JP2022128024A - 基板、高周波回路、アンテナ装置、無線通信装置、および基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(A)は第1の実施形態における基板100の立体図である。基板100は、誘電体基板101a、101b、101c、101d、信号線102a、102b、導体ビア103a、103b、平面導体104を備える。また、誘電体基板101aには貫通穴105が形成されている。基板100は複数の誘電体基板をそれぞれ形成し、積層することにより形成される。視認性のため、図1(A)では積層前の基板100について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図面では、誘電体基板101a~101dを積層する方向をz方向として表している。図1(B)は、積層後の基板100のxz断面図である。一例として、xz断面図は貫通穴105を通るxz断面図を表す。なお、基板100を多層基板と称することもある。
基板100は、誘電体基板101a~101dを積層することにより製造される。誘電体基板101a~101dはそれぞれ製造される。図1(A)を例とすると、基板100は、+z方向から順番に、貫通穴105を有する誘電体基板101aと、信号線102aと、導体ビア103aが設けられた誘電体基板101bと、平面導体104aと、導体ビア103bが設けられた誘電体基板101cと、信号線102bと、誘電体基板101dとを積層して製造される。誘電体基板101bの製造においてb1面に信号線102aを形成してもよいし、誘電体基板101cの製造においてc1面に平面導体104aを形成してもよいし、誘電体基板101dの製造においてd1面に信号線102bを形成してもよい。
図2(A)は、変形例2における基板100’の立体図である。基板100’は、誘電体基板101a~101dの間を、接着層により接合して積層される。誘電体基板101aと101bの間に接着層106aが設けられ、誘電体基板101aと101bが接合される。誘電体基板101bと101cの間に接着層106bが設けられ、誘電体基板101bと101cが接合される。誘電体基板101cと101dの間に接着層106cが設けられ、誘電体基板101cと101dが接合される。視認性のため、図2(A)では積層前の基板100’について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図2(B)は、積層後の基板100’のxz断面図である。
図3は、変形例3における基板110のxz断面図である。基板110は、基板100’において平面導体104bおよび104cをさらに備える。信号線102aは平面導体104bと104aの間に設けられ、信号線102bは平面導体104aと104cの間に設けられる。一例として、図3では誘電体基板101aのa1面に平面導体104bが設けられ、誘電体基板101dのd2面に平面導体104cが設けられる。なお、平面導体104bを第2平面導体、平面導体104cを第3平面導体と称することもある。
基板110について、平面導体104aと、接着層106bを介して対向する平面導体をさらに備えてもよい。図4(A)は、変形例4における基板120の立体図である。基板120は、基板110において平面導体104dをさらに備える。平面導体104dは、信号線102aと平面導体104aの間、または平面導体104aと信号線102bの間に設けられる。平面導体104aと104dとは、接着層106bを介して対向する。一例として、図4(A)では誘電体基板101cのc1面に平面導体104aが設けられているので、誘電体基板101bのb2面に平面導体104dが設けられる。視認性のため、図4(A)では積層前の基板120について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図4(B)は、積層後の基板120のxz断面図である。なお、平面導体104dを第4平面導体と称することもある。
基板120において、信号線102aは誘電体基板101bのb1面に設けられていた。信号線102aは、接着層106aを介してb1面に対向して設けられてもよい。図5は基板120Aのxz断面図である。基板120Aは、基板120と構成要素は同様であるが、信号線102aが誘電体基板101aのa2面に設けられている。この場合、信号線102aと導体ビア103aとは接着層106aによって電気的に接続されない場合があるが、信号線102aと導体ビア103a間のキャパシタンスによって高周波信号を伝搬させることができる。なお、この場合における接着層106aの厚さは、信号線102aと導体ビア103a間のキャパシタンスによって高周波信号を伝搬させることができる程度の厚さである。
信号線102aは導体ビア103aから+x方向に設けられているが、-x方向にも設けられてもよい。図6(A)は変形例6における基板120Bである。基板120Bは、基板120と同様の構成要素であるが、信号線102aが-x方向にも設けられている。視認性のため、図6(A)では積層前の基板120Bについて、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図6(B)は、積層後の基板120Bのxz断面図である。
本実施形態では、貫通穴105と導体ビア103a、導体ビア103aと導体ビア103b、導体ビア103bと信号線102bとがそれぞれ第1方向において少なくとも一部重なっていればよいことを説明した。
本実施形態では、貫通穴105の内壁の少なくとも一部は、導体に覆われていないことを説明した。図10は、変形例8における積層後の基板120Fのxz断面図である。基板120Fは、基板120の構成要素と同様であるが、貫通穴105の内壁の一部が導体に覆われている。しかし、貫通穴105の内壁のうち、信号線102aから第1方向において距離D以内は導体に覆われていない。基板120Fでは、誘電体基板101aと誘電体基板101bが接着層106aにて接合されている。この場合、距離Dは、貫通穴105の直径、導体ビア103aの直径、および信号線102aの幅、接着層106aの材質、および接着層106aの第1方向における厚さの少なくとも1つに基づいて定められる。これにより、高周波信号が誘電体基板101aの一部に伝搬される可能性が低減され、貫通穴105がスタブとなる可能性が低減される。結果として、高周波信号の透過特性の劣化を低減させることができる。
図11(A)は、変形例9における基板130の立体図である。基板130は、基板120にさらに加えて、誘電体基板101aに複数の導体ビア131aを、誘電体基板101bに複数の導体ビア131bを、誘電体基板101cに複数の導体ビア131cを、誘電体基板101dに複数の導体ビア131dを備える。視認性のため、図11(A)では積層前の基板130について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図11(B)は、積層後の基板130のxz断面図である。なお、導体ビア131aを第3導体ビア、導体ビア131bを第4導体ビア、導体ビア131cを第5導体ビア、導体ビア131dを第6導体ビアと称することもある。
以上では4枚の誘電体基板101a~101dにより構成される基板について説明したが、5枚以上の誘電体基板を積層した基板であってもよい。図12は、積層後の基板140のxz断面図である。基板140は、基板120の構成要素に加えて、さらに誘電体基板101e、導体ビア103c、平面導体104e、104f、接着層106dを備える。基板140は、基板120の誘電体基板101cと101dの間に誘電体基板101eを備える構造である。また、誘電体基板101eの+z方向のxy平面に平行な面をe1面、誘電体基板101eの-z方向のxy平面に平行な面をe2面と称する。
以上では、貫通穴105、導体ビア103a、103bは-z方向に設けられていたが、さらに+z方向にも設けられてもよい。図14は、積層後の基板160のxz断面図である。基板160は、基板120の構成要素に加えて、さらに誘電体基板101g、101h、信号線102c、導体ビア103d、103e、平面導体104g、104h、104i、104j、接着層106f、106gを備える。誘電体基板101hには、貫通穴105cが設けられている。基板160は、信号線102aまたは102cの一方に入力された高周波信号を、導体ビア103a、103b、信号線102b、導体ビア103d、103eを介して信号線102aまたは102cのもう一方から出力する。なお本変形例では、誘電体基板101aが有する貫通穴105は、105aと称する。
第1の実施形態では、信号線102aと103b間の高周波信号の伝搬は、導体ビア103aおよび103bが行っていた。この高周波信号の伝搬を、スロットを使うことによっても行ってよい。図15(A)は第2の実施形態における基板200の立体図である。基板200は、基板120の構成要素と同様であり、平面導体104aにスロット201aが、平面導体104dにスロット201bが設けられている。基板200は、信号線102aと103b間の高周波信号の伝搬を、導体ビア103aと103bによる伝搬とスロット201aと201bを用いた伝搬によって行うことにより、高周波信号の透過係数を向上させることができる。ここで、導体ビア103aと103bによる伝搬とスロット201aと201bを用いた伝搬とでは、スロット201aと201bを用いた伝搬が支配的となる。視認性のため、図15(A)では積層前の基板200について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図15(B)は、積層後の基板200のxz断面図である。
スロット201a、201bの形状は様々に考えられる。図16は、積層後の基板200’のxz断面図である。基板200’のスロット201a’の形状はH字状である。スロット201b’の形状もH字状にすることができる。図17は、積層後の基板200”のxz断面図である。基板200”のスロット201a”の形状はC字状である。スロット201b”の形状もC字状にすることができる。基板200’、200”のいずれも基板200と同様に高周波信号を伝搬させることができる。スロット201aの形状をH字状、C字状とすることにより、基板をy方向に小さくすることができる。結果、基板を小型化させることができ、コストを低減させることができる。
変形例9で説明した基板130に、本実施形態で説明したスロットを設けてもよい。図18(A)は、変形例13における基板210の立体図である。基板210は、基板130の平面導体104aに変形例12で説明したスロット201a”を設け、平面導体104dにスロット201b”を設けている。視認性のため、図18(A)では積層前の基板210について、誘電体基板101a~101dの間の間隔を空けて図示している。図18(B)は、積層後の基板210のxz断面図である。基板210も基板200と同様に高周波信号を伝搬させることができる。また、変形例9で説明した導体ビア131a、131b、131c、131dにより、信号線102a、102b、導体ビア103a、103bにおける平行平板モードによる高周波信号の漏洩を低減させることができる。結果、高周波信号の透過特性(通過特性)の劣化を低減させることができる。
図20は、第3の実施形態における高周波回路300の構成図である。高周波回路300は、基板100(or200)と、この基板を伝搬する高周波信号を供給する信号回路301を備える。図20では基板100(or200)と表しているが、以降、基板100(or200)とは第1の実施形態、第2の実施形態、および変形例で説明したすべての基板のいずれかであるとする。
図21は、第4の実施形態におけるアンテナ装置400の構成図である。アンテナ装置400は、基板100(or200)と、この基板から伝搬される高周波信号を放射するアンテナ素子401を備える。
図22は、第5の実施形態における無線通信装置500の構成図である。無線通信装置500は、第4の実施形態のアンテナ装置400に加えて、無線信号回路501と、変換回路502を備える。
101a~101h:誘電体基板
102a~102c:信号線
103a~103e:導体ビア
104a~104j:平面導体
105、105a~105c:貫通穴
106a~106g:接着層
120、120’、120A~120F:基板
130:基板
131a~131d:導体ビア
140:基板
150:基板
160:基板
200、200’、200”:基板
201a、201a’、201a”、201b、201b’、201b”:スロット
210:基板
300:高周波回路
301:信号回路
400:アンテナ装置
401:アンテナ素子
500:無線通信装置
501:無線信号回路
502:変換回路
Claims (20)
- 第1面と第2面を有し、前記第1面から前記第2面を貫通する第1貫通穴を有する第1誘電体基板と、
第3面と第4面を有し、前記第3面から前記第4面を貫通して設けられる第1導体ビアを有する第2誘電体基板と、
前記第1誘電体基板および前記第2誘電体基板の間に設けられる第1信号線と、
第5面と第6面を有し、前記第5面から前記第6面を貫通して設けられる第2導体ビアを有する第3誘電体基板と、
前記第2誘電体基板と前記第3誘電体基板の間に設けられ、前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアからは離れている第1平面導体と、
第4誘電体基板と、
前記第3誘電体基板と前記第4誘電体基板の間に設けられる第2信号線と、
を備え、
前記第1貫通穴における前記第1誘電体基板の第1内壁の少なくとも一部は導体に覆われておらず、
前記第1貫通穴および前記第1導体ビアは前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアの少なくとも一方が貫通する第1方向において少なくとも一部重なり、
前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアは前記第1方向において少なくとも一部重なり、
前記第2導体ビアおよび前記第2信号線は前記第1方向において少なくとも一部重なる、
基板。 - 前記第1内壁は、前記第1導体ビアまたは第1信号線から前記第1方向において第1距離以内は導体に覆われていない、
請求項1に記載の基板。 - 前記第1距離は、前記第1貫通穴の直径、前記第1導体ビアの直径、および前記第1信号線の幅の少なくとも1つに基づいて定められる、
請求項2に記載の基板。 - 前記第1信号線および前記第2信号線は、一方の信号線からもう一方の信号線へ高周波信号を伝搬させるための信号線である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第1誘電体基板および前記第2誘電体基板の間に設けられる第1接着層と、
前記第2誘電体基板および前記第3誘電体基板の間に設けられる第2接着層と、
前記第3誘電体基板および前記第4誘電体基板の間に設けられる第3接着層と、
をさらに備える、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第1内壁は、前記第1導体ビアまたは第1信号線から前記第1方向において第1距離以内は導体に覆われておらず、
前記第1距離は、前記第1貫通穴の直径、前記第1導体ビアの直径、前記第1信号線の幅、前記第1接着層の材質、および前記第1接着層の第1方向における厚さの少なくとも1つに基づいて定められる、
請求項5に記載の基板。 - 前記第1誘電体基板に設けられる第2平面導体をさらに備え、
前記第1信号線は前記第1平面導体および前記第2平面導体の間に設けられる、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第1誘電体基板は、前記第1面から前記第2面を貫通して設けられ、前記第2平面導体と電気的に接続される複数の第3導体ビアを有し、
前記第2誘電体基板は、前記第3面から前記第4面を貫通して設けられ、前記第1平面導体と電気的に接続される複数の第4導体ビアを有し、
前記複数の第3導体ビアおよび前記複数の第4導体ビアは前記第1方向において少なくとも一部重なり、
前記複数の第3導体ビアまたは前記複数の第4導体ビアの間隔は高周波信号における管内波長の1/2以下である、
請求項7に記載の基板。 - 前記第4誘電体基板に第3平面導体をさらに備え、
前記第2信号線は前記第1平面導体および前記第3平面導体の間に設けられる、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第3誘電体基板は、前記第5面から前記第6面を貫通して設けられ、前記第1平面導体と電気的に接続される複数の第5導体ビアを有し、
前記第4誘電体基板は、第7面から第8面を貫通して設けられ、前記第3平面導体と電気的に接続される複数の第6導体ビアを有し、
前記複数の第5導体ビアおよび前記複数の第6導体ビアは前記第1方向において少なくとも一部重なり、
前記複数の第5導体ビアまたは前記複数の第6導体ビアの間隔は高周波信号における管内波長の1/2以下である、
請求項9に記載の基板。 - 前記第1信号線および前記第1平面導体、または前記第1平面導体および前記第2信号線の間に第4平面導体をさらに備え、
前記第4平面導体は前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアからは離れている、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第4誘電体基板は、第7面から第8面を貫通して設けられる第7導体ビアを有し、
第9面と第10面を有し、前記第9面から前記第10面を貫通して設けられる第8導体ビアを有する第5誘電体基板と、
前記第4誘電体基板と前記第5誘電体基板の間に設けられ、前記第7導体ビアおよび前記第8導体ビアからは離れている第3平面導体と、
第11面と第12面を有し、前記第11面から前記第12面を貫通する第2貫通穴を有する第6誘電体基板と、
前記第5誘電体基板と前記第6誘電体基板の間に設けられる第3信号線と、
を備え、
前記第2貫通穴における前記第6誘電体基板の第2内壁の少なくとも一部は導体に覆われておらず、
前記第2貫通穴および前記第8導体ビアは、前記第7導体ビアおよび前記第8導体ビアの少なくとも一方が貫通する第2方向において少なくとも一部重なり、
前記第7導体ビアおよび前記第8導体ビアは、前記第2方向において少なくとも一部重なり、
前記第2導体ビアおよび前記第7導体ビアは前記第1方向および前記第2方向の少なくとも一方において重ならない、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第2内壁は、前記第8導体ビアまたは第3信号線から前記第2方向において第2距離以内は導体に覆われていない、
請求項12に記載の基板。 - 前記第2距離は、前記第2貫通穴の直径、前記第8導体ビアの直径、および前記第3信号線の幅の少なくとも1つに基づいて定められる、
請求項13に記載の基板。 - 前記第6誘電体基板に第5平面導体をさらに備え、
前記第3信号線は前記第3平面導体および前記第5平面導体の間に設けられる、
請求項12乃至14のいずれか一項に記載の基板。 - 前記第1平面導体は、前記第1信号線および前記第2信号線間において高周波信号を伝搬するためのスロットを有する、
請求項1乃至15のいずれか一項に記載の基板。 - 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の基板と、
前記第1信号線および第2信号線に伝搬される高周波信号を供給する信号回路と、
を備える、
高周波回路。 - 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の基板と、
前記第1信号線または第2信号線から伝搬される高周波信号を放射するアンテナ素子と、
を備える、
アンテナ装置。 - 請求項18に記載のアンテナ装置と、
無線通信に用いる無線信号を生成する無線信号回路と、
前記無線信号を高周波信号に変換し、前記第1信号線または第2信号線に供給する変換回路と、
を備える、
無線通信装置。 - 第1面と第2面を有し、前記第1面から前記第2面を貫通する第1貫通穴を有する第1誘電体基板と、
第3面と第4面を有し、前記第3面から前記第4面を貫通して設けられる第1導体ビアを有する第2誘電体基板と、
前記第1誘電体基板および前記第2誘電体基板の間に設けられる第1信号線と、
第5面と第6面を有し、前記第5面から前記第6面を貫通して設けられる第2導体ビアを有する第3誘電体基板と、
前記第2誘電体基板と前記第3誘電体基板の間に設けられ、前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアからは離れている第1平面導体と、
第4誘電体基板と、
前記第3誘電体基板と前記第4誘電体基板の間に設けられる第2信号線と、
を積層し、
前記第1貫通穴における前記第1誘電体基板の第1内壁の少なくとも一部は導体に覆われておらず、
前記第1貫通穴および前記第1導体ビアは前記第1導体ビアまたは前記第2導体ビアが貫通する第1方向において少なくとも一部重なり、
前記第1導体ビアおよび前記第2導体ビアは前記第1方向において少なくとも一部重なり、
前記第2導体ビアおよび前記第2信号線は前記第1方向において少なくとも一部重なる、
基板の製造方法。
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