JP3342643B2 - 誘電体線路 - Google Patents

誘電体線路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波及
びミリ波等高周波の信号を伝達するための誘電体線路、
特に多層配線基板や半導体パッケージなどの配線基板に
内蔵される誘電体線路に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、配線基板と一体化すると共に、生産
生の向上を図った誘電体線路が特開平6−53711号
公報に開示されている。この公報に開示された誘電体線
路は、誘電体層を一対の導体層で挟み、さらに導体層間
を接続する二列の複数のバイアホール導体によって側壁
を形成したもので、誘電体材料の四方を導体層とバイア
ホール導体による疑似的な導体壁で囲むことによって、
導体壁内領域を信号伝達用の線路としたものである。
【0003】一般に、高周波領域で用いられる伝送線路
においては、特に優れた伝送特性が要求される。つま
り、伝送損失が少ないことが要求される。この伝送損失
は、導体、誘電体および放射による損失の和で表せられ
るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平6−53711号公報に開示された誘電体線路で
は、金属壁とバイアホール導体による疑似的な金属壁に
より包囲されているため放射による損失は小さいが、誘
電体および導体による損失が大きくなるという問題があ
った。
【0005】即ち、この構造を、例えば、セラミック材
料を用いて作製した場合、誘電体としては非常に損失の
小さい材料があるので、誘電体による損失は低く抑える
ことができるが、導体部分は一般にメタライズ印刷され
た後に同時焼成により作製されるので、導体部分の抵抗
は、純粋な金属に比べ大きくなり、その結果、導体損失
による伝送特性の劣化が生じると言う問題があった。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、多層基板あるいは半導
体パッケージにおける伝送線路として利用可能であり、
積層化技術を用いて容易に作製可能な、しかも導体によ
る損失の少ない誘電体線路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者は上記の問題点に
関して検討を重ねた結果、導体損失の影響の大きいH面
の一部を省き、そこから電磁波が漏れないように、伝送
信号波長の1/2以下の間隔のバイアホール導体列をH
面に構成することにより、伝送特性の優れた誘電体線路
となることを見いだし、本発明に至った。
【0008】即ち、本発明の誘電体線路は、第1誘電体
層、第2誘電体層および第3誘電体層を順次積層してな
る基体と、前記各誘電体層にそれぞれ形成され、伝送信
号波長の1/2以下の間隔dをおいて信号伝送方向に形
成された二列のバイアホール導体群と、前記基体の上下
面に形成され、前記第1誘電体層および第3誘電体層に
形成されたバイアホール導体を列毎に電気的に接続する
一対の帯状副導体層と、前記第2誘電体層の上下面に形
成され、前記第1誘電体層と前記第2誘電体層のバイア
ホール導体群、および前記第2誘電体層と前記第3誘電
体層のバイアホール導体群を電気的に接続する一対の帯
状主導体層とを具備するとともに、前記第1誘電体層お
よび第3誘電体層に形成された二列のバイアホール導体
群の間隔がそれぞれ伝送信号波長の1/2より小さく、
かつ、前記第2誘電体層に形成された二列のバイアホー
ル導体群の間隔が伝送信号波長の1/2より大きいもの
である。
【0009】また、第1誘電体層および第2誘電体層を
順次積層してなる基体と、前記各誘電体層にそれぞれ形
成され、伝送信号波長の1/2以下の間隔dをおいて信
号伝送方向に形成された二列のバイアホール導体群と、
前記基体の上下面に形成され、前記第1誘電体層および
第2誘電体層に形成されたバイアホール導体を列毎に電
気的に接続する一対の帯状副導体層と、前記第2誘電体
層の下面に形成され、該第2誘電体層と前記第1誘電体
層のバイアホール導体群を電気的に接続する一対の帯状
主導体層とを具備するとともに、前記第1誘電体層に形
成された二列のバイアホール導体群の間隔が伝送信号波
長の1/2より小さく、かつ、前記第2誘電体層に形成
された二列のバイアホール導体群の間隔が伝送信号波長
の1/2より大きいものであっても良い。
【0010】
【作用】本発明の誘電体線路では、例えば、従来のセラ
ミックスの多層化技術により作製可能であり、また導体
損失の影響の大きいH面の導体層を一部取り除けるの
で、伝送特性の向上が図れる。
【0011】また、伝送路の導波路となる第2誘電体層
の線路部が周囲を帯状主導体層、バイアホール導体とか
らなるGNDで囲まれているので、帯状主導体層の間は
線路が開放された形となっているが、第1誘電体層およ
び第3誘電体層に形成された二列のバイアホール導体群
の間隔が伝送信号波長の1/2より小さいため、第1誘
電体層および第3誘電体層への電磁波の漏れが小さい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら説明する。図1は、本発明の誘電体線路の一形態を説
明するための概略斜視図である。図1において、符号1
は基体、2は帯状主導体層、3は帯状副導体層、4はバ
イアホール導体、6はこの構造による線路部である。図
1は導体が理解しやすいように透視図とした。
【0013】基体1は、第1誘電体層1a、第2誘電体
層1b、第3誘電体層1cから構成されており、これら
を順次積層して構成されている。これらの誘電体層1
a、1b、1cは、有機樹脂またはセラミックスあるい
はこれらの混合体から構成されており、この例では、誘
電体層1a、1b、1cは同一材料により構成されてい
る。
【0014】これらの誘電体層1a、1b、1cにはそ
れぞれバイアホール導体4が複数形成されており、二列
のバイアホール導体4群A、Bをそれぞれ構成してい
る。これらのバイアホール導体4は、第2誘電体層1b
を伝送する信号の波長の1/2以下の間隔dをおいて信
号伝送方向Xに形成されている。
【0015】また、基体1の上下面には、第1誘電体層
1aおよび第3誘電体層1cにそれぞれ形成されたバイ
アホール導体4を列毎に電気的に接続する一対の帯状副
導体層3がそれぞれ形成され、一方、第1誘電体層1a
と第2誘電体層1bのバイアホール導体4群A、B、お
よび第2誘電体層1bと第3誘電体層1cのバイアホー
ル導体4群A、Bを電気的に接続する一対の帯状主導体
層2が、第2誘電体層1bの上下面に帯状副導体層3と
平行にそれぞれ形成されている。
【0016】そして、第1誘電体層1aおよび第3誘電
体層1cに形成された二列のバイアホール導体4群A、
Bの間隔cが伝送信号波長の1/2より小さく、かつ、
第2誘電体層1bに形成された二列のバイアホール導体
4群A、Bの間隔bが伝送信号波長の1/2より大きく
形成されている。
【0017】図1における構造においては、第2誘電体
層1bのバイアホール導体4群A、Bおよび帯状主導体
層2によって囲まれる領域(断面がa×bの領域)が線
路部6となる。
【0018】本発明の誘電体線路は、従来の積層技術に
より容易に作製することができる。
【0019】例えば、誘電体を形成する所定厚みの有機
樹脂シートまたはセラミックシート或いは有機樹脂およ
びセラミックの混合物からなるシートにバイアホールを
形成してホール内に導体インクを充填し、バイアホール
導体を形成する。そして、前記シートの下面にスクリー
ン印刷法などにより、バイアホール導体と接続する帯状
副導体層を形成する(第1誘電体層のシート)。
【0020】また、上記と同様のシートにバイアホール
を形成してホール内に導体インクを充填し、バイアホー
ル導体を形成する。そして、前記シートの上下面にスク
リーン印刷法などにより、バイアホール導体と接続する
帯状主導体層を形成する(第2誘電体層のシート)。
【0021】さらに、上記と同様のシートにバイアホー
ルを形成してホール内に導体インクを充填し、バイアホ
ール導体を形成する。そして、前記シートの上面にスク
リーン印刷法などにより、バイアホール導体と接続する
帯状副導体層を形成する(第3誘電体層のシート)。
【0022】この後、図1に示すように積層し、誘電体
層が熱硬化性樹脂の場合には加熱硬化させ、セラミック
グリーンシートの場合には、積層後、焼成することによ
り作製することができる。
【0023】本発明では積層面を磁界と平行になるH面
(磁界と平行な導体面)として用いる。従って、第2誘
電体層1bのバイアホール導体4群A、Bの間隔bはλ
0 /2(λ0 は第2誘電体層1b中を伝播する信号の波
長)より大きく設定する必要があり、第2誘電体層1b
の厚みaはb/2程度とすることが望ましい。バイアホ
ール導体4群A、Bは電気的な壁を作る為のもので、バ
イアホール導体4の間隔dは電磁波の通らない間隔、す
なわちλ0 /2≧dに設定する必要がある。この間隔d
は特性を向上するという点からより小さい方が望まし
い。
【0024】また、一対の帯状主導体層2にはギャップ
Gが形成されているが、これを0とすると、線路部は、
前記した特開平6−53711号公報の誘電体線路と同
じになる。この場合、導波管と同様な構造をしているの
で、伝送損失は、誘電体および導体による損失に分けら
れる。さらに、導体損失は、導体層によるものと、バイ
アホール群によるものとに分けられる。
【0025】この誘電体線路を、積層面をH面とするT
E10モードで用いる場合、伝送信号の周波数をfとす
ると、H面(磁界と平行な導体面)を流れる電流は伝送
信号の周波数fには依存しないが、表皮抵抗は伝送信号
の周波数f1/2 に比例するため、H面の損失は伝送信号
の周波数f1/2 に比例して増大する。一方、電界と平行
なE面を流れる電流は伝送信号の周波数f2 に反比例す
るため、E面の損失はf-3/2となり、周波数が高くなる
につれて減少する性質がある。したがって、導体損失の
寄与の大きいH面を取り除くことにより、伝送特性の向
上を図ることができる。
【0026】しかし、H面をそのまま取り除くと電磁波
は漏れてしまうため、伝送させる領域に閉じ込めておく
必要がある。ところで、2枚の金属平板がある場合、遮
断周波数が0の最低次のモードを除けば、平板の距離が
伝送信号波長の1/2未満であれば伝播できない性質が
ある。そこで、本発明ではH面に一定の幅のギャップG
を形成し、その上下にバイアホール導体4群A、Bによ
り電気的な壁を信号が遮断される間隔で構成することに
より上記問題点の解決を図ったものである。
【0027】すなわち、第2誘電体層1bのバイアホー
ル導体4群A、Bの間隔bをλ0 /2<b、第1誘電体
層1aおよび第3誘電体層1cに形成された二列のバイ
アホール導体4群A、Bの間隔cをλ0 /2>cとする
ことにより、図1に示す線路部6の領域では電磁波は伝
播できるが、その上下方向には電磁波は伝播できない。
その結果、電磁波を周囲に漏らすことなく、H面の一部
を取り除くことができ、伝送損失が低減されるのであ
る。なお、遮断波長0のモードは上下に漏れてしまう
が、給電部でこのモードを避けて給電すればよい。
【0028】また、上記態様では、誘電体層1a、1
b、1cからなる基体について説明したが、本発明で
は、上記態様に限定されるものではなく、第1誘電体層
の上面および/または第3誘電体層の下面に、帯状副導
体層を被覆するように絶縁層を形成しても良い。即ち、
基板内部に誘電体線路を形成する場合に適用できる。
【0029】さらに、上記例では、第1誘電体層1aと
第3誘電体層1cのバイアホール導体4群A、Bの間隔
は同一間隔cである例について説明したが、本発明では
上記例に限定されるものではなく、伝送信号波長の1/
2より小さいという条件を満足するものであれば、第1
誘電体層1aと第3誘電体層1cのバイアホール導体4
群A、Bの間隔は異なるものであっても良い。
【0030】さらにまた、誘電体層1a、1b、1cを
同一誘電体材料により形成した例について説明したが、
本発明では上記例に限定されるものではなく、誘電体層
1a、1b、1cを異なる材料により形成しても良い。
この場合に、第2誘電体層1bの誘電率を、他の第1お
よび第3誘電体層1a、1cよりも大きくすることによ
り、伝送効率をさらに向上することができる。
【0031】図2は、他の誘電体線路を示すもので、こ
の図においては、上記した誘電体線路の第3誘電体層を
除去し、第2誘電体層の上面を空気に露出させた形状と
なっている。即ち、第1誘電体層11aおよび第2誘電
体層11bを順次積層して基体11が形成されており、
各誘電体層11a、11bには、伝送信号波長の1/2
以下の間隔dをおいて信号伝送方向Xに二列のバイアホ
ール導体群A、Bが形成されている。
【0032】基体11の上下面には、第1誘電体層11
aおよび第2誘電体層11bに形成されたバイアホール
導体14を列毎に電気的に接続する一対の帯状副導体層
13が形成され、第2誘電体層11bの下面には、第2
誘電体層11bと第1誘電体層11aのバイアホール導
体群A、Bをそれぞれ電気的に接続する一対の帯状主導
体層12が形成されている。
【0033】そして、第1誘電体層11aに形成された
二列のバイアホール導体群A、Bの間隔cがそれぞれ伝
送信号波長の1/2より小さく、かつ、第2誘電体層1
1bに形成された二列のバイアホール導体群A、Bの間
隔bが伝送信号波長の1/2より大きく形成されてい
る。
【0034】このような誘電体線路では、第2誘電体層
11bの上面には、一対の帯状副導体層13が所定間隔
を置いて形成され、その間は開口しているが、空気と接
しているため、その界面で電磁波の反射が生じる。よっ
て、上面が空気との界面により、下面が第1誘電体層1
1aのバイアホール導体群A、Bにより、側面がバイア
ホール導体群A、Bにより囲まれた線路部が形成される
ことになる。
【0035】尚、第2誘電体層11bの上面に、この第
2誘電体層11bよりも低誘電率の誘電体層を形成して
も、この低誘電率層で電磁波の反射が生じるので、上記
例と同様の効果が得られる。この場合には、基板に内蔵
することが可能となる。
【0036】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体線路
は、バイアホール群により疑似的な金属壁を構成し、こ
の間を伝播する電磁波の性質を利用することにより、伝
送損失の寄与の大きいH面の導体部分を少なくして、伝
送特性を向上させることができる。また、従来の多層化
技術により作製可能であるため、生産性に優れ、配線基
板等に容易に利用可能な誘電体線路を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘電体線路の一形態を示す斜視図である。
【図2】誘電体線路の他の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
1、11・・・基体 1a、11a・・・第1誘電体層 1b、11b・・・第2誘電体層 1c・・・第3誘電体層 2、12・・・帯状主導体層 3、13・・・帯状副導体層 4、14・・・バイアホール導体 6・・・線路部 A、B・・・バイアホール導体群

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1誘電体層、第2誘電体層および第3誘
    電体層を順次積層してなる基体と、前記各誘電体層にそ
    れぞれ形成され、伝送信号波長の1/2以下の間隔dを
    おいて信号伝送方向に形成された二列のバイアホール導
    体群と、前記基体の上下面に形成され、前記第1誘電体
    層および第3誘電体層に形成されたバイアホール導体を
    列毎に電気的に接続する一対の帯状副導体層と、前記第
    2誘電体層の上下面に形成され、前記第1誘電体層と前
    記第2誘電体層のバイアホール導体群、および前記第2
    誘電体層と前記第3誘電体層のバイアホール導体群を電
    気的に接続する一対の帯状主導体層とを具備するととも
    に、前記第1誘電体層および第3誘電体層に形成された
    二列のバイアホール導体群の間隔がそれぞれ伝送信号波
    長の1/2より小さく、かつ、前記第2誘電体層に形成
    された二列のバイアホール導体群の間隔が伝送信号波長
    の1/2より大きいことを特徴とする誘電体線路。
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