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技術 高周波整合回路

出願人 三菱電機株式会社
発明者 木村実人
出願日 2017年3月3日 (3年11ヶ月経過) 出願番号 2017-040505
公開日 2018年9月20日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-147991
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置のマウント プリント板の構造
主要キーワード 導体線路間 接続用部品 対地容量 高周波整合回路 接続長 高インピーダンス線路 金リボン 直列容量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年9月20日)のものです。
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図面 (8)

課題

広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立可能な高周波整合回路を得る。

解決手段

高周波整合回路は、多層基板9の表層91に設けられた表層導体である上部電極10と、高周波部品と上部電極10とを接続する接続導体と、上部電極10と対向して多層基板9の内層92に設けられた内層導体である下部電極11と、表層91又は内層92に設けられ下部電極11に接続された高インピーダンス線路7とを備え、上部電極10と下部電極11との間に直列容量が形成されていることを特徴とする。

概要

背景

多層基板への高周波部品の接続のために、部品リード金ワイヤ金リボン及びはんだボールといった接続用部品が用いられる際、接続用部品の接続長が長くなり、また接続用部品に高い周波数の信号が伝送されると、接続用部品が有するインダクタンス成分が増加し、反射特性及び通過特性劣化する。

特許文献1に開示される高周波多層回路基板接続構造は、高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体とを備える。特許文献1に開示される高周波多層回路基板の接続構造では、信号接続用導体の近くにグランド接続用導体を設けることにより、接続用部品が有するインダクタンス成分が低減され、また2つの高周波多層回路基板同士の接続部におけるインピーダンスを高周波多層回路基板に形成されている高周波回路のインピーダンスに合わせることにより、インピーダンス不整合抑圧される。

概要

広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立可能な高周波整合回路を得る。高周波整合回路は、多層基板9の表層91に設けられた表層導体である上部電極10と、高周波部品と上部電極10とを接続する接続導体と、上部電極10と対向して多層基板9の内層92に設けられた内層導体である下部電極11と、表層91又は内層92に設けられ下部電極11に接続された高インピーダンス線路7とを備え、上部電極10と下部電極11との間に直列容量が形成されていることを特徴とする。

目的

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立可能な高周波整合回路を得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

多層基板表層に設けられた表層導体と、高周波部品と前記表層導体とを接続する接続導体と、前記表層導体と対向して前記多層基板の内層に設けられた内層導体と、前記表層又は前記内層に設けられ前記内層導体に接続された高インピーダンス線路とを備え、前記表層導体と前記内層導体との間に直列容量が形成されていることを特徴とする高周波整合回路

請求項2

前記直列容量と、前記高インピーダンス線路の配線幅と、前記高インピーダンス線路の配線長とは、前記高周波部品の前記多層基板への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整されていることを特徴とする請求項1に記載の高周波整合回路。

請求項3

単層基板に設けられた平行平板キャパシタと、高周波部品と前記平行平板キャパシタとを接続する接続導体と、前記平行平板キャパシタを構成する下面電極に接続された高インピーダンス線路とを備え、前記下面電極との間に直列容量が形成されていることを特徴とする高周波整合回路。

請求項4

前記直列容量と、前記高インピーダンス線路の配線幅と、前記高インピーダンス線路の配線長とは、前記高周波部品の前記単層基板への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整されていることを特徴とする請求項3に記載の高周波整合回路。

技術分野

0001

この発明は、高周波部品多層基板とを接続する高周波整合回路に関する。

背景技術

0002

多層基板への高周波部品の接続のために、部品リード金ワイヤ金リボン及びはんだボールといった接続用部品が用いられる際、接続用部品の接続長が長くなり、また接続用部品に高い周波数の信号が伝送されると、接続用部品が有するインダクタンス成分が増加し、反射特性及び通過特性劣化する。

0003

特許文献1に開示される高周波多層回路基板接続構造は、高周波多層回路基板の内層に形成された導体線路間を接続する信号接続用導体と、高周波多層回路基板の表層に形成されたグランド面間を接続するグランド接続用導体とを備える。特許文献1に開示される高周波多層回路基板の接続構造では、信号接続用導体の近くにグランド接続用導体を設けることにより、接続用部品が有するインダクタンス成分が低減され、また2つの高周波多層回路基板同士の接続部におけるインピーダンスを高周波多層回路基板に形成されている高周波回路のインピーダンスに合わせることにより、インピーダンス不整合抑圧される。

先行技術

0004

特開2011−187575号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら特許文献1に開示される高周波多層回路基板の接続構造では、接続部の構成が立体的で複雑なため、インピーダンス整合をとるための接続構造の製造が長時間に及ぶという課題があった。

0006

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立可能な高周波整合回路を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高周波整合回路は、多層基板の表層に設けられた表層導体と、高周波部品と表層導体とを接続する接続導体と、表層導体と対向して多層基板の内層に設けられた内層導体と、表層又は内層に設けられ内層導体に接続された高インピーダンス線路とを備え、表層導体と内層導体との間に直列容量が形成されていることを特徴とする。

発明の効果

0008

本発明に係る高周波整合回路は、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立できる、という効果を奏する。

図面の簡単な説明

0009

実施の形態1に係る高周波整合回路の構成図
図1に示す高周波整合回路を多層基板上に構成した状態を示す斜視図
実施の形態1に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図
比較例に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図
実施の形態1に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図
比較例に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図
実施の形態2に係る高周波整合回路を単層基板上に構成した状態を示す斜視図

実施例

0010

以下に、本発明の実施の形態に係る高周波整合回路を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

0011

実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る高周波整合回路の構成図である。図2図1に示す高周波整合回路を多層基板上に構成した状態を示す斜視図である。図1に示す実施の形態1に係る高周波整合回路100は、図2に示す高周波部品8に設けられる部品端子1と、図2に示す多層基板9に設けられる基板端子2と、高インピーダンス線路7を備える。部品端子1及び基板端子2のそれぞれは、高周波信号入出力される端子である。

0012

また高周波整合回路100には、図2に示すインダクタンス3と、直列容量4と、直列容量4に寄生する対地容量5と、直列容量4に寄生する対地容量6とが形成される。インダクタンス3は、高周波部品8の部品端子1と多層基板9とを接続するためのリード12が有するインダクタンスである。

0013

図2では、右手系のXYZ座標において、鉛直方向がX軸方向とされ、水平方向がY軸方向とされ、X軸方向及びY軸方向の双方に直交する方向をZ軸方向とされる。

0014

図2に示す多層基板9は、多層基板9のX軸方向における一端側の表層91に設けられた表層導体である第1の接地導体20と、多層基板9のY軸方向において第1の接地導体20から離れて多層基板9の表層91に設けられた表層導体である第2の接地導体21と、第1の接地導体20と第2の接地導体21との間において多層基板9の表層91に設けられた表層導体である上部電極10とを備える。

0015

また多層基板9は、多層基板9のX軸方向において上部電極10と対向して多層基板9の内層92に設けられた内層導体である下部電極11と、多層基板9の表層91又は内層92に設けられた基板端子2と、多層基板9の表層91又は内層92に設けられた高インピーダンス線路7とを備える。内層92は、多層基板9のX軸方向において複数の基材を積層することにより一体化された基板内部のパターンである。高インピーダンス線路7の一端は基板端子2に接続され、高インピーダンス線路7の他端は下部電極11に接続されている。

0016

図2に示すように高周波部品8に設けられた複数の部品端子1には、導電性のリード12が接続されている。リード12は高周波部品8と表層導体とを接続するための接続導体である。複数の部品端子1のそれぞれに接続されたリード12の先端部は、上部電極10、第1の接地導体20及び第2の接地導体21のそれぞれに接続されている。

0017

図1に示す直列容量4は、図2に示す上部電極10と下部電極11との間に形成される。図1に示す対地容量5は、図2に示す上部電極10と第1の接地導体20との間に形成されると共に、上部電極10と第2の接地導体21との間に形成される。図1に示す対地容量6は、図2に示す下部電極11と第1の接地導体20との間に形成されると共に、下部電極11と第2の接地導体21との間に形成される。

0018

次に実施の形態1に係る高周波整合回路100の動作について説明する。図3は実施の形態1に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図である。図4は比較例に係る高周波整合回路の等価回路の各点におけるインピーダンスをスミスチャート上に表した図である。

0019

図4に示す比較例に係る高周波整合回路100Aと図3に示す実施の形態1に係る高周波整合回路100との相違点は、高周波整合回路100Aでは、直列容量4、対地容量5及び対地容量6の代わりに、対地容量50が用いられていることである。

0020

図3に示す高周波整合回路100の等価回路では、高周波整合回路100の各点から部品端子1側を見たときのインダクタンス3と直列容量4との接続点のインピーダンスが「Z1」と表記され、部品端子1から高周波整合回路100を見たときの直列容量4と高インピーダンス線路7との接続点のインピーダンスが「Z2」と表記され、部品端子1から高周波整合回路100を見たときの高インピーダンス線路7と基板端子2との接続点のインピーダンスが「Z3」と表記される。

0021

図4に示す高周波整合回路100Aの等価回路では、高周波整合回路100Aの各点から部品端子1側を見たときのインダクタンス3と対地容量50との接続点のインピーダンスが「Z1」と表記され、部品端子1から高周波整合回路100Aを見たときの対地容量50と高インピーダンス線路7との接続点のインピーダンスが「Z2」と表記され、部品端子1から高周波整合回路100Aを見たときの高インピーダンス線路7と基板端子2との接続点のインピーダンスが「Z3」と表記される。

0022

図3のスミスチャート上には高周波整合回路100の各インピーダンスが示され、図4のスミスチャート上には高周波整合回路100Aの各インピーダンスが示される。

0023

図4に示す高周波整合回路100Aでは、対地容量50によりインピーダンスZ2の周波数特性が大きくなるため、インピーダンスZ3の周波数特性が大きくなり、狭帯域な特性を示す。

0024

図3に示す高周波整合回路100では、直列容量4と、直列容量4に寄生する対地容量5,6とにより、インピーダンスZ2の周波数特性を小さくすることができるため、インピーダンスZ3の周波数特性が小さくなり、広帯域な特性を得ることができる。

0025

図5は実施の形態1に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図である。図6は比較例に係る高周波整合回路の周波数特性を示す図である。図5及び図6横軸中心周波数規格化した規格化周波数を表し、図5及び図6縦軸は反射特性を表す。

0026

高周波整合回路100Aでは、図6に示すように反射特性−20dB以下の比帯域が15%前後であるのに対し、実施の形態1に係る高周波整合回路100では、図5に示すように反射特性−20dB以下の比帯域が60%前後であることが分かる。また実施の形態1に係る高周波整合回路100は、一般に用いられる多層基板9を利用できるため、容易に製造できる。

0027

以上に説明したように実施の形態1に係る高周波整合回路100は、多層基板の表層に設けられた表層導体と、高周波部品と表層導体とを接続する接続導体と、表層導体と対向して多層基板の内層に設けられた内層導体と、表層又は内層に設けられ内層導体に接続された高インピーダンス線路とを備え、表層導体と内層導体との間に直列容量が形成されている。この構成により、実施の形態1に係る高周波整合回路100は、広帯域特性と製造時間の短縮化とを両立させることができる。

0028

実施の形態2.
図7は実施の形態2に係る高周波整合回路を単層基板上に構成した状態を示す斜視図である。実施の形態2に係る高周波整合回路100では、図2に示される多層基板9の代わりに、単層基板13が用いられている。また実施の形態2に係る高周波整合回路100では、図2に示す上部電極10と下部電極11と複数のリード12と第1の接地導体20と第2の接地導体21との代わりに、平行平板キャパシタ14と複数のボンディングワイヤ15と接地導体30とが用いられる。

0029

平行平板キャパシタ14のX軸方向における一端側には上面電極14aが設けられ、平行平板キャパシタ14のX軸方向における他端側には下面電極14bが設けられている。下面電極14bには高インピーダンス線路7の一端が接続されている。単層基板13のX軸方向における下面13aには接地導体30が設けられている。

0030

図1に示す直列容量4は、平行平板キャパシタ14の上面電極14aと下面電極14bとの間に形成される。図1に示す対地容量5は、平行平板キャパシタ14の上面電極14aと接地導体30との間に形成される。図1に示す対地容量6は、平行平板キャパシタ14の下面電極14bと接地導体30との間に形成される。

0031

部品端子1にはボンディングワイヤ15の一端が接続され、ボンディングワイヤ15の他端には平行平板キャパシタ14の上面電極14aが接続される。

0032

このように実施の形態2に係る高周波整合回路100は、単層基板に設けられた平行平板キャパシタと、高周波部品と平行平板キャパシタとを接続する接続導体と、平行平板キャパシタを構成する下面電極に接続された高インピーダンス線路とを備え、上面電極及び下面電極との間に直列容量が形成されている。この構成により、実施の形態2に係る高周波整合回路100は、実施の形態1と同様に、直列容量4と、直列容量4に寄生する対地容量5,6とにより、インピーダンスZ2の周波数特性を小さくすることができるため、インピーダンスZ3の周波数特性が小さくなり、広帯域な特性を得ることができる。また実施の形態2に係る高周波整合回路100は、一般に用いられる単層基板13を利用できるため、容易に製造できる。

0033

なお実施の形態1,2において、直列容量と、高インピーダンス線路7のY軸方向における配線幅と、高インピーダンス線路7のZ軸方向における配線長とは、図2に示す高周波部品8の多層基板9への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整され、また図7に示す高周波部品8の単層基板13への接続部のインピーダンス整合が取れるように調整されている。ここでいう整合とは、高インピーダンス線路7と直列容量とによる特性インピーダンスを、多層基板9又は単層基板13に接続される高周波部品8のインピーダンスを合わせることをいう。

0034

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

0035

1部品端子、2基板端子、3インダクタンス、4直列容量、5,6,50対地容量、7高インピーダンス線路、8高周波部品、9多層基板、10 上部電極、11 下部電極、12リード、13単層基板、13a 下面、14 平行平板キャパシタ、14a 上面電極、14b 下面電極、15ボンディングワイヤ、20 第1の接地導体、21 第2の接地導体、30 接地導体、91表層、92内層、100,100A高周波整合回路。

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