JP2015231105A - ストリップ線路 - Google Patents

Abstract

【課題】肉厚の薄い誘電体膜を用いて特性インピーダンスを高くすることができ、かつストリップ導体パターンの配置に対する特性インピーダンスの変動を小さくすることができるストリップ線路を提供する。
【解決手段】第１地導体パターン２ａには、所定の間隔を設けて四角形状の第１開口部１１ａが複数列穿設されている。第２地導体パターン２ｂには、所定の間隔を設けて四角形状の第２開口部１１ｂが複数列穿設されている。開口部の開口幅ｗ１は、開口部間の間隔の幅ｗ２よりも大きくなっている。対向する第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂとは互いに跨るように穿設されており、第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂの跨る跨り幅は開口部の開口周期の２分の１倍になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストリップ線路に関するものであり、特に誘電体層の両面に地導体パターンを設けたストリップ線路に関する。

従来、誘電体層の内部にストリップ導体パターンを設けるとともに、誘電体層の表面に地導体パターンを設けたストリップ線路が用いられている。

特許文献１のストリップ線路は、誘電体層の表面に設けた地導体パターンの形状を網目状にしている。これにより、肉厚の薄い誘電体層を用いて、線路が持つ特有のインピーダンス（いわゆる「特性インピーダンス（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）」）を高くしている。また、特許文献２のストリップ線路は、誘電体層の表面及び裏面に設けた地導体パターンに、所定の間隔を設けて円形状の開口部を複数列穿設している。

特開平５−２６７９１３号公報 特開平１１−１７７２４７号公報

特許文献１のストリップ線路は、地導体パターンの網目に対するストリップ導体パターンの配置によって、特性インピーダンスが大きく変動する課題があった。また、誘電体層の裏面にさらに地導体パターンを設けた場合には、特性インピーダンスの変動は小さくなるものの、互いに対向するストリップ導体パターンと地導体パターン間に生ずる静電容量によって特性インピーダンスが低下するため、特性インピーダンスを高くすることが難しい課題があった。

一方、特許文献２のストリップ線路は、誘電体層の表面の地導体パターンに穿設した開口部と裏面の地導体パターンに穿設した開口部とが互いに重ならないように、開口部の径及び開口部間の間隔が設定されている。これにより、開口部の径の違いによる特性インピーダンスの変化を小さくしている。しかしながら、地導体パターンの面積に対する開口部の面積の比率を高くすることができないため、特性インピーダンスを高くすることが難しい課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、肉厚の薄い誘電体膜を用いて特性インピーダンスを高くすることができ、かつストリップ導体パターンの配置に対する特性インピーダンスの変動を小さくすることができるストリップ線路を提供することを目的とする。

本発明のストリップ線路は、第１誘電体膜及び第２誘電体膜の裏面間に挟持したストリップ導体と、第１誘電体膜の表面に設けられた第１地導体と、第２誘電体膜の表面に設けられた第２地導体と、対向する開口部が互いに跨るようにして第１地導体に網目状に穿設された第１開口部及び第２地導体に網目状に穿設された第２開口部と、を具備するものである。

本発明のストリップ線路は、肉厚の薄い誘電体膜を用いて特性インピーダンスを高くすることができ、かつストリップ導体パターンの配置に対する特性インピーダンスの変動を小さくすることができる。

本発明の実施の形態１のストリップ線路の要部の構成を示す説明図である。 図１に示すストリップ線路のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態１の他のストリップ線路の要部の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２のストリップ線路の要部の構成を示す説明図である。 図４に示すストリップ線路のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態３のストリップ線路の要部の構成を示す説明図である。 図６に示すストリップ線路のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態３の他のストリップ線路の要部の構成を示す説明図である。

実施の形態１．
図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１のストリップ線路について説明する。
図中、１ａは第１誘電体膜である。第１誘電体膜１ａの裏面は、第２誘電体膜１ｂの裏面と貼合されている。第１誘電体膜１ａ及び第２誘電体膜１ｂは、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ，ＢＣＢ）又はポリベンゾオキサゾール（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ，ＰＢＯ）などの材料で形成されており、肉厚は数マイクロミリメートル（μｍ）から数十μｍ程度である。

第１誘電体膜１ａと第２誘電体膜１ｂの裏面間には、線状の導体箔からなるストリップ導体パターン（ストリップ導体）３が挟持されている。第１誘電体膜１ａの表面には網目状の導体箔からなる第１地導体パターン（第１地導体）２ａが設けられており、第２誘電体膜１ｂの表面には網目状の導体箔からなる第２地導体パターン（第２地導体）２ｂが設けられている。このようにして、ストリップ線路１００が構成されている。

ここで、第１地導体パターン２ａには、所定の間隔を設けて四角形状の第１開口部１１ａが複数列穿設されている。第２地導体パターン２ｂには、所定の間隔を設けて四角形状の第２開口部１１ｂが複数列穿設されている。以下、第１開口部１１ａ及び第２開口部１１ｂを総称して「開口部」という。

開口部の開口幅ｗ１は、開口部間の間隔の幅ｗ２よりも大きくなっている。対向する第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂとは、開口部の配列方向（第１誘電体膜１ａ及び第２誘電体膜１ｂの表面に沿う直交する２方向）に沿って互いに跨るように穿設されており、第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂの跨る跨り幅は開口部の開口周期（ｗ１＋ｗ２）の２分の１倍になっている。

すなわち、図１に示す如く、各々の第１開口部１１ａの中心部は第２地導体パターン２ｂの網目の格子部と対向しており、各々の第２開口部１１ｂの中心部は第１地導体パターン２ａの網目の格子部と対向している。各々の第１開口部１１ａは４つの第２開口部１１ｂに跨るように穿設されており、各々の第２開口部１１ｂは４つの第１開口部１１ａに跨るように穿設されている。

また、ストリップ導体パターン３は、第１地導体パターン２ａの網目の格子部及び第１開口部１１ａの中心部と対向配置されており、かつ第２地導体パターン２ｂの網目の格子部及び第２開口部１１ｂの中心部と対向配置されている。

次に、図１〜図３を参照して、ストリップ線路１００の動作について説明する
図１に示す如く、ストリップ導体パターン３に信号電流Ｉが流れ、第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂにグラウンド電流ＩＩが流れる。グラウンド電流ＩＩは、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの網目に沿って蛇行するように流れる。

このとき、ストリップ導体パターン３に対して、第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの両方が対向していない部位が形成されている。このため、ストリップ導体パターン３と第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂとの間に生じる静電容量が小さくなり、ストリップ線路１００の特性インピーダンスを高くすることができる。

一方、図３に示す如く、ストリップ導体パターン３と第１開口部１１ａの中心部間の距離及びストリップ導体パターン３と第２開口部１１ｂの中心部間の距離が互いに等距離となるようにストリップ導体パターン３をずらして配置した場合にも、グラウンド電流ＩＩはストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの網目に沿って蛇行するように流れる。ストリップ導体パターン３に対して第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの両方が対向していない部位が形成されるため、ストリップ導体パターン３と第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂとの間に生じる静電容量が小さくなり、ストリップ線路１００の特性インピーダンスを高くすることができる。

また、図１に示すストリップ導体パターン３の配置と図３に示すストリップ導体パターン３の配置とを比較すると、第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂのストリップ導体パターン３に最も近い部位と、ストリップ導体パターン３との間の距離が互いに等距離であるため、両者の特性インピーダンスは互いに同等の値となる。

以上のように、この実施の形態１のストリップ線路１００は、開口部の開口幅ｗ１が開口部間の間隔の幅ｗ２よりも大きくなっている。対向する第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂとは互いに跨るように穿設されており、第１開口部１１ａと第２開口部１１ｂの跨る跨り幅は開口部の開口周期の２分の１倍になっている。これにより、ストリップ導体パターン３の配置によらず、ストリップ導体パターン３に対して第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの両方が対向していない部位が形成されるため、ストリップ線路１００の特性インピーダンスを高くすることができる。

また、ストリップ導体パターン３の配置によらず、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの網目に沿ってグラウンド電流ＩＩが蛇行するように流れる。このため、ストリップ導体パターン３の配置に対するストリップ線路１００の特性インピーダンスの変動を小さくすることができる。

なお、開口部は少なくともストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂに穿設されていればよく、図１に示すように第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの全面に亘って開口部を穿設したものに限定されるものではない。ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂにのみ開口部を穿設したストリップ線路も、実施の形態１のストリップ線路１００と同様に特性インピーダンスを高くすることができる。

実施の形態２．
図４及び図５を参照して、開口部の形状を六角形にしたストリップ線路について説明する。なお、図１及び図２に示す実施の形態１のストリップ線路１００と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

第１誘電体膜１ａの表面には網目状の導体箔からなる第１地導体パターン２ａ’が設けられており、第２誘電体膜１ｂの表面には網目状の導体箔からなる第２地導体パターン２ｂ’が設けられている。第１地導体パターン２ａ’には、所定の間隔を設けて六角形状の第１開口部１１ａ’が複数列穿設されている。第２地導体パターン２ｂ’には、所定の間隔を設けて六角形状の第２開口部１１ｂ’が複数列穿設されている。以下、第１開口部１１ａ’及び第２開口部１１ｂ’を総称して「開口部」という。

開口部の開口幅ｗ３は、開口部間の間隔の幅ｗ４よりも大きくなっている。対向する第１開口部１１ａ’と第２開口部１１ｂ’とは、開口部の配列方向に沿って互いに跨るように穿設されており、第１開口部１１ａ’と第２開口部１１ｂ’の跨る跨り幅は開口部の開口周期（ｗ３＋ｗ４）の２分の１倍になっている。

すなわち、図４に示す如く、各々の第１開口部１１ａ’の中心部は第２地導体パターン２ｂ’の網目の格子部と対向しており、各々の第２開口部１１ｂ’の中心部は第１地導体パターン２ａ’の網目の格子部と対向している。各々の第１開口部１１ａ’は３つの第２開口部１１ｂ’に跨るように穿設されており、各々の第２開口部１１ｂ’は３つの第１開口部１１ａ’に跨るように穿設されている。

また、ストリップ導体パターン３は、第１地導体パターン２ａ’を構成する線状導体箔及び第１開口部１１ａ’の中心部と対向配置されており、かつ第２地導体パターン２ｂ’を構成する線状導体箔及び第２開口部１１ｂ’の中心部と対向配置されている。

このように構成されたストリップ線路１０１は、実施の形態１のストリップ線路１００と同様に以下のとおり動作する。
すなわち、ストリップ導体パターン３に信号電流Ｉが流れ、第１地導体パターン２ａ’及び第２地導体パターン２ｂ’にグラウンド電流ＩＩが流れる。グラウンド電流ＩＩは、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ’及び第２地導体パターン２ｂ’の網目に沿って蛇行するように流れる。

このとき、ストリップ導体パターン３に対して、第１地導体パターン２ａ’及び第２地導体パターン２ｂ’の両方が対向していない部位が形成されている。このため、ストリップ導体パターン３と第１地導体パターン２ａ’及び第２地導体パターン２ｂ’との間に生じる静電容量が小さくなり、ストリップ線路１０１の特性インピーダンスを高くすることができる。

また、ストリップ導体パターン３の配置によらず、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ’及び第２地導体パターン２ｂ’の網目に沿ってグラウンド電流ＩＩが蛇行するように流れる。このため、ストリップ導体パターン３の配置に対するストリップ線路１０１の特性インピーダンスの変動を小さくすることができる。

実施の形態３．
図６及び図７を参照して、ストリップ導体パターンと同層に第３地導体パターンを設けたストリップ線路について説明する。なお、図１及び図２に示す実施の形態１のストリップ線路１００と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

図中、２ｃは第３地導体パターン（第３地導体）である。第３地導体パターン２ｃは、第１誘電体膜１ａと第２誘電体膜１ｂの裏面間に挟持されている。第３地導体パターン２ｃは線状の導体箔からなり、ストリップ導体パターン３の長手方向に沿うように、ストリップ導体パターン３の両側部にそれぞれ隣設されている。第３地導体パターン２ｃは、第１地導体パターン２ａの網目の格子部及び第１開口部１１ａの中心部と対向配置されており、かつ第２地導体パターン２ｂの網目の格子部及び第２開口部１１ｂの中心部と対向配置されている。

第１地導体パターン２ａの格子部と第３地導体パターン２ｃとは、第１誘電体膜１ａを貫通した第１地導体ヴィア（第１接続導体）４ａによって電気的に接続されている。第２地導体パターン２ｂの格子部と第３地導体パターン２ｃとは、第２誘電体膜１ｂを貫通した第２地導体ヴィア（第２接続導体）４ｂによって電気的に接続されている。

このように構成されたストリップ線路１０２は、実施の形態１のストリップ線路１００と同様に以下のとおり動作する。
すなわち、ストリップ導体パターン３に信号電流Ｉが流れ、第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂにグラウンド電流ＩＩが流れる。グラウンド電流ＩＩは、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの網目に沿って蛇行するように流れる。

このとき、ストリップ導体パターン３に対して、第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの両方が対向していない部位が形成されている。このため、ストリップ導体パターン３と第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂとの間に生じる静電容量が小さくなり、ストリップ線路１０２の特性インピーダンスを高くすることができる。

また、ストリップ導体パターン３の配置によらず、ストリップ導体パターン３の近傍の第１地導体パターン２ａ及び第２地導体パターン２ｂの網目に沿ってグラウンド電流ＩＩが蛇行するように流れる。このため、ストリップ導体パターン３の位置に対するストリップ線路１０２の特性インピーダンスの変動を小さくすることができる。

一般に、誘電体層の両面に地導体パターンを設けたストリップ線路は、両面の地導体パターン間に電位差が生じると、両面の地導体パターン間に電界が発生して、いわゆる「平行平板モード」の不要な電流が伝搬する。これに対し、実施の形態３のストリップ線路１０２は、ストリップ導体パターン３に隣設した第３地導体パターン２ｃと、第１誘電体膜１ａを貫通した第１地導体ヴィア４ａ及び第２誘電体膜１ｂを貫通した第２地導体ヴィア４ｂによって、第１地導体パターン２ａと第２地導体パターン２ｂとが電気的に接続されており、両者の間に電位差が生じないようになっている。

図６に示す如く、第１地導体ヴィア４ａは第１地導体パターン２ａの網目の格子部に配置されており、第２地導体ヴィア４ｂは第２地導体パターン２ｂの網目の格子部に配置されている。そのため、例えば第２地導体パターン２ｂの網目に沿ってストリップ導体パターン３から離れる方向に流れるグラウンド電流ＩＩａは、第２地導体パターン２ｂの格子部から第２地導体ヴィア４ｂを通って第３地導体パターン２ｃには向かわず、大半が第２地導体パターン２ｂの網目に沿ってストリップ導体パターン３に近づく方向に流れるグラウンド電流ＩＩｂとなる。したがって、第２地導体ヴィア４ｂにはグラウンド電流はほとんど流れないため、第２地導体ヴィア４ｂを流れる電流による伝送損失の増加を抑えることができる。

同様に、第１地導体パターン２ａの網目に沿ってストリップ導体パターン３から離れる方向に流れるグラウンド電流は、第１地導体パターン２ａの格子部から第１地導体ヴィア４ａを通って第３地導体パターン２ｃには向かわず、大半が第１地導体パターン２ａの網目に沿ってストリップ導体パターン３に近づく方向に流れる。したがって、第１地導体ヴィア４ａにはグラウンド電流はほとんど流れないため、第１地導体ヴィア４ａを流れる電流による伝送損失の増加を抑えることができる。

以上のように、この実施の形態３のストリップ線路１０２は、第３地導体パターン２ｃ、第１地導体ヴィア４ａ及び第２地導体ヴィア４ｂによって、第１地導体パターン２ａと第２地導体パターン２ｂとが電気的に接続されている。これにより、第１地導体パターン２ａと第２地導体パターン２ｂ間を不要な平行平板モードの電流が伝搬するのを抑えることができる。

また、第１地導体ヴィア４ａを第１地導体パターン２ａの網目の格子部に配置して、第２地導体ヴィア４ｂを第２地導体パターン２ｂの網目の格子部に配置している。これにより、第１地導体ヴィア４ａ及び第２地導体ヴィア４ｂを流れるグラウンド電流を抑えることで、ストリップ線路１０２の伝送損失を少なくすることができる。

なお、図８に示す如く、ストリップ導体パターン３の両側部に隣設された第３地導体パターン２ｃが複数個の導体箔によってそれぞれ構成されたストリップ線路１０３としてもよい。このとき、第３地導体パターン２ｃを構成する各々の導体箔が少なくとも１組の第１地導体ヴィア４ａと第２地導体ヴィア４ｂとを電気的に接続し、かつ互いに隣設された第１地導体ヴィア４ａと第２地導体ヴィア４ｂ間に使用周波数に応じた波長の２分の１長さ未満の間隔を設けることにより、第１地導体パターン２ａと第２地導体パターン２ｂ間を伝搬する不要な平行平板モードの電流を抑制することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ａ 第１誘電体膜、１ｂ 第２誘電体膜、２ａ，２ａ’ 第１地導体パターン（第１地導体）、２ｂ，２ｂ’ 第２地導体パターン（第２地導体）、２ｃ 第３地導体パターン（第３地導体）、３ ストリップ導体パターン（ストリップ導体）、４ａ 第１地導体ヴィア（第１接続導体）、４ｂ 第２地導体ヴィア（第２接続導体）、１１ａ，１１ａ’ 第１開口部、１１ｂ，１１ｂ’ 第２開口部、１００，１０１，１０２，１０３ ストリップ線路。

Claims (5)

1. 第１誘電体膜及び第２誘電体膜の裏面間に挟持したストリップ導体と、
   前記第１誘電体膜の表面に設けられた第１地導体と、
   前記第２誘電体膜の表面に設けられた第２地導体と、
   対向する開口部が互いに跨るようにして前記第１地導体に網目状に穿設された第１開口部及び前記第２地導体に網目状に穿設された第２開口部と、
   を具備することを特徴とするストリップ線路。
2. 前記第１開口部と前記第２開口部の跨る跨り幅は、前記開口部の開口周期の２分の１倍であることを特徴とする請求項１記載のストリップ線路。
3. 前記開口部の形状は、四角形であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のストリップ線路。
4. 前記開口部の形状は、六角形であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のストリップ線路。
5. 前記第１誘電体膜と前記第２誘電体膜間に前記ストリップ導体に沿って設けられた第３地導体と、
   前記第１地導体の網目の格子部に設けられ、前記第１誘電体膜を貫通して前記第１地導体と前記第３地導体を接続する第１接続導体と、
   前記第２地導体の網目の格子部に設けられ、前記第２誘電体膜を貫通して前記第２地導体と前記第３地導体を接続する第２接続導体と、
   を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のストリップ線路。

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