(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に導体板からなるグランド板を有する低誘電率の誘電体実装基板の表面に形成された第１の間隔を有する２本のグランド線とそれらの間に設けられた信号線とから成る第１のコプレーナ線路と、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続され、前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔を有する２本のグランド線とそれらの間に形成された信号線とから成る第２のコプレーナ線路とを接続する集積回路と実装基板の接続構造において、
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路との接続部が、
前記第１のコプレーナ線路の２本のグランド線の前記第１の間隔に前記第２のコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔を合わせた第１の部分である接続構造の第１の範囲と、
前記第２のコプレーナ線路の２本のグランド線の前記第２の間隔に前記第１のコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔を合わせた第２の部分である接続構造の第２の範囲と、
第１の部分と第２の部分をつなぐ中間部とから成る接続構造の第３の範囲とを有し、
前記接続構造の第１、第３、及び第２の範囲においては、前記第１のコプレーナ線路の２本のグランド線と前記第２のコプレーナ線路の２本のグランド線がバンプにより接続されており、
前記接続構造の第１の範囲において、前記第１のコプレーナ線路の信号線と前記第２のコプレーナ線路の信号線がバンプにより接続されており、
前記接続構造の第２の範囲においては、前記第１のコプレーナ線路の信号線は形成されておらず、
前記接続構造の第２の範囲において、前記誘電体実装基板に設けられたスルーホールにより前記第１のコプレーナ線路のグランド線と前記グランド板が接続されており、
前記スルーホールの近傍及び導波路を形成するグランド線の外形線に沿って前記バンプが形成されていることを特徴とする集積回路と実装基板の接続構造。
【請求項２】
第１のコプレーナ線路のグランド線と裏面のグランド板とを接続するスルーホールは前記接続部近傍外部にも設けられており、接続部の２つのスルーホールと該接続部近傍外部の２つのスルーホールとが、コプレナー線路の前記第３の範囲の導波路部分を囲むよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路と実装基板の接続構造。
【請求項３】
１のグランド線に設けられた接続部及び接続部近傍外部その他のスルーホールは、伝送波長の１／２以下の間隔で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の集積回路と実装基板の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に形成された高周波集積回路と配線基板との接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波集積回路を形成した、半導体基板等の高い誘電率を有する集積回路を、樹脂等の低い誘電率を有する実装基板に接続する際、接続部分において様々な伝送損が生じる。これらは、主たる伝送モードとは別のモードの発生、共鳴の励振等によるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
裏面に導体板からなるグランド板を有し、１本の信号線と２本のグランド線から成るコプレーナ線路の形成された低誘電率の誘電体実装基板を使用する場合、以下のように接続部付近において反射等による損失が大きいものとなる。
【０００４】
高誘電率の半導体基板におけるコプレーナ線路と、低誘電率の樹脂基板におけるコプレーナ線路は、インピーダンス整合と製造工程上の問題から信号線の幅ｗ及びそれを挟んだ２本のグランド線ｄの間隔を整合させることが通常できない。例えば図７の（ａ）のように、低誘電率の樹脂基板に形成した、幅ｗ1の信号線９１１と、間隔ｄ1のグランド線９１２及び９１３から成るコプレーナ線路と、高誘電率の半導体基板に形成した、幅ｗ2の信号線９２１と、間隔ｄ2のグランド線９２２及び９２３から成るコプレーナ線路を接続する場合、信号線９１１の幅ｗ1（及びグランド線９１２及び９１３の間隔ｄ1）がグランド線９２２及び９２３の間隔ｄ2よりも大きいと、短絡が生じる。そこで例えは図７の（ｂ）及び図８の（ａ）のように、バンプ等で接続する部分Ｓにおいてはグランド線の間隔をｄ1に合わせ、中間部Ｔにて信号線９１１の幅ｗ2及びグランド線９２２及び９２３の間隔ｄ2に変化させるようにするなどの工夫が必要であった。しかし、図７の（ｂ）及び図８の（ａ）のような工夫を施した場合でも、接続部付近において、反射が十分には抑制できないという問題があった。
【０００５】
また、図８の（ｂ）のように、誘電体実装基板９１０が裏面に導体板から成るグランド９１４を有する場合、グランド９１４と実装基板のグランド９１２及び９１３との間、又はグランド９１４と集積回路９２０のコプレーナ線路のグランド９２２及び９２３との間において主たる伝送モードとは別のモードが上記接続部Ｓ及びその付近（例えばＴ）で励起される問題も生じていた。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、２本のグランド線の間隔が互いに異なる、裏面に導体板からなるグランド板を有する低誘電率の誘電体実装基板に形成されたコプレーナ線路と、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続されたコプレーナ線路とを、低損失で接続する集積回路と実装基板の接続構造を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための第１の構成は、裏面に導体板からなるグランド板を有する低誘電率の誘電体実装基板の表面に形成された第１の間隔を有する２本のグランド線とそれらの間に設けられた信号線とから成る第１のコプレーナ線路と、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続され、第１の間隔よりも狭い第２の間隔を有する２本のグランド線とそれらの間に形成された信号線とから成る第２のコプレーナ線路とを接続する集積回路と実装基板の接続構造において、第１のコプレーナ線路と第２のコプレーナ線路との接続部が、第１のコプレーナ線路の２本のグランド線の第１の間隔に第２のコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔を合わせた第１の部分である接続構造の第１の範囲と、第２のコプレーナ線路の２本のグランド線の第２の間隔に第１のコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔を合わせた第２の部分である接続構造の第２の範囲と、第１の部分と第２の部分をつなぐ中間部とから成る接続構造の第３の範囲とを有し、接続構造の第１、第３及び第２の範囲においては、第１のコプレーナ線路の２本のグランド線と第２のコプレーナ線路の２本のグランド線がバンプにより接続されており、接続構造の第１の範囲において、第１のコプレーナ線路の信号線と前記第２のコプレーナ線路の信号線がバンプにより接続されており、接続構造の第２の範囲においては、第１のコプレーナ線路の信号線は形成されておらず、接続構造の第２の範囲において、誘電体実装基板に設けられたスルーホールにより第１のコプレーナ線路のグランド線とグランド板が接続されており、スルーホールの近傍及び導波路を形成するグランド線の外形線に沿ってバンプが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の構成は、第１のコプレーナ線路のグランド線と裏面のグランド板とを接続するスルーホールは接続部近傍外部にも設けられており、接続部の２つのスルーホールと該接続部近傍外部の２つのスルーホールとが、コプレナー線路の第３の範囲の導波路部分を囲むよう配置されていることを特徴とする。更に第３の構成は、１のグランド線に設けられた接続部及び接続部近傍外部その他のスルーホールは、伝送波長の１／２以下の間隔で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
インピーダンス整合により、低誘電率の誘電体実装基板に形成されたコプレーナ線路のグランド線の間隔は、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続されたコプレーナ線路のグランド線の間隔よりも大きい。そこでそれらの接続部分において、間隔の大きい誘電体実装基板のグランド線の間隔に集積回路のグランド線の間隔をあわせた第１の範囲と、間隔の小さい集積回路のグランド線の間隔に誘電体実装基板のグランド線の間隔をあわせた第２の範囲と、それらの中間部である第３の範囲とに分ける。接続部分とは例えばバンプ等を密に形成した部分である。尚、密に形成するとは他のモードを励振させない程度に複数個形成することを含む。信号線は、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続されたコプレーナ線路の信号線が低誘電率の誘電体実装基板に形成されたコプレーナ線路の信号線より細いので、第１の範囲で接続するものとし、第２の範囲には低誘電率の誘電体実装基板に形成されたコプレーナ線路の信号線を形成しない。このため、樹脂基板は細線化する必要がない。更に第２の範囲において、誘電体実装基板のコプレーナ線路の２本のグランド線と裏面のグランド板とを誘電体実装基板を表裏貫くスルーホールにて接続すれば、第２の範囲近傍において裏面のグランド板と実装基板又は集積回路のコプレーナ線路を形成する導体との間の高周波の励振を防ぐことができる。こうして、２本のグランド線の間隔が互いに異なる、裏面に導体板からなるグランド板を有する低誘電率の誘電体実装基板に形成されたコプレーナ線路と、高誘電率の誘電体に形成された集積回路に接続されたコプレーナ線路とを、低損失で接続することができる。即ち、コプレーナ線路の線路幅自体の設計に自由度を持たせることができる。また、集積回路を形成する半導体基板と大きく異なる誘電率を有する安価な樹脂を配線基板材料として使用することができる。安価な樹脂とは例えばテフロン（登録商標）、ＢＴレジン、ＰＴＦＥ、ＳＦ等である。また、実装構造を集積回路と配線基板とで行うことができるので中間に１次実装基板を必要とせず、部品点数の省略及び低価格化を実現できる。また、ＭＭＩＣをアンテナ部に直接実装することができ、小型化できる。
低損失の接続は、バンプを接続されるグランド線の外形線に沿うように且つスルーホールを囲うように配置することで確実となる（以上請求項１）。
【００１０】
更にスルーホールを配線基板のグランド線の他の部分にも設けること（請求項２）、それらスルーホール同士の間隔を伝送波長の１／２以下とすること（請求項３）で更に確実となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例をシミュレーションで説明する。尚、本発明は以下のシミュレーションに限定されない。
【００１２】
図１は、本願の具体的な実施例にかかる接続構造を示す概念図である。本願においては立体的な構成のうち、図１のようなコプレーナ線路及びバンプＢとスルーホールＨの関係が重要である。尚、バンプは実質的な導波路であるコプレーナ線路のグランド線と信号線の相対する部分付近に密に配設すれば良い。例えば伝送波長の１／８程度以下の間隔を設けて構成して良い。
【００１３】
図１の概略は以下の通りである。図１の（ａ）の左側は、接続前のコプレーナ線路を形成する間隔ｄ1のグランド線１１２及び１１３が、接続部であって間隔ｄ1のままである第１の範囲Ｓ1と、間隔がｄ2である第２の範囲Ｓ2と、それらをつなぐ第３の範囲Ｓ3から構成されていることを示す。また、グランド線１１２及び１１３の第３の範囲Ｓ3においては、図示しない裏面のグランド板１１４と電気的に接続するためスルーホールＨ2、Ｈ3が各々設けられている。信号線１１１は、図中、幅ｗ1にて左から延設され、幅ｗ0に細く絞られて第１の範囲Ｓ1で止まるよう形成されている。
【００１４】
また、図１の（ａ）の右側は、接続前のコプレーナ線路を形成する間隔ｄ2のグランド線１２２及び１２３が、接続部であって間隔ｄ2のままである第２の範囲Ｓ2と、間隔がｄ1である第１の範囲Ｓ1と、それらをつなぐ第３の範囲Ｓ3から構成されていることを示す。信号線１２１は、図中、幅ｗ2にて右から延設され、第１の範囲Ｓ1でｗ0となるよう第３の範囲Ｓ3で広がるよう形成されている。図１の（ａ）の２つのコプレーナ線路は、図１の（ｂ）のように重ね合わせて接続構造が形成される。
【００１５】
図２は図１の接続構造のシミュレーションを行った、構成の細目を示す。拡大図としては接続部分の上半分のみ示す。単位をマイクロメートルとして、第１の範囲Ｓ1を-50≦ｘ≦50、第３の範囲Ｓ3を50≦ｘ≦150、第２の範囲Ｓ2を150≦ｘ≦500とした。ｘ軸の負方向から延設された幅ｗ1＝300の信号線１１１は、(-125,150)、(0,70)（及び図示しないそれらのｘ軸について対称な点）を結ぶ形で幅ｗ0＝140となり第１の範囲Ｓ1で止まる。
【００１６】
ｘ軸の正方向から延設された幅ｗ2＝40信号線１２１は、(150,20)、(50,70)、(-50,70)（及び図示しないそれらのｘ軸について対称な点）を結ぶ形で幅ｗ0＝140となり第１の範囲Ｓ1の左端で止まる。こうしてバンプＢ0を、中心が(-25,0)でｘ軸又はｙ軸に平行な一辺40の正方形状の範囲に形成した。
【００１７】
ｘ軸の負方向から延設されたグランド線１１３は、その外形線をｙ＝280(ｘ≦50)、(50,280)と(150,70)を結ぶ線分、ｙ＝70(150≦ｘ≦500)、ｘ＝500(ｙ≧70)とした。ｘ軸の正方向からへ延設されたグランド線１２３は、その外形線をｘ＝-50(ｙ≧280)、ｙ＝280(-50≦ｘ≦50)、(50,280)と(150,70)を結ぶ線分、ｙ＝70(ｘ≧150)とした。グランド板１１４は全範囲において裏面に形成されている。グランド板１１４とグランド線１１３をつなぐスルーホールとして、範囲Ｓ2にＨ3を、接続部分Ｓ1乃至Ｓ3の外にＨ3'を設けた。どちらもｘ軸又はｙ軸に平行な一辺200の正方形状の範囲に形成し、中心（対角線の交点）はそれぞれ(300,270)、(-200,470)とした。また、バンプをＢ30、Ｂ31、…、Ｂ39の１０箇所に設けてグランド線１１３とグランド線１２３を接続した。１０個のバンプＢ30、Ｂ31、…、Ｂ39はｘ軸又はｙ軸に平行な一辺40の正方形状の範囲に形成し、中心は(-25,530)、(-25,430)、(-25,330)、(70,330)、(125,210)、(220,120)、(340,120)、(450,120)、(450,220)、(450,320)である。また、図３に、図２のｙ＝320付近での断面図を示す。
【００１８】
図１の接続構造の反射特性を図４に、伝送特性を図５に示す。なお、ポート１が実装基板側、ポート２が集積回路側である。また、図７の（ｂ）の構造を比較例として記載した。比較例の詳細は、図２においてスルーホールＨ3及びＨ3'が無く、グランド線１１３及びバンプの範囲Ｓ3及びＳ2を除去した形である。このシミュレーションから、従来構造における−７ｄＢ及び−１３ｄＢの反射特性と２ｄＢの伝送損が、本願発明により−２０ｄＢの反射特性、０．４ｄＢの伝送損と大幅に改善されることが理解できる。
【００１９】
また、図１の構成と、図１でスルーホールＨ2及びＨ3を設けなかったものを比較したところ、スルーホールＨ2及びＨ3を設けなかったものに不要な共鳴が励起されたが、本願の構成である図１の構造においては共鳴が励起されなかった。
【００２０】
図２ではシミュレーションのため方形状のスルーホール、バンプを用いたが、本願はこれに限定されない。図６の（ａ）のようにスルーホール、バンプを円状に形成しても本願効果が得られる。また、図６の（ｂ）のようにバンプを配線基板のコプレーナ線路と集積回路基板のコプレーナ線路の重なり合う部分全体に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な実施例にかかる接続構造を示す概念図。
【図２】図１の詳細図。
【図３】図２に示した接続構造の断面図。
【図４】本発明と比較例における反射特性を示すグラフ図。
【図５】本発明と比較例における伝送特性（伝送損）を示すグラフ図。
【図６】本発明のバンプ、スルーホールの他の例を示す概念図。
【図７】従来の接続構造を示す概念図。
【図８】従来の接続構造を示す概念図。
【符号の説明】
１１１  配線基板に形成されたコプレーナ線路の信号線
１１２、１１３  配線基板に形成されたコプレーナ線路のグランド線
１１４  配線基板裏面に設けられたグランド板
１２１  集積回路基板に形成されたコプレーナ線路の信号線
１２２、１２３  集積回路基板に形成されたコプレーナ線路のグランド線
ｗ1  配線基板に形成されたコプレーナ線路の信号線の幅
ｗ2  集積回路基板に形成されたコプレーナ線路の信号線の幅
ｄ1  配線基板に形成されたコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔
ｄ2  集積回路基板に形成されたコプレーナ線路の２本のグランド線の間隔
【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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