(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、
一方の主面に上記入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路を設け、上記一方の主面と反対側の他方の主面にグランド導体を設け、さらに上記グランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面と他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた主基板と、
一方の主面に上記スロット線路を設けた小基板と、
上記スロット線路と上記２本のマイクロストリップ線路とが各々の磁界が最大になる点で直交するように、かつ上記小基板の一方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記主基板の一方の主面に現れた上記バイアホールを上記小基板の一方の主面のスロット線路のグランド導体に接続するバンプと、
を備えたことを特徴とする１８０度分配器。
【請求項２】
入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、
一方の主面に上記入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路を設け、上記一方の主面と反対側の他方の主面にグランド導体を設け、さらに上記グランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面と他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた主基板と、
一方の主面に上記スロット線路を設け、さらに上記スロット線路のグランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた小基板と、
上記スロット線路と上記２本のマイクロストリップ線路とが各々の磁界が最大になる点で直交するように、かつ上記小基板の他方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記小基板の他方の主面に現れた上記バイアホールと上記主基板の一方の主面に現れた上記バイアホールとを接続するバンプと、
を備えたことを特徴とする１８０度分配器。
【請求項３】
２本のマイクロストリップ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の１８０度分配器。
【請求項４】
入力用および分配用の２本のコプレナ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、
一方の主面に上記入力用および分配用の２本のコプレナ線路を設けた主基板と、
一方の主面に上記スロット線路を設けた小基板と、
上記スロット線路と上記２本のコプレナ線路とが各々の磁界が最大になる点で交差するように、かつ上記小基板の一方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記スロット線路のグランド導体と上記コプレナ線路のグランド導体を接続するバンプを含む電気的接続手段と、
を備えたことを特徴とする１８０度分配器。
【請求項５】
入力用および分配用の２本のコプレナ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、
一方の主面に上記入力用および分配用の２本のコプレナ線路を設けた主基板と、
一方の主面に上記スロット線路を設け、さらに上記スロット線路のグランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた小基板と、
上記スロット線路と上記２本のコプレナ線路とが各々の磁界が最大になる点で交差するように、かつ上記小基板の一方の主面と反対側の他方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記小基板の他方の主面に現れた上記バイアホールを上記主基板の一方の主面のコプレナ線路のグランド導体に接続するバンプと、
を備えたことを特徴とする１８０度分配器。
【請求項６】
２本のコプレナ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の１８０度分配器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は１８０度分配器、特に半導体素子で構成された１８０度分配器の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯機器、無線装置等の急増により、実装基板の小形軽量化及び高周波における信号の減衰防止、低ノイズ化等の要求が急速に強まり、特にミリ波帯においてはこれらの実現が急務となっている。そこで、ＩＣチップの実装方法も従来のワイヤボンディングからフリップチップ方式に変わりつつある。このフリップチップ方式は最小限の接続用金属(バンプ)を介して、チップと基板を直接実装する実装方式である。
【０００３】
このフリップチップでは基板との接続部がチップの下にあるため、余分な面積を必要としない。また、フリップチップでは面状にバンプを配置することができるので、同一面積に対して大幅な多ピン化が可能である。さらにバンプ接続することで、接続長が大幅に短縮されるため、従来のワイヤボンディングにおけるインダクタンス成分の影響を抑え、かつ工作時のばらつきを抑制することができる。
【０００４】
これらは例えば、高密度実装の最新動向(株式会社東レリサーチセンタ、１９９８年２月１日発行)に記載されている。
【０００５】
次に分布定数線路を用いた１８０度分配器について述べる。分布定数線路を用いた１８０度分配器には、図１６に示すような基板の表裏にそれぞれにパターン化されたマイクロストリップ線路６とそのマイクロストリップ線路に直交するスロット線路４の立体結合形のものがある。図１７は図１６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図において、４は基板の裏面に設けられたスロット線路であり、６は基板の表面に設けられたマイクロストリップ線路である。マイクロストリップ線路６の磁界と、マイクロストリップ線路に直交する方向のスロット線路４の磁界は互いに同じ向きになり、互いの磁界最大点で結合する。
【０００６】
端子Ｔ１からのスロット線路４への入力波は、磁界結合によりマイクロストリップ線路６に結合する。そして入力波は等振幅かつ１８０度の位相差で２つの端子Ｔ２、Ｔ３に分配される。これらは電子情報通信学会信学技報ＭＷ９７−７１(１９９７−０７)５１〜５６頁に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の１８０度分配器では、基板裏面をスロット線路にするため、基板を実装する金属パッケージにくぼみを設け、スロット部分と金属が接しないようにする必要があった。このため、基板裏面全体を金属パッケージに接触させて固定する場合に比べて接触面積が小さくなり、パッケージの金属と基板の熱膨張係数の違い等により、実装及び電気特性への信頼性が低くなる問題がある。
【０００８】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、従来の基板表裏の結合ではなく、主基板上に配置した線路と、フリップチップ実装した小基板に配置した線路との結合により１８０度分配器を構成し、製造が簡易で、また低価格でかつ高信頼性を有する１８０度分配器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、一方の主面に上記入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路を設け、上記一方の主面と反対側の他方の主面にグランド導体を設け、さらに上記グランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面と他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた主基板と、一方の主面に上記スロット線路を設けた小基板と、上記スロット線路と上記２本のマイクロストリップ線路とが各々の磁界が最大になる点で直交するように、かつ上記小基板の一方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記主基板の一方の主面に現れた上記バイアホールを上記小基板の一方の主面のスロット線路のグランド導体に接続するバンプと、を備えたことを特徴とする１８０度分配器にある。
【００１０】
また、入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、一方の主面に上記入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路を設け、上記一方の主面と反対側の他方の主面にグランド導体を設け、さらに上記グランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面と他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた主基板と、一方の主面に上記スロット線路を設け、さらに上記スロット線路のグランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた小基板と、上記スロット線路と上記２本のマイクロストリップ線路とが各々の磁界が最大になる点で直交するように、かつ上記小基板の他方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記小基板の他方の主面に現れた上記バイアホールと上記主基板の一方の主面に現れた上記バイアホールとを接続するバンプと、を備えたことを特徴とする１８０度分配器にある。
【００１１】
また、２本のマイクロストリップ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、入力用および分配用の２本のコプレナ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、一方の主面に上記入力用および分配用の２本のコプレナ線路を設けた主基板と、一方の主面に上記スロット線路を設けた小基板と、上記スロット線路と上記２本のコプレナ線路とが各々の磁界が最大になる点で交差するように、かつ上記小基板の一方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記スロット線路のグランド導体と上記コプレナ線路のグランド導体を接続するバンプを含む電気的接続手段と、を備えたことを特徴とする１８０度分配器にある。
【００１３】
また、入力用および分配用の２本のコプレナ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、一方の主面に上記入力用および分配用の２本のコプレナ線路を設けた主基板と、一方の主面に上記スロット線路を設け、さらに上記スロット線路のグランド導体に電気的に接続されると共に上記一方の主面とこの一方の主面と反対側の他方の主面の間を電気的に接続する複数のバイアホールを設けた小基板と、上記スロット線路と上記２本のコプレナ線路とが各々の磁界が最大になる点で交差するように、かつ上記小基板の一方の主面と反対側の他方の主面が上記主基板の一方の主面と対向するように上記小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための、上記小基板の他方の主面に現れた上記バイアホールを上記主基板の一方の主面のコプレナ線路のグランド導体に接続するバンプと、を備えたことを特徴とする１８０度分配器にある。
【００１４】
また、２本のコプレナ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図３はこの発明の実施の形態１による１８０度分配器の図である。図１はフリップチップ実装する小基板の下面図である。１００は小基板、１は小基板の下面、４はスロット線路、４Ａはグランド導体、９はバンプである。また図２は主基板の上面図であり、２００は主基板、３は主基板の上面、５は入力用マイクロストリップ線路、６は１８０度分配用の分配用マイクロストリップ線路である。
【００１７】
図３は図１及び図２で示した２つの基板をフリップチップ実装した図であり、(ａ)は両基板の線路の位置関係を示す図、(ｂ)は全体の側面断面図である。ここでスロット線路４とマイクロストリップ線路５、６とが各々の磁界が最大になる点で交差するように小基板１００を主基板２００上に実装する。また、スロット線路４のグランド導体４Ａは主基板２００の下面のグランド導体ＧとバイアホールＨを介して同電位としている。なお、各実施の形態で同一もしくは相当部分は同一符号で示す。
【００１８】
次に動作を説明する。入力用マイクロストリップ線路５から信号を入力すると、スロット線路４との交差部Ｘ１(図３の(ｂ)参照)で磁界結合する。次にスロット線路４と分配用マイクロストリップ線路６との交差部Ｘ２で再び磁界結合し、入力波は等振幅かつ１８０度の位相差で２つの端子Ｔ２、Ｔ３に分配される。
【００１９】
ここで主基板２００と小基板１００の重なり合う部分では、図４に示すトリプレート線路(ＴＲ部参照)のモードが生じてしまう。そこで、グランド用のバンプ９を多数配置し、不要モードの抑制を図っている。
【００２０】
この１８０度分配器の構成では、実装する金属パッケージの特別な加工や多層基板を用いることなく、平面回路に他のアクティブ素子と同じ実装法により実装できるため、製造が簡易で、低価格で、かつ特性が安定した高信頼性を得ることが可能である。
【００２１】
実施の形態２．
図５〜図７はこの発明の実施の形態２による１８０度分配器の図である。図５はフリップチップ実装する小基板の上面図である。２は小基板の上面ある。また、図６は主基板の上面図である。図７は図５及び図６で示した２つの基板をフリップチップ実装した図であり、(ａ)は両基板の線路の位置関係を示す図、(ｂ)は全体の側面断面図である。ここでスロット線路４とマイクロストリップ線路５、６とが各々の磁界が最大になる点で交差するように小基板１００を主基板２００上に実装する。また、スロット線路４のグランド導体４Ａは主基板２００の下面のグランド導体ＧとバイアホールＨを介して同電位としている。
【００２２】
動作は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１に加えて、小基板１００に設けたスロット線路４が上面にあるため、組立後に特性の調整が可能であるというさらなる特徴がある。
【００２３】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による１８０度分配器を構成する小基板の図である。動作は上記実施の形態と同様である。ただし、前述したように主基板と小基板の重なり合う部分では、図４で説明したようにトリプレート線路のモードが生じてしまう。そこで、グランド用のバンプを多数配置するとともに、図８に示すように、マイクロストリップ線路５、６と直交するスロット線路４の結合部近傍におけるスロット線路４のグランド導体４Ａの一部にグランド導体削除部１０を設けることで不要モードの抑制を図っている。これは上記実施の形態１、２いずれにも適用可能である。
【００２４】
この１８０度分配器の構成では、上記実施の形態に加えて、トリプレート線路の不要モードをよりよく抑制できるという特徴がある。
【００２５】
実施の形態４．
図９〜図１１はこの発明の実施の形態４による１８０度分配器の図である。図９はフリップチップ実装する小基板の下面図である。１００は小基板、１は小基板の下面、４はスロット線路、４Ａはグランド導体、９はバンプである。また図１０は主基板の上面図であり、２００は主基板、３は主基板の上面、７は入力用コプレナ線路、８は１８０度分配用の分配用コプレナ線路である。
【００２６】
図１１は図９及び図１０で示した２つの基板をフリップチップ実装した図であり、(ａ)は両基板の線路の位置関係を示す図、(ｂ)は全体の側面断面図である。ここでスロット線路４とコプレナ線路７、８とが各々の磁界が最大になる点で交差するように小基板１００を主基板２００上に実装する。また、スロット線路４のグランド導体４Ａは主基板２００の上面のコプレナ線路７，８のグランド導体７８とバンプ９を介して同電位としている。
【００２７】
次に動作を説明する。入力用コプレナ線路７から信号を入力すると、スロット線路４との交差部Ｘ１(図１１の(ｂ)参照)で磁界結合する。次にスロット線路４と分配用コプレナ線路８との交差部Ｘ２で再び磁界結合し、入力波は等振幅かつ１８０度の位相差で２つの端子Ｔ２、Ｔ３に分配される。
【００２８】
この主基板２００と小基板１００の重なり合う部分では、グランド用のバンプ９を多数配置するとともに、コプレナ線路７、８を用いることで図４で説明したようなトリプレートのような不要なモードの抑制を図っている。
【００２９】
この１８０度分配器の構成では、上記実施の形態と同様に実装する金属パッケージの特別な加工や多層基板を用いることなく、平面回路に他のアクティブ素子と同じ実装法により実装できるため、製造が簡易で、低価格で、かつ特性が安定した高信頼性を得ることが可能であると共に、コプレナ線路を用いることでトリプレートのような不要なモードをさらに抑制でき、なおかつ両方の基板のクランドを接続するための構造が簡単になる。
【００３０】
実施の形態５．
図１２〜図１４はこの発明の実施の形態５による１８０度分配器の図である。図１２はフリップチップ実装する小基板の上面図である。２は小基板の上面ある。また、図１３は主基板の上面図である。図１４は図１２及び図１３で示した２つの基板をフリップチップ実装した図であり、(ａ)は両基板の線路の位置関係を示す図、(ｂ)は全体の側面断面図である。ここでスロット線路４とコプレナ線路７、８とが各々の磁界が最大になる点で交差するように小基板１００を主基板２００上に実装する。また、スロット線路４のグランド導体４Ａは主基板２００の上面のグランド導体７８とバイアホールＨを介して同電位としている。
【００３１】
動作は実施の形態４と同様であるが、実施の形態４に加えて、小基板１００に設けたスロット線路４が上面にあるため、組立後に特性の調整が可能であるというさらなる特徴がある。
【００３２】
実施の形態６．
図１５はこの発明の実施の形態６による１８０度分配器を構成する小基板の図である。動作は上記実施の形態４、５と同様である。ただし、前述したように主基板と小基板の重なり合う部分では、図４で説明したようにトリプレート線路のモードが生じてしまう。そこで、グランド用のバンプを多数配置するとともに、図１５に示すように、コプレナ線路７、８と直交するスロット線路４の結合部近傍におけるスロット線路４のグランド導体４Ａの一部にグランド導体削除部１０を設けることで不要モードの抑制を図っている。これは上記実施の形態４、５いずれにも適用可能である。
【００３３】
この１８０度分配器の構成では、上記実施の形態に加えて、トリプレート線路の不要モードをよりよく抑制できるという特徴がある。
【００３４】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では特に主基板２００及び小基板１００の基板材料については言及していないが、小基板１００を誘電率のより高い材料で形成することで波長短縮率が大きくなり、等価的にスロット線路４の線路長を短くすることができる。これにより、小基板１００のサイズを小さくすることができる。主基板２００と小基板１００の材料を異にすることは、従来の同一基板の表裏を用いた分配器では実現できない構成である。
【００３５】
この１８０度分配器の構成では、小基板１００を誘電率のより高い材料で形成することで、これの小型化が可能である。
【００３６】
なお、上記各実施の形態において、バンプ９、バイアホールＨ等が小基板１００を主基板２００上にフリップチップ実装するための電気的接続手段を構成する。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、上面に上記入力用および分配用の２本のマイクロストリップ線路を設けた主基板と、下面に上記スロット線路を設けた小基板と、この小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための電気的接続手段と、を備えたことを特徴とする１８０度分配器としたので、実装する金属パッケージの特別な加工や多層基板を用いることなく、平面回路に他のアクティブ素子と同じ実装法により実装できるため、製造が簡易で、低価格で、かつ特性が安定した高信頼性を得ることが可能である。
【００３８】
また上記１８０度分配器において、小基板の上面にスロット線路を設けたので、さらに装置の組立後に特性の調整等が可能である。
【００３９】
また上記１８０度分配器において、２本のマイクロストリップ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたので、さらにトリプレート線路の不要モードをよりよく抑制できる。
【００４０】
また、入力用および分配用の２本のコプレナ線路とこれらのそれぞれに直交するスロット線路により構成される１８０度分配器であって、上面に上記入力用および分配用の２本のコプレナ線路を設けた主基板と、下面に上記スロット線路を設けた小基板と、この小基板を上記主基板上にフリップチップ実装するための電気的接続手段と、を備えたことを特徴とする１８０度分配器としたので、実装する金属パッケージの特別な加工や多層基板を用いることなく、平面回路に他のアクティブ素子と同じ実装法により実装できるため、製造が簡易で、低価格で、かつ特性が安定した高信頼性を得ることが可能であると共に、コプレナ線路を用いることでトリプレートのような不要なモードをさらに抑制でき、なおかつ両方の基板のクランドを接続するための構造が簡単になる。
【００４１】
また上記１８０度分配器において、小基板の上面にスロット線路を設けたので、さらに装置の組立後に特性の調整等が可能である。
【００４２】
また上記１８０度分配器において、２本のコプレナ線路と直交するスロット線路の結合部近傍におけるスロット線路のグランド導体の一部にグランド導体削除部を設けたので、さらにトリプレート線路の不要モードをよりよく抑制できる。
【００４３】
また上記全ての各１８０度分配器において、小基板を誘電率がより高い材料で形成するようにしたので、小基板の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の下面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による１８０度分配器の主基板の上面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による１８０度分配器の基板をフリップチップ実装した状態を説明するための図である。
【図４】  トリプレートモード部を説明するための図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の上面図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による１８０度分配器の主基板の上面図である。
【図７】  この発明の実施の形態２による１８０度分配器の基板をフリップチップ実装した状態を説明するための図である。
【図８】  この発明の実施の形態３による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の下面または上面図である。
【図９】  この発明の実施の形態４による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の下面図である。
【図１０】  この発明の実施の形態４による１８０度分配器の主基板の上面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態４による１８０度分配器の基板をフリップチップ実装した状態を説明するための図である。
【図１２】  この発明の実施の形態５による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の上面図である。
【図１３】  この発明の実施の形態５による１８０度分配器の主基板の上面図である。
【図１４】  この発明の実施の形態５による１８０度分配器の基板をフリップチップ実装した状態を説明するための図である。
【図１５】  この発明の実施の形態６による１８０度分配器のフリップチップ実装する小基板の下面または上面図である。
【図１６】  従来の１８０度分配器の表面と裏面に形成された線路の位置関係を示す図である。
【図１７】  図１６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１  下面、２，３上面、４  スロット線路、４Ａ，７８，Ｇ  グランド導体、５  入力用マイクロストリップ線路、６  分配用マイクロストリップ線路、７  入力用コプレナ線路、８  分配用コプレナ線路、９  バンプ、１０  グランド導体削除部、Ｈ  バイアホール、ＴＲ  トリプレート部、Ｘ１，Ｘ２  交差部、１００  小基板、２００  主基板。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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