以下に、本発明の実施形態に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。
(高周波信号線路の構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る接続方法に用いられる高周波信号線路の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路10の外観斜視図である。図2は、図1の高周波信号線路10の誘電体素体12の分解斜視図である。図3は、図2のA−Aにおける断面構造図である。以下では、高周波信号線路10の積層方向をz軸方向と定義する。また、高周波信号線路10の長手方向をx軸方向と定義し、x軸方向及びz軸方向に直交する方向をy軸方向と定義する。
高周波信号線路10は、例えば、携帯電話等の電子機器内において、2つの高周波回路を接続するために用いられるフラットケーブル型のフレキシブル回路基板である。高周波信号線路10は、図1ないし図3に示すように、誘電体素体12、外部端子16a〜16c、信号線路20、基準グランド導体22、端子導体23、補助グランド導体24、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4及びコネクタ100を備えている。
誘電体素体12は、図1に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在する可撓性を有する板状部材であり、線路部12a、接続部12b,12cを含んでいる。誘電体素体12は、図2に示すように、保護層14、誘電体シート18a〜18cがz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積層されて構成されている積層体である。以下では、誘電体素体12のz軸方向の正方向側の主面を表面と称し、誘電体素体12のz軸方向の負方向側の主面を裏面と称す。
線路部12aは、図1に示すように、x軸方向に延在している。接続部12b,12cはそれぞれ、線路部12aのx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の正方向側の端部に接続されており、矩形状をなしている。接続部12b,12cのy軸方向の幅は、線路部12aのy軸方向の幅よりも大きい。
誘電体シート18a〜18cは、図2に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。誘電体シート18a〜18cは、ポリイミドや液晶ポリマ等の可撓性を有する熱可塑性樹脂により構成されているシートである。以下では、誘電体シート18a〜18cのz軸方向の正方向側の主面を表面と称し、誘電体シート18a〜18cのz軸方向の負方向側の主面を裏面と称す。
誘電体シート18aの厚さD1は、図2に示すように、誘電体シート18bの厚さD2よりも大きい。誘電体シート18a〜18cの積層後において、厚さD1は、例えば、50μm〜300μmである。本実施形態では、厚さD1は150μmである。また、厚さD2は、例えば、10μm〜100μmである。本実施形態では、厚さD2は50μmである。
また、誘電体シート18aは、図2に示すように、線路部18a−a及び接続部18a−b,18a−cにより構成されている。誘電体シート18bは、図2に示すように、線路部18b−a及び接続部18b−b,18b−cにより構成されている。誘電体シート18cは、線路部18c−a及び接続部18c−b,18c−cにより構成されている。線路部18a−a,18b−a,18c−aは、線路部12aを構成している。接続部18a−b,18b−b,18c−bは、接続部12bを構成している。接続部18a−c,18b−c,18c−cは、接続部12cを構成している。
信号線路20は、図2に示すように、高周波信号が伝送され、誘電体素体12内に設けられている線状導体である。本実施形態では、信号線路20は、誘電体シート18bの表面上に形成されており、x軸方向に延在する直線状の導体である。
信号線路20のx軸方向の負方向側の端部は、図2に示すように、接続部18b−bの中央に位置している。信号線路20のx軸方向の正方向側の端部は、図2に示すように、接続部18b−cの中央よりもy軸方向の負方向側に位置している。信号線路20は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、信号線路20が誘電体シート18bの表面に形成されているとは、誘電体シート18bの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることや、誘電体シート18bの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることを指す。また、信号線路20の表面には平滑化が施されるので、信号線路20において誘電体シート18bに接している面の表面粗さは、信号線路20において誘電体シート18bに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
基準グランド導体22は、図2に示すように、信号線路20と誘電体素体12の表面との間に設けられているベタ状の導体層である。より詳細には、基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面に形成され、誘電体シート18aを介して信号線路20と対向している。基準グランド導体22には、信号線路20と重なる位置には開口が設けられていない。基準グランド導体22は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
ここで、基準グランド導体22が誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることを指す。また、基準グランド導体22の表面には平滑化が施されるので、基準グランド導体22において誘電体シート18aに接している面の表面粗さは、基準グランド導体22において誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、基準グランド導体22は、図2に示すように、主要導体22a及び端子導体22b,22cにより構成されている。主要導体22aは、線路部18a−aの表面に設けられ、x軸方向に沿って延在している。端子導体22bは、線路部18a−bの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子導体22bは、主要導体22aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。
端子導体22cは、接続部18a−cの表面に設けられた長方形状の導体である。より詳細には、端子導体22cは、接続部18a−cの中央よりもy軸方向の正方向側において、x軸方向に延在している。端子導体22cは、主要導体22aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
ここで、高周波信号線路10の特性インピーダンスは、主に、信号線路20とグランド導体22との対向面積及び距離、並びに、誘電体シート18a〜18cの比誘電率に基づいて定まる。そこで、高周波信号線路10の特性インピーダンスを50Ωに設定する場合には、例えば、信号線路20と基準グランド導体22によって高周波信号線路10aの特性インピーダンスが50Ωよりもやや高めの55Ωとなるように設計する。そして、信号線路20と基準グランド導体22と補助グランド導体24によって高周波信号線路10aの特性インピーダンスが50Ωとなるように、後述する補助グランド導体24の形状を調整する。以上のように、基準グランド導体22は、基準グランド導体としての役割を果たす。
補助グランド導体24は、図2に示すように、信号線路20と誘電体素体12の裏面との間に設けられている導体層である。より詳細には、補助グランド導体24は、誘電体シート18cの表面に形成され、誘電体シート18bを介して信号線路20と対向している。補助グランド導体24は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
ここで、補助グランド導体24が誘電体シート18cの表面に形成されているとは、誘電体シート18cの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることや、誘電体シート18cの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることを指す。また、補助グランド導体24の表面には平滑化が施されるので、補助グランド導体24において誘電体シート18cに接している面の表面粗さは、補助グランド導体24において誘電体シート18cに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、補助グランド導体24は、図2に示すように、主要導体24a及び端子導体24b,24cにより構成されている。主要導体24aは、線路部18c−aの表面に設けられ、x軸方向に沿って延在している。端子導体24bは、線路部18c−bの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子導体24bは、主要導体24aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子導体24cは、接続部18c−cの表面に設けられ、矩形状をなしている。端子導体24cは、主要導体24aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。ただし、端子導体24cには、矩形状の開口Op1,Op2が設けられている。
また、主要導体24aには、図2に示すように、x軸方向に沿って並び、かつ、長方形状をなす複数の開口30が設けられている。これにより、主要導体24aは、梯子状をなしている。また、補助グランド導体24において、隣り合う開口30に挟まれた部分をブリッジ部60と呼ぶ。ブリッジ部60は、y軸方向に延在している。複数の開口30及び複数のブリッジ部60とは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20に交互に重なっている。そして、本実施形態では、信号線路20は、開口30及びブリッジ部60のy軸方向の中央をx軸方向に横切っている。
補助グランド導体24は、シールドとしても機能する補助グランド導体である。また、補助グランド導体24は、前記の通り、高周波信号線路10の特性インピーダンスが50Ωとなるように最終的な調整を行うために設計されている。具体的には、開口30の大きさやブリッジ部60の線幅等を設計する。
以上のように、基準グランド導体22には開口が設けられず、補助グランド導体24には開口30が設けられている。よって、補助グランド導体24と信号線路20とが対向している面積は、基準グランド導体22と信号線路20とが対向している面積よりも小さい。
端子導体23は、接続部18a−cの表面に設けられた長方形状の導体である。より詳細には、端子導体23は、接続部18a−cの中央よりもy軸方向の負方向側において、x軸方向に延在している。また、端子導体23のx軸方向の負方向側の端部は、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の正方向側の端部と重なっている。
外部端子16aは、図2に示すように、接続部18a−bの表面上の中央に形成されている矩形状の導体である。よって、外部端子16aは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の負方向側の端部と重なっている。外部端子16aは、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。また、外部端子16aの表面には、Ni/Auめっきが施されている。
ここで、外部端子16aが誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて外部端子16aが形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて外部端子16aが形成されていることを指す。また、外部端子16aの表面には平滑化が施されるので、外部端子16aが誘電体シート18aに接している面の表面粗さは外部端子16aが誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
外部端子16a、信号線路20、基準グランド導体22、端子導体23及び補助グランド導体24は、略等しい厚さを有している。外部端子16a,16b、信号線路20、基準グランド導体22、端子導体23及び補助グランド導体24の厚さは、例えば、10μm〜20μmである。
外部端子16b,16cは、図2に示すように、長方形状の金属板であり、例えば、ステンレスや銅等により作製されている。外部端子16b,16cはそれぞれ、端子導体22c,23上にはんだにより取り付けられている。
以上のように、信号線路20は、基準グランド導体22及び補助グランド導体24によってz軸方向の両側から挟まれている。すなわち、信号線路20、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、トリプレート型のストリップライン構造をなしている。また、信号線路20と基準グランド導体22との間隔(z軸方向における距離)は、図2に示すように誘電体シート18aの厚さD1と略等しく、例えば、50μm〜300μmである。本実施形態では、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、150μmである。また、信号線路20と補助グランド導体24との間隔(z軸方向における距離)は、図2に示すように誘電体シート18bの厚さD2と略等しく、例えば、10μm〜100μmである。本実施形態では、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、50μmである。よって、信号線路20と補助グランド導体24とのz軸方向の距離は、信号線路20と基準グランド導体22とのz軸方向の距離よりも小さい。
複数のビアホール導体B1は、図2に示すように、信号線路20よりもy軸方向の正方向側において誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、x軸方向に一列に等間隔に並んでいる。複数のビアホール導体B2は、図2に示すように、信号線路20よりもy軸方向の正方向側において誘電体シート18bをz軸方向に貫通しており、x軸方向に一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B1,B2は、互いに接続されることにより1本のビアホール導体を構成している。また、ビアホール導体B1のz軸方向の正方向側の端部は、基準グランド導体22に接続されている。ビアホール導体B2のz軸方向の負方向側の端部は、補助グランド導体24に接続されており、より詳細には、ブリッジ部60よりもy軸方向の正方向側において補助グランド導体24に接続されている。ビアホール導体B1,B2は、誘電体シート18a,18bに形成されたビアホールに対して銀、スズ、または銅等を主成分とする導電性ペーストが充填され、固化されることによって形成される。
複数のビアホール導体B3は、図2に示すように、信号線路20よりもy軸方向の負方向側において誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、x軸方向に一列に等間隔に並んでいる。複数のビアホール導体B4は、図2に示すように、信号線路20よりもy軸方向の負方向側において誘電体シート18bをz軸方向に貫通しており、x軸方向に一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B3,B4は、互いに接続されることにより1本のビアホール導体を構成している。また、ビアホール導体B3のz軸方向の正方向側の端部は、基準グランド導体22に接続されている。ビアホール導体B4のz軸方向の負方向側の端部は、補助グランド導体24に接続されており、より詳細には、ブリッジ部60よりもy軸方向の負方向側において補助グランド導体24に接続されている。ビアホール導体B3,B4は、誘電体シート18a,18bに形成されたビアホールに対して銀、スズ、または銅等を主成分とする導電性ペーストが充填され、固化されることによって形成される。
ビアホール導体b1は、図2に示すように、誘電体シート18aの接続部18a−bをz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線路20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。ビアホール導体b2は、図2に示すように、誘電体シート18aの接続部18a−cをz軸方向に貫通しており、端子導体23と信号線路20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。端子導体23上には外部端子16cが設けられているので、信号線路20は、外部端子16a,16c間に接続されている。ビアホール導体b1,b2は、誘電体シート18a,18bに形成されたビアホールに対して銀、スズ、または銅等を主成分とする導電性ペーストが充填され、固化されることによって形成される。
保護層14は、誘電体シート18aの表面上に設けられている絶縁膜であり、誘電体シート18aの表面の略全面を覆っている。これにより、保護層14は、基準グランド導体22を覆っている。保護層14は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層14は、図2に示すように、線路部14a及び接続部14b,14cにより構成されている。線路部14aは、線路部18a−aの表面の全面を覆うことにより、主要導体22aを覆っている。
接続部14bは、線路部14aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18a−bの表面を覆っている。ただし、接続部14bには、開口Ha〜Hdが設けられている。開口Haは、接続部14bの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16aは、開口Haを介して外部に露出している。また、開口Hbは、開口Haよりもy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hcは、開口Haよりもx軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hdは、開口Haよりもy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子導体22bは、開口Hb〜Hdを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
接続部14cは、線路部14aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18a−cの表面の一部を覆っている。ただし、接続部14cは、図1に示すように、外部端子16b,16cを覆っていない。
ところで、図2及び図3に示すように、誘電体シート18a〜18cには、貫通孔h1〜h12が設けられている。より詳細には、貫通孔h1,h4は、接続部18a−cをz軸方向に貫通しており、接続部18a−cの中央よりもy軸方向の正方向側に設けられている。なお、貫通孔h1,h4は、端子導体22cもz軸方向に貫通している。貫通孔h1,h4は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h2,h5は、接続部18b−cをz軸方向に貫通しており、接続部18b−cの中央よりもy軸方向の正方向側に設けられている。貫通孔h2,h5は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h3,h6は、接続部18c−cをz軸方向に貫通しており、接続部18c−cの中央よりもy軸方向の正方向側に設けられている。貫通孔h3,h6は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h1〜h3は、互いに接続されて、1本の貫通孔を形成している。貫通孔h4〜h6は、互いに接続されて、1本の貫通孔を形成している。また、貫通孔h1〜h3及び貫通孔h4〜h6は、z軸方向から平面視したときに、外部端子16bと重なっていると共に、端子導体24cに設けられた開口Op1と重なっている。これにより、高周波信号線路10をz軸方向の負方向側から平面視したときに、貫通孔h1〜h3及び貫通孔h4〜h6を介して外部電極16bが見えている。
また、貫通孔h7,h10は、接続部18a−cをz軸方向に貫通しており、接続部18a−cの中央よりもy軸方向の負方向側に設けられている。なお、貫通孔h7,h10は、端子導体23もz軸方向に貫通している。貫通孔h7,h10は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h8,h11は、接続部18b−cをz軸方向に貫通しており、接続部18b−cの中央よりもy軸方向の負方向側に設けられている。貫通孔h8,h11は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h9,h12は、接続部18c−cをz軸方向に貫通しており、接続部18c−cの中央よりもy軸方向の負方向側に設けられている。貫通孔h9,h12は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
貫通孔h7〜h9は、互いに接続されて、1本の貫通孔を形成している。貫通孔h10〜h12は、互いに接続されて、1本の貫通孔を形成している。また、貫通孔h7〜h9及び貫通孔h10〜h12は、z軸方向から平面視したときに、外部端子16cと重なっていると共に、端子導体24cに設けられた開口Op2と重なっている。これにより、高周波信号線路10をz軸方向の負方向側から平面視したときに、貫通孔h7〜h9及び貫通孔h10〜h12を介して外部電極16cが見えている。
以上のように構成された高周波信号線路10では、信号線路20の特性インピーダンスは、インピーダンスZ1とインピーダンスZ2との間を周期的に変動する。より詳細には、信号線路20において開口30と重なっている区間A1では、信号線路20と補助グランド導体24との間に相対的に小さな容量が形成される。そのため、区間A1における信号線路20の特性インピーダンスは、相対的に高いインピーダンスZ1となる。
一方、信号線路20においてブリッジ部60と重なっている区間A2では、信号線路20と補助グランド導体24との間に相対的に大きな容量が形成される。そのため、区間A2における信号線路20の特性インピーダンスは、相対的に低いインピーダンスZ2となる。そして、区間A1と区間A2とは、x軸方向に交互に並んでいる。よって、信号線路20の特性インピーダンスは、インピーダンスZ1とインピーダンスZ2との間を周期的に変動する。インピーダンスZ1は、例えば、55Ωであり、インピーダンスZ2は、例えば、45Ωである。そして、信号線路20全体の平均の特性インピーダンスは、例えば、50Ωである。
コネクタ100は、図1に示すように、接続部12aの表面上に実装される。図4は、高周波信号線路10のコネクタ100の外観斜視図である。図5は、高周波信号線路10のコネクタ100の断面構造図である。
コネクタ100は、図1、図4及び図5に示すように、コネクタ本体102、外部端子104,106、中心導体108及び外部導体110により構成されている。コネクタ本体102は、矩形状の板部材に円筒部材が連結された形状をなしており、樹脂等の絶縁材料により作製されている。
外部端子104は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、外部端子16aと対向する位置に設けられている。外部端子106は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、開口Hb〜Hdを介して露出している端子導体22bに対向する位置に設けられている。
中心導体108は、コネクタ本体102の円筒部材の中心に設けられており、外部端子104と接続されている。中心導体108は、高周波信号が入力又は出力する信号端子である。外部導体110は、コネクタ本体102の円筒部材の内周面に設けられており、外部端子106と接続されている。外部導体110は、接地電位に保たれるグランド端子である。
以上のように構成されたコネクタ100は、図4及び図5に示すように、外部端子104が外部端子16aと接続され、外部端子106が端子導体22bと接続されるように、接続部12bの表面上に実装される。これにより、信号線路20は、中心導体108に電気的に接続されている。また、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、外部導体110に電気的に接続されている。
高周波信号線路10は、以下に説明するように用いられる。図6は、高周波信号線路10が用いられた電子機器200をy軸方向から平面視した図である。図7は、高周波信号線路10が用いられた電子機器200をz軸方向から平面視した図である。図8は、高周波信号線路10と回路基板202bとの接続部分の斜視図である。
電子機器200は、高周波信号線路10、回路基板202a,202b、レセプタクル204、バッテリーパック(金属体)206及び筐体210を備えている。
筐体210は、図6及び図7に示すように、高周波信号線路10、回路基板202a,202b、レセプタクル204及びバッテリーパック206を収容している。回路基板202aには、例えば、アンテナを含む送信回路又は受信回路が設けられている。回路基板202bには、例えば、給電回路が設けられている。バッテリーパック206は、例えば、リチウムイオン2次電池であり、その表面が金属カバーにより覆われた構造を有している。回路基板202a、バッテリーパック206及び回路基板202bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
レセプタクル204は、回路基板202aのz軸方向の負方向側の主面上に設けられている。レセプタクル204には、コネクタ100が接続される。コネクタ100とレセプタクル204とが接続されると、この際、線路部12aのx軸方向の負方向側の端部は、バッテリーパック206に沿うと共に、回路基板202aのz軸方向の負方向側の主面上に引き出されるように2箇所において折り曲げられている。
また、回路基板202bは、図8に示すように、基板本体207、外部端子208b,208c及びレジスト209を備えている。基板本体207は、内部に給電回路等を内蔵している。外部端子208b,208cは、基板本体207のz軸方向の負方向側の主面上に設けられており、y軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に並んでいる。外部端子208b,208cは、長方形状をなしており、例えば、ステンレスや銅等により作製されている。レジスト209は、z軸方向から平面視したときに、外部端子208b,208cの周囲を囲んでいる。
外部端子208b,208cはそれぞれ、外部端子16b,16cと接続される。この際、線路部12aのx軸方向の正方向側の端部は、バッテリーパック206に沿うと共に、回路基板202aのz軸方向の負方向側の主面上に引き出されるように2箇所において折り曲げられている。
以上のような電子機器200では、コネクタ100の中心導体108と外部端子16cとには、回路基板202a,202b間を伝送される例えば2GHzの周波数を有する高周波信号が、レセプタクル204及び外部端子208cを介して印加される。また、コネクタ100の外部導体110及び外部端子16bには、レセプタクル204及び外部端子208bを介して、グランド電位に保たれる。これにより、高周波信号線路10は、回路基板202a,202b間を接続している。
ここで、誘電体素体12の表面(より正確には、保護層14)は、バッテリーパック206に対して接触している。そして、誘電体素体12とバッテリーパック206とは、接着剤等により固定されている。これにより、信号線路20とバッテリーパック206との間には、開口が設けられていないベタ状の基準グランド導体22が存在している。
(外部端子の接続方法)
次に、図面を参照しながら、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続方法について説明する。図9及び図10は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の工程断面図である。図11は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の平面図である。
まず、図9に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。そして、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとをそれぞれ接触させる。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとを溶接する。より詳細には、貫通孔h1〜h3に対して、図10及び図11に示す端子T1を挿入し、端子T1の先端を外部端子16bに貫通孔h1〜h3を介して接触させる。更に、貫通孔h4〜h6に対して、図10及び図11に示す端子T2を挿入し、端子T2の先端を外部端子16bに貫通孔h4〜h6を介して接触させる。そして、図11に示す高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16b,208bが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16b,208bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとが溶接される。なお、外部端子16bと外部端子208bとの溶接の際に、外部端子16bを端子導体22cに固定しているはんだが融解して、外部端子16bが端子導体22cから外れるおそれがある。そこで、溶接中には、高周波信号線路10を回路基板202bに対して押し付けておくことが好ましい。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとを溶接する。より詳細には、貫通孔h7〜h9に対して、図10及び図11に示す端子T1を挿入し、端子T1の先端を外部端子16cに貫通孔h7〜h9を介して接触させる。更に、貫通孔h10〜h12に対して、図10及び図11に示す端子T2を挿入し、端子T2の先端を貫通孔h10〜h12を介して外部端子16cに接触させる。そして、図11に示す高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16c,208cが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16c,208cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとが溶接される。なお、外部端子16cと外部端子208cとの溶接の際に、外部端子16cを端子導体23に固定しているはんだが融解して、外部端子16cが端子導体23から外れるおそれがある。そこで、溶接中には、高周波信号線路10を回路基板202bに対して押し付けておくことが好ましい。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。なお、高圧電源300から印加される電圧,電流の値は上記に限定されるものではない。
(高周波信号線路の製造方法)
以下に、高周波信号線路10の製造方法について図面を参照しながら説明する。図12は、高周波信号線路10が圧着される際の工程断面図である。以下では、一つの高周波信号線路10が作製される場合を例にとって説明するが、実際には、大判の誘電体シートが積層及びカットされることにより、同時に複数の高周波信号線路10が作製される。
まず、一方の主面の全面に銅箔(金属膜)が形成された熱可塑性樹脂からなる誘電体シート18a〜18cを準備する。具体的には、誘電体シート18a〜18cの一方の主面に銅箔を張り付ける。更に、誘電体シート18a〜18cの銅箔の表面に、例えば、防錆のための亜鉛鍍金を施して、平滑化する。誘電体シート18a〜18cは、液晶ポリマである。また、銅箔の厚さは、10μm〜20μmである。
次に、誘電体シート18aの表面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示すように、外部端子16a、基準グランド導体22及び端子導体23を誘電体シート18aの表面上に形成する。具体的には、誘電体シート18aの表面の銅箔上に、図2に示す外部端子16a、基準グランド導体22及び端子導体23と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、洗浄液(レジスト除去液)を吹き付けてレジストを除去する。これにより、図2に示すような、外部端子16a、基準グランド導体22及び端子導体23が誘電体シート18aの表面上にフォトリソグラフィ工程により形成される。
次に、図2に示すように、信号線路20を誘電体シート18bの表面上に形成する。また、図2に示すように、補助グランド導体24を誘電体シート18cの表面上に形成する。なお、信号線路20及び補助グランド導体24の形成工程は、外部端子16a、基準グランド導体22及び端子導体23の形成工程と同じであるので説明を省略する。
次に、誘電体シート18a〜18cのビアホール導体b1,b2,B1〜B4及び貫通孔h1〜h12が形成される位置にレーザービームを照射することによって貫通孔を形成する。また、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4に対応する貫通孔に導電性ペーストを充填し、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4を形成する。貫通孔h1〜h12に対応する貫通孔には導電性ペーストを充填しない。
次に、図2に示すように、誘電体シート18a〜18cをz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積み重ね、圧着処理及び加熱処理を施す。併せて、図12に示すように、接続部12cの表面上に外部端子16b,16cを配置し、外部端子16b,16cと端子導体22c,23とをそれぞれ接続する。具体的には、外部端子16b,16c及び誘電体シート18a〜18cに対して加熱処理及び加圧処理を施すことにより、誘電体シート18a〜18cが軟化すると共に、貫通孔内の導電性ペーストが固化する。また、外部端子16b,16cのz軸方向の負方向側の面に塗布されたはんだにより、外部端子16b,16cと端子導体22c,23とが接続される。これにより、誘電体シート18a〜18cが接合されると共に、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4が形成される。なお、はんだではなく、導電性接着剤等の他の導電部材によって外部端子16b,16cと端子導体22c,23とが接続されてもよい。
次に、図2に示すように、樹脂(レジスト)ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、誘電体シート18aの表面上に基準グランド導体22を覆う保護層14を形成する。
次に、接続部12b上の外部端子16a及び端子導体22b上にはんだを用いてコネクタ100を実装する。以上の工程により、高周波信号線路10が完成する。
(効果)
以上のように構成された高周波信号線路10によれば、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。より詳細には、外部端子16bと外部端子208bとの接続の際に、外部端子16bに電圧を印加して、外部端子16bと外部端子208bとを溶接している。このとき、外部端子16bに電圧を印加する時間は短時間であるので、外部端子16bで発生した熱が外部端子16bの周囲に拡散される量はわずかである。よって、外部端子16bと外部端子208bとの接続の際に、誘電体素体12に損傷が発生することが抑制される。なお、同様の理由により、外部端子16cと外部端子208cとの接続の際に、誘電体素体12に損傷が発生することが抑制される。
また、高周波信号線路10によれば、薄型化を図ることができる。より詳細には、高周波信号線路10では、区間A1において、信号線路20は、z軸方向から平面視したときに、補助グランド導体24と重なっていない。そのため、信号線路20と補助グランド導体24との間に容量が形成されにくい。したがって、信号線路20と補助グランド導体24とのz軸方向における距離を小さくしても、信号線路20と補助グランド導体24との間に形成される容量が大きくなり過ぎない。よって、信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)からずれにくい。その結果、高周波信号線路10によれば、信号線路20の特性インピーダンスを所定の特性インピーダンスに維持しつつ、薄型化を図ることが可能である。
また、高周波信号線路10によれば、高周波信号線路10がバッテリーパック206等の金属体に貼り付けられた場合に、信号線路20の特性インピーダンスが変動することが抑制される。より詳細には、高周波信号線路10は、信号線路20とバッテリーパック206との間にベタ状の基準グランド導体22が位置するように、バッテリーパック206に貼り付けられる。これにより、信号線路20とバッテリーパック206とが開口を介して対向しなくなり、信号線路20とバッテリーパック206との間に容量が形成されることが抑制される。その結果、高周波信号線路10がバッテリーパック206に貼り付けられることによって、信号線路20の特性インピーダンスが低下することが抑制される。
(第1の変形例)
以下に、第1の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図13は、第1の変形例に係る接続方法において用いられる高周波信号線路10aの分解斜視図である。図14は、図13のA−Aにおける断面構造図である。高周波信号線路10aの外観斜視図については図1を援用する。
高周波信号線路10aは、外部端子16b,16cの構造において、高周波信号線路10と相違する。高周波信号線路10aのその他の構成については、高周波信号線路10と同じであるので説明を省略する。
外部端子16bは、図13及び図14に示すように、端子部116b及び電圧印加部118b,120bを有している。端子部116bは、長方形状の導体であり、高周波信号線路10の外部端子16bと同じである。電圧印加部118b,120bは、端子部116bのz軸方向の負方向側の主面からz軸方向の負方向側に向かって延在している円柱状の部材である。電圧印加部118b,120bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。また、電圧印加部118b,120bは、端子部116bと一体的に構成されており、端子部116bと同様に、ステンレスや銅等の導電性材料により作製されている。外部端子16cは、端子部116c及び電圧印加部118c,120cを有している。外部端子16cの構成は、外部端子16bの構成と同じであるので説明を省略する。
外部端子16b,16cは、高周波信号線路10と同様に、端子部116b,116cと端子導体22c,23とがはんだや導電性接着剤などにより接続されている。
電圧印加部118bは、図13及び図14に示すように、貫通孔h1〜h3に挿入される。また、電圧印加部120bは、貫通孔h4〜h6に挿入される。これにより、外部端子16bは、誘電体素体12に取り付けられている。また、電圧印加部118b,120bのz軸方向の負方向側の端部は、誘電体素体12の裏面に露出している。
電圧印加部118cは、図13及び図14に示すように、貫通孔h7〜h9に挿入される。また、電圧印加部120cは、貫通孔h10〜h12に挿入される。これにより、外部端子16cは、誘電体素体12に取り付けられている。また、電圧印加部118c,120cのz軸方向の負方向側の端部は、誘電体素体12の裏面に露出している。
なお、外部端子16b,16cの端子部116b,116cと端子導体22c,23とがはんだや導電性接着剤などにより接続されるかわりに、誘電体素体12のz軸方向の厚みよりも長い長さを有する電圧印加部118b,120b、118c,120cを設け、誘電体素体12の裏面側で折り曲げることにより接続、固定するようにしてもよい。
次に、第1の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図15及び図16は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の工程断面図である。
まず、図15に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。そして、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとをそれぞれ接触させる。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとを溶接する。より詳細には、端子T1の先端を電圧印加部118bに接触させる。更に、端子T2の先端を電圧印加部120bに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、電圧印加部118b,120bに対して電圧を印加する。これにより、外部端子16b,208bが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16b,208bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとが溶接される。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとを溶接する。より詳細には、端子T1の先端を電圧印加部118cに接触させる。更に、端子T2の先端を電圧印加部120cに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、電圧印加部118c,120cに対して電圧を印加する。これにより、外部端子16c,208cが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16c,208cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとが溶接される。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。
以上のような第1の変形例に係る接続方法によっても、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。
(第2の変形例)
以下に、第2の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図17及び図18は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の工程断面図である。高周波信号線路10bの外観斜視図については図1を援用する。
高周波信号線路10bは、図17に示すように、貫通孔h1〜h12が設けられていない点において、高周波信号線路10と相違する。高周波信号線路10bのその他の構成については、高周波信号線路10と同じであるので説明を省略する。
次に、第2の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。
まず、図17に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。そして、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとをそれぞれ接触させる。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとを溶接する。より詳細には、図18に示す針状の端子T1を誘電体素体12の裏面に対して刺すことにより、端子T1の先端を電圧印加部118bに接触させる。更に、図18に示す針状の端子T2を誘電体素体12の裏面に対して刺すことにより、端子T2の先端を電圧印加部118bに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16b,208bが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16b,208bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとが溶接される。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとを溶接する。より詳細には、図18に示す針状の端子T1を誘電体素体12の裏面に対して刺すことにより、端子T1の先端を電圧印加部118cに接触させる。更に、図18に示す針状の端子T2を誘電体素体12の裏面に対して刺すことにより、端子T2の先端を電圧印加部118cに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16c,208cが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16c,208cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとが溶接される。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。
なお、針状の端子T1,T2を誘電体素体12の裏面に対して刺す位置を決めるための位置決めマークを誘電体素体の裏面に設けておくことが好ましい。
以上のような第2の変形例に係る接続方法によっても、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。
(第3の変形例)
以下に、第3の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図19は、第3の変形例に係る接続方法において用いられる高周波信号線路10cの分解斜視図である。図20は、図19のA−Aにおける断面構造図である。高周波信号線路10cの外観斜視図については図1を援用する。
高周波信号線路10cは、貫通孔h1〜h12の代わりに、ビアホール導体b11〜b22が設けられている点において、高周波信号線路10と相違する。高周波信号線路10cのその他の構成については、高周波信号線路10と同じであるので説明を省略する。
高周波信号線路10cでは、図19及び図20に示すように、貫通孔h1〜h12に対して導電性材料が充填されることにより、ビアホール導体b11〜b22が設けられている。
次に、第3の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図21及び図22は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の工程断面図である。
まず、図21に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。そして、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとをそれぞれ接触させる。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとを溶接する。より詳細には、図22に示す端子T1の先端をビアホール導体b13に接触させる。更に、図22に示す端子T2の先端をビアホール導体b16に接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、ビアホール導体b13,b16に対して電圧を印加する。これにより、外部端子16b,208bが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16b,208bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとが溶接される。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとを溶接する。より詳細には、図22に示す端子T1の先端をビアホール導体b19に接触させる。更に、図22に示す端子T2の先端をビアホール導体b22に接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、ビアホール導体b19,b22に対して電圧を印加する。これにより、外部端子16c,208cが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16c,208cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとが溶接される。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。
以上のように、第3の変形例に係る接続方法では、ビアホール導体b11〜b22が電圧印加部として機能している。そして、第3の変形例に係る接続方法によっても、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。
なお、ビアホール導体b11〜b22は、他のビアホール導体B1〜B4、b1,b2の形成時に同時に形成することが好ましい。
(第4の変形例)
以下に、第4の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図23は、第4の変形例に係る接続方法において用いられる高周波信号線路10dの分解斜視図である。
高周波信号線路10dは、外部端子16b,16cの構造において、高周波信号線路10aと相違する。高周波信号線路10dのその他の構成については、高周波信号線路10aと同じであるので説明を省略する。
外部端子16bは、図23に示すように、端子部116b及び電圧印加部122b,124bを有している。端子部116bは、長方形状の導体であり、高周波信号線路10aの端子部116bと同じである。電圧印加部122b,124bは、端子部116bからy軸方向の正方向側に向かって延在している矩形状の導体である。電圧印加部122b,124bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。また、電圧印加部122b,124bは、端子部116bと一体的に構成されており、端子部116bと同様に、ステンレスや銅等の導電性材料により作製されている。外部端子16cは、端子部116c及び電圧印加部122c,124cを有している。外部端子16cの構成は、外部端子16bの構成と同じであるので説明を省略する。
次に、第3の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図24は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の平面図である。
図24に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。このとき、電圧印加部122b,124b,122c,124cは、z軸方向の負方向側(すなわち、誘電体素体12の裏面の法線方向)から平面視したときに、誘電体素体12の裏面からはみ出している。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとを溶接する。より詳細には、図24に示す端子T1の先端を電圧印加部122bに接触させる。更に、図24に示す端子T2の先端を電圧印加部124bに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、電圧印加部122b,124bに対して電圧を印加する。これにより、外部端子16b,208bが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16b,208bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとが溶接される。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとを溶接する。より詳細には、図24に示す端子T1の先端を電圧印加部122cに接触させる。更に、図24に示す端子T2の先端を電圧印加部124cに接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。すなわち、本実施形態では、電圧印加部122c,124cに対して電圧を印加する。これにより、外部端子16c,208cが抵抗熱によって融解する。その後、外部端子16c,208cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとが溶接される。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。
以上のような第4の変形例に係る接続方法によっても、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。
(第5の変形例)
以下に、第5の変形例に係る接続方法について図面を参照しながら説明する。図25及び図26は、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとの接続時の工程断面図である。
第5の変形例に係る接続方法は、図25及び図26に示すように、外部端子16b,16c上にはんだ300b(図示せず),300cが設けられている点において第1の実施形態に係る接続方法と相違する。なお、第5の変形例に係る接続方法で用いられる高周波信号線路は、高周波信号線路10である。
まず、図25に示すように、外部端子16b,16c上にはんだ300b,300cをそれぞれ塗布する。はんだ300b,300cはそれぞれ、外部端子16b,16c,208b,208cよりも低い融点を有する導電性材料である。
次に、図25に示すように、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがはんだ300b,300cを介してそれぞれ対向するように、高周波信号線路10と回路基板202bとをセットする。
次に、外部端子16bに電圧を印加することにより、外部端子16bと外部端子208bとをはんだ300bによりろう接する。より詳細には、貫通孔h1〜h3に対して、図26に示す端子T1を挿入し、端子T1の先端を外部端子16bに貫通孔h1〜h3を介して接触させる。更に、貫通孔h4〜h6に対して、図26に示す端子T2を挿入し、端子T2の先端を外部端子16bに貫通孔h4〜h6を介して接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16bが発熱し、はんだ300bが融解する。その後、はんだ300bが冷却されることにより固化し、外部端子16bと外部端子208bとがはんだ300bによりろう接される。
次に、外部端子16cに電圧を印加することにより、外部端子16cと外部端子208cとをはんだ300cによりろう接する。より詳細には、貫通孔h7〜h9に対して、図26に示す端子T1を挿入し、端子T1の先端を外部端子16bに貫通孔h7〜h9を介して接触させる。更に、貫通孔h10〜h12に対して、図26に示す端子T2を挿入し、端子T2の先端を外部端子16bに貫通孔h10〜h12を介して接触させる。そして、高圧電源300により、端子T1,T2間に8Vの電圧を印加して、これらの間に150Aの電流を流す。これにより、外部端子16cが発熱し、はんだ300cが融解する。その後、はんだ300cが冷却されることにより固化し、外部端子16cと外部端子208cとがはんだ300cによりろう接される。以上の工程により、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとがそれぞれ接続される。
以上のような第5の変形例に係る接続方法によっても、誘電体素体12が熱により損傷することを抑制できる。また、第5の変形例に係る接続方法では、外部端子16b,16c,208b,208cよりも低い融点を有するはんだ300b,300cを用いて、外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとをそれぞれろう接している。そのため、第5の変形例に係る接続方法における誘電体素体12の温度は、前記実施形態に係る接続方法における誘電体素体12の温度よりも低くなる。その結果、第5の変形例に係る接続方法では、誘電体素体12が熱により損傷することがより効果的に抑制される。
なお、第1の変形例ないし第4の変形例に係る接続方法においても、第5の変形例に係る接続方法と同様に、はんだ300b,300cを用いて外部端子16b,16cと外部端子208b,208cとのそれぞれをろう接してもよい。
(その他の実施形態)
本発明に係る接続方法は、前記実施形態及び第1の変形例ないし第5の変形例に係る接続方法に限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
保護層14,15は、スクリーン印刷によって形成されているが、フォトリソグラフィ工程によって形成されてもよい。
なお、高周波信号線路10,10a〜10dにおいて、接続部12bにはコネクタ100が設けられているが、接続部12bも接続部12cと同じ構造を有していてもよい。
また、高周波信号線路10において、基準グランド導体22又は補助グランド導体24の一方または両方が設けられていなくてもよい。
なお、高周波信号線路10,10a〜10dは、アンテナフロントエンドモジュールなどRF回路基板における高周波信号線路として用いられてもよい。
なお、信号線路20は、高周波信号が伝送される信号線路ではなく、例えば、電力の供給に用いられる電源線や、グランド電位に保たれるグランド線等であってもよい。