JP5082250B2

JP5082250B2 - 高周波回路基板

Info

Publication number: JP5082250B2
Application number: JP2006025273A
Authority: JP
Inventors: 有希子鈴木; 廣信本郷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007208013A

Description

本発明は高周波回路基板に関し、特に、該高周波回路基板のシールド構造に係るものである。

高周波回路基板は、図４に示すように、表面の誘電体基板１、内層のベタパターン２及び裏面の誘電体基板３から成り、基板の外周を接地導体４，５とし、表面の接地導体４にシールドケース７を取り付けて、基板上の高周波回路を、外部空間及び基板内を伝搬する電磁波から遮蔽するシールド構造が採用されている。外周に配置した表面及び裏面の接地導体４，５は、内層のベタパターン２と共に接地用スルーホール６を介した導体により接続される。

本発明に関連する先行技術文献として、マイクロ波帯及びミリ波帯における半導体素子を含むモジュール用の多層高周波回路基板に関し、特に不要結合による高周波回路の特性の劣化を少なくした高周波回路基板について下記の特許文献１などに記載されている。
特開平９−３２１５０１号公報

前述した従来のシールド構造の高周波回路基板では、内層のベタパターン２も接地導体となり、該ベタパターン２に電源電圧又は任意の電圧を印加することができない。本発明は、シールド効果を保持したまま、高周波回路基板の内層のベタパターン２を接地導体としてではなく、電源電圧又は他の任意の電圧の給電導体として用いることを可能にし、それにより、高周波回路基板の小型化及び回路動作の安定化を図ることを目的とする。

上記課題を解決する高周波回路基板は、（１）内層にベタパターンを有する多層構造の高周波回路基板において、前記ベタパターンの外周端から、内側に、高周波回路基板上で使用される高周波の電気信号の電磁波の波長の４分の１の長さ分の領域である第１の領域と、前記ベタパターンの前記第１の領域よりも内側の領域である第２の領域と、を備え、前記第１の領域は素子実装領域とせず、前記第２の領域を素子実装領域とし、該ベタパターンに接地電圧とは異なる電圧を印加する構成を有するものである。

また、（２）前記高周波回路基板の表面及び裏面に設けた接地導体を接続するスルーホールの導体が通過する前記ベタパターンの箇所に、該ベタパターンが該スルーホールの導体と接触しないよう、該スルーホールより大きい穴を穿設したことを特徴とする。

また、（３）前記高周波回路基板の表面又は裏面のパターンと前記内層のベタパターンとをインナービアにより接続し、該高周波回路基板の表面又は裏面に実装した素子に、該ベタパターンに印加された電圧を付与する構成を有することを特徴とする。

また、（４）前記内層のベタパターンは複数の層のベタパターンから成り、各ベタパターンにそれぞれ異なる電圧を印加する構成を有することを特徴とする。

また、（５）前記内層のベタパターンと前記接地導体とを、コンデンサを介して接続したことを特徴とする

本発明によれば、内層のベタパターンの外周端から、高周波回路基板上で使用される高周波の電気信号の電磁波の波長の４分の１の長さ分、内側の領域を素子実装領域としたことにより、内層のベタパターンを接地導体と接続せずに、内層のベタパターンに電源電圧又は他の任意の電圧を印加した場合でも、ベタパターンの外周端からλ／４（λ：使用する周波数の波長）のところで短絡状態となるため、良好なシールド効果が得られ、これによりシールド効果を維持したまま、ベタパターンを電源電圧又は他の任意の電圧の給電導体として用いることができる。

それにより、高周波回路基板の表面又は裏面に配置した素子に印加するバイアス電圧の給電線を、高周波回路基板の表面又は裏面で引き回すことが不要となり、回路基板を小型化すると共に、給電線の引き回しにより発生するノイズを抑えることができる。

図１は本発明による高周波回路基板の基本構成を示す。同図（ａ）は、高周波回路基板の表面及び裏面を示し、表面又は裏面の誘電体基板１又は３の外周に接地導体４又は５が配置され、該接地導体４又は５に接地用スルーホール６が設けられている様態を示している。

同図（ｂ）は、高周波回路基板の内層パターンを示し、同図に示すように、内層のベタパターン２は、前述の接地用スルーホール６の導体と接触しないように、接地用スルーホール６より径の大きい穴２１が穿設される。以下、内層のベタパターンを内層パターンという。

同図（ｃ）は、同図（ａ）及び（ｂ）に示す切断位置Ａ−Ａ’で、高周波回路基板を切断したとき、即ち、接地用スルーホール６が存在しない箇所で切断したときの断面図を示している。同図（ｄ）は、同図（ａ）及び（ｂ）に示す切断位置Ｂ−Ｂ’で、高周波回路基板を切断したとき、即ち、接地用スルーホール６の存在する箇所で切断したときの断面図を示している。

図１（ｄ）に示しているように、本発明による高周波回路基板の内層パターン２には、接地用スルーホール６の周辺にそれより大きい穴２１が空けられているので、内層パターン２は、表面及び裏面の接地導体４及び５と接続されない。なお、表面及び裏面の接地導体４，５は、誘電体基板１，３の外周に配置され、従来と同様にスルーホール６を通して接続される。内層パターン２は接地用スルーホール６の導体に接続されないので、内層パターン２に電源電圧又は他の任意の電圧を印加することができる。

本発明による高周波回路基板は、シールド効果を有するようにするために、内層パターン２にチョーク構造を用いる。チョーク構造とは、特定の周波数でのみ電磁波を遮蔽する構造である。以下、図２を参照して本発明の原理を説明する。図２は前述の図１（ｂ）及び（ｄ）に該当する。

図２において、内層パターン２の端部Ｃ点は、高周波回路としてインピーダンスが無限大（ｏｐｅｎ）の点であり、Ｃ点からλ／４（λは使用される高周波電気信号の電磁波の波長）離れたＤ点（破線部）では、短絡（ｓｈｏｒｔ）状態となる。従って、Ｄ点を接地導体で接続してシールドしなくても、内層パターン２は、Ｄ点より内側の領域において良好なシールド効果が得られる。

ここで、誘電体基板の誘電率εｒが３．６、厚さが０．４ｍｍであるとすると、使用される高周波電気信号の周波数ｆがそれぞれ、ｆ＝１ＧＨｚのときλ／４＝４４．９ｍｍ、ｆ＝１０ＧＨｚのときλ／４＝４．４ｍｍ、ｆ＝３０ＧＨｚのときλ／４＝１．４ｍｍ、ｆ＝５０ＧＨｚのときλ／４＝０．８ｍｍとなる。従って、本発明による高周波回路基板は、数ギガヘルツ以上の高い周波数帯域で使用される回路基板に好適に適用することができる。

図３は本発明の実施例であり、図１（ｄ）に示した基本構成に種々の改変を加えた構成例を示している。図３（ａ）に示す第１の実施例は、内層パターン２に接地電圧とは異なる電圧を印加し、表面の誘電体基板１のパターンと内層パターン２とをインナービア８で繋ぐことにより、高周波回路基板の表面に配置したデバイスや部品などの素子９に、内層パターン２に印加された電圧を付与する実施例を示している。

この構成を用いることにより、高周波回路基板の表面又は裏面に配置したデバイスや部品等の素子９に印加するバイアス電圧の給電線を、高周波回路基板の表面又は裏面で引き回すことが不要となり、回路基板を小型化すると共に、給電線の引き回しにより発生するノイズを抑えることができ、回路動作が安定な回路基板が得られる。

図３（ｂ）に示す第２の実施例は、図１（ｄ）に示す基本構成に更に誘電体基板１０を１層追加し、該誘電体基板１０に第２の内層パターン１１を設けた実施例である。第１の内層パターン２と第２の内層パターン１１はそれぞれ互いに独立しているので、それぞれに異なる電圧を印加することができる。この構成を用いることにより、高周波回路基板の表面又は裏面にあるデバイスや部品に複数の異なる電圧を印加することができる。

図３（ｃ）に示す第３の実施例は、図１（ｄ）に示す基本構成に、内層パターン２と接地導体４とを、インナービア８を介して接続するコンデンサ１２を追加した実施例である。この構成を用いることにより、コンデンサ１２をバイパスコンデンサとして作用させ、内層パターン２で発生する低周波によるノイズをコンデンサ１２で吸収することでノイズの影響を軽減し、内層パターン２の電圧をより安定な状態に維持することができる。

また、内層パターン２がパッチアンテナ構造として作用し、共振により発振することがあるが、コンデンサ１２を介して内層パターン２を接地導体４に接続し、発振を起こす高周波成分を接地導体に導くことにより、このような発振現象を防止することができる。

本発明による高周波回路基板の基本構成を示す図である。本発明による高周波回路基板の原理説明図である。本発明の実施例を示す図である。従来の高周波回路基板のシールド構造を示す図である。

符号の説明

１，３誘電体基板
２内層パターン
２１内層パターンの穴
４，５接地導体
６接地用スルーホール
７シールドケース
８インナービア
９デバイス又は部品等の素子
１０誘電体基板
１１内層パターン
１２コンデンサ

Claims

内層にベタパターンを有する多層構造の高周波回路基板において、
前記ベタパターンの外周端から、内側に、高周波回路基板上で使用される高周波の電気信号の電磁波の波長の４分の１の長さ分の領域である第１の領域と、
前記ベタパターンの前記第１の領域よりも内側の領域である第２の領域と、を備え、
前記第１の領域は素子実装領域とせず、前記第２の領域を素子実装領域とし、
該ベタパターンに接地電圧とは異なる電圧を印加する構成を有することを特徴とする高周波回路基板。
前記高周波回路基板の表面及び裏面に設けた接地導体を接続するスルーホールの導体が通過する前記ベタパターンの箇所に、該ベタパターンが該スルーホールの導体と接触しないよう、該スルーホールより大きい穴を穿設したことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
前記高周波回路基板の表面又は裏面のパターンと前記内層のベタパターンとをインナービアにより接続し、該高周波回路基板の表面又は裏面に実装した素子に、該ベタパターンに印加された電圧を付与する構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波回路基板。
前記内層のベタパターンは複数の層のベタパターンから成り、各ベタパターンにそれぞれ異なる電圧を印加する構成を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高周波回路基板。
前記内層のベタパターンと前記接地導体とを、コンデンサを介して接続したことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の高周波回路基板。