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セラミック基板は数十年にわたり通信基盤の中軸であった。携帯電話の多機能化や小型化に伴い設計が難しくなっているように、増加するデータトラフィックに対応できるように通信基盤の設計も難しくなってきている。例えば、これから登場する光ファイバーアプリケーション用の「OC-768（40Gb/sec）」ではRF信号とピン数の増加によりパッケージ技術も困難になっている。米Big Bear Networks社のエンジニアは、パッケージにおける研究を2005年1月に開催されたPan Pacific Microelectronics Symposiumで発表した。
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長年、セラミック基板はマイクロ波回路の一部で使用されていた。通常セラミックには、低損失タンジェントに伴い広い周波数範囲に対応できる絶縁特性がある。多層化が可能で価格も低いことから、低温焼成セラミック（LTCC: Low-temperature Cofired Ceramic）が普及してきている。I/Oが少なく信号スピードが高い場合には、ブロードバンドアンプと同様に周波数が65GHzでもセラミック基板上にコストの低いモジュールを作るのが一般的だ。
セラミックは、他の物質よりも誘電率が若干高く、信号伝達スピードが遅い。これが長所となっている。この伝達スピードがフィルタやカプラーなどの大きさを左右する。伝達スピードが遅いとこれらを小さくできる。低分散や低損失タンジェントは信号のインテグリティを保持する上で最も重要な特性である。入出力が少ないモジュールでは設計が比較的にシンプルになる。
DC-40GHzの接続をチップに取り入れるとなると、複雑な配線設計が必要になってくる。同軸コネクタはマイクロストリップ伝送回路トレースに取り付けられる。マイクロストリップからストリップラインへの遷移はこのラインで行われる。
これらの遷移を設計するのは単純な作業ではない。それぞれの領域と遷移は、反射率や放射損失が最小となるように最適化しなければならない。斜面または段差をつけて信号伝導体の幅を変えること、グランドのとり方を変えることはすべての波線設計で必要である。それは、反射や損失が発生する可能性があるためだ。OC-768性能仕様に満たすよう配線を設計するには、精密な三次元の電磁モデリングが必要になる。米Ansoft社のHFSSモデリングツールで解析したところ、挿入ロスはたったの2dBだが少なくとも10dBのリターンロスがあることが判明した。OC-768の基本構造では、波長分割多重方式が採用され、「遅い」2.5GHz信号が40GHzの光信号に組み込まれている。マルチプレクサやデマルイプレクサでは、最大16個の「遅い」信号があり、それぞれ最低2ピンが必要となる。しかし、要求電力やグランドのとり方によっては、ピン数は最高200になってしまう可能性もある。かつて有機基板やセラミック基板でこのようにピン数が多くなったこともあったが、同じ基板上にある40GHz RF回路ではそのようなことはなかった。
ピン数が多いRFパッケージへの懸念は、40GHzと2.5GHzの配線の接合である。多層配線構造では、接合を-70dBまで減らすため、40GHzラインからこれらの遅い信号を離して設計されていた。これは使用状態によっては十分である。Big Bear Networkは、京セラ製のLTCCを使って基板を試作した。
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図 多層LTCC基盤にはこのOC-768レシーバーモジュールに必要な信号正確性と信頼特性が備わっている。（出典：米Big Bear Networks社） |
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セラミックを採用したもう一つの理由は、耐熱性も懸念事項の一つになっているためである。消費電力について明らかにされなかったが、パッケージの温度上昇は、電力上昇に対して1.25℃/Wであり、許容できる結果となった。配線は伝導体の大きさ形に影響されやすい。しかし、セラミックの寸法安定性により一定の配線性能を保つことができる。温度サイクルによる膨張や縮小をなくしたことも信頼性の向上につながっている。
データ転送速度がさまざまな分野で増加するに従って、セラミック素材の使用は増加する傾向にある。現在すぐに利用可能なこの技術は、この研究が示すように、多層セラミック基板技術は高周波により生じるニーズと増加するピン数にすでに対応できる。
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