JP2002542641A - 多層構造内に組込まれた反転マイクロストリップ伝送路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、信号ケーブル（２０）が、分離した支持要素（２５）によって伝送ケーブル用のキャビティの壁から所望の距離のところに設置される、多層技術により実現された伝送ケーブルに関する。構造内に含まれる接地ケーブル（２１）は、上記信号ケーブルと反対側のケーブルキャビティ壁の上に設置されている。本発明による伝送ケーブルを使用することによって、ＲＦ周波において低い、単位長さあたりの減衰が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、第１の表面およびこの第１の表面と基本的に平行である第２の表面
を伴うキャビティの中に配置された、多層技術によって製造される伝送ケーブル
において、そのキャビティの第１の表面と基本的に平行である信号ケーブルおよ
びこの信号ケーブルと基本的に平行に前記第２の表面上に設置されている接地ケ
ーブルで構成される伝送ケーブルに関する。

【０００２】 電子機器の製造においてはさまざまな異なるケーブル構造が利用される。利用
される周波数が高くなればなるほど、このケーブル構造によって引き起こされる
減衰を防ぐため、使用すべきケーブル構造に対して課せられる必要条件は厳しく
なる。現在のところ、電子機器の構造においては、一般に、ＨＴＣＣ技術（High
Temperatare Cofired Ceramics ：高温同時焼成セラミクス）かＬＴＣＣ技術（
Low Temperature Cofired Ceramics：低温同時焼成セラミクス）かのいずれかに
基づく、いわゆる多層技術が適用されている。両方の製造方法において、生産さ
れた構造は、互いに積重ねて位置づけされた厚み約１００μｍの複数のグリーン
テープで構成されている。熱処理に先立ち、材料はまだ柔軟であり、従ってグリ
ーンテープ内に所望の形状のキャビティを作ることができる。同様にして所望の
箇所で、さまざまな電気的受動素子をシルクスクリーン形成することができる。
弾性層は、圧力を用いて、一体に積層される。積層圧力が、さまざまなキャビテ
ィを含む構造を圧壊するのを防ぐため、加圧は、いわゆる非同軸法（unaxial me
thod）によって実施されなくてはならない。このことはすなわち、物体に対して
そのＺ軸の方向のみに圧力が向けられていることを意味している。最終的に、こ
のようにして作られた構造は、ＬＴＣＣの場合には８５０度で、またＨＴＣＣの
場合には１６００度で焼成される。製造すべき要素内には、焼成プロセスで生成
された過剰の圧力を放出させることのできる穿孔が、キャビティにおいて作られ
る。

【０００３】 図１ａおよび１ｂには、以上の説明に従ってＨＴＣＣまたはＬＴＣＣ多層技術
に基づいて反転マイクロストリップケーブル（inverted microstrip cable ）を
実現するために考えられる代替案が示されている。好ましい実施形態においては
、図１ａによる構造は、生産プロセス中でかつ構造の焼成段階に先立って、図中
に示された例としての要素１２および１３を接合させることによってできる。前
記２つの要素は両方共上述の要領により、いくつかの適切な誘電材料を用いて層
毎に作られている。要素１３内には、矩形溝が機械加工されており、その底面に
は、信号ケーブル１０がシルクスクリーン形成されている。要素１３の厚み１８
は、溝の底面で測定したとき、接地電位レベルが前述の反転マイクロストリップ
ケーブルに接近するのを防ぐのに充分なものである。図面に示す例においては、
要素１３内に作られた溝の側壁と溝底面１６，１７との間の角度は９０度である
。しかし原理的には、その角度はその他のいずれかの大きさを有することができ
る。要素１２の表面上には、接地ケーブル１１がシルクスクリーン形成されてお
り、その幅は、要素１３内に作られた溝の幅に相当する。要素１２および１３は
別々に機械加工され、それらが接合されたときに、図１ａによる構造が得られ、
ここにガスの充てんされたケーブルキャビティ１４が形成される。

【０００４】 図１ｂでは、図１ａのＡ−Ａ’ 方向で切断された断面が示されている。本発
明による伝送ケーブルの減衰およびインピーダンスは、用いられる要素１２およ
び１３の誘電率（ε_r）ならびに溝の幾何学形状によって決定される。図面中で
力線１５によって示されている、信号ケーブル１０から発出された電磁界が、要
素１３の内側を長い距離にわたり進行していることが図面から分かる。ＲＦ周波
数では、要素１３の誘電率は、ケーブルキャビティ１４を充てんするガス混合物
の誘電率よりも、明らかに高い。この結果、ケーブル減衰は、ＲＦ周波数におい
て強く増大させられることになる。装置の最終的多層構造はまた、図１ａおよび
１ｂ内に示されているもの以外の材料層も含んでおり、これらの層の中には、受
動素子、能動素子およびその他のケーブル構造のためのキャビティも具備され得
る。

【０００５】 しかしながら、上述の技術によって製造された電気回路の使用は、非常に高い
周波数を使用する必要がある場合（ＲＦへの適用）に、問題を呈する。２０ＧHz
の周波数でＬＴＣＣ技術を用いて実現されたケーブル構造内の信号減衰は、最高
０.２ｄＢ／cmまで上昇し、ＨＴＣＣ技術を用いて実現されたケーブル構造内で
は最高０.６ｄＢ／cmまで上昇する。低い減衰が必要とされるこのようなＲＦへ
の適用、例えば高い品質係数（Ｑ値）を有するフィルタおよび発振源においては
、上述の技術はもはや実施不可能である。

【０００６】 通常のマイクロストリップケーブルまたは反転マイクロストリップケーブルに
伴うもう１つの問題は、構造をもって実現された伝送ケーブルのインピーダンス
レベルにある。インピーダンスレベルが制御できずに変動するとその結果として
、信号が到来する方向への信号の望ましくない戻り反射またはケーブル周辺にお
ける放射をもたらす。インピーダンスは、ケーブル構造の幾何学形状ならびに周
囲の材料層の相対誘電率（ε_r）によって影響を受ける。従来技術の構造におい
ては、上述の２つのファクタが、インピーダンスを調整するための唯一の自由選
択肢である。

【０００７】 従来技術のＬＴＣＣおよびＨＴＣＣ構造によると、高周波での位相速度の分散
という点でもう１つの欠点が生じる。分散された信号においては、その信号に含
まれる信号成分は、異なる周波数毎に異なる速度で伝送ケーブル内を通過してい
た。この現象は、受信信号にひずみを与え、分散が過度に増大するとその結果と
して、その受信信号は使用不可能となる。

【０００８】 米国特許公報第３,９０４,９９７号によれば、基板上に載った反転マイクロス
トリップの信号ケーブルを金属製のシェル状構造の中に封入することが既知であ
る。この構成を用いることにより、伝送ケーブルの減衰とケーブルから散乱する
寄生放射との両方を低減させる試みが行われている。金属ケーブルキャビティは
常に予め製造されなくてはならず、それを信頼性の高いやり方で多層構造の残り
の部分に固定することが問題を生じさせている。金属ケーブルキャビティの熱膨
張係数が基本となる基板と異なっているという事実は、上記の構造を接合面で破
断させる可能性がある。その上、その構造には、手作業の工程が多く含まれ、そ
のため製造コストも高くなっている。

【０００９】 米国特許公報第５,１０５,０５５号によると、１つの可とう性あるケーブル状
構造の形で複数のケーブルが組込まれるような構成が知られている。この構造で
は、信号ケーブルは誘電体基板に取付けられ、接地ケーブルはもう１つの誘電体
材料で作られたキャビティ状構造の中に設置される。原理的には、前記ケーブル
は、複数の反転マイクロストリップケーブルからなる構成体である。このケーブ
ル構造の材料は、弾性をもつ材料の中から選ばれ、これらはプラスチックを加工
するために設計された押出し加工装置により処理できる。ケーブル構造の複数の
変形形態が公報中に開示されている。前記公報によると、ケーブルは、パーソナ
ルＰＣデバイスと接続した状態で使用するようになっている。この場合でも、使
用目標によっては、その構造に選択された材料はＲＦ周波の使用を可能にしない
ということが指摘されている。

【００１０】 本発明の目的は、従来技術に関連する上述の欠点を低減することにある。

【００１１】 本発明によるキャビティ内に設置された伝送ケーブルは、キャビティの第１お
よび第２の表面に対し基本的に平行である表面を有しかつこの第１および第２の
表面との間に設置される支持要素を含んでなり、かくして信号ケーブルは前記支
持要素の表面上に形成された導電材料層により実現されることを特徴としている
。

【００１２】 本発明のいくつかの好ましい実施形態が、従属請求項に記されている。

【００１３】 本発明の基本的原理は、以下の通りである。多層技術を適用することにより、
変形された反転マイクロストリップケーブルが製造され、ここで特別に設計され
た支持要素を用いて、ケーブルキャビティの１つの表面上に信号ケーブルが取付
けられる。かくして、ケーブルを取り囲む電磁界に、ケーブルを封入する材料層
の影響は著しく低減される。

【００１４】 本発明の利点は、周囲の誘電体材料の誘電率に対してケーブルキャビティの誘
電率（ε_r）が低く、信号ケーブルから発出される電磁界が、主としてガス充て
んされたケーブルキャビティの中に配置されていることから、ＲＦ周波での本発
明による伝送ケーブルの減衰が、既存の反転マイクロストリップケーブルの場合
よりも明らかに低い、という点にある。

【００１５】 本発明のもう１つの利点は、伝送ケーブルが、明白にその目的で何らかの特定
の作業段階を要することなく、多層構造内に完全に組込まれ得るということにあ
る。

【００１６】 本発明のさらにもう１つの利点は、かくして伝送ケーブルのインピーダンスレ
ベルを単純な形で所望の通りに調整できるという点にある。

【００１７】 本発明について、以下でさらに詳細に説明する。この記述は添付図面を参考に
している。

【００１８】 図１ａおよび１ｂについては、従来技術の記述に関連してすでに述べた。

【００１９】 図２〜６は、本発明によるいくつかの好ましい実施形態を表わしている。図中
に示した実施形態は全て、多層技術によって製造された要素で構成され、これら
の要素は、製造プロセスにおいて組合わされて一体構造に形成することができる
。図２で示されている本発明の好ましい実施形態においては、反転マイクロスト
リップケーブルの信号ケーブル２０は本発明による支持要素２５に取付けられて
いる。伝送ケーブルを取り囲む壁は、上述の従来技術、例えば共に複数のグリー
ンテープで１つにまとめられた２またはそれ以上の要素２２および２３について
の記述と関連して説明したプロセスの中で作ることができる。パターンに対して
垂直な要素の断面２６は、製造プロセス中の作業工程の数が最少限におさえられ
るように、選択される。同様にして、支持要素２５は、複数の代替的要領で作る
ことができる。例えば、図中破線２６で示されている支持要素表面のレベルに、
要素２２と２３との接触面が正確に置かれるような形で作ることもできる。支持
要素２５の両側には、図示するように溝が作られる。

【００２０】 もう１つの変形形態では、図１ａに関連して記述した方法に従って要素２３内
に溝を作り、破線２７によって示された断面から出発して、断面に関して、支持
要素２５と信号ケーブル２０とを別々に製造する。支持要素２５および信号ケー
ブル２０は、後の製造工程において一体構造として、要素２３内に作られた溝の
底面に取付けられる。接地ケーブル２１は、図１ａに関連して記述された方法で
作ることもできるし、または、要素２２と２３との接触面が破線２６で示された
平面内にある場合、要素２２内に作られた適切なサイズの溝の中に、シルクスク
リーン形成することもできる。要素２２，２３と支持要素２５が連結されている
場合、接地ケーブル２１は信号ケーブル２０と平行にケーブルキャビティ内に設
置される。図から、信号ケーブル２０から接地ケーブル２１に向かって発出され
る力線２４によって示されている電磁界は、明らかに、図１ｂの場合に誘電体材
料で作られた要素１３の内部を通過しなければならない距離に比べて、短い距離
でしか支持要素２５内の誘電体材料を通過しない、ということが分かる。伝送ケ
ーブル損失の主要な部分は、正に誘電体材料層内で生じる損失である。その結果
、本発明による反転マイクロストリップケーブルは、従来技術による反転マイク
ロストリップケーブルよりも小さい、単位長あたりの減衰を示す。しかしながら
、本発明による伝送ケーブルのインピーダンスは、ある誘電体材料で作られた支
持要素２５の外部寸法を調整することによって影響を受けるので、このインピー
ダンスのレベルを所望の大きさに調整することが可能である。

【００２１】 図３に示された実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号
ケーブル３０は、伝送ケーブルのキャビティの底面に向かって三角形に狭められ
た支持要素３５に取付けられている。図によるケーブル構造は、少なくとも２つ
の別々の要素３２および３３で構成されている。図中破線３６で示されている要
素と要素の接触面は、構造を製造する上で最良のものとなるように選択されてい
る。要素３２および３３の接触面３６は、図示されているとおり、支持要素３５
に取付けられた信号ケーブル３０の平面であってよいが、その他の平面とするこ
ともできる。支持要素３５は、要素３３の製造と共に製造できるが、別途に製造
することも可能であり、その場合は、要素３３との接触面は、図中破線３７によ
って示されている平面とすることができる。信号ケーブル３０から接地ケーブル
３１に向かって発出される力線３４によって表された電磁界の部分は、支持要素
３５の内部に短い距離だけしか進まない。支持要素の内部に残された電磁界の部
分は、図１ｂ内で示された従来技術の構成において底部基板内に残された部分よ
りも、小さい。例示した好ましい実施形態においては、長さ単位あたりの減衰は
、従って、従来技術による反転マイクロストリップケーブルの減衰よりも小さい
。

【００２２】 図４に示す実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号ケー
ブル４０は、要素４３内に作られた溝の底面に向かって広がるような支持要素４
５に取付けられている。示した構造は、少なくとも２つの別々の要素４２および
４３で構成される。これらの要素は、例示するごとく、それらの内側にケーブル
キャビティを設けるようにされる。破線４６によって示された要素４２および４
３の接触面は、製品の製造に関して最良のものとなるように選択される。要素４
２および４３の接触面は、示されているとおり、支持要素４５に取付けられた信
号ケーブル４０の平面でありうるが、製造プロセスにとって有利なもう１つの平
面であってもよい。この実施形態においては、接地ケーブル４１に向かって信号
ケーブル４０から発出される力線４４により示された電磁界の一部分は、支持要
素４５を通って進む。しかしながら、支持要素内を通過する部分は、図１ｂに示
された従来技術の反転マイクロストリップケーブルの場合よりもはるかに小さい
。かくして、長さ単位あたりの減衰は、この実施形態においても従来技術の反転
マイクロストリップケーブルよりも小さい。

【００２３】 図５で示される実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号
ケーブル５０は、Ｔ字梁の形を有する支持要素５５に取付けられている。伝送ケ
ーブルを封入する壁は、少なくとも２つの要素５２および５３で構成されており
、破線５６で示されている、前記要素のパターンに対して垂直な断面は、製造プ
ロセス中の作業工程の数が最小限におさえられるように選択される。支持要素５
５は、複数の代替的なやり方で製造可能である。１つの代替案は、Ｔ字梁の基部
にある破線５７で表わされた平面から出発して、支持要素５５と信号ケーブル５
０とを別々に製造することである。支持要素５５および信号ケーブル５０は、一
体構造として要素５２に連結されている。接地ケーブル５１は、例えば図１ｂに
関連して説明した方法で製造することができる。要素５２，５３および５５が合
わせて連結される場合、接地ケーブル５１は、信号ケーブル５０の反対側のケー
ブルキャビティ内に配置される。図５によれば、接地ケーブル５１に向かって信
号ケーブル５０から発出され、図中では力線５４によって示されている電磁界は
、支持要素５５の誘電体材料中を短い距離しか通過しないことが分かる。その結
果、図による反転マイクロストリップケーブルは、従来技術の反転マイクロスト
リップケーブルの減衰に比べてきわめて低い、長さ単位あたりの減衰を示す。

【００２４】 図６で示されている実施形態においては、伝送ケーブルの構造は、少なくとも
２つの要素６２および６３で構成されている。破線６６で示されている要素６２
および６３の接触面は、製品の製造上最良のものとなるように選択される。これ
は、図示した場所に配置されてもよく、その場合は、図中破線６６によって示さ
れている支持要素６５の表面と同一面内にある。この実施形態においては、支持
要素の形状は内向きに湾曲したものである。支持要素６５は、要素６３の一部を
成す。また、この実施形態においては、図６で力線６４によって示されている信
号ケーブル６０から発出された電磁界のわずかな部分のみが支持要素の誘電体材
料内を進む。同様にして、この実施形態でも、本発明による反転マイクロストリ
ップケーブルの減衰は、対応する従来技術の伝送ケーブルと比較して低いもので
ある。

【００２５】 上述の実施形態においては、本発明による反転マイクロストリップケーブルは
、誘電体材料層で作られたケーブルキャビティの中に設置される。ケーブルキャ
ビティ壁を構成する層の数は、利用される技術および最適な作業工程数に応じて
変動しうる。作り出されたケーブルキャビティの壁の強度は、全ての方向におい
て非常に優れたものであると考えられており、従って、その周囲に配置される可
能性のあるその他の接地電位レベル部は、伝送ケーブルの電磁界の形状がそのレ
ベル部による影響を受けることがないように、充分遠くに設置できることになる
。

【００２６】 本発明は、ここで記述した実施形態のみに制限されるものではない。例えば、
ケーブルキャビティを形成する壁の構造は、いろいろな異なるやり方でさまざま
なレベルに分けることができる。採用される製造技術は、作り出されるべき壁の
部分を分割するどの方法が費用および生産量において最適であるか、を決定する
。同様にして、本発明による支持要素の形状も、以上で例示した好ましい実施形
態から逸脱することができる。また、使用される信号ケーブルおよび接地ケーブ
ルの製造方法も、提案されているシルクスクリーン方法以外であってもよい。例
えば共平面ケーブル（coplanar cable）といったその他の既知のケーブル構造も
、構造内に使用されるケーブルとして採用可能である。進歩性のあるこの考え方
は、本発明の特許請求の範囲内でさまざまな異なるやり方で適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 多層技術によって実施される従来技術の反転マイクロストリップケーブルの斜
視図である。

【図１ｂ】 ラインＡ−Ａ’に沿って見た図１ａの伝送ケーブルの断面図である。

【図２】 本発明による好ましい実施形態の断面図である。

【図３】 本発明によるもう１つの好ましい実施形態の断面図である。

【図４】 本発明による第３の好ましい実施形態の断面図である。

【図５】 本発明による第４の好ましい実施形態の断面図である。

【図６】 本発明による第５の好ましい実施形態の断面図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月２９日（２００１．１１．２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１ｂ

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１ｂ】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の表面およびこの第１の表面と基本的に平行である第２
   の表面を含むキャビティの中に配置された、多層技術によって製造される伝送ケ
   ーブルであって、該第１のキャビティ表面に対し基本的に平行である信号ケーブ
   ル（２０，３０，４０，５０，６０）および該信号ケーブルと基本的に平行に前
   記第２の表面上に設置される接地ケーブル（２１，３１，４１，５１，６１）で
   構成される伝送ケーブルにおいて、前記第１および第２の表面と基本的に平行で
   ある表面を有しかつ前記第１および第２の表面との間に配置される支持要素（２
   ５，３５，４５，５５，６５）をも含んでなり、該信号ケーブルは該支持要素の
   表面上に形成された導電材料層により実現されることを特徴とする伝送ケーブル
   。
2. 【請求項２】 前記支持要素（２５，３５，４５）が矩形形状であることを
   特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
3. 【請求項３】 前記支持要素（２５）が正方形であることを特徴とする請求
   項１に記載の伝送ケーブル。
4. 【請求項４】 前記支持要素（５５）の形状がＴ字梁であることを特徴とす
   る請求項１に記載の伝送ケーブル。
5. 【請求項５】 前記支持要素（６５）の形状が、２つの湾曲した表面によっ
   て形成された表面であることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
6. 【請求項６】 前記信号ケーブルが反転マイクロストリップケーブルである
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
7. 【請求項７】 前記信号ケーブルが共平面ケーブルであることを特徴とする
   請求項１に記載の伝送ケーブル。