JP3732952B2 - 高周波伝送線路の接続方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝達するための高周波伝送線路を有する回路基板や高周波用半導体素子収納用パッケージ等をキャリア基板に実装する際などに両者の高周波伝送線路を接続するための高周波伝送線路の接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年に至り、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を利用した通信システム、例えばＩＤカードシステム・無線ＬＡＮ・車載レーダ等のシステムの開発が盛んに行なわれており、これらの機器に使用される配線基板や高周波素子収納用パッケージ等の高周波用回路基板を高性能化することが求められている。
【０００３】
このような高周波用回路基板の高周波伝送線路を他の高周波用回路基板の高周波伝送線路と接続する場合、例えば高周波用回路基板のキャリア基板への実装においては、従来、高周波伝送線路同士をワイヤや金リボン、あるいは導電性接続部材、例えば半田バンプ等の導電性ボールにより接続されていた。
【０００４】
このうち、高周波伝送線路同士を導電性ボールにより接続した例を図８に断面図で示す。図８において、１は高周波用回路基板、２はキャリア基板、３は導電性ボールであり、４は高周波用回路基板１中に形成された高周波伝送線路としてのストリップライン、５はストリップライン４の一端に接続され、高周波伝送線路を基板１表面に引き出すための貫通導体、６はキャリア基板２上に形成された高周波伝送線路としてのマイクロストリップライン、７・８はグランド導電層である。従来は、このような高周波伝送線路の接続構造により、高周波用回路基板１の高周波伝送線路（ストリップライン４）とキャリア基板２の高周波伝送線路（マイクロストリップライン６）とを導電性ボール３により接続して高周波信号の伝送が行なわれていた。
【０００５】
ところで、これら高周波用回路基板に用いられる高周波伝送線路としては、一般的には上記のようなマイクロストリップラインやストリップラインが主に用いられているが、近年、図５に概略斜視図で示すような、例えば特開平６−53711 号公報に開示されている誘電体導波管線路や、図６または図７に概略斜視図で示すような、本発明者等が提案している誘電体導波管線路または積層型導波管が用いられるようになってきている。
【０００６】
図５および図６において、11は誘電体基板、12・13は誘電体基板11を挟持する一対の主導体層、14は信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層12・13間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群である。
【０００７】
図５および図６によれば、所定の厚みａの誘電体基板11を挟持する位置に一対の主導体層12・13が形成されており、主導体層12・13は誘電体基板11の少なくとも導波管線路形成位置を挟む上下面に形成されている。また、主導体層12・13間には主導体層12と13とを電気的に接続するスルーホール導体やビアホール導体等の貫通導体が多数設けられ、２列の側壁用貫通導体群14を形成している。
【０００８】
２列の側壁用貫通導体群14は、所定間隔（幅）ｂをもって、信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の所定間隔ｃをもって形成されており、これによりこの誘電体導波管線路における側壁を形成している。
【０００９】
ここで、シングルモードで用いる場合には誘電体基板11の厚みａすなわち一対の主導体層12・13間の間隔を間隔ｂに対して２分の１程度または２倍程度とすることがよく、図５および図６の例では誘電体導波管のＨ面とＥ面に当たる部分がそれぞれ主導体層12・13と側壁用貫通導体群14で形成され、間隔ｂに対して厚みａを２倍程度とすれば、誘電体導波管のＥ面とＨ面に当たる部分がそれぞれ主導体層12・13と側壁用貫通導体群14で形成されることとなる。また、間隔ｃが信号波長（遮断波長）の２分の１未満の間隔に設定されることで側壁用貫通導体群14が電気的な壁を形成している。
【００１０】
このような構成により、平行に配置された一対の主導体層12・13間にはＴＥＭ波が伝播できるため、側壁用貫通導体群14の間隔ｃが信号波長λの２分の１よりも大きいと、この導波管線路に電磁波を給電しても、ここで作られる疑似的な導波管に沿って伝播しない。しかし、側壁用貫通導体群14の間隔ｃが信号波長λの２分の１よりも小さいと、電磁波は導波管線路に対して積層面内の垂直方向に伝播することができず、反射しながら導波管線路の信号伝送方向に伝播される。その結果、図５および図６の構成によれば、一対の主導体層12・13および２列の側壁用貫通導体群14によって囲まれる断面積がａ×ｂのサイズの領域が誘電体導波管線路15となる。
【００１１】
また、図６における16は側壁用貫通導体群14の各列を形成する貫通導体同士を電気的に接続する、主導体層12・13と平行に形成された副導体層であり、所望により適宜形成される。このような副導体層16を形成することにより、誘電体導波管線路15の内部から見ると線路の側壁は側壁用貫通導体群14と副導体層16とによって細かな格子状になり、線路からの電磁波の遮蔽効果をさらに高めることができる。
【００１２】
なお、これらの態様では側壁用貫通導体群14は２列に形成したが、この側壁用貫通導体群14を４列あるいは６列に配設して、側壁用貫通導体群14による疑似的な導体壁を２重・３重に形成することにより、導体壁からの電磁波の漏れをより効果的に防止することができる。
【００１３】
図５および図６に示すような誘電体導波管線路によれば、誘電体導波管による伝送線路となるので、その導波管サイズは誘電体基板11の比誘電率をεとすると通常の導波管の１／√εの大きさになる。従って、誘電体基板11を比誘電率εの大きい材料によって構成するほど、導波管サイズは小さくすることができ、高密度に配線が形成される多層配線基板または半導体素子収納用パッケージあるいは車間レーダの伝送線路として利用可能な大きさになるというものである。
【００１４】
次に、図７において、21は誘電体層、22は導体層、23はビア導体やスルーホール導体等の貫通導体、24はこの構造により構成される導波管線路である。なお、誘電体層21は導体層22群と貫通導体23群とにより構成される導体部の空間にも充填されている。
【００１５】
図７によれば、厚さＣの誘電体層21が複数層積層され、各々の誘電体層21には導波管線路24の断面形状の輪郭に沿って誘電体層21の積層方向に所定間隔をもって多数の貫通導体23が形成されている。また、貫通導体23群には、すべての貫通導体23群と電気的に接続し、貫通導体23群を取り囲むように、複数の導体層22が互いに平行に形成されている。なお、導体層22群は、貫通導体23群の形成間隔および厚みＣ、つまり導体層22群の間隔は、伝播する高周波信号の波長の２分の１よりも小さい間隔で形成されている。
【００１６】
このような構成により、この縦型の積層型の導波管線路24は、積層方向に延びる貫通導体23群と、平行に形成された複数の導体層22群との格子面によって導波管壁が形成される。
【００１７】
図７のような積層型導波管線路によれば、導波管線路24内に入力された高周波信号（電磁波）は貫通導体23群および導体層22群間から外部に漏れることなく導波管線路24内を伝播し、これにより、この例の場合であれば、断面形状がＡ×Ｂの矩形の導波管線路24を積層方向に構成することができるというものである。
【００１８】
そして、これら図５〜図７に示したような導波管線路は、マイクロストリップラインやストリップラインに比べ伝送特性が優れている特長がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示したような従来の高周波伝送線路の接続構造では、ストリップ線路４から垂直に高周波伝送線路を落とすために貫通導体５を用いているが、この伝送線路が垂直方向に変化する不連続点においてパラレルプレートモードが発生し、高周波信号の一部が放射することにより伝送特性が劣化するという問題点があった。また、一般に貫通導体５および導電性ボール３ではストリップラインと特性インピーダンスが大きく異なるため、そこで高周波信号の反射が発生するという問題点があった。さらに、高周波信号が高周波用回路基板１からキャリア基板２に入ってマイクロストリップライン６に伝播しても、マイクロストリップライン６上に上部の高周波用回路基板１のある部分とない部分とで線路における特性インピーダンスが異なるために、マイクロストリップライン６の途中で高周波信号の反射が発生するという問題点もあった。
【００２０】
一方、図５〜図７に示したような誘電体導波管線路や積層型導波管線路を用いて高周波伝送線路同士を接続する構造も考えられ、この場合には上記のような特性インピーダンスの不一致は少なく、不要放射等の問題はないが、導波管線路の接続部分において接続のために給電ピンを必要とするため、この給電ピンの特性により用いることができる周波数帯域が狭くなるという問題点があった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、高周波用回路基板または高周波素子収納用パッケージをキャリア基板に実装して接続する場合のような高周波伝送線路の接続方法において、高周波信号の不要放射や反射が少なく、また容易に接続可能な高周波伝送線路の接続方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点に対して検討を重ねた結果、高周波伝送線路として誘電体線路・積層型導波管・ＮＲＤ（Non Radiative Dielectric）ガイド等の中心導体を持たない高周波伝送線路を用い、これらの接続部においてその高周波伝送線路を構成する接地導体層に結合用の窓としての開口部を開けてこれら開口部を対向させ、その開口の周囲に導電性ボール等の導電性接続部材を信号波長の２分の１未満の間隔で並べることにより、高周波信号の不要放射や反射を抑制して、しかも容易に電磁気的に高周波信号を接続することができ、これにより優れた接続方法を提供できることを見出した。
【００２３】
さらに、上記構造において開口部間に導電性接続部材の高さ分だけの空気層が形成されることにより生じる特性インピーダンスの不連続をできるだけ緩和するために、この開口部間の隙間に高周波伝送線路の内部に用いられている誘電体と同程度あるいは所定比率の比誘電率を持つ誘電体樹脂を充填することにより、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法が提供できることを見出した。
【００２４】
本発明の高周波伝送線路の接続方法は、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の高周波伝送線路の接続方法によれば、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填するようにしたことから、開口部が形成された接地導体層間または接地導体板間を接続した導電性接続部材の間から電磁波は漏れることがなく、従って、第１および第２の高周波伝送線路の接続部で電磁波が漏れないことにより、容易に電磁気的に高周波信号を接続することができる、優れた高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００２７】
また、高周波伝送線路の接続部分において開口部間に導電性接続部材の高さ分の比誘電率の不連続部分が介在することにより生じる特性インピーダンスの不連続を緩和することができ、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の例について図１〜図４に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図１（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図１（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００３０】
これらの図において、31は高周波用回路基板、32はキャリア基板、33は導電性ボール等の導電性接続部材である。高周波用回路基板31には、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層34・35と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層34・35間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体36群とを具備する第１の誘電体導波管線路（高周波伝送線路）38が形成されている。また、キャリア基板32中にも同様に、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層39・40と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層39・40間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体41群とを具備する第２の誘電体導波管線路（高周波伝送線路）43が形成されている。なお、37および42は副導体層であり、それぞれ主導体層34・35、39・40間に主導体層と平行に形成され、側壁用貫通導体36、41群と電気的に接続されている。
【００３１】
また、35ａは第１の誘電体導波管線路38の一方の主導体層35に形成された結合用窓としての開口部であり、39ａは第２の誘電体導波管線路43の一方の主導体層39に形成された結合用窓としての開口部である。これら開口部35ａ・39ａは、それぞれその開口の中心が高周波伝送線路38・43の端面より管内波長の２分の１程度となるように設定する。これにより、高周波伝送線路38（43）を伝播してきた電磁波と端面で反射した電磁波とが同位相となり強め合うので、開口部35ａ（39ａ）での結合が強いものとなる。
【００３２】
そして、第１の高周波伝送線路38と第２の高周波伝送線路43とをその開口部35ａ・39ａ同士で接続するための導電性接続部材33は、対向させた開口部35ａ・39ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば主導体層35および39に接合させることにより開口部35ａ・39ａを接続する。この導電性接続部材33間の隙間は狭い程高周波信号の漏れが少なくなって良好な接続ができるので、導電性接続部材33の中心間の間隔を上記のように設定して、導電性接続部材33間の隙間を上記の間隔より狭いものとすることが望ましい。
【００３３】
また、導電性接続部材33の大きさは、開口に沿った方向の幅については、実際に用いることができれば特に制限はない。また、それに直交する方向の厚みについても、同様に特に制限はない。
【００３４】
一方、開口部35ａ・39ａ間の隙間に相当する導電性接続部材33の高さも、高周波信号の漏れを抑制するためにできるだけ小さくすることが望ましく、例えば信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下とするとよい。このように、導電性接続部材33の間隔および高さをできるだけ小さくすることにより、この接続部分からの高周波信号の漏れをなくすことができ、良好な高周波特性を有する接続構造とすることができる。
【００３５】
このような導電性接続部材33としては、例えば半田バンプや金バンプ等のような導電性ボール、あるいは銅・銀・モリブデン・タングステン等を用いた厚膜印刷によるものなどを用いることができ、接続する高周波伝送線路やその高周波伝送線路が形成された高周波用回路基板等の仕様ならびに伝送する高周波信号の条件等に応じて適宜選択される。
【００３６】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板31に形成された積層型の第１の誘電体導波管線路38の内部を伝播してきた高周波信号は、一方の主導体層35に設けた結合用窓としての開口部35ａから導電性接続部材33を介して、キャリア基板32内の積層型の第２の誘電体導波管線路43とその主導体層39の開口部39ａを通って結合し、その後、第２の誘電体導波管線路43に沿って伝播して行く。
【００３７】
しかも、このような接続構造によれば、従来のように信号線導体を導電性部材で接続するのではなく、高周波信号の伝播領域を形成する接地導体を導電性部材で接続するため、接続の位置精度を緩和することができ、また、エネルギーの導体損失も低減できることから、高周波伝送線路同士を容易に接続することができる。
【００３８】
なお、この例では、高周波伝送線路として図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合を示したが、まったく同様にして、図５に示した誘電体導波管線路を用いてもよい。これら誘電体導波管線路を高周波伝送線路に用いた場合には、結合部において電磁界が多少乱れたとしても、マイクロストリップ線路等と異なり、電磁波を伝送線路内に閉じ込める構造となっているため、電磁波の漏れがない優れたものとなる。
【００３９】
次に、図２は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として図７に示す縦型の積層型導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図２（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図２（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００４０】
これらの図において、51は高周波用回路基板、52はキャリア基板、53は導電性接続部材である。高周波用回路基板51には、誘電体から成る基板に、導波管線路57の断面形状の開口を有する複数層の導体層54および55が所定間隔で互いに平行に形成されるとともに、その断面形状の輪郭に沿って所定間隔をもって多数の貫通導体56が形成され、導体層54および55は貫通導体56群を取り囲むようにしてすべての貫通導体56群を電気的に接続しており、これにより縦型の第１の積層型導波管線路（高周波伝送線路）57が形成されている。また、キャリア基板52中にも同様に、誘電体から成る基板に、導波管線路61の断面形状の開口を有する複数層の導体層58および59が所定間隔で互いに平行に形成されるとともに、その断面形状の輪郭に沿って所定間隔をもって多数の貫通導体60が形成され、導体層58および59は貫通導体60群を取り囲むようにしてすべての貫通導体60群を電気的に接続しており、これにより縦型の第２の積層型導波管線路（高周波伝送線路）61が形成されている。
【００４１】
また、高周波用回路基板51の表面に位置する導体層54には結合用窓としての開口部54ａが形成され、キャリア基板52の表面に位置する導体層58にも結合用窓としての開口部58ａが形成されており、これら開口部54ａ・58ａが互いに対向している。
【００４２】
そして、第１の高周波伝送線路57と第２の高周波伝送線路61とをその開口部54ａ・58ａ同士で接続するための導電性接続部材53は、対向させた開口部54ａ・58ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば導体層54および58に接合させることにより開口部54ａ・58ａを接続する。
【００４３】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板51に形成された縦型の第１の積層型導波管線路57の内部を伝播してきた高周波信号は、導体層54に設けた結合用窓としての開口部54ａから導電性接続部材53を介して、キャリア基板52内の縦型の第２の積層型導波管線路61とその導体層58の開口部58ａを通って結合し、その後、第２の積層型導波管線路61に沿って伝播して行く。
【００４４】
この例のように積層型導波管線路を高周波伝送線路に用いた場合には、図６に示した積層型の誘電体導波管線路を用いた場合と同様に、電磁波を伝送線路内に閉じ込める構造となっているため、結合部において電磁界が多少乱れたとしても電磁波の漏れがない優れたものとなる。
【００４５】
次に、図３は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として、高周波用回路基板にはＮＲＤガイドを、キャリア基板には図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図３（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図３（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００４６】
これらの図において、71は高周波用回路基板、72はキャリア基板、73は導電性接続部材である。高周波用回路基板71には、高周波信号の半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板74・75間に、導体板74・75間に存在する誘電体媒質（通常は空気、あるいは誘電体ストリップ76よりも小さな誘電率の誘電体）よりも大きな誘電率を有する所定幅の誘電体ストリップ76が挿入されており、これにより第１の高周波伝送線路としてＮＲＤガイド77が形成されている。
【００４７】
ここで、ＮＲＤガイド77について簡単に説明する。半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板74・75に平行に偏波した電磁波は遮断されて伝搬しない。このような遮断平行平板導体路に所定幅の誘電体ストリップ76を挿入すると、誘電体ストリップ76中では伝搬波長が短縮されるため遮断状態が解消され、誘電体ストリップ76に沿って電磁波を伝搬させることができる。この場合、誘電体ストリップ76が曲がっていても導体板74・75の遮断効果により放射波は伝搬せず、伝搬エネルギーはほとんど誘電体ストリップ76中に閉じ込められるので、不要放射や放射損失が抑制され、周囲への影響を生じることもなく、極めて高性能な誘電体線路となるものである。
【００４８】
一方、キャリア基板72中には、図１に示したキャリア基板31と同様に、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層78・79と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層78・79間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体80群とを具備する第２の高周波伝送線路である誘電体導波管線路82が形成されている。なお、81は副導体層であり、主導体層78・79間に主導体層と平行に形成され、側壁用貫通導体80群と電気的に接続されている。
【００４９】
なお、この場合の誘電体導波管線路82は、ＮＲＤガイド77における伝播モードが通常はＬＳＭモードで用いられる（導体板74・75はＥ面になる）ため、主導体層78・79がＥ面となるように用いる必要がある。また、この場合、誘電体導波管線路82は図５に示した副導体層を具備しない誘電体導波管線路では代用できない。ただし、主導体層78に形成する開口部78ａの形状をスロット形状とすることにより、誘電体導波管線路82の主導体層78・79をＨ面となるように用いることができる。
【００５０】
また、高周波用回路基板71の一方の導体板75には結合用窓としての開口部75ａが形成され、キャリア基板72の表面に位置する導体層78にも結合用窓としての開口部78ａが形成されており、これら開口部75ａ・78ａが互いに対向している。
【００５１】
なお、この例の場合におけるこれら開口部75ａ・78ａは、それぞれその開口の中心が誘電体導波管線路82の端面より管内波長の２分の１程度となり、ＮＲＤガイド77の端面より管内波長の４分の１程度となるように設定する。これにより、誘電体導波管線路82を伝播してきた電磁波とその端面で反射した電磁波とが強め合う位置と、ＮＲＤガイド77を伝送方向に伝播する電磁波とその端面で反射した電磁波とが強め合う位置とが一致するので、結合が強いものとなる。ただし、より良い位置は電磁界解析により決定する必要がある。
【００５２】
そして、第１の高周波伝送線路77と第２の高周波伝送線路82とをその開口部75ａ・78ａ同士で接続するための導電性接続部材73は、対向させた開口部75ａ・78ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば導体板75および主導体層78に接合させることにより開口部75ａ・78ａを接続する。
【００５３】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板71に形成されたＮＲＤガイド77の内部を伝播してきた高周波信号は、導体板75に設けた結合用窓としての開口部75ａから導電性接続部材73を介して、キャリア基板72内の誘電体導波管線路82とその主導体層78の開口部78ａを通って結合し、その後、誘電体導波管線路82に沿って伝播して行く。
【００５４】
この例のようにＮＲＤガイドを高周波伝送線路に用いた場合には、例えば、平面型のアンテナ基板をＮＲＤガイドの上に形成し、本発明の接続方法に係る接続構造を用いることにより、ＮＲＤガイドについて確立されたフィルタや方向性結合器・サーキュレータ・発振器・ミクサ等の技術を利用して、容易にレーダモジュールが形成できるものとなる。
【００５５】
本発明の高周波伝送線路の接続方法においては、図３に示した実施の形態の例のように、高周波用回路基板およびキャリア基板に形成された高周波伝送線路、すなわち本発明の接続方法により接続する高周波伝送線路には、必ずしも同種類の高周波伝送線路を用いる必要はない。例えば、誘電体導波管線路と積層型導波管線路とを接続する場合や誘電体導波管線路とＮＲＤガイドとを接続する場合であっても、高周波伝送線路として導波管線路内に中心導体を有しないものであれば、結合部での電磁界の乱れによる電磁波の漏れがないので望ましいものとなる。また、多少の電磁波の漏れを許容できるならば、ストリップ線路やマイクロストリップ線路・コプレーナ線路等の中心導体を有するものであってもこのような開口部を対向させて導電性接続部材により接続することによって結合することができ、その開口の周囲に導電性接続部材を所定間隔で配置することにより、損失の少ない接続方法を提供することができる。
【００５６】
また、開口部は、電磁的に結合するための、接地導体に開けられた電気的な穴であり、図に示したような結合用の窓の形状であっても、あるいは細長い形状としたいわゆるスロットであってもよい。
【００５７】
なお、上記の実施の形態の各例では、開口部同士の接続部において、高周波用回路基板とキャリア基板との間、すなわち第１の高周波伝送線路と第２の高周波伝送線路の開口部間に、導電性接続部材の高さ分の空気層が介在することとなる。このため、ここでの特性インピーダンスが第１および第２の高周波伝送線路に対して不一致となり反射が発生することがある。
【００５８】
これに対しては、接続部の高周波用回路基板とキャリア基板との間、すなわち第１および第２の高周波伝送線路の開口部間ならびにその開口の周囲に配置された導電性接続部材の周囲に誘電体樹脂を充填することによって、特性インピーダンスの不一致を緩和し、高周波信号の反射を抑制することができる。
【００５９】
図４はそのような誘電体樹脂を充填した本発明の実施の形態の例を示す断面図であり、図１（ａ）と同様の本発明の接続方法に係る接続構造を例にとって図示し、図１（ａ）と同様の箇所には同じ符号を付してある。
【００６０】
図４に示すように、第１の高周波伝送線路38の開口部35ａと第２の高周波伝送線路43の開口部39ａとを対向させ、開口部35ａ・39ａ間をその開口に沿って高周波信号の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材33を介して接続し、それら開口部35ａ・39ａ間ならびにその開口の周囲に配置された導電性接続部材33の周囲に誘電体樹脂44を注入固化する等して充填することにより、この開口部35ａ・39ａ間における高周波伝送線路38・43との特性インピーダンスの不一致は緩和することができる。
【００６１】
また、この誘電体樹脂44として、半導体素子のフリップチップ実装において使用される半導体素子を固定するためのいわゆるアンダーフィル樹脂を用いた場合には、誘電体樹脂44が誘電体媒質として開口部35ａ・39ａ間に介在するとともに、高周波用回路基板31とキャリア基板32とを機械的に接合させることもでき、耐環境性や信頼性に優れた安定した接続構造とすることができる。
【００６２】
さらに、誘電体樹脂44の比誘電率を高周波伝送線路の内部の誘電体の比誘電率の0.25倍〜４倍程度にすることで、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造における開口部境界と高周波伝送線路入力ポート間のＶＳＷＲ（電圧定在波比）を２以下にすることができ、良好な高周波特性を有する接続構造とすることができる。
【００６３】
このような誘電体樹脂44としては、例えば反応硬化性や熱硬化性・光硬化性の誘電体樹脂等を用いることができ、中でも光硬化性の誘電体樹脂を用いると、一定の波長の光を照射するだけで容易に硬化させることができるので好ましい。
【００６４】
また、誘電体樹脂44を開口部35ａ・39ａ間ならびに導電性接続部材33の周囲に充填するには、例えば高周波用回路基板31とキャリア基板32との間に粘度を調整した誘電体樹脂44を一方から注入すれば、表面張力により自然に充填させることができる。
【００６５】
なお、本発明は以上の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、導電性接続部材は開口部の周囲からやや距離をおいて配置してもよいし、開口部の形状は円形や楕円形・スロット形としてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の高周波伝送線路の接続方法によれば、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填するようにしたことから、開口部が形成された接地導体層間または接地導体板間を接続した導電性接続部材の間から電磁波が漏れることがなく、従って、第１および第２の高周波伝送線路の接続部で電磁波が漏れないことにより、容易に電磁気的に高周波信号を接続することができる、優れた高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００６７】
また、高周波伝送線路の接続部分において開口部間に生じる特性インピーダンスの不連続を緩和することができ、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００６８】
以上により、本発明によれば、高周波用回路基板または高周波素子収納用パッケージをキャリア基板に実装して接続する場合のような高周波伝送線路の接続方法において、高周波信号の不要放射や反射が少なく、また容易に接続可能な高周波伝送線路の接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図２】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図３】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図４】本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】誘電体導波管線路の例を示す概略斜視図である。
【図６】誘電体導波管線路の他の例を示す概略斜視図である。
【図７】縦型の積層型誘電体導波管の例を示す概略斜視図である。
【図８】従来の高周波信号の接続方法の例を示す断面図である。
【符号の説明】
38、57、77・・・・・第１の高周波伝送線路
35ａ、54ａ、75ａ・・・開口部
43、61、82・・・・・第２の高周波伝送線路
39ａ、58ａ、78ａ・・・開口部
33、53、73・・・・・導電性接続部材
44・・・・・・・・・誘電体樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝達するための高周波伝送線路を有する回路基板や高周波用半導体素子収納用パッケージ等をキャリア基板に実装する際などに両者の高周波伝送線路を接続するための高周波伝送線路の接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年に至り、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を利用した通信システム、例えばＩＤカードシステム・無線ＬＡＮ・車載レーダ等のシステムの開発が盛んに行なわれており、これらの機器に使用される配線基板や高周波素子収納用パッケージ等の高周波用回路基板を高性能化することが求められている。
【０００３】
このような高周波用回路基板の高周波伝送線路を他の高周波用回路基板の高周波伝送線路と接続する場合、例えば高周波用回路基板のキャリア基板への実装においては、従来、高周波伝送線路同士をワイヤや金リボン、あるいは導電性接続部材、例えば半田バンプ等の導電性ボールにより接続されていた。
【０００４】
このうち、高周波伝送線路同士を導電性ボールにより接続した例を図８に断面図で示す。図８において、１は高周波用回路基板、２はキャリア基板、３は導電性ボールであり、４は高周波用回路基板１中に形成された高周波伝送線路としてのストリップライン、５はストリップライン４の一端に接続され、高周波伝送線路を基板１表面に引き出すための貫通導体、６はキャリア基板２上に形成された高周波伝送線路としてのマイクロストリップライン、７・８はグランド導電層である。従来は、このような高周波伝送線路の接続構造により、高周波用回路基板１の高周波伝送線路（ストリップライン４）とキャリア基板２の高周波伝送線路（マイクロストリップライン６）とを導電性ボール３により接続して高周波信号の伝送が行なわれていた。
【０００５】
ところで、これら高周波用回路基板に用いられる高周波伝送線路としては、一般的には上記のようなマイクロストリップラインやストリップラインが主に用いられているが、近年、図５に概略斜視図で示すような、例えば特開平６−53711 号公報に開示されている誘電体導波管線路や、図６または図７に概略斜視図で示すような、本発明者等が提案している誘電体導波管線路または積層型導波管が用いられるようになってきている。
【０００６】
図５および図６において、11は誘電体基板、12・13は誘電体基板11を挟持する一対の主導体層、14は信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層12・13間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体群である。
【０００７】
図５および図６によれば、所定の厚みａの誘電体基板11を挟持する位置に一対の主導体層12・13が形成されており、主導体層12・13は誘電体基板11の少なくとも導波管線路形成位置を挟む上下面に形成されている。また、主導体層12・13間には主導体層12と13とを電気的に接続するスルーホール導体やビアホール導体等の貫通導体が多数設けられ、２列の側壁用貫通導体群14を形成している。
【０００８】
２列の側壁用貫通導体群14は、所定間隔（幅）ｂをもって、信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の所定間隔ｃをもって形成されており、これによりこの誘電体導波管線路における側壁を形成している。
【０００９】
ここで、シングルモードで用いる場合には誘電体基板11の厚みａすなわち一対の主導体層12・13間の間隔を間隔ｂに対して２分の１程度または２倍程度とすることがよく、図５および図６の例では誘電体導波管のＨ面とＥ面に当たる部分がそれぞれ主導体層12・13と側壁用貫通導体群14で形成され、間隔ｂに対して厚みａを２倍程度とすれば、誘電体導波管のＥ面とＨ面に当たる部分がそれぞれ主導体層12・13と側壁用貫通導体群14で形成されることとなる。また、間隔ｃが信号波長（遮断波長）の２分の１未満の間隔に設定されることで側壁用貫通導体群14が電気的な壁を形成している。
【００１０】
このような構成により、平行に配置された一対の主導体層12・13間にはＴＥＭ波が伝播できるため、側壁用貫通導体群14の間隔ｃが信号波長λの２分の１よりも大きいと、この導波管線路に電磁波を給電しても、ここで作られる疑似的な導波管に沿って伝播しない。しかし、側壁用貫通導体群14の間隔ｃが信号波長λの２分の１よりも小さいと、電磁波は導波管線路に対して積層面内の垂直方向に伝播することができず、反射しながら導波管線路の信号伝送方向に伝播される。その結果、図５および図６の構成によれば、一対の主導体層12・13および２列の側壁用貫通導体群14によって囲まれる断面積がａ×ｂのサイズの領域が誘電体導波管線路15となる。
【００１１】
また、図６における16は側壁用貫通導体群14の各列を形成する貫通導体同士を電気的に接続する、主導体層12・13と平行に形成された副導体層であり、所望により適宜形成される。このような副導体層16を形成することにより、誘電体導波管線路15の内部から見ると線路の側壁は側壁用貫通導体群14と副導体層16とによって細かな格子状になり、線路からの電磁波の遮蔽効果をさらに高めることができる。
【００１２】
なお、これらの態様では側壁用貫通導体群14は２列に形成したが、この側壁用貫通導体群14を４列あるいは６列に配設して、側壁用貫通導体群14による疑似的な導体壁を２重・３重に形成することにより、導体壁からの電磁波の漏れをより効果的に防止することができる。
【００１３】
図５および図６に示すような誘電体導波管線路によれば、誘電体導波管による伝送線路となるので、その導波管サイズは誘電体基板11の比誘電率をεとすると通常の導波管の１／√εの大きさになる。従って、誘電体基板11を比誘電率εの大きい材料によって構成するほど、導波管サイズは小さくすることができ、高密度に配線が形成される多層配線基板または半導体素子収納用パッケージあるいは車間レーダの伝送線路として利用可能な大きさになるというものである。
【００１４】
次に、図７において、21は誘電体層、22は導体層、23はビア導体やスルーホール導体等の貫通導体、24はこの構造により構成される導波管線路である。なお、誘電体層21は導体層22群と貫通導体23群とにより構成される導体部の空間にも充填されている。
【００１５】
図７によれば、厚さＣの誘電体層21が複数層積層され、各々の誘電体層21には導波管線路24の断面形状の輪郭に沿って誘電体層21の積層方向に所定間隔をもって多数の貫通導体23が形成されている。また、貫通導体23群には、すべての貫通導体23群と電気的に接続し、貫通導体23群を取り囲むように、複数の導体層22が互いに平行に形成されている。なお、導体層22群は、貫通導体23群の形成間隔および厚みＣ、つまり導体層22群の間隔は、伝播する高周波信号の波長の２分の１よりも小さい間隔で形成されている。
【００１６】
このような構成により、この縦型の積層型の導波管線路24は、積層方向に延びる貫通導体23群と、平行に形成された複数の導体層22群との格子面によって導波管壁が形成される。
【００１７】
図７のような積層型導波管線路によれば、導波管線路24内に入力された高周波信号（電磁波）は貫通導体23群および導体層22群間から外部に漏れることなく導波管線路24内を伝播し、これにより、この例の場合であれば、断面形状がＡ×Ｂの矩形の導波管線路24を積層方向に構成することができるというものである。
【００１８】
そして、これら図５〜図７に示したような導波管線路は、マイクロストリップラインやストリップラインに比べ伝送特性が優れている特長がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示したような従来の高周波伝送線路の接続構造では、ストリップ線路４から垂直に高周波伝送線路を落とすために貫通導体５を用いているが、この伝送線路が垂直方向に変化する不連続点においてパラレルプレートモードが発生し、高周波信号の一部が放射することにより伝送特性が劣化するという問題点があった。また、一般に貫通導体５および導電性ボール３ではストリップラインと特性インピーダンスが大きく異なるため、そこで高周波信号の反射が発生するという問題点があった。さらに、高周波信号が高周波用回路基板１からキャリア基板２に入ってマイクロストリップライン６に伝播しても、マイクロストリップライン６上に上部の高周波用回路基板１のある部分とない部分とで線路における特性インピーダンスが異なるために、マイクロストリップライン６の途中で高周波信号の反射が発生するという問題点もあった。
【００２０】
一方、図５〜図７に示したような誘電体導波管線路や積層型導波管線路を用いて高周波伝送線路同士を接続する構造も考えられ、この場合には上記のような特性インピーダンスの不一致は少なく、不要放射等の問題はないが、導波管線路の接続部分において接続のために給電ピンを必要とするため、この給電ピンの特性により用いることができる周波数帯域が狭くなるという問題点があった。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、高周波用回路基板または高周波素子収納用パッケージをキャリア基板に実装して接続する場合のような高周波伝送線路の接続方法において、高周波信号の不要放射や反射が少なく、また容易に接続可能な高周波伝送線路の接続方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点に対して検討を重ねた結果、高周波伝送線路として誘電体線路・積層型導波管・ＮＲＤ（Non Radiative Dielectric）ガイド等の中心導体を持たない高周波伝送線路を用い、これらの接続部においてその高周波伝送線路を構成する接地導体層に結合用の窓としての開口部を開けてこれら開口部を対向させ、その開口の周囲に導電性ボール等の導電性接続部材を信号波長の２分の１未満の間隔で並べることにより、高周波信号の不要放射や反射を抑制して、しかも容易に電磁気的に高周波信号を接続することができ、これにより優れた接続方法を提供できることを見出した。
【００２３】
さらに、上記構造において開口部間に導電性接続部材の高さ分だけの空気層が形成されることにより生じる特性インピーダンスの不連続をできるだけ緩和するために、この開口部間の隙間に高周波伝送線路の内部に用いられている誘電体と同程度あるいは所定比率の比誘電率を持つ誘電体樹脂を充填することにより、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法が提供できることを見出した。
【００２４】
本発明の高周波伝送線路の接続方法は、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の高周波伝送線路の接続方法によれば、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填するようにしたことから、開口部が形成された接地導体層間または接地導体板間を接続した導電性接続部材の間から電磁波は漏れることがなく、従って、第１および第２の高周波伝送線路の接続部で電磁波が漏れないことにより、容易に電磁気的に高周波信号を接続することができる、優れた高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００２７】
また、高周波伝送線路の接続部分において開口部間に導電性接続部材の高さ分の比誘電率の不連続部分が介在することにより生じる特性インピーダンスの不連続を緩和することができ、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の例について図１〜図４に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図１（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図１（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００３０】
これらの図において、31は高周波用回路基板、32はキャリア基板、33は導電性ボール等の導電性接続部材である。高周波用回路基板31には、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層34・35と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層34・35間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体36群とを具備する第１の誘電体導波管線路（高周波伝送線路）38が形成されている。また、キャリア基板32中にも同様に、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層39・40と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層39・40間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体41群とを具備する第２の誘電体導波管線路（高周波伝送線路）43が形成されている。なお、37および42は副導体層であり、それぞれ主導体層34・35、39・40間に主導体層と平行に形成され、側壁用貫通導体36、41群と電気的に接続されている。
【００３１】
また、35ａは第１の誘電体導波管線路38の一方の主導体層35に形成された結合用窓としての開口部であり、39ａは第２の誘電体導波管線路43の一方の主導体層39に形成された結合用窓としての開口部である。これら開口部35ａ・39ａは、それぞれその開口の中心が高周波伝送線路38・43の端面より管内波長の２分の１程度となるように設定する。これにより、高周波伝送線路38（43）を伝播してきた電磁波と端面で反射した電磁波とが同位相となり強め合うので、開口部35ａ（39ａ）での結合が強いものとなる。
【００３２】
そして、第１の高周波伝送線路38と第２の高周波伝送線路43とをその開口部35ａ・39ａ同士で接続するための導電性接続部材33は、対向させた開口部35ａ・39ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば主導体層35および39に接合させることにより開口部35ａ・39ａを接続する。この導電性接続部材33間の隙間は狭い程高周波信号の漏れが少なくなって良好な接続ができるので、導電性接続部材33の中心間の間隔を上記のように設定して、導電性接続部材33間の隙間を上記の間隔より狭いものとすることが望ましい。
【００３３】
また、導電性接続部材33の大きさは、開口に沿った方向の幅については、実際に用いることができれば特に制限はない。また、それに直交する方向の厚みについても、同様に特に制限はない。
【００３４】
一方、開口部35ａ・39ａ間の隙間に相当する導電性接続部材33の高さも、高周波信号の漏れを抑制するためにできるだけ小さくすることが望ましく、例えば信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下とするとよい。このように、導電性接続部材33の間隔および高さをできるだけ小さくすることにより、この接続部分からの高周波信号の漏れをなくすことができ、良好な高周波特性を有する接続構造とすることができる。
【００３５】
このような導電性接続部材33としては、例えば半田バンプや金バンプ等のような導電性ボール、あるいは銅・銀・モリブデン・タングステン等を用いた厚膜印刷によるものなどを用いることができ、接続する高周波伝送線路やその高周波伝送線路が形成された高周波用回路基板等の仕様ならびに伝送する高周波信号の条件等に応じて適宜選択される。
【００３６】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板31に形成された積層型の第１の誘電体導波管線路38の内部を伝播してきた高周波信号は、一方の主導体層35に設けた結合用窓としての開口部35ａから導電性接続部材33を介して、キャリア基板32内の積層型の第２の誘電体導波管線路43とその主導体層39の開口部39ａを通って結合し、その後、第２の誘電体導波管線路43に沿って伝播して行く。
【００３７】
しかも、このような接続構造によれば、従来のように信号線導体を導電性部材で接続するのではなく、高周波信号の伝播領域を形成する接地導体を導電性部材で接続するため、接続の位置精度を緩和することができ、また、エネルギーの導体損失も低減できることから、高周波伝送線路同士を容易に接続することができる。
【００３８】
なお、この例では、高周波伝送線路として図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合を示したが、まったく同様にして、図５に示した誘電体導波管線路を用いてもよい。これら誘電体導波管線路を高周波伝送線路に用いた場合には、結合部において電磁界が多少乱れたとしても、マイクロストリップ線路等と異なり、電磁波を伝送線路内に閉じ込める構造となっているため、電磁波の漏れがない優れたものとなる。
【００３９】
次に、図２は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として図７に示す縦型の積層型導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図２（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図２（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００４０】
これらの図において、51は高周波用回路基板、52はキャリア基板、53は導電性接続部材である。高周波用回路基板51には、誘電体から成る基板に、導波管線路57の断面形状の開口を有する複数層の導体層54および55が所定間隔で互いに平行に形成されるとともに、その断面形状の輪郭に沿って所定間隔をもって多数の貫通導体56が形成され、導体層54および55は貫通導体56群を取り囲むようにしてすべての貫通導体56群を電気的に接続しており、これにより縦型の第１の積層型導波管線路（高周波伝送線路）57が形成されている。また、キャリア基板52中にも同様に、誘電体から成る基板に、導波管線路61の断面形状の開口を有する複数層の導体層58および59が所定間隔で互いに平行に形成されるとともに、その断面形状の輪郭に沿って所定間隔をもって多数の貫通導体60が形成され、導体層58および59は貫通導体60群を取り囲むようにしてすべての貫通導体60群を電気的に接続しており、これにより縦型の第２の積層型導波管線路（高周波伝送線路）61が形成されている。
【００４１】
また、高周波用回路基板51の表面に位置する導体層54には結合用窓としての開口部54ａが形成され、キャリア基板52の表面に位置する導体層58にも結合用窓としての開口部58ａが形成されており、これら開口部54ａ・58ａが互いに対向している。
【００４２】
そして、第１の高周波伝送線路57と第２の高周波伝送線路61とをその開口部54ａ・58ａ同士で接続するための導電性接続部材53は、対向させた開口部54ａ・58ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば導体層54および58に接合させることにより開口部54ａ・58ａを接続する。
【００４３】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板51に形成された縦型の第１の積層型導波管線路57の内部を伝播してきた高周波信号は、導体層54に設けた結合用窓としての開口部54ａから導電性接続部材53を介して、キャリア基板52内の縦型の第２の積層型導波管線路61とその導体層58の開口部58ａを通って結合し、その後、第２の積層型導波管線路61に沿って伝播して行く。
【００４４】
この例のように積層型導波管線路を高周波伝送線路に用いた場合には、図６に示した積層型の誘電体導波管線路を用いた場合と同様に、電磁波を伝送線路内に閉じ込める構造となっているため、結合部において電磁界が多少乱れたとしても電磁波の漏れがない優れたものとなる。
【００４５】
次に、図３は、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例として、高周波用回路基板をキャリア基板へ実装した場合であって、高周波伝送線路として、高周波用回路基板にはＮＲＤガイドを、キャリア基板には図６に示す積層型の誘電体導波管線路を用いた場合の例を示すものであり、図３（ａ）は高周波用回路基板をキャリア基板に実装した状態の断面図、図３（ｂ）は高周波用回路基板の下面図である。
【００４６】
これらの図において、71は高周波用回路基板、72はキャリア基板、73は導電性接続部材である。高周波用回路基板71には、高周波信号の半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板74・75間に、導体板74・75間に存在する誘電体媒質（通常は空気、あるいは誘電体ストリップ76よりも小さな誘電率の誘電体）よりも大きな誘電率を有する所定幅の誘電体ストリップ76が挿入されており、これにより第１の高周波伝送線路としてＮＲＤガイド77が形成されている。
【００４７】
ここで、ＮＲＤガイド77について簡単に説明する。半波長以下の間隔で平行に配置された２枚の導体板74・75に平行に偏波した電磁波は遮断されて伝搬しない。このような遮断平行平板導体路に所定幅の誘電体ストリップ76を挿入すると、誘電体ストリップ76中では伝搬波長が短縮されるため遮断状態が解消され、誘電体ストリップ76に沿って電磁波を伝搬させることができる。この場合、誘電体ストリップ76が曲がっていても導体板74・75の遮断効果により放射波は伝搬せず、伝搬エネルギーはほとんど誘電体ストリップ76中に閉じ込められるので、不要放射や放射損失が抑制され、周囲への影響を生じることもなく、極めて高性能な誘電体線路となるものである。
【００４８】
一方、キャリア基板72中には、図１に示したキャリア基板31と同様に、誘電体から成る基板中に、誘電体を挟持する一対の主導体層78・79と、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で主導体層78・79間を電気的に接続して形成された２列の側壁用貫通導体80群とを具備する第２の高周波伝送線路である誘電体導波管線路82が形成されている。なお、81は副導体層であり、主導体層78・79間に主導体層と平行に形成され、側壁用貫通導体80群と電気的に接続されている。
【００４９】
なお、この場合の誘電体導波管線路82は、ＮＲＤガイド77における伝播モードが通常はＬＳＭモードで用いられる（導体板74・75はＥ面になる）ため、主導体層78・79がＥ面となるように用いる必要がある。また、この場合、誘電体導波管線路82は図５に示した副導体層を具備しない誘電体導波管線路では代用できない。ただし、主導体層78に形成する開口部78ａの形状をスロット形状とすることにより、誘電体導波管線路82の主導体層78・79をＨ面となるように用いることができる。
【００５０】
また、高周波用回路基板71の一方の導体板75には結合用窓としての開口部75ａが形成され、キャリア基板72の表面に位置する導体層78にも結合用窓としての開口部78ａが形成されており、これら開口部75ａ・78ａが互いに対向している。
【００５１】
なお、この例の場合におけるこれら開口部75ａ・78ａは、それぞれその開口の中心が誘電体導波管線路82の端面より管内波長の２分の１程度となり、ＮＲＤガイド77の端面より管内波長の４分の１程度となるように設定する。これにより、誘電体導波管線路82を伝播してきた電磁波とその端面で反射した電磁波とが強め合う位置と、ＮＲＤガイド77を伝送方向に伝播する電磁波とその端面で反射した電磁波とが強め合う位置とが一致するので、結合が強いものとなる。ただし、より良い位置は電磁界解析により決定する必要がある。
【００５２】
そして、第１の高周波伝送線路77と第２の高周波伝送線路82とをその開口部75ａ・78ａ同士で接続するための導電性接続部材73は、対向させた開口部75ａ・78ａの開口の周囲に沿ってその開口を取り囲むように、その間隔を信号波長の２分の１未満、好ましくは４分の１以下に設定して配置し、この例であれば導体板75および主導体層78に接合させることにより開口部75ａ・78ａを接続する。
【００５３】
このような本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造によれば、高周波用回路基板71に形成されたＮＲＤガイド77の内部を伝播してきた高周波信号は、導体板75に設けた結合用窓としての開口部75ａから導電性接続部材73を介して、キャリア基板72内の誘電体導波管線路82とその主導体層78の開口部78ａを通って結合し、その後、誘電体導波管線路82に沿って伝播して行く。
【００５４】
この例のようにＮＲＤガイドを高周波伝送線路に用いた場合には、例えば、平面型のアンテナ基板をＮＲＤガイドの上に形成し、本発明の接続方法に係る接続構造を用いることにより、ＮＲＤガイドについて確立されたフィルタや方向性結合器・サーキュレータ・発振器・ミクサ等の技術を利用して、容易にレーダモジュールが形成できるものとなる。
【００５５】
本発明の高周波伝送線路の接続方法においては、図３に示した実施の形態の例のように、高周波用回路基板およびキャリア基板に形成された高周波伝送線路、すなわち本発明の接続方法により接続する高周波伝送線路には、必ずしも同種類の高周波伝送線路を用いる必要はない。例えば、誘電体導波管線路と積層型導波管線路とを接続する場合や誘電体導波管線路とＮＲＤガイドとを接続する場合であっても、高周波伝送線路として導波管線路内に中心導体を有しないものであれば、結合部での電磁界の乱れによる電磁波の漏れがないので望ましいものとなる。また、多少の電磁波の漏れを許容できるならば、ストリップ線路やマイクロストリップ線路・コプレーナ線路等の中心導体を有するものであってもこのような開口部を対向させて導電性接続部材により接続することによって結合することができ、その開口の周囲に導電性接続部材を所定間隔で配置することにより、損失の少ない接続方法を提供することができる。
【００５６】
また、開口部は、電磁的に結合するための、接地導体に開けられた電気的な穴であり、図に示したような結合用の窓の形状であっても、あるいは細長い形状としたいわゆるスロットであってもよい。
【００５７】
なお、上記の実施の形態の各例では、開口部同士の接続部において、高周波用回路基板とキャリア基板との間、すなわち第１の高周波伝送線路と第２の高周波伝送線路の開口部間に、導電性接続部材の高さ分の空気層が介在することとなる。このため、ここでの特性インピーダンスが第１および第２の高周波伝送線路に対して不一致となり反射が発生することがある。
【００５８】
これに対しては、接続部の高周波用回路基板とキャリア基板との間、すなわち第１および第２の高周波伝送線路の開口部間ならびにその開口の周囲に配置された導電性接続部材の周囲に誘電体樹脂を充填することによって、特性インピーダンスの不一致を緩和し、高周波信号の反射を抑制することができる。
【００５９】
図４はそのような誘電体樹脂を充填した本発明の実施の形態の例を示す断面図であり、図１（ａ）と同様の本発明の接続方法に係る接続構造を例にとって図示し、図１（ａ）と同様の箇所には同じ符号を付してある。
【００６０】
図４に示すように、第１の高周波伝送線路38の開口部35ａと第２の高周波伝送線路43の開口部39ａとを対向させ、開口部35ａ・39ａ間をその開口に沿って高周波信号の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材33を介して接続し、それら開口部35ａ・39ａ間ならびにその開口の周囲に配置された導電性接続部材33の周囲に誘電体樹脂44を注入固化する等して充填することにより、この開口部35ａ・39ａ間における高周波伝送線路38・43との特性インピーダンスの不一致は緩和することができる。
【００６１】
また、この誘電体樹脂44として、半導体素子のフリップチップ実装において使用される半導体素子を固定するためのいわゆるアンダーフィル樹脂を用いた場合には、誘電体樹脂44が誘電体媒質として開口部35ａ・39ａ間に介在するとともに、高周波用回路基板31とキャリア基板32とを機械的に接合させることもでき、耐環境性や信頼性に優れた安定した接続構造とすることができる。
【００６２】
さらに、誘電体樹脂44の比誘電率を高周波伝送線路の内部の誘電体の比誘電率の0.25倍〜４倍程度にすることで、本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る接続構造における開口部境界と高周波伝送線路入力ポート間のＶＳＷＲ（電圧定在波比）を２以下にすることができ、良好な高周波特性を有する接続構造とすることができる。
【００６３】
このような誘電体樹脂44としては、例えば反応硬化性や熱硬化性・光硬化性の誘電体樹脂等を用いることができ、中でも光硬化性の誘電体樹脂を用いると、一定の波長の光を照射するだけで容易に硬化させることができるので好ましい。
【００６４】
また、誘電体樹脂44を開口部35ａ・39ａ間ならびに導電性接続部材33の周囲に充填するには、例えば高周波用回路基板31とキャリア基板32との間に粘度を調整した誘電体樹脂44を一方から注入すれば、表面張力により自然に充填させることができる。
【００６５】
なお、本発明は以上の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、導電性接続部材は開口部の周囲からやや距離をおいて配置してもよいし、開口部の形状は円形や楕円形・スロット形としてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の高周波伝送線路の接続方法によれば、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して実装して接続する方法であって、前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填するようにしたことから、開口部が形成された接地導体層間または接地導体板間を接続した導電性接続部材の間から電磁波が漏れることがなく、従って、第１および第２の高周波伝送線路の接続部で電磁波が漏れないことにより、容易に電磁気的に高周波信号を接続することができる、優れた高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００６７】
また、高周波伝送線路の接続部分において開口部間に生じる特性インピーダンスの不連続を緩和することができ、より優れた高周波特性を有する高周波伝送線路の接続方法とすることができる。
【００６８】
以上により、本発明によれば、高周波用回路基板または高周波素子収納用パッケージをキャリア基板に実装して接続する場合のような高周波伝送線路の接続方法において、高周波信号の不要放射や反射が少なく、また容易に接続可能な高周波伝送線路の接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図２】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図３】（ａ）は本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）はその高周波用回路基板の下面図である。
【図４】本発明の高周波伝送線路の接続方法に係る実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】誘電体導波管線路の例を示す概略斜視図である。
【図６】誘電体導波管線路の他の例を示す概略斜視図である。
【図７】縦型の積層型誘電体導波管の例を示す概略斜視図である。
【図８】従来の高周波信号の接続方法の例を示す断面図である。
【符号の説明】
38、57、77・・・・・第１の高周波伝送線路
35ａ、54ａ、75ａ・・・開口部
43、61、82・・・・・第２の高周波伝送線路
39ａ、58ａ、78ａ・・・開口部
33、53、73・・・・・導電性接続部材
44・・・・・・・・・誘電体樹脂
Claims (1)
- 接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第１の高周波伝送線路を有する高周波用回路基板を、接地導体層間または接地導体板間に誘電体基板または誘電体ストリップを挟持してなる第２の高周波伝送線路を有するキャリア基板に対して、実装して接続する方法であって、
前記第１の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部と前記第２の高周波伝送線路の前記接地導体層または前記接地導体板に形成した開口部とを対向させ、これら開口部間をその開口の周囲に沿って高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置した導電性接続部材を介して前記開口部間に隙間を設けて接続するとともに、前記開口部間の隙間ならびに前記導電性接続部材の周囲の隙間に誘電体樹脂を充填することを特徴とする高周波伝送線路の接続方法。
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