JP4731520B2 - 積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体およびこれを有する配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いる積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体およびこれを有する配線基板に関するものである。

近年、携帯電話や無線ＬＡＮに代表される無線通信技術の研究開発が盛んに行われている。無線通信の研究開発においては、光通信で代表されるＦＴＴＨ（Fiber to The Home）の伝送速度、１００Ｍｂｐｓ以上を達成しているものもある。しかし、現在市販されている無線通信機器の伝送速度は光通信のそれには及ばない。多くの無線通信機器では、マイクロ波が搬送波として利用されているが、マイクロ波ではデータ伝送速度が遅く、例えば、ハイビジョン映像の画質劣化を抑えた、大容量非圧縮映像データの転送には向いていない。

そこで、マイクロ波よりも高い周波数の電磁波、例えば２０ＧＨｚ以上の準ミリ波およびミリ波を利用する無線通信が、大容量のデータを伝送するための手段として、以前から注目され、研究開発が進められている。特に６０ＧＨｚ帯では、世界共通で、広い帯域が通信向けに割り当てられており、このような６０ＧＨｚ帯の電磁波を利用する無線通信は、現在実用化され、光ファイバ通信に代えて、事業所間通信などに用いられ、普及しつつある。また、自動車の安全運転をサポートするものとして、ミリ波帯を用いたレーダーシステムが一般の乗用車に搭載されるようにもなっている。

これら通信システムや、レーダーシステムを実現するために、ミリ波デバイスや、ミリ波回路の研究開発が進められている。ミリ波回路の伝送線路として代表的なのは、マイクロストリップ線路やコプレーナ線路、積層型導波管線路である。これらの中で最もミリ波帯で低伝送損失なのが積層型導波管線路である。従って、ミリ波回路において線路を引き回す場合には、積層型導波管線路が損失の観点から最も好ましく、これら積層型導波管線路の配線に自由度をもたせるために、積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造が提案されている。

図９は、従来の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体を示している。この接続構造体は、２層の誘電体層（図示しない）を挟持する一対の主導体層６１、６２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６１と主導体層６２との間を電気的に接続して形成された２列の側壁形成用ビアホール導体群６３、６４とを具備してなる下側積層型導波管線路６と、２層の誘電体層（図示しない）を挟持する一対の主導体層７１、７２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７１と主導体層７２との間を電気的に接続して形成された２列の側壁形成用ビアホール導体群７３、７４とを具備してなる上側積層型導波管線路７とを有し、下側積層型導波管線路６の主導体層６１と上側積層型導波管線路７の主導体層７２とを直接電気的に接続させる（同一面状の導体層として形成する）とともにそれらの一部を共有させてその共有部に結合窓８を形成したものである（特許文献１を参照。）。

この接続構造体では、結合用窓８の幅や長さ、結合用窓８の中心から下側積層型導波管線路６の端面までの距離を調整することで、下側に配置された下側積層型導波管線路６を伝播する高周波信号を、所望の設計周波数において、結合用窓８を介して上側に配置された上側積層型導波管線路７と電磁的に結合させ伝播させるようになっている。
特開平１１−３０８００１号公報

しかしながら、図９に示す従来の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体では、所望の設計周波数における反射量を少なくすることはできるが、周波数がずれると反射量が増加する。従って、反射特性（反射の周波数特性）の広帯域化が実現しにくい。

具体的には、下側積層型導波管線路６を伝播してきた電磁波は、結合用窓８で上側積層型導波管線路７に結合されるが、結合されなかった電磁波は、下側積層型導波管線路６の端面で反射され再び結合用窓８で上側積層型導波管線路７と結合される。従って、所望な周波数で反射量を最大に抑える設計として結合用窓８と端面までの距離を決定しても、周波数がずれると、端面で反射されて結合用窓８に達する電磁波の位相がずれてしまい、結合用窓８で結合されずに反射波となって下側積層型導波管線路６の入力部に伝播しまう。つまり、周波数のずれが大きくなるにつれて反射量が増えることから、反射特性は狭帯域となる。このことから、結合用窓８の幅や長さ、結合用窓８の中心から下側積層型導波管線路６の端面までの距離については、接続構造に要求される周波数特性、結合量および反射量が複雑に関与し、所望な周波数における反射量と帯域（反射の周波数特性）はトレードオフの関係になるため設計が困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所望の周波数における反射量を抑制するとともに反射の周波数特性の良好な積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体およびこれを有する配線基板を提供することを目的とする。

本発明は、誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成された積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体であって、複数の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第１上側主導体層および第１下側主導体層からなる一対の第１主導体層を具備するとともに、該一対の第１主導体層間を電気的に接続する第１側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第１側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる第１の積層型導波管線路と、前記一対の第１主導体層に挟まれる複数の前記誘電体層のうちの少なくとも１層を含む複数の前記誘電体層を挟んで上下で対向し、前記第１上側主導体層よりも下側に位置する第２上側主導体層および前記第１下側主導体層よりも下側に位置する第２下側主導体層からなる一対の第２主導体層を具備するとともに、該一対の第２主導体層間を電気的に接続する第２側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第２側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる第２の積層型導波管線路と、前記第１の積層型導波管線路と前記第２の積層型導波管線路との間に設けられ、一端が前記第１上側主導体層の端部に直接電気的に接続されるとともに、他端が前記第２上側主導体層の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により電気的に接続された第３上側主導体層と、一端が前記第１下側主導体層の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により電気的に接続されるとともに、他端が前記第２下側主導体層の端部に直接電気的に接続された第３下側主導体層とを一対の第３主導体層とし、該一対の第３主導体層間を電気的に接続する第３側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第３側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる共有線路部とからなることを特徴とするものである。

ここで、前記第１の積層型導波管線路を構成する前記第１上側主導体層と前記第１下側主導体層とに挟まれる誘電体層および前記第２の積層型導波管線路を構成する前記第２上側主導体層と前記第２下側主導体層とに挟まれる誘電体層がともにｎ層（ｎは３以上１０以下の整数）であって、（ｎ−１）層の誘電体層がそれぞれの積層型導波管線路で共有されているのが好ましい。

また本発明は、上述の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体を含み、前記第１上側主導体層が前記絶縁基体の上面に形成されていることを特徴とする配線基板である。

本発明によれば、積層型導波管線路と積層型導波管線路とのインピーダンスの整合をとることで、所望な周波数における反射量を抑制するとともに反射の周波数特性を向上させつつ積層型導波管線路を引き回すことができる。

特に、絶縁基体の上面に積層型導波管線路の上側主導体層（第１上側主導体層）が形成されていた場合、本発明によって積層方向に積層型導波管線路を引き回すことで、表面実装部品の実装領域を確保し、配線基板の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の一実施形態を示す概略斜視図であって、図２は図１に示す第１の積層型導波管線路１と第２の積層型導波管線路２との接続構造体を各誘電体層に分解した説明図、図３は図１に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体のＸ方向側面透視図、図４は図１に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体のＹ方向側面透視図である。なお、図１は、内部構造がわかるように誘電体層を省略している。

図１に示す第１の積層型導波管線路１と第２の積層型導波管線路２との接続構造体は、図２に示す誘電体層３１、３２、３３、３４が積層されてなる絶縁基体３に形成されたものである。

ここで、積層型導波管線路とは、誘電体層を挟んで上下で対向する一対の主導体層（上側主導体層、下側主導体層）、高周波信号の伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で上側主導体層と下側主導体層との間を電気的に接続して形成された２列の側壁形成用ビアホール導体群とを具備したもので、例えば導体層用ペーストの塗布された誘電体グリーンシートを積層して多層化し焼成することで得られ、その厚みを容易に設定できるものである。そして、積層型導波管線路の厚みが厚いほど伝送損失が小さくなることから、厚みの設定により所望な伝送特性を容易に得ることができる。

第１の積層型導波管線路１は、複数の誘電体層３１、３２、３３を挟んで上下で対向する一対の第１主導体層（第１上側主導体層１１および第１下側主導体層１２）を具備している。また、この一対の第１主導体層１１、１２間を電気的に接続する第１側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２を２列具備している。なお、図では複数の誘電体層として３層構造のものが例示されているが、この層数について限定はない。

第２の積層型導波管線路２は、第１の積層型導波管線路１における一対の第１主導体１１、１２層に挟まれる複数の誘電体層３１、３２、３３のうちの少なくとも１層（本例では誘電体層３２、３３）を含む複数の誘電体層３２、３３、３４を挟んで上下で対向する第２上側主導体層２１および第２下側主導体層２２からなる一対の第２主導体層を具備している。また、この一対の第２主導体層２１、２２間を電気的に接続する第２側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５を２列具備している。なお、図では複数の誘電体層として３層構造のものが例示されているが、第１の積層型導波管線路１と同様に層数についての限定はない。

ここで、絶縁基体３に形成される第２の積層型導波管線路２は、第１の積層型導波管線路１に対して次のような配置になっている。

第２の積層型導波管線路２における第２上側主導体層２１は第１の積層型導波管線路１における第１上側主導体層１１よりも下側に位置していて、第２の積層型導波管線路２における第２下側主導体層２２は第１の積層型導波管線路１における第１下側主導体層１２よりも下側に位置している。換言すれば、積層型導波管線路２は積層型導波管線路１を積層方向（積層型導波管線路１、２内を伝播する電磁波の電界方向）に誘電体層１層分だけずらした構成になっている。そして、それぞれの積層型導波管線路１、２が誘電体層３２と誘電体層３３とを共有する構成になっている。

第１の積層型導波管線路１と第２の積層型導波管線路２との間には、共有線路部５が設けられている。この共有線路部５は、第１の積層型導波管線路１および第２の積層型導波管線路２と同様に、一対の第３主導体層（第３上側主導体層５１、第３下側主導体層５２）と、この一対の第３主導体層５１、５２間を電気的に接続する第３側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を２列具備している。そして、第３上側主導体層５１は、一端が第１上側主導体層１１の端部に直接電気的に接続されるとともに、他端が第２上側主導体層２１の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続されている。また、第３下側主導体層５２は、一端が第１下側主導体層１２の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続されるとともに、他端が第２下側主導体層２２の端部に直接電気的に接続されている。なお、直接電気的に接続されているとは、同一面状に形成され接続されていることをいう。また、この構造において、良好な反射特性を得るために、共有線路部５の信号伝送方向の距離としては０．１５ｍｍ〜０．４０ｍｍ程度が望ましい。

第１の積層型導波管線路１、共有線路部５、第２の積層型導波管線路２を通して形成された２列の第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５は、所定の間隔（幅）をもって形成され、電気的な側壁を形成している。平行に配置された一対の主導体層間にはＴＥ波（Transverse Electric Wave 電界成分が入射面に対し横向き）もしくはＴＭ波(Transverse Magnetic Wave 磁界成分が入射面に対し横向き)が伝播されるため、隣り合うビアホール導体の間隔が信号波長λの２分の１（λ／２）よりも大きいと、この積層型導波管線路に給電された電磁波はビアホール導体とビアホール導体との間から漏れ、ここで作られる疑似的な導波管に沿って伝播しない。これに対し、隣り合うビアホール導体の間隔がλ／２未満であると、電磁波は反射しながら積層型導波管線路の信号伝送方向に伝播される。

なお、第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を構成する側壁形成用ビアホール導体および境界壁形成用ビアホール導体群４３を構成する境界壁形成用ビアホール導体は前述のようにλ／２未満の間隔で配列されており、この間隔は良好な伝送特性を実現するためには一定の繰り返し間隔とすることが望ましいが、信号波長λ／２未満の間隔であれば良く、その中で適宜設定することができる。

また、２列の第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７の外側にさらに側壁形成用ビアホール導体群を並べて側壁形成用ビアホール導体群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、電磁波の漏れをより効果的に防止するなどしてもよい。

そして、誘電体層が複数の場合、第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２を構成する第１側壁形成用ビアホール導体、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５を構成する第２側壁形成用ビアホール導体、第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を構成する第３側壁形成用ビアホール導体を電気的に接続した、主導体層と平行な副導体層を形成することができる。これにより、第１側壁形成用ビアホール導体群乃至第３側壁形成用ビアホール導体群と副導体層とによって細かな格子状に形成された側壁が得られ、様々な方向の電磁波を遮蔽することができる。

誘電体層毎に具体的に説明すると、図２（ａ）および図３に示すように、誘電体層３１の上面には、第１の積層型導波管線路１を構成する第１上側主導体層１１が形成されるとともに、第１の積層型導波管線路１を構成する第１上側主導体層１１の端部に一端を直接電気的に接続されて（同一面状の導体層として）共有線路部５を構成する第３上側主導体層５１が形成されている。また、図２（ａ）および図３には、誘電体層３１の内部に形成された２列の第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７が示されていて、この第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７は、一列当り、第１の積層型導波管線路１から共有線路部５にかけて５本のビアホール導体で構成されている。さらに、共有線路部５の他端と第２の積層型導波管線路２の端部とは上から見て重なっていて、図２（ａ）および図４には、この共有線路部５の他端と第２の積層型導波管線路２の端部とを電気的に接続する３本のビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向と垂直な方向に信号波長λの２分の１未満の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、この信号伝送方向と垂直な方向の配列における両端の２本のビアホール導体は、側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を構成している。

図２（ｂ）および図３に示すように、誘電体層３２の上面には、第２の積層型導波管線路２を構成する第２上側主導体層２１が形成されるとともに、第２の積層型導波管線路２を構成する第２上側主導体層２１と電気的に接続されて（同一面状の導体層として）第１の積層型導波管線路１を構成する第１副導体層１３および共有線路部５を構成する第３副導体層５３が形成されている。また、図２（ｂ）および図３には、誘電体層３２の内部に形成された２列の第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７が示されていて、この第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７は、一列当り、第１の積層型導波管線路１から第２の積層型導波管線路２にかけて８本のビアホール導体で構成されている。

なお、図２（ｂ）には示していないが、第２の積層型導波管線路２を構成する第２上側主導体層２１の端部には、図２（ａ）に示す境界壁形成用ビアホール導体群４３が接続されている。

図２（ｃ）および図３に示すように、誘電体層３３の上面には、第１の積層型導波管線路１を構成する第１副導体層１４、第２の積層型導波管線路２を構成する第２副導体層２４および共有線路部５を構成する第３副導体層５４が、電気的に接続されて（同一面状の導体層として）形成されている。また、図２（ｃ）および図３には、誘電体層３３の内部に形成された２列の第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７が示されていて、この第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７は、一列当り、第１の積層型導波管線路１から第２の積層型導波管線路２にかけて８本のビアホール導体で構成されている。

図２（ｄ）および図３に示すように、誘電体層３４の上面には、第１の積層型導波管線路１を構成する第１下側主導体層１２が形成されるとともに、第１の積層型導波管線路１を構成する第１下側主導体層１２と電気的に接続されて（同一面状の導体層として）共有線路部５を構成する第３副導体層５５および第２の積層型導波管線路２を構成する第２副導体層２５が形成されている。また、図２（ｄ）および図３には、誘電体層３４の内部に形成された２列の第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７が示されていて、誘電体層３４の内部に形成された第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７は、一列当り、共有線路部５から第２の積層型導波管線路２にかけて５本のビアホール導体で構成されている。さらに、第１の積層型導波管線路１の端部と共有線路部５の一端とは上から見て重なっていて、図２（ｄ）および図４には、この第１の積層型導波管線路１の端部と共有線路部５の一端とを電気的に接続する３本のビアホール導体からなる境界壁形成用ビアホール導体群４３が、信号伝送方向と垂直な方向に信号波長λの２分の１未満の間隔で配列され、この境界からの高周波信号の漏れを防止するように境界壁を形成している。なお、この信号伝送方向と垂直な方向の配列における両端の２本のビアホール導体は、第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２を構成している。

図２（ｅ）および図３に示すように、誘電体層３４の下面には、第２の積層型導波管線路２を構成する第２下側主導体層２２が形成されるとともに、第２の積層型導波管線路２を構成する第２下側主導体層２２の端部に他端を直接電気的に接続されて（同一面状の導体層として）、共有線路部５を構成する第３下側主導体層５２が形成されている。なお、図２（ｅ）には示していないが、共有線路部５を構成する第３下側主導体層５２の一端に近接する部位には、図２（ｄ）に示す境界壁形成用ビアホール導体群４３が接続されている。また、第２の積層型導波管線路２を構成する第２下側主導体層２２および共有線路部５を構成する第３下側主導体層５２には、図２（ｄ）に示す第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７が接続されている。

このように、誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成された積層型導波管線路を積層方向に引き回すにあたり、第１の積層型導波管線路１と第２の積層型導波管線路２との間には、一端が第１上側主導体層１１の端部に直接電気的に接続されるとともに、他端が第２上側主導体層２１の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続された第３上側主導体層５１と、一端が第１下側主導体層１２の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続されるとともに、他端が第２下側主導体層２２の端部に直接電気的に接続された第３下側主導体層５２とを一対の第３主導体層とし、一対の第３主導体層間を電気的に接続する第３側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を２列具備してなる共有線路部５が設けられていることが重要である。一般に、積層型導波管線路におけるインピーダンスは、線路の厚みや幅で変わるとともに、第１側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５および第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７を構成する隣り合うビアホール導体の間隔でも変わるが、この本発明の構成においてインピーダンス整合を図ることで、所望な周波数における反射量を抑制するとともに反射の周波数特性の良好な接続構造となる。

ここで、第１の積層型導波管線路１を構成する第１上側主導体層１１と第１下側主導体層１２とに挟まれる誘電体層および第２の積層型導波管線路２を構成する第２上側主導体層２１と第２下側主導体層２２とに挟まれる誘電体層がともにｎ層（ｎは３以上１０以下の整数）であって、（ｎ−１）層の誘電体層がそれぞれの積層型導波管線路１、２で共有されているのが好ましい。例えば、第１の積層型導波管線路１および第２の積層型導波管線路２における一対の主導体層がそれぞれ３層の誘電体層を挟んで上下で対向している場合にはそれぞれの積層型導波管線路が２層の誘電体層を共有し、第１の積層型導波管線路１および第２の積層型導波管線路２における一対の主導体層がそれぞれ４層の誘電体層を挟んで対向している場合にはそれぞれの積層型導波管線路が３層の誘電体層を共有しているのが好ましい。このように、それぞれの積層型導波管線路で共有する層が多ければ多いほど、インピーダンスの整合をとりやすくなり、所望な周波数における反射量を抑制するとともに反射の周波数特性をより向上させることができる。なお、積層型導波管線路１、２を構成する一対の主導体層で挟持される誘電体層の数は多くとも１０層以下であるのが通常であり、その厚みは幅よりも大きくならない範囲であるのが好ましい。

また本発明の接続構造体は、第１の積層型導波管線路１の第１上側主導体層１１が絶縁基体の上面に形成されている場合において好ましく採用され、これにより、配線基板における表面実装部品の実装領域を確保し、配線基板の小型化を図ることができる。

例えば、配線基板を構成する絶縁基体の表面にマイクロストリップ線路の信号導体が形成されていて、この信号導体と積層型導波管線路の上側主導体層が電気的に接続されて線路構造の変換がなされていた場合、このまま積層型導波管線路の上側主導体層が絶縁基体の表面上に形成された状態であると、表面実装部品の実装領域を確保するために配線基板が大型化してしまう。このような場合に、本願発明の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体を備えた配線基板によれば、積層型導波管線路の構造を変えることなく内層化できるため、配線基板の小型化に貢献できる。

このような配線基板に用いられる絶縁基体としては、高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有するものであればとりわけ限定するものではないが、伝送線路を形成する際の精度および製造の容易性の点からはセラミックスからなることが望ましい。

例えば、ガラスセラミックス、アルミナ質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒を添加混合して泥漿状になすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得た後、これらセラミックグリーンシートの各々に適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを積層し、ガラスセラミックスの場合は８５０〜１０００℃、アルミナ質セラミックスの場合は１５００〜１７００℃、窒化アルミニウム質セラミックスの場合は１６００〜１９００℃の温度で焼成することによって製作される。

また、一対の主導体層としては、例えば誘電体層がアルミナ質セラミックスからなる場合には、タングステン・モリブデンなどの金属粉末に適当なアルミナ・シリカ・マグネシア等の酸化物や有機溶剤・溶媒等を添加混合してペースト状にしたものを厚膜印刷法によりセラミックグリーンシート上に印刷し、しかる後、約１６００℃の高温で焼成し、厚み１０〜１５μｍ以上となるようにして形成する。なお、金属粉末としては、ガラスセラミックスの場合は銅・金・銀が、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスの場合はタングステン・モリブデンが好適である。また、主導体層の厚みは一般的に５〜５０μｍ程度とされる。

一般に、多層配線基板や半導体素子収納用パッケージあるいは車間レーダに形成される配線層の線幅は最大でも１ｍｍ程度であることから、絶縁基体として比誘電率εｒが１００のセラミック材料を用いて、上側の面がＨ面すなわち磁界が上側の面に平行に巻く電磁界分布になるようにした場合は、利用することのできる最小の周波数は１５ＧＨｚと算出され、マイクロ波帯の領域でも利用可能となる。これに対し、絶縁基体として比誘電率εｒが２程度の樹脂材料を用いた場合は、約１００ＧＨｚ以上でないと利用することができないものとなる。

本発明の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体について、シミュレーションによる伝送特性の評価を行った。なお、第１の積層型導波管線路１に入出力されるポートをポート１とし、第２の積層型導波管線路２に入出力されるポートをポート２として評価した。

まず、図１乃至図４に示す構造について伝送特性（周波数特性）の評価を行なった。具体的には、誘電体層の比誘電率は９．７５、積層型導波管線路１の一対の第１主導体層（第１上側主導体層１１、第１下側主導体層１２）および積層型導波管線路２の一対の第２主導体層（第２上側主導体層２１、第２下側主導体層２２）で挟持される複数の誘電体層の合計厚みをそれぞれ０．４５ｍｍ（１層あたり０．１５ｍｍの誘電体層が３層積層された積層体）、共有線路部５の一対の第３主導体層で挟持される複数の誘電体層の合計厚みを０．６０ｍｍ（１層あたり０．１５ｍｍの誘電体層が４層積層された積層体）、積層型導波管線路１における第１側壁形成用ビアホール導体群４１と第１側壁形成用ビアホール導体群４２との間隔（ビアホール導体の中心間距離とした）は１．１５ｍｍ（共有線路部５における第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７、積層型導波管線路２における第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５についても同じ）、側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、４４、４５、４６、４７および境界壁形成用ビアホール導体群４３におけるビアホール導体の直径は０．１２ｍｍ、側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、４４、４５、４６、４７および境界壁形成用ビアホール導体群４３における隣り合うビアホール導体とビアホール導体との間隔（ビアホール導体の中心間距離とした）は０．３ｍｍ、共有線路部５の信号伝送方向の距離は０．３１ｍｍとした。

この構造における伝送特性（周波数特性）を図５に示す。図５において横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は減衰量（単位：ｄＢ）を示し、各特性曲線はＳパラメータのうちＳ１１（反射量）およびＳ２１（透過量）を表わしている。なお、各特性はシミュレーションにより求め、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。

図５によれば、７１〜８２ＧＨｚにわたる広帯域でＳ１１（反射量）が−２０ｄＢ以下となり、７６．５ＧＨｚにおけるＳ１１は−４７．８４ｄＢ、Ｓ２１は−０．０２ｄＢで、７６．５ＧＨｚにおける変換損失は０．５％と良好な特性であることがわかる。なお、ミリ波レーダーの周波数が７６〜７７ＧＨｚに割り当てられているので、その中心をとって７６．５ＧＨｚで評価した。

比較例

次に、図６および図７に示す構造について伝送特性（周波数特性）の評価を行った。この構造は、積層型導波管線路１を構成する一対の第１主導体層（第１上側主導体層１１、第１下側主導体層１２）で挟持される複数の誘電体層の合計厚みと積層型導波管線路２を構成する一対の第２主導体層（第２上側主導体層２１、第２下側主導体層２２）で挟持される複数の誘電体層の合計厚みとを同じくし、第１の積層型導波管線路１の第１下側主導体層１２と積層型導波管線路２の第２上側主導体層２１とを同一平面上に形成した構造である。すなわち、第２の積層型導波管線路２が第１の積層型導波管線路１における一対の第１主導体層（第１上側主導体層１１、第１下側主導体層１２）に挟まれる誘電体層と同一の誘電体層を含まない構成のものである。なお、第１の積層型導波管線路１と第２の積層型導波管線路２との間には、共有線路部５として、一端が第１上側主導体層１１の端部に直接電気的に接続されるとともに、他端が前記第２上側主導体層２１の端部にビアホール導体を信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続された第３上側主導体層５１を具備しているとともに、一端が第１下側主導体層１２の端部にビアホール導体を信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群４３により電気的に接続されるとともに、他端が第２下側主導体層２２の端部に直接電気的に接続された第３下側主導体層５２を具備している。

具体的には、誘電体層の比誘電率は９．７５、積層型導波管線路１の一対の第１主導体層および積層型導波管線路２の一対の第２主導体層で挟持される複数の誘電体層の合計厚みを０．４５ｍｍ（１層あたり０．１５ｍｍの誘電体層が３層積層された積層体）、共有線路部５の一対の第３主導体層で挟持される複数の誘電体層の合計厚みを０．９０ｍｍ（１層あたり０．１５ｍｍの誘電体層が６層積層された積層体）、第１側壁形成用ビアホール導体群４１と第１側壁形成用ビアホール導体群４２との間隔（ビアホール導体の中心間距離とした）は１．１５ｍｍ（共有線路部５における第３側壁形成用ビアホール導体群４６、４７、積層型導波管線路２における第２側壁形成用ビアホール導体群４４、４５についても同じ）、側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、４４、４５、４６、４７および境界壁形成用ビアホール導体群４３におけるビアホール導体の直径は０．１２ｍｍ、側壁形成用ビアホール導体群４１、４２、４４、４５、４６、４７および境界壁形成用ビアホール導体群４３における隣り合うビアホール導体とビアホール導体との間隔（ビアホール導体の中心間距離とした）は０．３ｍｍ、共有線路部５の信号伝送方向の距離は０．４０ｍｍとした。

この構造における伝送特性（周波数特性）を図８に示す。図８において横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸は減衰量（単位：ｄＢ）を示し、各特性曲線はＳパラメータのうちＳ１１（反射量）およびＳ２１（透過量）を表わしている。なお、各特性はシミュレーションにより求め、誘電体による損失、導体による損失は考慮していない。

図８によれば、７１〜８２ＧＨｚにわたる帯域でＳ１１（反射量）が−２．０から−１７．０ｄＢと悪く、７６．５ＧＨｚにおけるＳ１１（反射量）は−６．０ｄＢ、Ｓ２１（透過量）は−１．３ｄＢで、７６．５ＧＨｚにおける変換損失は１５．０％と損失が大きいことがわかる。

本発明の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の一実施形態を示す概略斜視図である。 図１に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体を各誘電体層に分解した説明図である。 図１に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体のＸ方向側面透視図である。 図１に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体のＹ方向側面透視図である。 図１乃至図４に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の伝送特性（周波数特性）の評価結果を示すグラフである。 比較例としての積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の概略斜視図である。 図６に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の側面透視図である。 図６および図７に示す積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の伝送特性（周波数特性）を示すグラフである。 従来の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体の概略斜視図である。

符号の説明

１・・・第１の積層型導波管線路
２・・・第２の積層型導波管線路
５・・・共有線路部
１１・・・第１上側主導体層
１２・・・第１下側主導体層
２１・・・第２上側主導体層
２２・・・第２下側主導体層
５１・・・第３上側主導体層
５２・・・第３下側主導体層
３・・・絶縁基体
３１、３２、３３、３４・・・誘電体層
４１、４２・・・第１側壁形成用ビアホール導体群
４４、４５・・・第２側壁形成用ビアホール導体群
４６、４７・・・第３側壁形成用ビアホール導体群
４３・・・境界壁形成用ビアホール導体群

Claims (3)

1. 誘電体層が積層されてなる絶縁基体に形成された積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体であって、
   複数の前記誘電体層を挟んで上下で対向する第１上側主導体層および第１下側主導体層からなる一対の第１主導体層を具備するとともに、該一対の第１主導体層間を電気的に接続する第１側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第１側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる第１の積層型導波管線路と、
   前記一対の第１主導体層に挟まれる複数の前記誘電体層のうちの少なくとも１層を含む複数の前記誘電体層を挟んで上下で対向し、前記第１上側主導体層よりも下側に位置する第２上側主導体層および前記第１下側主導体層よりも下側に位置する第２下側主導体層からなる一対の第２主導体層を具備するとともに、該一対の第２主導体層間を電気的に接続する第２側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第２側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる第２の積層型導波管線路と、
   前記第１の積層型導波管線路と前記第２の積層型導波管線路との間に設けられ、一端が前記第１上側主導体層の端部に直接電気的に接続されるとともに、他端が前記第２上側主導体層の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により電気的に接続された第３上側主導体層と、一端が前記第１下側主導体層の端部に境界壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向と垂直な方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した境界壁形成用ビアホール導体群により電気的に接続されるとともに、他端が前記第２下側主導体層の端部に直接電気的に接続された第３下側主導体層とを一対の第３主導体層とし、該一対の第３主導体層間を電気的に接続する第３側壁形成用ビアホール導体を信号伝送方向に信号波長の２分の１未満の間隔で配列した第３側壁形成用ビアホール導体群を２列具備してなる共有線路部とからなることを特徴とする積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体。
2. 前記第１の積層型導波管線路を構成する前記第１上側主導体層と前記第１下側主導体層とに挟まれる誘電体層および前記第２の積層型導波管線路を構成する前記第２上側主導体層と前記第２下側主導体層とに挟まれる誘電体層がともにｎ層（ｎは３以上１０以下の整数）であって、（ｎ−１）層の誘電体層がそれぞれの積層型導波管線路で共有されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の積層型導波管線路と積層型導波管線路との接続構造体を含み、前記第１上側主導体層が前記絶縁基体の上面に形成されていることを特徴とする配線基板。

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