線路（５０３）と第２のコプレーナ型伝送線路（５１３）との信号パターン、及びグラウンドパターンをそれぞれ接続させる。これによって、前記非導電性フィル（５２７）上部に第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）が形成されて接続部（５４１）を構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号伝播方向をｘ軸、信号伝播方向に垂直且つ基板に平行な方向をｙ軸、基板の法線方向をｚ軸としたとき、
第１の基板と、前記第１の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第１のコプレーナ型伝送線路と、第２の基板と、前記第２の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第２のコプレーナ型伝送線路と、前記第１の基板のｙｚ平面及び前記第１の基板のｙｚ平面と対向する前記第２の基板のｙｚ平面の間の空隙を充填する非導電性フィルと、伝送線路とを備える高周波装置であって、
前記伝送線路は、第３のコプレーナ型伝送線路であって、前記非導電性フィル上に設けられ、前記第１のコプレーナ型伝送線路及び前記第２のコプレーナ型伝送線路を接続することを特徴とする高周波装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波装置において、
前記第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと前記第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとは、同一であることを特徴とする高周波装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波装置において、
前記第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと前記第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと前記第３のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとは、同一であることを特徴とする高周波装置。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波装置において、
前記第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと前記第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとが異なるときに、前記第３のコプレーナ型伝送線路によって、インピーダンス変換が行われることを特徴とする高周波装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波装置において、
前記非導電性フィルは、誘電率が３以下、且つ誘電正接が０．０１以下であることを特徴とする高周波装置。
【請求項６】
請求項５に記載の高周波装置において、
前記非導電性フィルは、ポリイミドを主成分とする非導電性フィルであることを特徴とする高周波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波装置に関し、特に複数の基板上にそれぞれ構成されたコプレーナ型伝送線路を互いに接続することによって構成される高周波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信用周波数資源の枯渇のため、又はレーダー、イメージング用途に向け、ミリ波（３０〜３００ＧＨｚ）にいたる超高周波を使用する要求が高まっている。この周波数においては、基板間接続部に生ずるわずかな寄生インダクタンス、寄生容量、接続部での位相の進行による損失、又はインピーダンスの不連続による放射損失が最終的な特性に大きな影響を与える。
【０００３】
そのため、従来の伝送線路を持つ基板間接続の実装技術としては、極力基板間接続部を短くできるフリップチップによる接続が主流となっている（特許文献１を参照）。
【０００４】
以下、特許文献１に係る従来技術について、図を参照しながら説明する。
【０００５】
図１は、高周波信号を伝送する信号パターン（１３１）とその両側に所定の間隔を持って設けられたグラウンドパターン（１３３）とを備えるコプレーナ型伝送線路（１０３、１１３）のフリップチップによる基板間接続方式の上面図である。図２は、図１のｂ−ｂ'線における断面図である。
【０００６】
この基板間接続方式は、第１の基板（１０１）と、第１の基板の主面上に構成された第１のコプレーナ型伝送線路（１０３）と、バンプ（１２１）と、第２の基板（１１１）と、バンプによって第１のコプレーナ型伝送線路とフリップチップ接続し信号伝播方向は第１のコプレーナ型伝送線路と同一の、第２の基板の主面上に構成された第２のコプレーナ型伝送線路（１１３）とから構成されている。
【０００７】
第１の基板（１０１）上の第１のコプレーナ型伝送線路（１０３）は、バンプ（１２１）を介して第２の基板（１１１）上の第２のコプレーナ型伝送線路（１１３）にフェースダウンで実装、及び接続されている。ここで、フェースダウンとは、図２に示すように、第１のコプレーナ型伝送線路（１０３）が設けられている第１の基板（１０１）の主面を下側にして、第２のコプレーナ型伝送線路（１１３）が設けられている第２の基板（１１１）の主面と対向するように接続することをいう。
【０００８】
なお、特許文献１に係る従来技術において、基板は、プリント基板を想定しているが、半導体基板、リードフレーム等であってもよい。
【０００９】
他の従来の、伝送線路を持つ基板間接続の実装技術の方式としては、高誘電率を持った接着剤により、基板間接続部を被覆することによって、基板間接続部のインピーダンスを制御する方法が知られている(特許文献２を参照)。
【００１０】
特許文献２に係る従来技術について、図を参照しながら説明する。
【００１１】
図３は、高誘電率を持った接着剤を用いて接続部を被覆することにより接続部のインピーダンスを制御する方法に係るコプレーナ型伝送線路の基板間接続方式の上面図である。図４は、図３のｂ−ｂ'線における断面図である。
【００１２】
この基板間接続方式は、第１の基板（３０１）と、第１の基板の主面上に構成された第１のコプレーナ型伝送線路（３０３）と、接着剤によって被覆されたボンディングワイヤ（３２３）と、第２の基板（３１１）と、接着剤によって被覆されたボンディングワイヤによって第１のコプレーナ型伝送線路とフェースアップで実装及び接続され信号伝播方向は第１のコプレーナ型伝送線路と同一の、第２の基板の主面上に構成された第２のコプレーナ型伝送線路（３１３）とから構成されている。ボンディングワイヤ（３２３）は、ボンディングリボンであってもよい。また、フェースアップとは、図４に示すように、基板の主面を上側にして回路面が構成されることをいう。
【００１３】
第１の基板と第２の基板との間には空隙（３２５）が存在する。この空隙を誘電率が１以上の接着剤（３２７）により充填する。これにより、第１のコプレーナ型伝送線路（３０３）の一部、第２のコプレーナ型伝送線路（３１３）の一部、及びボンディングワイヤ（３２３）から構成される、伝送線路接続部（３４１）の導体をまとめて被覆している。
【００１４】
なお、特許文献２に係る従来技術において、コプレーナ伝送線路は、裏面に導体箔を形成した板状誘電体基板の表面に線状の導体箔を形成した構造を持つ、マイクロストリップ型伝送線路であってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０７−０７４２８５号公報
【特許文献２】特開平１０−２５６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のフリップチップ実装においては、インダクタンスを減らすためにバンプ形状を短くすると、高周波回路基板表面に形成された伝送線路と対向する基板との間に浮遊容量が増大する。即ち、対向する誘電体基板の影響が生ずるため、これが設計ズレの一因となっている。
【００１７】
また、上述のフリップチップ実装のバンプを短くする方法ではインダクタンスを少なくすることはできるが、ある特性インピーダンスを持つ伝送線路からバンプへ信号が伝わる際に生ずるインピーダンスの不連続によって生ずる放射損失を解消することはできないため、高周波での損失が大きくなることが予想される。
【００１８】
特許文献２に係る方法においては、接続部において高誘電率の接着剤を用いることでインピーダンスの整合を行い、反射損失の抑制を行っている。しかし、接続部導体の不連続部分に対する考慮がなされていないため、結果接続部にインピーダンスの不連続が生じ、放射損失を阻止することができないと予想される。
【００１９】
また、全ての接続部線路をまとめて誘電率が１以上の接着剤によって被覆することで、被覆しない場合に比べて接続部で信号の位相が多く回ることとなる。これにより損失が増大する。さらに、被覆部上部の接着剤の厚みのばらつきによって実効誘電率がばらつき、歩留まりが悪化することも予想される。加えて、特許文献２に係る実施形態では、ワイヤボンディング、又はリボンボンディングによる接続部を形成しているが、ワイヤボンディングによる方法ではグラウンド接続部のインダクタンスが大きいため、高周波域での良好なグラウンドを取ることができない。また、リボンボンディングによる方法であっても、信号パターンとグラウンドパターン間の距離の制御をμｍオーダーで制御することは難しいため、正確なインピーダンス制御を行うことができない。
【００２０】
従って、本発明の目的は、上記課題に鑑みて、接続部をコプレーナ型伝送線路で連続に形成し接続部の反射を抑えることにより、インピーダンスの不連続によって生ずる放射損失を抑え、寄生成分が小さく且つ接着部の位相の進行による損失の少ない、高周波信号を伝送する高周波装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、信号伝播方向をｘ軸、信号伝播方向に垂直且つ基板に平行な方向をｙ軸、基板の法線方向をｚ軸としたとき、第１の基板と、第１の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第１のコプレーナ型伝送線路と、第２の基板と、第２の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第２のコプレーナ型伝送線路と、第１の基板のｙｚ平面及び第１の基板のｙｚ平面と対向する第２の基板のｙｚ平面の間の空隙を充填する非導電性フィルと、伝送線路とを備える高周波装置である。伝送線路は、第３のコプレーナ型伝送線路であって、非導電性フィル上に設けられ、第１のコプレーナ型伝送線路及び第２のコプレーナ型伝送線路を接続する。
【００２２】
また、本発明の一実施形態において、第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとは、同一である。
【００２３】
さらに、本発明の一実施形態において、第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと第３のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとは、同一である。
【００２４】
また、本発明の一実施形態において、第１のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスと第２のコプレーナ型伝送線路の特性インピーダンスとが異なるときに、第３のコプレーナ型伝送線路によって、インピーダンス変換が行われる。
【００２５】
また、本発明の一実施形態において、非導電性フィルは、誘電率が３以下、且つ誘電正接が０．０１以下である。
【００２６】
さらに、本発明の一実施形態において、非導電性フィルは、ポリイミドを主成分とする非導電性フィルであってもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る接続構造によれば、基板・基板間のコプレーナ型伝送線路の接続において接続部もコプレーナ型伝送線路で導体を連続に結ぶことにより、接続部でのインピーダンス不連続部位をなくすことができる。これにより、放射損失を抑え、位相の進行による損失を少なくし、且つ接続部に生ずる寄生インダクタンスを排除した歩留まりの高い伝送線路接続構造を提供することができる。
【００２８】
また、グラウンドパターンを基板・基板間で２００μｍ以上と広く接続することができるため、高周波域での良好なグラウンドを得ることができる。
【００２９】
加えて、フェースアップ構造であるため、フリップチップ接続を用いた構造で問題となる浮遊容量が存在しない。
【００３０】
また、接続部上の信号線幅、空隙幅、接着剤の誘電率を変更することにより、任意の特性インピーダンスを持つ２つの基板間を整合させて結ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の従来技術に係る伝送線路接続構造の上面図である。
【図２】図１のｂ−ｂ'線における断面図である。
【図３】第２の従来技術に係る伝送線路接続構造の上面図である。
【図４】図３のｂ−ｂ'線における断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る伝送線路接続構造の上面図である。
【図６】図５のｂ−ｂ'線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［実施例］
以下、本発明の実施形態に係るコプレーナ型伝送線路接続構造について添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態に係る伝送線路接続構造の上面図である。図６は、図５のｂ−ｂ'線における断面図である。
【００３４】
本発明の実施形態に係る高周波装置は、信号伝播方向をｘ軸、信号伝播方向に垂直且つ基板に平行な方向をｙ軸、基板の法線方向をｚ軸としたとき、第１の基板（５０１）と、第１の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第１のコプレーナ型伝送線路（５０３）と、第２の基板（５１１）と、第２の基板の主面上（ｘｙ平面上）に設けられた第２のコプレーナ型伝送線路（５１３）と、第１の基板のｙｚ平面及び第１の基板のｙｚ平面と対向する第２の基板のｙｚ平面の間の空隙を充填する非導電性フィル（５２７）と、伝送線路とを備える。この伝送線路は、第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）であって、非導電性フィル（５２７）上に設けられ、第１のコプレーナ型伝送線路（５０３）及び第２のコプレーナ型伝送線路（５１３）を接続する。上述のように、各々のコプレーナ型伝送線路（５０３、５１３、５２３）は、信号パターン（５３１）とグラウンドパターン（５３３）とから構成される。
【００３５】
本発明の実施形態に係る高周波装置は、第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）の信号パターンの幅、第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）の信号パターンとグラウンドパターンとの間の空隙幅、第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）のテーパー形状、及び非導電性フィル（５２７）の誘電率を最適化することにより、第１のコプレーナ型伝送線路（５０３）と第２のコプレーナ型伝送線路（５１３）との整合が取れ、且つインピーダンス不連続による放射損失を低減させる。
【００３６】
また、第１の基板（５０１）と第２の基板（５１１）との間の空隙を充填する非導電性フィル（５２７）は、誘電率が３以下、誘電正接が０．０１以下であり、低誘電率であることによって接続部での位相進行による損失を抑制し、また低誘電正接であることにより誘電損失を抑制する。また、非導電性フィル（５２７）は、ポリイミドを主成分とするような非導電性フィルであってもよい。
【００３７】
また、非導電性フィル部（５２７）の構成においては、第１の基板（５０１）と第２の基板（５１１）との間の空隙をノズルを用いて空隙側部あるいは空隙上部より非導電性フィルが均一な分布となるよう一定の速度をもって、且つｚ軸方向に非導電性フィルが盛り上がるように注入した後、スキージによって第１の基板（５０１）の第２の基板（５１１）に対向する側面の上端（ｙ方向の辺）と、第２の基板（５１１）の第１の基板（５０１）に対向する側面の上端（ｙ方向の辺）とを結ぶ平面より上にはみ出した部分の非導電性フィル（５２７）を取り除き、非導電性フィル（５２７）にて平面で結ぶことにより、伝送線路に生じうるｚ軸方向の曲面を抑制することができるため、結果不要なインダクタンスの発生を抑制できる。
【００３８】
第１の基板（５０１）と第２の基板（５１１）との間の空隙を充填する非導電性フィル上部（５２７）に、第３のコプレーナ伝送線路（５２３）が予めパターニングされたスクリーン版に従って導電性ペースト（金あるいは銀ペースト）をスクリーン印刷することによりμｍオーダーで精度よく第１のコプレーナ型伝送線路（５０３）と第２のコプレーナ型伝送線路（５１３）との信号パターン、及びグラウンドパターンをそれぞれ接続させる。これによって、非導電性フィル（５２７）上部に第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）が形成され、非導電性フィル（５２７）と第３のコプレーナ型伝送線路（５２３）とから成る接続部（５４１）を構成する。また、第３のコプレーナ伝送線路（５２３）の構成方法は、金のスパッタリングとフォトレジストを用いたリフトオフ工程を用いた配線構成法であっても良い。
【００３９】
第１の基板（５０１）の特性インピーダンスＺ1が５０オーム、第２の基板（５１１）の特性インピーダンスＺ2が同じく５０オームであるというように両者の特性インピーダンスが等しい場合、接続部（５４１）の信号パターン幅及び信号パターン・グラウンドパターン間の空隙幅を、その特性インピーダンスＺcが同じく５０オームであるように取ることができる。テーパーの形状は、物理的な不連続が無い様に形成する。非導電性フィル（５２７）の誘電率は、各導体のパターンが印刷機によって形成し得る範囲で最小の誘電率とする。
【００４０】
また、第１の基板（５０１）の特性インピーダンスＺ1が５０オーム、第２の基板（５１１）の特性インピーダンスＺ2が７５オームであるというように両者の特性インピーダンスが異なる場合、接続部（５４１）の信号パターン幅及び信号パターン・グラウンドパターン間の空隙幅を、その特性インピーダンスＺcが
【００４１】
【数１】
2011061585.tif 000003
【００４２】
であるように取ることができる。接続部（５４１）の長さは、接続部（５４１）での実効波長λの４分の１に取る。テーパーの形状は、物理的な不連続が無い様に形成する。非導電性フィル（５２７）の誘電率は、各導体のパターンが印刷機によって形成し得る範囲で最小の誘電率とする。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、高周波回路部品の接続に有用であって、例えばＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC、モノリシックマイクロ波集積回路）と高周波回路基板間の接続や、ＭＭＩＣ同士、高周波回路基板同士の接続に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  第１の基板
１０３  第１のコプレーナ型伝送線路
１１１  第２の基板
１１３  第２のコプレーナ型伝送線路
１２１  バンプ
１３１  信号パターン
１３３  グラウンドパターン
３０１  第１の基板
３０３  第１のコプレーナ型伝送線路
３１１  第２の基板
３１３  第２のコプレーナ型伝送線路
３２３  ボンディングワイヤ
３２５  空隙
３２７  接着剤
３３１  信号パターン
３３３  グラウンドパターン
３４１  接続部
５０１  第１の基板
５０３  第１のコプレーナ型伝送線路
５１１  第２の基板
５１３  第２のコプレーナ型伝送線路
５２３  第３のコプレーナ型伝送線路
５２７  非導電性フィル
５３１  信号パターン
５３３  グラウンドパターン
５４１  接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011061585.tif 000006
【図４】
2011061585.tif 000007
【図５】
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【図６】
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