(57)【要約】【課題】共振周波数を高周波側へ移動させることにより使用可能周波数の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージを提供すること【解決手段】４層以上の誘電体層を積層して成る積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成して成り、前記内層を成す各層のうち中間に位置する層に形成された前記内層接地導体非形成領域を、他の層よりも狭い領域に形成したことを特徴とする高周波信号伝送用積層構造とする。【選択図】　図１
2004006608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４層以上の誘電体層を積層して成る積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地導体非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成することで前記内層接地導体間を接続し、前記表層信号用貫通導体を前記内層接地導体非形成領域の外周部に配置し、且つ前記内層信号用貫通導体を前記表層信号用貫通導体間が接続されるように順次ずらして配置するとともに、前記内層を成す各層のうち中間に位置する層に形成された前記内層接地導体非形成領域を、他の層よりも狭い領域に形成したことを特徴とする高周波信号伝送用積層構造。
【請求項２】
前記積層基板の上面および／または下面において、前記表層信号用貫通導体および前記信号配線接続導体を取囲む状態で、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことを特徴とする請求項１に記載の高周波信号伝送用積層構造。
【請求項３】
前記積層基板の上面および／または下面において、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことを特徴とする請求項１に記載の高周波信号伝送用積層構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波信号伝送用積層構造を構成する前記積層基板の上面に枠体を設け、該枠体内に高周波半導体素子を収容するとともに、前記枠体を蓋体で覆うようにしたことを特徴とする高周波半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波帯・ミリ波帯といった高周波において使用される積層構造および半導体素子を収容する高周波半導体パッケージに関し、特に高周波の伝送特性が良好な高周波信号伝送積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージに関する。
【０００２】
【発明の背景】
上記高周波信号伝送積層構造として、本発明者は既に特願２００１−３６５１３４号ならびに特願２００２−２０７７４号において提案した。例えば、図７に示すような構造はその一例である。この図の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【０００３】
図７において、１は誘電体層であり、それぞれを積層することで積層板としている。１１および２１は信号配線導体であり、１３および２３の信号配線接続導体を介して、１４および２４の表層信号用貫通導体にそれぞれ接続している。内層には３４の内層信号用貫通導体とそれらを接続する３３の信号用貫通導体接続導体が形成され、表層信号用貫通導体１４，２４との間を接続しており、３２の内層接地導体の内側には３６に示す円形状の内層接地導体非形成領域が形成され、内層接地導体非形成領域３６の外周近傍に３５に示す内層接地用貫通導体が形成されている。そして、内層接地導体非形成領域３６は上下に互いに重なるように配置し、表層信号用貫通導体１４，２４の間を内層信号用貫通導体３４および信号用貫通導体接続導体３３によりなめらかに接続するように順次ずらして配置することにより、高周波信号伝送用積層構造としている。
【０００４】
しかしながら、上記高周波信号伝送用積層構造では、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じることが考えられる。
【０００５】
本発明者は、例えば、図７の構造をなす高周波信号伝送用積層構造として、比誘電率が９．２で厚みが０．２ｍｍの誘電体層１を９層積層して積層板とし、信号配線導体１１の幅を０．２１ｍｍで形成し、信号配線接続導体１３，２３の幅を０．２１ｍｍで信号配線導体１１，２１と表面信号用貫通導体１４，２４までの距離を０．１３ｍｍにて形成し、表層信号用貫通導体１４，２４および内層信号用貫通導体３４を直径０．１ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を幅０．１６ｍｍの矩形状とし、内層接地内層接地導体非形成領域３６は直径が１．２４ｍｍの円形状に、内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて内層接地導体非形成領域３６の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の円周上の８箇所に配置することで構成し、そして、表層信号用貫通導体１４，２４および内層信号用貫通導体３４の９層間のずれを表面側から０．１９５ｍｍ，　０．１１５ｍｍ，　０．０７５ｍｍ，　０．０５５ｍｍ，　０．０５５ｍｍ，　０．０７５ｍｍ，　０．１１５ｍｍ，　０．１９５ｍｍとした。
【０００６】
表層信号配線導体１１，２１の信号配線接続導体１３，２３と反対側の端部間を上方から見て２．０ｍｍとして、この間の高周波特性を電磁界シミュレーションにて抽出すると、図１０に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図１０において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量の評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。図１０における特性曲線は、４５．２ＧＨｚ付近に共振が生じていることを示しており、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じていることが判明した。
【０００７】
そこで本発明は、上記高周波信号伝送用積層構造における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共振周波数を高周波側へ移動させることにより使用可能周波数の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造およびそれを用いた高周波半導体パッケージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る高周波信号伝送用積層構造は、４層以上の誘電体層を積層して成る積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地導体非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成することで前記内層接地導体間を接続し、前記表層信号用貫通導体を前記信号配線接続導体の長さが短くなるように、前記内層接地導体非形成領域の外周部に配置し、前記内層信号用貫通導体を前記表層信号用貫通導体間がなめらかに接続されるように順次ずらして配置した高周波信号伝送用積層構造において、前記内層を成す各層のうち中間層近傍の前記内層接地導体非形成領域は他層よりも小さくしたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００１０】
また、請求項２に係る高周波信号伝送用積層構造は、上記請求項１の構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、前記表層信号用貫通導体および前記信号配線接続導体を取囲む状態で、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことを特徴とする。
【００１１】
これにより、請求項１の場合と同様な作用・効果に加えて、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を小さくすることができる構造となる上、共振周波数は表面接地導体および表層接地用貫通導体が設けられない場合と比較して、一方面、さらに両面に設けるにしたがって高くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００１２】
また、請求項３に係る高周波信号伝送用積層構造は、上記請求項１の構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことを特徴とする。
【００１３】
これにより、請求項２と同様な作用・効果に比べて、表層接地導体を信号配線導体の両脇のみに形成したことから、表層から内層へ（もしくは内層から表層へ）向かう電磁波の直進性に対して伝搬モードを安定に維持したままに伝搬方向を変えることが安定してできるので、反射が生じにくく、インピーダンス整合が良好に行なえるという作用・効果が期待できる。
【００１４】
さらに請求項４の高周波半導体パッケージによれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波信号伝送用積層構造を備えた前記積層基板の上面に枠体および蓋体を設けることにより、高周波半導体素子を収容する構造としたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、本発明の高周波信号伝送用積層構造においては、特に、内層における誘電体層の厚みおよび内層接地用貫通導体の間隔を、使用する最高周波数の管内波長の半分よりも小さく設定するのが望ましい。この理由は、発明の背景で説明したように、内層に電磁遮蔽空間を形成しない場合に内層において電磁波が漏れてしまい、放射損失となってしまうことを防止するためである。すなわち、内層の上下の接地導体と接地用貫通導体がなす矩形を矩形導波管として捉えると、矩形導波管の最低次の伝送モード（基本モード）はＴＥ１０モードであり、このモードの遮断波長は矩形における長辺の２倍の実効長に等しい。このため、使用する周波数帯域内において内層部に電磁遮蔽空間を形成するためには、内層における誘電体層の厚みおよび内層接地用貫通導体の間隔は、使用する最高周波数の管内波長の半分よりも小さくすることが必要であり、より好適には４分の１波長以下に設定するのが望ましい。したがって、製造上の困難が生じない範囲で上記範囲を満たすことも重要である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、模式的に示した図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００１７】
図１は本発明の請求項１に係る、第１の高周波信号伝送用積層構造の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。第１の高周波信号伝送用積層構造は、４層以上の誘電体層を積層して成る積層基板の最上層と最下層を除いた内層の各誘電体層は使用する最高周波数の管内波長の半分より小さい厚みとして成し、積層基板の上面および下面に互いに逆方向に延びる信号配線導体を形成し、信号配線導体の一端は誘電体層の最上層と最下層に設けられた各層を上下に貫く表層信号用貫通導体との間をそれぞれ信号配線接続導体を介して接続し、積層基板の上面および下面に表層信号用貫通導体を形成し、内層の各層には内層接地導体を円形状や楕円形状等の２軸対称形状に設けた内層接地導体非形成領域を除いて略全面に形成し、これらの内層接地導体非形成領域は互いに上下に重なり合うように配置し、内層接地導体非形成領域の内側には誘電体層の内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体のそれぞれを接続する信号用貫通導体接続導体を形成するとともに、使用する最高周波数の管内波長の半分よりも短い間隔をあけて内層接地導体非形成領域の外周近傍に内層の各層を上下に貫く複数の内層接地用貫通導体を配設することにより内層部に電磁遮蔽空間を形成し、表層信号用貫通導体と内層信号用貫通導体との間を信号用貫通導体接続導体を介して接続することにより積層基板の上下面の間を電気的に接続し、表層信号用貫通導体は信号配線接続導体の長さが短くなるように内層接地導体非形成領域の外周近傍に配置するとともに、内層信号用貫通導体を表層信号用貫通導体間をなめらかに接続するように順次ずらして配置した高周波信号伝送用積層構造において、内層を成す各層のうち中間に位置する層に形成された前記内層接地導体非形成領域を、他の層よりも狭い領域に形成した。
【００１８】
すなわち、図１において、１は誘電体層でありそれぞれを積層することで積層板としている。１１および２１は信号配線導体であり１３および２３の信号配線接続導体を介して１４および２４の表層信号用貫通導体にそれぞれ接続している。内層には３４の内層信号用貫通導体とそれらを接続する３３の信号用貫通導体接続導体が形成され、表層信号用貫通導体１４，２４との間を接続しており、３２の内層接地導体の内側には３６に示す円形状の内層接地導体非形成領域が形成され、内層接地導体非形成領域３６の外周近傍に３５に示す内層接地用貫通導体が形成されている。そして、内層接地導体非形成領域３６は上下に互いに重なるように配置し、表層信号用貫通導体１４，２４の間を内層信号用貫通導体３４および信号用貫通導体接続導体３３によりなめらかに接続するように順次ずらして配置し、内層を成す各層のうち３７に示す中間層近傍の内層接地導体非形成領域を他層の内層接地導体非形成領域３６よりも小さい円形状にて共振制御用接地導体非形成領域として形成した。なお、信号配線接続導体１３および２３は、直下もしくは直上の内層接地導体３２と重ならない信号導体領域をさすものとする。
【００１９】
これにより、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００２０】
次に、図２および図３は本発明の請求項２に係る、第２の高周波信号伝送用積層構造の例を示す図であり、各図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。第２の高周波信号伝送用積層構造は、上記第１の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、表層信号用貫通導体および信号配線接続導体を取囲む状態で、信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つこの表面接地導体と内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続した。
【００２１】
図２および図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は誘電体層であり、１１および２１は信号配線導体、１３および２３は信号配線接続導体、１４および２４は表層信号用貫通導体、３２は内層接地導体、３３は信号用貫通導体接続導体、３４は内層信号用貫通導体、３５は内層接地用貫通導体、３６は内層接地導体非形成領域、３７は共振制御用接地導体非形成領域である。そして、図２は前記積層基板の上面において、表層信号用貫通導体１４および信号配線接続導体１３を取囲む状態で、信号配線導体に対し所定間隔をあけて１２の表面接地導体を形成し、且つこの表面接地導体１２と内層接地導体３２との間を上下に貫く１５の表層接地用貫通導体により接続している。また、図３は前記積層基板の上面および下面において、表層信号用貫通導体１４，２４および信号配線接続導体１３，２３を取囲む状態で、信号配線導体に対し所定間隔をあけて１２，２２の表面接地導体を形成し、且つこの表面接地導体１２，２２と内層接地導体３２との間を上下に貫く１５，２５の表層接地用貫通導体により接続している。
【００２２】
これにより、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。さらに、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を小さくすることができる構造となる上、共振周波数は表面接地導体および表層接地用貫通導体が設けられない場合と比較して、一方面（図２に相当）、さらに両面（図３に相当）に設けるにしたがって高くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００２３】
次に、図１１は本発明の請求項３に係る、第２の高周波信号伝送用積層構造の他の例を示す図であり、各図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。第２の高周波信号伝送用積層構造の他の例は、上記第１の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つこの表面接地導体と内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続した。
【００２４】
図１１において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は誘電体層であり、１１および２１は信号配線導体、１３および２３は信号配線接続導体、１４および２４は表層信号用貫通導体、３２は内層接地導体、３３は信号用貫通導体接続導体、３４は内層信号用貫通導体、３５は内層接地用貫通導体、３６は内層接地導体非形成領域、３７は共振制御用接地導体非形成領域である。そして、前記積層基板の上面において、信号配線導体１１に対し所定間隔をあけて１２の表面接地導体を形成し、且つこの表面接地導体１２と内層接地導体３２との間を上下に貫く１５の表層接地用貫通導体により接続している。
【００２５】
これにより、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。さらに、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を小さくすることができる構造となる上、共振周波数は表面接地導体および表層接地用貫通導体が設けられない場合と比較して、一方面（図１１に相当）、さらに両面に設けるにしたがって高くなる。さらに、表層接地導体を信号配線導体の両脇のみに形成したことから、表層から内層へ（もしくは内層から表層へ）向かう電磁波の直進性に対して伝搬モードを安定に維持したままに伝搬方向を変えることが安定してできるので、反射が生じにくく、インピーダンス整合が良好に行なえる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００２６】
また、上記高周波信号伝送用積層構造を高周波半導体パッケージに適用が可能である。すなわち、図１２に示すように、上記高周波信号伝送用積層構造を構成する積層基板Ｓの上面に、高周波半導体素子を収容する枠体４１および枠体４１の上面を覆う蓋体４２を形成し、積層基板の下面における信号配線導体の信号配線接続導体と反対側に、外部との信号入出力のための入出力信号配線接続導体を形成することにより、高周波の伝送特性が良好な高周波半導体パッケージとなる。
【００２７】
このような本発明の高周波半導体パッケージにおいて、誘電体基板としては、例えばアルミナやムライト、窒化アルミ等のセラミックス材料、いわゆるガラセラ（ガラス＋セラミック）材料が広く用いられ、信号配線導体や接地導体といった導体パターンは、高周波配線導体用の金属材料、例えば、Ｃｕなどの単体金属やＭｏＭｎ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｗ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｃｒ＋Ｃｕ、Ｃｒ＋Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ、Ｔａ２Ｎ＋ＮｉＣｒ＋Ａｕ、Ｔｉ＋Ｐｄ＋Ａｕ、ＮｉＣｒ＋Ｐｄ＋Ａｕなどの合金を用いて厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ処理法などにより形成される。また、その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や使用する特性インピーダンスなどに応じて誘電体の誘電率や厚みとともに設定される。また、枠体や蓋体に金属を用いる場合には、Ｆｅ−Ｎｉ−ＣｏやＦｅ−Ｎｉ４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金・無酸素銅・アルミニウム・ステンレス・Ｃｕ−Ｗ合金・Ｃｕ−Ｍｏ合金などから成る材料を用い、金属構造物間の接合には、ハンダ・ＡｕＳｎロウやＡｕＧｅロウ等の高融点金属ロウ・シームウェルド（溶接）等により取着することによって気密封止し、また、誘電体基板と金属構造物とは、ＡｇＣｕロウ・ＡｕＳｎロウ・ＡｕＧｅロウ等の高融点金属ロウにより接合することによって、半導体素子を収容することで良好な伝送特性を有する高周波半導体パッケージを提供できる。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の高周波信号伝送用積層構造について具体例を説明する。
〔例１〕
まず、本発明の請求項１に係る第１の高周波信号伝送用積層構造を示す図１と同様の構成にて、比誘電率が９．２で厚みが０．２ｍｍの誘電体層１を９層積層して積層板とし、信号配線導体１１の幅を０．２１ｍｍで形成し、信号配線接続導体１３，２３の幅を０．２１ｍｍで信号配線導体１１，２１と表面信号用貫通導体１４，２４までの距離を０．１３ｍｍにて形成し、表層信号用貫通導体１４，２４および内層信号用貫通導体３４を直径０．１ｍｍの円形状に形成し、信号用貫通導体接続導体を幅０．１６ｍｍの矩形状とし、内層接地内層接地導体非形成領域３６は直径が１．２４ｍｍの円形状に、共振制御用接地導体非形成領域３７は直径が１．０４ｍｍの円形状に、内層接地用貫通導体３５は直径０．１ｍｍの円形状にて内層接地導体非形成領域３６および共振制御用接地導体非形成領域３７の外周より中心が０．０８ｍｍだけ離れた位置の円周上の８箇所に配置することで構成し、そして、表層信号用貫通導体１４，２４および内層信号用貫通導体３４の９層間のずれを表面側から０．１９５ｍｍ，　０．１１５ｍｍ，　０．０７５ｍｍ，　０．０５５ｍｍ，　０．０５５ｍｍ，　０．０７５ｍｍ，　０．１１５ｍｍ，　０．１９５ｍｍとし、表層信号配線導体１１，２１の信号配線接続導体１３，２３と反対側の端部間を上方から見て２．０ｍｍとすることにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ａを得た。
【００２９】
また、比較例としての高周波信号伝送用積層構造を示す図７と同様の構成にて、上記試料Ａに対して共振制御用接地導体非形成領域を設けず、内層接地導体非形成領域３６を全ての層で同一形状とすることにより、比較例としての高周波信号伝送用積層構造の試料Ｂを得た。
【００３０】
そして、これらの試料Ａ・Ｂについて、下面における信号配線導体２１の端部から上面における信号配線導体１１の端部間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図４に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図４において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量の評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＡ・Ｂは各々試料Ａ・Ｂの特性曲線であることを示している。
【００３１】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ａは共振周波数が４７．４ＧＨｚであり、比較例としての高周波信号伝送用積層構造である試料Ｂの共振周波数が４５．３ＧＨｚであるのに対して、共振周波数が高周波側に移動しており、広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造であることが分かる。
〔例２〕
まず、本発明の請求項２に係る第２の高周波信号伝送用積層構造を示す図２と同様の構成にて、上記〔例１〕の試料Ａと同様に、ただし、上面の信号配線導体１１の線幅を０．１４ｍｍとし、上面の信号配線接続導体１３の線幅を０．１６ｍｍとし、積層基板１の上面には表層信号用貫通導体１４および信号配線接続導体１３を取囲む状態で内層接地導体非形成領域３６と形状を一致させて、信号配線導体１１に対し０．１０ｍｍの間隔をあけて表面接地導体１２を形成し、さらにこの表面接地導体１２と内層接地導体３２との間を上下に貫く直径０．１ｍｍの表層接地用貫通導体１５により接続することにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｃを得た。
【００３２】
また、比較例としての高周波信号伝送用積層構造を示す図８と同様の構成にて、上記試料Ｃに対して共振制御用接地導体非形成領域を設けず、内層接地導体非形成領域３６を全ての層で同一形状とすることにより、比較例としての高周波信号伝送用積層構造の試料Ｄを得た。
【００３３】
そして、これらの試料Ｃ・Ｄについて、下面における信号配線導体２１の端部から上面における信号配線導体１１の端部間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図５に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図５において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量の評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＣ・Ｄは各々試料Ｃ・Ｄの特性曲線であることを示している。
【００３４】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ｃは共振周波数が４８．３ＧＨｚであり、比較例としての高周波信号伝送用積層構造である試料Ｄの共振周波数が４５．８ＧＨｚであるのに対して、共振周波数が高周波側に移動しており、広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造であることが分かる。
〔例３〕
まず、本発明の請求項２に係る第３の高周波信号伝送用積層構造を示す図３と同様の構成にて、上記〔例１〕の試料Ａと同様に、ただし、上面および下面の信号配線導体１１，２１の線幅を０．１４ｍｍとし、上面および下面の信号配線接続導体１３，２３の線幅を０．１６ｍｍとし、積層基板１の上面および下面には表層信号用貫通導体１４，２４および信号配線接続導体１３，２３を取囲む状態で内層接地導体非形成領域３６と形状を一致させて、信号配線導体１１，２１に対し０．１０ｍｍの間隔をあけて表面接地導体１２，２２を形成し、さらにこの表面接地導体１２，２２と内層接地導体３２との間を上下に貫く直径０．１ｍｍの表層接地用貫通導体１５，２５により接続することにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｅを得た。
【００３５】
また、上記試料Ｅと同様に、ただし、共振制御用接地導体非形成領域３７を直径が０．８４ｍｍの円形状とすることにより、本発明の高周波信号伝送用積層構造の試料Ｆを得た。
【００３６】
さらに、比較例としての高周波信号伝送用積層構造を示す図９と同様の構成にて、上記試料Ｅに対して共振制御用接地導体非形成領域を設けず、内層接地導体非形成領域３６を全ての層で同一形状とすることにより、比較例としての高周波信号伝送用積層構造の試料Ｇを得た。
【００３７】
そして、これらの試料Ｅ・Ｆ・Ｇについて、下面における信号配線導体２１の端部から上面における信号配線導体１１の端部間の電気的特性を電磁界シミュレーションにより抽出すると、図６に線図で示すような周波数特性の特性曲線が得られた。図６において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸は入力した信号のうちの反射された量の評価指標としての反射係数（単位：ｄＢ）を示しており、特性曲線は反射係数の周波数特性を示している。また、特性曲線に付記したＥ・Ｆ・Ｇは各々試料Ｅ・Ｆ・Ｇの特性曲線であることを示している。
【００３８】
この結果から、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ｅは共振周波数が４９．１ＧＨｚであり、また、本発明の高周波信号伝送用積層構造である試料Ｆは共振周波数が５２．６ＧＨｚであり、比較例としての高周波信号伝送用積層構造である試料Ｇの共振周波数が４６．８ＧＨｚであるのに対して、共振周波数が高周波側に移動しており、広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造であることが分かる。特に、共振制御用接地導体非形成領域３７が最も小さい試料Ｆはその傾向は顕著であり、より広帯域化がなされた。
【００３９】
なお、以上はあくまで本発明の実施形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４０】
例えば、本発明の実施形態の例示では、表面接地導体非形成領域ならびに内層接地導体非形成領域、共振制御用接地導体非形成領域の形状として、円形状を示したが、その他、楕円形状・偶多角形状等の２軸対称形状を用いることも可能である。さらに、内層接地導体非形成領域と共振制御用接地導体非形成領域とは相似関係である必要はなく、各々が異なる２軸対称形状であってもよい。しかし、これらの構造について、導波管の遮断周波数に対しては同等の領域を占有する場合において、円形状を用いることが最も高い遮断周波数を有することから、広帯域化に対しては円形状が最も良い。すなわち、例えば、接地導体が直径１．２６ｍｍの円形でその中心に直径０．１０ｍｍの信号導体があり、その間を比誘電率９．２の誘電体を充填した断面を持つ特性インピーダンスが５０Ωのいわゆる同軸線路における高次モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数は４５．５ＧＨｚであり、一方、比較として接地導体が一辺１．１７ｍｍの正方形でその中心に直径０．１０ｍｍの信号導体があり、その間を比誘電率９．２の誘電体を充填した断面を持つ特性インピーダンスが５０Ωの伝送線路における高次モード（ＴＥ１０モード）の遮断周波数は４１．８ＧＨｚであるから、円形状を用いた方が、より遮断周波数を高くすることができると言える。
【００４１】
また、共振制御用接地導体非形成領域が設けられる層が増加すれば伝送距離が増加するためにリアクタンス減衰量は増加するので、遮断効果が期待できるが、その距離が長くなり過ぎると、遮断周波数までの周波数においては容量が増加するために特性インピーダンスの低下が顕著に現れるために、反射の増大を招くという悪影響があるので、その距離すなわち共振制御用接地導体非形成領域が設けられる層は適宜決定すれば良い。
【００４２】
また、積層基板の上面および／または下面に表面接地導体を設ける場合には、表面接地導体は信号配線導体の両側に所定幅をあけて形成することで高周波伝送線路として成すことが主たる目的であり、必ずしも信号配線接続導体を取り囲んでいなくとも高周波特性に優れるが、信号配線接続導体を取り囲んだ構造に近づけることでより好適な高周波伝送特性を有する構造となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の高周波信号伝送用積層構造によれば、４層以上の誘電体層を積層して成る積層基板の最上層および最下層のそれぞれに形成した信号配線導体が、互いに一端から逆方向に延びる関係にあり、これら各信号配線導体の一端と、前記最上層および前記最下層の誘電体層を上下に貫く表層信号用貫通導体とを、信号配線接続導体を介して接続し、前記最上層および前記最下層を除く内層の各層に、平面形状が２軸対称形状を成す内層接地導体非形成領域と、内層接地導体とを形成し、前記内層接地導体非形成領域には、前記内層の各層を上下に貫く内層信号用貫通導体に接続する信号用貫通導体接続導体を形成し、前記内層接地導体非形成領域の外周部に、前記内層の各層を上下に貫く内層接地用貫通導体を形成することで前記内層接地導体間を接続し、前記表層信号用貫通導体を前記信号配線接続導体の長さが短くなるように、前記内層接地導体非形成領域の外周部に配置し、前記内層信号用貫通導体を前記表層信号用貫通導体間がなめらかに接続されるように順次ずらして配置するとともに、前記内層を成す各層のうち中間に位置する層に形成された前記内層接地導体非形成領域を、他の層よりも狭い領域に形成したことから、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００４４】
また、請求項２の高周波信号伝送用積層構造によれば、請求項１の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、前記表層信号用貫通導体および前記信号配線接続導体を取囲む状態で、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことから、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。さらに、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を小さくすることができる構造となる上、共振周波数は表面接地導体および表層接地用貫通導体が設けられない場合と比較して、一方面、さらに両面に設けるにしたがって高くなる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００４５】
また、請求項３の高周波信号伝送用積層構造によれば、請求項１の高周波信号伝送用積層構造において、前記積層基板の上面および／または下面において、前記信号配線導体に対し所定間隔をあけて表面接地導体を形成し、且つ該表面接地導体と前記内層接地導体との間を上下に貫く表層接地用貫通導体により接続したことから、内層部において内層接地導体および内層接地用貫通導体で取り囲まれた電磁遮蔽空間が形成されているために、この電磁遮蔽空間が円筒誘電体共振器として働く結果、共振による使用可能周波数帯域の制限が生じる場合と比較して、中間層近傍の内層接地導体非形成領域が小さくなっていることで共振制御層として働く。すなわち、共振制御層における円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数が他層の円筒導波管モード（ＴＥ１１モード）の遮断周波数よりも高いためにリアクタンス減衰器とみなされることから高次モード伝搬が抑圧される結果、円筒誘電体共振モードに準じた共振は高周波側へ移動するために、使用可能周波数帯域が広くなる。さらに、入出力線路としてコプレナ線路として構成することで、外部配線がコプレナ線路の場合に、外部配線との接続におけるインピーダンスの不連続性を小さくすることができる構造となる上、表層接地導体を信号配線導体の両脇のみに形成したことから、表層から内層へ（もしくは内層から表層へ）向かう電磁波の直進性に対して伝搬モードを安定に維持したままに伝搬方向を変えることが安定してできるので、反射が生じにくく、インピーダンス整合が良好に行なえる。その結果、使用可能周波数帯域の広帯域化がなされた高周波信号伝送用積層構造となる。
【００４６】
さらに、請求項４の高周波半導体パッケージによれば、例えば請求項１乃至２の高周波信号伝送用積層構造を有する積層基板の上面に高周波半導体素子を収容するように枠体および蓋体を形成し、積層基板の下面における信号配線導体の信号配線接続導体と反対側に外部との信号入出力のための入出力信号配線接続導体を形成したことにより、高周波の伝送特性が良好な高周波半導体パッケージとして提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の高周波信号伝送用積層構造の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】本発明に係る第２の高周波信号伝送用積層構造の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明に係る第３の高周波信号伝送用積層構造の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】本発明の第１の高周波信号伝送用積層構造および比較例としての高周波信号伝送用積層構造の高周波特性を比較した線図である。
【図５】本発明の第２の高周波信号伝送用積層構造および比較例としての高周波信号伝送用積層構造の高周波特性を比較した線図である。
【図６】本発明の第３の高周波信号伝送用積層構造および比較例としての高周波信号伝送用積層構造の高周波特性を比較した線図である。
【図７】高周波信号伝送用積層構造の一比較例を示す平面図ならびに断面図である。
【図８】高周波信号伝送用積層構造の他の比較例を示す平面図ならびに断面図である。
【図９】高周波信号伝送用積層構造のさらに他の比較例を示す平面図ならびに断面図である。
【図１０】高周波信号伝送用積層構造（比較例）の高周波特性例を示す線図である。
【図１１】本発明に係る第２の高周波信号伝送用積層構造の他の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１２】本発明に係る高周波信号伝送用積層構造を用いた高周波半導体パッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・誘電体層
１１，２１・・・・・信号配線導体
１２，２２・・・・・表面接地導体
１３，２３・・・・・信号配線接続導体
１４，２４・・・・・表層信号用貫通導体
１５，２５・・・・・表層接地用貫通導体
１６，２６・・・・・表面接地導体非形成領域
３２・・・・・内層接地導体
３３・・・・・信号用貫通導体接続導体
３４・・・・・内層信号用貫通導体
３５・・・・・内層接地用貫通導体
３６・・・・・内層接地導体非形成領域
３７・・・・・共振制御用接地導体非形成領域
【図１】
2004006608.tif 000003
【図２】
2004006608.tif 000004
【図３】
2004006608.tif 000005
【図４】
2004006608.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004006608.tif 000010
【図９】
2004006608.tif 000011
【図１０】
2004006608.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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