(57)【要約】【課題】高周波信号の高周波化に伴なって貫通導体間で電界が漏洩するのを抑制し、また配線基板の強度を保持することができるものとすること。【解決手段】配線基板１は、絶縁基板２の上面に形成された１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号が伝送される線路導体３およびその両側に所定間隔をもって形成された線路状の同一面接地導体４と、絶縁基板２の下面の略全面に形成された接地導体５と、絶縁基板２の内部に形成された、同一面接地導体４と接地導体５とを電気的に接続する複数の貫通導体６とを具備し、複数の貫通導体６は、線路導体３に平行な方向における間隔が高周波信号の波長の１／４以下とされ、線路導体３に直交する方向における線路導体３を間に挟む間隔が波長の１／２以下とされており、同一面接地導体４は、線路導体３に平行な方向における貫通導体６同士の間に貫通導体６の断面形状と略同じ形状の導体非形成部７が形成されている。【選択図】　図１
2004140608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の上面に形成された１０ギガビット／秒以上の高周波信号が伝送される線路導体および該線路導体の両側に所定間隔をもって形成された線路状の同一面接地導体と、前記絶縁基板の下面の略全面に形成された接地導体と、前記絶縁基板の内部に形成された、前記同一面接地導体と前記接地導体とを電気的に接続する複数の貫通導体とを具備しており、該複数の貫通導体は、前記線路導体に平行な方向における間隔が前記高周波信号の波長の１／４以下とされ、前記線路導体に直交する方向における前記線路導体を間に挟む間隔が前記波長の１／２以下とされており、前記同一面接地導体は、前記線路導体に平行な方向における前記貫通導体同士の間に前記貫通導体の断面形状と略同じ形状の導体非形成部が設けられていることを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号が伝送される線路導体およびその両側に所定間隔をもって形成された同一面接地導体を有するコプレーナ構造の伝送線路が形成された配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話、光通信システム等の通信分野等で用いられる高周波信号伝送用の配線基板は、絶縁性および放熱性に優れたセラミックス等から成る絶縁基板を用いた、１０Ｇ（ギガ）ビット／秒（１０Ｇｂｐｓ）を超えるデータ通信のビットレートのものが広く用いられるようになってきている。なお、一般に１０Ｇｂｐｓは１６ＧＨｚ程度に相当する。
【０００３】
従来のコプレーナ構造の伝送線路を有する配線基板を図５に示す。図５（ａ）は従来の配線基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。同図において、１０１は配線基板、１０２はセラミックス等からなる絶縁基板、１０３は絶縁基板１０２の上面に形成された線路導体、１０４は線路導体１０３の両側に所定間隔をもって形成された同一面接地導体、１０５は絶縁基板１０２の下面の略全面に形成された接地導体、１０６は同一面接地導体１０４および接地導体１０５を電気的に接続するとともに線路導体１０３の両側に形成された貫通導体である。
【０００４】
配線基板１０２は、アルミナセラミックス等のセラミックスからなる絶縁基板１０２の上面に線路導体１０３および同一面接地導体１０４が形成され、絶縁基板１０２の下面には接地導体１０５が形成されており、同一面接地導体１０４と接地導体１０５は貫通導体１０６により電気的に接続されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００５】
近年、このような高周波信号伝送用の配線基板には、１０Ｇｂｐｓを超えるビットレートの高周波信号伝送用の用途が増加してきており、これに伴って１０Ｇｂｐｓを超えるビットレートの高周波信号の伝送特性の向上が求められている。
【０００６】
【特許文献１】
特開１９９７−２３１０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような従来の配線基板１０１の構造では、複数の貫通導体１０６と、同一面接地導体１０４の線路導体１０３と反対側の端との間で高周波信号の電磁的な共振現象が発生して、線路導体１０３の伝送特性が劣化するという問題点があった。この共振現象は高周波信号の伝送特性の劣化のみならず、線路導体１０３にボンディングワイヤ等で電気的に接続されるＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子の誤動作等の原因となる。
【０００８】
上記の共振現象は、貫通導体１０６の線路導体１０３と反対側の端と、同一面接地導体１０４の線路導体１０３と反対側の端との間隔を大きくすることで抑制することができるが、共振現象の十分な抑制を行なうには配線基板が大型化されるため、この配線基板１０１を備えた半導体装置や光半導体装置の小型化が困難となる。このようなことから、従来の配線基板１０１においては、上記の共振現象を抑制した小型化されたものとすることが課題とされてきた。
【０００９】
そこで、上記の問題点を解消するために、図３に示すように、絶縁基板１２の上面に形成され、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号が伝送される線路導体１３と、線路導体１３の両側に所定間隔をもって形成された線路状の同一面接地導体１４と、絶縁基板１２の下面の略全面に形成された接地導体１５と、同一面接地導体１４と接地導体１５とを電気的に接続する複数の貫通導体１６とを具備し、複数の貫通導体１６は、線路導体に平行な方向における間隔が高周波信号の波長の１／４以下であり、線路導体に直交する方向における線路導体を間に挟む間隔が波長の１／２以下であり、同一面接地導体の線路導体と反対側の端との間隔が０．１ｍｍ以下である構成の配線基板１１を、本出願人は提案した（特願２００２−１４７９２８）。
【００１０】
なお、図３（ａ）は配線基板１１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。
【００１１】
しかしながら、図３のものにおいては、動作周波数を高周波化していくと、貫通導体１６同士の間で電界の漏洩が発生する場合があることが判明し、線路導体１３における高周波信号の伝送特性を向上させ得る余地があることが判った。また、上記の共振現象は、図３のように、線路導体１３に平行な方向における貫通導体１０６の間隔を高周波信号の波長の１／４以下にすることで抑制できるが、高周波化に伴ない、貫通導体１０６の間隔が狭くなり、配線基板１１基板の強度が低下していくため、構造的に作製が困難になる。
【００１２】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高周波信号の高周波化に伴なって貫通導体間で高周波信号の電界が漏洩するのを抑制するとともに、配線基板の強度を保持することができるものとすることにある。また、その結果、マイクロ波帯からミリ波帯にわたって１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号の伝送特性が良好な小型の配線基板を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、絶縁基板の上面に形成された１０ギガビット／秒以上の高周波信号が伝送される線路導体および該線路導体の両側に所定間隔をもって形成された線路状の同一面接地導体と、前記絶縁基板の下面の略全面に形成された接地導体と、前記絶縁基板の内部に形成された、前記同一面接地導体と前記接地導体とを電気的に接続する複数の貫通導体とを具備しており、該複数の貫通導体は、前記線路導体に平行な方向における間隔が前記高周波信号の波長の１／４以下とされ、前記線路導体に直交する方向における前記線路導体を間に挟む間隔が前記波長の１／２以下とされており、前記同一面接地導体は、前記線路導体に平行な方向における前記貫通導体同士の間に前記貫通導体の断面形状と略同じ形状の導体非形成部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の配線基板は、複数の貫通導体は、線路導体に平行な方向における間隔が高周波信号の波長の１／４以下とされ、線路導体に直交する方向における線路導体を間に挟む間隔が波長の１／２以下とされており、同一面接地導体は、線路導体に平行な方向における貫通導体同士の間に貫通導体の断面形状と略同じ形状の導体非形成部が設けられていることから、高周波信号の高周波化に伴なって貫通導体間で電界が漏洩するのを抑制するとともに配線基板の強度を保持することができる。即ち、同一面接地導体に形成した導体非形成部のエッヂ効果によって高周波信号がシールドされ、貫通導体間で電界が漏洩するのを抑制することができる。従って、複数の貫通導体によるシールド効果と導体非形成部のエッヂ効果によるシールド効果が複合的に作用することにより、強固なシールド効果が得られ、広帯域にわたって高周波信号の伝送特性に優れた配線基板とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板について以下に詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の配線基板について実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。同図において、１は配線基板、２はセラミックス等から成る絶縁基板、３は線路導体、４は同一面接地導体、５は接地導体、６は貫通導体、７は貫通導体同士の間の同一面接地導体に形成された導体非形成部である。
【００１６】
本発明の配線基板１は、絶縁基板２の上面に形成された１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号が伝送される線路導体３および線路導体３の両側に所定間隔をもって形成された線路状の同一面接地導体４と、絶縁基板２の下面の略全面に形成された接地導体５と、絶縁基板２の内部に形成された、同一面接地導体４と接地導体５とを電気的に接続する複数の貫通導体６とを具備し、複数の貫通導体６は、線路導体３に平行な方向における間隔が高周波信号の波長の１／４以下とされ、線路導体３に直交する方向における線路導体３を間に挟む間隔が波長の１／２以下とされており、同一面接地導体４は、線路導体３に平行な方向における貫通導体６同士の間に貫通導体６の断面形状と略同じ形状の導体非形成部７が設けられている。
【００１７】
本発明の配線基板１は、絶縁基板２の上面に形成された線路導体３と、線路導体３の両側に所定間隔をもって形成された同一面接地導体４と、絶縁基板２の下面に形成された接地導体５とによって、コプレーナ構造の伝送線路を構成している。そして、同一面接地導体４および接地導体５は複数の貫通導体６によって電気的に接続されており、これらの貫通導体６を線路導体３の両側に高周波信号の伝送方向に並ぶように配列することで線路導体３の電界放射を抑制することができる。
【００１８】
即ち、本発明の配線基板１は、上記のコプレーナ構造の伝送線路により線路導体３の特性インピーダンスの整合がとれ、さらにマイクロ波帯さらにはミリ波帯という高い周波数帯域で問題になる上記の共振現象および線路導体３からの電界放射を抑制することができる。つまり、同一面接地導体４に形成した導体非形成部７のエッヂ効果により線路導体３に対するシールド効果が得られ、電界放射を抑制することができる。そして、導体非形成部７のエッヂ効果によるシールド効果と複数の貫通導体６によるシールド効果とが複合的に作用することにより、より強固なシールド効果が得られ、より広帯域にわたって高周波信号の伝送特性がさらに向上することとなる。
【００１９】
本発明の導体非形成部７は、その外形形状が貫通導体６の断面形状と略同じとされているが、導体非形成部７の外形形状は円形、楕円形、多角形等の種々の形状とし得る。ただし、導体非形成部７の外形形状が多角形の場合、多角形の頂点（角）部分に電界が集中するため、共振等の現象が起こる可能性がある。従って、導体非形成部７の外形形状は、角のない円形や楕円形が好ましい。
【００２０】
また、導体非形成部７は、貫通導体６の断面形状よりも若干大きい方が好ましい。この場合、貫通導体６は絶縁基板２の内部に形成されていることから、貫通導体６においては強固なシールド効果が得られるが、導体非形成部７の下方は絶縁基板２となっており貫通導体６よりもシールド効果が小さいため、導体非形成部７の外形形状を貫通導体６の断面形状よりも若干大きくすることにより、導体非形成部７におけるシールド効果を貫通導体６のそれに近づけることができる。その結果、シールド効果を全体的に略均一として高周波信号の電界の漏洩をより有効に防ぐことができる。
【００２１】
さらに、貫通導体６同士の間の略中間に形成されているのがよい。この場合、シールド効果の偏りが小さくなり、高周波信号の電界の漏洩をより有効に防ぐことができる。
【００２２】
本発明の絶縁基板２の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡＬＮ）質焼結体、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂系材料などが用いられる。また、絶縁基板２の形状、寸法（厚み、幅、長さ）は、使用される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２３】
本発明の線路導体３と同一面接地導体４と接地導体５とは、高周波信号伝送用として適した金属から成り、例えばＣｕ、Ｍｏ−Ｍｎ、ＷまたはＭｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させたもの、Ｗメタライズ層上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させたものからなり、厚膜印刷法およびめっき処理法などにより形成される。また、Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させたもの、Ｔａ２Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕめっき層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕめっき層を被着させたもの、またはＴｉ層上にＰｄ層およびＡｕめっき層を被着させたものから成り、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法等の薄膜形成法やメッキ処理法により形成され、またフォトリソグラフィ法、エッチング法、リフトオフ法等によって所定パターンに加工される。その厚みや幅も高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。
【００２４】
なお、線路導体３と同一面接地導体４との所定間隔は例えば０．０５ｍｍ程度である。この所定間隔は、線路導体３の幅、絶縁基板２の厚み、絶縁基板２の誘電率等に依存するものであり、例えば線路導体３の幅が０．１ｍｍ、絶縁基板２の厚みが０．２ｍｍ、絶縁基板２の比誘電率が９．６の場合で、線路導体３におけるインピーダンスを５０Ωに整合させる場合、上記所定間隔は０．０５ｍｍ程度となる。
【００２５】
本発明の配線基板１においては、貫通導体６と、同一面接地導体４の線路導体３と反対側の端との間隔Ｌ（図１）が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。０．１ｍｍを超えると、高周波信号の共振現象が発生したり配線基板１が大型化する。その結果、高周波信号の伝送特性が劣化するとともに、配線基板１を組み込んだ半導体装置や光半導体装置の小型化が困難となる。
【００２６】
また、線路導体３と同一面接地導体４および接地導体５との上下方向（厚さ方向）での間隔は、伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンスなどに応じて設定される。また、貫通導体６は同一面接地導体４および接地導体５を電気的に接続するように形成され、貫通導体６となる貫通孔の内面に導体層を形成したり、貫通孔にＷ、Ｍｏ等からなる金属ペーストを充填したり、あるいは貫通孔に金属板、金属棒または金属パイプ等を埋設することにより設けられる。
【００２７】
貫通導体６の断面形状は略円形であり、その直径は０．０５ｍｍ以上が良い。０．０５ｍｍ未満だと、貫通導体６の形成が困難になる。その結果、同一面接地導体４と接地導体５とが電気的に接続されにくくなる。
【００２８】
また、線路導体３に平行な方向における貫通導体６同士の間隔Ａ（図１）は高周波信号の波長の１／４以下であり、線路導体３に直交する方向における間隔Ｂは波長の１／２以下である。間隔Ａが波長の１／４を超えるか、間隔Ｂが波長の１／２を超えると、共振現象が発生することとなる。なお、波長λは、λ＝Ｃ／｛ｆ・（εｒ）１／２｝（Ｃ：光速、ｆ：周波数、εｒ：絶縁基板２の比誘電率）から求められる。
【００２９】
また、本発明においては、高周波信号の周波数は１０Ｇｂｐｓ以上であり、この周波数において高周波信号の特性劣化および共振現象が発生し易くなるが、本発明の上記構成を採用することによって、特性劣化および共振現象を大幅に抑制することができる。また、高周波信号の周波数は２００ＧＨｚ以下が好ましく、２００ＧＨｚを超えると、上式λ＝Ｃ／｛ｆ・（εｒ）１／２｝より得られる貫通導体６の間隔Ａ，Ｂが狭くなり、貫通導体６同士の間に導体非形成部７を形成することが困難になる。
【００３０】
【実施例】
本発明の配線基板の実施例を以下に説明する。
【００３１】
図１の本発明の配線基板１を以下のように構成した。絶縁基板２として、比誘電率が９．６のアルミナセラミックスからなり、縦４ｍｍ×横２ｍｍ×厚み０．５ｍｍのものを用意し、絶縁基板２の上面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成り、長さ４ｍｍ、幅０．１５ｍｍの線路導体３と、線路導体３の両側に０．０６５ｍｍの間隔をもって、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成り、長さ４ｍｍ、幅０．４ｍｍの同一面接地導体４を形成した。また、絶縁基板２の下面の全面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍＡｕのより成る主導体層を順次積層して成る接地導体５を形成した。
【００３２】
また、同一面接地導体４の形成部内に、片側１列で３個の貫通導体６を線路導体３の両側に形成した。このとき、貫通導体６は、直径０．２ｍｍの貫通孔の内面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成る導体層を被着して成り、間隔Ａは０．７ｍｍ、間隔Ｂは０．６３ｍｍ、間隔Ｌは０．１ｍｍとした。
【００３３】
線路導体３に平行な方向における貫通導体６同士の間に、外形形状が直径０．２ｍｍの円形とされた導体非形成部７を形成した。
【００３４】
この配線基板１について線路導体３に高周波信号を伝送させたときの周波数特性のシミュレーションを行ない、その結果を図２に示す。図２は配線基板１における高周波信号の透過特性（Ｓ２１）および反射特性（Ｓ１１）を示すものである。
【００３５】
図２より、Ｓ１１は４０ＧＨｚ程度の高周波帯域までさほど劣化せず、良好な周波数特性を得ることができた。
【００３６】
次に、比較例として、図３の配線基板１１を以下のように構成した。絶縁基板１２として、比誘電率が９．６のアルミナセラミックスからなり、縦４ｍｍ×横２ｍｍ×厚み０．５ｍｍのものを用意し、絶縁基板１２の上面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成り、長さ４ｍｍ、幅０．１５ｍｍの線路導体１３と、線路導体１３の両側に０．０６５ｍｍの間隔をもって、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成り、長さ４ｍｍ、幅０．４ｍｍの同一面接地導体１４を形成した。また、絶縁基板１２の下面の全面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍＡｕのより成る主導体層を順次積層して成る接地導体１５を形成した。
【００３７】
また、同一面接地導体１４の形成部内に、片側１列で３個の貫通導体１６を線路導体３の両側に形成した。このとき、貫通導体１６は、直径０．２ｍｍの貫通孔の内面に、真空蒸着法により、厚さ０．１μｍのＴｉより成る密着金属層、厚さ０．２μｍのＰｄより成る拡散防止層、厚さ２．０μｍのＡｕより成る主導体層を順次積層して成る導体層を被着して成り、間隔Ａは０．７ｍｍ、間隔Ｂは０．６３ｍｍ、間隔Ｌは０．１ｍｍとした。
【００３８】
この配線基板１１について周波数特性のシミュレーションを行ない、その結果を図４に示す。図４より、Ｓ１１は１３ＧＨｚ付近までは本発明の配線基板１とほぼ同等であるが、１３ＧＨｚを超える周波数帯域では、図２に示した本発明の配線基板１のＳ１１と比べて劣化していることが判った。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の配線基板は、複数の貫通導体は、線路導体に平行な方向における間隔が高周波信号の波長の１／４以下とされ、線路導体に直交する方向における線路導体を間に挟む間隔が波長の１／２以下とされており、同一面接地導体は、線路導体に平行な方向における貫通導体同士の間に貫通導体の断面形状と略同じ形状の導体非形成部が設けられていることから、高周波信号の高周波化に伴なって貫通導体間で電界が漏洩するのを抑制するとともに配線基板の強度を保持することができる。即ち、同一面接地導体に形成した導体非形成部のエッヂ効果によって高周波信号がシールドされ、貫通導体間で電界が漏洩するのを抑制することができる。従って、複数の貫通導体によるシールド効果と導体非形成部のエッヂ効果によるシールド効果が複合的に作用することにより、強固なシールド効果が得られ、広帯域にわたって高周波信号の伝送特性に優れた配線基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板について実施の形態の一例を示し、（ａ）は配線基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図２】本発明の配線基板について周波数特性のシミュレーションを行なった結果のグラフである。
【図３】比較例の配線基板を示し、（ａ）は配線基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。
【図４】図３の配線基板について周波数特性のシミュレーションを行なった結果のグラフである。
【図５】従来の配線基板を示し、（ａ）は配線基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【符号の説明】
１：配線基板
２：絶縁基板
３：線路導体
４：同一面接地導体
５：接地導体
６：貫通導体
７：導体非形成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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