(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層基板と、
該多層基板の表面に設けられる、アンプを有する半導体基板および１または複数の整合回路と、
前記多層基板の裏面に金属層で形成された接地面と、
前記多層基板の内部に設けられたアンプ用グランド層と、
前記多層基板の内部に、１または複数の整合回路毎に設けられて、前記アンプ用グランド層に対して非接触であるとともに、相互にも非接触に配置される整合回路用グランド層と、
前記アンプから延びるグランド用導線と前記アンプ用グランド層とを接続するグランド用スルーホールと、
前記アンプ用グランド層と前記接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールと、
前記１または複数の整合回路毎に形成されて、該整合回路から延びるグランド用導線と対応する前記整合回路用グランド層とをそれぞれ接続するグランド用スルーホールと、
前記整合回路用グランド層毎に、前記整合回路用グランド層と前記接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールとを備えることを特徴とする多層基板モジュール。
【請求項２】
多層基板内において、アンプ用グランド層と１または複数の整合回路用グランド層とを同一層上に配置することを特徴とする請求項１記載の多層基板モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波アンプを搭載する多層基板モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、例えばIEEE 1996 Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium Digest pp.13-16 に示された従来の多層基板モジュールを示す模式的な斜視図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図において、１０１は多層基板、１０２は高周波信号入力端子、１０３は高周波信号出力端子、１０４はアンプを有する半導体基板、１０５は入力側整合回路、１０６は出力側整合回路、１０７はワイヤ、１０８はアンプの入力端子、１０９はアンプのグランド端子、１１０はアンプの出力端子、１１１は共通グランド層、１１２は共通グランド層１１１のグランド用スルーホール、１１３は入力側整合回路１０５のグランド用スルーホール、１１４はアンプのグランド用スルーホール、１１５は出力側整合回路１０６のグランド用スルーホールである。
【０００３】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子１０２に入力した信号は、入力側整合回路１０５においてインピーダンス変換されてアンプの入力端子１０８に入力される。そして、アンプを有する半導体基板１０４において増幅された信号は、アンプの出力端子１１０から出力され、その後出力側整合回路１０６においてインピーダンス変換されて高周波信号出力端子１０３から出力される。
【０００４】
ここで、図１２に示されるような共通グランド層１１１を設けることで、入力側整合回路１０５のグランド用スルーホール１１３、アンプのグランド用スルーホール１１４、および出力側整合回路１０６のグランド用スルーホール１１５を共通に接続してグランドをひとまとめにすることにより、モジュール内構造を簡略化することができて配線の引き回しが容易となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多層基板モジュールは以上のように構成されているので、共通グランド層１１１において、入力側整合回路のグランド用スルーホール１１３、アンプのグランド用スルーホール１１４、および出力側整合回路のグランド用スルーホール１１５が共通に接続される。また、共通グランド層１１１はグランド用スルーホール１１２を介して多層基板モジュール裏面の金属層に接続され、グランド用スルーホール１１２においてはインダクタンス成分が発生する。したがって、このインダクタンス成分により、共通グランド層１１１は高周波について理想的なグランド層とはならなくなり、この共通グランド層１１１を介しての帰還が生じて、アンプを有する半導体基板１０４が発振する可能性があるという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、安定に動作するアンプを搭載した多層基板モジュールを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層基板モジュールは、多層基板と、多層基板の表面に設けられるアンプを有する半導体基板および１または複数の整合回路と、多層基板の裏面に金属層で形成された接地面と、多層基板の内部に設けられたアンプ用グランド層と、多層基板の内部に１または複数の整合回路毎に設けられて、アンプ用グランド層に対して非接触であるとともに相互にも非接触に配置される整合回路用グランド層と、アンプから延びるグランド用導線とアンプ用グランド層とを接続するグランド用スルーホールと、アンプ用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールと、１または複数の整合回路毎に形成されて、当該整合回路から延びるグランド用導線と対応する整合回路用グランド層とをそれぞれ接続するグランド用スルーホールと、整合回路用グランド層毎に、整合回路用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールとを備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る多層基板モジュールは、多層基板内において、アンプ用グランド層と１または複数の整合回路用グランド層とを同一層上に配置するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。図において、１は多層基板、２は高周波信号入力端子、３は高周波信号出力端子、４はアンプを有する半導体基板、５は入力側整合回路（整合回路）、６は出力側整合回路（整合回路）、７はワイヤ、８はアンプの入力端子、９はアンプのグランド端子、１０はアンプの出力端子、１１は多層基板１の裏面に金属層で形成された接地面、１２は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、１３はアンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、１４は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００１４】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２に入力した信号は、入力側整合回路５においてインピーダンス変換されてアンプの入力端子８に入力される。そして、アンプを有する半導体基板４において増幅された信号は、アンプの出力端子１０から出力され、その後出力側整合回路６においてインピーダンス変換されて高周波信号出力端子３から出力される。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１２と、アンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１３と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール１４とを備えるように構成したので、入力側整合回路５、アンプを有する半導体基板４および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール１２、グランド用スルーホール１３およびグランド用スルーホール１４がそれぞれ独立に多層基板１裏面に形成された接地面１１に対して直接的に接続されるから、帰還による発振を防止することができてアンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００１６】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール１３，１２，１４の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図２および図３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。２１は多層基板１の内部に設けられた共通グランド層、２２は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール、２３は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール、２４はそれぞれ共通グランド層２１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、２５はアンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００１８】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。上記の構成に係る説明から明らかなように、共通グランド層２１において、入力側整合回路５のグランド用スルーホール２２と出力側整合回路６のグランド用スルーホール２３とは共通に接続される。また、共通グランド層２１はグランド用スルーホール２４を介して接地面１１に接続され、グランド用スルーホール２４においてインダクタンス成分が発生する。したがって、このインダクタンス成分により共通グランド層２１は高周波について理想的なグランド層とはならなくなるが、入力側整合回路５のグランド用スルーホール２２と出力側整合回路６のグランド用スルーホール２３との間の帰還は負帰還であるために発振することはない。
【００１９】
以上のように、この実施の形態２によれば、共通グランド層２１と、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール２２と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層２１とを接続するグランド用スルーホール２３と、共通グランド層２１と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール２４と、アンプのグランド端子９から延びる導線と接地面１１とを直接的に接続するグランド用スルーホール２５とを備えるように構成したので、グランド用スルーホール２２とグランド用スルーホール２３との間では負帰還が生じ、またアンプを有する半導体基板４に接続されるグランド用スルーホール２５は入力側整合回路５および出力側整合回路６に接続されるグランド用スルーホールに対して独立に接地面１１に接続されるから、帰還による発振を防止することができてアンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００２０】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール２５，２２，２３の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図５は、図４のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図４および図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。３１は多層基板１の内部に設けられたアンプ用グランド層、３２はアンプ用グランド層３１に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた共通グランド層、３３はアンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層３１とを接続するグランド用スルーホール、３４はそれぞれアンプ用グランド層３１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、３５は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール、３６は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール、３７はそれぞれグランド層３２と接地面１１とを接続する共通グランド用スルーホールである。
【００２２】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。また、入力側整合回路５のグランド用スルーホール３５と出力側整合回路６のグランド用スルーホール３６との間に負帰還が生じるのは実施の形態２と同様である。一方、上記の構成に係る説明から明らかなように、アンプのグランド端子９から延びる導線に接続するグランド用スルーホール３３は、共通グランド層３２とは非接触に設けられたアンプ用グランド層３１に接続される。また、アンプ用グランド層３１は複数のグランド用スルーホール３４を介して接地面１１に接続され、グランド用スルーホール３４においてインダクタンス成分が発生する。しかし、グランド用スルーホール３４は並列に複数設けられているので、アンプ用グランド層３１と接地面１１との間のインダクタンス成分が低減され、ひいてはアンプに接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分が低減される。なお、アンプ用グランド層３１を多層基板１内において上方の層に形成するほど、アンプ用グランド層３１と接地面１１との間のインダクタンス成分をより低減することができる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態３によれば、アンプ用グランド層３１と、共通グランド層３２と、アンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層３１とを接続するグランド用スルーホール３３と、アンプ用グランド層３１と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール３４と、入力側整合回路５から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール３５と、出力側整合回路６から延びるグランド用導線と共通グランド層３２とを接続するグランド用スルーホール３６と、共通グランド層３２と接地面１１とを接続する複数のグランド用スルーホール３７とを備えるように構成したので、グランド用スルーホール３５とグランド用スルーホール３６との間では負帰還が生じ、またアンプを有する半導体基板４に接続されるグランド用スルーホール３３，３４は入力側整合回路５および出力側整合回路６に接続されるグランド用スルーホールに対して独立に接地面１１に接続されて帰還による発振を防止することができ、さらにアンプに接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減することができてアンプの特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００２４】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール３３，３５，３６の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００２５】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図７は、図６のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図６および図７において図４および図５と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。これらの図から明らかなように、実施の形態４による多層基板モジュールは、実施の形態３による多層基板モジュールと基本的には同じ構造を有しており、アンプ用グランド層３１と共通グランド層３２とが同一層上に配置されている点でのみ実施の形態３と相違している。なお、動作についても、実施の形態３による多層基板モジュールと同様であるのでその説明を省略する。
【００２６】
以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態３と同等の効果が得られるとともに、アンプ用グランド層３１と共通グランド層３２とを同一層上に配置するように構成したので、多層基板１の層数を低減することができるという効果を奏する。
【００２７】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図９は、図８のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図８および図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。４１は多層基板１の内部に設けられたアンプ用グランド層、４２はアンプ用グランド層４１に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた入力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４３はアンプ用グランド層４１および入力側整合回路用グランド層４２に対して非接触に多層基板１の内部に設けられた出力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４４はアンプのグランド端子９から延びる導線とアンプ用グランド層４１とを接続するグランド用スルーホール、４５はそれぞれアンプ用グランド層４１と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、４６は入力側整合回路５から延びるグランド用導線と入力側整合回路用グランド層４２とを接続するグランド用スルーホール、４７はそれぞれ入力側整合回路用グランド層４２と接地面１１とを接続するグランド用スルーホール、４８は出力側整合回路６から延びるグランド用導線と出力側整合回路用グランド層４３とを接続するグランド用スルーホール、４９はそれぞれ出力側整合回路用グランド層４３と接地面１１とを接続するグランド用スルーホールである。
【００２８】
次に動作について説明する。
高周波信号入力端子２から高周波信号出力端子３への信号伝達に係る動作は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。一方、上記の構成に係る説明から明らかなように、アンプのグランド端子９から延びる導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線、および出力側整合回路６から延びるグランド用導線は、それぞれ対応するグランド用スルーホール４４、４６および４８を介して、多層基板１内に互いに非接触に形成されたグランド層４１、４２および４３にそれぞれ接続される。また、各グランド層４１、４２および４３はそれぞれ複数のグランド用スルーホール４５、４７および４９を介して接地面１１に接続される。したがって、アンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分は低減される。なお、グランド層を上方に形成するほど当該グランド層に接続されるスルーホール全体に係るインダクタンス成分は低減されるので、インダクタンス成分の低減がより必要な回路に係るグランド層を優先的に多層基板モジュール上部に形成するのが好適である。
【００２９】
以上のように、この実施の形態５によれば、多層基板１の内部に互いに非接触に設けられたアンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３と、アンプのグランド端子９から延びる導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線とそれぞれに対応するグランド層４１、４２および４３とを接続するグランド用スルーホール４４、４６および４８と、各グランド層４１、４２および４３と接地面１１とをそれぞれ接続する複数のグランド用スルーホール４５、４７および４９とを備えるように構成したので、アンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホールを互いに独立に接地面１１に接続することができて帰還による発振を防止することができるとともに、またアンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減してアンプ、入力側整合回路５および出力側整合回路６の特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００３０】
なお、多層基板１において、入力側整合回路５と出力側整合回路６とを必ずしも共に設ける必要はなく、いずれか一方の整合回路のみを設ける構成とすることも可能である。また、アンプから延びるグランド用導線、入力側整合回路５から延びるグランド用導線および出力側整合回路６から延びるグランド用導線にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール４４，４６，４８の数は１つに限定されるものではなく、各導線に対してそれぞれ複数のグランド用スルーホールを接続する構成とすることも可能である。
【００３１】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。また、図１１は、図１０のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。図１０および図１１において、図８および図９と同一符号は同一または相当部分を示すのでその説明を省略する。これらの図から明らかなように、実施の形態６による多層基板モジュールは、実施の形態５による多層基板モジュールと基本的には同じ構造を有しており、アンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３が同一層上に配置されている点でのみ実施の形態５と相違している。なお、動作についても、実施の形態５による多層基板モジュールと同様であるのでその説明を省略する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、実施の形態５と同等の効果が得られるとともに、アンプ用グランド層４１、入力側整合回路用グランド層４２および出力側整合回路用グランド層４３を同一層上に配置するように構成したので、多層基板１の層数を低減することができるという効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、多層基板と、多層基板の表面に設けられるアンプを備えた半導体基板および１または複数の整合回路と、多層基板の裏面に金属層で形成された接地面と、多層基板の内部に設けられたアンプ用グランド層と、多層基板の内部に１または複数の整合回路毎に設けられて、アンプ用グランド層に対して非接触であるとともに相互にも非接触に配置される整合回路用グランド層と、アンプから延びるグランド用導線とアンプ用グランド層とを接続するグランド用スルーホールと、アンプ用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールと、１または複数の整合回路毎に形成されて、当該整合回路から延びるグランド用導線と対応する整合回路用グランド層とをそれぞれ接続するグランド用スルーホールと、整合回路用グランド層毎に、整合回路用グランド層と接地面とを接続する複数のグランド用スルーホールとを備えるように構成したので、アンプおよび１または複数の整合回路にそれぞれ接続されるグランド用スルーホールを互いに独立に接地面に接続することができて帰還による発振を防止することができ、またアンプおよび１または複数の整合回路にそれぞれ接続されるグランド用スルーホール全体に係るインダクタンス成分を低減してアンプおよび１または複数の整合回路の特性の安定化を図れるから、アンプの安定的動作を確保することができるという効果を奏する。
【００３８】
この発明によれば、多層基板内において、アンプ用グランド層と１または複数の整合回路用グランド層とを同一層上に配置するように構成したので、多層基板の層数を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】  図２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】  図４のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図６】  この発明の実施の形態４による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図７】  図６のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図８】  この発明の実施の形態５による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】  図８のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図１０】  この発明の実施の形態６による多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１１】  図１０のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図１２】  従来の多層基板モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１３】  図１２のＡ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【符号の説明】
１  多層基板、２  高周波信号入力端子、３  高周波信号出力端子、４  アンプを有する半導体基板、５  入力側整合回路（整合回路）、６  出力側整合回路（整合回路）、７  ワイヤ、８  アンプの入力端子、９  アンプのグランド端子、１０  アンプの出力端子、１１  接地面、１２，１３，１４，２２，２３，２４，２５，３３，３４，３５，３６，３７，４４，４５，４６，４７，４８，４９  グランド用スルーホール、２１，３２  共通グランド層、３１，４１  アンプ用グランド層、４２  入力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）、４３  出力側整合回路用グランド層（整合回路用グランド層）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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