JP4170594B2 - 多層構造内に組込まれた反転マイクロストリップ伝送路 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、第１の表面およびこの第１の表面と基本的に平行である第２の表面を伴うキャビティの中に配置された、多層技術によって製造される伝送ケーブルにおいて、そのキャビティの第１の表面と基本的に平行である信号ケーブルおよびこの信号ケーブルと基本的に平行に前記第２の表面上に設置されている接地ケーブルで構成される伝送ケーブルに関する。
【０００２】
電子機器の製造においてはさまざまな異なるケーブル構造が利用される。利用される周波数が高くなればなるほど、このケーブル構造によって引き起こされる減衰を防ぐため、使用すべきケーブル構造に対して課せられる必要条件は厳しくなる。現在のところ、電子機器の構造においては、一般に、ＨＴＣＣ技術（High Temperatare Cofired Ceramics ：高温同時焼成セラミクス）かＬＴＣＣ技術（Low Temperature Cofired Ceramics：低温同時焼成セラミクス）かのいずれかに基づく、いわゆる多層技術が適用されている。両方の製造方法において、生産された構造は、互いに積重ねて位置づけされた厚み約１００μｍの複数のグリーンテープで構成されている。熱処理に先立ち、材料はまだ柔軟であり、従ってグリーンテープ内に所望の形状のキャビティを作ることができる。同様にして所望の箇所で、さまざまな電気的受動素子をシルクスクリーン形成することができる。弾性層は、圧力を用いて、一体に積層される。積層圧力が、さまざまなキャビティを含む構造を圧壊するのを防ぐため、加圧は、いわゆる非同軸法（unaxial method）によって実施されなくてはならない。このことはすなわち、物体に対してそのＺ軸の方向のみに圧力が向けられていることを意味している。最終的に、このようにして作られた構造は、ＬＴＣＣの場合には８５０度で、またＨＴＣＣの場合には１６００度で焼成される。製造すべき要素内には、焼成プロセスで生成された過剰の圧力を放出させることのできる穿孔が、キャビティにおいて作られる。
【０００３】
図１ａおよび１ｂには、以上の説明に従ってＨＴＣＣまたはＬＴＣＣ多層技術に基づいて反転マイクロストリップケーブル（inverted microstrip cable ）を実現するために考えられる代替案が示されている。好ましい実施形態においては、図１ａによる構造は、生産プロセス中でかつ構造の焼成段階に先立って、図中に示された例としての要素１２および１３を接合させることによってできる。前記２つの要素は両方共上述の要領により、いくつかの適切な誘電材料を用いて層毎に作られている。要素１３内には、矩形溝が機械加工されており、その底面には、信号ケーブル１０がシルクスクリーン形成されている。要素１３の厚み１８は、溝の底面で測定したとき、接地電位レベルが前述の反転マイクロストリップケーブルに接近するのを防ぐのに充分なものである。図面に示す例においては、要素１３内に作られた溝の側壁と溝底面１６，１７との間の角度は９０度である。しかし原理的には、その角度はその他のいずれかの大きさを有することができる。要素１２の表面上には、接地ケーブル１１がシルクスクリーン形成されており、その幅は、要素１３内に作られた溝の幅に相当する。要素１２および１３は別々に機械加工され、それらが接合されたときに、図１ａによる構造が得られ、ここにガスの充てんされたケーブルキャビティ１４が形成される。
【０００４】
図１ｂでは、図１ａのＡ−Ａ’ 方向で切断された断面が示されている。本発明による伝送ケーブルの減衰およびインピーダンスは、用いられる要素１２および１３の誘電率（ε_r）ならびに溝の幾何学形状によって決定される。図面中で力線１５によって示されている、信号ケーブル１０から発出された電磁界が、要素１３の内側を長い距離にわたり進行していることが図面から分かる。ＲＦ周波数では、要素１３の誘電率は、ケーブルキャビティ１４を充てんするガス混合物の誘電率よりも、明らかに高い。この結果、ケーブル減衰は、ＲＦ周波数において強く増大させられることになる。装置の最終的多層構造はまた、図１ａおよび１ｂ内に示されているもの以外の材料層も含んでおり、これらの層の中には、受動素子、能動素子およびその他のケーブル構造のためのキャビティも具備され得る。
【０００５】
しかしながら、上述の技術によって製造された電気回路の使用は、非常に高い周波数を使用する必要がある場合（ＲＦへの適用）に、問題を呈する。２０ＧHzの周波数でＬＴＣＣ技術を用いて実現されたケーブル構造内の信号減衰は、最高０.２ｄＢ／cmまで上昇し、ＨＴＣＣ技術を用いて実現されたケーブル構造内では最高０.６ｄＢ／cmまで上昇する。低い減衰が必要とされるこのようなＲＦへの適用、例えば高い品質係数（Ｑ値）を有するフィルタおよび発振源においては、上述の技術はもはや実施不可能である。
【０００６】
通常のマイクロストリップケーブルまたは反転マイクロストリップケーブルに伴うもう１つの問題は、構造をもって実現された伝送ケーブルのインピーダンスレベルにある。インピーダンスレベルが制御できずに変動するとその結果として、信号が到来する方向への信号の望ましくない戻り反射またはケーブル周辺における放射をもたらす。インピーダンスは、ケーブル構造の幾何学形状ならびに周囲の材料層の相対誘電率（ε_r）によって影響を受ける。従来技術の構造においては、上述の２つのファクタが、インピーダンスを調整するための唯一の自由選択肢である。
【０００７】
従来技術のＬＴＣＣおよびＨＴＣＣ構造によると、高周波での位相速度の分散という点でもう１つの欠点が生じる。分散された信号においては、その信号に含まれる信号成分は、異なる周波数毎に異なる速度で伝送ケーブル内を通過していた。この現象は、受信信号にひずみを与え、分散が過度に増大するとその結果として、その受信信号は使用不可能となる。
【０００８】
米国特許公報第３,９０４,９９７号によれば、基板上に載った反転マイクロストリップの信号ケーブルを金属製のシェル状構造の中に封入することが既知である。この構成を用いることにより、伝送ケーブルの減衰とケーブルから散乱する寄生放射との両方を低減させる試みが行われている。金属ケーブルキャビティは常に予め製造されなくてはならず、それを信頼性の高いやり方で多層構造の残りの部分に固定することが問題を生じさせている。金属ケーブルキャビティの熱膨張係数が基本となる基板と異なっているという事実は、上記の構造を接合面で破断させる可能性がある。その上、その構造には、手作業の工程が多く含まれ、そのため製造コストも高くなっている。
【０００９】
米国特許公報第５,１０５,０５５号によると、１つの可とう性あるケーブル状構造の形で複数のケーブルが組込まれるような構成が知られている。この構造では、信号ケーブルは誘電体基板に取付けられ、接地ケーブルはもう１つの誘電体材料で作られたキャビティ状構造の中に設置される。原理的には、前記ケーブルは、複数の反転マイクロストリップケーブルからなる構成体である。このケーブル構造の材料は、弾性をもつ材料の中から選ばれ、これらはプラスチックを加工するために設計された押出し加工装置により処理できる。ケーブル構造の複数の変形形態が公報中に開示されている。前記公報によると、ケーブルは、パーソナルＰＣデバイスと接続した状態で使用するようになっている。この場合でも、使用目標によっては、その構造に選択された材料はＲＦ周波の使用を可能にしないということが指摘されている。
【００１０】
本発明の目的は、従来技術に関連する上述の欠点を低減することにある。
【００１１】
本発明によるキャビティ内に設置された伝送ケーブルは、キャビティの第１および第２の表面に対し基本的に平行である表面を有しかつこの第１および第２の表面との間に設置される支持要素を含んでなり、かくして信号ケーブルは前記支持要素の表面上に形成された導電材料層により実現されることを特徴としている。
【００１２】
本発明のいくつかの好ましい実施形態が、従属請求項に記されている。
【００１３】
本発明の基本的原理は、以下の通りである。多層技術を適用することにより、変形された反転マイクロストリップケーブルが製造され、ここで特別に設計された支持要素を用いて、ケーブルキャビティの１つの表面上に信号ケーブルが取付けられる。かくして、ケーブルを取り囲む電磁界に、ケーブルを封入する材料層の影響は著しく低減される。
【００１４】
本発明の利点は、周囲の誘電体材料の誘電率に対してケーブルキャビティの誘電率（ε_r）が低く、信号ケーブルから発出される電磁界が、主としてガス充てんされたケーブルキャビティの中に配置されていることから、ＲＦ周波での本発明による伝送ケーブルの減衰が、既存の反転マイクロストリップケーブルの場合よりも明らかに低い、という点にある。
【００１５】
本発明のもう１つの利点は、伝送ケーブルが、明白にその目的で何らかの特定の作業段階を要することなく、多層構造内に完全に組込まれ得るということにある。
【００１６】
本発明のさらにもう１つの利点は、かくして伝送ケーブルのインピーダンスレベルを単純な形で所望の通りに調整できるという点にある。
【００１７】
本発明について、以下でさらに詳細に説明する。この記述は添付図面を参考にしている。
【００１８】
図１ａおよび１ｂについては、従来技術の記述に関連してすでに述べた。
【００１９】
図２〜６は、本発明によるいくつかの好ましい実施形態を表わしている。図中に示した実施形態は全て、多層技術によって製造された要素で構成され、これらの要素は、製造プロセスにおいて組合わされて一体構造に形成することができる。図２で示されている本発明の好ましい実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号ケーブル２０は本発明による支持要素２５に取付けられている。伝送ケーブルを取り囲む壁は、上述の従来技術、例えば共に複数のグリーンテープで１つにまとめられた２またはそれ以上の要素２２および２３についての記述と関連して説明したプロセスの中で作ることができる。パターンに対して垂直な要素の断面２６は、製造プロセス中の作業工程の数が最少限におさえられるように、選択される。同様にして、支持要素２５は、複数の代替的要領で作ることができる。例えば、図中破線２６で示されている支持要素表面のレベルに、要素２２と２３との接触面が正確に置かれるような形で作ることもできる。支持要素２５の両側には、図示するように溝が作られる。
【００２０】
もう１つの変形形態では、図１ａに関連して記述した方法に従って要素２３内に溝を作り、破線２７によって示された断面から出発して、断面に関して、支持要素２５と信号ケーブル２０とを別々に製造する。支持要素２５および信号ケーブル２０は、後の製造工程において一体構造として、要素２３内に作られた溝の底面に取付けられる。接地ケーブル２１は、図１ａに関連して記述された方法で作ることもできるし、または、要素２２と２３との接触面が破線２６で示された平面内にある場合、要素２２内に作られた適切なサイズの溝の中に、シルクスクリーン形成することもできる。要素２２，２３と支持要素２５が連結されている場合、接地ケーブル２１は信号ケーブル２０と平行にケーブルキャビティ内に設置される。図から、信号ケーブル２０から接地ケーブル２１に向かって発出される力線２４によって示されている電磁界は、明らかに、図１ｂの場合に誘電体材料で作られた要素１３の内部を通過しなければならない距離に比べて、短い距離でしか支持要素２５内の誘電体材料を通過しない、ということが分かる。伝送ケーブル損失の主要な部分は、正に誘電体材料層内で生じる損失である。その結果、本発明による反転マイクロストリップケーブルは、従来技術による反転マイクロストリップケーブルよりも小さい、単位長あたりの減衰を示す。しかしながら、本発明による伝送ケーブルのインピーダンスは、ある誘電体材料で作られた支持要素２５の外部寸法を調整することによって影響を受けるので、このインピーダンスのレベルを所望の大きさに調整することが可能である。
【００２１】
図３に示された実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号ケーブル３０は、伝送ケーブルのキャビティの底面に向かって三角形に狭められた支持要素３５に取付けられている。図によるケーブル構造は、少なくとも２つの別々の要素３２および３３で構成されている。図中破線３６で示されている要素と要素の接触面は、構造を製造する上で最良のものとなるように選択されている。要素３２および３３の接触面３６は、図示されているとおり、支持要素３５に取付けられた信号ケーブル３０の平面であってよいが、その他の平面とすることもできる。支持要素３５は、要素３３の製造と共に製造できるが、別途に製造することも可能であり、その場合は、要素３３との接触面は、図中破線３７によって示されている平面とすることができる。信号ケーブル３０から接地ケーブル３１に向かって発出される力線３４によって表された電磁界の部分は、支持要素３５の内部に短い距離だけしか進まない。支持要素の内部に残された電磁界の部分は、図１ｂ内で示された従来技術の構成において底部基板内に残された部分よりも、小さい。例示した好ましい実施形態においては、長さ単位あたりの減衰は、従って、従来技術による反転マイクロストリップケーブルの減衰よりも小さい。
【００２２】
図４に示す実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号ケーブル４０は、要素４３内に作られた溝の底面に向かって広がるような支持要素４５に取付けられている。示した構造は、少なくとも２つの別々の要素４２および４３で構成される。これらの要素は、例示するごとく、それらの内側にケーブルキャビティを設けるようにされる。破線４６によって示された要素４２および４３の接触面は、製品の製造に関して最良のものとなるように選択される。要素４２および４３の接触面は、示されているとおり、支持要素４５に取付けられた信号ケーブル４０の平面でありうるが、製造プロセスにとって有利なもう１つの平面であってもよい。この実施形態においては、接地ケーブル４１に向かって信号ケーブル４０から発出される力線４４により示された電磁界の一部分は、支持要素４５を通って進む。しかしながら、支持要素内を通過する部分は、図１ｂに示された従来技術の反転マイクロストリップケーブルの場合よりもはるかに小さい。かくして、長さ単位あたりの減衰は、この実施形態においても従来技術の反転マイクロストリップケーブルよりも小さい。
【００２３】
図５で示される実施形態においては、反転マイクロストリップケーブルの信号ケーブル５０は、Ｔ字梁の形を有する支持要素５５に取付けられている。伝送ケーブルを封入する壁は、少なくとも２つの要素５２および５３で構成されており、破線５６で示されている、前記要素のパターンに対して垂直な断面は、製造プロセス中の作業工程の数が最小限におさえられるように選択される。支持要素５５は、複数の代替的なやり方で製造可能である。１つの代替案は、Ｔ字梁の基部にある破線５７で表わされた平面から出発して、支持要素５５と信号ケーブル５０とを別々に製造することである。支持要素５５および信号ケーブル５０は、一体構造として要素５２に連結されている。接地ケーブル５１は、例えば図１ｂに関連して説明した方法で製造することができる。要素５２，５３および５５が合わせて連結される場合、接地ケーブル５１は、信号ケーブル５０の反対側のケーブルキャビティ内に配置される。図５によれば、接地ケーブル５１に向かって信号ケーブル５０から発出され、図中では力線５４によって示されている電磁界は、支持要素５５の誘電体材料中を短い距離しか通過しないことが分かる。その結果、図による反転マイクロストリップケーブルは、従来技術の反転マイクロストリップケーブルの減衰に比べてきわめて低い、長さ単位あたりの減衰を示す。
【００２４】
図６で示されている実施形態においては、伝送ケーブルの構造は、少なくとも２つの要素６２および６３で構成されている。破線６６で示されている要素６２および６３の接触面は、製品の製造上最良のものとなるように選択される。これは、図示した場所に配置されてもよく、その場合は、図中破線６６によって示されている支持要素６５の表面と同一面内にある。この実施形態においては、支持要素の形状は内向きに湾曲したものである。支持要素６５は、要素６３の一部を成す。また、この実施形態においては、図６で力線６４によって示されている信号ケーブル６０から発出された電磁界のわずかな部分のみが支持要素の誘電体材料内を進む。同様にして、この実施形態でも、本発明による反転マイクロストリップケーブルの減衰は、対応する従来技術の伝送ケーブルと比較して低いものである。
【００２５】
上述の実施形態においては、本発明による反転マイクロストリップケーブルは、誘電体材料層で作られたケーブルキャビティの中に設置される。ケーブルキャビティ壁を構成する層の数は、利用される技術および最適な作業工程数に応じて変動しうる。作り出されたケーブルキャビティの壁の強度は、全ての方向において非常に優れたものであると考えられており、従って、その周囲に配置される可能性のあるその他の接地電位レベル部は、伝送ケーブルの電磁界の形状がそのレベル部による影響を受けることがないように、充分遠くに設置できることになる。
【００２６】
本発明は、ここで記述した実施形態のみに制限されるものではない。例えば、ケーブルキャビティを形成する壁の構造は、いろいろな異なるやり方でさまざまなレベルに分けることができる。採用される製造技術は、作り出されるべき壁の部分を分割するどの方法が費用および生産量において最適であるか、を決定する。同様にして、本発明による支持要素の形状も、以上で例示した好ましい実施形態から逸脱することができる。また、使用される信号ケーブルおよび接地ケーブルの製造方法も、提案されているシルクスクリーン方法以外であってもよい。例えば共平面ケーブル（coplanar cable）といったその他の既知のケーブル構造も、構造内に使用されるケーブルとして採用可能である。進歩性のあるこの考え方は、本発明の特許請求の範囲内でさまざまな異なるやり方で適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 多層技術によって実施される従来技術の反転マイクロストリップケーブルの斜視図である。
【図１ｂ】 ラインＡ−Ａ’に沿って見た図１ａの伝送ケーブルの断面図である。
【図２】 本発明による好ましい実施形態の断面図である。
【図３】 本発明によるもう１つの好ましい実施形態の断面図である。
【図４】 本発明による第３の好ましい実施形態の断面図である。
【図５】 本発明による第４の好ましい実施形態の断面図である。
【図６】 本発明による第５の好ましい実施形態の断面図である。

Claims (7)

1. 第１の表面およびこの第１の表面と基本的に平行である第２の表面を含むキャビティの中に配置された、多層技術によって製造される伝送ケーブルであって、該第１のキャビティ表面に対し基本的に平行である信号ケーブル（２０，３０，４０，５０，６０）および該信号ケーブルと基本的に平行に前記第２の表面上に設置される接地ケーブル（２１，３１，４１，５１，６１）で構成される伝送ケーブルにおいて、前記第１および第２の表面と基本的に平行である表面を有しかつ前記第１および第２の表面との間に配置される支持要素（２５，３５，４５，５５，６５）をも含んでなり、該信号ケーブルは該支持要素の表面上に形成された導電材料層により実現されることを特徴とする伝送ケーブル。
2. 前記支持要素（２５，３５，４５）が矩形形状であることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
3. 前記支持要素（２５）が正方形であることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
4. 前記支持要素（５５）の形状がＴ字梁であることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
5. 前記支持要素（６５）の形状が、２つの湾曲した表面によって形成された表面であることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
6. 前記信号ケーブルが反転マイクロストリップケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。
7. 前記信号ケーブルが共平面ケーブルであることを特徴とする請求項１に記載の伝送ケーブル。

Images