(57)【要約】本発明に係る高周波多層プリント基板は、スルーコネクションを囲み、スルーコネクションの特性インピーダンスを所望の値に調整可能なインピーダンス調整構造を有するスルーコネクションを含む。したがって、少ない信号変形で高周波信号をプリント基板に送ることができる。この高周波多層プリント基板は、ＧＨｚレンジまでの高周波信号に利用可能である。
2008524845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属含有層（１０３）と、第２金属含有層（１０５）と、前記第１および第２金属含有層を分離する少なくとも１つの誘電体層（１０２）と、を含む積層（１１０）と、
前記第１金属含有層（１０３）から前記少なくとも１つの誘電体層（１０２）を通じて前記第２金属含有層（１０５）にまで延びるスルーコネクションと、
少なくとも部分的に前記スルーコネクション（１０４）を囲むとともに、所望のインピーダンス値に調整され、前記遷移構造（１０８）の特性インピーダンスを与えるインピーダンス調整構造（１０６）を含む遷移構造と、を含む、高周波多層プリント基板（１００）。
【請求項２】
前記インピーダンス調整構造（１０６）は、前記スルーコネクション（１１４）と実質的に同軸上に並べられており、かつ、前記インピーダンス調整構造（１０６）の調整された内径によって、前記遷移構造（１０８）の前記特性インピーダンスの前記所望のインピーダンス値を提供する、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項３】
前記インピーダンス調整構造（１０６）は、金属含有領域によって囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域によって前記第１および第２金属含有層（１０３、１０５）に形成されており、前記金属を含まない領域は、前記スルーコネクション（１０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、前記所望のインピーダンス値に適応する直径を有する、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項４】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも１つの金属含有内径（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（１０２）は、前記金属含有内層（３０７）によって引き離された少なくとも２つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの誘電体層（３０２）および前記少なくとも１つの金属含有内層（３０７）を通じて前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、金属含有領域により囲まれて実質的に同一中心を有する金属を含まない領域によって前記内側の金属含有層（３０７）に形成され、前記金属を含まない領域は、前記スルーコネクション（３０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、前記所望のインピーダンス値に調整された直径を有する、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項５】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも２つの金属含有内層（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（３０２）は、前記少なくとも２つの金属含有内層の少なくとも１つによってそれぞれ引き離された少なくとも３つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）および前記少なくとも３つの誘電体層（３０２）を通って前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、前記スルーコネクションと実質的に同軸上に並べられた、実質的に同心の実質的円周線上に配置された複数の同軸ビアによって、前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）の少なくとも２つの間に形成される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項６】
前記実質的に同心の金属を含まない領域を囲む前記金属含有領域は、接地に電気的に接続される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項７】
前記スルーコネクション（３０４）は少なくとも１つのマイクロストリップラインに電気的に接続される、請求項３に記載の高周波プリント基板。
【請求項８】
前記スルーコネクション（３０４）は、バンプ構造によって電気的に接続される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項９】
第１の外側の金属含有層と、第２の外側の金属含有層とを更に含み、前記第１および第２の外側の金属含有層は、前記少なくとも１つの誘電体層の１つによって引き離される、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項１０】
前記スルーコネクションを、前記第１および第２の外側の金属含有層上に配置された構造に接続しているアウタービアを更に含む、請求項１０に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項１１】
前記同軸ビアは、前記実質的円周線に等間隔で配置される、請求項５に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項１２】
第１金属含有層（１０３）と、第２金属含有層（１０５）と、前記第１および第２金属含有層（１０３、１０５）を分離する少なくとも１つの誘電体層（１０２）と、を含む積層（１１０）と、
前記第１金属含有層（１０３）から前記少なくとも１つの誘電体層（１０２）を通って前記第２金属含有層（１０５）へと延びるスルーコネクションと、
前記第１および第２金属含有層（１０３、１０５）に形成されたインピーダンス調整構造（１０６）と、を含む遷移構造（１０６）であり、前記第１および第２金属含有層は、金属含有量域によって囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域を含むものであって、前記金属を含まない領域は前記スルーコネクション（１０４）と実質的に同軸上にならべられており、かつ、前記遷移構造の所望の特性インピーダンス値に調整された直径を有する、高周波多層プリント基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波装置の接続技術分野に関し、より詳細には、高周波応用のための多層プリント基板のスルーコネクションに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造においてはチップ上のフィーチャの縮小が継続的になされていることから、装置の寄生容量が実質的に減少し、縮小されたこれらのフィーチャのチップ上の動作周波数は増加す。最新のマイクロプロセッサなどの場合は、入力／出力周波数よりも高いオンチップ動作周波数（クロックレート）で駆動され、高周波の送受信装置、例えば、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）や携帯電話等の他の場合は、ＧＨｚレンジの入力／出力高周波信号を必要とする。例えば、ＷＬＡＮトランシーバは、一般的な基板にプリントされているような、接続されたアンテナへに対して、２．４ＧＨｚ信号を送受信することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、集積回路ダイは基板上に実装され、複雑な多層基板上に形成された導電線によって他の装置に接続される。特に、３００ＭＨｚ以上の高周波信号に対しての接続は、使用する基板材料とライン設計に関して、ある一定の制約に従うことになっており、このような接続は、例えば、インピーダンス制御された接続線を提供するために、マイクロストリップラインによって形成される。しかし、従来のスルーコネクションは、特定のＧＨｚレンジにおいて信号反射と高周波信号の減衰とを引き起こすおそれがある。
【０００４】
他方では、一般に、スケーリングされたフィーチャによって、ダイ寸法はそのままとして機能性が改善されるか、あるいは、機能性はそのままとしてダイ寸法が縮小される。しかし、いずれの場合においても、ダイ上の入力および出力（Ｉ／Ｏ）密度は増加する。従来のペリフェラルボンドパッド配置においては、その結果得られるボンドパッドピッチ（２つの隣接する接着パッドの中心間の距離）は、これに応じて小さくなる。したがって、集積回路のダイボンディングの改善、特に、高周波集積回路のダイボンディングの改善が、電子部品の製造者たちにとって課題となっている。通常、集積回路装置は基板上に実装され、装置の接触パッドは、ワイヤボンディング、テープによる自動ボンディング（tape automated bonding:ＴＡＢ）あるいはフリップチップボンディング技術によって、基板上の対応のパッドに接続される。
【０００５】
ワイヤボンディングおよびＴＡＢとは違って、フリップチップボンディングはペリフェラルボンドパッドの使用だけに制限されない。しかし、フリップチップ技術には、ダイと、ダイが接着される基板上に等間隔のバンプピッチを配することが必要である。基板上に実現できる最小バンプピッチは、キャリア材料と対応する利用可能技術によって決まる。概して、信頼性があり、費用効果的な構成要素を供給するためには、接着パッドを再配置する必要がある。この結果、半導体製造者たちは、ボンドパッドピッチが高くなるように、ボンドパッドをチップ領域の周辺領域に配置された２つ以上の列に配置する（ペリフェラルアレイ）か、ペリフェラルボンドパッドをチップの全体の領域に再配置する（エリアアレイ）。一般的に、高周波集積回路に対しては、バンプパッドがダイ上で再配置されるダイ、および、所要の機能性を提供するチップキャリアは利用できない。
【０００６】
セラミック、ポリイミド、あるいは難燃性のファイバーグラスエポキシ基板（ＦＲ４）などが高周波チップキャリア材料として使用されてもよい。大量生産では、ＦＲ４は、材料特性が良くないにもかかわらず（高誘電率、高損失角）、高周波応用に対しても、その経済的恩恵のために幅広く使用される材料である。しかし、従来のＦＲ４プリント基板（ＰＣＢ）技術で形成されるスルーコネクションは、過度に高周波信号を変形させるおそれがある。
上述の問題点に鑑みて、高周波応用における装置の接続技術を改良する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明のいくつかの態様を基本的に理解するために、本発明の概要を説明する。この概要は、本発明の全体像を詳細に説明するものではない。本発明の主要な、または重要な要素を特定しようとするものでも、本発明の範囲を説明しようとするものでもない。ここでの目的は、本発明のいくつかのコンセプトを簡単な形で提供して、後続のより詳細な説明に対する前置きとすることである。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、高周波多層プリント基板が提供される。このプリント基板は、第１金属含有層、第２金属含有層、および、この第１および第２金属含有層を引き離す少なくとも１つの誘電体層を含む。このプリント基板はさらに、第１金属含有層から少なくとも１つの誘電体層を通tって第２金属含有層へと延びるスルーコネクションを含む遷移構造と、このスルーコネクションを少なくとも部分的に囲み、所望のインピーダンス値に調整する、遷移構造の特性インピーダンスを供給するインピーダンス調整構造と、を含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、第１金属含有層、第２金属含有層、および、この第１および第２金属含有層を引き離す少なくとも１つの誘電体層を含む積層を含んだ高周波多層プリント基板が提供される。さらに、このプリント基板は、第１金属含有層から少なくとも１つの誘電体層を通って第２金属含有層へと延びるスルーコネクションを含む遷移構造と、第１および第２金属含有層に形成されたインピーダンス調整構造と、を含み、第１および第２金属含有層は、金属含有領域によって囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域を含み、この金属を含まない領域はスルーコネクションに対して実質的に同軸上に並べられており、また、遷移構造の所望の特性インピーダンス値に調整された直径を有する。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態では、高周波多層プリント基板は、第１金属含有層と第２金属含有層と、この第１および第２金属含有層間に配置された少なくとも１つの金属含有内層と、これらの金属含有層を引き離す少なくとも２つの誘電体層を含む積層と、を含む。さらに、このプリント基板は、第１金属含有層から少なくとも１つの金属含有内層および少なくとも２つの誘電体層を通って第２金属含有層にまで延びるスルーコネクションを含む遷移構造と、内側の金属含有層に形成されたインピーダンス調整構造とを含み、この内側の金属含有層は金属含有領域に囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域を含み、この金属を含まない領域はスルーコネクションと実質的に同軸上に並べられており、遷移構造の所望の特性インピーダンス値に調整された直径を有する。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態によれば、第１金属含有層と、第２金属含有層と、この第１および第２金属含有層間に配置された少なくとも２つの金属含有内層と、これらの金属含有層を引き離す少なくとも３つの誘電体層と、を含む積層を含んだ高周波多層プリント基板が提供される。さらに、このプリント基板は、第１金属含有層から少なくとも２つの金属含有内層および少なくとも３つの誘電体層を通って第２金属含有層にまで延びるスルーコネクションを含む遷移構造と、スルーコネクションと実質的に同軸上に並べられた、実質的円周線上に配置された複数の同軸ビアによって、少なくとも２つの金属含有内層のうちの少なくとも２つを導電的に接続するインピーダンス調整構造と、を含む。
【００１２】
本発明の更なる実施形態によれば、高周波装置が提供される。この装置は、高周波端子と、遷移構造を含む高周波多層プリント基板とを含む、高周波集積回路ダイを含み、この高周波集積回路ダイは、高周波多層プリント基板に実装され、高周波端子は遷移構造に接続される。遷移構造は、スルーコネクションとインピーダンス調整構造とを含む。
【００１３】
本発明の更なる実施形態によれば、高周波多層プリント回路を製造する方法が提供される。該方法は、所望のインピーダンス値を選択するステップと、少なくとも１つの第１金属含有層および第２金属含有層と、第１および第２金属含有層を引き離す少なくとも１つの誘電体層を含む積層を形成するステップと、を含む。さらに、該方法は、第１金属含有層から少なくとも１つの誘電体層を通って第２金属含有層にまで延びるスルーコネクションを形成するステップと、スルーコネクションを少なくも部分的に囲むインピーダンス調整構造を形成するステップと、遷移構造の特性インピーダンスを所望のインピーダンス値に調整するステップと、を含む。遷移構造はスルーコネクションおよびインピーダンス調整構造から形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、添付の図面と併せて以下の記載を参照することで理解することができる。図面において、同じ参照符号は同様の要素を示す。
【００１５】
本発明は、様々な改良を行い、また、他の形態で実施することができるが、ここに説明されている特定の実施例は、例示として示さたものであり、以下にその詳細を記載する。しかし当然のことながら、ここに示した特定の実施例は、本発明を開示されている特定の形態に限定するものではなく、むしろ本発明は添付の請求項によって規定されている発明の範疇に属する全ての改良、等価物、及び変形例をカバーするものである。
【００１６】
本発明の実施例を以下に記載する。簡素化のため、現実の実施品におけるすべての特徴を本明細書に記載することはしていない。当然のことながら、そのような現実の実施品の開発においては、開発者における特定の目標を達成するため、システム的制限やビジネス的制限との摺り合せなど、多くの特定の実施の決定がなされる。それらは各実施形態によって様々に変化するものである。更に、そのような開発努力は複雑で時間を消費するものであるのは当然のことであるが、それでもなお、この開示の恩恵を有する当業者にとっては通常作業の範疇に入るものである。
【００１７】
本発明を添付の図面を参照しながら説明する。図面には、様々な構造、システム、および装置が、単なる説明目的で、また、当業者にとっては周知の詳細で本発明を曖昧にしないように、概略的に描かれている。しかしながら、添付の図面は本発明の実施例を説明・解説する目的で添付されているものである。本明細書で使用される用語や言い回しは関連技術において当業者たちによって理解される単語や言い回しと一貫した意味を持つものと理解、解釈される。本明細書において用語あるいは言い回しを一貫して使用していても、これらの用語や言い回しのいかなる特定の定義、すなわち、当業者により理解される通常の意味及び慣習的な意味からは異なる定義を意味するものではない。用語や言い回しを、特定の意味を有する範囲において用いる場合、つまり当業者により理解されているのとは異なる意味で用いる場合、本明細書においては、直接かつ明確にそのような言葉や言い回しの特定の定義を行う。
【００１８】
さらに、同心、円形、および同軸などの、使用されている幾何学用語は、幾何学的精度を必ずしも正確に示す必要のないフィーチャに関係する。対応するフィーチャの実際の形状は、このようなフィーチャの機能性が例えば製作交差によって過度に影響を受けない場合を除いて、正確な幾何学的形状と異なり得る。
【００１９】
図１ａ、１ｂ、２、３ａ、４、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａおよび７ｂを参照すると、本発明の更なる実施形態が詳細に記載されている。図面において、類似の構成要素や同一の構成要素は、第１桁を除いて同じ参照符号で記されており、第１桁は、それぞれの図面の番号に合わせて選択される。
【００２０】
図１ａおよび図１ｂは、積層部１１０と遷移構造１０８と含む高周波多層プリント基板１００の実施形態の平面図および断面図をそれぞれ概略的に示す。積層部１１０は、第１金属含有層１０３、第２金属含有層１０５、および少なくとも１つの誘電体層１０２を含む。遷移構造１０８は、インピーダンス調整構造１０６、スルーコネクション１０４、誘電体領域１３２、およびパッド１０９を含む。
【００２１】
高周波多層プリント基板１００は、従来の多層ＰＣＢ技術によって積層部１１０を重ねる（積層する）ことで形成され得る。第１金属含有層１０３および第２金属含有層１０５は、例えば、銅、金、あるいはアルミニウムを含んでもよく、厚みは約５〜２００μｍの範囲の値をとり得る。銅含有層は、金、ニッケル、錫、鉛、あるいはその組合せを含む保護層（図示せず）によって被覆されてもよい。保護層の厚みは、約５０ｎｍ〜２０μｍの範囲の値をとり得る。少なくとも１つの誘電体層１０２は、高周波応用に適した任意の誘電材料、例えば、ＦＲ４、ポリマー、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオレチレン（ＰＴＦＥ）(polytetrafluorethylen)、ポリイミドなど、およびセラミックス、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを含み得る。誘電体層１０２の厚みは、約０．１〜２ｍｍの範囲の値である。使用される誘電体の誘電率（εＴ）は、誘電体の電磁波の伝搬速度を決定するものであって、約２〜１０の範囲の値をとる。誘電率が低くなることと伝搬速度が速くなることとが対応し、よって、波長が大きくなることに対応する。使用される誘電材料の損失角は、誘電材料の高周波伝搬の減衰に影響を及ぼすものであって、約０．００１〜０．１の範囲の値をとる。
【００２２】
遷移構造１０８は、多層プリント基板１００に形成される。積層部１１０には、従来の機械あるいはレーザーベースの技術やエッチングなどによってホール１１２が形成される。次に、インピーダンス調整構造１０６を形成するために、十分に確立したメッキ技術によって、ホールの壁がメッキされる。メッキされた層の厚みは、トータルで約５〜５０μｍの範囲の値をとる。高周波では、表皮効果により、電流は数μｍしかない厚みの表面の副層（図示せず）に集中する点に留意されたい。したがって、高周波での用途においては、薄いメッキ層は遷移構造１０８に十分対応できる。次のステップとして、インピーダンス調整構造１０６を形成するメッキ層を含むホールが誘電材料１３２によって充填される。この材料１３２は、誘電材料１０２と同じであってもよいし、あるいは、適切な電気特性を備えた別の材料を含んでもよい。次に、機械あるいはレーザーベース技術やエッチングによって、インピーダンス調整構造１０６と実質的に同軸上に並べられたインナーホール(inner hole)１１６が形成され、その中にスルーコネクション１０４が形成される。インピーダンス調整構造１０６を形成するために使用するメッキ技術を、スルーコネクション１０４を形成するインナーホール１１６の壁にメッキ層を形成するために適用してもよい。表皮効果により、スルーコネクション１０４を流れる電流は、薄い外側の副層（図示せず）に集中するので、必要であれば、高周波信号における電気抵抗を実質的に増加させることなく、スルーコネクション１０４の内部（図示せず）を誘電材料で充填することもできる。
【００２３】
インピーダンス調整構造１０６の直径１１３、１１１、および、スルーコネクション１０４の直径は、所望のインピーダンス値に、例えば、接続されたトランシーバおよび／または接続されたマイクロストリップラインの入力／出力インピーダンスに調整される。所望のインピーダンス値は、約１０〜３００Ωの範囲の値をとり、特定の実施形態では、約５０Ωである。実質的に同軸構造の特性インピーダンスは、材料１３２の誘電率（εｒ）、および、スルーコネクションの外径１１１（ｄ２）とインピーダンス調整構造１０６の内径１１３（ｄ１）との比率（Ｚ０≒６０／εｒ１／２×ln（ｄ１／ｄ２））で決まる。従って、遷移構造１０８のインピーダンスは、材料１３２を選択することで、および／あるいは、直径１１１および１１３の比率を選択するで、所望のインピーダンス値に調整されてもよい。誘電率（εｒ）が４（例えば、ＦＲ４材料）で、特性インピーダンスが１０〜３００Ωの範囲の値をとる場合、直径１１１と１１３との比率は、約１．５〜２２０００の範囲の値をとる。インピーダンス値が５０Ωで、誘電率（εｒ）が２〜１０の範囲の値をとる場合、直径１１１と１１３との比率は約３．２〜１４の範囲の値をとる。特定の実施形態では、誘電率（εｒ）は約４であり、特性インピーダンスは約５０Ωであり、この結果、直径１１１と１１３との比率は約８．８となる。更なる実施形態では、遷移構造１０８の幾何学的パラメータは、有限要素法などの周知の３次元電磁界シミュレーション技術によって決定されてもよい。このような方法によって、接続された構造、例えばバンプ構造（図示せず）の付加的効果やマイクロストリップラインへの遷移（図示せず）の付加的効果が説明される。
【００２４】
図２は、本発明の例示的実施形態に従う、高周波装置２５０の断面図を概略的に示す。ボンドパッド２２６を含む高周波集積回路ダイ２２０は、ボンド２２２によて高周波多層プリント基板２００に接着される。
【００２５】
多層プリント基板２００は、第１金属含有層２０３、第２金属含有層２０５、誘電体層２０２、ボンドパッド２２４、導電接続線２１４、および遷移構造２０８を含む。遷移構造２０８はスルーコネクション２０４とインピーダンス調整構造２０６とを含む。
【００２６】
多層プリント基板２００と遷移構造２０８とは、図１ａおよび１ｂに関して説明したように形成されてもよい。ボンドパッド２２４、２０９は、十分に確立された多層ＰＣＢ技術によって多層プリント基板２００の第１金属含有層２０３および第２金属含有層２０５に形成される。集積回路ダイ２２０からの高周波信号を対応するボンド２２２とスルーコネクション２０４とを通じて、多層プリント基板２００の反対側に配置された構成要素（図示せず）に送ることができるように、遷移構造２０８のスルーコネクションはボンドパッド２０９に接触している。図２に示したボンド２２２はバンプポンドを示しているが、他の実施形態では、ＴＡＢボンドあるいはワイヤボンドをも含み得る。更なる実施形態では、多層プリント基板２００は、少なくとも１つの高周波集積回路を含む１つ以上のダイのチップキャリアとして使用してもよい。特に、フリップチップボンドダイに関しては、チップキャリアは、高周波端子が含まれている場合であっても、例えば、高密度のペリフェラルボンドパッド配置を十分に幅のあるアレイボンドパッド配置に再配置するように機能することができる。よって、電子的構成要素の全体の製造コストを引き下げるために、大きなメインボードのレイアウトに関する要件を緩和するよう、複雑なファインピッチレイアウトを含む小さなチップキャリアが大きなＰＣＢ（図示せず）に実装される。メインボード上には、キーパッド、保護装置、アンテナなど、ピッチの粗いレイアウトしか必要としない付加的構成要素が実装されてもよい。したがって、対応する用途では、低価格のＦＲ４  ＰＣＢをメインボードに使用してもよい。遷移構造２０８を利用した一実施形態では、高周波チップキャリアでさえも、ＦＲ４材料から製造され得る。このＦＲ４材料は、大量生産に対して費用効果的な高周波チップを提供する。チップキャリアは、バンプボンド処理や簡単にロック解除できるプラグおよびソケット接続によって実装され得る。
【００２７】
図３ａおよび図３ｂは、本発明に係る遷移構造３０８の更なる実施形態を含む多層プリント基板３００の平面図および断面図をそれぞれ示す。多層プリント基板３００は、第１金属含有層３０３、第２金属含有層３０５、第１金属含有層３０３と第２金属含有層３０５との間に配置された２つの金属含有内層３０７、金属含有層３０３、３０５、３０７を引き離す３つの誘電体層３０２、を含む。遷移構造３０８は、スルーコネクション３０４とインピーダンス調整構造３０６とを含む。インピーダンス調整構造３０６は、８つの同軸ビア３４４と、スルーコネクション３０４と実質的に同軸上に並べられた金属含有領域３４２、３４６を含む。
【００２８】
多層プリント基板３００は、十分に確立された多層ＰＣＢ技術によって形成される。この技術においては、第１ステップとして、２つの金属含有内層３０７がパターニングされて金属含有領域３４６が形成される。金属含有領域３４６の内径３１３とスルーコネクション３０４の外形との比率は、記載済の同軸の実施形態に類似して、図１の遷移構造１０８に関して説明したように決定されてもよく、あるいは、電磁界シミュレーションに基づく計算によって決定されてもよい。同軸ビア３４４は、実質的に円周線３１８上に配置され、この円周線３１８は、次に形成されるスルーコネクション３０４と実質的に同軸上に並べられる。また、この円周線３１８の直径３１７は、遷移構造３０８のインピーダンスに対して決定される。一実施形態では、ビア３４４の最内部が、３１３を直径とする円の接線となるように、同軸ビア３４４を実質的円周線上に配置してもよい。２つの金属含有領域３４６は、同軸ビア３４４によって導電的に接続される。２つの金属含有内層３０７を含む積層が完成すると、第１金属含有層３０３および第２金属含有層３０５は、内側の積層の両側にそれぞれラミネートつまり重ねられる。この、内側の積層は、誘電体層３０２の１つによって各々引き離されている。第１および第２金属含有層は、周知のＰＣＢパターニング処理によりパターニングされる。これらの層３０３、３０５には、インピーダンス調整構造３０６の一部を形成するために、金属含有領域３４６に対応する金属含有領域３４２が与えられる。これらの金属含有領域３４６、３４２の外側の境界（図示せず）は遷移構造３０８のインピーダンスに実質的な影響を及ぼさない。また、例えば、外側の境界は、その形状が使用されるＰＣＢ技術の設計ルールに基づいたものである限りは、任意に形成してもよい。一般に、インピーダンス調整構造３０６の金属含有領域３４２、３４６および同軸ビア３４４は、図１ａおよび図１ｂに関して記載したインピーダンス調整構造１０６に相当するインピーダンス適応機能を提供する。
【００２９】
第１金属含有層３０３から２つの金属含有内層３０７と３つの誘電体層３０２を通って第２金属含有層３０５にまで延びるスルーコネクション３０４は、周知の多層ＰＣＢ技術によって形成される。パッド３０９は第１金属含有層３０３および第２金属含有層３０５上に形成される。これにより、スルーコネクション３０４を確実に接続することができる。スルーコネクション３０４は、バンプボンド３７０やワイヤボンド（図示せず）などのダイボンドによって直接接続されてもよい。別の実施形態では、スルーコネクション３０４はマイクロストリップライン（図示せず）などの、定義されたインピーダンスを有する導電線によって接続されてもよい。この接続はさらに、対称性要件を満たすために平衡不平衡変成器（図示せず）を含んでもよい。
【００３０】
描画した実施形態では、８つの同軸ビア３４４は、実質的円周線３１８上にほぼ等間隔に配置される。別の実施形態では、円周線３１８上には、８以外の数の同軸ビア（例えば６や１２）が配置されてもよい。更なる実施形態では、インピーダンス調整構造３０６は、接地に接続されてもよい。
【００３１】
図４は、図３ａおよび３ｂにおいて構造３０８として示しているような高周波遷移構造４０８を含む多層高周波ＰＣＢ４００の特定の実施形態の断面図を示している。該図において、レイアウトは現在入手可能なＦＲ４−ＰＣＢ設計ルールに適応する。多層高周波ＰＣＢ４００は、遷移構造４０８に加えて、各々が外側の誘電体層４２３によって引き離された第１金属含有外層４４８と第２金属含有外層４４９、２つのアウタービア４６４、２つのマイクロストリップライン４６２、および接着パッド４５８を含む。更に、図４は、バンプボンド４７０、４５２、およびメインボード４５６、および、ＰＣＢ４００に接着されたダイ４２０の一部を示す。
【００３２】
遷移構造４０８のスルーコネクション４０４は、一方がダイ４２０の高周波端子の接着パッド４５９に、反対側がメインボード４５６の接着パッド４５５に接続されている。この接続は、アウタービア４６４とマイクロチップ線４６２とによって成立する。マイクロストリップライン４６２は、ラインの幅と厚み、および、隣接するグランド層までの距離を考慮して、周知の設計ルールによって設計される。更なる実施形態では、メインボード４５６を接続するバンプボンド４５２、および／あるいは、ダイ４２０を接続するバンプボンド４７０をアウタービア４６４上に配置された接着パッド４６０上に直接形成し、マイクロストリップ線を省いてもよい。インピーダンスは、同軸線アプローチ法、あるいは、電磁界シミュレーションを使用して、図３ａおよび３ｂのインピーダンス調整構造３０６に関して説明したように調整されてもよい。さらに、シミュレーションをする場合はアウタービア４６４、および／あるいは、バンプボンド４５０の影響を考慮し得る。
【００３３】
多層ＰＣＢ４００の実施形態では、金属含有層４０３、４０５、４０７、４４８、および４４９は銅を含み、第１金属含有外層４４８および第２金属含有外層４４９の厚み４４５は約４０μｍであり、第１金属含有層４０３および第２金属含有層４０５の厚み４４７は約２０μｍであり、金属含有内層４０７の厚み４４９は約３０μｍである。誘電体層４０２、４２３は、１ＧＨｚの周波数で誘電率が約４．４の難燃性ファイバーグラスエポキシ基板（ＦＲ４）を含む。誘電体層４０２の厚み４４１は約１００μｍであり、誘電体外層４２３の厚み４４３は約６３μｍである。スルーコネクション４０４の外径４１１は約２４０μｍであり、パッド４０９の直径４３５は約５００μｍである。第１および第２金属含有層４０３、４０５、４０７に形成された金属含有領域４４２、４４６の内径４１３は、約１０９０μｍである。８つの同軸ビア４４４の位置を画定している実質的円周線の直径４１９は、約１４００μｍである。同軸ビア４４４のパッド４６８の直径４６６は約５００μｍであり、同軸ビア４４４のスルーコネクションの直径４６５は約２００μｍである。アウタービア４６４のパッド４６０の直径４６１は約２５０μｍであり、外側のビア４６４のスルーコネクションの直径４６３は約１００μｍである。スルーコネクション４０４のパッド４０９とアウタービア４６４のパッド４６０とが部分的に重なるように、スルーコネクション４０４の軸とアウタービア４６４の軸間の距離４３３は約３００μｍにされる。バンプパッド４５８の直径４５３は約６００μｍであり、隣接するバンプパッド４５８の中心間の距離４５１は約１２７０μｍである。
【００３４】
アウタービア４６４を含む測定された遷移構造の挿入損失は（マイクロストリップラインによって生じる減衰なしに）、２．４ＧＨｚの信号周波数で約−２９ｄＢである。計算された散乱パラメータ（つまり、Ｓ−パラメータ）は測定結果を裏付ける。この計算は、材料パラメータ、κＣｕ＝５．８Ｓ／ｍ（銅の導電率として）およびtanδ＝０．０４（ＦＲ４の損失角として）に基づいて行われた。この結果、入力立体角反射率Ｓ１１は、０．１ＧＨｚにおいて０．００３／−９４°、２．４ＧＨｚにおいて０．０５０／−１７０°、および６．０ＧＨｚにおいて０．０９２／６４°であり、対応する反射率ダンピングはそれぞれ、約１５２ｄｂ、−２６ｄｂ、および−２１ｄｂである。伝送損失Ｓ１２に対する結果は、０．１ＧＨｚにおいて−０．０１ｄｂ、２．４ＧＨｚにおいて−０．１７ｄｂ、および６．０ＧＨｚにおいて−０．５４ｄｂであり、出力立体角反射率Ｓ２２に対する結果は、０．１ＧＨｚにおいて０．００３／‐９３°、２．４ＧＨｚにおいて０．０４７／−１５５°、および、６．０ＧＨｚにおいて０．０９５／８３°である。取得したこの結果は、現在入手可能な標準構造をただ使用することでＦＲ４  ＰＣＢに形成された多層遷移構造が、ＧＨｚ周波数レンジの信号を送信するために適切なインピーダンスに調整されることが証明される。
【００３５】
場合によっては、インピーダンス適用構造は、インピーダンス適応性を十分に提供しつつ、ＰＣＢの製造プロセスの費用対効果を高めるように簡素化されてもよい。図５ａ、５ｂ、６ａ、６ｃ、７ａ、７ｂについては、以下に、対応する高周波多層ＰＣＢのインピーダンス調整構造の実施形態を記載する。この、簡素化されたインピーダンス調整構造は、多層スタックの所要の層数を減らすように、および／あるいは、所要のＰＣＢ領域を減らすように設計される。本発明の様々な実施形態のフィーチャの組み合わせを利用して、更なるインピーダンス調整構造を得ることもできる。
【００３６】
図５ａおよび図５ｂは、遷移構造５０８を含む高周波プリント基板５００の更なる実施形態の平面図および断面図をそれぞれ示す。この高周波回路基板５００は、第１金属含有層５０３と第２金属含有層５０５とを含む多層スタック５１０を含む。遷移構造５０８は、パッド５０９とインピーダンス調整構造５０６とを含むスルーコネクションを含む。
【００３７】
高周波プリント基板５００は、標準の構成要素だけを含むので、十分に確立された従来のＰＣＢ技術によって製造されてもよい。
【００３８】
インピーダンス調整構造５０６の内径５１３は、スルーコネクション５０４と接続された構造のインピーダンスのミスマッチを減らすように構成され得る。対応するテスト構造で実施される反射率測定や計算により、適切な直径が決定されてもよい。上述したように、計算は、直径５１３と５１１との比率を考慮した同軸線近似に基づいて、あるいは、十分に確立された電磁界シミュレーションに基づくものであってよい。また、このシミュレーションは、接続された構造の影響を考慮し得る。一実施形態では、直径５１３と５１１との比率は、約２〜１０の範囲の値をとる。
【００３９】
図６ａおよび図６ｂは、図５ａおよび図５ｂに示した実施形態に類似した高周波プリント基板６００の更なる実施形態の平面図および断面図をそれぞれ示す。図５ａや図５ｂの実施形態とは異なり、図６ａおよび図６ｂの実施形態は、第１金属含有層６０３と第２金属含有層６０５との間に配置された、少なくとも１つの付加的金属含有内層６０７と、少なくとも１つの金属含有内層６０７によって引き離された少なくとも２つの誘電体層６０２と、を含む。スルーコネクション６０４は、第１金属含有層６０３から少なくとも２つの誘電体層６０２および少なくとも１つの金属含有内層６０７を通って第２金属含有層６０５へと延びる。図５ａおよび図５ｂの実施形態とは異なり、遷移構造６０８のインピーダンス調整構造６０６は、金属含有内層６０７に形成される。遷移構造６０８のインピーダンスは、インピーダンス調整構造６０６の直径６１７とスルーコネクション６０４の直径６１１との比率を調節することで、所望の値に調整され得る。一実施形態では、直径６１７と６１１との比率は、約２〜１０の範囲の値をとる。
【００４０】
図７ａおよび図７ｂは、図６ａおよび図６ｂに類似した高周波プリント基板７００の更なる実施形態の平面図および断面図をそれぞれ示す。図６ａおよび図６ｂの実施形態とは違って、図７ａおよび図７ｂの実施形態は、少なくとも２つの金属含有内層７０７、および、この少なくとも２つの金属含有内層７０７によって引き離された少なくとも３つの誘電体層７０２を含む。スルーコネクション７０４は、第１金属含有層７０３から少なくとも３つの誘電体層７０２および少なくとも２つの金属含有内層７０７を通って第２金属含有層７０５へと延びる。図６ａおよび図６ｂの実施形態とは違って、インピーダンス調整構造７０６は、図３ａおよび図３ｂに関して上述したように、少なくとも２つの金属含有内層７０７間の円周線７１８上に配置された同軸ビア７４４によって形成される。遷移構造７０８のインピーダンスは、円周線７１８の直径７１９とスルーコネクション７０４の直径７１１との比率を調整することによって所望の値に調整され得る。一実施形態では、直径７１９と７１１との比率は、約３〜２０の範囲の値をとる。
【００４１】
この結果、本発明は高周波用の多層プリント基板を提供する。多層プリント基板は、インピーダンスを、例えばトランシーバ装置の出力／入力インピーダンスに対して所望の値に調整することを可能とする遷移構造を含み、これにより、トランシーバ装置からの高周波信号及びトランシーバ装置への高周波信号が、多層プリント基板にプリントされたアンテナへ信号を供給するために、例えば多層プリント基板の反対側に導かれるようになる。さらに、提案されている遷移構造は、高周波ダイ端子が含まれている場合であっても、フリップチップ用途などの高周波チップキャリアを製造するために使用することができ、これにより、ピッチの細かい配置であるダイのファインピッチボンドパッド配置を、ピッチの粗い配置であるコアースピッチパッド配置に再配置できる。コストパフォーマンスの高い多層プリント基板とチップキャリアとを供給するために、この実現されたインピーダンス適応性は、ＦＲ４が基板材料として使用されていても、所要の送信挙動を十分に実現することができる。
【００４２】
本発明による利益を享受し得る当業者であれば、本発明に関して等価の範囲内で種々の変形及び実施が可能であることは明らかであることから、上述の個々の実施形態は、例示的なものに過ぎない。例えば、上述した方法における各ステップは、その実行順序を変えることもできる。更に上述した構成あるいは設計の詳細は、なんら本発明を限定することを意図するものではなく、請求の範囲の記載にのみ限定されるものである。従って、上述した特定の実施形態は、変形及び修正が可能であることは明らかであり、このようなバリエーションは、本発明の趣旨及び範囲内のものである。従って、本発明の保護は、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１ａ】本発明に係る遷移構造の平面図。
【図１ｂ】本発明に係る遷移構造の、図１の断面線における断面図。
【図２】本発明に係る高周波装置の断面図。
【図３ａ】現在入手可能な多層プリント基板設計ルールに適応される遷移構造の平面図。
【図３ｂ】現在入手可能な多層プリント基板設計ルールに適応される遷移構造の断面図。
【図４】現在入手可能なＦＲ４−ＰＣＢ設計ルールに適応される図３ａおよび３ｂの高周波遷移構造を含む多層プリント基板（ＰＣＢ）の断面図。
【図５ａ】本発明の実施形態に従う別の高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の平面図。
【図５ｂ】本発明の実施形態に従う別の高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の断面図。
【図６ａ】本発明の更に別の実施形態に従う、高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の平面図。
【図６ｂ】本発明の更に別の実施形態に従う、高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の断面図。
【図７ａ】本発明の更に別の実施形態に従う高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の平面図。
【図７ｂ】本発明の更に別の実施形態に従う高周波遷移構造を備えた多層プリント基板の断面図。
【図１ａ】
2008524845.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属含有層（１０３、４０３）と、第２金属含有層（１０５、４０５）と、前記第１および第２金属含有層を引き離す少なくとも１つの誘電体層（１０２、４０２）と、外側の誘電体層（４２３）によって前記第１金属含有層（１０３、４０３）から分離された第１の外側の金属含有層（４４８）と、さらなる外側の誘電体層（４２３）によって前記第２金属含有層（１０５、４０５）から分離された第２の外側の金属含有層（４４９）と、を含む積層（１１０）と、
前記第１金属含有層（１０３、４０３）から前記少なくとも１つの誘電体層（１０２、４０２）を通って前記第２金属含有層（１０５、４０５）にまで延びるスルーコネクション（１０４、４０４）と、
少なくとも部分的に前記スルーコネクション（１０４、４０４）を囲むとともに、所望のインピーダンス値に調整され、前記遷移構造（１０８、４０８）の特性インピーダンスを与えるインピーダンス調整構造（１０６、４０６）を含む遷移構造（１０８、４０８）と、
前記スルーコネクションを前記第１の外側の金属含有層（４４８）に配置された構造に接続するアウタービア（４６４）と、を含み、前記スルーコネクション（４０４）の軸と前記アウタービア（４６４）の軸とは、前記スルーコネクション（４０４）と前記アウタービア（４６４）とが部分的に重なる距離で配置される、
高周波多層プリント基板（１００、４００）。
【請求項２】
前記インピーダンス調整構造（１０６）は、前記スルーコネクション（１１４）と同軸上に並べられており、かつ、前記インピーダンス調整構造（１０６）の調整された内径によって、前記遷移構造（１０８）の前記特性インピーダンスの前記所望のインピーダンス値を提供する、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項３】
前記インピーダンス調整構造（１０６）は、金属含有領域によって囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域によって前記第１および第２金属含有層（１０３、１０５）に形成されており、前記金属を含まない領域は、前記スルーコネクション（１０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、前記所望のインピーダンス値に調整された直径を有する、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項４】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも１つの金属含有内径（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（１０２）は、前記金属含有内層（３０７）によって引き離された少なくとも２つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの誘電体層（３０２）および前記少なくとも１つの金属含有内層（３０７）を通って前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、金属含有領域により囲まれて実質的に同一中心を有する金属を含まない領域によって前記内側の金属含有層（３０７）に形成され、前記金属を含まない領域は、前記スルーコネクション（３０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、前記所望のインピーダンス値に調整された直径を有する、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項５】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも２つの金属含有内層（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（３０２）は、前記少なくとも２つの金属含有内層の少なくとも１つによってそれぞれ引き離された少なくとも３つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）および前記少なくとも３つの誘電体層（３０２）を通って前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、前記スルーコネクションと実質的に同軸上に並べられた、実質的に同心の実質的円周線上に配置された複数の同軸ビアによって、前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）の少なくとも２つの間に形成される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項６】
前記実質的に同心の金属を含まない領域を囲む前記金属含有領域は、接地に電気的に接続される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項７】
前記スルーコネクション（３０４）は少なくとも１つのマイクロストリップラインに電気的に接続される、請求項３に記載の高周波プリント基板。
【請求項８】
前記スルーコネクション（３０４、４０４）は、バンプ構造（３７０、４７０）によって電気的に接続される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項９】
前記同軸ビア（３４４、４４４）は、前記実質的円周線（３１８）に等間隔で配置される、請求項５に記載の高周波多層プリント基板。
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月17日(2008.1.17)
【手続補正１】
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス調整構造（１０６）は、金属含有領域によって囲まれた実質的に同心の金属を含まない領域によって第１および第２金属含有層（１０３、１０５）に形成されており、金属を含まない領域は、スルーコネクション（１０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、所望のインピーダンス値に調整された直径を有する、高周波多層プリント基板。
【請求項２】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも１つの金属含有内層（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（１０２）は、前記金属含有内層（３０７）によって引き離された少なくとも２つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの誘電体層（３０２）および前記少なくとも１つの金属含有内層（３０７）を通って前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、金属含有領域により囲まれて実質的に同一中心を有する金属を含まない領域によって前記内側の金属含有層（３０７）に形成され、前記金属を含まない領域は、前記スルーコネクション（３０４）と実質的に同軸上に並べられており、また、前記所望のインピーダンス値に調整された直径を有する、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項３】
前記第１および第２金属含有層（３０３、３０５）間に配置された少なくとも２つの金属含有内層（３０７）を更に含み、
前記少なくとも１つの誘電体層（３０２）は、前記少なくとも２つの金属含有内層の少なくとも１つによってそれぞれ引き離された少なくとも３つの誘電体層（３０２）を含むものであって、
前記スルーコネクション（３０４）は、前記第１金属含有層（３０３）から前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）および前記少なくとも３つの誘電体層（３０２）を通って前記第２金属含有層（３０５）へと延びており、かつ、
前記インピーダンス調整構造（３０６）は、前記スルーコネクションと実質的に同軸上に並べられた、実質的に同心の実質的円周線上に配置された複数の同軸ビアによって、前記少なくとも２つの金属含有内層（３０７）の少なくとも２つの間に形成される、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項４】
前記実質的に同心の金属を含まない領域を囲む前記金属含有領域は、接地に電気的に接続される、請求項１に記載の高周波多層プリント基板。
【請求項５】
前記同軸ビア（３４４、４４４）は、前記実質的円周線（３１８）に等間隔で配置される、請求項３に記載の高周波多層プリント基板。
【国際調査報告】
2008524845.tif 000015
2008524845.tif 000016
2008524845.tif 000017